異種金属の接合方法、接合構造及び接合装置
【課題】異種金属を接合して成る部材において、異種金属接触による腐食（電食）を防止することができ、耐食性及び接合強度に優れた異材継手を安価に得ることができる異種金属の接合方法と、このような方法による接合構造、さらにはこのような接合に用いる異種金属の接合装置を提供する。
【解決手段】異種金属から成る両材料１，２をシール材３を介して重ね合わせた後、接合部に介在するシール材３を、例えば加熱によって変形抵抗を低減させた上で、接合界面から排出し、両材料１，２を直接接触させた状態で、例えば抵抗溶接やレーザビームの照射によって接合する。
【解決手段】異種金属から成る両材料１，２をシール材３を介して重ね合わせた後、接合部に介在するシール材３を、例えば加熱によって変形抵抗を低減させた上で、接合界面から排出し、両材料１，２を直接接触させた状態で、例えば抵抗溶接やレーザビームの照射によって接合する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン化傾向の異なる金属からなる異種材料の接合方法と、このような方法によって得られる異種金属の接合構造、さらに当該接合に用いる異種金属の接合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車車体には、従来から鋼材が広く使用されているが、近年、車体の軽量化を目的として、上記鋼材に加えて、アルミニウム合金などの軽金属の利用が進んでおり、アルミニウム合金等から形成された車体部材（例えば、アルミニウム合金製ルーフパネル等）の車体への適用が行われている。
【０００３】
このような部材の接合部位に上記のような異種金属を組み合わせて用いると、異種金属が互いに接触して電気的に導通するために腐食が促進されることが知られている。
このような異種金属の接触による腐食は、金属のイオン化傾向の違いによってこれら金属間に電位差が生じ、腐食電流が流れることによって発生するとされており、従来、異種金属接触による腐食を防止するために、例えば以下のような対策が採られている。
【０００４】
すなわち、特許文献１には、例えばスチール製の第１の部材と、例えばアルミニウムやその合金から成る第２の部材を両部材の間にシール材を介在させた状態で、例えばリベットや補強部材などの接合手段によって接合するようにした車体部材の接合構造が提案されている。
また、特許文献２には、鉄系材料とアルミニウム又はアルミニウム合金材料が接合された部材をフルオロ錯イオン及び亜鉛イオンを含有する溶液中に浸漬して、接合部近傍に緻密かつ強固で密着性が高く、しかもアルミニウムと鉄との中間的なイオン化傾向を有する金属亜鉛を析出させ、もって接合部における異種金属間の接触による耐食性を向上させることが記載されている。
【特許文献１】特開２０００−２７２５４１号公報
【特許文献２】特開２００５−１５４８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術においては、両材料の融点や線膨張係数が異なることから、スポット溶接等による溶融接合を避け、リベットやボルトなどによる機械的締結を採用しているため、接合された部材の重量やコストの増加が避けられないという問題点がある。
また、特許文献２に記載の技術においては、接合された部材をフルオロ錯イオン及び亜鉛イオンを含有する溶液中に浸漬するようにしているが、接合材表面に析出した亜鉛だけでは、自動車部品に求められる耐食性能を十分に満足させることができないばかりでなく、自動車の生産工程の過程において、車体部品をこのような溶液中に浸漬する工程を組み込むことは、浸漬タンク等の新設備が必要となり、設備コストや管理コストが増え、製造コストの高騰を招くことが問題となる。
【０００６】
本発明は、従来の異種金属の接合技術における上記課題を解決すべくなされたものであって、その目的とするところは、異種金属接触による腐食を防止することができ、耐食性及び接合強度に優れた異材継手を安価に得ることができる異種金属の接合方法と、このような方法による接合構造、さらにはこのような接合に用いる異種金属の接合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、重ね合わせた異種金属材料間にシール材を介在させ、このシール材を接合界面から排出した状態で接合するようになすことによって、上記目的が解決できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００８】
すなわち、本発明は上記知見に基づくものであって、本発明の異種金属の接合方法においては、異種金属から成る両材料をシール材を介して重ね合わせた後、接合部の少なくとも中央部のシール材を接合界面から排出し、上記両材料を直接接触させた状態で、例えば抵抗溶接によって接合することを特徴としている。
また、本発明の接合方法の好適形態においては、両材料の少なくとも一方とシール材の間に、両材料のいずれとも異なる第３の金属から成る材料を介在させ、シール材を接合界面から排出させた後、上記両材料の少なくとも一方と第３の金属材料との間で共晶溶融を生じさせて接合することを特徴とする。
【０００９】
本発明の異種金属の接合構造は、例えば両材料の間に両材料の少なくとも一方との間で共晶溶融を生じる第３の金属材料を介在させて接合する上記のような方法によって得られるものであって、被接合材の新生面同士が直接接合されていると共に、この接合部が第３の材料、被接合材、酸化皮膜及び接合過程で生じる反応生成物の群から選ばれる少なくとも１種によりその周囲全周を囲われており、さらにその周囲がシール材により囲われていることを特徴とする。
【００１０】
そして、本発明の異種金属の接合装置は、シール材を介して異種金属から成る材料を接合する装置であって、シール材を接合界面から排出するシール材排出手段と、シール材が排出された両材料を直接接合する溶接手段を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、異種金属材料間にシール材を挟んで重ね接合するに際して、両材料の間に介在させたシール材を接合部の接合界面から排出し、上記両材料を直接接触させた上で接合するようにしていることから、接合部にシール材が残存したりするようなことがなく、強固な接合強度が得られると共に、接合部はその外周がシール材で囲われて腐食環境からは遮断されるため、異種金属の接触腐食を防止することができ、耐食性及び接合強度に優れた異種金属継手を低コストに作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の異種金属の接合方法や接合装置、さらにはこれによって得られる接合構造について、さらに詳細かつ具体的に説明する。
【００１３】
本発明の異種金属接合方法においては、上記したように、重ね合わせた異種金属材料の間に挟持されたシール材を接合部の接合界面から強制的に除去することによって、両材料を直接接触させた状態で接合（溶接）するようにしているので、接合界面にシール材が残存することによる継手強度の低下が防止されると共に、シール材によってイオン化傾向の異なる金属同士の接触を防止することができ、強度と耐食性の両立が可能となる。
このとき、新たな設備の増設なども特に必要とせず、シール材のコストや、その配置工数など、コストアップ要因も最小限に抑えることができる。
【００１４】
本発明の接合方法において、上記シール材としては、例えば、エポキシ樹脂系、合成ゴム系、合成ゴム／ＰＶＣ系材料などを用いることができ、このような材料を溶液状にして被接合材料の接合面に塗布したり、シート状にしたものを両材料の間に挟んだりすることができる。
なお、シール材としては、本発明の目的を達成できるもの、すなわち異種金属材料間の直接接触を防止し得る絶縁性のものであれば、これらに限定されることはない。また、当該シール材に接着機能を有する材料を用いることによって、電食を防止するシール効果に加えて、接合強度の向上効果をも得ることができる。
【００１５】
本発明の接合方法において、接合界面からシール材を排出するための具体的な手段としては、例えば、先端部表面を曲面形状とした圧子を用いて両材料を相対的に加圧することによって、接合界面間に介在するシール材を接合部の周囲に排出するようになすことができる。
このとき、圧子として、ローラ状のものを用いることによって、シール材を進行方向の両側に排出することができるようになり、連続的な線状の接合にも対応することができるようになる。
【００１６】
あるいは、両材料の少なくとも一方の接合面に相手側に突出する湾曲部をあらかじめ形成しておき、この状態で両材料を相対加圧するようになすこともでき、この湾曲部によってシール材を接合界面から円滑に排出できるようになる。
このような湾曲部は、例えばプレス加工によって、溶接位置に合わせた断続状（スポット溶接の場合）に形成したり、接合線に沿った連続溝状に形成したりすることもでき、適用部材の形状や要求性能に応じて選択することができる。
【００１７】
また、接合界面からシール材を排出するに際しては、例えば外部熱源を用いた加熱などによって、シール材の変形抵抗を低減させた上で、両材料を加圧するようになすこともでき、低い加圧力でも容易かつ確実にシール材を接合部から排出することができると共に、使用環境によるシール材の種類の選択範囲を拡げることができるようになる。
【００１８】
例えば、熱硬化性樹脂から成るシール材の変形抵抗は、図１に示すような温度依存性を有しており、室温から温度を上げていくと、ある一定の温度まで変形抵抗が減少していき、さらに温度を上げると、熱硬化性であることから硬化が始まり、変形抵抗は逆に増加するようになる。
したがって、接合を行う前に外部熱源を用いて接合部を加熱し、シール材の温度を上げ、温度を図中のｔ１からｔ２の間に管理し、シール材の変形抵抗を一定値以下にした上で、加圧するようになすことによって、接合部からのシール材の排出が容易、かつ効率的に行われるようになる。
【００１９】
ここで、シール材の変形抵抗を制御するための加熱手段（外部熱源）としては、例えばヒータ付きホットローラ、高周波加熱、レーザ加熱、抵抗加熱などを挙げることができる。
【００２０】
本発明の異種金属の接合方法においては、抵抗溶接、レーザ溶接、高周波溶接などの溶融溶接だけでなく、摩擦攪拌接合、超音波接合、拡散接合などの固相接合まで、種々の溶接施工方法の適用が可能であり、接合施工方法に特に限定されるものではないが、抵抗溶接を採用した場合には、抵抗溶接用電極（スポット溶接用電極のみならず、シーム溶接用のローラ電極をも含む）の少なくとも一方の先端面を凸状曲面とすれば、当該電極を用いた加圧によって接合界面からシール材を排出することができるようになる。
すなわち、溶接用電極によって、接合界面からシール材を排出するためのシール材排出手段を兼ねることもできるようになり、装置、工程の簡略化が可能になる。
【００２１】
このような抵抗溶接としては、スポット溶接と共に、ローラ電極を用いたシーム溶接を適用することができ、抵抗スポット溶接による点接合とすることによって、自動車パネルのような複雑な３次元形状をなす部材に対しても、容易に異種金属の接合が可能となる。
また、抵抗シーム溶接を適用することによって、連続的な線状接合が得られ、点接合より強度や剛性、水密性を要する部材の接合に好適なものとなる。
【００２２】
抵抗スポット溶接に際しては、本溶接するための通電・加圧に先立って、予備的な加圧と微弱電流の通電によって、両材料間に抵抗発熱を生じさせ、もってシール材の変形抵抗を減じ、シール材の接合界面からの排出を容易にすることができる。
抵抗シーム溶接の場合には、このような予備通電用のローラ電極を抵抗溶接用のローラ電極に先行させることによって、同様の効果を得ることができる。
【００２３】
本発明の異種金属の接合方法においては、異種金属から成る被接合材の少なくとも一方とシール材の間に、両材料のいずれとも異なる第３の金属から成る材料を介在させ、シール材を接合界面から排出させた後、上記両材料の少なくとも一方と第３の金属材料との間で共晶溶融を生じさせて接合することが望ましく、これによって異種金属界面に比較的低温度で共晶溶融が生じることから、より低温状態で酸化皮膜を接合界面から除去することができ、接合界面温度の上昇を防止して金属間化合物の生成を抑制し、異種金属から成る両材料の新生面同士が強固に接合されるようになることから、特にアルミニウム材やマグネシウム材のように表面に緻密な酸化皮膜が形成される材料を含む異種金属の接合に好適に用いることができる。
【００２４】
すなわち、このような材料を含む異種金属接合においては、酸化皮膜を除去するには、大きな熱量の投入が必要である一方、入熱量を大きくすると脆弱な金属間化合物の生成が避けられなくなることから、健全で高強度な接合を得るための条件範囲が狭くなるのに対し、上記のような第３の材料との共晶溶融を利用することによって、酸化皮膜を低温状態でも除去し易くなるために、適正条件範囲が極めて広いものとなる。
【００２５】
このとき、第３の金属材料を介在させるための具体的手段としては、被接合材の少なくとも一方の接合面に第３の金属材料をめっきすることが望ましく、これによって第３の材料をインサート材として異種材料とシール材との間に挟み込む工程を省略することができ、加工工数の低減によって作業効率が向上するばかりでなく、共晶反応によって溶融されためっき層が表面の不純物と共に接合部の周囲に排出された後に、めっき層の下から極めて清浄な新生面が現れることになり、より強固な接合が可能となる。
【００２６】
例えば、アルミニウム合金やマグネシウム合金などの軽合金材と鋼材との接合に際しては、鋼材として、アルミニウムやマグネシウムと低融点共晶を形成する第３の金属である亜鉛がその表面にあらかじめめっきされている、いわゆる亜鉛めっき鋼板を用いることができる。この場合には、新たにめっきを施したり、特別な準備を要したりすることもなく、防錆目的で亜鉛めっきを施した市販鋼材をそのまま使用することができ、極めて簡便かつ安価に、異種金属の強固な接合を行なうことができるようになる。
【００２７】
なお、共晶溶融とは共晶反応を利用した溶融を意味し、２つの金属（又は合金）が相互拡散して生じた相互拡散域の組成が共晶組成となった場合に、保持温度が共晶温度以上であれば共晶反応により液相が形成される。例えばアルミニウムと亜鉛の場合、アルミニウムの融点は９３３Ｋ、亜鉛の融点は６９２．５Ｋであるのに対して、この共晶金属はそれぞれの融点より低い６５５Ｋにて溶融する。
したがって、両金属の清浄面を接触させ、６５５Ｋ以上に加熱保持すると反応が生じる。これを共晶溶融といい、アルミニウム材の接合時における酸化皮膜除去や相互拡散などの接合作用に利用することによって、低温接合が実施でき、接合界面における金属間化合物の成長を極めて有効に抑制することができる。なお、Ａｌ−Ｚｎ２元系合金では、Ａｌ−９５％Ｚｎが共晶組成となるが、共晶反応自体は合金成分に無関係な一定の変化であり、合金組成は共晶反応の量を増減するに過ぎない。
【００２８】
一方、アルミニウム材の表面には酸化皮膜が存在するが、これは高エネルギービームの照射による加熱と、その直後の所定温度での加圧によってアルミニウム材に塑性変形が生じることにより物理的に破壊されることになる。
すなわち、加圧によって材料表面の微視的な凸部同士が擦れ合うことから、一部の酸化皮膜の局所的な破壊によってアルミニウムと亜鉛が接触した部分から共晶溶融が生じ、この液相の生成によって近傍の酸化皮膜が破砕、分解されてさらに共晶溶融が全面に拡がる反応の拡大によって、酸化皮膜破壊の促進と液相を介した接合が達成される。
【００２９】
共晶組成は相互拡散によって自発的達成されるため、組成のコントロールは必要ない。必須条件は２種の金属あるいは合金の間に、低融点の共晶反応が存在することであり、アルミニウムと亜鉛の共晶溶融の場合、亜鉛に代えてＺｎ−Ａｌ合金を用いる場合には、少なくとも亜鉛が９５％以上の組成でなければならない。
【００３０】
本発明の異種金属の接合方法における被接合材と第３の金属材料との具体的な組み合せとしては、例えば鋼材とアルミニウム合金材の接合における第３の材料としては、アルミニウム合金と低融点共晶を形成する材料でありさえすれば特に限定されることはなく、例えば、上記した亜鉛（Ｚｎ）の他に、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）などを用いることができる。
すなわち、これら金属とＡｌとの共晶金属は、母材であるアルミニウム合金材の融点以下で溶融するため、脆弱な金属間化合物が生成し易い鋼材とアルミニウム合金材の接合においても、低温で酸化皮膜の除去ができ、接合過程での接合界面における金属間化合物の生成が抑制でき、強固な接合が可能になる。
【００３１】
また、本発明の接合方法を自動車ボディの組み立てに適用することを考えた場合、被接合材としては、鋼材とアルミニウム材との組み合わせがほとんどであるが、将来的には鋼材とマグネシウム材、あるいはアルミニウム材とマグネシウム材との組み合わせなども考えられる。
鋼材とマグネシウム合金材との接合に際しては、後述する実施例と同様に鋼材側にめっきした亜鉛とマグネシウムの間に共晶反応を生じさせて接合することが可能である。さらに、アルミニウム合金材とマグネシウム合金材を接合する場合においても、亜鉛や銀を第３の材料として利用することが可能である。
【００３２】
なお、本発明においては、第３の金属材料として、上記したような純金属に限定されるものではなく、共晶金属は２元合金も３元合金も存在するため、これらの少なくとも１種の金属を含む合金であってもよい。
【００３３】
本発明の異種金属の接合装置は、シール材を接合界面から排出するシール材排出手段と、シール材が排出された両材料を直接接合する溶接手段を備えたものであるから、本発明の上記接合方法に好適に用いることができる。
そして、上記シール材排出手段としては、シール材の変形抵抗を低減させるための加熱手段と、この加熱手段によって加熱された部分を加圧して、変形抵抗が減じた、すなわち加熱によって軟化したシール材を接合界面から排出する加圧手段から成るものとすることができる。
【００３４】
ここで、上記溶接手段としては、代表的には、上記したように、例えば抵抗溶接やレーザビーム溶接を採用することができ、上記シール材排出手段における加熱手段としては、ヒータを内蔵したホットローラや、高周波加熱、レーザ加熱、抵抗加熱などを適用することができ、加圧手段としては圧子や加圧ローラを採用することができ、これらの押圧面を凸状曲面とすることが望ましい。
また、溶接手段として抵抗溶接を採用した場合には、溶接用電極を加圧手段として兼用することも可能である。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。なお、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。例えば、下記実施例においては、アルミニウム合金と亜鉛めっき鋼板の接合例を示したが、異種金属の組み合わせとしては、上記組み合わせ以外にも、マグネシウム合金とアルミニウム合金、鋼材とマグネシウム合金など、電食が問題となる全ての異種金属接合に適用することができる。
【００３６】
各実施例においては、板厚０．５５ｍｍの亜鉛めっき鋼板１と６０００系アルミニウム合金から成る板厚１．０ｍｍの板材２の接合を行ない、アルムニウムと共晶溶融を生じる第３の材料として、鋼板１の表面の亜鉛めっき層１ｐを利用した。亜鉛めっき層１ｐの厚さとしては、共晶溶融が生じるのに必要な最低厚さがあれば問題はないが、ここでは一般的な２０μｍのめっき厚さを有する亜鉛めっき鋼板を用いた。防錆用のシール材３としては、エポキシ系の熱硬化性構造用接着剤を用い、亜鉛めっき層１ｐを内側にして重ね合わせた両材料１，２の間に挟持した状態で各実施例に供した。
【００３７】
（実施例１）
図２は、この実施例に用いたスポット溶接装置の全体図を示し、交流電源タイプの装置によって、上記したように、間にシール材３を挿入した状態の亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２を１対の溶接電極１１，１２により加圧・通電することにより溶接を行った。
図３は、接合部の詳細図であり、表面に亜鉛めっき層１ｐが形成され亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２の接合界面にシール材３を介挿させている。
【００３８】
上記スポット溶接電極１１，１２については、後述するように、接合界面からのシール材３、酸化皮膜、共晶融体などの排出を容易ならしめるために、その先端に凸状曲面１１ａ，１２ａを備えた形状としてある。
なお、このような電極先端形状は、必ずしも電極１１，１２の両方に採用する必要はなく、少なくとも一方に採用することによって、円滑な排出を行うことができる。
【００３９】
そして、上記抵抗スポット溶接装置を用い、通電に先立って、３５０ｋｇｆの加圧力を加えることによって、接合界面からシール材３を排出したのち、２５０００Ａの交流電流を０．２秒間通電することによって、両材料１，２をスポット溶接した。
この過程を図４を参照して説明する。
【００４０】
図４（ａ）は、被接合材の準備完了状態を示し、少なくとも接合界面側の表面に、Ａｌと共晶を形成する第３の金属材料として機能する亜鉛めっき層１ｐが施された亜鉛めっき鋼板１と、アルミニウム合金材２が重ね合わされており、両者の接合面全体にペースト状のシール材３が塗布されている。なお、アルミニウム合金材２の表面には酸化皮膜２ｃが生成している。
【００４１】
次に、図４（ｂ）に示すように、１対の溶接電極１１，１２によって両材料１，２を相対的に押圧すると、電極先端には上記したように凸状曲面１１ａ，１２ａが形成されているため、シール材３は接合部の中央部から外周部に排出され、中央部においては、亜鉛めっき層１ｐとアルミニウム合金材２の表面に生成している酸化皮膜２ｃが直接接触することになる。
ここで、溶接電極による加圧及び通電に基づく機械的、熱的な衝撃などが負荷されることによって、図４（ｃ）に示すように、接合面の酸化皮膜２ｃが局部的に破壊され、亜鉛とアルミニウムの局部的な接触が起こり、接合面が亜鉛とアルミニウムの共昌点温度以上に保持されると、図４（ｄ）に示したように、亜鉛とアルミニウムの共晶溶融が起こり、共晶融体Ｍｅが生じる。
【００４２】
この共晶融体（溶融金属）Ｍｅは、上記電極１１，１２によるさらなる押圧によって、酸化皮膜２ｃや接合界面の不純物（図示せず）と共に、接合部周囲に排出物Ｄとなって排出され、図４（ｅ）に示すように、所定の接合面積が確保される。
そして、図４（ｆ）に示すように、アルミニウムと鋼の新生面同士が直接接合されることにより、接合部Ｊが形成され、鋼とアルミニウム合金の強固な金属接合を得ることができる。
【００４３】
図５は、このような接合プロセスによって得られた接合部構造の詳細を示したものであって、図に示すように、亜鉛めっき鋼板１の鋼とアルミニウム合金材２の接合部Ｊは、これら金属の新生面同士が直接接合されていると共に、共晶融体Ｍｅや酸化皮膜２ｃ、接合界面の不純物などが排出物Ｄとなって、当該接合部Ｊの周囲に排出され、さらにその周囲にシール材３が排出されていることから高強度な接合が得られ、しかも上記接合部Ｊが排出物Ｄとシール材３によって周囲を囲われた構造となっており、腐食環境から完全に遮断されているため、異種金属の接触腐食に対して優れた耐食性が得られ、強度と耐食性を両立することができた。
【００４４】
なお、上記実施例においては、シール材３として、ペースト状の構造用接着剤を塗布して用いたが、これに限定されることはなく、シート状の接着剤を使用することもできる。
この場合、シート状の接着剤は、常温での粘度が高いため、溶接電極による加圧だけでは排出しにくいことがあるが、その際には、予備通電を行うことによって加熱し、シール材の変形抵抗を低減させることによって、容易かつ確実にシール材を排出することができる。
【００４５】
（比較例１）
亜鉛めっき鋼板に代えてめっきの無い裸鋼板を使用すると共に、シール材を塗布することなく、加圧と同時に溶接用交流電流を通電したこと以外は、上記実施例１と同様の操作を繰り返して、裸鋼板とアルミニウム合金材とを接合した。
【００４６】
（比較例２）
シール材を塗布することなく、加圧と同時に溶接用交流電流を通電したこと以外は、上記実施例１と同様の操作を繰り返して、亜鉛めっき鋼板とアルミニウム合金材とを接合した。
【００４７】
（比較例３）
先端部が平坦な形状のスポット溶接用電極を使用し、加圧開始と同時に溶接用交流電流を通電したこと以外は、上記実施例１と同様の操作を繰り返して、亜鉛めっき鋼板とアルミニウム合金材とを接合した。
【００４８】
上記各比較例によって得られた異種金属継手の継手強度及び耐食性能を調査し、上記実施例１によって得られた異種金属継手と比較した。
その結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
【００５０】
表１に示すように、シール材を併用していない比較例１及び２においては、継手強度には優れるものの、耐食性が劣る結果となった。なお、裸鋼板を用いた比較例１においては、このような高強度継手を得るためには、亜鉛めっき鋼板を用いた場合に較べて、かなり精密な条件制御が必要であり、適正条件範囲が極めて狭くなった。
また、比較例３では、シール材を接合界面から排除することなく、そのままスポット溶接を実行した関係上、シール材が完全に排出されず接合界面に残存したことから、接合強度は、実施例１の場合約４５％程度に留まった。
【００５１】
これに対し、上記実施例１により得られた異種金属継手の場合には、シール材３の排出と共晶溶融による酸化皮膜除去と新生面同士の直接接合により、高強度と耐食性を両立できることが確認された。
なお、継手強度については、ＪＩＳ Ｚ３１３６−１９９９ によって測定した引張せん断強度が、ＪＩＳ Ｚ３１４０−１９８９に規定されたＡ級強度以上の場合を「○」と評価し、耐食性能については、独自の腐食促進試験により評価した結果、電食の発生が見られなかったものを「○」と評価した。
【００５２】
（実施例２）
上記実施例１においては、先端に凸状曲面を備えた溶接電極を用いることによって、接合界面からのシール材や、接合過程で生じる反応生成物など排出を促進する例を示したが、これに代えて、被接合材の少なくとも一方の接合面に所定曲率を有する湾曲部を形成することによっても、同様の排出効果を得ることができる。
【００５３】
すなわち、当該実施例においては、図６（ａ）に示すように、プレス加工によって、あらかじめ湾曲部２ａを設けたアルミニウム合金材２を亜鉛めっき鋼板１に重ね、これらの間にシール材３を介挿した。
そして、電極１１及び１２によって、亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２を上下から挟持し、同様の条件のもとに、まず加圧を行うと、上記湾曲部２ａによってシール材３が接合部から容易に排出され、その後の加圧及び通電によって抵抗スポット溶接を行うことにより、アルミニウム合金板材２の酸化皮膜２ｃの破壊と、その接合部からの除去が促進され、接合部の周囲が排出物やシール材３によって囲われた耐食性の高い接合構造が得られた。
【００５４】
このように、特に、鋼材よりも融点が低く、しかも大気雰囲気下でその表面に強固な酸化皮膜を形成するアルミニウム合金材２の側に上記湾曲部２ａを形成したことによって、通電加熱による軟化により湾曲部２ａが変形しながら酸化皮膜２ｃの破壊と除去が進行すると共に、接合過程の共晶反応により生じた反応生成物等の接合部周囲への排出と、それによるシール材３の更なる排出が容易なものとなり、被接合材であるアルミニウム合金と鋼の新生面同士の不純物などが介在することのない強固な接合が得られると共に、接合部の周囲を排出物やシール材３に囲われた耐食性の高い異種金属同士の接合構造を容易に得ることができるものと考えられる。
【００５５】
なお、シール材などの排出促進に寄与する湾曲部は、アルミニウム合金材２の側のみならず、例えばアルミニウム合金材の板厚が厚い時や、押し出し材を使用した時などのように、アルミニウム合金材２に湾曲部２ａを形成するのに手間がかかるような場合には、亜鉛めっき鋼板１の側に湾曲部を設けることもでき、同様の効果を得ることができる。
【００５６】
さらに、図６（ｂ）に示すように、アルミニウム合金材２及び亜鉛めっき鋼板１の双方に、同様の湾曲部２ａ及び１ａをそれぞれ形成して、湾曲部２ａ，１ａの凸面同士を当接させることによって、両材料の間に排出空間を確保し、排出促進手段として機能させることもでき、同様にシール材３や反応生成物などの排出が促進され、耐食性が高く強固な接合を行うことができる。
【００５７】
（実施例３）
図７は、同様の実施例として、アルミニウム合金材２の側に、シール材などの排出を促進するための湾曲部２ｂを厚肉部として形成した例を示す。
すなわち、アルミニウム合金材２が鋳物や押出し材の場合は、その製造時に厚肉状の湾曲部２ｂを容易に形成することができ、シール材３のみならず反応生成物などの接合界面からの排出が容易なものとなり、上記実施例と同様の効果が得られることが確認された。
【００５８】
（実施例４）
抵抗シーム溶接による異材金属の接合要領を図８に示す。
図に示す接合装置は、抵抗溶接用電源トランスに接続されたローラ電極１３及び１４を備えており、当該接合装置においては、表面に亜鉛めっき層１ｐを備えた亜鉛めっき鋼板１と、アルミニウム合金材２とが、その界面にシール材３を介して重ね合わせられた状態で、ローラ電極１２及び１４により挟持され、接合部を加圧してシール材３を接合界面から排除したのち、さらに加圧しながら両材料１，２の間に通電すると共に、ローラ電極１３及び１４を回転させることによって、シール材３の排出と抵抗溶接が連続的に進行し、両材料１，２を線状に接合することができるようになっている。
【００５９】
このとき、図９に示すように、ローラ電極１３及び１４の少なくとも一方は、被接合材との当接面である外周部に凸状曲面を備えており（この例では、上側ローラ電極１３が凸状曲面１３ａを備え、下側ローラ電極１４の先端は平坦面１４ａとなっている）、このローラ電極１４がアルミニウム合金材２の側に配置されている。
このため、この実施例では、４００ｋｇｆの加圧力を加え、３２０００Ａの交流電流を通電しながら、２．０ｍ／分の送り速度で移動させることによって、上記したスポット溶接の場合と同様に、ローラ電極１３の凸状曲面１３ａにより、シール材３や、酸化皮膜や共晶溶融金属、反応生成物などが接合界面からその周囲に円滑に排出され、アルミニウム合金と鋼の新生面同士の強固な接合が得られるとともに、シール材３の存在によって耐食性も良好に確保されることになる。
【００６０】
（実施例５）
当該実施例においては、上記した実施例２と同様の湾曲部を備えたアルミニウム合金材２を抵抗シーム溶接に適用した例を示すものである。
すなわち、図１０に示すように、あらかじめプレス加工によって、長手方向に連続したビード状をなし、亜鉛めっき鋼板１の側に凸となるように湾曲した曲率を有する湾曲部２ｄを設けたアルミニウム合金材２を亜鉛めっき鋼板１に重ね、これらの間にシール材３が介挿してある。
【００６１】
このような湾曲部２ｄは、シール材３の排出を促進する機能を有することから、上記したスポット溶接の場合と同様に、シール材３の排出と、それに続く酸化皮膜や共晶溶融金属、反応生成物などが接合界面からその両側に円滑に排出されることから、上記同様の条件によって、アルミニウム合金と鋼の新生面同士の強固な接合と、高い耐食性が得られることが確認された。
ここでは、ローラ電極１３，１４として、先端形状が平面をなす通常のものを用いたが、先の実施例と同様に、外周面を凸状曲面とした電極を用いても差し支えない。また、スポット溶接の場合と同様に、湾曲部を亜鉛めっき鋼板１の側に設けたり、アルミニウム合金材２との両方に形成したりすることも可能である。
【００６２】
上記実施例４や５のような抵抗シーム溶接を適用することによって、連続的な接合が可能であり、接合部の水密性や剛性に優れた異材継手を得ることができるようになる。
【００６３】
（実施例６）
この実施例においては、片面側に、シール材として機能する有機皮膜２ｆを備えた６０００系アルミニウム合金から成る板厚１．０ｍｍの板材２と板厚０．５５ｍｍの亜鉛めっき鋼板１の接合を抵抗スポット溶接で行った例を示す。
【００６４】
すなわち、図１１（ａ）は、接合時の断面詳細図であって、表面に亜鉛めっき層１ｐを備えた亜鉛めっき鋼板１と有機被膜２ｆを有するアルミニウム合金材２の接合界面には、上記した各実施例と同様に、亜鉛めっき層１ｐと、アルミニウムの酸化被膜２ｃと、有機被膜２ｆ（シール材）が介在することとなる。
【００６５】
したがって、先端部にそれぞれ凸状曲面１１ａ，１２ａを備えたスポット溶接用電極１１，１２を用い、上記実施例１，２などと同様の条件を適用することによって、まず、有機被膜２ｆが接合界面から排出されて、両材料１，２が直接接触し、この状態で同様の加圧及び通電を行うことにより、図１１（ｂ）に示すように、亜鉛めっき鋼板１の鋼とアルミニウム合金が直接に接合されて成る接合部Ｊが排出物Ｄにより囲繞され、さらに有機被膜２ｆがその周辺部とアルミニウム合金材２の表面を囲んだ構造となっているため、異種金属の接触による腐食に対しては優れた耐食性が得られた。
また、鋼とアルミニウム合金の接合部Ｊは、有機被膜２ｆや、共晶融体Ｍｅ、酸化皮膜２ｃ、接合界面の不純物などの排出物Ｄが周囲に排出されて、新生面同士の高強度な接合が得られており、強度と耐食性を両立することができた。このように有機被膜２ｆは、シール材として被接合材の少なくとも一方の表面を覆って排出物Ｄの周辺を取り囲んでいればよい。
【００６６】
（実施例７）
ここでは、防錆用のシール材として機能する有機皮膜１ｆ及び２ｆをそれぞれ備えた板厚０．５５ｍｍの亜鉛めっき鋼板１と、６０００系アルミニウム合金から成る板厚１．０ｍｍの板材２とを抵抗スポット溶接により接合した例を示す。
【００６７】
図１２（ａ）に示すように、亜鉛めっき層１ｐの上に有機被膜１ｆを備えた亜鉛めっき鋼板１と、有機被膜２ｆを備えたアルミニウム合金材２がそれぞれの有機被膜が接合界面側になるように重ね合わされており、この接合界面には、上記した各実施例と基本的に同様に、亜鉛めっき層１ｐと、アルミニウムの酸化被膜２ｃと、有機被膜１ｆ及び２ｆ（シール材）が介在している。
【００６８】
したがって、上記実施例１あるいは実施例６と同様に、先端部に凸状曲面１１ａ，１２ａを備えたスポット溶接用電極１１，１２を用いて、まず加圧したのち、所定の加圧・通電を行うことによって、有機被膜１ｆ，２ｆの接合界面からの排出、これに続く酸化皮膜２ｃや反応生成物などの排出が円滑に行われ、図１２（ｂ）に示すように、上記した各実施例と基本的に同様の異種金属の接合構造が得られ、継手強度と耐食性能を兼ね備えた異種金属継手を得ることができる。
【００６９】
（実施例８）
この実施例は、上記実施例６と同じ組み合わせの被接合材を抵抗シーム溶接した例を示すものである。
シーム溶接用ローラ電極として、図１３に示すように、実施例４と同様に外周部に凸状曲面１３ａを備えたローラ電極１４を使用し、同様の溶接条件を適用することによって、有機被膜２ｆや、これに続く酸化皮膜２ｃや反応生成物などの接合界面からの排出が円滑に行われ、継手強度と耐食性能との両立が確認された。
【００７０】
なお、このような抵抗シーム溶接を適用することによって、連続的な接合ができ、接合部の水密性や剛性に優れた異材継手を得ることができる。
また、あらかじめ有機被膜が形成された材料を用いることによって、シール材に相当する構造を均一に設けることができると共に、塗布しにくい部分への適用が容易になる。
【００７１】
（実施例９）
当該実施例においては、上記した各実施例と同様に、亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２の間にシール材３を挟持して成る被接合材をレーザ溶接を適用して接合する例を示す。
接合装置の溶接手段としては、最大出力３ｋＷの発振器を備えたＹＡＧレーザ溶接機を用い、シール材３の変形抵抗を減じる加熱手段及びこれを押圧する加圧手段としては、ヒータ付きホットローラを用いて、連続溶接を行った。
【００７２】
すなわち、図１４はこの実施例に用いた接合装置の構成を示すものであって、図１４（ａ）は、進行方向側からの正面図、図１４（ｂ）は、その側面図である。
図に示す接合装置は、シール材排出手段として、上記のように加熱手段と加圧手段としての機能を併せ持つ１対のホットローラ２１，２２と、該ホットローラ２１，２２の直後位置にレーザ発振器からのレーザビームＢをデフォーカスさせて照射する図外の照射ヘッドと、ビーム照射部位の直後に配置され、レーザビームによって加熱された被接合材を加圧する１対の加圧ローラ２３，２４を備えている。
【００７３】
上記ホットローラ２１，２２は、内蔵ヒータによってローラ本体を高温に保持することができると共に、図１４（ａ）に示すように、被接合材との圧接面となる外周部に凸状曲面２１ａ，２２ａとなっていることから、加圧と同時に伝熱によって両材料１，２間のシール材３が加熱されて軟化することから、レーザ溶接に先立って、シール材３の接合界面からの排出が極めて円滑に行われるようになっている。
【００７４】
一方、加圧ローラ２３，２４は、ビーム照射によって加熱された亜鉛めっき鋼板１をアルミニウム合金材２と圧着させ、鋼板側からの伝熱によって両者を接合するためのものであって、接合過程で生ずる共晶融体や酸化皮膜などの排出物を接合界面から円滑に排出するためには、その外周部をホットローラ２１，２２と同様の凸状曲面とすることが望ましい。
【００７５】
このような接合装置を用い、先行するホットローラ２１，２２の温度を９０℃に保持しながら、その加圧力を１６０ＭＰａに調整すると共に、後方の加圧ローラ２３，２４の加圧力を１２０ＭＰａに調整し、これらローラ間の中間位置に、亜鉛めっき鋼板１の表面におけるスポット径が３．５ｍｍとなるようにデフォーカスした出力１．０ｋＷのレーザビームＢを照射しながら、１．２ｍ／分の送り速度で相対移動させることによって、亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２を接合した。なお、レーザビームの照射中は、２５Ｌ／分の流量でアルゴンガスを流し、接合部をシールドした。
【００７６】
この接合は、基本的に図４（但し、図中の鋼材１とアルムニウム合金材２との上下位置が逆）と同様のプロセスを経て進行する。
すなわち、１対のホットローラ２１，２２を用いて被接合材を挟み込み、ホットローラ２１，２２からの伝熱によりシール材３の変形抵抗を低減させた状態で、被接合材を押圧すると、ホットローラ外周部の曲面２１ａ，２２ａが形成されているため、シール材３が接合部の中央部から接合線の両側に向かって排出され、中央部は亜鉛めっき層１ｐとアルミニウム合金材表面の酸化皮膜２ａとが直接接触する（図４（ｂ）参照）。
ここで、さらにホットローラ２１，２２の加圧による機械的な衝撃が負荷されることによって、酸化皮膜２ａが局部的に破壊される（図４（ｃ）参照）。
【００７７】
そして、亜鉛とアルミニウムの局部的な接触が起こり、ここでレーザビームＢの照射によって、接合部位が加熱され、亜鉛とアルミニウムの共晶点温度以上に保持されると亜鉛とアルミニウムの共晶溶融が生じ、共晶融体（溶融金属）Ｍｅが生成する（図４（ｄ）参照）。
【００７８】
この状態で、加圧ローラ２３，２４による押圧がなされると、共晶融体Ｍｅと共に、酸化皮膜２ｃや接合界面の不純物（図示せず）が接合界面の周囲に排出物Ｄとなって排出され、所定の接合面積が確保される（図４（ｅ）参照）。
そして、アルミニウムと鋼の新生面同士が接合部Ｊにおいて直接接合され、鋼とアルミニウム合金の強固な金属接合が得られることになる（図４（ｆ）参照）。
【００７９】
これによって得られた亜鉛めっき鋼板１の鋼とアルミニウム合金材２との接合部Ｊは、排出物Ｄと、さらにはシール材３によって周囲を囲われた接合構造となっているため、腐食環境から完全に遮断されており、異種金属の接触腐食に対する優れた耐食性が得られる。また、上記接合部Ｊは、鋼とアルミニウム合金の新生面同士が直接接合されており、シール材３や、共晶融体Ｍｅ、酸化皮膜２ｃ、さらには接合過程で生じる種々の不純物が接合界面から排出されていることから接合強度にも優れ、異種金属継手の強度と耐食性を両立することができる。
【００８０】
上記実施例９においては、外周部に凸状曲面を備えたホットローラを用いることによって、接合界面からのシール材の排出を促進する例を示したが、レーザ溶接の場合にも、被接合材の少なくとも一方の接合面に所定曲率を有する湾曲部を形成することによって、同様の排出効果を得ることができる。
【００８１】
すなわち、図１５（ａ）に示すように、例えばプレス加工によって、亜鉛めっき鋼板１に溶接方向に沿った連続する湾曲部１ａを設けたり、図１５（ｂ）に示すように、亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２の両方に同様の湾曲部１ａ，２ａをそれぞれ設けたりすることができ、これら湾曲部１ａ，２ａの突出部を相手材側に向けてあわせることによって、実施例２及び３と同様に、ホットローラの押圧によるシール排出をより効果的なものとすることができる。
【００８２】
また、例えばアルミニウム合金材２が鋳物や押出し材の場合には、図１６に示すように、湾曲部２ｂを厚肉部として形成することも望ましく、同様の効果を得ることができる。
【００８３】
（実施例１０）
ここでは、上記実施例９において使用した接合装置における溶接手段を抵抗シーム溶接機に置き換えた例を示す。
【００８４】
すなわち、図１７はこの実施例に用いた接合装置の構成を示すものであって、図に示す接合装置は、シール材排出手段として、実施例９に用いた装置と同様に、ヒータを内蔵する１対のホットローラ２１，２２と共に、抵抗溶接用電源トランスに接続されたローラ電極１３及び１４を備えている。
当該接合装置においては、まず、ホットローラ２１，２２により接合部を加熱し、次いで加圧することによって、亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２の間に介在するシール材３を接合界面から排出した後、ローラ電極１３，１４により被接合材を加圧しながら両材料１，２の間に通電すると共に、ローラ電極１３，１４を回転させることによって、抵抗溶接が連続的に進行し、両金属材料を線状に接合することができるようになっている。
この実施例では、ホットローラ２１，２２の温度を８０℃に保持すると共に、その加圧力を１２０ＭＰａに調整し、ローラ電極１３，１４間を、加圧力４００ｋｇｆ、３２０００Ａの交流電流を通電しながら、１．８ｍ／分の速度で相対移動させることによって、上記実施例と同様に、シール材３を接合線の両側に排出すると共に、接合過程で生じる反応生成物を排除しながら溶接が進行し、良好な接合構造が得られることが確認された。
【００８５】
（実施例１１）
図１８は、この実施例に使用した接合装置の概略構成を示すものであって、ここでは、シール材排出手段としてデフォーカスさせたレーザビームと加圧ローラを用い、溶接手段としてもデフォーカスさせたレーザビームと加圧ローラを用いている。
【００８６】
すなわち、図に示す接合装置は、ツインビームＹＡＧレーザ発振器と２対の加圧ローラを組み合わせたものであって、当該接合装置においては、先行するレーザビームＢ１が亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２の間に介在するシール材３を加熱してその変形抵抗を低減（軟化）させたのち、これに続く加圧ローラ２５，２６により溶接方向の両側に排出するようになっており、これらレーザビームＢ１及び加圧ローラ２５，２６がシール材排出手段における加熱手段及び加圧手段を構成している。なお、当該加圧ローラ２５，２６の一方又は双方の外周部は、ホットローラ１３と同様に、凸状曲面としておくことが望ましい。
【００８７】
次いで、後続するレーザビームＢ２がシール材３の排出によってアルミニウム合金材２に接触した状態の亜鉛めっき鋼板１に照射され、所定温後に加熱された亜鉛めっき鋼板１を加圧ローラ２３，２４によってアルミニウム合金材２と圧着させるようになっており、鋼板側からの伝熱によってアルミニウム合金材２が亜鉛めっき鋼板１に接合されることになる。
【００８８】
この実施例では、先行加圧ローラ２５，２６及び後行加圧ローラ２３，２４による加圧力をそれぞれ１６０ＭＰａ及び１２０ＭＰａに調整し、先行レーザビームＢ１及び後続レーザビームＢ２のスポット径がそれぞれ５．０ｍｍ及び３．５ｍｍとなるようにデフォーカスすると共に、レーザ出力をそれぞれ０．５ｋＷ及び１．０ｋＷ、そして送り速度を１．２ｍ／分とすることによって、シール材３の接合界面からの排出と共に、これに続く酸化皮膜や反応性生物などの排出が円滑に行われ、良好な異種材料継手が得られることが判明した。なお、レーザビームの照射中は、同様に、２５Ｌ／分の流量でアルゴンガスを流し、接合部をシールドした。
【００８９】
（実施例１２）
この実施例においては、加熱手段と加圧手段としての機能を兼ね備えたヒータ内蔵の円筒形圧子をシール材排出手段として使用し、当該圧子によってシール材を排出したのち、溶接手段として、抵抗スポット溶接を適用して両材料を接合する例を示す。
すなわち、図１９はこの実施例における接合要領を示す概略図であって、円筒状の圧子１５，１６は、その先端圧接面が凸状曲面１５ａ，１６ａとなっていると共に、内部にヒータを組み込んで圧子自体を加熱する構造を備え、熱伝達により亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２の間に挟持されたシール材３を加熱することができ、シール材３を加熱して軟化させた状態で、加圧力を加えるよって、シール材３を容易に接合界面から排出できるようになっている。
【００９０】
ここで、シール排出手段である圧子１５，１６と、スポット溶接電極１１，１２の先端面の曲率は、シール材３の排出の最適な曲率と溶接に最適な曲率とにそれぞれ独立に設定することができるため、接合界面からのシール材３の排出と共に、共晶溶融、酸化皮膜や接合界面の不純物の排出をそれぞれ効率的に行うことができるようになる。
【００９１】
この実施例では、圧子１５，１６の温度を８０℃に調整した状態で４５０ｋｇｆの加圧力で加圧することによって、亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２の間のシール材３を接合界面から排除した後、これと同期させて、溶接電極１１，１２を用いて３５０ｋｇｆの加圧力を加えながら、２５０００Ａの交流電流を０．２秒間通電することによって、亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２を良好に接合することができた。
【００９２】
なお、上記実施例１２においては、ヒータ内蔵の円筒形圧子をもって加熱手段としたが、このような加熱型圧子に替えて、高周波加熱することも可能である。
【００９３】
すなわち、図２０に示すように、亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２の間にシール材３を介挿して成る被接合材の接合部位を高周波コイル３１，３２によって加熱した後、加熱された部位を１対のスポット溶接電極１１，１２で挟み、加圧することによって、高周波加熱によって軟化したシール材３を接合界面から容易に排出することができる。
そして、シール材３が排出されて、互いに接触した亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２に、溶接電極１１，１２によって同様の条件で加圧、通電することにより、亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２を同様に接合することができる。
【００９４】
この場合、上記したように、シール材を排出するための加圧は、スポット溶接電極１１，１２によって行うようにしており、スポット溶接電極１１，１２は、シール材排出手段の加圧手段としての機能を兼ねていることになる。
したがって、スポット溶接電極１１，１２の先端形状を、図示しているような凸状曲面１１ａ，１２ａとすることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】シール材の変形抵抗の温度特性を示すグラフである。
【図２】本発明の実施例に用いた抵抗スポット溶接装置の構成を示す概略図である。
【図３】本発明の第１の実施例による抵抗スポット部の詳細図である。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は亜鉛めっき鋼板とアルミニウム合金材との接合過程をを示す概略工程図である。
【図５】本発明によって得られる異種金属の接合構造を示す断面図である。
【図６】（ａ）アルミニウム合金材に湾曲部を形成した場合の抵抗スポット溶接要領を示す断面図である。（ｂ）アルミニウム合金材及び亜鉛めっき鋼板の両方に湾曲部を形成した場合の抵抗スポット溶接要領を示す断面図である。
【図７】アルミニウム合金材に厚肉状の湾曲部を形成した場合の抵抗スポット溶接要領を示す断面図である。
【図８】本発明の実施例に用いた抵抗シーム溶接装置の構成を示す概略図である。
【図９】本発明の抵抗シーム溶接に用いるローラ電極の形状例を示す概略図である。
【図１０】被接合材に湾曲部を形成した場合の抵抗シーム溶接要領を示す断面図である。
【図１１】（ａ）有機被膜を供えたアルミニウム合金材の抵抗スポット溶接要領を示す断面図である。（ｂ）図１１（ａ）によって得られた接合構造を示す断面図である。
【図１２】（ａ）有機被膜を供えたアルミニウム合金材と亜鉛めっき鋼板との抵抗スポット溶接要領を示す断面図である。（ｂ）図１２（ａ）によって得られた接合構造を示す断面図である。
【図１３】有機被膜を供えたアルミニウム合金材の抵抗シーム溶接要領を示す断面図である。
【図１４】本発明の第９実施例に用いたレーザ溶接による異種金属の接合装置の構成を示す正面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。
【図１５】（ａ）亜鉛めっき鋼板に湾曲部を形成した場合のレーザ溶接要領を示す断面図である。（ｂ）亜鉛めっき鋼板及びアルミニウム合金材に湾曲部を形成した場合のレーザ溶接要領を示す断面図である。
【図１６】アルミニウム合金材に厚肉状の湾曲部を形成した場合のレーザ溶接要領を示す断面図である。
【図１７】本発明の第１０実施例に用いた抵抗シーム溶接による異種金属の接合装置の構成を示す側面図である。
【図１８】本発明の第１１実施例に用いたレーザ溶接による異種金属の接合装置の構成を示す側面図である。
【図１９】ヒータ内蔵の円筒形圧子をシール材排出手段として使用した抵抗スポット溶接要領を示す説明図である。
【図２０】シール材排出手段の加熱手段として高周波加熱を適用した抵抗スポット溶接要領を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９６】
１ 亜鉛めっき鋼板
１ａ 湾曲部
１ｆ 有機被膜（シール材）
１ｐ 亜鉛めっき層
２ アルミニウム合金材
２ａ、２ｂ 湾曲部
２ｆ 有機被膜（シール材）
３ シール材
１１、１２ 溶接用電極
１１ａ、１２ａ 凸状曲面
１３、１４ ローラ電極（溶接用電極）
１３ａ 凸状曲面
２１、２２ ホットローラ（加熱手段、加圧手段）
２１ａ、２２ａ 凸状曲面
２３、２４ 加圧ローラ（溶接手段）
２５、２６ 加圧ローラ（加圧手段）
３１、３２ 高周波コイル（加熱手段）
Ｂ、Ｂ２ レーザビーム（溶接手段）
Ｂ１ レーザビーム（加熱手段）
Ｍｅ 共晶融体（共晶溶融金属）
Ｊ 接合部
【技術分野】
【０００１】
本発明は、イオン化傾向の異なる金属からなる異種材料の接合方法と、このような方法によって得られる異種金属の接合構造、さらに当該接合に用いる異種金属の接合装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、自動車車体には、従来から鋼材が広く使用されているが、近年、車体の軽量化を目的として、上記鋼材に加えて、アルミニウム合金などの軽金属の利用が進んでおり、アルミニウム合金等から形成された車体部材（例えば、アルミニウム合金製ルーフパネル等）の車体への適用が行われている。
【０００３】
このような部材の接合部位に上記のような異種金属を組み合わせて用いると、異種金属が互いに接触して電気的に導通するために腐食が促進されることが知られている。
このような異種金属の接触による腐食は、金属のイオン化傾向の違いによってこれら金属間に電位差が生じ、腐食電流が流れることによって発生するとされており、従来、異種金属接触による腐食を防止するために、例えば以下のような対策が採られている。
【０００４】
すなわち、特許文献１には、例えばスチール製の第１の部材と、例えばアルミニウムやその合金から成る第２の部材を両部材の間にシール材を介在させた状態で、例えばリベットや補強部材などの接合手段によって接合するようにした車体部材の接合構造が提案されている。
また、特許文献２には、鉄系材料とアルミニウム又はアルミニウム合金材料が接合された部材をフルオロ錯イオン及び亜鉛イオンを含有する溶液中に浸漬して、接合部近傍に緻密かつ強固で密着性が高く、しかもアルミニウムと鉄との中間的なイオン化傾向を有する金属亜鉛を析出させ、もって接合部における異種金属間の接触による耐食性を向上させることが記載されている。
【特許文献１】特開２０００−２７２５４１号公報
【特許文献２】特開２００５−１５４８４４号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかしながら、上記特許文献１に記載の技術においては、両材料の融点や線膨張係数が異なることから、スポット溶接等による溶融接合を避け、リベットやボルトなどによる機械的締結を採用しているため、接合された部材の重量やコストの増加が避けられないという問題点がある。
また、特許文献２に記載の技術においては、接合された部材をフルオロ錯イオン及び亜鉛イオンを含有する溶液中に浸漬するようにしているが、接合材表面に析出した亜鉛だけでは、自動車部品に求められる耐食性能を十分に満足させることができないばかりでなく、自動車の生産工程の過程において、車体部品をこのような溶液中に浸漬する工程を組み込むことは、浸漬タンク等の新設備が必要となり、設備コストや管理コストが増え、製造コストの高騰を招くことが問題となる。
【０００６】
本発明は、従来の異種金属の接合技術における上記課題を解決すべくなされたものであって、その目的とするところは、異種金属接触による腐食を防止することができ、耐食性及び接合強度に優れた異材継手を安価に得ることができる異種金属の接合方法と、このような方法による接合構造、さらにはこのような接合に用いる異種金属の接合装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明者らは、上記目的を達成すべく鋭意検討を重ねた結果、重ね合わせた異種金属材料間にシール材を介在させ、このシール材を接合界面から排出した状態で接合するようになすことによって、上記目的が解決できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【０００８】
すなわち、本発明は上記知見に基づくものであって、本発明の異種金属の接合方法においては、異種金属から成る両材料をシール材を介して重ね合わせた後、接合部の少なくとも中央部のシール材を接合界面から排出し、上記両材料を直接接触させた状態で、例えば抵抗溶接によって接合することを特徴としている。
また、本発明の接合方法の好適形態においては、両材料の少なくとも一方とシール材の間に、両材料のいずれとも異なる第３の金属から成る材料を介在させ、シール材を接合界面から排出させた後、上記両材料の少なくとも一方と第３の金属材料との間で共晶溶融を生じさせて接合することを特徴とする。
【０００９】
本発明の異種金属の接合構造は、例えば両材料の間に両材料の少なくとも一方との間で共晶溶融を生じる第３の金属材料を介在させて接合する上記のような方法によって得られるものであって、被接合材の新生面同士が直接接合されていると共に、この接合部が第３の材料、被接合材、酸化皮膜及び接合過程で生じる反応生成物の群から選ばれる少なくとも１種によりその周囲全周を囲われており、さらにその周囲がシール材により囲われていることを特徴とする。
【００１０】
そして、本発明の異種金属の接合装置は、シール材を介して異種金属から成る材料を接合する装置であって、シール材を接合界面から排出するシール材排出手段と、シール材が排出された両材料を直接接合する溶接手段を備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、異種金属材料間にシール材を挟んで重ね接合するに際して、両材料の間に介在させたシール材を接合部の接合界面から排出し、上記両材料を直接接触させた上で接合するようにしていることから、接合部にシール材が残存したりするようなことがなく、強固な接合強度が得られると共に、接合部はその外周がシール材で囲われて腐食環境からは遮断されるため、異種金属の接触腐食を防止することができ、耐食性及び接合強度に優れた異種金属継手を低コストに作製することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
以下に、本発明の異種金属の接合方法や接合装置、さらにはこれによって得られる接合構造について、さらに詳細かつ具体的に説明する。
【００１３】
本発明の異種金属接合方法においては、上記したように、重ね合わせた異種金属材料の間に挟持されたシール材を接合部の接合界面から強制的に除去することによって、両材料を直接接触させた状態で接合（溶接）するようにしているので、接合界面にシール材が残存することによる継手強度の低下が防止されると共に、シール材によってイオン化傾向の異なる金属同士の接触を防止することができ、強度と耐食性の両立が可能となる。
このとき、新たな設備の増設なども特に必要とせず、シール材のコストや、その配置工数など、コストアップ要因も最小限に抑えることができる。
【００１４】
本発明の接合方法において、上記シール材としては、例えば、エポキシ樹脂系、合成ゴム系、合成ゴム／ＰＶＣ系材料などを用いることができ、このような材料を溶液状にして被接合材料の接合面に塗布したり、シート状にしたものを両材料の間に挟んだりすることができる。
なお、シール材としては、本発明の目的を達成できるもの、すなわち異種金属材料間の直接接触を防止し得る絶縁性のものであれば、これらに限定されることはない。また、当該シール材に接着機能を有する材料を用いることによって、電食を防止するシール効果に加えて、接合強度の向上効果をも得ることができる。
【００１５】
本発明の接合方法において、接合界面からシール材を排出するための具体的な手段としては、例えば、先端部表面を曲面形状とした圧子を用いて両材料を相対的に加圧することによって、接合界面間に介在するシール材を接合部の周囲に排出するようになすことができる。
このとき、圧子として、ローラ状のものを用いることによって、シール材を進行方向の両側に排出することができるようになり、連続的な線状の接合にも対応することができるようになる。
【００１６】
あるいは、両材料の少なくとも一方の接合面に相手側に突出する湾曲部をあらかじめ形成しておき、この状態で両材料を相対加圧するようになすこともでき、この湾曲部によってシール材を接合界面から円滑に排出できるようになる。
このような湾曲部は、例えばプレス加工によって、溶接位置に合わせた断続状（スポット溶接の場合）に形成したり、接合線に沿った連続溝状に形成したりすることもでき、適用部材の形状や要求性能に応じて選択することができる。
【００１７】
また、接合界面からシール材を排出するに際しては、例えば外部熱源を用いた加熱などによって、シール材の変形抵抗を低減させた上で、両材料を加圧するようになすこともでき、低い加圧力でも容易かつ確実にシール材を接合部から排出することができると共に、使用環境によるシール材の種類の選択範囲を拡げることができるようになる。
【００１８】
例えば、熱硬化性樹脂から成るシール材の変形抵抗は、図１に示すような温度依存性を有しており、室温から温度を上げていくと、ある一定の温度まで変形抵抗が減少していき、さらに温度を上げると、熱硬化性であることから硬化が始まり、変形抵抗は逆に増加するようになる。
したがって、接合を行う前に外部熱源を用いて接合部を加熱し、シール材の温度を上げ、温度を図中のｔ１からｔ２の間に管理し、シール材の変形抵抗を一定値以下にした上で、加圧するようになすことによって、接合部からのシール材の排出が容易、かつ効率的に行われるようになる。
【００１９】
ここで、シール材の変形抵抗を制御するための加熱手段（外部熱源）としては、例えばヒータ付きホットローラ、高周波加熱、レーザ加熱、抵抗加熱などを挙げることができる。
【００２０】
本発明の異種金属の接合方法においては、抵抗溶接、レーザ溶接、高周波溶接などの溶融溶接だけでなく、摩擦攪拌接合、超音波接合、拡散接合などの固相接合まで、種々の溶接施工方法の適用が可能であり、接合施工方法に特に限定されるものではないが、抵抗溶接を採用した場合には、抵抗溶接用電極（スポット溶接用電極のみならず、シーム溶接用のローラ電極をも含む）の少なくとも一方の先端面を凸状曲面とすれば、当該電極を用いた加圧によって接合界面からシール材を排出することができるようになる。
すなわち、溶接用電極によって、接合界面からシール材を排出するためのシール材排出手段を兼ねることもできるようになり、装置、工程の簡略化が可能になる。
【００２１】
このような抵抗溶接としては、スポット溶接と共に、ローラ電極を用いたシーム溶接を適用することができ、抵抗スポット溶接による点接合とすることによって、自動車パネルのような複雑な３次元形状をなす部材に対しても、容易に異種金属の接合が可能となる。
また、抵抗シーム溶接を適用することによって、連続的な線状接合が得られ、点接合より強度や剛性、水密性を要する部材の接合に好適なものとなる。
【００２２】
抵抗スポット溶接に際しては、本溶接するための通電・加圧に先立って、予備的な加圧と微弱電流の通電によって、両材料間に抵抗発熱を生じさせ、もってシール材の変形抵抗を減じ、シール材の接合界面からの排出を容易にすることができる。
抵抗シーム溶接の場合には、このような予備通電用のローラ電極を抵抗溶接用のローラ電極に先行させることによって、同様の効果を得ることができる。
【００２３】
本発明の異種金属の接合方法においては、異種金属から成る被接合材の少なくとも一方とシール材の間に、両材料のいずれとも異なる第３の金属から成る材料を介在させ、シール材を接合界面から排出させた後、上記両材料の少なくとも一方と第３の金属材料との間で共晶溶融を生じさせて接合することが望ましく、これによって異種金属界面に比較的低温度で共晶溶融が生じることから、より低温状態で酸化皮膜を接合界面から除去することができ、接合界面温度の上昇を防止して金属間化合物の生成を抑制し、異種金属から成る両材料の新生面同士が強固に接合されるようになることから、特にアルミニウム材やマグネシウム材のように表面に緻密な酸化皮膜が形成される材料を含む異種金属の接合に好適に用いることができる。
【００２４】
すなわち、このような材料を含む異種金属接合においては、酸化皮膜を除去するには、大きな熱量の投入が必要である一方、入熱量を大きくすると脆弱な金属間化合物の生成が避けられなくなることから、健全で高強度な接合を得るための条件範囲が狭くなるのに対し、上記のような第３の材料との共晶溶融を利用することによって、酸化皮膜を低温状態でも除去し易くなるために、適正条件範囲が極めて広いものとなる。
【００２５】
このとき、第３の金属材料を介在させるための具体的手段としては、被接合材の少なくとも一方の接合面に第３の金属材料をめっきすることが望ましく、これによって第３の材料をインサート材として異種材料とシール材との間に挟み込む工程を省略することができ、加工工数の低減によって作業効率が向上するばかりでなく、共晶反応によって溶融されためっき層が表面の不純物と共に接合部の周囲に排出された後に、めっき層の下から極めて清浄な新生面が現れることになり、より強固な接合が可能となる。
【００２６】
例えば、アルミニウム合金やマグネシウム合金などの軽合金材と鋼材との接合に際しては、鋼材として、アルミニウムやマグネシウムと低融点共晶を形成する第３の金属である亜鉛がその表面にあらかじめめっきされている、いわゆる亜鉛めっき鋼板を用いることができる。この場合には、新たにめっきを施したり、特別な準備を要したりすることもなく、防錆目的で亜鉛めっきを施した市販鋼材をそのまま使用することができ、極めて簡便かつ安価に、異種金属の強固な接合を行なうことができるようになる。
【００２７】
なお、共晶溶融とは共晶反応を利用した溶融を意味し、２つの金属（又は合金）が相互拡散して生じた相互拡散域の組成が共晶組成となった場合に、保持温度が共晶温度以上であれば共晶反応により液相が形成される。例えばアルミニウムと亜鉛の場合、アルミニウムの融点は９３３Ｋ、亜鉛の融点は６９２．５Ｋであるのに対して、この共晶金属はそれぞれの融点より低い６５５Ｋにて溶融する。
したがって、両金属の清浄面を接触させ、６５５Ｋ以上に加熱保持すると反応が生じる。これを共晶溶融といい、アルミニウム材の接合時における酸化皮膜除去や相互拡散などの接合作用に利用することによって、低温接合が実施でき、接合界面における金属間化合物の成長を極めて有効に抑制することができる。なお、Ａｌ−Ｚｎ２元系合金では、Ａｌ−９５％Ｚｎが共晶組成となるが、共晶反応自体は合金成分に無関係な一定の変化であり、合金組成は共晶反応の量を増減するに過ぎない。
【００２８】
一方、アルミニウム材の表面には酸化皮膜が存在するが、これは高エネルギービームの照射による加熱と、その直後の所定温度での加圧によってアルミニウム材に塑性変形が生じることにより物理的に破壊されることになる。
すなわち、加圧によって材料表面の微視的な凸部同士が擦れ合うことから、一部の酸化皮膜の局所的な破壊によってアルミニウムと亜鉛が接触した部分から共晶溶融が生じ、この液相の生成によって近傍の酸化皮膜が破砕、分解されてさらに共晶溶融が全面に拡がる反応の拡大によって、酸化皮膜破壊の促進と液相を介した接合が達成される。
【００２９】
共晶組成は相互拡散によって自発的達成されるため、組成のコントロールは必要ない。必須条件は２種の金属あるいは合金の間に、低融点の共晶反応が存在することであり、アルミニウムと亜鉛の共晶溶融の場合、亜鉛に代えてＺｎ−Ａｌ合金を用いる場合には、少なくとも亜鉛が９５％以上の組成でなければならない。
【００３０】
本発明の異種金属の接合方法における被接合材と第３の金属材料との具体的な組み合せとしては、例えば鋼材とアルミニウム合金材の接合における第３の材料としては、アルミニウム合金と低融点共晶を形成する材料でありさえすれば特に限定されることはなく、例えば、上記した亜鉛（Ｚｎ）の他に、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）などを用いることができる。
すなわち、これら金属とＡｌとの共晶金属は、母材であるアルミニウム合金材の融点以下で溶融するため、脆弱な金属間化合物が生成し易い鋼材とアルミニウム合金材の接合においても、低温で酸化皮膜の除去ができ、接合過程での接合界面における金属間化合物の生成が抑制でき、強固な接合が可能になる。
【００３１】
また、本発明の接合方法を自動車ボディの組み立てに適用することを考えた場合、被接合材としては、鋼材とアルミニウム材との組み合わせがほとんどであるが、将来的には鋼材とマグネシウム材、あるいはアルミニウム材とマグネシウム材との組み合わせなども考えられる。
鋼材とマグネシウム合金材との接合に際しては、後述する実施例と同様に鋼材側にめっきした亜鉛とマグネシウムの間に共晶反応を生じさせて接合することが可能である。さらに、アルミニウム合金材とマグネシウム合金材を接合する場合においても、亜鉛や銀を第３の材料として利用することが可能である。
【００３２】
なお、本発明においては、第３の金属材料として、上記したような純金属に限定されるものではなく、共晶金属は２元合金も３元合金も存在するため、これらの少なくとも１種の金属を含む合金であってもよい。
【００３３】
本発明の異種金属の接合装置は、シール材を接合界面から排出するシール材排出手段と、シール材が排出された両材料を直接接合する溶接手段を備えたものであるから、本発明の上記接合方法に好適に用いることができる。
そして、上記シール材排出手段としては、シール材の変形抵抗を低減させるための加熱手段と、この加熱手段によって加熱された部分を加圧して、変形抵抗が減じた、すなわち加熱によって軟化したシール材を接合界面から排出する加圧手段から成るものとすることができる。
【００３４】
ここで、上記溶接手段としては、代表的には、上記したように、例えば抵抗溶接やレーザビーム溶接を採用することができ、上記シール材排出手段における加熱手段としては、ヒータを内蔵したホットローラや、高周波加熱、レーザ加熱、抵抗加熱などを適用することができ、加圧手段としては圧子や加圧ローラを採用することができ、これらの押圧面を凸状曲面とすることが望ましい。
また、溶接手段として抵抗溶接を採用した場合には、溶接用電極を加圧手段として兼用することも可能である。
【実施例】
【００３５】
以下、本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。なお、本発明は、これら実施例に限定されるものではない。例えば、下記実施例においては、アルミニウム合金と亜鉛めっき鋼板の接合例を示したが、異種金属の組み合わせとしては、上記組み合わせ以外にも、マグネシウム合金とアルミニウム合金、鋼材とマグネシウム合金など、電食が問題となる全ての異種金属接合に適用することができる。
【００３６】
各実施例においては、板厚０．５５ｍｍの亜鉛めっき鋼板１と６０００系アルミニウム合金から成る板厚１．０ｍｍの板材２の接合を行ない、アルムニウムと共晶溶融を生じる第３の材料として、鋼板１の表面の亜鉛めっき層１ｐを利用した。亜鉛めっき層１ｐの厚さとしては、共晶溶融が生じるのに必要な最低厚さがあれば問題はないが、ここでは一般的な２０μｍのめっき厚さを有する亜鉛めっき鋼板を用いた。防錆用のシール材３としては、エポキシ系の熱硬化性構造用接着剤を用い、亜鉛めっき層１ｐを内側にして重ね合わせた両材料１，２の間に挟持した状態で各実施例に供した。
【００３７】
（実施例１）
図２は、この実施例に用いたスポット溶接装置の全体図を示し、交流電源タイプの装置によって、上記したように、間にシール材３を挿入した状態の亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２を１対の溶接電極１１，１２により加圧・通電することにより溶接を行った。
図３は、接合部の詳細図であり、表面に亜鉛めっき層１ｐが形成され亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２の接合界面にシール材３を介挿させている。
【００３８】
上記スポット溶接電極１１，１２については、後述するように、接合界面からのシール材３、酸化皮膜、共晶融体などの排出を容易ならしめるために、その先端に凸状曲面１１ａ，１２ａを備えた形状としてある。
なお、このような電極先端形状は、必ずしも電極１１，１２の両方に採用する必要はなく、少なくとも一方に採用することによって、円滑な排出を行うことができる。
【００３９】
そして、上記抵抗スポット溶接装置を用い、通電に先立って、３５０ｋｇｆの加圧力を加えることによって、接合界面からシール材３を排出したのち、２５０００Ａの交流電流を０．２秒間通電することによって、両材料１，２をスポット溶接した。
この過程を図４を参照して説明する。
【００４０】
図４（ａ）は、被接合材の準備完了状態を示し、少なくとも接合界面側の表面に、Ａｌと共晶を形成する第３の金属材料として機能する亜鉛めっき層１ｐが施された亜鉛めっき鋼板１と、アルミニウム合金材２が重ね合わされており、両者の接合面全体にペースト状のシール材３が塗布されている。なお、アルミニウム合金材２の表面には酸化皮膜２ｃが生成している。
【００４１】
次に、図４（ｂ）に示すように、１対の溶接電極１１，１２によって両材料１，２を相対的に押圧すると、電極先端には上記したように凸状曲面１１ａ，１２ａが形成されているため、シール材３は接合部の中央部から外周部に排出され、中央部においては、亜鉛めっき層１ｐとアルミニウム合金材２の表面に生成している酸化皮膜２ｃが直接接触することになる。
ここで、溶接電極による加圧及び通電に基づく機械的、熱的な衝撃などが負荷されることによって、図４（ｃ）に示すように、接合面の酸化皮膜２ｃが局部的に破壊され、亜鉛とアルミニウムの局部的な接触が起こり、接合面が亜鉛とアルミニウムの共昌点温度以上に保持されると、図４（ｄ）に示したように、亜鉛とアルミニウムの共晶溶融が起こり、共晶融体Ｍｅが生じる。
【００４２】
この共晶融体（溶融金属）Ｍｅは、上記電極１１，１２によるさらなる押圧によって、酸化皮膜２ｃや接合界面の不純物（図示せず）と共に、接合部周囲に排出物Ｄとなって排出され、図４（ｅ）に示すように、所定の接合面積が確保される。
そして、図４（ｆ）に示すように、アルミニウムと鋼の新生面同士が直接接合されることにより、接合部Ｊが形成され、鋼とアルミニウム合金の強固な金属接合を得ることができる。
【００４３】
図５は、このような接合プロセスによって得られた接合部構造の詳細を示したものであって、図に示すように、亜鉛めっき鋼板１の鋼とアルミニウム合金材２の接合部Ｊは、これら金属の新生面同士が直接接合されていると共に、共晶融体Ｍｅや酸化皮膜２ｃ、接合界面の不純物などが排出物Ｄとなって、当該接合部Ｊの周囲に排出され、さらにその周囲にシール材３が排出されていることから高強度な接合が得られ、しかも上記接合部Ｊが排出物Ｄとシール材３によって周囲を囲われた構造となっており、腐食環境から完全に遮断されているため、異種金属の接触腐食に対して優れた耐食性が得られ、強度と耐食性を両立することができた。
【００４４】
なお、上記実施例においては、シール材３として、ペースト状の構造用接着剤を塗布して用いたが、これに限定されることはなく、シート状の接着剤を使用することもできる。
この場合、シート状の接着剤は、常温での粘度が高いため、溶接電極による加圧だけでは排出しにくいことがあるが、その際には、予備通電を行うことによって加熱し、シール材の変形抵抗を低減させることによって、容易かつ確実にシール材を排出することができる。
【００４５】
（比較例１）
亜鉛めっき鋼板に代えてめっきの無い裸鋼板を使用すると共に、シール材を塗布することなく、加圧と同時に溶接用交流電流を通電したこと以外は、上記実施例１と同様の操作を繰り返して、裸鋼板とアルミニウム合金材とを接合した。
【００４６】
（比較例２）
シール材を塗布することなく、加圧と同時に溶接用交流電流を通電したこと以外は、上記実施例１と同様の操作を繰り返して、亜鉛めっき鋼板とアルミニウム合金材とを接合した。
【００４７】
（比較例３）
先端部が平坦な形状のスポット溶接用電極を使用し、加圧開始と同時に溶接用交流電流を通電したこと以外は、上記実施例１と同様の操作を繰り返して、亜鉛めっき鋼板とアルミニウム合金材とを接合した。
【００４８】
上記各比較例によって得られた異種金属継手の継手強度及び耐食性能を調査し、上記実施例１によって得られた異種金属継手と比較した。
その結果を表１に示す。
【００４９】
【表１】
【００５０】
表１に示すように、シール材を併用していない比較例１及び２においては、継手強度には優れるものの、耐食性が劣る結果となった。なお、裸鋼板を用いた比較例１においては、このような高強度継手を得るためには、亜鉛めっき鋼板を用いた場合に較べて、かなり精密な条件制御が必要であり、適正条件範囲が極めて狭くなった。
また、比較例３では、シール材を接合界面から排除することなく、そのままスポット溶接を実行した関係上、シール材が完全に排出されず接合界面に残存したことから、接合強度は、実施例１の場合約４５％程度に留まった。
【００５１】
これに対し、上記実施例１により得られた異種金属継手の場合には、シール材３の排出と共晶溶融による酸化皮膜除去と新生面同士の直接接合により、高強度と耐食性を両立できることが確認された。
なお、継手強度については、ＪＩＳ Ｚ３１３６−１９９９ によって測定した引張せん断強度が、ＪＩＳ Ｚ３１４０−１９８９に規定されたＡ級強度以上の場合を「○」と評価し、耐食性能については、独自の腐食促進試験により評価した結果、電食の発生が見られなかったものを「○」と評価した。
【００５２】
（実施例２）
上記実施例１においては、先端に凸状曲面を備えた溶接電極を用いることによって、接合界面からのシール材や、接合過程で生じる反応生成物など排出を促進する例を示したが、これに代えて、被接合材の少なくとも一方の接合面に所定曲率を有する湾曲部を形成することによっても、同様の排出効果を得ることができる。
【００５３】
すなわち、当該実施例においては、図６（ａ）に示すように、プレス加工によって、あらかじめ湾曲部２ａを設けたアルミニウム合金材２を亜鉛めっき鋼板１に重ね、これらの間にシール材３を介挿した。
そして、電極１１及び１２によって、亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２を上下から挟持し、同様の条件のもとに、まず加圧を行うと、上記湾曲部２ａによってシール材３が接合部から容易に排出され、その後の加圧及び通電によって抵抗スポット溶接を行うことにより、アルミニウム合金板材２の酸化皮膜２ｃの破壊と、その接合部からの除去が促進され、接合部の周囲が排出物やシール材３によって囲われた耐食性の高い接合構造が得られた。
【００５４】
このように、特に、鋼材よりも融点が低く、しかも大気雰囲気下でその表面に強固な酸化皮膜を形成するアルミニウム合金材２の側に上記湾曲部２ａを形成したことによって、通電加熱による軟化により湾曲部２ａが変形しながら酸化皮膜２ｃの破壊と除去が進行すると共に、接合過程の共晶反応により生じた反応生成物等の接合部周囲への排出と、それによるシール材３の更なる排出が容易なものとなり、被接合材であるアルミニウム合金と鋼の新生面同士の不純物などが介在することのない強固な接合が得られると共に、接合部の周囲を排出物やシール材３に囲われた耐食性の高い異種金属同士の接合構造を容易に得ることができるものと考えられる。
【００５５】
なお、シール材などの排出促進に寄与する湾曲部は、アルミニウム合金材２の側のみならず、例えばアルミニウム合金材の板厚が厚い時や、押し出し材を使用した時などのように、アルミニウム合金材２に湾曲部２ａを形成するのに手間がかかるような場合には、亜鉛めっき鋼板１の側に湾曲部を設けることもでき、同様の効果を得ることができる。
【００５６】
さらに、図６（ｂ）に示すように、アルミニウム合金材２及び亜鉛めっき鋼板１の双方に、同様の湾曲部２ａ及び１ａをそれぞれ形成して、湾曲部２ａ，１ａの凸面同士を当接させることによって、両材料の間に排出空間を確保し、排出促進手段として機能させることもでき、同様にシール材３や反応生成物などの排出が促進され、耐食性が高く強固な接合を行うことができる。
【００５７】
（実施例３）
図７は、同様の実施例として、アルミニウム合金材２の側に、シール材などの排出を促進するための湾曲部２ｂを厚肉部として形成した例を示す。
すなわち、アルミニウム合金材２が鋳物や押出し材の場合は、その製造時に厚肉状の湾曲部２ｂを容易に形成することができ、シール材３のみならず反応生成物などの接合界面からの排出が容易なものとなり、上記実施例と同様の効果が得られることが確認された。
【００５８】
（実施例４）
抵抗シーム溶接による異材金属の接合要領を図８に示す。
図に示す接合装置は、抵抗溶接用電源トランスに接続されたローラ電極１３及び１４を備えており、当該接合装置においては、表面に亜鉛めっき層１ｐを備えた亜鉛めっき鋼板１と、アルミニウム合金材２とが、その界面にシール材３を介して重ね合わせられた状態で、ローラ電極１２及び１４により挟持され、接合部を加圧してシール材３を接合界面から排除したのち、さらに加圧しながら両材料１，２の間に通電すると共に、ローラ電極１３及び１４を回転させることによって、シール材３の排出と抵抗溶接が連続的に進行し、両材料１，２を線状に接合することができるようになっている。
【００５９】
このとき、図９に示すように、ローラ電極１３及び１４の少なくとも一方は、被接合材との当接面である外周部に凸状曲面を備えており（この例では、上側ローラ電極１３が凸状曲面１３ａを備え、下側ローラ電極１４の先端は平坦面１４ａとなっている）、このローラ電極１４がアルミニウム合金材２の側に配置されている。
このため、この実施例では、４００ｋｇｆの加圧力を加え、３２０００Ａの交流電流を通電しながら、２．０ｍ／分の送り速度で移動させることによって、上記したスポット溶接の場合と同様に、ローラ電極１３の凸状曲面１３ａにより、シール材３や、酸化皮膜や共晶溶融金属、反応生成物などが接合界面からその周囲に円滑に排出され、アルミニウム合金と鋼の新生面同士の強固な接合が得られるとともに、シール材３の存在によって耐食性も良好に確保されることになる。
【００６０】
（実施例５）
当該実施例においては、上記した実施例２と同様の湾曲部を備えたアルミニウム合金材２を抵抗シーム溶接に適用した例を示すものである。
すなわち、図１０に示すように、あらかじめプレス加工によって、長手方向に連続したビード状をなし、亜鉛めっき鋼板１の側に凸となるように湾曲した曲率を有する湾曲部２ｄを設けたアルミニウム合金材２を亜鉛めっき鋼板１に重ね、これらの間にシール材３が介挿してある。
【００６１】
このような湾曲部２ｄは、シール材３の排出を促進する機能を有することから、上記したスポット溶接の場合と同様に、シール材３の排出と、それに続く酸化皮膜や共晶溶融金属、反応生成物などが接合界面からその両側に円滑に排出されることから、上記同様の条件によって、アルミニウム合金と鋼の新生面同士の強固な接合と、高い耐食性が得られることが確認された。
ここでは、ローラ電極１３，１４として、先端形状が平面をなす通常のものを用いたが、先の実施例と同様に、外周面を凸状曲面とした電極を用いても差し支えない。また、スポット溶接の場合と同様に、湾曲部を亜鉛めっき鋼板１の側に設けたり、アルミニウム合金材２との両方に形成したりすることも可能である。
【００６２】
上記実施例４や５のような抵抗シーム溶接を適用することによって、連続的な接合が可能であり、接合部の水密性や剛性に優れた異材継手を得ることができるようになる。
【００６３】
（実施例６）
この実施例においては、片面側に、シール材として機能する有機皮膜２ｆを備えた６０００系アルミニウム合金から成る板厚１．０ｍｍの板材２と板厚０．５５ｍｍの亜鉛めっき鋼板１の接合を抵抗スポット溶接で行った例を示す。
【００６４】
すなわち、図１１（ａ）は、接合時の断面詳細図であって、表面に亜鉛めっき層１ｐを備えた亜鉛めっき鋼板１と有機被膜２ｆを有するアルミニウム合金材２の接合界面には、上記した各実施例と同様に、亜鉛めっき層１ｐと、アルミニウムの酸化被膜２ｃと、有機被膜２ｆ（シール材）が介在することとなる。
【００６５】
したがって、先端部にそれぞれ凸状曲面１１ａ，１２ａを備えたスポット溶接用電極１１，１２を用い、上記実施例１，２などと同様の条件を適用することによって、まず、有機被膜２ｆが接合界面から排出されて、両材料１，２が直接接触し、この状態で同様の加圧及び通電を行うことにより、図１１（ｂ）に示すように、亜鉛めっき鋼板１の鋼とアルミニウム合金が直接に接合されて成る接合部Ｊが排出物Ｄにより囲繞され、さらに有機被膜２ｆがその周辺部とアルミニウム合金材２の表面を囲んだ構造となっているため、異種金属の接触による腐食に対しては優れた耐食性が得られた。
また、鋼とアルミニウム合金の接合部Ｊは、有機被膜２ｆや、共晶融体Ｍｅ、酸化皮膜２ｃ、接合界面の不純物などの排出物Ｄが周囲に排出されて、新生面同士の高強度な接合が得られており、強度と耐食性を両立することができた。このように有機被膜２ｆは、シール材として被接合材の少なくとも一方の表面を覆って排出物Ｄの周辺を取り囲んでいればよい。
【００６６】
（実施例７）
ここでは、防錆用のシール材として機能する有機皮膜１ｆ及び２ｆをそれぞれ備えた板厚０．５５ｍｍの亜鉛めっき鋼板１と、６０００系アルミニウム合金から成る板厚１．０ｍｍの板材２とを抵抗スポット溶接により接合した例を示す。
【００６７】
図１２（ａ）に示すように、亜鉛めっき層１ｐの上に有機被膜１ｆを備えた亜鉛めっき鋼板１と、有機被膜２ｆを備えたアルミニウム合金材２がそれぞれの有機被膜が接合界面側になるように重ね合わされており、この接合界面には、上記した各実施例と基本的に同様に、亜鉛めっき層１ｐと、アルミニウムの酸化被膜２ｃと、有機被膜１ｆ及び２ｆ（シール材）が介在している。
【００６８】
したがって、上記実施例１あるいは実施例６と同様に、先端部に凸状曲面１１ａ，１２ａを備えたスポット溶接用電極１１，１２を用いて、まず加圧したのち、所定の加圧・通電を行うことによって、有機被膜１ｆ，２ｆの接合界面からの排出、これに続く酸化皮膜２ｃや反応生成物などの排出が円滑に行われ、図１２（ｂ）に示すように、上記した各実施例と基本的に同様の異種金属の接合構造が得られ、継手強度と耐食性能を兼ね備えた異種金属継手を得ることができる。
【００６９】
（実施例８）
この実施例は、上記実施例６と同じ組み合わせの被接合材を抵抗シーム溶接した例を示すものである。
シーム溶接用ローラ電極として、図１３に示すように、実施例４と同様に外周部に凸状曲面１３ａを備えたローラ電極１４を使用し、同様の溶接条件を適用することによって、有機被膜２ｆや、これに続く酸化皮膜２ｃや反応生成物などの接合界面からの排出が円滑に行われ、継手強度と耐食性能との両立が確認された。
【００７０】
なお、このような抵抗シーム溶接を適用することによって、連続的な接合ができ、接合部の水密性や剛性に優れた異材継手を得ることができる。
また、あらかじめ有機被膜が形成された材料を用いることによって、シール材に相当する構造を均一に設けることができると共に、塗布しにくい部分への適用が容易になる。
【００７１】
（実施例９）
当該実施例においては、上記した各実施例と同様に、亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２の間にシール材３を挟持して成る被接合材をレーザ溶接を適用して接合する例を示す。
接合装置の溶接手段としては、最大出力３ｋＷの発振器を備えたＹＡＧレーザ溶接機を用い、シール材３の変形抵抗を減じる加熱手段及びこれを押圧する加圧手段としては、ヒータ付きホットローラを用いて、連続溶接を行った。
【００７２】
すなわち、図１４はこの実施例に用いた接合装置の構成を示すものであって、図１４（ａ）は、進行方向側からの正面図、図１４（ｂ）は、その側面図である。
図に示す接合装置は、シール材排出手段として、上記のように加熱手段と加圧手段としての機能を併せ持つ１対のホットローラ２１，２２と、該ホットローラ２１，２２の直後位置にレーザ発振器からのレーザビームＢをデフォーカスさせて照射する図外の照射ヘッドと、ビーム照射部位の直後に配置され、レーザビームによって加熱された被接合材を加圧する１対の加圧ローラ２３，２４を備えている。
【００７３】
上記ホットローラ２１，２２は、内蔵ヒータによってローラ本体を高温に保持することができると共に、図１４（ａ）に示すように、被接合材との圧接面となる外周部に凸状曲面２１ａ，２２ａとなっていることから、加圧と同時に伝熱によって両材料１，２間のシール材３が加熱されて軟化することから、レーザ溶接に先立って、シール材３の接合界面からの排出が極めて円滑に行われるようになっている。
【００７４】
一方、加圧ローラ２３，２４は、ビーム照射によって加熱された亜鉛めっき鋼板１をアルミニウム合金材２と圧着させ、鋼板側からの伝熱によって両者を接合するためのものであって、接合過程で生ずる共晶融体や酸化皮膜などの排出物を接合界面から円滑に排出するためには、その外周部をホットローラ２１，２２と同様の凸状曲面とすることが望ましい。
【００７５】
このような接合装置を用い、先行するホットローラ２１，２２の温度を９０℃に保持しながら、その加圧力を１６０ＭＰａに調整すると共に、後方の加圧ローラ２３，２４の加圧力を１２０ＭＰａに調整し、これらローラ間の中間位置に、亜鉛めっき鋼板１の表面におけるスポット径が３．５ｍｍとなるようにデフォーカスした出力１．０ｋＷのレーザビームＢを照射しながら、１．２ｍ／分の送り速度で相対移動させることによって、亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２を接合した。なお、レーザビームの照射中は、２５Ｌ／分の流量でアルゴンガスを流し、接合部をシールドした。
【００７６】
この接合は、基本的に図４（但し、図中の鋼材１とアルムニウム合金材２との上下位置が逆）と同様のプロセスを経て進行する。
すなわち、１対のホットローラ２１，２２を用いて被接合材を挟み込み、ホットローラ２１，２２からの伝熱によりシール材３の変形抵抗を低減させた状態で、被接合材を押圧すると、ホットローラ外周部の曲面２１ａ，２２ａが形成されているため、シール材３が接合部の中央部から接合線の両側に向かって排出され、中央部は亜鉛めっき層１ｐとアルミニウム合金材表面の酸化皮膜２ａとが直接接触する（図４（ｂ）参照）。
ここで、さらにホットローラ２１，２２の加圧による機械的な衝撃が負荷されることによって、酸化皮膜２ａが局部的に破壊される（図４（ｃ）参照）。
【００７７】
そして、亜鉛とアルミニウムの局部的な接触が起こり、ここでレーザビームＢの照射によって、接合部位が加熱され、亜鉛とアルミニウムの共晶点温度以上に保持されると亜鉛とアルミニウムの共晶溶融が生じ、共晶融体（溶融金属）Ｍｅが生成する（図４（ｄ）参照）。
【００７８】
この状態で、加圧ローラ２３，２４による押圧がなされると、共晶融体Ｍｅと共に、酸化皮膜２ｃや接合界面の不純物（図示せず）が接合界面の周囲に排出物Ｄとなって排出され、所定の接合面積が確保される（図４（ｅ）参照）。
そして、アルミニウムと鋼の新生面同士が接合部Ｊにおいて直接接合され、鋼とアルミニウム合金の強固な金属接合が得られることになる（図４（ｆ）参照）。
【００７９】
これによって得られた亜鉛めっき鋼板１の鋼とアルミニウム合金材２との接合部Ｊは、排出物Ｄと、さらにはシール材３によって周囲を囲われた接合構造となっているため、腐食環境から完全に遮断されており、異種金属の接触腐食に対する優れた耐食性が得られる。また、上記接合部Ｊは、鋼とアルミニウム合金の新生面同士が直接接合されており、シール材３や、共晶融体Ｍｅ、酸化皮膜２ｃ、さらには接合過程で生じる種々の不純物が接合界面から排出されていることから接合強度にも優れ、異種金属継手の強度と耐食性を両立することができる。
【００８０】
上記実施例９においては、外周部に凸状曲面を備えたホットローラを用いることによって、接合界面からのシール材の排出を促進する例を示したが、レーザ溶接の場合にも、被接合材の少なくとも一方の接合面に所定曲率を有する湾曲部を形成することによって、同様の排出効果を得ることができる。
【００８１】
すなわち、図１５（ａ）に示すように、例えばプレス加工によって、亜鉛めっき鋼板１に溶接方向に沿った連続する湾曲部１ａを設けたり、図１５（ｂ）に示すように、亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２の両方に同様の湾曲部１ａ，２ａをそれぞれ設けたりすることができ、これら湾曲部１ａ，２ａの突出部を相手材側に向けてあわせることによって、実施例２及び３と同様に、ホットローラの押圧によるシール排出をより効果的なものとすることができる。
【００８２】
また、例えばアルミニウム合金材２が鋳物や押出し材の場合には、図１６に示すように、湾曲部２ｂを厚肉部として形成することも望ましく、同様の効果を得ることができる。
【００８３】
（実施例１０）
ここでは、上記実施例９において使用した接合装置における溶接手段を抵抗シーム溶接機に置き換えた例を示す。
【００８４】
すなわち、図１７はこの実施例に用いた接合装置の構成を示すものであって、図に示す接合装置は、シール材排出手段として、実施例９に用いた装置と同様に、ヒータを内蔵する１対のホットローラ２１，２２と共に、抵抗溶接用電源トランスに接続されたローラ電極１３及び１４を備えている。
当該接合装置においては、まず、ホットローラ２１，２２により接合部を加熱し、次いで加圧することによって、亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２の間に介在するシール材３を接合界面から排出した後、ローラ電極１３，１４により被接合材を加圧しながら両材料１，２の間に通電すると共に、ローラ電極１３，１４を回転させることによって、抵抗溶接が連続的に進行し、両金属材料を線状に接合することができるようになっている。
この実施例では、ホットローラ２１，２２の温度を８０℃に保持すると共に、その加圧力を１２０ＭＰａに調整し、ローラ電極１３，１４間を、加圧力４００ｋｇｆ、３２０００Ａの交流電流を通電しながら、１．８ｍ／分の速度で相対移動させることによって、上記実施例と同様に、シール材３を接合線の両側に排出すると共に、接合過程で生じる反応生成物を排除しながら溶接が進行し、良好な接合構造が得られることが確認された。
【００８５】
（実施例１１）
図１８は、この実施例に使用した接合装置の概略構成を示すものであって、ここでは、シール材排出手段としてデフォーカスさせたレーザビームと加圧ローラを用い、溶接手段としてもデフォーカスさせたレーザビームと加圧ローラを用いている。
【００８６】
すなわち、図に示す接合装置は、ツインビームＹＡＧレーザ発振器と２対の加圧ローラを組み合わせたものであって、当該接合装置においては、先行するレーザビームＢ１が亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２の間に介在するシール材３を加熱してその変形抵抗を低減（軟化）させたのち、これに続く加圧ローラ２５，２６により溶接方向の両側に排出するようになっており、これらレーザビームＢ１及び加圧ローラ２５，２６がシール材排出手段における加熱手段及び加圧手段を構成している。なお、当該加圧ローラ２５，２６の一方又は双方の外周部は、ホットローラ１３と同様に、凸状曲面としておくことが望ましい。
【００８７】
次いで、後続するレーザビームＢ２がシール材３の排出によってアルミニウム合金材２に接触した状態の亜鉛めっき鋼板１に照射され、所定温後に加熱された亜鉛めっき鋼板１を加圧ローラ２３，２４によってアルミニウム合金材２と圧着させるようになっており、鋼板側からの伝熱によってアルミニウム合金材２が亜鉛めっき鋼板１に接合されることになる。
【００８８】
この実施例では、先行加圧ローラ２５，２６及び後行加圧ローラ２３，２４による加圧力をそれぞれ１６０ＭＰａ及び１２０ＭＰａに調整し、先行レーザビームＢ１及び後続レーザビームＢ２のスポット径がそれぞれ５．０ｍｍ及び３．５ｍｍとなるようにデフォーカスすると共に、レーザ出力をそれぞれ０．５ｋＷ及び１．０ｋＷ、そして送り速度を１．２ｍ／分とすることによって、シール材３の接合界面からの排出と共に、これに続く酸化皮膜や反応性生物などの排出が円滑に行われ、良好な異種材料継手が得られることが判明した。なお、レーザビームの照射中は、同様に、２５Ｌ／分の流量でアルゴンガスを流し、接合部をシールドした。
【００８９】
（実施例１２）
この実施例においては、加熱手段と加圧手段としての機能を兼ね備えたヒータ内蔵の円筒形圧子をシール材排出手段として使用し、当該圧子によってシール材を排出したのち、溶接手段として、抵抗スポット溶接を適用して両材料を接合する例を示す。
すなわち、図１９はこの実施例における接合要領を示す概略図であって、円筒状の圧子１５，１６は、その先端圧接面が凸状曲面１５ａ，１６ａとなっていると共に、内部にヒータを組み込んで圧子自体を加熱する構造を備え、熱伝達により亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２の間に挟持されたシール材３を加熱することができ、シール材３を加熱して軟化させた状態で、加圧力を加えるよって、シール材３を容易に接合界面から排出できるようになっている。
【００９０】
ここで、シール排出手段である圧子１５，１６と、スポット溶接電極１１，１２の先端面の曲率は、シール材３の排出の最適な曲率と溶接に最適な曲率とにそれぞれ独立に設定することができるため、接合界面からのシール材３の排出と共に、共晶溶融、酸化皮膜や接合界面の不純物の排出をそれぞれ効率的に行うことができるようになる。
【００９１】
この実施例では、圧子１５，１６の温度を８０℃に調整した状態で４５０ｋｇｆの加圧力で加圧することによって、亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２の間のシール材３を接合界面から排除した後、これと同期させて、溶接電極１１，１２を用いて３５０ｋｇｆの加圧力を加えながら、２５０００Ａの交流電流を０．２秒間通電することによって、亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２を良好に接合することができた。
【００９２】
なお、上記実施例１２においては、ヒータ内蔵の円筒形圧子をもって加熱手段としたが、このような加熱型圧子に替えて、高周波加熱することも可能である。
【００９３】
すなわち、図２０に示すように、亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２の間にシール材３を介挿して成る被接合材の接合部位を高周波コイル３１，３２によって加熱した後、加熱された部位を１対のスポット溶接電極１１，１２で挟み、加圧することによって、高周波加熱によって軟化したシール材３を接合界面から容易に排出することができる。
そして、シール材３が排出されて、互いに接触した亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２に、溶接電極１１，１２によって同様の条件で加圧、通電することにより、亜鉛めっき鋼板１とアルミニウム合金材２を同様に接合することができる。
【００９４】
この場合、上記したように、シール材を排出するための加圧は、スポット溶接電極１１，１２によって行うようにしており、スポット溶接電極１１，１２は、シール材排出手段の加圧手段としての機能を兼ねていることになる。
したがって、スポット溶接電極１１，１２の先端形状を、図示しているような凸状曲面１１ａ，１２ａとすることが望ましい。
【図面の簡単な説明】
【００９５】
【図１】シール材の変形抵抗の温度特性を示すグラフである。
【図２】本発明の実施例に用いた抵抗スポット溶接装置の構成を示す概略図である。
【図３】本発明の第１の実施例による抵抗スポット部の詳細図である。
【図４】（ａ）〜（ｆ）は亜鉛めっき鋼板とアルミニウム合金材との接合過程をを示す概略工程図である。
【図５】本発明によって得られる異種金属の接合構造を示す断面図である。
【図６】（ａ）アルミニウム合金材に湾曲部を形成した場合の抵抗スポット溶接要領を示す断面図である。（ｂ）アルミニウム合金材及び亜鉛めっき鋼板の両方に湾曲部を形成した場合の抵抗スポット溶接要領を示す断面図である。
【図７】アルミニウム合金材に厚肉状の湾曲部を形成した場合の抵抗スポット溶接要領を示す断面図である。
【図８】本発明の実施例に用いた抵抗シーム溶接装置の構成を示す概略図である。
【図９】本発明の抵抗シーム溶接に用いるローラ電極の形状例を示す概略図である。
【図１０】被接合材に湾曲部を形成した場合の抵抗シーム溶接要領を示す断面図である。
【図１１】（ａ）有機被膜を供えたアルミニウム合金材の抵抗スポット溶接要領を示す断面図である。（ｂ）図１１（ａ）によって得られた接合構造を示す断面図である。
【図１２】（ａ）有機被膜を供えたアルミニウム合金材と亜鉛めっき鋼板との抵抗スポット溶接要領を示す断面図である。（ｂ）図１２（ａ）によって得られた接合構造を示す断面図である。
【図１３】有機被膜を供えたアルミニウム合金材の抵抗シーム溶接要領を示す断面図である。
【図１４】本発明の第９実施例に用いたレーザ溶接による異種金属の接合装置の構成を示す正面図（ａ）及び側面図（ｂ）である。
【図１５】（ａ）亜鉛めっき鋼板に湾曲部を形成した場合のレーザ溶接要領を示す断面図である。（ｂ）亜鉛めっき鋼板及びアルミニウム合金材に湾曲部を形成した場合のレーザ溶接要領を示す断面図である。
【図１６】アルミニウム合金材に厚肉状の湾曲部を形成した場合のレーザ溶接要領を示す断面図である。
【図１７】本発明の第１０実施例に用いた抵抗シーム溶接による異種金属の接合装置の構成を示す側面図である。
【図１８】本発明の第１１実施例に用いたレーザ溶接による異種金属の接合装置の構成を示す側面図である。
【図１９】ヒータ内蔵の円筒形圧子をシール材排出手段として使用した抵抗スポット溶接要領を示す説明図である。
【図２０】シール材排出手段の加熱手段として高周波加熱を適用した抵抗スポット溶接要領を示す説明図である。
【符号の説明】
【００９６】
１ 亜鉛めっき鋼板
１ａ 湾曲部
１ｆ 有機被膜（シール材）
１ｐ 亜鉛めっき層
２ アルミニウム合金材
２ａ、２ｂ 湾曲部
２ｆ 有機被膜（シール材）
３ シール材
１１、１２ 溶接用電極
１１ａ、１２ａ 凸状曲面
１３、１４ ローラ電極（溶接用電極）
１３ａ 凸状曲面
２１、２２ ホットローラ（加熱手段、加圧手段）
２１ａ、２２ａ 凸状曲面
２３、２４ 加圧ローラ（溶接手段）
２５、２６ 加圧ローラ（加圧手段）
３１、３２ 高周波コイル（加熱手段）
Ｂ、Ｂ２ レーザビーム（溶接手段）
Ｂ１ レーザビーム（加熱手段）
Ｍｅ 共晶融体（共晶溶融金属）
Ｊ 接合部
【特許請求の範囲】
【請求項１】
異種金属材料同士をシール材を介して重ね接合するに際し、互いに異なる異種金属から成る両材料をシール材を介して重ね合わせた後、接合部の少なくとも中央部のシール材を接合界面から排出し、上記両材料を直接接触させて、接合することを特徴とする異種金属の接合方法。
【請求項２】
上記シール材を接合界面から排出するに際し、圧接面に凸状曲面を有する圧子により両材料を加圧することを特徴とする請求項１に記載の異種金属の接合方法。
【請求項３】
上記シール材を接合界面から排出するに際し、上記両材料の少なくとも一方の接合面に相手側に突出する湾曲部をあらかじめ形成した上で両材料を加圧することを特徴とする請求項１に記載の異種金属の接合方法。
【請求項４】
上記シール材を接合界面から排出するに際し、シール材の変形抵抗を低減させた状態で両材料を加圧することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の異種金属の接合方法。
【請求項５】
外部熱源を用いた加熱によって上記シール材の変形抵抗を低減することを特徴とする請求項４に記載の異種金属の接合方法。
【請求項６】
上記両材料を抵抗溶接により接合することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の異種金属の接合方法。
【請求項７】
溶接用電極の少なくとも一方の先端が凸状曲面をなしていることを特徴とする請求項６に記載の異種金属の接合方法。
【請求項８】
抵抗スポット溶接により接合することを特徴とする請求項６又は７に記載の異種金属の接合方法。
【請求項９】
抵抗シーム溶接により接合することを特徴とする請求項６又は７に記載の異種金属の接合方法。
【請求項１０】
上記シール材を接合界面から排出するに際し、溶接用電極からの予備通電によってシール材の変形抵抗を低減させることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１つの項に記載の異種金属の接合方法。
【請求項１１】
上記両材料の少なくとも一方とシール材の間に、両材料とは異なる第３の金属から成る材料を介在させ、シール材を接合界面から排出させた後、上記両材料の少なくとも一方と第３の金属材料との間で共晶溶融を生じさせて接合することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つの項に記載の異種金属の接合方法。
【請求項１２】
上記両材料がそれぞれ亜鉛めっき鋼板及びアルミニウム合金板であって、上記亜鉛めっき鋼板にめっきされている亜鉛を第３の金属材料として利用することを特徴とする請求項１１に記載の異種金属の接合方法。
【請求項１３】
異種金属から成る材料同士の接合構造であって、被接合材の新生面同士が直接接合されていると共に、当該接合部が上記金属材料とは異なる金属から成り上記被接合材の少なくとも一方の材料との間で共晶溶融を生じる第３の材料、被接合材、酸化皮膜及び接合過程で生じる反応生成物の群から選ばれる少なくとも１種によりその周囲全周を囲われており、さらにその周囲をシール材により囲われていることを特徴とする異種金属の接合構造。
【請求項１４】
シール材を介して異種金属から成る材料を接合する異種金属の接合装置であって、シール材を接合界面から排出するシール材排出手段と、シール材が排出された両材料を直接接合する溶接手段を備えたことを特徴とする異種金属の接合装置。
【請求項１５】
上記シール材排出手段が、シール材の変形抵抗を低減する加熱手段と、加熱手段による加熱部分を押圧する加圧手段から成ることを特徴とする請求項１４に記載の異種金属の接合装置。
【請求項１６】
上記溶接手段が抵抗溶接によるものであることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の異種金属の接合装置。
【請求項１】
異種金属材料同士をシール材を介して重ね接合するに際し、互いに異なる異種金属から成る両材料をシール材を介して重ね合わせた後、接合部の少なくとも中央部のシール材を接合界面から排出し、上記両材料を直接接触させて、接合することを特徴とする異種金属の接合方法。
【請求項２】
上記シール材を接合界面から排出するに際し、圧接面に凸状曲面を有する圧子により両材料を加圧することを特徴とする請求項１に記載の異種金属の接合方法。
【請求項３】
上記シール材を接合界面から排出するに際し、上記両材料の少なくとも一方の接合面に相手側に突出する湾曲部をあらかじめ形成した上で両材料を加圧することを特徴とする請求項１に記載の異種金属の接合方法。
【請求項４】
上記シール材を接合界面から排出するに際し、シール材の変形抵抗を低減させた状態で両材料を加圧することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１つの項に記載の異種金属の接合方法。
【請求項５】
外部熱源を用いた加熱によって上記シール材の変形抵抗を低減することを特徴とする請求項４に記載の異種金属の接合方法。
【請求項６】
上記両材料を抵抗溶接により接合することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１つの項に記載の異種金属の接合方法。
【請求項７】
溶接用電極の少なくとも一方の先端が凸状曲面をなしていることを特徴とする請求項６に記載の異種金属の接合方法。
【請求項８】
抵抗スポット溶接により接合することを特徴とする請求項６又は７に記載の異種金属の接合方法。
【請求項９】
抵抗シーム溶接により接合することを特徴とする請求項６又は７に記載の異種金属の接合方法。
【請求項１０】
上記シール材を接合界面から排出するに際し、溶接用電極からの予備通電によってシール材の変形抵抗を低減させることを特徴とする請求項６〜９のいずれか１つの項に記載の異種金属の接合方法。
【請求項１１】
上記両材料の少なくとも一方とシール材の間に、両材料とは異なる第３の金属から成る材料を介在させ、シール材を接合界面から排出させた後、上記両材料の少なくとも一方と第３の金属材料との間で共晶溶融を生じさせて接合することを特徴とする請求項１〜１０のいずれか１つの項に記載の異種金属の接合方法。
【請求項１２】
上記両材料がそれぞれ亜鉛めっき鋼板及びアルミニウム合金板であって、上記亜鉛めっき鋼板にめっきされている亜鉛を第３の金属材料として利用することを特徴とする請求項１１に記載の異種金属の接合方法。
【請求項１３】
異種金属から成る材料同士の接合構造であって、被接合材の新生面同士が直接接合されていると共に、当該接合部が上記金属材料とは異なる金属から成り上記被接合材の少なくとも一方の材料との間で共晶溶融を生じる第３の材料、被接合材、酸化皮膜及び接合過程で生じる反応生成物の群から選ばれる少なくとも１種によりその周囲全周を囲われており、さらにその周囲をシール材により囲われていることを特徴とする異種金属の接合構造。
【請求項１４】
シール材を介して異種金属から成る材料を接合する異種金属の接合装置であって、シール材を接合界面から排出するシール材排出手段と、シール材が排出された両材料を直接接合する溶接手段を備えたことを特徴とする異種金属の接合装置。
【請求項１５】
上記シール材排出手段が、シール材の変形抵抗を低減する加熱手段と、加熱手段による加熱部分を押圧する加圧手段から成ることを特徴とする請求項１４に記載の異種金属の接合装置。
【請求項１６】
上記溶接手段が抵抗溶接によるものであることを特徴とする請求項１４又は１５に記載の異種金属の接合装置。
【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１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【公開番号】特開２００８−２３５８３（Ｐ２００８−２３５８３Ａ）
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−２０１８６１（Ｐ２００６−２０１８６１）
【出願日】平成１８年７月２５日（２００６．７．２５）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２０年２月７日（２００８．２．７）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年７月２５日（２００６．７．２５）
【出願人】（０００００３９９７）日産自動車株式会社 (16,386)
【Ｆターム（参考）】
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