異種金属の接合方法及び接合構造
【課題】継手重量の増加や、新たな設備投資によるコストの増加を招くことなく、異種金属間の接触による腐食を防止して優れた耐食性を確保すると共に、異種金属接合部の接合界面におけるシール材の残存による強度低下の防止が可能な異種金属接合方法と、このような方法による接合構造を提供する。
【解決手段】シール材Ｓを介して重ね合わせた異種金属から成る被接合材１，２を抵抗スポット溶接するに際して、例えば先端が複数の可動片１３に分割された電極Ｅ１を用い、通電・加圧時に被接合材１に接触する可動片１３を接合部の外周方向に移動させることによって、軟化した固相状態における被接合材１の流動性を促進して、接合界面の密着性を向上させ、シール材Ｓを接合部から排出して、接合界面の密着性を高める。
【解決手段】シール材Ｓを介して重ね合わせた異種金属から成る被接合材１，２を抵抗スポット溶接するに際して、例えば先端が複数の可動片１３に分割された電極Ｅ１を用い、通電・加圧時に被接合材１に接触する可動片１３を接合部の外周方向に移動させることによって、軟化した固相状態における被接合材１の流動性を促進して、接合界面の密着性を向上させ、シール材Ｓを接合部から排出して、接合界面の密着性を高める。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異種金属の抵抗溶接による接合技術に係わり、特に被接合材のイオン化傾向の相違によって生じる電食を防止するために、被接合材の間に絶縁材料から成るシール材を介装した状態で、抵抗スポット溶接により接合する異種金属の接合方法と、当該接合方法による接合構造、さらにこのような接合に用いる抵抗スポット溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車車体には、従来から広く使われている鋼に加えて、車体の軽量化を目的として、アルミニウム合金等の軽金属で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）の適用が行われている。
【０００３】
一般に異種金属を接合する場合、同種材同士の溶接のように双方の被接合材料を溶融させてしまうと、脆弱な金属間化合物が生成し、十分な継手強度が得られないことがある。
例えば、上記のようなアルミニウム合金と鋼材とを溶接する場合、高硬度で脆弱なＦｅ２Ａｌ５やＦｅＡｌ３などの金属間化合物が生成するため、継手強度を確保するためには、これら金属間化合物の制御が必要となる。
【０００４】
しかし、アルミニウム合金の表面には、緻密で強固な酸化皮膜が形成されており、それを除去するためには接合時に大きな熱量を投与することが必要となる結果、厚い金属間化合物層が成長し、低強度の接合部になってしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、従来では、このような異種金属材料を組み合わせて使用する場合には、ボルトやリベットなどによる機械的締結によってこのような材料を接合するようにしていたが、この場合には重量やコストが増加するという問題がある。
【０００６】
また、このような異種金属の接合には、摩擦圧接の適用が考えられるが、このような摩擦圧接方法は、対称性のよい回転体同士の接合など、その対象が限られている。
さらに、爆着や熱間圧延なども知られているが、設備面や能率面での問題が多く、一般の異種金属接合に広く適用することが難しいという問題がある。
【０００７】
このような問題点を解決すべく改善がなされた例として、異種金属材料の間に、当該異種金属と同じ組合せの２種の材料から成るクラッド材をそれぞれ同種の材料同士が接するように介在させた状態で、１０ｍｓ以下の通電時間で抵抗溶接を行うようにする方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００８】
また、アルミニウムと鋼の抵抗溶接において、アルミニウム材と接する鋼表面に、Ａｌ量が２０ｗｔ％以上のアルミニウム合金又は純アルミニウムを２μｍ以上の厚さにめっきし、このめっき面をアルミニウム材に重ねて通電し、めっき層を優先的に溶融させ、鋼材側をほとんど溶融させないようにして、これら材料を接合する方法が開示されている（特許文献２参照）。
【０００９】
一方、各種部材の接合部位に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、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、異種金属接触による腐食を防止するための対策としては、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（特許文献３参照）。
【００１０】
また、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、これによって接合部における異種金属接触耐食性を向上させることが知られている（特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平４−１２７９７３号公報
【特許文献２】特開平６−３９５５８号公報
【特許文献３】特開２０００−２７２５４１号公報
【特許文献４】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】
【００１１】
しかしながら、特許文献１記載の方法においては、クラッド材を用いるようにしているため、本来２枚の板を接合すべきところ、３枚の接合ということになり、実際の施工を考えた場合には、クラッド材の挿入と共に、固定の工程が必要となって、現状の溶接ラインに新たな設備を組み入れなければならなくなり、コストアップ要因となる。また、例えばアルミニウムと鋼を接合する場合、アルミニウムクラッド鋼自体も異種材同士を接合することにより製造することになるため、同様に製造条件が厳しく、性能の安定した安価なクラッド材を入手すること自体が困難であるという問題点がある。
【００１２】
また、鋼表面にアルミニウムめっきを施した状態で抵抗溶接する特許文献２に記載の方法においては、アルミニウムめっき面とアルミニウム材を接合する際、アルミニウム表面に存在する強固な酸化皮膜を破壊するために大入熱を投入することが必要となって、アルミニウムめっきと鋼の界面に脆弱な金属間化合物が生成され、これから破壊が生じる可能性がある。
【００１３】
一方、特許文献３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、溶接を避け、リベットやボルトなどの機械的締結を採用しているため、先に述べたように接合部材の重量やコストが増加するという問題点がある。
さらに、特許文献４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ような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中に、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、浸漬タンク等の新たな設備投資を必要とし、コストが増加することが問題となる。
【００１４】
本発明は、従来の異種金属の接合方法における上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、継手重量の増加や、新たな設備投資によるコストの増加を招くことなく、異種金属の接触による腐食を防止して優れた耐食性を確保すると共に、異種金属接合部の接合界面におけるシール材の残存による強度低下の防止が可能な異種金属接合方法と、このような方法による接合構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、上記目的の達成に向けて鋭意検討を重ねた結果、接合しようとする異種金属から成る被接合材の間にシール材を介在させた状態で、抵抗スポット溶接するに際して、例えば、溶接用電極の先端部を移動させたり、電極を振動させたり、回転させたりすることによって、少なくとも一方の被接合材の軟化した固相状態における流動を促進し、被接合材同士の密着性を向上させる手段を講じることによって、シール材の排出性が向上し、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１６】
本発明はこのような知見に基づくものであって、本発明の異種金属接合方法においては、シール材を介して重ね合わせた異種金属から成る被接合材同士を抵抗スポット溶接するに際して、例えば先端が複数の可動片に分割された電極を用いたり、電極に振動を付与したりすることによって、軟化した固相状態における被接合材の流動を促進して、接合界面の密着性を向上させるようにすることを特徴としている。
【００１７】
また、本発明の異種金属の接合構造は、上記接合方法によって抵抗スポット溶接されたものであって、被接合材同士が直接接合されていると共に、この接合部の周囲がシール材によって囲まれていることを特徴とする。
そして、本発明の抵抗スポット溶接装置は、本発明の上記接合方法に好適に用いられるものであって、軟化した固相状態の被接合材の流動を促進し、接合界面の密着性を向上させる手段、例えば、先端部が複数の可動片に分割された電極や、振動あるいは回転可能な電極などを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、シール材を介して重ね合わせた異種金属から成る被接合材同士を抵抗スポット溶接するに際して、軟化した固相状態における被接合材の流動を促進して、接合界面の密着性を向上させることとしたので、シール材の接合部から周囲への排出が円滑に行われ、シール材を接合部に残存させることなく、接合界面から効果的に消失させて、耐食性に優れた高強度な接合構造を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の異種金属の接合方法について、図面に基づいて、さらに詳細かつ具体的に説明する。
【００２０】
本発明の異種金属接合方法においては、上記したように、互いに異なる金属から成る被接合材の間にシール材を介在させた状態で、両材料を抵抗スポット溶接するに際して、両材料の少なくとも一方の軟化した固相状態における流動性を高めて、被接合材同士の密着性を向上させる手段を講じるようにしているが、このような手段としては、例えば被接合材と接触する先端部分が複数の可動片に分割された溶接用電極を用い、接合時、すなわち通電・加圧時に、可動片を接合中心部から外側方向に移動させるようにすることができる。
また、被接合材と接触する先端面が軸心荷重方向に対して傾斜した形状の溶接用電極を用いたり、通電・加圧時に溶接用電極に接合面に略平行な方向の振動を与えたり、溶接用電極に回転運動を与えたりすることも可能である。
【００２１】
本発明の異種金属接合方法は、上記のように、異種金属間の接触による腐食防止のために、両異種材料間に介在させたシール材の接合部からの排出性を高め、もって耐食性と、シール材の残存による接合強度の低下防止とを両立させようとするものであるからして、被接合材の組合せとしては、電食防止のためにシール材の介在が必要な組合せである限り、特に限定されない。
【００２２】
しかし、例えば背景技術の欄で述べたような鋼材とアルミニウム合金材料の接合のように、被接合材の表面に緻密で強固な酸化皮膜が形成されており、しかも高硬度で脆弱な金属間化合物が生成され易い材料の組合せの場合には、被接合材の少なくとも一方とシール材の間に、被接合材の少なくとも一方との間で共晶溶融を生じる第３の金属から成る材料を介在させ、共晶溶融を生じさせて接合することが望ましい。
この場合、接合過程において、酸化皮膜や共晶溶融物、その他種々の反応生成物が発生し、これら夾雑物を接合界面から排出することが必要となることから、本発明の適用がより効果的なものとなる。
【００２３】
共晶反応としては、例えばＡｌ−Ｚｎ系合金において、Ａｌの融点９３３Ｋ及びＺｎの融点６９２．５Ｋよりもはるかに低い６５５Ｋで共晶反応を生じることが知られている。
したがって、これを利用してＡｌとＺｎの共晶溶融を作り出し、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るため、Ｆｅ２Ａｌ５やＦｅＡｌ３などの金属間化合物の接合界面における成長を極めて効果的に抑制することができる。
【００２４】
ここで、共晶溶融とは共晶反応を利用した溶融であって、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、上記したアルミニウムと亜鉛の場合には、アルミニウムの融点は９３３Ｋ、亜鉛の融点は６９２．５Ｋであり、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、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。
【００２５】
一方、アルミニウム材の表面には強固な酸化皮膜が存在するが、これは抵抗溶接時の通電と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。
【００２６】
共晶組成は相互拡散によって自発的に達成されるため、組成のコントロールは必要ない。必須条件としては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。
【００２７】
上記のように鋼材とアルミニウム合金材の組合せの場合、両材料の間に介在させる第３の金属材料としては、アルミニウム合金と低融点共晶を形成する材料でさえあれば、特に限定されることはなく、例えば、上記した亜鉛（Ｚｎ）の他には、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）などを用いることができる。
【００２８】
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の温度で溶融するため、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、金属間化合物がほとんど生成しないような低温で酸化皮膜を除去することができ、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。
本発明の接合方法においては、被接合材と接触する先端部分が複数の可動片に分割された溶接用電極や、先端面が傾斜した電極を用いたり、電極に振動や回転を与えたりして、被接合材の軟化した固相状態における流動性を高めるようにしているので、シール材と共に、酸化皮膜や共晶溶融物、接合過程における反応生成物などの夾雑物の接合部からの排出がより効果的に行われることから、被接合材同士の密着性が高まり、異材継ぎ手の接合強度を向上させることができる。
【００２９】
なお、本発明において、両材料とシール材の間に介在させる第３の金属材料としては、上記したような純金属に限定されず、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。
【００３０】
本発明において、上記第３の金属材料を被接合材の間に介在させるための具体的手段としては、被接合材である異種金属材料の間に、第３の金属材料から成るインサート材を挿入することもできるが、被接合材の少なくとも一方の材料に第３の材料をめっきなどによってあらかじめ被覆しておくことが望ましく、これによって第３の材料をインサート材として被接合材間に挟み込む工程を省略でき、作業効率が向上すると共に、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。
【００３１】
そして、例えば、上記したアルミニウム合金材やマグネシウム合金材と鋼材との異材接合に際しては、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の金属材料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、この場合には、特別な準備を要することもなく、防錆目的で亜鉛めっきを施した通常の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が可能になる。
【００３２】
次に、アルミニウム合金板材と亜鉛めっき鋼板の接合を例に挙げて、本発明の実施形態について説明する。
【００３３】
図１は、本発明の異種金属接合方法に用いる交流タイプのスポット溶接装置の全体図であって、アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２は、これらの間に防錆用のシール材Ｓとして、熱硬化性構造用接着剤を塗布した状態で重ね合わせてある。
なお、シール材Ｓとしては、このような絶縁性の接着剤を塗布するほか、絶縁性樹脂からなる薄いシート状のものを挟むようにすることもできる。
【００３４】
図２は、図１に示した溶接用電極Ｅ１の具体的な構造を示すものであって、この例において、アルミニウム合金板１に当接する図中上側の電極Ｅ１は、当該電極の外周部を構成する中空円筒形のホルダー１１と、その中心部に上下動可能に指示された駆動コア１２と、該駆動コア１２の図中下端側に配置された４個の可動片１３から主に構成され、この可動片１３は、上記駆動コア１２とホルダー１１の下端部に形成されたストッパー１１ａとの間に水平方向に移動可能に支持されている。
そして、この可動片１３は、コイルばね１４によってそれぞれ中心側に向けて付勢されると共に、各可動片１３の上端面と上記駆動コア１２の下端面は、テーパー面で互いに接していることから、駆動コア１２が図中下方に押出されると、コイルばね１４の弾性力に抗して、４個の可動片１３が中心側から外周方向に移動するようになっている。
【００３５】
図２に示した構造を備えた電極Ｅ１を搭載した抵抗スポット溶接装置を用いて、上記アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２の接合が開始され、電極Ｅ１、Ｅ２による通電・加圧が行われると、駆動コア１２が押し下げられ、可動片１３がそれぞれ外周方向に拡がることによって、加熱されて軟化した被接合材、特にアルミニウム合金板１の流動性が高まり、シール材Ｓ、続いて共晶溶融物や酸化皮膜、その他の反応生成物などを含む夾雑物が排出物Ｄとなって接合界面から効率的に押出され、これらシール材Ｓや排出物Ｄの残存による強度低下と共に、異種金属接触による耐食性劣化を防止することができる。
【００３６】
図３（ａ）〜（ｆ）は、この共晶溶融を伴う接合プロセスの概略図であって、図３（ａ）は、接合開始前の被接合材の状態を示し、アルミニウム合金板１と、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２ｐが表面に施された亜鉛めっき鋼板２とが亜鉛めっき層２ｐが内側になるように重ねられ、その界面には、上記したようにシール材Ｓが塗布されており、アルミニウム合金板１の表面には酸化皮膜１ｃが生成している。
【００３７】
次に、溶接電極Ｅ１、Ｅ２によりこれら被接合材を相対的に押圧すると、図３（ｂ）に示すように、シール材Ｓは接合部の中央部から外周部に排出され、中央部は亜鉛めっき層２ｐとアルミニウム合金板１の表面の酸化皮膜１ｃが直接接触する。
ここで、加圧及び通電により、機械的又は熱的な衝撃が負荷されると、図３（ｃ）に示すように局部的に酸化皮膜が破壊される。
【００３８】
これによって、亜鉛とアルミニウムの局部的な接触が起こり、亜鉛とアルミニウムの共晶点温度以上に保持されると、図３（ｄ）に示すように亜鉛とアルミニウムの共晶溶融が生じる。
そして、図３（ｅ）に示すように、電極のさらなる押圧によって、共晶溶融金属と共に、酸化皮膜１ｃや接合界面の不純物（図示せず）が排出物Ｄとなって、接合部周囲に排出されながら、さらにシール材も排出され、所定の接合面積が確保される。
【００３９】
このとき、アルミニウム合金板１の電極として、可動片１３を先端部に備えた電極Ｅ１を使用することによって、アルミニウム合金の軟化した固相状態における塑性流動を促進するようにしているので、接合界面の密着性が向上し、上記シール材Ｓや排出物Ｄの接合部からの排出が一層促進されることになる。
その後、アルミニウムと鋼の新生面同士が直接接合され、図３（ｆ）に示すように、亜鉛めっき鋼板２とアルミニウム合金板１の間に拡散反応層Ｌｄが形成され、強固な金属接合を得ることができる。
【００４０】
図４は、このようにして得られた接合構造の中心部を示す拡大図であって、シール材Ｓや、酸化皮膜、共晶反応物などの夾雑物が接合界面から除去され、拡散反応層Ｌｄが形成された接合部が排出物Ｄと、さらにはシール材Ｓによって、その周囲を囲われた構造となっているため、腐食環境から完全に遮断され、異種金属の接触腐食に対する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る。
【００４１】
このとき、図５に示すように、４個の可動片１３の中心部に空間を開けておくことによって、電流をリング状に流すことができるようになり、電流値が同じ場合でも接合部の外周径を拡大することができ、もって接合強度を効率的に向上させることができる。
【００４２】
なお、上記した電極Ｅ１を用いた場合の接合条件の目安としては、アルミニウム合金板１が板厚１ｍｍの６０００系合金、亜鉛めっき鋼板２が２０μｍのめっき厚さを有する板厚０．５５ｍｍの場合、溶接電流２４０００Ａ、通電時間０．２秒、加圧力３００ｋｇｆ程度の条件を採用することができる。
【００４３】
図６は、被接合材の軟化した固相状態における塑性流動を促進し、被接合材同士の密着性を向上させる手段の他の例を示すものであって、図示するように、電極Ｅ１、Ｅ２の先端面、つまり被接合材１，２との接触面が軸心荷重方向に対して傾いている電極を用いることによって、接合界面における面内剪段方向の力を簡素な構造によって効果的に発生させることができる。
【００４４】
すなわち、このような傾斜面１５を備えた上下電極Ｅ１，Ｅ２の軸心方向に負荷が加わると分力である面内剪断方向の力が付与されることになり、これによって、被接合材、特に融点が低い方のアルミニウム合金板１の塑性流動が促進され、接合界面の密着性が向上し、シール材Ｓや、酸化皮膜、共晶反応生成物などの夾雑物を接合界面に残存させることなく、効果的に接合界面から周囲に排除することができ、図２及び図５に示した電極を用いた場合と同様に、継手強度と耐食性を共に確保することができる。
【００４５】
図７は、被接合材の軟化した固相状態における流動性を高め、接合界面の密着性を向上させる手段のさらに他の例を示すものであって、ここでは、図示するように、アルミニウム合金板１に接触する側の電極Ｅ１に、水平振動を付与する振動子２０を取付け、接合に際して当該電極Ｅ１に接合面に略平行な方向に振動を与えることができるようになっており、この振動子２０によって電極Ｅ１を振動させることにより、被接合材料、特にアルミニウム合金板１の塑性流動を促進し、接合界面の密着性を向上させることができる。
【００４６】
振動子２０によって電極Ｅ１を振動させながら、同様の条件により通電・加圧することによって接合を行うが、このときの水平振動の振幅を変化させることによって、流動性を高め、密着性を向上させる領域を変化させることができ、所望の領域での接合を実現することができ、シール材Ｓや酸化皮膜、共晶反応生成物などの夾雑物を接合界面から円滑に排除することができ、シール材Ｓや排出物Ｄを接合界面に残存させることなく、高強度接合構造を得ることができ、継手強度と耐食性を両立させることができる。
【００４７】
そして、被接合材の塑性流動を促進し、接合界面の密着性を向上させる手段としては、図８に示すように、電極Ｅ１に回転運動を付与することによっても可能である。
このとき、電極Ｅ１に回転力を付与する回転機構としては、例えば、図９（ａ）に示すように、外部に備えた電動モータ３０の回転を平歯車３１，３２により減速伝達するモータ回転機構や、図９（ｂ）に示すようなエアータービン３５を用いた回転機構を採用することができる。
【００４８】
このような機構によって、電極Ｅ１を回転させながら、同様の条件により通電・加圧することによって、アルミニウム合金板１の塑性流動が促進され、接合界面の密着性が向上して、シール材Ｓや界面に介在する種々の夾雑物を接合界面から円滑に排除することができ、シール材Ｓや排出物Ｄを接合界面に残存させることなく、継手強度と耐食性を両立させることができる。
このような回転機構を用いることによって、接合界面における面内剪段方向の力を面内全域にわたって、比較的均一に発生させることができ、より均一・安定な接合状態を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に用いる抵抗スポット溶接装置の全体的な構成を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態として、可動片を備えた電極構造及び当該電極による接合要領を示す概略図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は共晶溶融を伴うアルミニウム合金と亜鉛めっき鋼板の接合プロセスを示す工程図である。
【図４】図３に示したプロセスによるアルミニウム合金と亜鉛めっき鋼板の接合構造を示す拡大断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態として、図２に示した電極の変形例を示す概略図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態として、傾斜面を備えた電極による接合要領を示す概略図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態として、振動子により電極に振動を与えながら行う異種金属の接合要領を示す概略図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態として、電極に回転運動を与えながら行う異種金属の接合要領を示す概略図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は図８に示した電極の回転機構の構造例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ アルミニウム合金板亜鉛めっき鋼板
２ 亜鉛めっき鋼板
１３ 可動片
１５ 傾斜面
２０ 振動子
３０ 電動モータ
３５ エアータービン
Ｓ シール材
Ｅ１ 溶接用電極
Ｅ２ 溶接用電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異種金属の抵抗溶接による接合技術に係わり、特に被接合材のイオン化傾向の相違によって生じる電食を防止するために、被接合材の間に絶縁材料から成るシール材を介装した状態で、抵抗スポット溶接により接合する異種金属の接合方法と、当該接合方法による接合構造、さらにこのような接合に用いる抵抗スポット溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
近年、自動車車体には、従来から広く使われている鋼に加えて、車体の軽量化を目的として、アルミニウム合金等の軽金属で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）の適用が行われている。
【０００３】
一般に異種金属を接合する場合、同種材同士の溶接のように双方の被接合材料を溶融させてしまうと、脆弱な金属間化合物が生成し、十分な継手強度が得られないことがある。
例えば、上記のようなアルミニウム合金と鋼材とを溶接する場合、高硬度で脆弱なＦｅ２Ａｌ５やＦｅＡｌ３などの金属間化合物が生成するため、継手強度を確保するためには、これら金属間化合物の制御が必要となる。
【０００４】
しかし、アルミニウム合金の表面には、緻密で強固な酸化皮膜が形成されており、それを除去するためには接合時に大きな熱量を投与することが必要となる結果、厚い金属間化合物層が成長し、低強度の接合部になってしまうという問題があった。
【０００５】
そこで、従来では、このような異種金属材料を組み合わせて使用する場合には、ボルトやリベットなどによる機械的締結によってこのような材料を接合するようにしていたが、この場合には重量やコストが増加するという問題がある。
【０００６】
また、このような異種金属の接合には、摩擦圧接の適用が考えられるが、このような摩擦圧接方法は、対称性のよい回転体同士の接合など、その対象が限られている。
さらに、爆着や熱間圧延なども知られているが、設備面や能率面での問題が多く、一般の異種金属接合に広く適用することが難しいという問題がある。
【０００７】
このような問題点を解決すべく改善がなされた例として、異種金属材料の間に、当該異種金属と同じ組合せの２種の材料から成るクラッド材をそれぞれ同種の材料同士が接するように介在させた状態で、１０ｍｓ以下の通電時間で抵抗溶接を行うようにする方法が提案されている（特許文献１参照）。
【０００８】
また、アルミニウムと鋼の抵抗溶接において、アルミニウム材と接する鋼表面に、Ａｌ量が２０ｗｔ％以上のアルミニウム合金又は純アルミニウムを２μｍ以上の厚さにめっきし、このめっき面をアルミニウム材に重ねて通電し、めっき層を優先的に溶融させ、鋼材側をほとんど溶融させないようにして、これら材料を接合する方法が開示されている（特許文献２参照）。
【０００９】
一方、各種部材の接合部位に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、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、異種金属接触による腐食を防止するための対策としては、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（特許文献３参照）。
【００１０】
また、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、これによって接合部における異種金属接触耐食性を向上させることが知られている（特許文献４参照）。
【特許文献１】特開平４−１２７９７３号公報
【特許文献２】特開平６−３９５５８号公報
【特許文献３】特開２０００−２７２５４１号公報
【特許文献４】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】
【００１１】
しかしながら、特許文献１記載の方法においては、クラッド材を用いるようにしているため、本来２枚の板を接合すべきところ、３枚の接合ということになり、実際の施工を考えた場合には、クラッド材の挿入と共に、固定の工程が必要となって、現状の溶接ラインに新たな設備を組み入れなければならなくなり、コストアップ要因となる。また、例えばアルミニウムと鋼を接合する場合、アルミニウムクラッド鋼自体も異種材同士を接合することにより製造することになるため、同様に製造条件が厳しく、性能の安定した安価なクラッド材を入手すること自体が困難であるという問題点がある。
【００１２】
また、鋼表面にアルミニウムめっきを施した状態で抵抗溶接する特許文献２に記載の方法においては、アルミニウムめっき面とアルミニウム材を接合する際、アルミニウム表面に存在する強固な酸化皮膜を破壊するために大入熱を投入することが必要となって、アルミニウムめっきと鋼の界面に脆弱な金属間化合物が生成され、これから破壊が生じる可能性がある。
【００１３】
一方、特許文献３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、溶接を避け、リベットやボルトなどの機械的締結を採用しているため、先に述べたように接合部材の重量やコストが増加するという問題点がある。
さらに、特許文献４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ような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中に、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、浸漬タンク等の新たな設備投資を必要とし、コストが増加することが問題となる。
【００１４】
本発明は、従来の異種金属の接合方法における上記課題に鑑みてなされたものであって、その目的とするところは、継手重量の増加や、新たな設備投資によるコストの増加を招くことなく、異種金属の接触による腐食を防止して優れた耐食性を確保すると共に、異種金属接合部の接合界面におけるシール材の残存による強度低下の防止が可能な異種金属接合方法と、このような方法による接合構造を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、上記目的の達成に向けて鋭意検討を重ねた結果、接合しようとする異種金属から成る被接合材の間にシール材を介在させた状態で、抵抗スポット溶接するに際して、例えば、溶接用電極の先端部を移動させたり、電極を振動させたり、回転させたりすることによって、少なくとも一方の被接合材の軟化した固相状態における流動を促進し、被接合材同士の密着性を向上させる手段を講じることによって、シール材の排出性が向上し、上記課題が解決できることを見出し、本発明を完成するに到った。
【００１６】
本発明はこのような知見に基づくものであって、本発明の異種金属接合方法においては、シール材を介して重ね合わせた異種金属から成る被接合材同士を抵抗スポット溶接するに際して、例えば先端が複数の可動片に分割された電極を用いたり、電極に振動を付与したりすることによって、軟化した固相状態における被接合材の流動を促進して、接合界面の密着性を向上させるようにすることを特徴としている。
【００１７】
また、本発明の異種金属の接合構造は、上記接合方法によって抵抗スポット溶接されたものであって、被接合材同士が直接接合されていると共に、この接合部の周囲がシール材によって囲まれていることを特徴とする。
そして、本発明の抵抗スポット溶接装置は、本発明の上記接合方法に好適に用いられるものであって、軟化した固相状態の被接合材の流動を促進し、接合界面の密着性を向上させる手段、例えば、先端部が複数の可動片に分割された電極や、振動あるいは回転可能な電極などを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１８】
本発明によれば、シール材を介して重ね合わせた異種金属から成る被接合材同士を抵抗スポット溶接するに際して、軟化した固相状態における被接合材の流動を促進して、接合界面の密着性を向上させることとしたので、シール材の接合部から周囲への排出が円滑に行われ、シール材を接合部に残存させることなく、接合界面から効果的に消失させて、耐食性に優れた高強度な接合構造を得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
以下に、本発明の異種金属の接合方法について、図面に基づいて、さらに詳細かつ具体的に説明する。
【００２０】
本発明の異種金属接合方法においては、上記したように、互いに異なる金属から成る被接合材の間にシール材を介在させた状態で、両材料を抵抗スポット溶接するに際して、両材料の少なくとも一方の軟化した固相状態における流動性を高めて、被接合材同士の密着性を向上させる手段を講じるようにしているが、このような手段としては、例えば被接合材と接触する先端部分が複数の可動片に分割された溶接用電極を用い、接合時、すなわち通電・加圧時に、可動片を接合中心部から外側方向に移動させるようにすることができる。
また、被接合材と接触する先端面が軸心荷重方向に対して傾斜した形状の溶接用電極を用いたり、通電・加圧時に溶接用電極に接合面に略平行な方向の振動を与えたり、溶接用電極に回転運動を与えたりすることも可能である。
【００２１】
本発明の異種金属接合方法は、上記のように、異種金属間の接触による腐食防止のために、両異種材料間に介在させたシール材の接合部からの排出性を高め、もって耐食性と、シール材の残存による接合強度の低下防止とを両立させようとするものであるからして、被接合材の組合せとしては、電食防止のためにシール材の介在が必要な組合せである限り、特に限定されない。
【００２２】
しかし、例えば背景技術の欄で述べたような鋼材とアルミニウム合金材料の接合のように、被接合材の表面に緻密で強固な酸化皮膜が形成されており、しかも高硬度で脆弱な金属間化合物が生成され易い材料の組合せの場合には、被接合材の少なくとも一方とシール材の間に、被接合材の少なくとも一方との間で共晶溶融を生じる第３の金属から成る材料を介在させ、共晶溶融を生じさせて接合することが望ましい。
この場合、接合過程において、酸化皮膜や共晶溶融物、その他種々の反応生成物が発生し、これら夾雑物を接合界面から排出することが必要となることから、本発明の適用がより効果的なものとなる。
【００２３】
共晶反応としては、例えばＡｌ−Ｚｎ系合金において、Ａｌの融点９３３Ｋ及びＺｎの融点６９２．５Ｋよりもはるかに低い６５５Ｋで共晶反応を生じることが知られている。
したがって、これを利用してＡｌとＺｎの共晶溶融を作り出し、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るため、Ｆｅ２Ａｌ５やＦｅＡｌ３などの金属間化合物の接合界面における成長を極めて効果的に抑制することができる。
【００２４】
ここで、共晶溶融とは共晶反応を利用した溶融であって、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、上記したアルミニウムと亜鉛の場合には、アルミニウムの融点は９３３Ｋ、亜鉛の融点は６９２．５Ｋであり、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、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。
【００２５】
一方、アルミニウム材の表面には強固な酸化皮膜が存在するが、これは抵抗溶接時の通電と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。
【００２６】
共晶組成は相互拡散によって自発的に達成されるため、組成のコントロールは必要ない。必須条件としては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。
【００２７】
上記のように鋼材とアルミニウム合金材の組合せの場合、両材料の間に介在させる第３の金属材料としては、アルミニウム合金と低融点共晶を形成する材料でさえあれば、特に限定されることはなく、例えば、上記した亜鉛（Ｚｎ）の他には、銅（Ｃｕ）、錫（Ｓｎ）、銀（Ａｇ）、ニッケル（Ｎｉ）などを用いることができる。
【００２８】
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の温度で溶融するため、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、金属間化合物がほとんど生成しないような低温で酸化皮膜を除去することができ、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。
本発明の接合方法においては、被接合材と接触する先端部分が複数の可動片に分割された溶接用電極や、先端面が傾斜した電極を用いたり、電極に振動や回転を与えたりして、被接合材の軟化した固相状態における流動性を高めるようにしているので、シール材と共に、酸化皮膜や共晶溶融物、接合過程における反応生成物などの夾雑物の接合部からの排出がより効果的に行われることから、被接合材同士の密着性が高まり、異材継ぎ手の接合強度を向上させることができる。
【００２９】
なお、本発明において、両材料とシール材の間に介在させる第３の金属材料としては、上記したような純金属に限定されず、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。
【００３０】
本発明において、上記第３の金属材料を被接合材の間に介在させるための具体的手段としては、被接合材である異種金属材料の間に、第３の金属材料から成るインサート材を挿入することもできるが、被接合材の少なくとも一方の材料に第３の材料をめっきなどによってあらかじめ被覆しておくことが望ましく、これによって第３の材料をインサート材として被接合材間に挟み込む工程を省略でき、作業効率が向上すると共に、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。
【００３１】
そして、例えば、上記したアルミニウム合金材やマグネシウム合金材と鋼材との異材接合に際しては、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の金属材料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、この場合には、特別な準備を要することもなく、防錆目的で亜鉛めっきを施した通常の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が可能になる。
【００３２】
次に、アルミニウム合金板材と亜鉛めっき鋼板の接合を例に挙げて、本発明の実施形態について説明する。
【００３３】
図１は、本発明の異種金属接合方法に用いる交流タイプのスポット溶接装置の全体図であって、アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２は、これらの間に防錆用のシール材Ｓとして、熱硬化性構造用接着剤を塗布した状態で重ね合わせてある。
なお、シール材Ｓとしては、このような絶縁性の接着剤を塗布するほか、絶縁性樹脂からなる薄いシート状のものを挟むようにすることもできる。
【００３４】
図２は、図１に示した溶接用電極Ｅ１の具体的な構造を示すものであって、この例において、アルミニウム合金板１に当接する図中上側の電極Ｅ１は、当該電極の外周部を構成する中空円筒形のホルダー１１と、その中心部に上下動可能に指示された駆動コア１２と、該駆動コア１２の図中下端側に配置された４個の可動片１３から主に構成され、この可動片１３は、上記駆動コア１２とホルダー１１の下端部に形成されたストッパー１１ａとの間に水平方向に移動可能に支持されている。
そして、この可動片１３は、コイルばね１４によってそれぞれ中心側に向けて付勢されると共に、各可動片１３の上端面と上記駆動コア１２の下端面は、テーパー面で互いに接していることから、駆動コア１２が図中下方に押出されると、コイルばね１４の弾性力に抗して、４個の可動片１３が中心側から外周方向に移動するようになっている。
【００３５】
図２に示した構造を備えた電極Ｅ１を搭載した抵抗スポット溶接装置を用いて、上記アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２の接合が開始され、電極Ｅ１、Ｅ２による通電・加圧が行われると、駆動コア１２が押し下げられ、可動片１３がそれぞれ外周方向に拡がることによって、加熱されて軟化した被接合材、特にアルミニウム合金板１の流動性が高まり、シール材Ｓ、続いて共晶溶融物や酸化皮膜、その他の反応生成物などを含む夾雑物が排出物Ｄとなって接合界面から効率的に押出され、これらシール材Ｓや排出物Ｄの残存による強度低下と共に、異種金属接触による耐食性劣化を防止することができる。
【００３６】
図３（ａ）〜（ｆ）は、この共晶溶融を伴う接合プロセスの概略図であって、図３（ａ）は、接合開始前の被接合材の状態を示し、アルミニウム合金板１と、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２ｐが表面に施された亜鉛めっき鋼板２とが亜鉛めっき層２ｐが内側になるように重ねられ、その界面には、上記したようにシール材Ｓが塗布されており、アルミニウム合金板１の表面には酸化皮膜１ｃが生成している。
【００３７】
次に、溶接電極Ｅ１、Ｅ２によりこれら被接合材を相対的に押圧すると、図３（ｂ）に示すように、シール材Ｓは接合部の中央部から外周部に排出され、中央部は亜鉛めっき層２ｐとアルミニウム合金板１の表面の酸化皮膜１ｃが直接接触する。
ここで、加圧及び通電により、機械的又は熱的な衝撃が負荷されると、図３（ｃ）に示すように局部的に酸化皮膜が破壊される。
【００３８】
これによって、亜鉛とアルミニウムの局部的な接触が起こり、亜鉛とアルミニウムの共晶点温度以上に保持されると、図３（ｄ）に示すように亜鉛とアルミニウムの共晶溶融が生じる。
そして、図３（ｅ）に示すように、電極のさらなる押圧によって、共晶溶融金属と共に、酸化皮膜１ｃや接合界面の不純物（図示せず）が排出物Ｄとなって、接合部周囲に排出されながら、さらにシール材も排出され、所定の接合面積が確保される。
【００３９】
このとき、アルミニウム合金板１の電極として、可動片１３を先端部に備えた電極Ｅ１を使用することによって、アルミニウム合金の軟化した固相状態における塑性流動を促進するようにしているので、接合界面の密着性が向上し、上記シール材Ｓや排出物Ｄの接合部からの排出が一層促進されることになる。
その後、アルミニウムと鋼の新生面同士が直接接合され、図３（ｆ）に示すように、亜鉛めっき鋼板２とアルミニウム合金板１の間に拡散反応層Ｌｄが形成され、強固な金属接合を得ることができる。
【００４０】
図４は、このようにして得られた接合構造の中心部を示す拡大図であって、シール材Ｓや、酸化皮膜、共晶反応物などの夾雑物が接合界面から除去され、拡散反応層Ｌｄが形成された接合部が排出物Ｄと、さらにはシール材Ｓによって、その周囲を囲われた構造となっているため、腐食環境から完全に遮断され、異種金属の接触腐食に対する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る。
【００４１】
このとき、図５に示すように、４個の可動片１３の中心部に空間を開けておくことによって、電流をリング状に流すことができるようになり、電流値が同じ場合でも接合部の外周径を拡大することができ、もって接合強度を効率的に向上させることができる。
【００４２】
なお、上記した電極Ｅ１を用いた場合の接合条件の目安としては、アルミニウム合金板１が板厚１ｍｍの６０００系合金、亜鉛めっき鋼板２が２０μｍのめっき厚さを有する板厚０．５５ｍｍの場合、溶接電流２４０００Ａ、通電時間０．２秒、加圧力３００ｋｇｆ程度の条件を採用することができる。
【００４３】
図６は、被接合材の軟化した固相状態における塑性流動を促進し、被接合材同士の密着性を向上させる手段の他の例を示すものであって、図示するように、電極Ｅ１、Ｅ２の先端面、つまり被接合材１，２との接触面が軸心荷重方向に対して傾いている電極を用いることによって、接合界面における面内剪段方向の力を簡素な構造によって効果的に発生させることができる。
【００４４】
すなわち、このような傾斜面１５を備えた上下電極Ｅ１，Ｅ２の軸心方向に負荷が加わると分力である面内剪断方向の力が付与されることになり、これによって、被接合材、特に融点が低い方のアルミニウム合金板１の塑性流動が促進され、接合界面の密着性が向上し、シール材Ｓや、酸化皮膜、共晶反応生成物などの夾雑物を接合界面に残存させることなく、効果的に接合界面から周囲に排除することができ、図２及び図５に示した電極を用いた場合と同様に、継手強度と耐食性を共に確保することができる。
【００４５】
図７は、被接合材の軟化した固相状態における流動性を高め、接合界面の密着性を向上させる手段のさらに他の例を示すものであって、ここでは、図示するように、アルミニウム合金板１に接触する側の電極Ｅ１に、水平振動を付与する振動子２０を取付け、接合に際して当該電極Ｅ１に接合面に略平行な方向に振動を与えることができるようになっており、この振動子２０によって電極Ｅ１を振動させることにより、被接合材料、特にアルミニウム合金板１の塑性流動を促進し、接合界面の密着性を向上させることができる。
【００４６】
振動子２０によって電極Ｅ１を振動させながら、同様の条件により通電・加圧することによって接合を行うが、このときの水平振動の振幅を変化させることによって、流動性を高め、密着性を向上させる領域を変化させることができ、所望の領域での接合を実現することができ、シール材Ｓや酸化皮膜、共晶反応生成物などの夾雑物を接合界面から円滑に排除することができ、シール材Ｓや排出物Ｄを接合界面に残存させることなく、高強度接合構造を得ることができ、継手強度と耐食性を両立させることができる。
【００４７】
そして、被接合材の塑性流動を促進し、接合界面の密着性を向上させる手段としては、図８に示すように、電極Ｅ１に回転運動を付与することによっても可能である。
このとき、電極Ｅ１に回転力を付与する回転機構としては、例えば、図９（ａ）に示すように、外部に備えた電動モータ３０の回転を平歯車３１，３２により減速伝達するモータ回転機構や、図９（ｂ）に示すようなエアータービン３５を用いた回転機構を採用することができる。
【００４８】
このような機構によって、電極Ｅ１を回転させながら、同様の条件により通電・加圧することによって、アルミニウム合金板１の塑性流動が促進され、接合界面の密着性が向上して、シール材Ｓや界面に介在する種々の夾雑物を接合界面から円滑に排除することができ、シール材Ｓや排出物Ｄを接合界面に残存させることなく、継手強度と耐食性を両立させることができる。
このような回転機構を用いることによって、接合界面における面内剪段方向の力を面内全域にわたって、比較的均一に発生させることができ、より均一・安定な接合状態を得ることが可能になる。
【図面の簡単な説明】
【００４９】
【図１】本発明に用いる抵抗スポット溶接装置の全体的な構成を示す概略図である。
【図２】本発明の一実施形態として、可動片を備えた電極構造及び当該電極による接合要領を示す概略図である。
【図３】（ａ）〜（ｆ）は共晶溶融を伴うアルミニウム合金と亜鉛めっき鋼板の接合プロセスを示す工程図である。
【図４】図３に示したプロセスによるアルミニウム合金と亜鉛めっき鋼板の接合構造を示す拡大断面図である。
【図５】本発明の他の実施形態として、図２に示した電極の変形例を示す概略図である。
【図６】本発明のさらに他の実施形態として、傾斜面を備えた電極による接合要領を示す概略図である。
【図７】本発明のさらに他の実施形態として、振動子により電極に振動を与えながら行う異種金属の接合要領を示す概略図である。
【図８】本発明のさらに他の実施形態として、電極に回転運動を与えながら行う異種金属の接合要領を示す概略図である。
【図９】（ａ）及び（ｂ）は図８に示した電極の回転機構の構造例を示す概略図である。
【符号の説明】
【００５０】
１ アルミニウム合金板亜鉛めっき鋼板
２ 亜鉛めっき鋼板
１３ 可動片
１５ 傾斜面
２０ 振動子
３０ 電動モータ
３５ エアータービン
Ｓ シール材
Ｅ１ 溶接用電極
Ｅ２ 溶接用電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シール材を介して重ね合わせた異種金属から成る被接合材同士を抵抗スポット溶接するに際して、軟化した固相状態の被接合材の流動を促進して、接合界面の密着性を向上させることを特徴とする異種金属接合方法。
【請求項２】
被接合材と接触する先端部分が複数の可動片に分割された溶接用電極を用いることを特徴とする請求項１に記載の異種金属接合方法。
【請求項３】
被接合材との接触面が軸心荷重方向に対して傾いている溶接用電極を用いることを特徴とする請求項１に記載の異種金属接合方法。
【請求項４】
溶接用電極に接合面に略平行な方向の振動を与えながら接合することを特徴とする請求項１に記載の異種金属接合方法。
【請求項５】
溶接用電極に回転運動を与えながら接合することを特徴とする請求項１に記載の異種金属接合方法。
【請求項６】
上記被接合材の少なくとも一方とシール材の間に、被接合材の少なくとも一方との間で共晶溶融を生じる第３の金属から成る材料を介在させ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接合方法。
【請求項７】
上記被接合材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６に記載の異種金属接合方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の方法で接合され、被接合材同士が直接接合された接合部の周囲がシール材によって囲まれていることを特徴とする異種金属の接合構造。
【請求項９】
軟化した固相状態の被接合材の流動性を促進し、接合界面の密着性を向上させる手段を備えたことを特徴とする抵抗スポット溶接装置。
【請求項１】
シール材を介して重ね合わせた異種金属から成る被接合材同士を抵抗スポット溶接するに際して、軟化した固相状態の被接合材の流動を促進して、接合界面の密着性を向上させることを特徴とする異種金属接合方法。
【請求項２】
被接合材と接触する先端部分が複数の可動片に分割された溶接用電極を用いることを特徴とする請求項１に記載の異種金属接合方法。
【請求項３】
被接合材との接触面が軸心荷重方向に対して傾いている溶接用電極を用いることを特徴とする請求項１に記載の異種金属接合方法。
【請求項４】
溶接用電極に接合面に略平行な方向の振動を与えながら接合することを特徴とする請求項１に記載の異種金属接合方法。
【請求項５】
溶接用電極に回転運動を与えながら接合することを特徴とする請求項１に記載の異種金属接合方法。
【請求項６】
上記被接合材の少なくとも一方とシール材の間に、被接合材の少なくとも一方との間で共晶溶融を生じる第３の金属から成る材料を介在させ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接合方法。
【請求項７】
上記被接合材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６に記載の異種金属接合方法。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか１つの項に記載の方法で接合され、被接合材同士が直接接合された接合部の周囲がシール材によって囲まれていることを特徴とする異種金属の接合構造。
【請求項９】
軟化した固相状態の被接合材の流動性を促進し、接合界面の密着性を向上させる手段を備えたことを特徴とする抵抗スポット溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【公開番号】特開２００９−７００（Ｐ２００９−７００Ａ）
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００７−１６２００６（Ｐ２００７−１６２００６）
【出願日】平成１９年６月２０日（２００７．６．２０）
【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２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成１９年６月２０日（２００７．６．２０）
【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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