異種金属板の接合方法および異種金属接合体
【課題】接着剤による接着とスポット溶接とを併用して異種金属板同士を強固に接合する。
【解決手段】本発明の接合方法には、アルミニウム合金板１とめっき鋼板２とを接着剤５を介して重ね合わせる積層工程と、積層工程で重ね合わせられた上記両金属板１，２をスポット溶接用の一対の電極７，７の間に挟み込んで加圧するとともに、上記一対の電極７，７間に電流を流すプレヒート工程と、プレヒート工程の後、上記電極７，７間の通電を停止した状態で、上記両金属板１，２を上記プレヒート工程の開始時よりも高い加圧力で加圧し、これを所定の冷却時間に亘り継続する冷却工程と、冷却工程の後、上記プレヒート工程の開始時よりも高い加圧力で上記両金属板１，２を加圧しつつ、上記プレヒート工程での通電電流値よりも高い電流を上記一対の電極７，７間に流すことにより、上記両金属板１，２同士を溶接する溶接工程とを含む。
【解決手段】本発明の接合方法には、アルミニウム合金板１とめっき鋼板２とを接着剤５を介して重ね合わせる積層工程と、積層工程で重ね合わせられた上記両金属板１，２をスポット溶接用の一対の電極７，７の間に挟み込んで加圧するとともに、上記一対の電極７，７間に電流を流すプレヒート工程と、プレヒート工程の後、上記電極７，７間の通電を停止した状態で、上記両金属板１，２を上記プレヒート工程の開始時よりも高い加圧力で加圧し、これを所定の冷却時間に亘り継続する冷却工程と、冷却工程の後、上記プレヒート工程の開始時よりも高い加圧力で上記両金属板１，２を加圧しつつ、上記プレヒート工程での通電電流値よりも高い電流を上記一対の電極７，７間に流すことにより、上記両金属板１，２同士を溶接する溶接工程とを含む。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金板およびめっき鋼板からなる異種金属板同士を接着剤による接着とスポット溶接とにより接合する方法等に関する。
【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、建築構造物等の分野では、例えば鋼材とアルミニウム合金といった異種金属同士を接合する方法や、異種金属同士の接合体に関する研究開発が活発に行われている。
【０００３】
特に、自動車の分野では、近年の厳しいエネルギー事情等を背景にして、車体をより軽量化することが求められているため、軽量なアルミニウム合金製の板材を鋼板とともに使用することが多くなってきている。しかしながら、自動車という腐食環境の厳しい製品では、鋼板とアルミニウム合金板とを直接接合してしまうと、両者の電位差に起因した腐食（電食）が生じ易くなるという問題がある。そこで、電食を防止するための技術として、上記両金属板を接着剤を介して接着し、かつスポット溶接を行うという、いわゆるウェルドボンド法が知られている。
【０００４】
ところが接着剤は導電性が悪く、スポット溶接時に通電抵抗の増大を招いてしまうため、溶接電流をあまり上げることができない。また、鋼板とアルミニウム合金板との境界面の清浄度を悪化させるため、結果として十分な接合強度が得られないという問題がある。
【０００５】
そこで、例えば下記特許文献１では、異種金属からなる２枚の金属板をウェルドボンドにより接合する際に、上記両金属板の間に介在する接着剤（シール材）を少なくとも接合部の中央から排出させることにより、上記両金属板を直接接触させ、その状態で溶接電流を通電するようにしている。
【０００６】
また、下記特許文献２に示されるように、２枚の金属板の間に塗布された接着剤層中に熱可塑性樹脂製のスペーサを含有させ、その状態で上記両金属板を溶接用の電極で加圧、通電することにより、上記接着剤およびスペーサを接合部から排除しつつ溶接するという接合方法も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２３５８３号公報
【特許文献２】特開昭５９−１９３７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記特許文献１では、接合部の中央から接着剤を効率よく排出するために、電極の先端部を凸状曲面に形成することが行われているが、電極の先端が凸状曲面であれば、その凸状曲面の頂部に対応する部分の接着剤は確実に排出されるものの、接着剤が局所的にしか排出されず、鋼板とアルミニウム合金板との接合面積が小さくなる結果、十分な接合強度が得られなくなるおそれがある。また、同文献では、高周波コイル等からなる外部加熱手段を用いて接合部付近を加熱することにより、接着剤の排出を容易化するという提案もなされているが、周囲への熱伝導による影響があり、接合部の接着剤を効果的に昇温できない可能性がある。
【０００９】
上記特許文献２では、熱可塑性樹脂製のスペーサを金属板の間に挟み込んだ状態で加圧、通電するため、上記特許文献１と比べて接着剤を接合部から効果的に排出することが可能であると予想される。しかしながら、このような熱可塑性樹脂製のスペーサが介在する状態で金属板を接合した場合には、例えば得られた接合体を塗装し、その後の乾燥工程で加熱処理を行ったときに、上記熱可塑性樹脂製のスペーサが溶融して外部に流出してしまうおそれがある。このような樹脂の流出が起きると、接合部のシール性が損なわれ、特に車体用の構造材としては致命的な欠陥となる。また、同文献には、加圧および通電時の好ましい条件が記載されておらず、加圧から通電に至る処理をどのように行えば十分な接合強度が得られるのかが必ずしも明確でなかった。
【００１０】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、接着剤による接着とスポット溶接とを併用して異種金属板同士を接合したときの接合強度を効果的に向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するためのものとして、本発明は、アルミニウム合金板およびめっき鋼板からなる異種金属板同士を接着剤による接着とスポット溶接とにより接合する方法であって、上記アルミニウム合金板とめっき鋼板とを上記接着剤を介して重ね合わせる積層工程と、上記積層工程で重ね合わせられた上記両金属板をスポット溶接用の一対の電極の間に挟み込んで加圧するとともに、上記一対の電極間に電流を流すプレヒート工程と、上記プレヒート工程の後、上記電極間の通電を停止した状態で、上記両金属板を上記プレヒート工程の開始時よりも高い加圧力で加圧し、これを所定の冷却時間に亘り継続する冷却工程と、上記冷却工程の後、上記プレヒート工程の開始時よりも高い加圧力で上記両金属板を加圧しつつ、上記プレヒート工程での通電電流値よりも高い電流を上記一対の電極間に流すことにより、上記両金属板同士を溶接する溶接工程とを含むことを特徴とするものである（請求項１）。
【００１２】
本発明の接合方法によれば、アルミニウム合金板およびめっき鋼板に溶接用の高電流を流す前に、これら両金属板を電極により加圧しつつ通電するプレヒート工程を行うようにしたため、金属の温度を融点未満の範囲に抑えながら、アルミニウム合金板とめっき鋼板との間の接着剤を、通電による昇温効果で十分に軟化させることができる。また、その後の冷却工程において、通電を停止した状態でより高い加圧力を加えることにより、その加圧された部分（加圧部）から上記接着剤を効率よく排出することができ、さらには、金属同士を十分になじませることができる。これにより、材料の電気抵抗（特にアルミニウム合金板とめっき鋼板との界面抵抗）が効果的に低減され、上記電極から高い溶接電流を流しても、過剰な抵抗発熱量が発生することがなく、溶接時に母材が飛散するチリと呼ばれる現象が抑制される。よって、良好な溶接性を確保しながら、より高い溶接電流を流すことができ、接合強度を効果的に向上させることができる。
【００１３】
なお、上記プレヒート工程から溶接工程までの間に加えられる加圧力の具体的な値や加圧力の変化タイミングは適宜変更可能であるが、好適な例として、上記プレヒート工程の開始から所定期間の間、上記電極の加圧力を第１の加圧力に設定し、上記プレヒート工程の途中もしくは終了時に、上記加圧力を上記第１の加圧力よりも大きい第２の加圧力に増大させ、上記冷却工程および溶接工程が終了するまで上記第２の加圧力での加圧を継続するとよい（請求項２）。
【００１４】
上記構成において、より好ましくは、上記プレヒート工程よりも前に、上記アルミニウム合金板およびめっき鋼板を上記一対の電極で挟み込んで加圧するプレ加圧工程を行う（請求項３）。
【００１５】
このようにすれば、プレヒート工程での通電電流が安定化して適正な昇温効果が得られるという利点がある。
【００１６】
さらに、上記プレ加圧工程での加圧力を、上記第１の加圧力よりも大きく設定することが好ましい（請求項４）。
【００１７】
このようにすれば、プレ加圧工程中においても、上記電極による加圧部から接着剤を積極的に排出することができるため、その後のプレヒート工程および冷却工程による効果と合わせて、上記加圧部から接着剤をより確実に排出することができ、アルミニウム合金板とめっき鋼板との溶接性をさらに向上させることができる。また、接着剤の排出力が高まることで、プレヒート工程および冷却工程の時間をある程度短縮しても、十分な接合強度を確保できるという利点がある。
【００１８】
本発明の接合方法において、好ましくは、上記積層工程として、上記アルミニウム合金板とめっき鋼板とを接着剤を介して重ね合わせるとともに、上記めっき鋼板とは別の鋼板を上記アルミニウム合金板とは反対側からめっき鋼板に重ね合わせ、かつこの状態で上記プレヒート工程、冷却工程、および溶接工程を含む各工程を行うことにより、上記アルミニウム合金板、めっき鋼板、および別の鋼板を互いに接合する（請求項５）。
【００１９】
このようにすれば、アルミニウム合金板およびめっき鋼板を含む３枚の金属板を同時に接合できるという利点がある。
【００２０】
また、本発明は、アルミニウム合金板とめっき鋼板とが接合された異種金属接合体であって、上記アルミニウム合金板とめっき鋼板との間に、スポット溶接により溶接された第１の接合部と、接着剤により接着された第２の接合部とが存在し、上記第１の接合部が平面視で略円環状に形成されたことを特徴とするものである（請求項６）。
【００２１】
本発明の異種金属接合体によれば、アルミニウム合金板とめっき鋼板との間に、スポット溶接により接合され、かつ円環状に形成された第１の接合部が存在するため、例えば同じ面積の接合部を中実円形状に形成した場合と比較して、接合部の外径を大きくすることができ、曲げやねじりに強く、疲労強度にも優れた接合構造を構築できるという利点がある。また、上記第１の接合部以外に、接着剤により接着された第２の接合部が存在するため、アルミニウム合金板とめっき鋼板との間への水分の浸入およびこれに起因した電食の発生を効果的に防止できるという利点がある。
【００２２】
本発明の異種金属接合体において、好ましくは、上記第１の接合部の周囲が上記第２の接合部により囲まれている（請求項７）。
【００２３】
この構成によれば、第１の接合部を取り囲むように形成された第２の接合部の接着剤により、上記のような電食の発生をより効果的に防止できるという利点がある。
【００２４】
本発明の異種金属接合体において、好ましくは、円環状の上記第１の接合部よりも中心側に、上記接着剤の熱分解物が残存した弱接合部が存在する（請求項８）。
【００２５】
この構成によれば、接着剤の熱分解物により接合強度が弱められた弱接合部を中心側に形成しながらも、その周りに円環状の第１の接合部を形成することにより、接合強度を十分に確保できるという利点がある。
【００２６】
本発明の異種金属接合体において、好ましくは、上記めっき鋼板に対し、上記アルミニウム合金板とは反対側から別の鋼板が接合される（請求項９）。
【００２７】
また、この場合、上記めっき鋼板と上記別の鋼板との間にナゲット部が形成され、該ナゲット部は上記アルミニウム合金板と接触せずかつ上記第１の接合部と対向する位置に形成される（請求項１０）。
【００２８】
これらの構成によれば、アルミニウム合金板およびめっき鋼板を含む３枚の金属板を十分な接合強度で適正に接合できるという利点がある。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように、本発明によれば、接着剤による接着とスポット溶接とを併用して異種金属板同士を強固に接合できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】積層工程の手順を説明するための図である。
【図２】プレ加圧工程の手順を説明するための図である。
【図３】プレヒート工程の手順を説明するための図である。
【図４】冷却工程の手順を説明するための図である。
【図５】溶接工程の手順を説明するための図である。
【図６】上記各工程を経て得られた接合体の断面構造を示す図である。
【図７】アルミニウム合金板とめっき鋼板との境界面の構造を模式的に示す図である。
【図８】実験に使用した電極の形状を示す図であり、（ａ）はタイプ１の電極、（ｂ）はタイプ２の電極、（ｃ）はタイプ３の電極をそれぞれ示している。
【図９】剥離強度を測定する実験の方法を説明するための図である。
【図１０】実施例および比較例の接合条件と剥離強度を示す表である。
【図１１】実施例１〜３の接合条件を示すタイムチャートである。
【図１２】実施例４，７の接合条件を示すタイムチャートである。
【図１３】実施例５，８の接合条件を示すタイムチャートである。
【図１４】実施例６，９の接合条件を示すタイムチャートである。
【図１５】実施例１０の接合条件を示すタイムチャートである。
【図１６】実施例１１の接合条件を示すタイムチャートである。
【図１７】比較例１の接合条件を示すタイムチャートである。
【図１８】比較例２の接合条件を示すタイムチャートである。
【図１９】タイプ１〜タイプ３の電極が金属板と接触する面積の大小関係を示す図である。
【図２０】実施例２と比較例２における溶接時の電気抵抗値の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１〜図５は、本発明の異種金属板の接合方法の一実施形態を説明するための図である。これらの図に示すように、当実施形態では、アルミニウム合金板１と、表面にめっきが施されためっき鋼板２と、表面にめっきが施されていない非めっき鋼板３（本発明にかかる「別の鋼板」に相当）とからなる３枚の金属板を、接着剤５による接着とスポット溶接とにより接合する。なお、図１〜図５では、めっき鋼板２の両面に施されるめっき層の図示を省略した（後述する図６、図７も同様）。
【００３２】
アルミニウム合金板１としては、例えば、Ａｌ−Ｃｕ系（２０００系）の合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系（６０００系）の合金、もしくはＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系（７０００系）の合金が好適であるが、アルミニウムを主成分とするその他の合金でもよく、具体的な組成は特に限定されない。
【００３３】
めっき鋼板２に適用されるめっきの種類は特に限定されないが、ここでは、その好適例として亜鉛めっきを用いる。したがって、以下では、めっき鋼板２のことを亜鉛めっき鋼板２と称する。なお、亜鉛めっきとしては、目付け量が３０ｇ／ｍ２〜１００ｇ／ｍ２の範囲のものを使用できる。
【００３４】
亜鉛めっき鋼板２および非めっき鋼板３の金属の組成は、鋼であるということ以外に特に限定されない。また、亜鉛めっき鋼板２および非めっき鋼板３の厚みは、それぞれ０．３ｍｍ以上４．０ｍｍ以下の範囲のものを用いることができる。
【００３５】
接着剤５としては、エポキシ系接着剤が好ましく、例えば、セメダインヘンケル社製（品番：ＥＰ１８５−４）が例示できる。この例示した接着剤は導電性を有するが、本発明で使用可能な接着剤の種類はこれに限定されない。
【００３６】
（１）接合方法の概要
まず、当実施形態の接合方法の具体的な手順について説明する。上記アルミニウム合金板１、亜鉛めっき鋼板２、および非めっき鋼板３からなる３枚の金属板は、以下に示す積層工程、プレ加圧工程、プレヒート工程、冷却工程、溶接工程、および接着剤硬化工程を経て接合される。
【００３７】
（１−１）積層工程
上記３枚の金属板１〜３を接合するには、まず図１に示すように、各金属板１〜３同士を重ね合わせる積層工程を行う。具体的には、アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２とを接着剤５を介して重ね合わせるとともに、非めっき鋼板３を亜鉛めっき鋼板２に対しアルミニウム合金板１とは反対側から重ね合わせる。なお、接着剤５としては、所定温度以上で硬化する熱硬化性の接着剤が用いられる。このため、上記図１の時点で接着剤５は硬化しておらず、ある程度の流動性を有している。また、このような接着剤５がアルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２との間に塗布されているのに対し、亜鉛めっき鋼板２と非めっき鋼板３との間には接着剤５は塗布されておらず、これら両鋼板２，３は直接接触している。以下では、図１のように３枚重ねにされた金属板１〜３を、まとめて「ワークＷ」という。
【００３８】
（１−２）プレ加圧工程
次に、図２に移って、積層後の上記金属板１〜３（ワークＷ）を加圧するプレ加圧工程を行う。具体的に、このプレ加圧工程では、スポット溶接用の一対の電極７，７の間に上記ワークＷを挟み込み、予め定められたプレ加圧力Ｆ０でワークＷを加圧する。
【００３９】
上記電極７，７は略円柱状をなし、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、電極７，７の少なくとも一方が軸方向に駆動されることにより、両者の間隔が所定範囲内で変更可能とされている。また、電極７，７は、図外の電源供給装置に接続されており、この電源供給装置からの給電に応じて上記電極７，７の間に電流が流れるようになっている。
【００４０】
上記電極７，７の先端部は、図示のように、中心部が平面状に形成され、かつその周囲が球状のテーパ面に形成されている。もちろん、上記電極７，７の先端部の形状はこれに限られず、例えば先端部全体を平面状に形成してもよいし、また、先端部全体を比較的半径の大きい（つまり平面に近い）凸球状に形成してもよい（後述する実施例で用いる図８の電極参照）。
【００４１】
（１−３）プレヒート工程
次に、図３に移って、上記ワークＷを加圧しつつ通電するプレヒート工程を行う。具体的に、このプレヒート工程では、上記一対の電極７，７によりワークＷを加圧しつつ、図外の電源供給装置から上記電極７，７に電圧を印加し、予め定められた第１の電流値Ｉ１を通電する。
【００４２】
上記プレヒート工程でワークＷを加圧する際には、まず同工程の開始時の加圧力を、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に設定する。その後は、プレヒート工程の終了時まで上記第１の加圧力Ｆ１での加圧を継続してもよいし、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での加圧力）に増大させてもよい。
【００４３】
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）に設定される。このため、上記第１の電流値Ｉ１が流されたときに、ワークＷの温度は上昇するものの、金属の溶融点まで上昇することはない。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。
【００４４】
上記第１の電流値Ｉ１の通電により、上記電極７，７に挟まれた部分の接着剤５は、常温時よりも軟化して流動し易い状態となる。
【００４５】
（１−４）冷却工程
次に、図４に移って、上記電極７，７間の通電を停止しつつワークＷを加圧する冷却工程を行う。具体的に、この冷却工程では、上記電極７，７の印加電圧をゼロにしてその通電を停止した状態で、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でワークＷを加圧し、これを所定の冷却時間に亘って継続する。すなわち、上記電極７，７間の通電が停止されることにより、ワークＷの温度が上記プレヒート工程の終了時よりも低下するとともに、上記電極７，７の加圧力が増大されることにより、上記電極７，７で加圧された部分（加圧部）からプレヒート工程により軟化した接着剤５が効率よく排出される。なお、上記冷却時間の好ましい範囲は、約３００〜１５００ｍｓｅｃである。
【００４６】
（１−５）溶接工程
次に、図５に移って、上記ワークＷをスポット溶接する溶接工程を行う。具体的に、この溶接工程では、上記冷却工程での加圧力Ｆ２と同じ加圧力でワークＷを加圧しつつ、上記プレヒート工程での電流値Ｉ１よりも大きい第２の電流値Ｉ２を通電する。
【００４７】
上記第２の電流値Ｉ２は、金属を溶融させ得るような大きな電流値に設定される。すなわち、上記第２の電流値Ｉ２が流されることにより、上記電極７，７に挟まれた部分においては、各金属板１〜３同士の境界面付近が特に大きく昇温し、当該部分の金属が溶融する。ただし、上記第２の電流値Ｉ２は、むやみに大きくすると、溶融した金属が周囲に飛散するチリ（散り）と呼ばれる現象の要因となるため、上記第２の電流値Ｉ２は、金属を確実に溶融させて接合強度を確保しつつも、チリが過度に発生しない程度の値（例えば１４ｋＡ前後）に設定する必要がある。なお、上記第２の電流値Ｉ２の通電期間の好ましい範囲は、約１５０〜４００ｍｓｅｃである。
【００４８】
上記のような第２の電流値Ｉ２の通電が終了すると、金属の溶融箇所が再凝固し、図６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１における亜鉛めっき鋼板２との接触部にナゲット部Ｍ１が形成されるとともに、亜鉛めっき鋼板２と非めっき鋼板３との間にもナゲット部Ｍ２が形成され、これらナゲット部Ｍ１，Ｍ２を介して上記各金属板１〜３同士が互いに接合（溶接）される。
【００４９】
（１−６）接着剤硬化工程
次に、接着剤５を硬化させる接着剤硬化工程を行う。具体的には、溶接後のワークＷを加熱用の炉（図示省略）に投入し、その温度を接着剤５の硬化温度以上に上昇させる。これにより、アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２との間で接着剤５が全体的に硬化し、この硬化した接着剤５を介してアルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２とが接着される。
【００５０】
（２）接合後の構造
次に、以上のような工程を経て接合された接合体の構造について説明する。接合後は、上述したように、アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２とがナゲット部Ｍ１を介して接合されるとともに、亜鉛めっき鋼板２と非めっき鋼板３とがナゲット部Ｍ２を介して接合されている。また、アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２とは、上記ナゲット部Ｍ１以外の箇所においては接着剤５により接着されている。
【００５１】
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１が部分的に溶融するとともに、亜鉛めっき鋼板２の表面の亜鉛めっき層が破壊（拡散）され、金属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、亜鉛めっき鋼板２の金属母材よりもアルミニウム合金板１の方が溶融点が低いため、ナゲット部Ｍ１の形成時に亜鉛めっき鋼板２は溶融せず、アルミニウム合金板１のみが溶融する。
【００５２】
上記ナゲット部Ｍ２は、上記第２の電流値Ｉ２の通電により、亜鉛めっき鋼板２および非めっき鋼板３の両方が溶融して再凝固したものである。図６のように、上記ナゲット部Ｍ２は、上記アルミニウム合金板１のナゲット部Ｍ１と対向し、かつアルミニウム合金板１とは接触しないような位置に形成される。
【００５３】
図７は、上記アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２との境界面の構造を模式的に示す図である。本図に示すように、上記両金属板１，２の境界面は、上記電極７，７による加圧部の中心から順に、領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４に分けることができる。
【００５４】
上記領域Ｓ１，Ｓ２は、上記ナゲット部Ｍ１の形成部（つまりアルミニウム合金板１が溶融して再凝固した部分）に対応している。このうち、径方向中心側に位置する領域Ｓ１には、ａ部の拡大図に示すように、接着剤５が熱分解することで生じた熱分解物５ａが残存している。一方、上記領域Ｓ１よりも径方向外側には、平面視（金属板の積層方向視）で円環状の領域Ｓ２が形成されているが、この領域Ｓ２では、ｂ部の拡大図に示すように、上記のような熱分解物５ａはほとんど存在せず、金属同士が強固に結合している。すなわち、上記領域Ｓ１，Ｓ２は、いずれもナゲット部Ｍ１に対応した溶接による接合面であるが、接着剤５の熱分解物５ａの有無により、中心側の領域Ｓ１よりも、外側の領域Ｓ２の方が結合強度が高くなっている。以下では、上記領域Ｓ１のことを不完全溶接部Ｓ１、上記領域Ｓ２のことを完全溶接部Ｓ２と称する。
【００５５】
上記のように不完全溶接部Ｓ１で接着剤５の熱分解物５ａが残存しているのは、電極７，７の中心部に対応する接着剤５に作用する排出力が相対的に弱いためと考えられる。例えば、上記電極７，７として、図２〜図５に示した形状のもの（先端が平面状のもの）を用いた場合には、電極７，７の径方向外側部分に対応する接着剤５は確実に周囲に排出されるものの、電極７，７の中心部に対応する接着剤５には十分な排出力が作用せず、当該部の接着剤５が部分的に残存してしまうと考えられる。すなわち、電極７，７からの加圧力を受けたときに、接着剤５は主に電極７，７の中心部から径方向外側へと排出されるものの、これとは逆に電極７，７の径方向外側から中心部に向かって移動する接着剤５も存在するため、電極７，７の中心部に対応する接着剤５には十分な排出力が作用せず、接着剤５の残存が起き易くなる。
【００５６】
上記不完全溶接部Ｓ１および完全溶接部Ｓ２のさらに外側には、領域Ｓ３，Ｓ４が存在している。領域Ｓ３は、上記電極７，７の加圧・通電による影響を受けて、接着剤５の層の厚みが薄くなっている領域である。一方、領域Ｓ４は、上記電極７，７による影響がなく、上記領域Ｓ３よりも厚い一定の接着剤５の層が存在する領域である。このため、上記領域Ｓ３の接着強度は、上記領域Ｓ４の接着強度よりも弱い。以下では、上記領域Ｓ３のことを弱接着部Ｓ３、上記領域Ｓ４のことを接着部Ｓ４と称する。
【００５７】
なお、以上説明したような当実施形態の接合構造（図７）と、本願の請求項にかかる発明との対応関係としては、上記不完全溶接部Ｓ１が本発明にかかる「弱接合部」に相当し、上記完全溶接部Ｓ２が本発明にかかる「第１の接合部」に相当し、上記接着部Ｓ４が本発明にかかる「第２の接合部」に相当する。
【００５８】
（３）実験
次に、当実施形態の効果を確認するために行った実験の結果について説明する。具体的に、この実験では、上記（１）で説明したような接合方法（図１〜図５）で実際に金属板を接合し、それによって得られた接合体の接合強度をＬ字剥離試験（図９参照）により測定した。
【００５９】
（３−１）実験条件
図８（ａ）〜（ｃ）は、実験に使用した電極７の形状を示す図である。図８（ａ）に示すタイプ１の電極は、図２〜図５に示した電極７と同様の形状であり、電極全体の直径が１６ｍｍ、先端部に形成された平面部分の直径が６ｍｍ、その周囲の球状部分の半径が５ｍｍである。図８（ｂ）に示すタイプ２の電極は、先端部全体が凸球状に形成されており、その半径は５０ｍｍである。図８（ｃ）に示すタイプ３の電極は、先端部全体が凸球状に形成されており、その半径は１００ｍｍである。
【００６０】
後述する実施例および比較例に示すように、実験で用いられる電極７は、ほとんどのケースで図８（ａ）に示したタイプ１の電極である。なお、実施例１０，１１の場合のみ、非めっき鋼板３に当接する側の電極７としてタイプ２，３の電極を用いているが、アルミニウム合金板１に当接する側の電極７にはいずれの場合でもタイプ１の電極が用いられる。
【００６１】
図８に示したような電極７，７を用いて、アルミニウム合金板１、亜鉛めっき鋼板２、非めっき鋼板３からなる３枚の金属板を図９に示すような形状に接合した。そして、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した（Ｌ字剥離試験）。なお、実験に使用したアルミニウム合金板１の厚みは１．２ｍｍ、亜鉛めっき鋼板２の厚みは０．８ｍｍ、非めっき鋼板３の厚みは１．６ｍｍである。これは、後述する実施例および比較例の全てのケースで共通である。
【００６２】
図１０〜図１８は、上記金属板１〜３を異なる接合条件下でそれぞれ接合し、得られた接合体の強度を上述のＬ字剥離試験（図９）により測定した結果を示すものである。なお、図１０は、各接合条件とＬ字剥離試験の測定結果とをまとめた表であり、図１１〜図１８は、各接合条件を時系列で示すタイムチャートである。
【００６３】
図１０の表および図１１〜図１８のタイムチャートにおいて、実施例１〜１１は、本発明の接合方法（図１〜図５に示した手順）に沿って上記金属板１〜３を接合したケースを示しており、比較例１，２は、本発明とは異なる手順で接合したケースを示している。なお、図１０〜図１８では、各工程の時間を電源のサイクル数（ｃｙｃ）で示している。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。図１０では、各工程の時間をサイクル数（ｃｙｃ）と秒数（ｍｓｅｃ）の両方で併記している。また、図１０に記載されている剥離強度の値は、実施例１の強度を１．０としたときの相対値である。
【００６４】
次に、実施例１〜１１の接合条件を具体的に説明する。
【００６５】
・実施例１
実施例１の接合条件は、図１０および図１１に示す通りである。すなわち、実施例１では、まず、プレ加圧工程として、２ｋＮの加圧力を６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間加える。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）の間通電する。次いで、冷却工程として、７ｋＮの加圧力を、通電を停止した状態で６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間加える。最後に、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）の間通電する。なお、当実施例では、アルミ側（アルミニウム合金１に接触する側）の電極７にタイプ１の電極（図８（ａ））を使用するとともに、鋼板側（非めっき鋼板３に接触する側）の電極７にも、タイプ１の電極を使用した。
【００６６】
・実施例２
実施例２では、まず、プレ加圧工程として、２ｋＮの加圧力を６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間加える。次いで、プレヒート工程として、２ｋＡの電流を１５ｃｙｃ（２５０ｍｓｅｃ）の間通電するが、このとき、プレヒート工程の開始から１０ｃｙｃ（１６７ｍｓｅｃ）の間は、加圧力を２ｋＮに設定する一方、その後の５ｃｙｃ（８３ｍｓｅｃ）の間は、加圧力を７ｋＮに設定する。次いで、冷却工程として、７ｋＮの加圧力を、通電を停止した状態で６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間加える。最後に、溶接工程として、７ｋＮの加圧力を継続しつつ、１４ｋＡの電流を１８ｃｙｃ（３００ｍｓｅｃ）の間通電する。なお、当実施例で使用される電極７は、アルミ側および鋼板側ともにタイプ１の電極（図８（ａ））である。
【００６７】
・実施例３
実施例３の接合条件は、加圧および通電のタイミングが実施例１と同様であるが、実施例１と異なる点として、冷却工程および溶接工程時の加圧力が５ｋＮに設定されるとともに、溶接工程時の通電電流が１３ｋＡに設定される。なお、当実施例で使用される電極７は、アルミ側および鋼板側ともにタイプ１の電極（図８（ａ））である。
【００６８】
・実施例４
実施例４の接合条件は、図１０および図１２に示す通りである。すなわち、実施例４では、まず、プレ加圧工程として、５ｋＮの加圧力を６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間加える。次いで、プレヒート工程として、２ｋＡの電流を１５ｃｙｃ（２５０ｍｓｅｃ）の間通電するが、このとき、プレヒート工程の開始から１０ｃｙｃ（１６７ｍｓｅｃ）の間は、加圧力を２ｋＮに設定する一方、その後の５ｃｙｃ（８３ｍｓｅｃ）の間は、加圧力を５ｋＮに設定する。次いで、冷却工程として、５ｋＮの加圧力を、通電を停止した状態で３０ｃｙｃ（５００ｍｓｅｃ）の間加える。最後に、溶接工程として、５ｋＮでの加圧を継続しつつ、１３ｋＡの電流を１８ｃｙｃ（３００ｍｓｅｃ）の間通電する。なお、当実施例で使用される電極７は、アルミ側および鋼板側ともにタイプ１の電極（図８（ａ））である。
【００６９】
・実施例５
実施例５の接合条件は、図１０および図１３に示す通りである。すなわち、実施例５では、まず、プレ加圧工程として、５ｋＮの加圧力を６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間加える。次いで、プレヒート工程として、２ｋＮの加圧力を加えつつ、２ｋＡの電流を１５ｃｙｃ（２５０ｍｓｅｃ）の間通電する。次いで、冷却工程として、５ｋＮの加圧力を、通電を停止した状態で３０ｃｙｃ（５００ｍｓｅｃ）の間加える。最後に、溶接工程として、５ｋＮでの加圧を継続しつつ、１３ｋＡの電流を１８ｃｙｃ（３００ｍｓｅｃ）の間通電する。なお、当実施例で使用される電極７は、アルミ側および鋼板側ともにタイプ１の電極（図８（ａ））である。
【００７０】
・実施例６
実施例６の接合条件は、図１０および図１４に示す通りである。すなわち、実施例６では、まず、プレ加圧工程として、５ｋＮの加圧力を６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間加える。次いで、プレヒート工程として、２ｋＮの加圧力を加えつつ、２ｋＡの電流を１０ｃｙｃ（１６７ｍｓｅｃ）の間通電する。次いで、冷却工程として、５ｋＮの加圧力を、通電を停止した状態で２０ｃｙｃ（３３３ｍｓｅｃ）の間加える。最後に、溶接工程として、５ｋＮでの加圧を継続しつつ、１３ｋＡの電流を１８ｃｙｃ（３００ｍｓｅｃ）の間通電する。なお、当実施例で使用される電極７は、アルミ側および鋼板側ともにタイプ１の電極（図８（ａ））である。
【００７１】
・実施例７
実施例７の接合条件は、図１０および図１２に示すように、加圧および通電のタイミングが実施例４と同様であるが、実施例４と異なる点として、プレヒート工程時以外の加圧力が７ｋＮに設定されるとともに、溶接工程時の通電電流が１４ｋＡに設定される。なお、当実施例で使用される電極７は、アルミ側および鋼板側ともにタイプ１の電極（図８（ａ））である。
【００７２】
・実施例８
実施例８の接合条件は、図１０および図１３に示すように、加圧および通電のタイミングが実施例５と同様であるが、実施例５と異なる点として、プレヒート工程時以外の加圧力が７ｋＮに設定されるとともに、溶接工程時の通電電流が１４ｋＡに設定される。なお、当実施例で使用される電極７は、アルミ側および鋼板側ともにタイプ１の電極（図８（ａ））である。
【００７３】
・実施例９
実施例９の接合条件は、図１０および図１４に示すように、加圧および通電のタイミングが実施例６と同様であるが、実施例６と異なる点として、プレヒート工程時以外の加圧力が７ｋＮに設定されるとともに、溶接工程時の通電電流が１４ｋＡに設定される。なお、当実施例で使用される電極７は、アルミ側および鋼板側ともにタイプ１の電極（図８（ａ））である。
【００７４】
・実施例１０
実施例１０の接合条件は、図１０および図１５に示す通りである。すなわち、実施例１０では、まず、プレ加圧工程として、３ｋＮの加圧力を６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間加える。次いで、プレヒート工程として、３ｋＮでの加圧を継続しつつ、３ｋＡの電流を１５ｃｙｃ（２５０ｍｓｅｃ）の間通電する。次いで、冷却工程として、７ｋＮの加圧力を、通電を停止した状態で４０ｃｙｃ（６６７ｍｓｅｃ）の間加える。最後に、溶接工程として、７ｋＮでの加圧を継続しつつ、１５ｋＡの電流を１８ｃｙｃ（３００ｍｓｅｃ）の間通電する。なお、当実施例では、アルミ側の電極７にタイプ１の電極（図８（ａ））を使用する一方、鋼板側の電極７には、タイプ２の電極（図８（ｂ））を使用した。
【００７５】
・実施例１１
実施例１１の接合条件は、図１０および図１６に示す通りである。すなわち、実施例１１では、まず、プレ加圧工程として、３ｋＮの加圧力を６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間加える。次いで、プレヒート工程として、３ｋＮでの加圧を継続しつつ、３ｋＡの電流を１５ｃｙｃ（２５０ｍｓｅｃ）の間通電する。次いで、冷却工程として、７ｋＮの加圧力を、通電を停止した状態で２０ｃｙｃ（３３３ｍｓｅｃ）の間加える。最後に、溶接工程として、７ｋＮでの加圧を継続しつつ、１６ｋＡの電流を１８ｃｙｃ（３００ｍｓｅｃ）の間通電する。なお、当実施例では、アルミ側の電極７にタイプ１の電極（図８（ａ））を使用する一方、鋼板側の電極７には、タイプ３の電極（図８（ｃ））を使用した。
【００７６】
なお、以上説明した実施例１〜１１の接合条件を、上述した図１〜図５の接合手順におけるプレ加圧力Ｆ０、第１の加圧力Ｆ１、第２の加圧力Ｆ２、第１の電流値Ｉ１、第２の電流値Ｉ２の各値に当てはめると、その対応関係は以下の通りになる。
【００７７】
実施例１，２……プレ加圧力Ｆ０＝２ｋＮ、第１の加圧力Ｆ１＝２ｋＮ、第２の加圧力Ｆ２＝７ｋＮ、第１の電流値Ｉ１＝２ｋＡ、第２の電流値Ｉ２＝１４ｋＡ
実施例３……プレ加圧力Ｆ０＝２ｋＮ、第１の加圧力Ｆ１＝２ｋＮ、第２の加圧力Ｆ２＝５ｋＮ、第１の電流値Ｉ１＝２ｋＡ、第２の電流値Ｉ２＝１３ｋＡ
実施例４〜６……プレ加圧力Ｆ０＝５ｋＮ、第１の加圧力Ｆ１＝２ｋＮ、第２の加圧力Ｆ２＝５ｋＮ、第１の電流値Ｉ１＝２ｋＡ、第２の電流値Ｉ２＝１３ｋＡ
実施例７〜９……プレ加圧力Ｆ０＝７ｋＮ、第１の加圧力Ｆ１＝２ｋＮ、第２の加圧力Ｆ２＝７ｋＮ、第１の電流値Ｉ１＝２ｋＡ、第２の電流値Ｉ２＝１４ｋＡ
実施例１０……プレ加圧力Ｆ０＝３ｋＮ、第１の加圧力Ｆ１＝３ｋＮ、第２の加圧力Ｆ２＝７ｋＮ、第１の電流値Ｉ１＝３ｋＡ、第２の電流値Ｉ２＝１５ｋＡ
実施例１１……プレ加圧力Ｆ０＝３ｋＮ、第１の加圧力Ｆ１＝３ｋＮ、第２の加圧力Ｆ２＝７ｋＮ、第１の電流値Ｉ１＝３ｋＡ、第２の電流値Ｉ２＝１６ｋＡ。
【００７８】
次に、比較例１，２の接合条件について説明する。
【００７９】
・比較例１
比較例１の接合条件は、図１０および図１７に示す通りである。すなわち、比較例１では、まず、２ｋＮの加圧力を６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間加える。次いで、２ｋＮでの加圧を継続しながら、２ｋＡの電流を１５ｃｙｃ（２５０ｍｓｅｃ）の間通電する。最後に、７ｋＮの加圧力を加えながら、１２ｋＡの電流を１８ｃｙｃ（３００ｍｓｅｃ）の間通電する。この条件から理解されるように、比較例１では、上記各実施例におけるプレヒート工程および溶接工程に相当する工程として、２ｋＡの通電と１２ｋＡの通電とをそれぞれ行っているが、両工程の間に通電を停止する期間（冷却工程）が存在しない。なお、当比較例で使用される電極７は、アルミ側および鋼板側ともにタイプ１の電極（図８（ａ））である。
【００８０】
・比較例２
比較例２の接合条件は、図１０および図１８に示す通りである。すなわち、比較例２では、７ｋＮの加圧力を６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間加えた後、その加圧を継続しながら、１０ｋＡの電流を１８ｃｙｃ（３００ｍｓｅｃ）の間通電する。この条件から理解されるように、比較例２では、上記各実施例におけるプレヒート工程および冷却工程に相当する工程が存在しない。なお、当比較例で使用される電極７は、アルミ側および鋼板側ともにタイプ１の電極（図８（ａ））である。
【００８１】
（３−２）実験結果
図１０に示される剥離強度の測定結果を比較すると、比較例１の剥離強度を１．０としたときに、実施例１〜１１の剥離強度はいずれも２．７〜３．０の範囲の値であり、非常に高い接合強度が得られていることが分かる。一方、プレヒート工程、冷却工程に相当する工程が存在しない比較例２については、剥離強度が０．２と非常に低く、上記各実施例と比較して１／１５程度の強度しか得られていない。このように、上記各実施例の接合条件によれば、従来と比べて非常に高い接合強度が得られることが分かった。また、実施例１〜１１の方法で接合された接合部の構造としては、いずれも、先の図６、図７で示した構造と同様のものが得られた。
【００８２】
比較例１，２の接合強度が低いのは、接着剤５の排出が不十分である上、材料の冷却が十分でない状態（つまり電気抵抗が大きい状態）で溶接電流が流されることで、抵抗発熱量が過大になり易く、溶接電流を十分に上げることができないためである。実際のところ、比較例１，２の溶接電流（１２ｋＡまたは１０ｋＡ）は、実施例１〜１１の溶接電流値（１３〜１６ｋＡ）よりも低いが、これ以上に溶接電流を上げたとしても、母材が飛散するチリと呼ばれる現象が起きてしまい、良好な溶接構造を得ることができなかった。
【００８３】
（４）まとめ
以上の実験の結果から明らかなように、当実施形態の接合方法によれば、アルミニウム合金１および亜鉛めっき鋼板２を含む異種金属同士を強固に接合できるという利点がある。
【００８４】
すなわち、上記実施形態では、ワークＷに溶接用の高電流を流す前に、電極７，７によりワークＷを加圧しつつ通電するプレヒート工程を行うようにしたため、ワークＷの温度を融点未満の範囲に抑えながら、アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２との間の接着剤５を、通電による昇温効果で十分に軟化させることができる。また、その後の冷却工程において、通電を停止した状態でより高い加圧力を加えることにより、プレヒート工程で軟化した接着剤５の排出を促進させつつ、ワークＷの温度を低下させることができ、さらには、金属同士を十分になじませることができる。これにより、材料の電気抵抗（特にアルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２との界面抵抗）が効果的に低減され、上記電極７，７から高い溶接電流を流しても、過剰な抵抗発熱量が発生することがなく、溶接時に母材が飛散する現象（チリ）の発生が抑制される。よって、良好な溶接性を確保しながら、より高い溶接電流を流すことができ、接合強度を効果的に向上させることができる。
【００８５】
図２０は、上記のような作用効果を裏付けるグラフである。具体的に、この図２０のグラフは、プレヒート工程がある場合もしくはない場合で、一定電流を流した際の溶接工程中の抵抗変化を示したものである。グラフ中の△印の波形は、プレヒート工程が存在する実施例２での抵抗値の変化を示しており、□印の波形は、プレヒート工程が存在しない比較例２での抵抗値の変化を示している。本グラフから明らかなように、溶接工程前にプレヒート工程を行う実施例２の方が、プレヒート工程を行わない比較例２と比べて、通電開始から終了までの間、いずれも抵抗値が低くなっている。このことは、アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２との界面への接着剤塗布の有無によらない。以上のことから、プレヒート工程により材料のなじみを向上させた場合、接触抵抗が低下して通電電流を高くすることが可能となり、溶接性が高まることが分かる。
【００８６】
なお、上記実施形態では、金属板１〜３を積層する積層工程の後、プレ加圧工程として、金属板１〜３からなるワークＷを電極７，７で挟み込んで所定時間に亘り加圧し、その後、プレヒート工程として、ワークＷを加圧しつつ所定の電流（第１の電流値Ｉ１）を通電するようにしたが、可能であれば、プレ加圧工程を省略し、ワークＷの加圧と第１の電流値Ｉ１の通電とをほぼ同時に開始するようにしてもよい。ただし、プレ加圧工程により事前にワークＷを加圧した状態でプレヒート工程に移行するようにした方が、通電電流が安定化して適正な昇温効果が得られるという点で有利である。
【００８７】
特に、上記実施例４〜９のように、プレ加圧工程での電極７，７の加圧力（プレ加圧力Ｆ０）を、プレヒート工程開始時の加圧力（第１の加圧力Ｆ１）よりも大きく設定した場合には、プレ加圧工程中においても、上記電極７，７による加圧部から接着剤５を積極的に排出することができるため、その後のプレヒート工程および冷却工程による効果と合わせて、上記加圧部から接着剤５をより確実に排出することができ、アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２との溶接性をさらに向上させることができる。また、接着剤５の排出力が高まることで、プレヒート工程および冷却工程の時間を短縮しても、十分な接合強度を確保できるという利点がある。
【００８８】
例えば、上記実施例４〜９での冷却工程の時間は、実施例１〜３での冷却工程の時間（６０ｃｙｃ）よりも短い２０ｃｙｃまたは３０ｃｙｃに設定されており、さらに、実施例６，９でのプレヒート工程の時間は、実施例１〜３でのプレヒート工程の時間（１５ｃｙｃ）よりも短い１０ｃｙｃに設定されている。一方、剥離強度については、実施例１〜３および実施例４〜９で、いずれも２．７〜３．０の範囲となっている。すなわち、実施例４〜９と実施例１〜３とを比較すると、実施例４〜９の方が、プレヒート工程および冷却工程のいずれかもしくは両方の時間が短いにもかかわらず、実施例１〜３とほとんど同じレベルの剥離強度が得られていることが分かる。これは、実施例４〜９の方が、プレ加圧工程での加圧力（プレ加圧力Ｆ０）が大きいため、上述した理由により、プレヒート工程および冷却工程の時間が短くても、十分な剥離強度が得られたものと考えられる。
【００８９】
また、上記実施形態では、電極７，７として、図２〜図５、もしくは図８に示したような電極を用いたが、使用可能な電極の形状はこれに限られない。ただし、金属板との接触面積が過度に小さくなるような電極形状は避けた方がよい。例えば、図８（ｂ）（ｃ）に示したような、先端部が凸球状に形成された電極を用いる場合において、先端部の半径をむやみに小さくする（つまり先鋭化する）と、電極と金属板との接触面積が過小となり、上記実施形態のような十分な接合強度を得ることができなるおそれがある。
【００９０】
すなわち、上記実施形態のように、電極７，７として、金属板との接触面積が比較的大きい電極を用いた場合には、電極７，７の中心部に対応する接着剤５を十分に排出することができない一方で、電極７，７の径方向外側部分に対応する接着剤５は確実に周囲に排出することができる。すると、図７に示したように、アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２との間に、接着剤５の熱分解物５ａが残存した不完全溶接部Ｓ１と、熱分解物５ａがほとんど残存していない完全溶接部Ｓ２とが同心円状に形成されることになる。つまり、接合強度の高い完全溶接部Ｓ２が円環状に形成され、その中心側に接合強度の弱い不完全溶接部Ｓ１が形成される。これにより、接合強度の高い完全溶接部Ｓ２の外径が大きくなるため、曲げやねじりに強く、疲労強度にも優れた接合構造を構築できるという利点がある。
【００９１】
これに対し、金属板との接触面積が小さい電極を用いた場合には、接着剤５の排出エリアが電極の中心部に集中し、中実円形状の接合部が形成されると考えられる。すると、上記実施形態の場合と比べて、接合部の外径が小さくなり、十分な接合強度が得られなくなるおそれがある。したがって、上記実施形態のように、金属板との接触面積が大きい電極を用いて円環状の完全溶接部Ｓ２を形成するようにした方が、より高い接合強度が得られるという点で有利である。
【００９２】
また、図８（ａ）〜（ｃ）に示したタイプ１〜３の電極のうち、より好ましい電極の組合せとしては、上記実施例１０，１１のように、アルミ側（アルミニウム合金板１に接触する側）にタイプ１の電極を用い、鋼板側（非めっき鋼板３に接触する側）にタイプ２または３の電極を用いるとよい。すなわち、実施例１と実施例１０，１１とを比較すると、アルミ側、鋼板側ともにタイプ１の電極を用いた実施例１よりも、アルミ側にタイプ１、鋼板側にタイプ２または３の電極を用いた実施例１０，１１の方が、冷却工程の時間が短いにもかかわらず、全く同じ剥離強度（３．０）が得られていることが分かる。このことから、実施例１０，１１における電極の組合せの方が、短い冷却時間で同等の接合強度を得ることができると言える。
【００９３】
実施例１０，１１の方が冷却時間が短く済むのは、タイプ２，３の電極の方が金属板との接触面積が大きいためと考えられる。すなわち、冷却工程で電極７，７によりワークＷを加圧する際に、非めっき鋼板３に接触する電極７の面積は、図１９に示すように、タイプ１、タイプ２、タイプ３の順に大きい。したがって、タイプ１の電極よりも、タイプ２，３の電極を非めっき鋼板３に接触させた方が、冷却工程時に電極７を通じて効率よく熱を吸収でき、それ程時間をかけなくても十分な冷却を図ることができる。しかも、アルミニウム合金板１ではなく、これよりも熱容量の大きい非めっき鋼板３に、上記タイプ２，３の電極を接触させるようにしたため、冷却効率をより高めることができる。
【００９４】
なお、上記実施例１０，１１において、鋼板側にタイプ２，３の電極を用いる一方、アルミ側にはタイプ１の電極を用いたのは、接触面積がより大きいタイプ２，３の電極をアルミ側および鋼板側の両方に用いると、溶接時の電流密度が下がり、ナゲットの形成が困難になるためである。
【００９５】
いずれにせよ、上記各実施例のように、金属板との接触面積が適度に大きい電極を用いることにより、図７に示したように、アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２との間に、外形が大きい円環状の完全溶接部Ｓ２を形成することができ、接合部の強度を効果的に高めることができる。しかも、図７によれば、接着剤５により接着された接着部Ｓ４が、上記完全溶接部Ｓ２の外側を取り囲むように形成されているため、アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２との間への水分の浸入およびこれに起因した電食の発生を効果的に防止することが可能である。
【００９６】
なお、上記実施形態では、アルミニウム合金板１、亜鉛めっき鋼板２、および非めっき鋼板３からなる３枚の金属板を重ね合わせて同時に接合するようにしたが、必ずしも非めっき鋼板３を含めて接合する必要はなく、アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２のみを同様の方法により接合するようにしてもよい。この場合、図７のナゲット部Ｍ２が形成されない点が異なる。
【００９７】
また、上記実施形態では、冷却工程および溶接工程時における電極７，７の加圧力を同一値（第２の加圧力Ｆ２）としたが、上記冷却工程および溶接工程時の加圧力は、それぞれがプレヒート工程開始時の加圧力（第１の加圧力Ｆ１）よりも高ければよく、冷却工程時の加圧力と溶接工程時の加圧力とが異なっていてもよい。
【００９８】
また、上記実施形態では、表面に亜鉛めっきが施された鋼板（亜鉛めっき鋼板）２をアルミニウム合金板１と重ね合わせて接合したが、めっき鋼板２としては、亜鉛めっき以外のめっきが施された鋼板も好適に使用できる。そこで、その一例として、アルミニウムめっき鋼板、または、亜鉛−アルミニウム−マグネシウムめっき鋼板をめっき鋼板２として用い、これらの鋼板とアルミニウム合金板１とを、接着剤とスポット溶接により接合した実施例について説明する。めっきの目付け量、板厚は上記亜鉛めっき鋼板２の場合と同じである。また、亜鉛−アルミニウム−マグネシウムめっき鋼板のめっき成分は、Ｚｎ-１１％Ａｌ-３％Ｍｇとした。
【００９９】
接合方法の条件は、上記亜鉛めっき鋼板２とアルミニウム合金板１との接合で説明した実施例２（図１０参照）と同じとした。電極のタイプも実施例２と同じである。比較例としては、亜鉛めっき鋼板２をアルミニウムめっき鋼板、または亜鉛−アルミニウム−マグネシウムめっき鋼板に代えた以外は、上記比較例１（図１０参照）と同じ条件を適用した。
【０１００】
その結果、アルミニウムめっき鋼板とアルミニウム合金板との接合体の剥離強度は、比較例の剥離強度を１とした場合、相対値として３．０となった。また、亜鉛−アルミニウム−マグネシウムめっき鋼板とアルミニウム合金板との接合体の剥離強度も、比較例の剥離強度を１とした場合、相対値として３．０となった。なお、これらの実施例で得られた接合体の構造は、アルミニウムめっき鋼板、または亜鉛−アルミニウム−マグネシウムめっき鋼板のいずれを用いた場合でも、図６、図７で説明した構造と同じであった。
【符号の説明】
【０１０１】
１ アルミニウム合金板
２ めっき鋼板
３ 非めっき鋼板（別の鋼板）
５ 接着剤
５ａ （接着剤の）熱分解物
７ 電極
Ｆ１ 第１の加圧力
Ｆ２ 第２の加圧力
Ｍ２ ナゲット部
Ｓ１ 不完全溶接部（弱接合部）
Ｓ２ 完全溶接部（第１の接合部）
Ｓ４ 接着部（第２の接合部）
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アルミニウム合金板およびめっき鋼板からなる異種金属板同士を接着剤による接着とスポット溶接とにより接合する方法等に関する。
【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、建築構造物等の分野では、例えば鋼材とアルミニウム合金といった異種金属同士を接合する方法や、異種金属同士の接合体に関する研究開発が活発に行われている。
【０００３】
特に、自動車の分野では、近年の厳しいエネルギー事情等を背景にして、車体をより軽量化することが求められているため、軽量なアルミニウム合金製の板材を鋼板とともに使用することが多くなってきている。しかしながら、自動車という腐食環境の厳しい製品では、鋼板とアルミニウム合金板とを直接接合してしまうと、両者の電位差に起因した腐食（電食）が生じ易くなるという問題がある。そこで、電食を防止するための技術として、上記両金属板を接着剤を介して接着し、かつスポット溶接を行うという、いわゆるウェルドボンド法が知られている。
【０００４】
ところが接着剤は導電性が悪く、スポット溶接時に通電抵抗の増大を招いてしまうため、溶接電流をあまり上げることができない。また、鋼板とアルミニウム合金板との境界面の清浄度を悪化させるため、結果として十分な接合強度が得られないという問題がある。
【０００５】
そこで、例えば下記特許文献１では、異種金属からなる２枚の金属板をウェルドボンドにより接合する際に、上記両金属板の間に介在する接着剤（シール材）を少なくとも接合部の中央から排出させることにより、上記両金属板を直接接触させ、その状態で溶接電流を通電するようにしている。
【０００６】
また、下記特許文献２に示されるように、２枚の金属板の間に塗布された接着剤層中に熱可塑性樹脂製のスペーサを含有させ、その状態で上記両金属板を溶接用の電極で加圧、通電することにより、上記接着剤およびスペーサを接合部から排除しつつ溶接するという接合方法も知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００８−２３５８３号公報
【特許文献２】特開昭５９−１９３７７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記特許文献１では、接合部の中央から接着剤を効率よく排出するために、電極の先端部を凸状曲面に形成することが行われているが、電極の先端が凸状曲面であれば、その凸状曲面の頂部に対応する部分の接着剤は確実に排出されるものの、接着剤が局所的にしか排出されず、鋼板とアルミニウム合金板との接合面積が小さくなる結果、十分な接合強度が得られなくなるおそれがある。また、同文献では、高周波コイル等からなる外部加熱手段を用いて接合部付近を加熱することにより、接着剤の排出を容易化するという提案もなされているが、周囲への熱伝導による影響があり、接合部の接着剤を効果的に昇温できない可能性がある。
【０００９】
上記特許文献２では、熱可塑性樹脂製のスペーサを金属板の間に挟み込んだ状態で加圧、通電するため、上記特許文献１と比べて接着剤を接合部から効果的に排出することが可能であると予想される。しかしながら、このような熱可塑性樹脂製のスペーサが介在する状態で金属板を接合した場合には、例えば得られた接合体を塗装し、その後の乾燥工程で加熱処理を行ったときに、上記熱可塑性樹脂製のスペーサが溶融して外部に流出してしまうおそれがある。このような樹脂の流出が起きると、接合部のシール性が損なわれ、特に車体用の構造材としては致命的な欠陥となる。また、同文献には、加圧および通電時の好ましい条件が記載されておらず、加圧から通電に至る処理をどのように行えば十分な接合強度が得られるのかが必ずしも明確でなかった。
【００１０】
本発明は、上記のような事情に鑑みてなされたものであり、接着剤による接着とスポット溶接とを併用して異種金属板同士を接合したときの接合強度を効果的に向上させることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
上記課題を解決するためのものとして、本発明は、アルミニウム合金板およびめっき鋼板からなる異種金属板同士を接着剤による接着とスポット溶接とにより接合する方法であって、上記アルミニウム合金板とめっき鋼板とを上記接着剤を介して重ね合わせる積層工程と、上記積層工程で重ね合わせられた上記両金属板をスポット溶接用の一対の電極の間に挟み込んで加圧するとともに、上記一対の電極間に電流を流すプレヒート工程と、上記プレヒート工程の後、上記電極間の通電を停止した状態で、上記両金属板を上記プレヒート工程の開始時よりも高い加圧力で加圧し、これを所定の冷却時間に亘り継続する冷却工程と、上記冷却工程の後、上記プレヒート工程の開始時よりも高い加圧力で上記両金属板を加圧しつつ、上記プレヒート工程での通電電流値よりも高い電流を上記一対の電極間に流すことにより、上記両金属板同士を溶接する溶接工程とを含むことを特徴とするものである（請求項１）。
【００１２】
本発明の接合方法によれば、アルミニウム合金板およびめっき鋼板に溶接用の高電流を流す前に、これら両金属板を電極により加圧しつつ通電するプレヒート工程を行うようにしたため、金属の温度を融点未満の範囲に抑えながら、アルミニウム合金板とめっき鋼板との間の接着剤を、通電による昇温効果で十分に軟化させることができる。また、その後の冷却工程において、通電を停止した状態でより高い加圧力を加えることにより、その加圧された部分（加圧部）から上記接着剤を効率よく排出することができ、さらには、金属同士を十分になじませることができる。これにより、材料の電気抵抗（特にアルミニウム合金板とめっき鋼板との界面抵抗）が効果的に低減され、上記電極から高い溶接電流を流しても、過剰な抵抗発熱量が発生することがなく、溶接時に母材が飛散するチリと呼ばれる現象が抑制される。よって、良好な溶接性を確保しながら、より高い溶接電流を流すことができ、接合強度を効果的に向上させることができる。
【００１３】
なお、上記プレヒート工程から溶接工程までの間に加えられる加圧力の具体的な値や加圧力の変化タイミングは適宜変更可能であるが、好適な例として、上記プレヒート工程の開始から所定期間の間、上記電極の加圧力を第１の加圧力に設定し、上記プレヒート工程の途中もしくは終了時に、上記加圧力を上記第１の加圧力よりも大きい第２の加圧力に増大させ、上記冷却工程および溶接工程が終了するまで上記第２の加圧力での加圧を継続するとよい（請求項２）。
【００１４】
上記構成において、より好ましくは、上記プレヒート工程よりも前に、上記アルミニウム合金板およびめっき鋼板を上記一対の電極で挟み込んで加圧するプレ加圧工程を行う（請求項３）。
【００１５】
このようにすれば、プレヒート工程での通電電流が安定化して適正な昇温効果が得られるという利点がある。
【００１６】
さらに、上記プレ加圧工程での加圧力を、上記第１の加圧力よりも大きく設定することが好ましい（請求項４）。
【００１７】
このようにすれば、プレ加圧工程中においても、上記電極による加圧部から接着剤を積極的に排出することができるため、その後のプレヒート工程および冷却工程による効果と合わせて、上記加圧部から接着剤をより確実に排出することができ、アルミニウム合金板とめっき鋼板との溶接性をさらに向上させることができる。また、接着剤の排出力が高まることで、プレヒート工程および冷却工程の時間をある程度短縮しても、十分な接合強度を確保できるという利点がある。
【００１８】
本発明の接合方法において、好ましくは、上記積層工程として、上記アルミニウム合金板とめっき鋼板とを接着剤を介して重ね合わせるとともに、上記めっき鋼板とは別の鋼板を上記アルミニウム合金板とは反対側からめっき鋼板に重ね合わせ、かつこの状態で上記プレヒート工程、冷却工程、および溶接工程を含む各工程を行うことにより、上記アルミニウム合金板、めっき鋼板、および別の鋼板を互いに接合する（請求項５）。
【００１９】
このようにすれば、アルミニウム合金板およびめっき鋼板を含む３枚の金属板を同時に接合できるという利点がある。
【００２０】
また、本発明は、アルミニウム合金板とめっき鋼板とが接合された異種金属接合体であって、上記アルミニウム合金板とめっき鋼板との間に、スポット溶接により溶接された第１の接合部と、接着剤により接着された第２の接合部とが存在し、上記第１の接合部が平面視で略円環状に形成されたことを特徴とするものである（請求項６）。
【００２１】
本発明の異種金属接合体によれば、アルミニウム合金板とめっき鋼板との間に、スポット溶接により接合され、かつ円環状に形成された第１の接合部が存在するため、例えば同じ面積の接合部を中実円形状に形成した場合と比較して、接合部の外径を大きくすることができ、曲げやねじりに強く、疲労強度にも優れた接合構造を構築できるという利点がある。また、上記第１の接合部以外に、接着剤により接着された第２の接合部が存在するため、アルミニウム合金板とめっき鋼板との間への水分の浸入およびこれに起因した電食の発生を効果的に防止できるという利点がある。
【００２２】
本発明の異種金属接合体において、好ましくは、上記第１の接合部の周囲が上記第２の接合部により囲まれている（請求項７）。
【００２３】
この構成によれば、第１の接合部を取り囲むように形成された第２の接合部の接着剤により、上記のような電食の発生をより効果的に防止できるという利点がある。
【００２４】
本発明の異種金属接合体において、好ましくは、円環状の上記第１の接合部よりも中心側に、上記接着剤の熱分解物が残存した弱接合部が存在する（請求項８）。
【００２５】
この構成によれば、接着剤の熱分解物により接合強度が弱められた弱接合部を中心側に形成しながらも、その周りに円環状の第１の接合部を形成することにより、接合強度を十分に確保できるという利点がある。
【００２６】
本発明の異種金属接合体において、好ましくは、上記めっき鋼板に対し、上記アルミニウム合金板とは反対側から別の鋼板が接合される（請求項９）。
【００２７】
また、この場合、上記めっき鋼板と上記別の鋼板との間にナゲット部が形成され、該ナゲット部は上記アルミニウム合金板と接触せずかつ上記第１の接合部と対向する位置に形成される（請求項１０）。
【００２８】
これらの構成によれば、アルミニウム合金板およびめっき鋼板を含む３枚の金属板を十分な接合強度で適正に接合できるという利点がある。
【発明の効果】
【００２９】
以上説明したように、本発明によれば、接着剤による接着とスポット溶接とを併用して異種金属板同士を強固に接合できるという利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００３０】
【図１】積層工程の手順を説明するための図である。
【図２】プレ加圧工程の手順を説明するための図である。
【図３】プレヒート工程の手順を説明するための図である。
【図４】冷却工程の手順を説明するための図である。
【図５】溶接工程の手順を説明するための図である。
【図６】上記各工程を経て得られた接合体の断面構造を示す図である。
【図７】アルミニウム合金板とめっき鋼板との境界面の構造を模式的に示す図である。
【図８】実験に使用した電極の形状を示す図であり、（ａ）はタイプ１の電極、（ｂ）はタイプ２の電極、（ｃ）はタイプ３の電極をそれぞれ示している。
【図９】剥離強度を測定する実験の方法を説明するための図である。
【図１０】実施例および比較例の接合条件と剥離強度を示す表である。
【図１１】実施例１〜３の接合条件を示すタイムチャートである。
【図１２】実施例４，７の接合条件を示すタイムチャートである。
【図１３】実施例５，８の接合条件を示すタイムチャートである。
【図１４】実施例６，９の接合条件を示すタイムチャートである。
【図１５】実施例１０の接合条件を示すタイムチャートである。
【図１６】実施例１１の接合条件を示すタイムチャートである。
【図１７】比較例１の接合条件を示すタイムチャートである。
【図１８】比較例２の接合条件を示すタイムチャートである。
【図１９】タイプ１〜タイプ３の電極が金属板と接触する面積の大小関係を示す図である。
【図２０】実施例２と比較例２における溶接時の電気抵抗値の変化を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００３１】
図１〜図５は、本発明の異種金属板の接合方法の一実施形態を説明するための図である。これらの図に示すように、当実施形態では、アルミニウム合金板１と、表面にめっきが施されためっき鋼板２と、表面にめっきが施されていない非めっき鋼板３（本発明にかかる「別の鋼板」に相当）とからなる３枚の金属板を、接着剤５による接着とスポット溶接とにより接合する。なお、図１〜図５では、めっき鋼板２の両面に施されるめっき層の図示を省略した（後述する図６、図７も同様）。
【００３２】
アルミニウム合金板１としては、例えば、Ａｌ−Ｃｕ系（２０００系）の合金、Ａｌ−Ｓｉ−Ｍｇ系（６０００系）の合金、もしくはＡｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系（７０００系）の合金が好適であるが、アルミニウムを主成分とするその他の合金でもよく、具体的な組成は特に限定されない。
【００３３】
めっき鋼板２に適用されるめっきの種類は特に限定されないが、ここでは、その好適例として亜鉛めっきを用いる。したがって、以下では、めっき鋼板２のことを亜鉛めっき鋼板２と称する。なお、亜鉛めっきとしては、目付け量が３０ｇ／ｍ２〜１００ｇ／ｍ２の範囲のものを使用できる。
【００３４】
亜鉛めっき鋼板２および非めっき鋼板３の金属の組成は、鋼であるということ以外に特に限定されない。また、亜鉛めっき鋼板２および非めっき鋼板３の厚みは、それぞれ０．３ｍｍ以上４．０ｍｍ以下の範囲のものを用いることができる。
【００３５】
接着剤５としては、エポキシ系接着剤が好ましく、例えば、セメダインヘンケル社製（品番：ＥＰ１８５−４）が例示できる。この例示した接着剤は導電性を有するが、本発明で使用可能な接着剤の種類はこれに限定されない。
【００３６】
（１）接合方法の概要
まず、当実施形態の接合方法の具体的な手順について説明する。上記アルミニウム合金板１、亜鉛めっき鋼板２、および非めっき鋼板３からなる３枚の金属板は、以下に示す積層工程、プレ加圧工程、プレヒート工程、冷却工程、溶接工程、および接着剤硬化工程を経て接合される。
【００３７】
（１−１）積層工程
上記３枚の金属板１〜３を接合するには、まず図１に示すように、各金属板１〜３同士を重ね合わせる積層工程を行う。具体的には、アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２とを接着剤５を介して重ね合わせるとともに、非めっき鋼板３を亜鉛めっき鋼板２に対しアルミニウム合金板１とは反対側から重ね合わせる。なお、接着剤５としては、所定温度以上で硬化する熱硬化性の接着剤が用いられる。このため、上記図１の時点で接着剤５は硬化しておらず、ある程度の流動性を有している。また、このような接着剤５がアルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２との間に塗布されているのに対し、亜鉛めっき鋼板２と非めっき鋼板３との間には接着剤５は塗布されておらず、これら両鋼板２，３は直接接触している。以下では、図１のように３枚重ねにされた金属板１〜３を、まとめて「ワークＷ」という。
【００３８】
（１−２）プレ加圧工程
次に、図２に移って、積層後の上記金属板１〜３（ワークＷ）を加圧するプレ加圧工程を行う。具体的に、このプレ加圧工程では、スポット溶接用の一対の電極７，７の間に上記ワークＷを挟み込み、予め定められたプレ加圧力Ｆ０でワークＷを加圧する。
【００３９】
上記電極７，７は略円柱状をなし、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、電極７，７の少なくとも一方が軸方向に駆動されることにより、両者の間隔が所定範囲内で変更可能とされている。また、電極７，７は、図外の電源供給装置に接続されており、この電源供給装置からの給電に応じて上記電極７，７の間に電流が流れるようになっている。
【００４０】
上記電極７，７の先端部は、図示のように、中心部が平面状に形成され、かつその周囲が球状のテーパ面に形成されている。もちろん、上記電極７，７の先端部の形状はこれに限られず、例えば先端部全体を平面状に形成してもよいし、また、先端部全体を比較的半径の大きい（つまり平面に近い）凸球状に形成してもよい（後述する実施例で用いる図８の電極参照）。
【００４１】
（１−３）プレヒート工程
次に、図３に移って、上記ワークＷを加圧しつつ通電するプレヒート工程を行う。具体的に、このプレヒート工程では、上記一対の電極７，７によりワークＷを加圧しつつ、図外の電源供給装置から上記電極７，７に電圧を印加し、予め定められた第１の電流値Ｉ１を通電する。
【００４２】
上記プレヒート工程でワークＷを加圧する際には、まず同工程の開始時の加圧力を、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に設定する。その後は、プレヒート工程の終了時まで上記第１の加圧力Ｆ１での加圧を継続してもよいし、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での加圧力）に増大させてもよい。
【００４３】
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）に設定される。このため、上記第１の電流値Ｉ１が流されたときに、ワークＷの温度は上昇するものの、金属の溶融点まで上昇することはない。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。
【００４４】
上記第１の電流値Ｉ１の通電により、上記電極７，７に挟まれた部分の接着剤５は、常温時よりも軟化して流動し易い状態となる。
【００４５】
（１−４）冷却工程
次に、図４に移って、上記電極７，７間の通電を停止しつつワークＷを加圧する冷却工程を行う。具体的に、この冷却工程では、上記電極７，７の印加電圧をゼロにしてその通電を停止した状態で、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でワークＷを加圧し、これを所定の冷却時間に亘って継続する。すなわち、上記電極７，７間の通電が停止されることにより、ワークＷの温度が上記プレヒート工程の終了時よりも低下するとともに、上記電極７，７の加圧力が増大されることにより、上記電極７，７で加圧された部分（加圧部）からプレヒート工程により軟化した接着剤５が効率よく排出される。なお、上記冷却時間の好ましい範囲は、約３００〜１５００ｍｓｅｃである。
【００４６】
（１−５）溶接工程
次に、図５に移って、上記ワークＷをスポット溶接する溶接工程を行う。具体的に、この溶接工程では、上記冷却工程での加圧力Ｆ２と同じ加圧力でワークＷを加圧しつつ、上記プレヒート工程での電流値Ｉ１よりも大きい第２の電流値Ｉ２を通電する。
【００４７】
上記第２の電流値Ｉ２は、金属を溶融させ得るような大きな電流値に設定される。すなわち、上記第２の電流値Ｉ２が流されることにより、上記電極７，７に挟まれた部分においては、各金属板１〜３同士の境界面付近が特に大きく昇温し、当該部分の金属が溶融する。ただし、上記第２の電流値Ｉ２は、むやみに大きくすると、溶融した金属が周囲に飛散するチリ（散り）と呼ばれる現象の要因となるため、上記第２の電流値Ｉ２は、金属を確実に溶融させて接合強度を確保しつつも、チリが過度に発生しない程度の値（例えば１４ｋＡ前後）に設定する必要がある。なお、上記第２の電流値Ｉ２の通電期間の好ましい範囲は、約１５０〜４００ｍｓｅｃである。
【００４８】
上記のような第２の電流値Ｉ２の通電が終了すると、金属の溶融箇所が再凝固し、図６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１における亜鉛めっき鋼板２との接触部にナゲット部Ｍ１が形成されるとともに、亜鉛めっき鋼板２と非めっき鋼板３との間にもナゲット部Ｍ２が形成され、これらナゲット部Ｍ１，Ｍ２を介して上記各金属板１〜３同士が互いに接合（溶接）される。
【００４９】
（１−６）接着剤硬化工程
次に、接着剤５を硬化させる接着剤硬化工程を行う。具体的には、溶接後のワークＷを加熱用の炉（図示省略）に投入し、その温度を接着剤５の硬化温度以上に上昇させる。これにより、アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２との間で接着剤５が全体的に硬化し、この硬化した接着剤５を介してアルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２とが接着される。
【００５０】
（２）接合後の構造
次に、以上のような工程を経て接合された接合体の構造について説明する。接合後は、上述したように、アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２とがナゲット部Ｍ１を介して接合されるとともに、亜鉛めっき鋼板２と非めっき鋼板３とがナゲット部Ｍ２を介して接合されている。また、アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２とは、上記ナゲット部Ｍ１以外の箇所においては接着剤５により接着されている。
【００５１】
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１が部分的に溶融するとともに、亜鉛めっき鋼板２の表面の亜鉛めっき層が破壊（拡散）され、金属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、亜鉛めっき鋼板２の金属母材よりもアルミニウム合金板１の方が溶融点が低いため、ナゲット部Ｍ１の形成時に亜鉛めっき鋼板２は溶融せず、アルミニウム合金板１のみが溶融する。
【００５２】
上記ナゲット部Ｍ２は、上記第２の電流値Ｉ２の通電により、亜鉛めっき鋼板２および非めっき鋼板３の両方が溶融して再凝固したものである。図６のように、上記ナゲット部Ｍ２は、上記アルミニウム合金板１のナゲット部Ｍ１と対向し、かつアルミニウム合金板１とは接触しないような位置に形成される。
【００５３】
図７は、上記アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２との境界面の構造を模式的に示す図である。本図に示すように、上記両金属板１，２の境界面は、上記電極７，７による加圧部の中心から順に、領域Ｓ１，Ｓ２，Ｓ３，Ｓ４に分けることができる。
【００５４】
上記領域Ｓ１，Ｓ２は、上記ナゲット部Ｍ１の形成部（つまりアルミニウム合金板１が溶融して再凝固した部分）に対応している。このうち、径方向中心側に位置する領域Ｓ１には、ａ部の拡大図に示すように、接着剤５が熱分解することで生じた熱分解物５ａが残存している。一方、上記領域Ｓ１よりも径方向外側には、平面視（金属板の積層方向視）で円環状の領域Ｓ２が形成されているが、この領域Ｓ２では、ｂ部の拡大図に示すように、上記のような熱分解物５ａはほとんど存在せず、金属同士が強固に結合している。すなわち、上記領域Ｓ１，Ｓ２は、いずれもナゲット部Ｍ１に対応した溶接による接合面であるが、接着剤５の熱分解物５ａの有無により、中心側の領域Ｓ１よりも、外側の領域Ｓ２の方が結合強度が高くなっている。以下では、上記領域Ｓ１のことを不完全溶接部Ｓ１、上記領域Ｓ２のことを完全溶接部Ｓ２と称する。
【００５５】
上記のように不完全溶接部Ｓ１で接着剤５の熱分解物５ａが残存しているのは、電極７，７の中心部に対応する接着剤５に作用する排出力が相対的に弱いためと考えられる。例えば、上記電極７，７として、図２〜図５に示した形状のもの（先端が平面状のもの）を用いた場合には、電極７，７の径方向外側部分に対応する接着剤５は確実に周囲に排出されるものの、電極７，７の中心部に対応する接着剤５には十分な排出力が作用せず、当該部の接着剤５が部分的に残存してしまうと考えられる。すなわち、電極７，７からの加圧力を受けたときに、接着剤５は主に電極７，７の中心部から径方向外側へと排出されるものの、これとは逆に電極７，７の径方向外側から中心部に向かって移動する接着剤５も存在するため、電極７，７の中心部に対応する接着剤５には十分な排出力が作用せず、接着剤５の残存が起き易くなる。
【００５６】
上記不完全溶接部Ｓ１および完全溶接部Ｓ２のさらに外側には、領域Ｓ３，Ｓ４が存在している。領域Ｓ３は、上記電極７，７の加圧・通電による影響を受けて、接着剤５の層の厚みが薄くなっている領域である。一方、領域Ｓ４は、上記電極７，７による影響がなく、上記領域Ｓ３よりも厚い一定の接着剤５の層が存在する領域である。このため、上記領域Ｓ３の接着強度は、上記領域Ｓ４の接着強度よりも弱い。以下では、上記領域Ｓ３のことを弱接着部Ｓ３、上記領域Ｓ４のことを接着部Ｓ４と称する。
【００５７】
なお、以上説明したような当実施形態の接合構造（図７）と、本願の請求項にかかる発明との対応関係としては、上記不完全溶接部Ｓ１が本発明にかかる「弱接合部」に相当し、上記完全溶接部Ｓ２が本発明にかかる「第１の接合部」に相当し、上記接着部Ｓ４が本発明にかかる「第２の接合部」に相当する。
【００５８】
（３）実験
次に、当実施形態の効果を確認するために行った実験の結果について説明する。具体的に、この実験では、上記（１）で説明したような接合方法（図１〜図５）で実際に金属板を接合し、それによって得られた接合体の接合強度をＬ字剥離試験（図９参照）により測定した。
【００５９】
（３−１）実験条件
図８（ａ）〜（ｃ）は、実験に使用した電極７の形状を示す図である。図８（ａ）に示すタイプ１の電極は、図２〜図５に示した電極７と同様の形状であり、電極全体の直径が１６ｍｍ、先端部に形成された平面部分の直径が６ｍｍ、その周囲の球状部分の半径が５ｍｍである。図８（ｂ）に示すタイプ２の電極は、先端部全体が凸球状に形成されており、その半径は５０ｍｍである。図８（ｃ）に示すタイプ３の電極は、先端部全体が凸球状に形成されており、その半径は１００ｍｍである。
【００６０】
後述する実施例および比較例に示すように、実験で用いられる電極７は、ほとんどのケースで図８（ａ）に示したタイプ１の電極である。なお、実施例１０，１１の場合のみ、非めっき鋼板３に当接する側の電極７としてタイプ２，３の電極を用いているが、アルミニウム合金板１に当接する側の電極７にはいずれの場合でもタイプ１の電極が用いられる。
【００６１】
図８に示したような電極７，７を用いて、アルミニウム合金板１、亜鉛めっき鋼板２、非めっき鋼板３からなる３枚の金属板を図９に示すような形状に接合した。そして、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した（Ｌ字剥離試験）。なお、実験に使用したアルミニウム合金板１の厚みは１．２ｍｍ、亜鉛めっき鋼板２の厚みは０．８ｍｍ、非めっき鋼板３の厚みは１．６ｍｍである。これは、後述する実施例および比較例の全てのケースで共通である。
【００６２】
図１０〜図１８は、上記金属板１〜３を異なる接合条件下でそれぞれ接合し、得られた接合体の強度を上述のＬ字剥離試験（図９）により測定した結果を示すものである。なお、図１０は、各接合条件とＬ字剥離試験の測定結果とをまとめた表であり、図１１〜図１８は、各接合条件を時系列で示すタイムチャートである。
【００６３】
図１０の表および図１１〜図１８のタイムチャートにおいて、実施例１〜１１は、本発明の接合方法（図１〜図５に示した手順）に沿って上記金属板１〜３を接合したケースを示しており、比較例１，２は、本発明とは異なる手順で接合したケースを示している。なお、図１０〜図１８では、各工程の時間を電源のサイクル数（ｃｙｃ）で示している。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。図１０では、各工程の時間をサイクル数（ｃｙｃ）と秒数（ｍｓｅｃ）の両方で併記している。また、図１０に記載されている剥離強度の値は、実施例１の強度を１．０としたときの相対値である。
【００６４】
次に、実施例１〜１１の接合条件を具体的に説明する。
【００６５】
・実施例１
実施例１の接合条件は、図１０および図１１に示す通りである。すなわち、実施例１では、まず、プレ加圧工程として、２ｋＮの加圧力を６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間加える。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）の間通電する。次いで、冷却工程として、７ｋＮの加圧力を、通電を停止した状態で６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間加える。最後に、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）の間通電する。なお、当実施例では、アルミ側（アルミニウム合金１に接触する側）の電極７にタイプ１の電極（図８（ａ））を使用するとともに、鋼板側（非めっき鋼板３に接触する側）の電極７にも、タイプ１の電極を使用した。
【００６６】
・実施例２
実施例２では、まず、プレ加圧工程として、２ｋＮの加圧力を６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間加える。次いで、プレヒート工程として、２ｋＡの電流を１５ｃｙｃ（２５０ｍｓｅｃ）の間通電するが、このとき、プレヒート工程の開始から１０ｃｙｃ（１６７ｍｓｅｃ）の間は、加圧力を２ｋＮに設定する一方、その後の５ｃｙｃ（８３ｍｓｅｃ）の間は、加圧力を７ｋＮに設定する。次いで、冷却工程として、７ｋＮの加圧力を、通電を停止した状態で６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間加える。最後に、溶接工程として、７ｋＮの加圧力を継続しつつ、１４ｋＡの電流を１８ｃｙｃ（３００ｍｓｅｃ）の間通電する。なお、当実施例で使用される電極７は、アルミ側および鋼板側ともにタイプ１の電極（図８（ａ））である。
【００６７】
・実施例３
実施例３の接合条件は、加圧および通電のタイミングが実施例１と同様であるが、実施例１と異なる点として、冷却工程および溶接工程時の加圧力が５ｋＮに設定されるとともに、溶接工程時の通電電流が１３ｋＡに設定される。なお、当実施例で使用される電極７は、アルミ側および鋼板側ともにタイプ１の電極（図８（ａ））である。
【００６８】
・実施例４
実施例４の接合条件は、図１０および図１２に示す通りである。すなわち、実施例４では、まず、プレ加圧工程として、５ｋＮの加圧力を６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間加える。次いで、プレヒート工程として、２ｋＡの電流を１５ｃｙｃ（２５０ｍｓｅｃ）の間通電するが、このとき、プレヒート工程の開始から１０ｃｙｃ（１６７ｍｓｅｃ）の間は、加圧力を２ｋＮに設定する一方、その後の５ｃｙｃ（８３ｍｓｅｃ）の間は、加圧力を５ｋＮに設定する。次いで、冷却工程として、５ｋＮの加圧力を、通電を停止した状態で３０ｃｙｃ（５００ｍｓｅｃ）の間加える。最後に、溶接工程として、５ｋＮでの加圧を継続しつつ、１３ｋＡの電流を１８ｃｙｃ（３００ｍｓｅｃ）の間通電する。なお、当実施例で使用される電極７は、アルミ側および鋼板側ともにタイプ１の電極（図８（ａ））である。
【００６９】
・実施例５
実施例５の接合条件は、図１０および図１３に示す通りである。すなわち、実施例５では、まず、プレ加圧工程として、５ｋＮの加圧力を６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間加える。次いで、プレヒート工程として、２ｋＮの加圧力を加えつつ、２ｋＡの電流を１５ｃｙｃ（２５０ｍｓｅｃ）の間通電する。次いで、冷却工程として、５ｋＮの加圧力を、通電を停止した状態で３０ｃｙｃ（５００ｍｓｅｃ）の間加える。最後に、溶接工程として、５ｋＮでの加圧を継続しつつ、１３ｋＡの電流を１８ｃｙｃ（３００ｍｓｅｃ）の間通電する。なお、当実施例で使用される電極７は、アルミ側および鋼板側ともにタイプ１の電極（図８（ａ））である。
【００７０】
・実施例６
実施例６の接合条件は、図１０および図１４に示す通りである。すなわち、実施例６では、まず、プレ加圧工程として、５ｋＮの加圧力を６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間加える。次いで、プレヒート工程として、２ｋＮの加圧力を加えつつ、２ｋＡの電流を１０ｃｙｃ（１６７ｍｓｅｃ）の間通電する。次いで、冷却工程として、５ｋＮの加圧力を、通電を停止した状態で２０ｃｙｃ（３３３ｍｓｅｃ）の間加える。最後に、溶接工程として、５ｋＮでの加圧を継続しつつ、１３ｋＡの電流を１８ｃｙｃ（３００ｍｓｅｃ）の間通電する。なお、当実施例で使用される電極７は、アルミ側および鋼板側ともにタイプ１の電極（図８（ａ））である。
【００７１】
・実施例７
実施例７の接合条件は、図１０および図１２に示すように、加圧および通電のタイミングが実施例４と同様であるが、実施例４と異なる点として、プレヒート工程時以外の加圧力が７ｋＮに設定されるとともに、溶接工程時の通電電流が１４ｋＡに設定される。なお、当実施例で使用される電極７は、アルミ側および鋼板側ともにタイプ１の電極（図８（ａ））である。
【００７２】
・実施例８
実施例８の接合条件は、図１０および図１３に示すように、加圧および通電のタイミングが実施例５と同様であるが、実施例５と異なる点として、プレヒート工程時以外の加圧力が７ｋＮに設定されるとともに、溶接工程時の通電電流が１４ｋＡに設定される。なお、当実施例で使用される電極７は、アルミ側および鋼板側ともにタイプ１の電極（図８（ａ））である。
【００７３】
・実施例９
実施例９の接合条件は、図１０および図１４に示すように、加圧および通電のタイミングが実施例６と同様であるが、実施例６と異なる点として、プレヒート工程時以外の加圧力が７ｋＮに設定されるとともに、溶接工程時の通電電流が１４ｋＡに設定される。なお、当実施例で使用される電極７は、アルミ側および鋼板側ともにタイプ１の電極（図８（ａ））である。
【００７４】
・実施例１０
実施例１０の接合条件は、図１０および図１５に示す通りである。すなわち、実施例１０では、まず、プレ加圧工程として、３ｋＮの加圧力を６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間加える。次いで、プレヒート工程として、３ｋＮでの加圧を継続しつつ、３ｋＡの電流を１５ｃｙｃ（２５０ｍｓｅｃ）の間通電する。次いで、冷却工程として、７ｋＮの加圧力を、通電を停止した状態で４０ｃｙｃ（６６７ｍｓｅｃ）の間加える。最後に、溶接工程として、７ｋＮでの加圧を継続しつつ、１５ｋＡの電流を１８ｃｙｃ（３００ｍｓｅｃ）の間通電する。なお、当実施例では、アルミ側の電極７にタイプ１の電極（図８（ａ））を使用する一方、鋼板側の電極７には、タイプ２の電極（図８（ｂ））を使用した。
【００７５】
・実施例１１
実施例１１の接合条件は、図１０および図１６に示す通りである。すなわち、実施例１１では、まず、プレ加圧工程として、３ｋＮの加圧力を６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間加える。次いで、プレヒート工程として、３ｋＮでの加圧を継続しつつ、３ｋＡの電流を１５ｃｙｃ（２５０ｍｓｅｃ）の間通電する。次いで、冷却工程として、７ｋＮの加圧力を、通電を停止した状態で２０ｃｙｃ（３３３ｍｓｅｃ）の間加える。最後に、溶接工程として、７ｋＮでの加圧を継続しつつ、１６ｋＡの電流を１８ｃｙｃ（３００ｍｓｅｃ）の間通電する。なお、当実施例では、アルミ側の電極７にタイプ１の電極（図８（ａ））を使用する一方、鋼板側の電極７には、タイプ３の電極（図８（ｃ））を使用した。
【００７６】
なお、以上説明した実施例１〜１１の接合条件を、上述した図１〜図５の接合手順におけるプレ加圧力Ｆ０、第１の加圧力Ｆ１、第２の加圧力Ｆ２、第１の電流値Ｉ１、第２の電流値Ｉ２の各値に当てはめると、その対応関係は以下の通りになる。
【００７７】
実施例１，２……プレ加圧力Ｆ０＝２ｋＮ、第１の加圧力Ｆ１＝２ｋＮ、第２の加圧力Ｆ２＝７ｋＮ、第１の電流値Ｉ１＝２ｋＡ、第２の電流値Ｉ２＝１４ｋＡ
実施例３……プレ加圧力Ｆ０＝２ｋＮ、第１の加圧力Ｆ１＝２ｋＮ、第２の加圧力Ｆ２＝５ｋＮ、第１の電流値Ｉ１＝２ｋＡ、第２の電流値Ｉ２＝１３ｋＡ
実施例４〜６……プレ加圧力Ｆ０＝５ｋＮ、第１の加圧力Ｆ１＝２ｋＮ、第２の加圧力Ｆ２＝５ｋＮ、第１の電流値Ｉ１＝２ｋＡ、第２の電流値Ｉ２＝１３ｋＡ
実施例７〜９……プレ加圧力Ｆ０＝７ｋＮ、第１の加圧力Ｆ１＝２ｋＮ、第２の加圧力Ｆ２＝７ｋＮ、第１の電流値Ｉ１＝２ｋＡ、第２の電流値Ｉ２＝１４ｋＡ
実施例１０……プレ加圧力Ｆ０＝３ｋＮ、第１の加圧力Ｆ１＝３ｋＮ、第２の加圧力Ｆ２＝７ｋＮ、第１の電流値Ｉ１＝３ｋＡ、第２の電流値Ｉ２＝１５ｋＡ
実施例１１……プレ加圧力Ｆ０＝３ｋＮ、第１の加圧力Ｆ１＝３ｋＮ、第２の加圧力Ｆ２＝７ｋＮ、第１の電流値Ｉ１＝３ｋＡ、第２の電流値Ｉ２＝１６ｋＡ。
【００７８】
次に、比較例１，２の接合条件について説明する。
【００７９】
・比較例１
比較例１の接合条件は、図１０および図１７に示す通りである。すなわち、比較例１では、まず、２ｋＮの加圧力を６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間加える。次いで、２ｋＮでの加圧を継続しながら、２ｋＡの電流を１５ｃｙｃ（２５０ｍｓｅｃ）の間通電する。最後に、７ｋＮの加圧力を加えながら、１２ｋＡの電流を１８ｃｙｃ（３００ｍｓｅｃ）の間通電する。この条件から理解されるように、比較例１では、上記各実施例におけるプレヒート工程および溶接工程に相当する工程として、２ｋＡの通電と１２ｋＡの通電とをそれぞれ行っているが、両工程の間に通電を停止する期間（冷却工程）が存在しない。なお、当比較例で使用される電極７は、アルミ側および鋼板側ともにタイプ１の電極（図８（ａ））である。
【００８０】
・比較例２
比較例２の接合条件は、図１０および図１８に示す通りである。すなわち、比較例２では、７ｋＮの加圧力を６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間加えた後、その加圧を継続しながら、１０ｋＡの電流を１８ｃｙｃ（３００ｍｓｅｃ）の間通電する。この条件から理解されるように、比較例２では、上記各実施例におけるプレヒート工程および冷却工程に相当する工程が存在しない。なお、当比較例で使用される電極７は、アルミ側および鋼板側ともにタイプ１の電極（図８（ａ））である。
【００８１】
（３−２）実験結果
図１０に示される剥離強度の測定結果を比較すると、比較例１の剥離強度を１．０としたときに、実施例１〜１１の剥離強度はいずれも２．７〜３．０の範囲の値であり、非常に高い接合強度が得られていることが分かる。一方、プレヒート工程、冷却工程に相当する工程が存在しない比較例２については、剥離強度が０．２と非常に低く、上記各実施例と比較して１／１５程度の強度しか得られていない。このように、上記各実施例の接合条件によれば、従来と比べて非常に高い接合強度が得られることが分かった。また、実施例１〜１１の方法で接合された接合部の構造としては、いずれも、先の図６、図７で示した構造と同様のものが得られた。
【００８２】
比較例１，２の接合強度が低いのは、接着剤５の排出が不十分である上、材料の冷却が十分でない状態（つまり電気抵抗が大きい状態）で溶接電流が流されることで、抵抗発熱量が過大になり易く、溶接電流を十分に上げることができないためである。実際のところ、比較例１，２の溶接電流（１２ｋＡまたは１０ｋＡ）は、実施例１〜１１の溶接電流値（１３〜１６ｋＡ）よりも低いが、これ以上に溶接電流を上げたとしても、母材が飛散するチリと呼ばれる現象が起きてしまい、良好な溶接構造を得ることができなかった。
【００８３】
（４）まとめ
以上の実験の結果から明らかなように、当実施形態の接合方法によれば、アルミニウム合金１および亜鉛めっき鋼板２を含む異種金属同士を強固に接合できるという利点がある。
【００８４】
すなわち、上記実施形態では、ワークＷに溶接用の高電流を流す前に、電極７，７によりワークＷを加圧しつつ通電するプレヒート工程を行うようにしたため、ワークＷの温度を融点未満の範囲に抑えながら、アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２との間の接着剤５を、通電による昇温効果で十分に軟化させることができる。また、その後の冷却工程において、通電を停止した状態でより高い加圧力を加えることにより、プレヒート工程で軟化した接着剤５の排出を促進させつつ、ワークＷの温度を低下させることができ、さらには、金属同士を十分になじませることができる。これにより、材料の電気抵抗（特にアルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２との界面抵抗）が効果的に低減され、上記電極７，７から高い溶接電流を流しても、過剰な抵抗発熱量が発生することがなく、溶接時に母材が飛散する現象（チリ）の発生が抑制される。よって、良好な溶接性を確保しながら、より高い溶接電流を流すことができ、接合強度を効果的に向上させることができる。
【００８５】
図２０は、上記のような作用効果を裏付けるグラフである。具体的に、この図２０のグラフは、プレヒート工程がある場合もしくはない場合で、一定電流を流した際の溶接工程中の抵抗変化を示したものである。グラフ中の△印の波形は、プレヒート工程が存在する実施例２での抵抗値の変化を示しており、□印の波形は、プレヒート工程が存在しない比較例２での抵抗値の変化を示している。本グラフから明らかなように、溶接工程前にプレヒート工程を行う実施例２の方が、プレヒート工程を行わない比較例２と比べて、通電開始から終了までの間、いずれも抵抗値が低くなっている。このことは、アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２との界面への接着剤塗布の有無によらない。以上のことから、プレヒート工程により材料のなじみを向上させた場合、接触抵抗が低下して通電電流を高くすることが可能となり、溶接性が高まることが分かる。
【００８６】
なお、上記実施形態では、金属板１〜３を積層する積層工程の後、プレ加圧工程として、金属板１〜３からなるワークＷを電極７，７で挟み込んで所定時間に亘り加圧し、その後、プレヒート工程として、ワークＷを加圧しつつ所定の電流（第１の電流値Ｉ１）を通電するようにしたが、可能であれば、プレ加圧工程を省略し、ワークＷの加圧と第１の電流値Ｉ１の通電とをほぼ同時に開始するようにしてもよい。ただし、プレ加圧工程により事前にワークＷを加圧した状態でプレヒート工程に移行するようにした方が、通電電流が安定化して適正な昇温効果が得られるという点で有利である。
【００８７】
特に、上記実施例４〜９のように、プレ加圧工程での電極７，７の加圧力（プレ加圧力Ｆ０）を、プレヒート工程開始時の加圧力（第１の加圧力Ｆ１）よりも大きく設定した場合には、プレ加圧工程中においても、上記電極７，７による加圧部から接着剤５を積極的に排出することができるため、その後のプレヒート工程および冷却工程による効果と合わせて、上記加圧部から接着剤５をより確実に排出することができ、アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２との溶接性をさらに向上させることができる。また、接着剤５の排出力が高まることで、プレヒート工程および冷却工程の時間を短縮しても、十分な接合強度を確保できるという利点がある。
【００８８】
例えば、上記実施例４〜９での冷却工程の時間は、実施例１〜３での冷却工程の時間（６０ｃｙｃ）よりも短い２０ｃｙｃまたは３０ｃｙｃに設定されており、さらに、実施例６，９でのプレヒート工程の時間は、実施例１〜３でのプレヒート工程の時間（１５ｃｙｃ）よりも短い１０ｃｙｃに設定されている。一方、剥離強度については、実施例１〜３および実施例４〜９で、いずれも２．７〜３．０の範囲となっている。すなわち、実施例４〜９と実施例１〜３とを比較すると、実施例４〜９の方が、プレヒート工程および冷却工程のいずれかもしくは両方の時間が短いにもかかわらず、実施例１〜３とほとんど同じレベルの剥離強度が得られていることが分かる。これは、実施例４〜９の方が、プレ加圧工程での加圧力（プレ加圧力Ｆ０）が大きいため、上述した理由により、プレヒート工程および冷却工程の時間が短くても、十分な剥離強度が得られたものと考えられる。
【００８９】
また、上記実施形態では、電極７，７として、図２〜図５、もしくは図８に示したような電極を用いたが、使用可能な電極の形状はこれに限られない。ただし、金属板との接触面積が過度に小さくなるような電極形状は避けた方がよい。例えば、図８（ｂ）（ｃ）に示したような、先端部が凸球状に形成された電極を用いる場合において、先端部の半径をむやみに小さくする（つまり先鋭化する）と、電極と金属板との接触面積が過小となり、上記実施形態のような十分な接合強度を得ることができなるおそれがある。
【００９０】
すなわち、上記実施形態のように、電極７，７として、金属板との接触面積が比較的大きい電極を用いた場合には、電極７，７の中心部に対応する接着剤５を十分に排出することができない一方で、電極７，７の径方向外側部分に対応する接着剤５は確実に周囲に排出することができる。すると、図７に示したように、アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２との間に、接着剤５の熱分解物５ａが残存した不完全溶接部Ｓ１と、熱分解物５ａがほとんど残存していない完全溶接部Ｓ２とが同心円状に形成されることになる。つまり、接合強度の高い完全溶接部Ｓ２が円環状に形成され、その中心側に接合強度の弱い不完全溶接部Ｓ１が形成される。これにより、接合強度の高い完全溶接部Ｓ２の外径が大きくなるため、曲げやねじりに強く、疲労強度にも優れた接合構造を構築できるという利点がある。
【００９１】
これに対し、金属板との接触面積が小さい電極を用いた場合には、接着剤５の排出エリアが電極の中心部に集中し、中実円形状の接合部が形成されると考えられる。すると、上記実施形態の場合と比べて、接合部の外径が小さくなり、十分な接合強度が得られなくなるおそれがある。したがって、上記実施形態のように、金属板との接触面積が大きい電極を用いて円環状の完全溶接部Ｓ２を形成するようにした方が、より高い接合強度が得られるという点で有利である。
【００９２】
また、図８（ａ）〜（ｃ）に示したタイプ１〜３の電極のうち、より好ましい電極の組合せとしては、上記実施例１０，１１のように、アルミ側（アルミニウム合金板１に接触する側）にタイプ１の電極を用い、鋼板側（非めっき鋼板３に接触する側）にタイプ２または３の電極を用いるとよい。すなわち、実施例１と実施例１０，１１とを比較すると、アルミ側、鋼板側ともにタイプ１の電極を用いた実施例１よりも、アルミ側にタイプ１、鋼板側にタイプ２または３の電極を用いた実施例１０，１１の方が、冷却工程の時間が短いにもかかわらず、全く同じ剥離強度（３．０）が得られていることが分かる。このことから、実施例１０，１１における電極の組合せの方が、短い冷却時間で同等の接合強度を得ることができると言える。
【００９３】
実施例１０，１１の方が冷却時間が短く済むのは、タイプ２，３の電極の方が金属板との接触面積が大きいためと考えられる。すなわち、冷却工程で電極７，７によりワークＷを加圧する際に、非めっき鋼板３に接触する電極７の面積は、図１９に示すように、タイプ１、タイプ２、タイプ３の順に大きい。したがって、タイプ１の電極よりも、タイプ２，３の電極を非めっき鋼板３に接触させた方が、冷却工程時に電極７を通じて効率よく熱を吸収でき、それ程時間をかけなくても十分な冷却を図ることができる。しかも、アルミニウム合金板１ではなく、これよりも熱容量の大きい非めっき鋼板３に、上記タイプ２，３の電極を接触させるようにしたため、冷却効率をより高めることができる。
【００９４】
なお、上記実施例１０，１１において、鋼板側にタイプ２，３の電極を用いる一方、アルミ側にはタイプ１の電極を用いたのは、接触面積がより大きいタイプ２，３の電極をアルミ側および鋼板側の両方に用いると、溶接時の電流密度が下がり、ナゲットの形成が困難になるためである。
【００９５】
いずれにせよ、上記各実施例のように、金属板との接触面積が適度に大きい電極を用いることにより、図７に示したように、アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２との間に、外形が大きい円環状の完全溶接部Ｓ２を形成することができ、接合部の強度を効果的に高めることができる。しかも、図７によれば、接着剤５により接着された接着部Ｓ４が、上記完全溶接部Ｓ２の外側を取り囲むように形成されているため、アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２との間への水分の浸入およびこれに起因した電食の発生を効果的に防止することが可能である。
【００９６】
なお、上記実施形態では、アルミニウム合金板１、亜鉛めっき鋼板２、および非めっき鋼板３からなる３枚の金属板を重ね合わせて同時に接合するようにしたが、必ずしも非めっき鋼板３を含めて接合する必要はなく、アルミニウム合金板１と亜鉛めっき鋼板２のみを同様の方法により接合するようにしてもよい。この場合、図７のナゲット部Ｍ２が形成されない点が異なる。
【００９７】
また、上記実施形態では、冷却工程および溶接工程時における電極７，７の加圧力を同一値（第２の加圧力Ｆ２）としたが、上記冷却工程および溶接工程時の加圧力は、それぞれがプレヒート工程開始時の加圧力（第１の加圧力Ｆ１）よりも高ければよく、冷却工程時の加圧力と溶接工程時の加圧力とが異なっていてもよい。
【００９８】
また、上記実施形態では、表面に亜鉛めっきが施された鋼板（亜鉛めっき鋼板）２をアルミニウム合金板１と重ね合わせて接合したが、めっき鋼板２としては、亜鉛めっき以外のめっきが施された鋼板も好適に使用できる。そこで、その一例として、アルミニウムめっき鋼板、または、亜鉛−アルミニウム−マグネシウムめっき鋼板をめっき鋼板２として用い、これらの鋼板とアルミニウム合金板１とを、接着剤とスポット溶接により接合した実施例について説明する。めっきの目付け量、板厚は上記亜鉛めっき鋼板２の場合と同じである。また、亜鉛−アルミニウム−マグネシウムめっき鋼板のめっき成分は、Ｚｎ-１１％Ａｌ-３％Ｍｇとした。
【００９９】
接合方法の条件は、上記亜鉛めっき鋼板２とアルミニウム合金板１との接合で説明した実施例２（図１０参照）と同じとした。電極のタイプも実施例２と同じである。比較例としては、亜鉛めっき鋼板２をアルミニウムめっき鋼板、または亜鉛−アルミニウム−マグネシウムめっき鋼板に代えた以外は、上記比較例１（図１０参照）と同じ条件を適用した。
【０１００】
その結果、アルミニウムめっき鋼板とアルミニウム合金板との接合体の剥離強度は、比較例の剥離強度を１とした場合、相対値として３．０となった。また、亜鉛−アルミニウム−マグネシウムめっき鋼板とアルミニウム合金板との接合体の剥離強度も、比較例の剥離強度を１とした場合、相対値として３．０となった。なお、これらの実施例で得られた接合体の構造は、アルミニウムめっき鋼板、または亜鉛−アルミニウム−マグネシウムめっき鋼板のいずれを用いた場合でも、図６、図７で説明した構造と同じであった。
【符号の説明】
【０１０１】
１ アルミニウム合金板
２ めっき鋼板
３ 非めっき鋼板（別の鋼板）
５ 接着剤
５ａ （接着剤の）熱分解物
７ 電極
Ｆ１ 第１の加圧力
Ｆ２ 第２の加圧力
Ｍ２ ナゲット部
Ｓ１ 不完全溶接部（弱接合部）
Ｓ２ 完全溶接部（第１の接合部）
Ｓ４ 接着部（第２の接合部）
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウム合金板およびめっき鋼板からなる異種金属板同士を接着剤による接着とスポット溶接とにより接合する方法であって、
上記アルミニウム合金板とめっき鋼板とを上記接着剤を介して重ね合わせる積層工程と、
上記積層工程で重ね合わせられた上記両金属板をスポット溶接用の一対の電極の間に挟み込んで加圧するとともに、上記一対の電極間に電流を流すプレヒート工程と、
上記プレヒート工程の後、上記電極間の通電を停止した状態で、上記両金属板を上記プレヒート工程の開始時よりも高い加圧力で加圧し、これを所定の冷却時間に亘り継続する冷却工程と、
上記冷却工程の後、上記プレヒート工程の開始時よりも高い加圧力で上記両金属板を加圧しつつ、上記プレヒート工程での通電電流値よりも高い電流を上記一対の電極間に流すことにより、上記両金属板同士を溶接する溶接工程とを含むことを特徴とする異種金属板の接合方法。
【請求項２】
請求項１記載の異種金属板の接合方法において、
上記プレヒート工程の開始から所定期間の間、上記電極の加圧力を第１の加圧力に設定し、上記プレヒート工程の途中もしくは終了時に、上記加圧力を上記第１の加圧力よりも大きい第２の加圧力に増大させ、上記冷却工程および溶接工程が終了するまで上記第２の加圧力での加圧を継続することを特徴とする異種金属板の接合方法。
【請求項３】
請求項２記載の異種金属板の接合方法において、
上記プレヒート工程よりも前に、上記アルミニウム合金板およびめっき鋼板を上記一対の電極で挟み込んで加圧するプレ加圧工程を行うことを特徴とする異種金属板の接合方法。
【請求項４】
請求項３記載の異種金属板の接合方法において、
上記プレ加圧工程での加圧力を、上記第１の加圧力よりも大きく設定することを特徴とする異種金属板の接合方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の異種金属板の接合方法において、
上記積層工程として、上記アルミニウム合金板とめっき鋼板とを接着剤を介して重ね合わせるとともに、上記めっき鋼板とは別の鋼板を上記アルミニウム合金板とは反対側からめっき鋼板に重ね合わせ、
かつこの状態で上記プレヒート工程、冷却工程、および溶接工程を含む各工程を行うことにより、上記アルミニウム合金板、めっき鋼板、および別の鋼板を互いに接合することを特徴とする異種金属板の接合方法。
【請求項６】
アルミニウム合金板とめっき鋼板とが接合された異種金属接合体であって、
上記アルミニウム合金板とめっき鋼板との間に、スポット溶接により溶接された第１の接合部と、接着剤により接着された第２の接合部とが存在し、上記第１の接合部が平面視で略円環状に形成されたことを特徴とする異種金属接合体。
【請求項７】
請求項６記載の異種金属接合体において、
上記第１の接合部の周囲が上記第２の接合部により囲まれていることを特徴とする異種金属接合体。
【請求項８】
請求項６または７記載の異種金属接合体において、
円環状の上記第１の接合部よりも中心側に、上記接着剤の熱分解物が残存した弱接合部が存在することを特徴とする異種金属接合体。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１項に記載の異種金属接合体において、
上記めっき鋼板に対し、上記アルミニウム合金板とは反対側から別の鋼板が接合されたことを特徴とする異種金属接合体。
【請求項１０】
請求項９記載の異種金属接合体において、
上記めっき鋼板と上記別の鋼板との間にナゲット部が形成され、該ナゲット部は上記アルミニウム合金板と接触せずかつ上記第１の接合部と対向する位置に形成されていることを特徴とする異種金属接合体。
【請求項１】
アルミニウム合金板およびめっき鋼板からなる異種金属板同士を接着剤による接着とスポット溶接とにより接合する方法であって、
上記アルミニウム合金板とめっき鋼板とを上記接着剤を介して重ね合わせる積層工程と、
上記積層工程で重ね合わせられた上記両金属板をスポット溶接用の一対の電極の間に挟み込んで加圧するとともに、上記一対の電極間に電流を流すプレヒート工程と、
上記プレヒート工程の後、上記電極間の通電を停止した状態で、上記両金属板を上記プレヒート工程の開始時よりも高い加圧力で加圧し、これを所定の冷却時間に亘り継続する冷却工程と、
上記冷却工程の後、上記プレヒート工程の開始時よりも高い加圧力で上記両金属板を加圧しつつ、上記プレヒート工程での通電電流値よりも高い電流を上記一対の電極間に流すことにより、上記両金属板同士を溶接する溶接工程とを含むことを特徴とする異種金属板の接合方法。
【請求項２】
請求項１記載の異種金属板の接合方法において、
上記プレヒート工程の開始から所定期間の間、上記電極の加圧力を第１の加圧力に設定し、上記プレヒート工程の途中もしくは終了時に、上記加圧力を上記第１の加圧力よりも大きい第２の加圧力に増大させ、上記冷却工程および溶接工程が終了するまで上記第２の加圧力での加圧を継続することを特徴とする異種金属板の接合方法。
【請求項３】
請求項２記載の異種金属板の接合方法において、
上記プレヒート工程よりも前に、上記アルミニウム合金板およびめっき鋼板を上記一対の電極で挟み込んで加圧するプレ加圧工程を行うことを特徴とする異種金属板の接合方法。
【請求項４】
請求項３記載の異種金属板の接合方法において、
上記プレ加圧工程での加圧力を、上記第１の加圧力よりも大きく設定することを特徴とする異種金属板の接合方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の異種金属板の接合方法において、
上記積層工程として、上記アルミニウム合金板とめっき鋼板とを接着剤を介して重ね合わせるとともに、上記めっき鋼板とは別の鋼板を上記アルミニウム合金板とは反対側からめっき鋼板に重ね合わせ、
かつこの状態で上記プレヒート工程、冷却工程、および溶接工程を含む各工程を行うことにより、上記アルミニウム合金板、めっき鋼板、および別の鋼板を互いに接合することを特徴とする異種金属板の接合方法。
【請求項６】
アルミニウム合金板とめっき鋼板とが接合された異種金属接合体であって、
上記アルミニウム合金板とめっき鋼板との間に、スポット溶接により溶接された第１の接合部と、接着剤により接着された第２の接合部とが存在し、上記第１の接合部が平面視で略円環状に形成されたことを特徴とする異種金属接合体。
【請求項７】
請求項６記載の異種金属接合体において、
上記第１の接合部の周囲が上記第２の接合部により囲まれていることを特徴とする異種金属接合体。
【請求項８】
請求項６または７記載の異種金属接合体において、
円環状の上記第１の接合部よりも中心側に、上記接着剤の熱分解物が残存した弱接合部が存在することを特徴とする異種金属接合体。
【請求項９】
請求項６〜８のいずれか１項に記載の異種金属接合体において、
上記めっき鋼板に対し、上記アルミニウム合金板とは反対側から別の鋼板が接合されたことを特徴とする異種金属接合体。
【請求項１０】
請求項９記載の異種金属接合体において、
上記めっき鋼板と上記別の鋼板との間にナゲット部が形成され、該ナゲット部は上記アルミニウム合金板と接触せずかつ上記第１の接合部と対向する位置に形成されていることを特徴とする異種金属接合体。
【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２０１１−８８１９２（Ｐ２０１１−８８１９２Ａ）
【公開日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２４４３４５（Ｐ２００９−２４４３４５）
【出願日】平成２１年１０月２３日（２００９．１０．２３）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年５月６日（２０１１．５．６）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１０月２３日（２００９．１０．２３）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【Ｆターム（参考）】
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