鉄系材料とアルミニウム系板材の電磁溶接方法および接合体
【課題】鉄系材料とアルミニウム系板材とを接合するに際し、接合材料の種類および組合せによらず高強度の接合部が得られる、信頼性に優れた片面コイル式電磁溶接方法を提供する。
【解決手段】コイル４に電流を流してアルミニウム系板材２に発生させた渦電流と電磁力を利用してアルミニウム系板材２を鉄系材料１に溶接するにあたり、両接合部材１，２の表面硬さに応じて、下記式を満足するような接合エネルギーで接合する。 式 Ｅ≧（０．００５５７×ＨｖＦＥ＋０．０７６８×ＨｖＡＬ＋０．４９８）×ｔＡＬ ここに、Ｅは接合部単位面積当たりの接合エネルギー（Ｊ／ｍｍ２）、ＨｖＦＥは鋼材の表面ビッカース硬度（Ｈｖ）、ＨｖＡＬはアルミニウム系板材の表面ビッカース硬度（Ｈｖ）、ｔＡＬはアルミニウム系板材の板厚（ｍｍ）である。
【解決手段】コイル４に電流を流してアルミニウム系板材２に発生させた渦電流と電磁力を利用してアルミニウム系板材２を鉄系材料１に溶接するにあたり、両接合部材１，２の表面硬さに応じて、下記式を満足するような接合エネルギーで接合する。 式 Ｅ≧（０．００５５７×ＨｖＦＥ＋０．０７６８×ＨｖＡＬ＋０．４９８）×ｔＡＬ ここに、Ｅは接合部単位面積当たりの接合エネルギー（Ｊ／ｍｍ２）、ＨｖＦＥは鋼材の表面ビッカース硬度（Ｈｖ）、ＨｖＡＬはアルミニウム系板材の表面ビッカース硬度（Ｈｖ）、ｔＡＬはアルミニウム系板材の板厚（ｍｍ）である。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異種材料を電磁溶接法で接合する技術に関し、詳しくは、鉄系材料とアルミニウム系板材とを片面コイル式電磁溶接法で接合する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用構造物などの組立工程の際に必要となる鋼材などの鉄系材料とアルミニウム系材料（アルミニウムおよびアルミニウム合金を総称したもの）とを接合できる信頼性の高い接合技術の開発が望まれている。
【０００３】
しかしながら、鉄系材料とアルミニウム系材料とを溶融接合すると、接合部に脆い金属間化合物が生成しやすいために信頼性のある高強度を有する接合部を得ることは非常に困難であった。
【０００４】
この対策として過去に以下のような多数の従来技術が開示されている。
【０００５】
例えば、鉄の表面に特定の組成の鉄−Ｃｒ層を設けアルミと重ね合わせて加圧しながら加熱する方法（特許文献１参照）、予め用意した鉄系材料層およびアルミニウム合金層からなる２層のクラッド材を介在させてレーザ溶接する方法（特許文献２参照）、スポット溶接（特許文献３参照）あるいはシーム溶接（特許文献４参照）する方法、鉄系材料の接合部にアルミニウム系溶射材を溶射しＴＩＧ溶接を行う方法（特許文献５参照）、鉄系材料の接合部にアルミニウムめっき圧延などでアルミニウム層を設けロウ付けを行う方法（特許文献６および７参照）、鉄系材料の接合部にアルミニウムもしくは、銅、亜鉛などのめっきを施しロウ付けを行う方法（特許文献６および７参照）、接合面に岩塩型構造の窒化物、または炭化物、あるいはケイフッ化カリウムをコーティングしロウ付けを行う方法（特許文献８および９参照）、ロウ付け用ワイヤの成分を調整しロウ付けする方法（特許文献１０および１１参照）などである。
【０００６】
しかしながら、上記従来技術には以下のような問題がある。
【０００７】
鉄の表面に特定の組成の鉄−Ｃｒ層を設けアルミと重ね合わせて加圧しながら加熱する方法は、平板など比較的単純な形状の部材同士の接合には利用可能であるが、プレス加工品などの形状が複雑な場合には適用できない。
【０００８】
アルミニウムと接する鉄系材料表面にアルミニウムを溶射する、アルミニウムもしくは銅亜鉛などをめっきする、もしくは接合に有効な物質をコーティングしたりしてＴＩＧ溶接やロウ付けを行う方法は、溶射やめっき、コーティングをする工程を必要とし工程が複雑となったり、品質の安定性が確保できないなどの問題がある。
【０００９】
鉄系材料層およびアルミニウム合金層からなる２層のクラッド材を予め用意してレーザ溶接、あるいはスポット、シームなどの抵抗溶接をする方法では、鉄系材料とアルミニウム系材料との間にクラッド材がインサートされるため、２枚の板の接合が３枚の板の接合となる。このため、実際の施工時にインサート材（クラッド材）の挿入工程や固定工程が必要となり、上記と同様の問題が生じる。
【００１０】
上記いずれの方法とも、上記問題以外に、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いため設備コストが高くなる問題があった。さらに、クラッド材を用いる方法では、クラッド材自体も鉄系材料とアルミニウム系材料とを接合して製造する必要があることからその製造条件が厳しく制約され、安価でかつ性能の安定したクラッド材を入手することが困難であった。
【００１１】
これに対し、アルミニウムなど良伝導性の薄板へ高密度磁束を急激に加えることにより他の金属板へ固相接合する、いわゆる電磁溶接法が開発され（特許文献１２および１３参照）、その後、この方法によるアルミニウム板と軟鋼板との接合について種々検討がなされている（例えば、非特許文献１〜３参照）。
【００１２】
この電磁溶接法は、１つの工程で異種材料を前処理なしに直接接合することができるため、上記従来技術の問題点であった工程の複雑化や材料コストの上昇等の問題を一挙に解決できる利点を有する。さらに、電磁溶接法のなかでも、磁束を片側から加えて溶接する片面コイル式電磁溶接法を採用すれば、上記利点に加え、アルミニウム板は薄ものに限定されるものの、相手部材である軟鋼板の厚さには制限がなく、また板材だけに限定されず鋼材の形状にも制約がないため、プレス加工品など形状が複雑な場合にも適用できるという利点も有する。
【００１３】
しかしながら、片面コイル式電磁溶接法にてアルミニウム板と接合する相手部材である鉄系材料として検討されたのは、現段階では軟鋼板に限られており、高張力鋼材（ハイテン材）など他の鉄系材料を用いた場合にも接合が可能であるのか、また接合が可能であるとしてもその適正な溶接条件等についてはまったく不明であった。
【特許文献１】特開昭６３−２３５０８３号公報
【特許文献２】特開平０４−８１２８８号公報
【特許文献３】特開平０７−４７４７７号公報
【特許文献４】特開平１１−１９７８４６号公報
【特許文献５】特開平１１−２９１０４３号公報
【特許文献６】特開Ｓ６２−２３８０６６号公報
【特許文献７】特開平０５−１８５２１７号公報
【特許文献８】特開平０８−２５７７４３号公報
【特許文献９】特開平０９−２２５６３１号公報
【特許文献１０】特開平０３−２８５７６１号公報
【特許文献１１】特開２００３−３３８６５号公報
【特許文献１２】特開平１１−１９２５６２号公報
【特許文献１３】特開２００２−３１６２７１号公報
【非特許文献１】相沢友勝，「Ａｌ／Ｆｅ薄板の電磁圧接シーム溶接法」，軽金属溶接，社団法人軽金属溶接構造協会，２００４年，第４２巻，第２号，ｐ．７９−８４
【非特許文献２】相沢友勝，「Ａｌ／Ｆｅ薄板の電磁シーム溶接法」，塑性と加工，社団法人日本塑性加工学会，２００３年９月，第４４巻，第５１２号，ｐ．９５７−９５９
【非特許文献３】相沢友勝ら，「実用向き電磁シーム溶接の実験」，平成１６年度 塑性加工春季講演会，社団法人日本塑性加工学会，２００４年５月２１〜２３日 東京都，講演論文集，ｐ．４３３−４３４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで本発明は、片面コイル式電磁溶接法を用いて鉄系材料とアルミニウム系板材とを接合するに際し、接合材料の種類および組合せによらず高強度の接合部が得られる、信頼性に優れた電磁溶接方法、ならびにこの電磁溶接方法で得られる高強度の接合体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、接合材料の種類およびその組合せが接合強度に及ぼす影響を調査するため、片面コイル式電磁溶接法により各種のアルミニウム合金板と各種の鋼板（ハイテン板、軟鋼板）との組み合わせについて、接合エネルギーを種々変化させて接合する実験を行った。その結果、接合材料の種類およびその組合せにより健全な接合状態が得られる最小の接合エネルギーが大きく変化することがわかった（後記実施例参照）。
【００１６】
そこで、このように接合に必要な最小接合エネルギーが変化する理由を解明するために、接合界面をミクロ観察したところ、健全な接合状態が得られたものでは接合界面からアルミニウム合金板側および鋼板側の双方にそれぞれ数μｍ程度のごく薄い圧接部が観察され、接合部材双方の表面性状、とくに表面硬さが強く影響していることを見出した。
【００１７】
そして、本発明者らは上記知見に基づいてさらに検討を行い、以下の発明を完成させるに至った。
【００１８】
請求項１に記載の発明は、溶接電流を流すコイルと固定具との間に、アルミニウム系板材が前記コイル側、鉄系材料が前記固定具側となるように、前記アルミニウム系板材と前記鉄系材料とを０．３〜２．０ｍｍの間隔を設けて重ねて置き、前記コイルに電流を流して前記アルミニウム系板材に渦電流と電磁力とを発生させ、これらを利用して前記アルミニウム系板材を前記鉄系材料に溶接する電磁溶接方法であって、前記鉄系材料および前記アルミニウム系板材の表面硬さに応じて、下記式を満足するような接合エネルギーで接合することを特徴とする鉄系材料とアルミニウム系板材の電磁溶接方法である。
式 Ｅ≧（０．００５５７×ＨｖＦＥ＋０．０７６８×ＨｖＡＬ＋０．４９８）×ｔＡＬ
ここに、Ｅは接合部単位面積当たりの接合エネルギー（Ｊ／ｍｍ２）、ＨｖＦＥは鋼材の表面ビッカース硬度（Ｈｖ）、 ＨｖＡＬはアルミニウム系板材の表面ビッカース硬度（Ｈｖ）、ｔＡＬはアルミニウム系板材の板厚（ｍｍ）である。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電磁溶接方法により得られた鉄系材料とアルミニウム系板材との接合体である。
【００２０】
なお、「アルミニウム系板材」とは、アルミニウムまたはアルミニウム合金の板材を総称したものであり、「鉄系材料」とは、鋼材（軟鋼材、ハイテン材など）または合金鋼材（ステンレス鋼材など）を総称したものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、片面コイル式電磁溶接法を用いて鉄系材料およびアルミニウム系板材の双方の表面硬さに応じた接合エネルギーで溶接することにより、互いの表面の酸化皮膜が破壊され圧接されるので、どのような種類の鉄系材料とアルミニウム系板材との組合せでも、必要最小限の接合エネルギーでもって確実に良好な接合状態が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１に本発明に係る片面コイル式電磁溶接法による鉄系材料とアルミニウム系板材との接合原理を説明するための概念図を示す。同図に示すように、０．３〜２．０ｍｍの隙間１３を設けて重ねた鉄系材料１とアルミニウム系板材２を、磁束発生用コイル４と固定具３の間に、鉄系材料１を固定具３側に、アルミニウム系板材２を磁束発生用コイル（以下、単に「コイル」ともいう。）４側になるように配置する。そして、磁束発生用コイル４に下記式（１）を満足するような接合エネルギーとなるようにパルス大電流を急激に流す。
【００２３】
Ｅ≧（０．００５５７×ＨｖＦＥ＋０．０７６８×ＨｖＡＬ＋０．４９８）×ｔＡＬ …式（１）
【００２４】
ここに、Ｅは接合部単位面積当たりの接合エネルギー（Ｊ／ｍｍ２）、ＨｖＦＥは鉄系材料の表面ビッカース硬度（Ｈｖ）、 ＨｖＡＬはアルミニウム系板材の表面ビッカース硬度（Ｈｖ）、ｔＡＬはアルミニウム系板材の板厚（ｍｍ）である。
【００２５】
なお、接合部単位面積当たりの接合エネルギー（以下、単に「接合エネルギー」という。）Ｅは、コンデンサ電源に充電されたエネルギー［＝溶接エネルギー］（Ｊ）を接合部の面積（ｍｍ２）で除した値である。
【００２６】
上記式（１）を満足する大電流を急激に流すと、高密度の磁束５が発生し、この高密度の磁束５は、鉄系材料１とアルミニウム系板材２とを重ねた部分に磁束発生用コイル４側から交差する。すると、重ねた部分の主にアルミニウム系板材２には、渦電流と呼ばれる誘導電流が流れ、磁束５の浸入を防ぐ。この結果、アルミニウム系板材２には電磁力が鉄系材料１の方向に働く。このようにして生じた渦電流、電磁力はともに十分に大きいので、アルミニウム系板材２はコイル４に沿って加熱されるとともに鉄系材料１に強く押し付けられ、コイル４に沿って溶接されることで強固な接合部が得られ、高強度の接合体が形成されることとなる。
【００２７】
上記において、鉄系材料１とアルミニウム系板材２とを０．３〜２．０ｍｍの間隔を設けて重ねることとしたのは、以下の理由による。すなわち、両者の間隔が小さすぎると、アルミニウム系板材２が十分に加速される前に鉄系材料１に衝突してしまい、押し付け力が十分に得られず、いっぽう、間隔が大き過ぎると、ある一定の距離まではアルミニウム系板材２は加速されるが、それを過ぎると空気抵抗によりかえって減速してしまい、鉄系材料１への衝突力が減少してしまうため、十分な衝突力が得られる範囲である０．３〜２．０ｍｍとした。なお、好ましい間隔は、０．４〜１．５ｍｍ、さらに好ましい間隔は０．５〜１．０ｍｍである。
【００２８】
また、上記式（１）を満足する接合エネルギーＥを与えることとしたのは、以下の理由による。すなわち、十分な接合強度を得るには、鉄系材料１およびアルミニウム系板材２の双方の表面の酸化皮膜を破壊し、未酸化部分どうしを圧接する必要があるが、両接合部材表面の酸化皮膜を破壊するには、これら両接合部材の表面硬さに応じたエネルギーが必要となる。さらに、アルミニウム系板材２を鉄系材料１に衝突させて酸化皮膜を破壊するので、アルミニウム系板材２の板厚に応じたエネルギーが必要になる。したがって、十分な接合強度が得られる最小の接合エネルギーは、（ａ×ＨｖＦＥ＋ｂ×ＨｖＡＬ＋ｃ）×ｔＡＬ（ここに、ａ，ｂ，ｃは定数）で表現できる。そして、後記実施例の測定結果に基づき統計的計算により上記ａ，ｂ，ｃを求め、両接合部材の酸化皮膜を破壊し十分な接合強度が得られる最小接合エネルギーＥｍｉｎとして、式（１）の右辺である（０．００５５７×ＨｖＦＥ＋０．０７６８×ＨｖＡＬ＋０．４９８）×ｔＡＬを得た。したがって、これ以上の、つまり式（１）を満足する、接合エネルギーを与えることにより、十分な接合強度が得られることとなる。
【００２９】
図２に、本発明の実施に係る片面コイル式電磁溶接装置の概略構成を説明する縦断面図を、図３に、磁束発生用コイルの平面視と放電回路の概略構成を併せて説明する図を示す。
【００３０】
図２の縦断面図に示すように、磁束発生用コイル４と固定具３とが所定間隔で配置され、これらの間に、隙間１３を設けて重ねた鉄系材料１とアルミニウム系板材２とを配置できるようになされている。さらに、コイル４の上には、アルミニウム系板材２とのショートを防止するための絶縁シート９が敷かれている。
【００３１】
磁束発生用コイル４としては、例えば、図３に示すように、短冊状の電流集中部１０を有するワンターンコイル（一巻コイル）を用いることができ、この電流集中部１０には放電ギャップスイッチ６を介してコンデンサ電源７が接続されている。
【００３２】
そして、コンデンサ電源７に予め設定した所定の溶接エネルギー（後述）を充電後、ギャップスイッチ６を閉じ、コイル４に放電電流８を流すと、アルミニウム系板材２に渦電流が流れて、同板材２が加熱されるとともに、コイル４の電流集中部１０に高密度の磁束が発生して、アルミニウム系板材２が電磁力により鉄系材料１に強く押し付けられ、接合が行われる。このときの接合長さ（接合部の長さ）は、電流集中部１０の長さ１１もしくは接合材料１，２の重ね合わせ部の長さの小さい方である。接合幅（接合部の幅）は、電流集中部１０の幅１２に等しい。そして、接合面積（接合部の面積）は、接合長さ×接合幅で求められる。
【００３３】
ここで、コンデンサ電源７に充電する上記所定の溶接エネルギーは、以下のようにして設定する。すなわち、上記式（１）の右辺に、事前に測定して求めておいた鉄系材料１およびアルミニウム系板材２の表面硬さＨｖＦＥ，ＨｖＡＬと、アルミニウム系板材２の厚さｔＡＬとを代入して最小の接合エネルギー（Ｊ／ｍｍ２）を計算により求める。そして、この最小の接合エネルギーに上記接合面積（ｍｍ２）を乗じて、最小の溶接エネルギー（Ｊ）を求める。そして、この最小溶接エネルギー以上の値、例えば最小溶接エネルギーの１．０〜１．２倍程度の値を上記コンデンサ電源７に充電する所定の溶接エネルギーとすればよい。
【００３４】
アルミニウム系板材２の厚さは、特に限定はされないが、鉄系材料１の表面に密着しやすいよう、３ｍｍ以下程度の薄板を用いるのが望ましく、２ｍｍ以下とするのがさらに望ましい。
【００３５】
本発明に係る接合方法で接合する場合、加熱され軟化したアルミニウム系板材２の方を移動させて、固定具３で固定された、アルミニウム系板材２より硬い鉄系材料１に押し付けて接合するのであるから、鉄系材料１の厚さや形状に制限はない。鉄系材料１は、板状のものはもちろんのこと、角管やナット、その他、自動車、機械などの複雑形状を有する部品であってもかまわない。
【００３６】
なお、上記実施形態では、コイル４の電力集中部１０の形状を短冊状として接合部の形状を直線状にする例を示したが、これに限定されるものではなく、コイルの電力集中部の形状を変えることで、曲線状や円形状などさまざまな形状に対応が可能である。
【実施例】
【００３７】
本発明の効果を確認するため、上記図２および図３に示したような片面コイル式電磁溶接装置を用いて、鉄系材料１として下記表１に示す３種類の鋼板と、アルミニウム系板材２として下記表２に示す３種類のアルミニウム合金板との各組み合わせについて、接合エネルギーを種々変化させて溶接を行う実験を実施した。
【表１】
【表２】
【００３８】
鋼板１は厚さ１．４ｍｍ、アルミニウム合金板２は厚さ１．０ｍｍ，１．５ｍｍまたは２．０ｍｍで、大きさはいずれも１００×１００ｍｍである。図３に示す磁束発生用コイル４は、電流集中部１０の長さ１１が１３０ｍｍ、幅１２が５ｍｍのものを使用した。したがって、接合長さは１００ｍｍ、接合幅は５ｍｍであり、接合面積は５００ｍｍ２である。
【００３９】
鋼板１とアルミニウム合金板２とは、互いに５０ｍｍ重ね合わせ、隙間を０．７ｍｍまたは０．８ｍｍとして、各接合エネルギーにてｎ＝２ずつ溶接を行なった。
【００４０】
溶接後、ｎ＝１の溶接継手（接合体）あたり、溶接方向に直角の方向を長手方向とする、幅２０ｍｍの剪断引張試験片を各３本ずつ採取し、１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で剪断引張試験を実施した。溶接性の判定は、１溶接条件につき６本すべてがアルミニウム合金板２側の母材で破断したものを十分な接合強度が得られたものと判断して○、アルミニウム合金板２側の母材で破断したものが６本中５〜３本のものを△、６本中２本以下のものを×とした。
【００４１】
下記表３に、上記溶接実験の結果をまとめて示す。なお、同表中の灰色で網掛けしたデータは比較例を示し、それ以外のデータは発明例を示す。
【表３】
【表４】
【００４２】
上記表３および４から明らかなように、Ｎｏ．１〜７，１０〜１４，１６〜２０，２２〜２６，２８，３０〜３４，３７，３８はいずれも上記式（１）の右辺で計算された最小接合エネルギー（以下、「計算最小接合エネルギー」と呼ぶ。）よりも高い接合エネルギーで溶接されたものであり、接合性は良好であることがわかる。
【００４３】
これに対し、Ｎｏ．８，９，１５，２１，２７，２９，３５，３６はいずれも実際の溶接エネルギーが計算最小接合エネルギーより小さいため、十分な接合性が得られていない。
【００４４】
例えば、Ｎｏ．８，９はＮｏ．７と比較すると、アルミニウム合金板２の表面硬さ、板厚、溶接条件（溶接エネルギー、隙間）は同じであるが、鋼板１の表面硬さが高く計算最小接合エネルギーが高くなるので、Ｎｏ．７と同じ接合エネルギーを与えても接合エネルギーが不足し十分な接合性が得られていない。
【００４５】
また、Ｎｏ．１５はＮｏ．１３，１４と比較すると、アルミニウム合金板２の表面硬さ、板厚、溶接条件（溶接エネルギー、隙間）は同じであるが、鋼板１の表面硬さが高く計算最小接合エネルギーが高くなるので、Ｎｏ．１３，１４と同じ接合エネルギーを与えても接合エネルギーが不足し十分な接合性が得られていない。
【００４６】
また、Ｎｏ．２１はＮｏ．１６，１７，１８，１９，２０と比較すると、アルミニウム合金板２の表面硬さ、板厚、溶接条件（溶接エネルギー、隙間）は同じであるが、鋼板１の表面硬さが高く計算最小接合エネルギーが高くなるので、Ｎｏ．１６，１７，１８，１９，２０と同じ接合エネルギーを与えても接合エネルギーが不足し十分な接合性が得られていない。
【００４７】
また、Ｎｏ．２７はＮｏ．２６と比較すると、鋼板１の表面硬さ、アルミニウム合金板２の表面硬さ、溶接条件（溶接エネルギー、隙間）は同じであるが、アルミニウム合金板２の板厚が大きく計算最小接合エネルギーが高くなるので、Ｎｏ．２６と同じ接合エネルギーを与えても接合エネルギーが不足し十分な接合性が得られていない。
【００４８】
また、Ｎｏ．２９はＮｏ．２８と比較すると、鋼板１の表面硬さ、アルミニウム合金板１の表面硬さ、溶接条件（溶接エネルギー、隙間）は同じであるが、アルミ合金板の板厚が大きく計算最小接合エネルギーが高くなるので、Ｎｏ．２８と同じ接合エネルギーを与えても接合エネルギーが不足し十分な接合性が得られていない。
【００４９】
また、Ｎｏ．３５はＮｏ．３０，３１，３２，３３，３４と比較すると、アルミニウム合金板２の表面硬さ、板厚、溶接条件（溶接エネルギー、隙間）は同じであるが、鋼板１の表面硬さが高く計算最小接合エネルギーが高くなるので、Ｎｏ．３０，３１，３２，３３，３４と同じ接合エネルギーを与えても接合エネルギーが不足し十分な接合性が得られていない。
【００５０】
また、Ｎｏ．３６はＮｏ．３３と比較すると、鋼板１の表面硬さ、アルミニウム合金板２の表面硬さ、板厚、隙間は同じであり、計算最小接合エネルギーも同じであるが、接合エネルギー自体が小さいので、計算最小接合エネルギーを下回り接合エネルギーが不足し十分な接合性が得られていない。
【００５１】
図４に、発明例であるＮｏ．３３および比較例であるＮｏ．３５の接合界面をそれぞれ光学顕微鏡で断面観察した結果を示す。ここに、（ａ１）および（ａ２）は、Ｎｏ．３３の接合界面の異なる部位を観察したものであり、（ｂ１）および（ｂ２）は、Ｎｏ．３５の接合界面の異なる部位を観察したものである。発明例（Ｎｏ．３３）では、同図（ａ１）および（ａ２）に見られるように、観察部位によらず、接合界面には爆発圧接に見られるような波状模様が観察され、鋼板の母材部（上部の白色部分）とアルミニウム合金板の母材部（下部の黒色部分）との間に、厚さ数μｍ程度のＡｌとＦｅで構成された中間化合物と思われる合金層（中央部の灰色部分）の生成が認められる。これに対し、比較例（Ｎｏ．３５）では、同図（ｂ２）に見られるように、上記発明例と同様の、波状模様＋合金層（灰色部分）の部位が存在するものの、同図（ｂ１）に見られるように、明確な波状模様が形成されず、かつ合金層（灰色部分）がほとんど生成していない部位も存在することが確認された。なお、同図（ｂ１）および（ｂ２）の中央部の黒色部分は、断面観察用サンプルの切り出し時に接合界面で剥離して生じた隙間である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る片面コイル式電磁溶接法による鉄系材料とアルミニウム系板材との接合原理を説明するための概念図である。
【図２】本発明の実施に係る片面コイル式電磁溶接装置の概略構成を示す縦断面図を示す。
【図３】磁束発生用コイルの平面視と放電回路の概略構成を併せて示す図である。
【図４】接合界面の顕微鏡観察結果を示す断面図であり、（ａ１）および（ａ２）は発明例、（ｂ１）および（ｂ２）は比較例である。
【符号の説明】
【００５３】
１：鉄系材料（鋼板）
２：アルミニウム系板材（アルミニウム合金板）
３：固定具
４：磁束発生用コイル（コイル）
５：磁束
６：放電ギャップスイッチ
７：コンデンサ電源
８：放電電流（電流）
９：絶縁シート
１０：電流集中部
１１：電流集中部の長さ
１２：電流集中部の幅
１３：隙間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異種材料を電磁溶接法で接合する技術に関し、詳しくは、鉄系材料とアルミニウム系板材とを片面コイル式電磁溶接法で接合する技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車用構造物などの組立工程の際に必要となる鋼材などの鉄系材料とアルミニウム系材料（アルミニウムおよびアルミニウム合金を総称したもの）とを接合できる信頼性の高い接合技術の開発が望まれている。
【０００３】
しかしながら、鉄系材料とアルミニウム系材料とを溶融接合すると、接合部に脆い金属間化合物が生成しやすいために信頼性のある高強度を有する接合部を得ることは非常に困難であった。
【０００４】
この対策として過去に以下のような多数の従来技術が開示されている。
【０００５】
例えば、鉄の表面に特定の組成の鉄−Ｃｒ層を設けアルミと重ね合わせて加圧しながら加熱する方法（特許文献１参照）、予め用意した鉄系材料層およびアルミニウム合金層からなる２層のクラッド材を介在させてレーザ溶接する方法（特許文献２参照）、スポット溶接（特許文献３参照）あるいはシーム溶接（特許文献４参照）する方法、鉄系材料の接合部にアルミニウム系溶射材を溶射しＴＩＧ溶接を行う方法（特許文献５参照）、鉄系材料の接合部にアルミニウムめっき圧延などでアルミニウム層を設けロウ付けを行う方法（特許文献６および７参照）、鉄系材料の接合部にアルミニウムもしくは、銅、亜鉛などのめっきを施しロウ付けを行う方法（特許文献６および７参照）、接合面に岩塩型構造の窒化物、または炭化物、あるいはケイフッ化カリウムをコーティングしロウ付けを行う方法（特許文献８および９参照）、ロウ付け用ワイヤの成分を調整しロウ付けする方法（特許文献１０および１１参照）などである。
【０００６】
しかしながら、上記従来技術には以下のような問題がある。
【０００７】
鉄の表面に特定の組成の鉄−Ｃｒ層を設けアルミと重ね合わせて加圧しながら加熱する方法は、平板など比較的単純な形状の部材同士の接合には利用可能であるが、プレス加工品などの形状が複雑な場合には適用できない。
【０００８】
アルミニウムと接する鉄系材料表面にアルミニウムを溶射する、アルミニウムもしくは銅亜鉛などをめっきする、もしくは接合に有効な物質をコーティングしたりしてＴＩＧ溶接やロウ付けを行う方法は、溶射やめっき、コーティングをする工程を必要とし工程が複雑となったり、品質の安定性が確保できないなどの問題がある。
【０００９】
鉄系材料層およびアルミニウム合金層からなる２層のクラッド材を予め用意してレーザ溶接、あるいはスポット、シームなどの抵抗溶接をする方法では、鉄系材料とアルミニウム系材料との間にクラッド材がインサートされるため、２枚の板の接合が３枚の板の接合となる。このため、実際の施工時にインサート材（クラッド材）の挿入工程や固定工程が必要となり、上記と同様の問題が生じる。
【００１０】
上記いずれの方法とも、上記問題以外に、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いため設備コストが高くなる問題があった。さらに、クラッド材を用いる方法では、クラッド材自体も鉄系材料とアルミニウム系材料とを接合して製造する必要があることからその製造条件が厳しく制約され、安価でかつ性能の安定したクラッド材を入手することが困難であった。
【００１１】
これに対し、アルミニウムなど良伝導性の薄板へ高密度磁束を急激に加えることにより他の金属板へ固相接合する、いわゆる電磁溶接法が開発され（特許文献１２および１３参照）、その後、この方法によるアルミニウム板と軟鋼板との接合について種々検討がなされている（例えば、非特許文献１〜３参照）。
【００１２】
この電磁溶接法は、１つの工程で異種材料を前処理なしに直接接合することができるため、上記従来技術の問題点であった工程の複雑化や材料コストの上昇等の問題を一挙に解決できる利点を有する。さらに、電磁溶接法のなかでも、磁束を片側から加えて溶接する片面コイル式電磁溶接法を採用すれば、上記利点に加え、アルミニウム板は薄ものに限定されるものの、相手部材である軟鋼板の厚さには制限がなく、また板材だけに限定されず鋼材の形状にも制約がないため、プレス加工品など形状が複雑な場合にも適用できるという利点も有する。
【００１３】
しかしながら、片面コイル式電磁溶接法にてアルミニウム板と接合する相手部材である鉄系材料として検討されたのは、現段階では軟鋼板に限られており、高張力鋼材（ハイテン材）など他の鉄系材料を用いた場合にも接合が可能であるのか、また接合が可能であるとしてもその適正な溶接条件等についてはまったく不明であった。
【特許文献１】特開昭６３−２３５０８３号公報
【特許文献２】特開平０４−８１２８８号公報
【特許文献３】特開平０７−４７４７７号公報
【特許文献４】特開平１１−１９７８４６号公報
【特許文献５】特開平１１−２９１０４３号公報
【特許文献６】特開Ｓ６２−２３８０６６号公報
【特許文献７】特開平０５−１８５２１７号公報
【特許文献８】特開平０８−２５７７４３号公報
【特許文献９】特開平０９−２２５６３１号公報
【特許文献１０】特開平０３−２８５７６１号公報
【特許文献１１】特開２００３−３３８６５号公報
【特許文献１２】特開平１１−１９２５６２号公報
【特許文献１３】特開２００２−３１６２７１号公報
【非特許文献１】相沢友勝，「Ａｌ／Ｆｅ薄板の電磁圧接シーム溶接法」，軽金属溶接，社団法人軽金属溶接構造協会，２００４年，第４２巻，第２号，ｐ．７９−８４
【非特許文献２】相沢友勝，「Ａｌ／Ｆｅ薄板の電磁シーム溶接法」，塑性と加工，社団法人日本塑性加工学会，２００３年９月，第４４巻，第５１２号，ｐ．９５７−９５９
【非特許文献３】相沢友勝ら，「実用向き電磁シーム溶接の実験」，平成１６年度 塑性加工春季講演会，社団法人日本塑性加工学会，２００４年５月２１〜２３日 東京都，講演論文集，ｐ．４３３−４３４
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１４】
そこで本発明は、片面コイル式電磁溶接法を用いて鉄系材料とアルミニウム系板材とを接合するに際し、接合材料の種類および組合せによらず高強度の接合部が得られる、信頼性に優れた電磁溶接方法、ならびにこの電磁溶接方法で得られる高強度の接合体を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明者らは、接合材料の種類およびその組合せが接合強度に及ぼす影響を調査するため、片面コイル式電磁溶接法により各種のアルミニウム合金板と各種の鋼板（ハイテン板、軟鋼板）との組み合わせについて、接合エネルギーを種々変化させて接合する実験を行った。その結果、接合材料の種類およびその組合せにより健全な接合状態が得られる最小の接合エネルギーが大きく変化することがわかった（後記実施例参照）。
【００１６】
そこで、このように接合に必要な最小接合エネルギーが変化する理由を解明するために、接合界面をミクロ観察したところ、健全な接合状態が得られたものでは接合界面からアルミニウム合金板側および鋼板側の双方にそれぞれ数μｍ程度のごく薄い圧接部が観察され、接合部材双方の表面性状、とくに表面硬さが強く影響していることを見出した。
【００１７】
そして、本発明者らは上記知見に基づいてさらに検討を行い、以下の発明を完成させるに至った。
【００１８】
請求項１に記載の発明は、溶接電流を流すコイルと固定具との間に、アルミニウム系板材が前記コイル側、鉄系材料が前記固定具側となるように、前記アルミニウム系板材と前記鉄系材料とを０．３〜２．０ｍｍの間隔を設けて重ねて置き、前記コイルに電流を流して前記アルミニウム系板材に渦電流と電磁力とを発生させ、これらを利用して前記アルミニウム系板材を前記鉄系材料に溶接する電磁溶接方法であって、前記鉄系材料および前記アルミニウム系板材の表面硬さに応じて、下記式を満足するような接合エネルギーで接合することを特徴とする鉄系材料とアルミニウム系板材の電磁溶接方法である。
式 Ｅ≧（０．００５５７×ＨｖＦＥ＋０．０７６８×ＨｖＡＬ＋０．４９８）×ｔＡＬ
ここに、Ｅは接合部単位面積当たりの接合エネルギー（Ｊ／ｍｍ２）、ＨｖＦＥは鋼材の表面ビッカース硬度（Ｈｖ）、 ＨｖＡＬはアルミニウム系板材の表面ビッカース硬度（Ｈｖ）、ｔＡＬはアルミニウム系板材の板厚（ｍｍ）である。
【００１９】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の電磁溶接方法により得られた鉄系材料とアルミニウム系板材との接合体である。
【００２０】
なお、「アルミニウム系板材」とは、アルミニウムまたはアルミニウム合金の板材を総称したものであり、「鉄系材料」とは、鋼材（軟鋼材、ハイテン材など）または合金鋼材（ステンレス鋼材など）を総称したものである。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、片面コイル式電磁溶接法を用いて鉄系材料およびアルミニウム系板材の双方の表面硬さに応じた接合エネルギーで溶接することにより、互いの表面の酸化皮膜が破壊され圧接されるので、どのような種類の鉄系材料とアルミニウム系板材との組合せでも、必要最小限の接合エネルギーでもって確実に良好な接合状態が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１に本発明に係る片面コイル式電磁溶接法による鉄系材料とアルミニウム系板材との接合原理を説明するための概念図を示す。同図に示すように、０．３〜２．０ｍｍの隙間１３を設けて重ねた鉄系材料１とアルミニウム系板材２を、磁束発生用コイル４と固定具３の間に、鉄系材料１を固定具３側に、アルミニウム系板材２を磁束発生用コイル（以下、単に「コイル」ともいう。）４側になるように配置する。そして、磁束発生用コイル４に下記式（１）を満足するような接合エネルギーとなるようにパルス大電流を急激に流す。
【００２３】
Ｅ≧（０．００５５７×ＨｖＦＥ＋０．０７６８×ＨｖＡＬ＋０．４９８）×ｔＡＬ …式（１）
【００２４】
ここに、Ｅは接合部単位面積当たりの接合エネルギー（Ｊ／ｍｍ２）、ＨｖＦＥは鉄系材料の表面ビッカース硬度（Ｈｖ）、 ＨｖＡＬはアルミニウム系板材の表面ビッカース硬度（Ｈｖ）、ｔＡＬはアルミニウム系板材の板厚（ｍｍ）である。
【００２５】
なお、接合部単位面積当たりの接合エネルギー（以下、単に「接合エネルギー」という。）Ｅは、コンデンサ電源に充電されたエネルギー［＝溶接エネルギー］（Ｊ）を接合部の面積（ｍｍ２）で除した値である。
【００２６】
上記式（１）を満足する大電流を急激に流すと、高密度の磁束５が発生し、この高密度の磁束５は、鉄系材料１とアルミニウム系板材２とを重ねた部分に磁束発生用コイル４側から交差する。すると、重ねた部分の主にアルミニウム系板材２には、渦電流と呼ばれる誘導電流が流れ、磁束５の浸入を防ぐ。この結果、アルミニウム系板材２には電磁力が鉄系材料１の方向に働く。このようにして生じた渦電流、電磁力はともに十分に大きいので、アルミニウム系板材２はコイル４に沿って加熱されるとともに鉄系材料１に強く押し付けられ、コイル４に沿って溶接されることで強固な接合部が得られ、高強度の接合体が形成されることとなる。
【００２７】
上記において、鉄系材料１とアルミニウム系板材２とを０．３〜２．０ｍｍの間隔を設けて重ねることとしたのは、以下の理由による。すなわち、両者の間隔が小さすぎると、アルミニウム系板材２が十分に加速される前に鉄系材料１に衝突してしまい、押し付け力が十分に得られず、いっぽう、間隔が大き過ぎると、ある一定の距離まではアルミニウム系板材２は加速されるが、それを過ぎると空気抵抗によりかえって減速してしまい、鉄系材料１への衝突力が減少してしまうため、十分な衝突力が得られる範囲である０．３〜２．０ｍｍとした。なお、好ましい間隔は、０．４〜１．５ｍｍ、さらに好ましい間隔は０．５〜１．０ｍｍである。
【００２８】
また、上記式（１）を満足する接合エネルギーＥを与えることとしたのは、以下の理由による。すなわち、十分な接合強度を得るには、鉄系材料１およびアルミニウム系板材２の双方の表面の酸化皮膜を破壊し、未酸化部分どうしを圧接する必要があるが、両接合部材表面の酸化皮膜を破壊するには、これら両接合部材の表面硬さに応じたエネルギーが必要となる。さらに、アルミニウム系板材２を鉄系材料１に衝突させて酸化皮膜を破壊するので、アルミニウム系板材２の板厚に応じたエネルギーが必要になる。したがって、十分な接合強度が得られる最小の接合エネルギーは、（ａ×ＨｖＦＥ＋ｂ×ＨｖＡＬ＋ｃ）×ｔＡＬ（ここに、ａ，ｂ，ｃは定数）で表現できる。そして、後記実施例の測定結果に基づき統計的計算により上記ａ，ｂ，ｃを求め、両接合部材の酸化皮膜を破壊し十分な接合強度が得られる最小接合エネルギーＥｍｉｎとして、式（１）の右辺である（０．００５５７×ＨｖＦＥ＋０．０７６８×ＨｖＡＬ＋０．４９８）×ｔＡＬを得た。したがって、これ以上の、つまり式（１）を満足する、接合エネルギーを与えることにより、十分な接合強度が得られることとなる。
【００２９】
図２に、本発明の実施に係る片面コイル式電磁溶接装置の概略構成を説明する縦断面図を、図３に、磁束発生用コイルの平面視と放電回路の概略構成を併せて説明する図を示す。
【００３０】
図２の縦断面図に示すように、磁束発生用コイル４と固定具３とが所定間隔で配置され、これらの間に、隙間１３を設けて重ねた鉄系材料１とアルミニウム系板材２とを配置できるようになされている。さらに、コイル４の上には、アルミニウム系板材２とのショートを防止するための絶縁シート９が敷かれている。
【００３１】
磁束発生用コイル４としては、例えば、図３に示すように、短冊状の電流集中部１０を有するワンターンコイル（一巻コイル）を用いることができ、この電流集中部１０には放電ギャップスイッチ６を介してコンデンサ電源７が接続されている。
【００３２】
そして、コンデンサ電源７に予め設定した所定の溶接エネルギー（後述）を充電後、ギャップスイッチ６を閉じ、コイル４に放電電流８を流すと、アルミニウム系板材２に渦電流が流れて、同板材２が加熱されるとともに、コイル４の電流集中部１０に高密度の磁束が発生して、アルミニウム系板材２が電磁力により鉄系材料１に強く押し付けられ、接合が行われる。このときの接合長さ（接合部の長さ）は、電流集中部１０の長さ１１もしくは接合材料１，２の重ね合わせ部の長さの小さい方である。接合幅（接合部の幅）は、電流集中部１０の幅１２に等しい。そして、接合面積（接合部の面積）は、接合長さ×接合幅で求められる。
【００３３】
ここで、コンデンサ電源７に充電する上記所定の溶接エネルギーは、以下のようにして設定する。すなわち、上記式（１）の右辺に、事前に測定して求めておいた鉄系材料１およびアルミニウム系板材２の表面硬さＨｖＦＥ，ＨｖＡＬと、アルミニウム系板材２の厚さｔＡＬとを代入して最小の接合エネルギー（Ｊ／ｍｍ２）を計算により求める。そして、この最小の接合エネルギーに上記接合面積（ｍｍ２）を乗じて、最小の溶接エネルギー（Ｊ）を求める。そして、この最小溶接エネルギー以上の値、例えば最小溶接エネルギーの１．０〜１．２倍程度の値を上記コンデンサ電源７に充電する所定の溶接エネルギーとすればよい。
【００３４】
アルミニウム系板材２の厚さは、特に限定はされないが、鉄系材料１の表面に密着しやすいよう、３ｍｍ以下程度の薄板を用いるのが望ましく、２ｍｍ以下とするのがさらに望ましい。
【００３５】
本発明に係る接合方法で接合する場合、加熱され軟化したアルミニウム系板材２の方を移動させて、固定具３で固定された、アルミニウム系板材２より硬い鉄系材料１に押し付けて接合するのであるから、鉄系材料１の厚さや形状に制限はない。鉄系材料１は、板状のものはもちろんのこと、角管やナット、その他、自動車、機械などの複雑形状を有する部品であってもかまわない。
【００３６】
なお、上記実施形態では、コイル４の電力集中部１０の形状を短冊状として接合部の形状を直線状にする例を示したが、これに限定されるものではなく、コイルの電力集中部の形状を変えることで、曲線状や円形状などさまざまな形状に対応が可能である。
【実施例】
【００３７】
本発明の効果を確認するため、上記図２および図３に示したような片面コイル式電磁溶接装置を用いて、鉄系材料１として下記表１に示す３種類の鋼板と、アルミニウム系板材２として下記表２に示す３種類のアルミニウム合金板との各組み合わせについて、接合エネルギーを種々変化させて溶接を行う実験を実施した。
【表１】
【表２】
【００３８】
鋼板１は厚さ１．４ｍｍ、アルミニウム合金板２は厚さ１．０ｍｍ，１．５ｍｍまたは２．０ｍｍで、大きさはいずれも１００×１００ｍｍである。図３に示す磁束発生用コイル４は、電流集中部１０の長さ１１が１３０ｍｍ、幅１２が５ｍｍのものを使用した。したがって、接合長さは１００ｍｍ、接合幅は５ｍｍであり、接合面積は５００ｍｍ２である。
【００３９】
鋼板１とアルミニウム合金板２とは、互いに５０ｍｍ重ね合わせ、隙間を０．７ｍｍまたは０．８ｍｍとして、各接合エネルギーにてｎ＝２ずつ溶接を行なった。
【００４０】
溶接後、ｎ＝１の溶接継手（接合体）あたり、溶接方向に直角の方向を長手方向とする、幅２０ｍｍの剪断引張試験片を各３本ずつ採取し、１０ｍｍ／ｍｉｎの速度で剪断引張試験を実施した。溶接性の判定は、１溶接条件につき６本すべてがアルミニウム合金板２側の母材で破断したものを十分な接合強度が得られたものと判断して○、アルミニウム合金板２側の母材で破断したものが６本中５〜３本のものを△、６本中２本以下のものを×とした。
【００４１】
下記表３に、上記溶接実験の結果をまとめて示す。なお、同表中の灰色で網掛けしたデータは比較例を示し、それ以外のデータは発明例を示す。
【表３】
【表４】
【００４２】
上記表３および４から明らかなように、Ｎｏ．１〜７，１０〜１４，１６〜２０，２２〜２６，２８，３０〜３４，３７，３８はいずれも上記式（１）の右辺で計算された最小接合エネルギー（以下、「計算最小接合エネルギー」と呼ぶ。）よりも高い接合エネルギーで溶接されたものであり、接合性は良好であることがわかる。
【００４３】
これに対し、Ｎｏ．８，９，１５，２１，２７，２９，３５，３６はいずれも実際の溶接エネルギーが計算最小接合エネルギーより小さいため、十分な接合性が得られていない。
【００４４】
例えば、Ｎｏ．８，９はＮｏ．７と比較すると、アルミニウム合金板２の表面硬さ、板厚、溶接条件（溶接エネルギー、隙間）は同じであるが、鋼板１の表面硬さが高く計算最小接合エネルギーが高くなるので、Ｎｏ．７と同じ接合エネルギーを与えても接合エネルギーが不足し十分な接合性が得られていない。
【００４５】
また、Ｎｏ．１５はＮｏ．１３，１４と比較すると、アルミニウム合金板２の表面硬さ、板厚、溶接条件（溶接エネルギー、隙間）は同じであるが、鋼板１の表面硬さが高く計算最小接合エネルギーが高くなるので、Ｎｏ．１３，１４と同じ接合エネルギーを与えても接合エネルギーが不足し十分な接合性が得られていない。
【００４６】
また、Ｎｏ．２１はＮｏ．１６，１７，１８，１９，２０と比較すると、アルミニウム合金板２の表面硬さ、板厚、溶接条件（溶接エネルギー、隙間）は同じであるが、鋼板１の表面硬さが高く計算最小接合エネルギーが高くなるので、Ｎｏ．１６，１７，１８，１９，２０と同じ接合エネルギーを与えても接合エネルギーが不足し十分な接合性が得られていない。
【００４７】
また、Ｎｏ．２７はＮｏ．２６と比較すると、鋼板１の表面硬さ、アルミニウム合金板２の表面硬さ、溶接条件（溶接エネルギー、隙間）は同じであるが、アルミニウム合金板２の板厚が大きく計算最小接合エネルギーが高くなるので、Ｎｏ．２６と同じ接合エネルギーを与えても接合エネルギーが不足し十分な接合性が得られていない。
【００４８】
また、Ｎｏ．２９はＮｏ．２８と比較すると、鋼板１の表面硬さ、アルミニウム合金板１の表面硬さ、溶接条件（溶接エネルギー、隙間）は同じであるが、アルミ合金板の板厚が大きく計算最小接合エネルギーが高くなるので、Ｎｏ．２８と同じ接合エネルギーを与えても接合エネルギーが不足し十分な接合性が得られていない。
【００４９】
また、Ｎｏ．３５はＮｏ．３０，３１，３２，３３，３４と比較すると、アルミニウム合金板２の表面硬さ、板厚、溶接条件（溶接エネルギー、隙間）は同じであるが、鋼板１の表面硬さが高く計算最小接合エネルギーが高くなるので、Ｎｏ．３０，３１，３２，３３，３４と同じ接合エネルギーを与えても接合エネルギーが不足し十分な接合性が得られていない。
【００５０】
また、Ｎｏ．３６はＮｏ．３３と比較すると、鋼板１の表面硬さ、アルミニウム合金板２の表面硬さ、板厚、隙間は同じであり、計算最小接合エネルギーも同じであるが、接合エネルギー自体が小さいので、計算最小接合エネルギーを下回り接合エネルギーが不足し十分な接合性が得られていない。
【００５１】
図４に、発明例であるＮｏ．３３および比較例であるＮｏ．３５の接合界面をそれぞれ光学顕微鏡で断面観察した結果を示す。ここに、（ａ１）および（ａ２）は、Ｎｏ．３３の接合界面の異なる部位を観察したものであり、（ｂ１）および（ｂ２）は、Ｎｏ．３５の接合界面の異なる部位を観察したものである。発明例（Ｎｏ．３３）では、同図（ａ１）および（ａ２）に見られるように、観察部位によらず、接合界面には爆発圧接に見られるような波状模様が観察され、鋼板の母材部（上部の白色部分）とアルミニウム合金板の母材部（下部の黒色部分）との間に、厚さ数μｍ程度のＡｌとＦｅで構成された中間化合物と思われる合金層（中央部の灰色部分）の生成が認められる。これに対し、比較例（Ｎｏ．３５）では、同図（ｂ２）に見られるように、上記発明例と同様の、波状模様＋合金層（灰色部分）の部位が存在するものの、同図（ｂ１）に見られるように、明確な波状模様が形成されず、かつ合金層（灰色部分）がほとんど生成していない部位も存在することが確認された。なお、同図（ｂ１）および（ｂ２）の中央部の黒色部分は、断面観察用サンプルの切り出し時に接合界面で剥離して生じた隙間である。
【図面の簡単な説明】
【００５２】
【図１】本発明に係る片面コイル式電磁溶接法による鉄系材料とアルミニウム系板材との接合原理を説明するための概念図である。
【図２】本発明の実施に係る片面コイル式電磁溶接装置の概略構成を示す縦断面図を示す。
【図３】磁束発生用コイルの平面視と放電回路の概略構成を併せて示す図である。
【図４】接合界面の顕微鏡観察結果を示す断面図であり、（ａ１）および（ａ２）は発明例、（ｂ１）および（ｂ２）は比較例である。
【符号の説明】
【００５３】
１：鉄系材料（鋼板）
２：アルミニウム系板材（アルミニウム合金板）
３：固定具
４：磁束発生用コイル（コイル）
５：磁束
６：放電ギャップスイッチ
７：コンデンサ電源
８：放電電流（電流）
９：絶縁シート
１０：電流集中部
１１：電流集中部の長さ
１２：電流集中部の幅
１３：隙間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接電流を流すコイルと固定具との間に、アルミニウム系板材が前記コイル側、鉄系材料が前記固定具側となるように、前記アルミニウム系板材と前記鉄系材料とを０．３〜２．０ｍｍの間隔を設けて重ねて置き、前記コイルに電流を流して前記アルミニウム系板材に渦電流と電磁力とを発生させ、これらを利用して前記アルミニウム系板材を前記鉄系材料に溶接する電磁溶接方法であって、前記鉄系材料および前記アルミニウム系板材の表面硬さに応じて、下記式を満足するような接合エネルギーで接合することを特徴とする鉄系材料とアルミニウム系板材の電磁溶接方法。
式 Ｅ≧（０．００５５７×ＨｖＦＥ＋０．０７６８×ＨｖＡＬ＋０．４９８）×ｔＡＬ
ここに、Ｅは接合部単位面積当たりの接合エネルギー（Ｊ／ｍｍ２）、ＨｖＦＥは鉄系材料の表面ビッカース硬さ（Ｈｖ）、 ＨｖＡＬはアルミニウム系板材の表面ビッカース硬さ（Ｈｖ）、ｔＡＬはアルミニウム系板材の板厚（ｍｍ）である。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁溶接方法により得られた鉄系材料とアルミニウム系板材との接合体。
【請求項１】
溶接電流を流すコイルと固定具との間に、アルミニウム系板材が前記コイル側、鉄系材料が前記固定具側となるように、前記アルミニウム系板材と前記鉄系材料とを０．３〜２．０ｍｍの間隔を設けて重ねて置き、前記コイルに電流を流して前記アルミニウム系板材に渦電流と電磁力とを発生させ、これらを利用して前記アルミニウム系板材を前記鉄系材料に溶接する電磁溶接方法であって、前記鉄系材料および前記アルミニウム系板材の表面硬さに応じて、下記式を満足するような接合エネルギーで接合することを特徴とする鉄系材料とアルミニウム系板材の電磁溶接方法。
式 Ｅ≧（０．００５５７×ＨｖＦＥ＋０．０７６８×ＨｖＡＬ＋０．４９８）×ｔＡＬ
ここに、Ｅは接合部単位面積当たりの接合エネルギー（Ｊ／ｍｍ２）、ＨｖＦＥは鉄系材料の表面ビッカース硬さ（Ｈｖ）、 ＨｖＡＬはアルミニウム系板材の表面ビッカース硬さ（Ｈｖ）、ｔＡＬはアルミニウム系板材の板厚（ｍｍ）である。
【請求項２】
請求項１に記載の電磁溶接方法により得られた鉄系材料とアルミニウム系板材との接合体。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図２】
【図３】
【図４】
【公開番号】特開２００７−２１６２７０（Ｐ２００７−２１６２７０Ａ）
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００６−４０９０８（Ｐ２００６−４０９０８）
【出願日】平成１８年２月１７日（２００６．２．１７）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り （１）社団法人溶接学会、溶接学会全国大会講演概要、第７７集、平成１７年８月２０日発行 （２）Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｊｏｉｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｉｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ２００５、溶接学会軽構造接合加工研究委員会、２００５年１０月１３日，１４日開催 （３）東海支部第５７回研究会、溶接学会東海支部、平成１７年１０月１８日開催 （４）社団法人日本塑性加工学会、第５６回塑性加工連合講演会講演論文集、平成１７年１１月４日発行
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（５０６０５７１８８）
【公開日】平成１９年８月３０日（２００７．８．３０）
【国際特許分類】
【出願日】平成１８年２月１７日（２００６．２．１７）
【新規性喪失の例外の表示】特許法第３０条第１項適用申請有り （１）社団法人溶接学会、溶接学会全国大会講演概要、第７７集、平成１７年８月２０日発行 （２）Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ ｏｎ Ｊｏｉｎｉｎｇ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｉｅｓ ｉｎ Ａｄｖａｎｃｅｄ Ａｕｔｏｍｏｂｉｌｅ Ａｓｓｅｍｂｌｙ２００５、溶接学会軽構造接合加工研究委員会、２００５年１０月１３日，１４日開催 （３）東海支部第５７回研究会、溶接学会東海支部、平成１７年１０月１８日開催 （４）社団法人日本塑性加工学会、第５６回塑性加工連合講演会講演論文集、平成１７年１１月４日発行
【出願人】（０００００１１９９）株式会社神戸製鋼所 (5,860)
【出願人】（５０６０５７１８８）
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