(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2023163881
(43)【公開日】2023-11-10
(54)【発明の名称】異種金属材の接合方法
(51)【国際特許分類】
B23K 9/02 20060101AFI20231102BHJP
B23K 9/007 20060101ALI20231102BHJP
B23K 9/235 20060101ALI20231102BHJP
【ＦＩ】
B23K9/02 M
B23K9/007
B23K9/235 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】6
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022075087
(22)【出願日】2022-04-28
(71)【出願人】
【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
(74)【代理人】
【識別番号】110002000
【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所
(72)【発明者】
【氏名】下田 陽一朗
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 励一
【テーマコード（参考）】
4E001
4E081
【Ｆターム（参考）】
4E001CA00
4E001CB01
4E001DG01
4E081BA02
4E081BA08
4E081BA16
4E081BA40
(57)【要約】
【課題】シール剤が溶接金属を形成する領域に侵入することを防止することができるとともに、接合後に水分の侵入を防止することができ、これにより、溶接不良の発生及び溶接部における腐食を防止し、接合強度を向上させることができる異種金属材の接合方法を提供する。
【解決手段】異種金属材の接合方法は、下板１の上に上板２を配置する工程の前に、少なくとも上板２に設けられた第１の貫通穴２ａを囲むように、下板１から離隔する形状の凹部２１を上板２に形成する工程と、少なくとも第１の貫通穴２ａを囲むように、上板２における下板１に対向する面、及び下板１における上板２に対向する面の少なくとも一方の面にシール剤３を塗布する工程と、を有し、シール剤３を塗布する領域は、凹部２１の内壁面、及び下板１における、凹部２１に対向する領域を除き、凹部２１に対して第１の貫通穴２ａから離隔する領域とする。
【選択図】図１Ａ
【解決手段】異種金属材の接合方法は、下板１の上に上板２を配置する工程の前に、少なくとも上板２に設けられた第１の貫通穴２ａを囲むように、下板１から離隔する形状の凹部２１を上板２に形成する工程と、少なくとも第１の貫通穴２ａを囲むように、上板２における下板１に対向する面、及び下板１における上板２に対向する面の少なくとも一方の面にシール剤３を塗布する工程と、を有し、シール剤３を塗布する領域は、凹部２１の内壁面、及び下板１における、凹部２１に対向する領域を除き、凹部２１に対して第１の貫通穴２ａから離隔する領域とする。
【選択図】図１Ａ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
下板と、前記下板の厚さ方向に直交する面上に、前記下板と異なる材質からなり、第１の貫通穴を有する上板を配置する工程と、
アークスポット溶接により、前記第１の貫通穴を介して前記下板の一部を溶融させるとともに、前記下板と等しい主成分を有する溶接金属を形成する工程と、を有する異種金属材の接合方法であって、
前記上板を配置する工程の前に、少なくとも前記第１の貫通穴を囲むように、前記下板から離隔する形状の凹部を前記上板に形成する工程と、
少なくとも前記第１の貫通穴を囲むように、前記上板における前記下板に対向する面、及び前記下板における前記上板に対向する面の少なくとも一方の面にシール剤を塗布する工程と、を有し、
前記シール剤を塗布する領域は、前記凹部の内壁面、及び前記下板における、前記凹部に対向する領域を除き、前記凹部に対して前記第１の貫通穴から離隔する領域であることを特徴とする、異種金属材の接合方法。
アークスポット溶接により、前記第１の貫通穴を介して前記下板の一部を溶融させるとともに、前記下板と等しい主成分を有する溶接金属を形成する工程と、を有する異種金属材の接合方法であって、
前記上板を配置する工程の前に、少なくとも前記第１の貫通穴を囲むように、前記下板から離隔する形状の凹部を前記上板に形成する工程と、
少なくとも前記第１の貫通穴を囲むように、前記上板における前記下板に対向する面、及び前記下板における前記上板に対向する面の少なくとも一方の面にシール剤を塗布する工程と、を有し、
前記シール剤を塗布する領域は、前記凹部の内壁面、及び前記下板における、前記凹部に対向する領域を除き、前記凹部に対して前記第１の貫通穴から離隔する領域であることを特徴とする、異種金属材の接合方法。
【請求項2】
前記溶接金属を形成する工程において、前記第１の貫通穴を充填するとともに、前記上板の上面に前記第１の貫通穴の径よりも大きい径を有する余盛を形成し、前記下板と前記上板とを接合することを特徴とする、請求項１に記載の異種金属材の接合方法。
【請求項3】
前記溶接金属を形成する工程の前に、
第２の貫通穴を有するエレメントを前記第１の貫通穴に挿入する工程を有し、
前記エレメントは、前記第２の貫通穴の軸方向一端側に形成され前記第１の貫通穴に挿入可能の径を有する挿入部と、前記第２の貫通穴の軸方向他端側に形成され前記第１の貫通穴の径よりも大きい径を有する頭部と、を有し、
前記溶接金属を形成する工程において、前記下板の一部及び前記エレメントの少なくとも一部を溶融させるとともに、前記第２の貫通穴を充填する溶接金属を形成する工程を有することを特徴とする、請求項１に記載の異種金属材の接合方法。
第２の貫通穴を有するエレメントを前記第１の貫通穴に挿入する工程を有し、
前記エレメントは、前記第２の貫通穴の軸方向一端側に形成され前記第１の貫通穴に挿入可能の径を有する挿入部と、前記第２の貫通穴の軸方向他端側に形成され前記第１の貫通穴の径よりも大きい径を有する頭部と、を有し、
前記溶接金属を形成する工程において、前記下板の一部及び前記エレメントの少なくとも一部を溶融させるとともに、前記第２の貫通穴を充填する溶接金属を形成する工程を有することを特徴とする、請求項１に記載の異種金属材の接合方法。
【請求項4】
前記凹部は、前記第１の貫通穴側となる穴側壁部と、前記穴側壁部に対向する側となるシール剤側壁部とを有し、
前記凹部を前記上板に形成する工程において、前記穴側壁部の方が、前記シール剤側壁部よりも高くなるように前記凹部を形成することを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の異種金属材の接合方法。
前記凹部を前記上板に形成する工程において、前記穴側壁部の方が、前記シール剤側壁部よりも高くなるように前記凹部を形成することを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の異種金属材の接合方法。
【請求項5】
前記シール剤を塗布する面は、前記上板における前記下板に対向する面とすることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の異種金属材の接合方法。
【請求項6】
前記下板を、アルミニウム又はアルミニウム合金板、及び鋼板のうちいずれか一方とし、前記上板を、他方とすることを特徴とする、請求項１～３のいずれか１項に記載の異種金属材の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、互いに異なる材料からなる板材を高強度で接合することができる異種金属材の接合方法に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車を代表とする輸送機器には、（ａ）有限資源である石油燃料消費、（ｂ）燃焼に伴って発生する地球温暖化ガスであるＣＯ２、（ｃ）走行コストといった各種の抑制を目的として、走行燃費の向上が常に求められている。その手段としては、電気駆動の利用など動力系技術の改善の他に、車体重量の軽量化も改善策の一つである。軽量化には現在の主要材料となっている鋼を、軽量素材であるアルミニウム又はアルミニウム合金、マグネシウム又はマグネシウム合金、炭素繊維などに置換する手段がある。しかし、全てをこれら軽量素材に置換するには、高コスト化や強度不足になる、といった課題があり、解決策として鋼と軽量素材を適材適所に組み合わせた、いわゆるマルチマテリアルと呼ばれる設計手法が注目を浴びている。以下、アルミニウム又はアルミニウム合金、マグネシウム又はマグネシウム合金を、単に、アルミニウム合金、マグネシウム合金ということがある。
【0003】
ところで、鋼と上記軽量素材を組み合わせて接合した場合に、異種金属の接触領域に、ガルバニック腐食と呼ばれる腐食が発生することが知られている。例えば、自然電位が低いアルミニウム合金材と、自然電位が高い鋼材とを水中で接触させると、腐食回路が形成され、アルミニウム合金材に腐食が発生する。この腐食回路は、アルミニウム合金と鋼とを通電させる媒体、すなわち、水が存在することにより形成される。
【0004】
そこで、上記のような異種金属材料の接触による腐食を防止する方法としては、以下に示す（１）～（３）の方法が挙げられる。
（１）異種金属材の接触領域への水の侵入を防止する。
（２）異種金属間の電位差を小さくする。
（３）通電経路を遮断する。
（１）異種金属材の接触領域への水の侵入を防止する。
（２）異種金属間の電位差を小さくする。
（３）通電経路を遮断する。
【0005】
上記腐食を防止する（１）～（３）の方法のうち、（１）異種金属材の接触領域への水の侵入を防止する方法として、例えば、接触領域の周囲に、浸水防止用のシール剤を配置する方法が挙げられる。
【0006】
図９Ａ～図９Ｃは、板材の間にシール剤を配置したアークスポット溶接方法を工程順に示す断面図である。図９Ａに示すように、下板となるアルミニウム合金板５２の表面に、２枚の板材の接合予定位置を囲むようにシール剤５３を配置する。次に、上板として、接合予定位置に貫通穴５１ａを設けた鋼板５１を準備し、貫通穴５１ａとアルミニウム合金板５２における接合予定位置とが重なるように鋼板５１を位置決めする。
その後、図９Ｂに示すように、鋼板５１をアルミニウム合金板５２の上面に配置する。
その後、図９Ｃに示すように、鋼板５１をアルミニウム合金板５２に向けて押圧し、シール剤５３をアルミニウム合金板５２と鋼板５１に密着させる。その後、図示は省略するが、貫通穴５１ａを介してアーク溶接を実施し、アルミニウム合金板５２の一部を溶融させるとともに、貫通穴５１ａを充填する溶接金属を形成し、さらに鋼板５１の上面に余盛を形成することにより、アルミニウム合金板５２と鋼板５１とを接合する。
その後、図９Ｂに示すように、鋼板５１をアルミニウム合金板５２の上面に配置する。
その後、図９Ｃに示すように、鋼板５１をアルミニウム合金板５２に向けて押圧し、シール剤５３をアルミニウム合金板５２と鋼板５１に密着させる。その後、図示は省略するが、貫通穴５１ａを介してアーク溶接を実施し、アルミニウム合金板５２の一部を溶融させるとともに、貫通穴５１ａを充填する溶接金属を形成し、さらに鋼板５１の上面に余盛を形成することにより、アルミニウム合金板５２と鋼板５１とを接合する。
【0007】
【0008】
図１０Ａ～図１０Ｃは、板材の間にシール剤を配置したエレメントアークスポット溶接方法を工程順に示す断面図である。図１０Ａに示すように、下板となる鋼板６１の表面に、２枚の板材の接合位置を囲むようにシール剤５３を配置する。次に、上板として、接合予定位置に貫通穴６２ａを設けたアルミニウム合金板６２を準備し、貫通穴６２ａと鋼板６１における接合予定位置とが重なるようにアルミニウム合金板６２を位置決めする。また、アルミニウム合金板６２の貫通穴６２ａに、この貫通穴６２ａと同一方向に貫通穴６４ａを有するエレメント６４を挿入する。なお、エレメント６４の上部には、アルミニウム合金板６２の貫通穴６２ａの径よりも大きい外径を有する頭部が形成されている
その後、図１０Ｂに示すように、アルミニウム合金板６２を鋼板６１の上面に配置する。
その後、図１０Ｃに示すように、アルミニウム合金板６２を鋼板６１に向けて押圧し、シール剤５３を鋼板６１とアルミニウム合金板６２に密着させる。その後、図示は省略するが、エレメント６４の貫通穴６４ａを介してアーク溶接を実施し、鋼板６１の一部及びエレメント６４の一部を溶融させるとともに、エレメント６４の貫通穴６４ａを充填する溶接金属を形成することにより、鋼板６１とアルミニウム合金板６２とを接合する。
その後、図１０Ｂに示すように、アルミニウム合金板６２を鋼板６１の上面に配置する。
その後、図１０Ｃに示すように、アルミニウム合金板６２を鋼板６１に向けて押圧し、シール剤５３を鋼板６１とアルミニウム合金板６２に密着させる。その後、図示は省略するが、エレメント６４の貫通穴６４ａを介してアーク溶接を実施し、鋼板６１の一部及びエレメント６４の一部を溶融させるとともに、エレメント６４の貫通穴６４ａを充填する溶接金属を形成することにより、鋼板６１とアルミニウム合金板６２とを接合する。
【0009】
上記のような接合方法によると、上板と下板との間に水分が侵入することを防止することができるが、シール剤５３の使用量、上板の下板に対する押圧力等によって、シール剤５３が接合予定位置に侵入することがある。図１０Ａ～図１０Ｃに示すエレメントアーク溶接を例に挙げると、接合予定位置にシール剤５３が存在した状態でアーク溶接を実施した場合に、図１１に示すように、シール剤５３が揮発することにより、溶接金属６５にブローホール６８が形成され、溶接不良が発生する。
【0010】
なお、シール剤を使用して異種金属材を重ね溶接する接合方法については、例えば、特許文献１に開示されている。上記特許文献１には、接合予定部位を囲繞する凹部又は凸部を両材料の少なくとも一方の接合面に形成すると共に、重ね合わせた両材料の間に、接合予定部位を囲んでシール材を配置した状態で溶接する接合方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0011】
【特許文献1】特開２００８－７５４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0012】
しかしながら、上記特許文献１に記載の接合方法によると、鋼板とアルミニウム合金板とを、例えば、抵抗スポット溶接又は抵抗シーム溶接により接合しているため、両板材の溶融混合部には極めて脆い性質である金属間化合物（ＩＭＣ）が生成し、引張や衝撃に対する強度が極めて低いという問題点がある。
【0013】
また、従来の接合方法では、両板の間の溶接部にシール剤が侵入することを十分に抑制することができず、アーク溶接による接合方法を上記特許文献１に記載の接合方法に適用した場合に、図１１で示すように、シール剤の存在により溶接不良が発生することがある。その結果、接合強度が低下する。
【0014】
本発明は、かかる問題点を鑑みてなされたものであって、互いに異なる材質からなる板材をアーク溶接により接合する際に、シール剤が溶接金属を形成する領域に侵入することを防止することができるとともに、接合後に水分の侵入を防止することができ、これにより、溶接不良の発生及び溶接部における腐食を防止し、接合強度を向上させることができる異種金属材の接合方法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】
本発明の上記目的は、異種金属材の接合方法に係る下記［１］の構成により達成される。
【0016】
［１］ 下板と、前記下板の厚さ方向に直交する面上に、前記下板と異なる材質からなり、第１の貫通穴を有する上板を配置する工程と、
アークスポット溶接により、前記第１の貫通穴を介して前記下板の一部を溶融させるとともに、前記下板と等しい主成分を有する溶接金属を形成する工程と、を有する異種金属材の接合方法であって、
前記上板を配置する工程の前に、少なくとも前記第１の貫通穴を囲むように、前記下板から離隔する形状の凹部を前記上板に形成する工程と、
少なくとも前記第１の貫通穴を囲むように、前記上板における前記下板に対向する面、及び前記下板における前記上板に対向する面の少なくとも一方の面にシール剤を塗布する工程と、を有し、
前記シール剤を塗布する領域は、前記凹部の内壁面、及び前記下板における、前記凹部に対向する領域を除き、前記凹部に対して前記第１の貫通穴から離隔する領域であることを特徴とする、異種金属材の接合方法。
アークスポット溶接により、前記第１の貫通穴を介して前記下板の一部を溶融させるとともに、前記下板と等しい主成分を有する溶接金属を形成する工程と、を有する異種金属材の接合方法であって、
前記上板を配置する工程の前に、少なくとも前記第１の貫通穴を囲むように、前記下板から離隔する形状の凹部を前記上板に形成する工程と、
少なくとも前記第１の貫通穴を囲むように、前記上板における前記下板に対向する面、及び前記下板における前記上板に対向する面の少なくとも一方の面にシール剤を塗布する工程と、を有し、
前記シール剤を塗布する領域は、前記凹部の内壁面、及び前記下板における、前記凹部に対向する領域を除き、前記凹部に対して前記第１の貫通穴から離隔する領域であることを特徴とする、異種金属材の接合方法。
【0017】
また、異種金属材の接合方法に係る本発明の好ましい実施形態は、以下の［２］～［６］に関する。
【0018】
［２］ 前記溶接金属を形成する工程において、前記第１の貫通穴を充填するとともに、前記上板の上面に前記第１の貫通穴の径よりも大きい径を有する余盛を形成し、前記下板と前記上板とを接合することを特徴とする、［１］に記載の異種金属材の接合方法。
【0019】
［３］ 前記溶接金属を形成する工程の前に、
第２の貫通穴を有するエレメントを前記第１の貫通穴に挿入する工程を有し、
前記エレメントは、前記第２の貫通穴の軸方向一端側に形成され前記第１の貫通穴に挿入可能の径を有する挿入部と、前記第２の貫通穴の軸方向他端側に形成され前記第１の貫通穴の径よりも大きい径を有する頭部と、を有し、
前記溶接金属を形成する工程において、前記下板の一部及び前記エレメントの少なくとも一部を溶融させるとともに、前記第２の貫通穴を充填する溶接金属を形成する工程を有することを特徴とする、［１］に記載の異種金属材の接合方法。
第２の貫通穴を有するエレメントを前記第１の貫通穴に挿入する工程を有し、
前記エレメントは、前記第２の貫通穴の軸方向一端側に形成され前記第１の貫通穴に挿入可能の径を有する挿入部と、前記第２の貫通穴の軸方向他端側に形成され前記第１の貫通穴の径よりも大きい径を有する頭部と、を有し、
前記溶接金属を形成する工程において、前記下板の一部及び前記エレメントの少なくとも一部を溶融させるとともに、前記第２の貫通穴を充填する溶接金属を形成する工程を有することを特徴とする、［１］に記載の異種金属材の接合方法。
【0020】
［４］ 前記凹部は、前記第１の貫通穴側となる穴側壁部と、前記穴側壁部に対向する側となるシール剤側壁部とを有し、
前記凹部を前記上板に形成する工程において、前記穴側壁部の方が、前記シール剤側壁部よりも高くなるように前記凹部を形成することを特徴とする、［１］～［３］のいずれか１つに記載の異種金属材の接合方法。
前記凹部を前記上板に形成する工程において、前記穴側壁部の方が、前記シール剤側壁部よりも高くなるように前記凹部を形成することを特徴とする、［１］～［３］のいずれか１つに記載の異種金属材の接合方法。
【0021】
［５］ 前記シール剤を塗布する面は、前記上板における前記下板に対向する面とすることを特徴とする、［１］～［４］のいずれか１つに記載の異種金属材の接合方法。
【0022】
［６］ 前記下板を、アルミニウム又はアルミニウム合金板、及び鋼板のうちいずれか一方とし、前記上板を、他方とすることを特徴とする、［１］～［５］のいずれか１つに記載の異種金属材の接合方法。
【発明の効果】
【0023】
本発明によれば、互いに異なる材質からなる板材をアーク溶接により接合する際に、シール剤が溶接金属を形成する領域に侵入することを防止することができるとともに、接合後に水分の侵入を防止することができ、これにより、溶接不良の発生及び溶接部における腐食を防止し、接合強度を向上させることができる異種金属材の接合方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0024】
【発明を実施するための形態】
【0025】
以下、本発明を実施するための形態（以下、「本実施形態」という。）について、詳細に説明する。なお、本発明は、以下で説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。
【0026】
［異種金属材の接合方法］
本発明者は、異種金属材をアークスポット溶接により接合する際に、溶接部への水分の侵入を防止するシール剤が溶接金属を形成する領域に侵入しないようにするために、鋭意検討を行った。その結果、上板に設けた貫通穴を囲むように、シール剤を留めることができる凹部を設け、この凹部よりも外側の領域にシール剤を塗布することが効果的であることを見出した。以下、本実施形態に係る異種金属材の接合方法について、図面を参照して詳細に説明する。
本発明者は、異種金属材をアークスポット溶接により接合する際に、溶接部への水分の侵入を防止するシール剤が溶接金属を形成する領域に侵入しないようにするために、鋭意検討を行った。その結果、上板に設けた貫通穴を囲むように、シール剤を留めることができる凹部を設け、この凹部よりも外側の領域にシール剤を塗布することが効果的であることを見出した。以下、本実施形態に係る異種金属材の接合方法について、図面を参照して詳細に説明する。
【0027】
＜第１の実施形態＞
図１Ａ～図１Ｃは、本発明の第１の実施形態に係る異種金属材の接合方法を工程順に示す断面図である。また、図２は、本発明の第１の実施形態に係る異種金属材の接合方法により接合された継手を示す図面代用写真である。本実施形態は、鋼板（下板）１と、アルミニウム合金板（上板）２とをエレメントアークスポット溶接により接合する方法である。
図１Ａ～図１Ｃは、本発明の第１の実施形態に係る異種金属材の接合方法を工程順に示す断面図である。また、図２は、本発明の第１の実施形態に係る異種金属材の接合方法により接合された継手を示す図面代用写真である。本実施形態は、鋼板（下板）１と、アルミニウム合金板（上板）２とをエレメントアークスポット溶接により接合する方法である。
【0028】
図１Ａに示すように、アルミニウム合金板２の鋼板１との接合予定位置に、円筒形状の第１の貫通穴２ａを形成するとともに、第１の貫通穴２ａを囲むように、プレス加工により凹部２１を形成する。凹部２１は、鋼板１の上面にアルミニウム合金板２を配置した際に、アルミニウム合金板２から離隔する方向に窪んだ形状となっている。したがって、鋼板１の上面にアルミニウム合金板２を配置した際に、凹部２１が形成されている箇所に隙間２２が形成される。
【0029】
次に、凹部２１よりも外側、すなわち凹部２１に対して、第１の貫通穴２ａから離隔する領域に、第１の貫通穴２ａを囲むように、アルミニウム合金板２の鋼板１に対向する面（下面）にシール剤３を塗布する。このとき、シール剤３は、凹部２１の内壁面には塗布しないようにする。次に、第１の貫通穴２ａに、鋼製のエレメント４を挿入する。エレメント４には、第２の貫通穴４ａが形成されており、第２の貫通穴４ａの軸方向の一端側には、アルミニウム合金板２の第１の貫通穴２ａに挿入可能な径を有する挿入部４ｂが形成されている。また、エレメント４の第２の貫通穴４ａの軸方向の他端側には、第１の貫通穴２ａの径よりも大きい径を有する頭部４ｃが形成されている。なお、挿入部４ｂの軸方向の長さは、アルミニウム合金板２の板厚と等しいことが好ましい。
【0030】
その後、図１Ｂに示すように、第２の貫通穴４ａと鋼板１における接合予定位置とが重なるようにアルミニウム合金板２を位置決めし、鋼板１の厚さ方向に直交する面上にアルミニウム合金板２を配置する。なお、第１の貫通穴２ａにエレメント４を挿入するタイミングは、アルミニウム合金板２を鋼板１の上面に配置した後でもよい。
【0031】
その後、図１Ｃに示すように、アルミニウム合金板２を鋼板１にむけて押圧し、シール剤３を鋼板１とアルミニウム合金板２に密着させる。このとき、アルミニウム合金板２と鋼板１との間隔が狭くなるため、アルミニウム合金板２の下面に塗布されたシール剤３は、第２の貫通穴４ａに近づく方向及び第２の貫通穴４ａから遠ざかる方向に押し広げられる。ただし、第２の貫通穴４ａに近づく方向に移動したシール剤３は、凹部２１の隙間２２に留まり、凹部２１よりも第２の貫通穴４ａの方向に侵入することはない。
【0032】
その後、図２に示すように、エレメント４の第２の貫通穴４ａを介して、鋼製の溶接ワイヤ（図示せず）を使用してアーク溶接を実施し、鋼板１の一部及びエレメント４の少なくとも一部を溶融させるとともに、第２の貫通穴４ａを充填する溶接金属５を形成する。これにより、エレメント４と鋼板１とは、溶接により強固に溶接され、アルミニウム合金板２はエレメント４の頭部４ｃにより物理的に鋼板１に固定されるため、鋼板１とアルミニウム合金板２とが接合される。
【0033】
上記のような本実施形態に係る接合方法によると、アルミニウム合金板２に凹部２１が形成されているため、アルミニウム合金板２を鋼板１に向けて押圧しても、シール剤３は凹部２１の隙間２２に留まり、第２の貫通穴４ａに侵入することを防止することができる。したがって、その後のアーク溶接を実施する工程において、シール剤３が気化することにより溶接金属５にブローホールが発生することを防止でき、溶接不良の発生を防止することができる。なお、第２の貫通穴４ａから遠ざかる方向に移動したシール剤３は、後のアーク溶接の工程に影響がないため、無視できる。
【0034】
また、アルミニウム合金板２の第１の貫通穴２ａと凹部２１は、一度のプレス加工により形成することができるため、アルミニウム合金板２の加工が煩雑となることもない。なお、シール剤３は、アルミニウム合金板２における鋼板１に対向する面、及び鋼板１におけるアルミニウム合金板２に対向する面の少なくとも一方の面に塗布すればよい。ただし、アルミニウム合金板２側に塗布するようにすると、凹部２１及び第１の貫通穴２ａを目視で確認することができる。したがって、凹部２１の内壁面を除く、第１の貫通穴２ａから離隔する領域に、第１の貫通穴２ａを囲むように塗布することができ、シール剤３を塗布する位置を容易に決定することができる。
【0035】
さらに、本実施形態においては、鋼板１と等しい主成分を有する溶接ワイヤを使用し、鋼板１とアルミニウム合金板２とを、鋼製のエレメント４を利用したアークスポット溶接により接合する。したがって、鋼材とアルミニウム合金材との異種金属が同時に溶融して脆弱な金属間化合物が生成されることがなく、鋼板１と等しい主成分を有する溶接金属が形成され、高強度の継手を得ることができる。さらに、溶接により得られた溶接金属５の周囲は、シール剤３によって完全に封止されているため、水分が溶接金属５や、鋼板１とアルミニウム合金板２との接触部分に侵入することを防止することができる。したがって、鋼板１とアルミニウム合金板２との間に腐食回路が形成されて、アルミニウム合金材に腐食が発生することを防止することができる。
【0036】
＜第２の実施形態＞
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の第２の実施形態に係る異種金属材の接合方法を工程順に示す断面図である。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、図１Ａ～図１Ｃに示す第１の実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付して、その説明を省略又は簡略化する。
図３Ａ及び図３Ｂは、本発明の第２の実施形態に係る異種金属材の接合方法を工程順に示す断面図である。図３Ａ及び図３Ｂにおいて、図１Ａ～図１Ｃに示す第１の実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付して、その説明を省略又は簡略化する。
【0037】
図３Ａに示すように、第２の実施形態では、凹部２１よりも第１の貫通穴２ａ側と、凹部２１よりもシール剤を塗布する側との間で段差が形成されるように、凹部２１をプレス加工する。すなわち、凹部２１は、第１の貫通穴２ａ側となる穴側壁部２１ａと、この穴側壁部に対向する側、すなわちシール剤側となるシール剤側壁部２１ｂとを有し、穴側壁部２１ａの方が、シール剤側壁部２１ｂよりも高くなるように、凹部２１を形成する。
その後、第１の実施形態と同様にして、凹部２１よりも外側の領域に、第１の貫通穴２ａを囲むように、アルミニウム合金板２の下面にシール剤３を塗布する。
その後、第１の実施形態と同様にして、凹部２１よりも外側の領域に、第１の貫通穴２ａを囲むように、アルミニウム合金板２の下面にシール剤３を塗布する。
【0038】
その後、図３Ｂに示すように、エレメント４の第２の貫通穴４ａと鋼板１における接合予定位置とが重なるように、アルミニウム合金板２を位置決めし、アルミニウム合金板２を鋼板１の上面に配置し、アルミニウム合金板２を鋼板１に向けて押圧する。その後、エレメント４の第２の貫通穴４ａを介してアーク溶接を実施し、鋼板１の一部及びエレメント４の少なくとも一部を溶融させるとともに、第２の貫通穴４ａを充填する溶接金属５を形成する。これにより、エレメント４と鋼板１とは、溶接により強固に溶接され、鋼板１とアルミニウム合金板２とが接合される。
【0039】
上記のような第２の実施形態に係る接合方法においても、上記第１の実施形態と同様に、溶接不良の発生及び溶接部における腐食を防止し、接合強度を向上させることができる。また、本実施形態においては、穴側壁部２１ａが、シール剤側壁部２１ｂよりも高くなるように形成されているため、アルミニウム合金板２を鋼板１上に配置したときに、シール剤を塗布する領域において、アルミニウム合金板２と鋼板１との間にギャップＧが形成される。したがって、シール剤３を、厚みを有する状態でアルミニウム合金板２と鋼板１との間配置することができ、シール剤３による水の侵入防止効果をより一層高めることができる。
【0040】
なお、本実施形態においては、アルミニウム合金板２の第１の貫通穴２ａが形成されている領域を鋼板１に接触するように配置するため、穴側壁部２１ａとシール剤側壁部２１ｂとの高さの差がギャップＧの距離となる。ギャップＧの距離は特に限定されないが、大きすぎると、アルミニウム合金板２と鋼板１との間のギャップＧを埋めるために、シール剤３の必要量が増加する。また、ギャップＧが小さすぎると、シール剤３の厚さを確保することが難しくなる。したがって、ギャップＧの距離は、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下となるようにプレス加工することが好ましい。
【0041】
＜第３の実施形態＞
図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の第３の実施形態に係る異種金属材の接合方法を工程順に示す断面図である。また、図５は、本発明の第３の実施形態に係る異種金属材の接合方法において使用されるアルミニウム合金板の形状を示す図面代用写真である。図４Ａ及び図４Ｂにおいて、図３Ａ及び図３Ｂに示す第２の実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付して、その説明を省略又は簡略化する。
図４Ａ及び図４Ｂは、本発明の第３の実施形態に係る異種金属材の接合方法を工程順に示す断面図である。また、図５は、本発明の第３の実施形態に係る異種金属材の接合方法において使用されるアルミニウム合金板の形状を示す図面代用写真である。図４Ａ及び図４Ｂにおいて、図３Ａ及び図３Ｂに示す第２の実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付して、その説明を省略又は簡略化する。
【0042】
第３の実施形態においても、第２の実施形態と同様に、穴側壁部２１ａの方が、シール剤側壁部２１ｂよりも高くなるように、凹部２１を形成している。また、図４Ｂ及び図５に示すように、アルミニウム合金板２を鋼板１上に配置したときに、アルミニウム合金板２の第１の貫通穴２ａを含む領域が鋼板１の表面から離隔するように、アルミニウム合金板２を加工している。すなわち、凹部２１における穴側壁部２１ａの先端に、凹部２１と反対の方向に突出する凸部６を形成しており、貫通穴２ａを含む領域は、凹部２１と同一の方向に窪んだ形状となる。したがって、アルミニウム合金板２を鋼板１上に配置したときに、第１の貫通穴２ａを含む領域と鋼板１との間に間隙部７が形成される。
【0043】
上記のような第３の実施形態に係る接合方法においても、上記第１の実施形態と同様に、溶接不良の発生及び溶接部における腐食を防止し、接合強度を向上させることができる。また、上記第２の実施形態と同様に、シール剤を塗布する領域において、アルミニウム合金板２と鋼板１との間にギャップＧが形成されるため、シール剤３を塗布する厚みを確保することができ、シール剤３による水の侵入防止効果をより一層高めることができる。
さらに、本実施形態においては、エレメント４の第２の貫通穴４ａの内部に対してアーク溶接を実施する際に、アルミニウム合金板２と鋼板１との間に間隙部７を有するため、アークの深い溶込みを得ることができ、より一層接合強度を向上させることができる。
さらに、本実施形態においては、エレメント４の第２の貫通穴４ａの内部に対してアーク溶接を実施する際に、アルミニウム合金板２と鋼板１との間に間隙部７を有するため、アークの深い溶込みを得ることができ、より一層接合強度を向上させることができる。
【0044】
なお、本実施形態においても、凸部６の先端を鋼板１に接触させるように配置するため、凹部２１における穴側壁部２１ａとシール剤側壁部２１ｂとの高さの差がギャップＧの距離となる。ギャップＧの好ましい距離は、上記したとおりである。
【0045】
＜第４の実施形態＞
図６は、本発明の第４の実施形態に係る異種金属材の接合方法により得られた継手を示す断面図である。図６に示す第４の実施形態において、図１Ａ～図１Ｃに示す第１の実施形態と異なる点は、エレメント４の有無と、上板及び下板の材質のみであるため、工程順に示す図は省略している。図６において、図１Ａ～図１Ｃに示す第２の実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付して、その説明を省略又は簡略化する。
図６は、本発明の第４の実施形態に係る異種金属材の接合方法により得られた継手を示す断面図である。図６に示す第４の実施形態において、図１Ａ～図１Ｃに示す第１の実施形態と異なる点は、エレメント４の有無と、上板及び下板の材質のみであるため、工程順に示す図は省略している。図６において、図１Ａ～図１Ｃに示す第２の実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付して、その説明を省略又は簡略化する。
【0046】
本実施形態においては、アルミニウム合金板３２を下板とし、鋼板３１を上板として、両者をエレメントアークスポット溶接により接合する。すなわち、鋼板３１におけるアルミニウム合金板３２との接合予定位置に、第１の貫通穴３１ａを形成するとともに、第１の貫通穴３１ａを囲むように、プレス加工により凹部２１を形成する。その後、第１の実施形態と同様に、上板側である鋼板３１のアルミニウム合金板３２に対向する面にシール剤３を塗布する。その後、図１Ｂに示すように、第１の貫通穴３１ａとアルミニウム合金板３２における接合予定位置とが重なるように、鋼板３１を位置決めし、鋼板３１をアルミニウム合金板３２の上面に配置する。
【0047】
その後、鋼板３１をアルミニウム合金板３２に向けて押圧し、シール剤３を鋼板３１とアルミニウム合金板３２に密着させる。なお、本実施形態においては、エレメント４を使用しない。
その後、第１の貫通穴３１ａを介して、アルミニウム合金製の溶接ワイヤ（図示せず）を使用してアーク溶接を実施し、アルミニウム合金板３２の一部を溶融させるとともに、第１の貫通穴３１ａを充填する溶接金属１５を形成する。このとき、鋼板３１の上面に、第１の貫通穴３１ａよりも大きい径を有する余盛１５ａを形成する。これにより、鋼板３１とアルミニウム合金板３２とを接合する。
その後、第１の貫通穴３１ａを介して、アルミニウム合金製の溶接ワイヤ（図示せず）を使用してアーク溶接を実施し、アルミニウム合金板３２の一部を溶融させるとともに、第１の貫通穴３１ａを充填する溶接金属１５を形成する。このとき、鋼板３１の上面に、第１の貫通穴３１ａよりも大きい径を有する余盛１５ａを形成する。これにより、鋼板３１とアルミニウム合金板３２とを接合する。
【0048】
上記第４の実施形態に示すように、上板及び下板の材質は特に限定されず、下板を、アルミニウム又はアルミニウム合金板及び鋼板のうちいずれか一方とし、上板を他方とすることができる。本実施形態においては、上板である鋼板３１に凹部２１を形成し、凹部２１の内壁面を除く凹部２１の外側に、シール剤３を塗布している。したがって、鋼板３１をアルミニウム合金板３２に向けて押圧した場合であっても、アークを発生させる箇所にシール剤が侵入することを防止することができ、第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。
また、本実施形態においては、エレメントを使用せず、下板であるアルミニウム合金板３２と同様の溶接材料を使用して、アルミニウム合金からなる溶接金属１５を形成している。したがって、溶接金属１５とアルミニウム合金板３２とは、溶接により強固に接合される。また、鋼板３１の上面に余盛１５ａを形成しており、この余盛１５ａが第１の実施形態におけるエレメント４の頭部４ｃに相当する。したがって、鋼板３１は溶接金属１５の余盛１５ａにより物理的に鋼板１に固定されるため、鋼板３１とアルミニウム合金板３２とが接合される。
また、本実施形態においては、エレメントを使用せず、下板であるアルミニウム合金板３２と同様の溶接材料を使用して、アルミニウム合金からなる溶接金属１５を形成している。したがって、溶接金属１５とアルミニウム合金板３２とは、溶接により強固に接合される。また、鋼板３１の上面に余盛１５ａを形成しており、この余盛１５ａが第１の実施形態におけるエレメント４の頭部４ｃに相当する。したがって、鋼板３１は溶接金属１５の余盛１５ａにより物理的に鋼板１に固定されるため、鋼板３１とアルミニウム合金板３２とが接合される。
【0049】
なお、第４の実施形態のように、アルミニウム合金板３２を下板とし、鋼板３１を上板とした場合であっても、アルミニウム合金製のエレメントを使用し、アルミニウム合金からなる溶接材料を使用して、アルミニウム合金板３２と鋼板３１とを接合することができる。ただし、アルミニウム合金製のエレメントは、溶接によりほぼ溶融するため、得られる継手の断面形状は、図６に示すものと同様の形状となる。
【0050】
また、第４の実施形態において、第２の実施形態と同様に、凹部２１における第１の貫通穴側の壁を、シール剤を塗布する側の壁よりも高くなるように形成し、シール剤を塗布する領域において、アルミニウム合金板３２と鋼板３１との間にギャップＧを形成してもよい。これにより、シール剤３を塗布する厚みを確保することができる。
さらに、アルミニウム合金板３２を下板とし、鋼板３１を上板として、エレメントを使用しない接合方法を採用する場合にも、第１の貫通穴３１ａを含む領域を、凹部２１と同一の方向に窪んだ形状とすることができる。このような構成とすると、鋼板３１をアルミニウム合金板３２上に配置したときに、第１の貫通穴３１ａを含む領域とアルミニウム合金板３２との間に間隙部７が形成され、アークの溶込みを深くすることができる。
さらに、アルミニウム合金板３２を下板とし、鋼板３１を上板として、エレメントを使用しない接合方法を採用する場合にも、第１の貫通穴３１ａを含む領域を、凹部２１と同一の方向に窪んだ形状とすることができる。このような構成とすると、鋼板３１をアルミニウム合金板３２上に配置したときに、第１の貫通穴３１ａを含む領域とアルミニウム合金板３２との間に間隙部７が形成され、アークの溶込みを深くすることができる。
【0051】
なお、第２～第４の実施形態において、第１の実施形態と同様に、シール剤３は、上板側に塗布しても、下板側に塗布しても、両方に塗布してもよい。ただし、上板の凹部２１の内壁面、又は下板における凹部２１に対向する領域にシール剤３を塗布すると、下板の上に上板を配置し、上板を下板に向けて押圧する前に、隙間２２の体積が小さい状態となる。したがって、上板を下板に向けて押圧した際に、シール剤３を凹部２１の隙間２２に留めることが困難となり、シール剤３が溶接部に侵入する可能性が生じる。したがって、シール剤３を下板側に塗布する場合に、凹部２１に対向する領域には塗布しないことが重要である。
【0052】
図７Ａは、上記第１の実施形態に適用することができるアルミニウム合金板の形状を示す平面図であり、図７Ｂは、図７ＡにおけるＡ－Ａ断面図であり、図７Ｃはその斜視図である。なお、図７Ａ及び図７Ｃは、鋼板１に対向する面を表している。
上記のとおり、アルミニウム合金板２における鋼板１に対向する面に凹部２１を形成しているため、シール剤がアークを発生させる領域に侵入することを防止することができる。なお、シール剤を塗布する領域は、凹部２１の内壁面を除き、凹部２１よりも外側の領域とし、第１の貫通穴２ａを囲むように塗布すればよい。例えば、凹部２１の近傍の領域Ａ１に塗布してもよいし、アルミニウム合金板２の４端面の近傍の領域Ａ２に塗布してもよい。
上記のとおり、アルミニウム合金板２における鋼板１に対向する面に凹部２１を形成しているため、シール剤がアークを発生させる領域に侵入することを防止することができる。なお、シール剤を塗布する領域は、凹部２１の内壁面を除き、凹部２１よりも外側の領域とし、第１の貫通穴２ａを囲むように塗布すればよい。例えば、凹部２１の近傍の領域Ａ１に塗布してもよいし、アルミニウム合金板２の４端面の近傍の領域Ａ２に塗布してもよい。
【0053】
図８Ａは、断面形状がハット型である鋼板を使用し、第４の実施形態を適用して得られた継手を示す上面図であり、図８Ｂは、図８ＡにおけるＢ－Ｂ断面図であり、図８Ｃはその斜視図である。なお、図８Ａ～図８Ｃは、上記第３の実施形態に示された上板形状を採用し、下板をアルミニウム合金板、上板を鋼板として、エレメントを使用しない方法で接合した例を表している。図８Ａ～図８Ｃにおいて、図４Ａ及び図４Ｂに示す第３の実施形態と同一又は同等部分については、図面に同一符号を付して、その説明を省略又は簡略化する。
【0054】
図８Ａ～図８Ｃに示すように、鋼板４１には、長手方向に延びるリブ４３が形成されており、その断面形状がハット型となっている。また、リブ４３の両側方に、複数の第１の貫通穴４１ａを設けている。なお、図８Ａには、破線及び一点鎖線でシール剤を塗布する領域Ａ３、Ａ４を示しているが、図８Ａに示す領域Ａ３、Ａ４は、鋼板４１の上面ではなく、アルミニウム合金板４２に対向する面とする。
このように、同一平面上に複数の第１の貫通穴４１ａを設けた場合であっても、シール剤を塗布する領域は、凹部２１の内壁面を除き、凹部２１よりも外側の領域とし、少なくとも１つの第１の貫通穴２ａを囲むような領域であればよい。例えば、各凹部２１の外側に、それぞれの凹部２１を囲む領域Ａ３に塗布してもよいし、同一平面上に設けられた全ての凹部２１を囲むような領域Ａ４に塗布してもよい。
このように、同一平面上に複数の第１の貫通穴４１ａを設けた場合であっても、シール剤を塗布する領域は、凹部２１の内壁面を除き、凹部２１よりも外側の領域とし、少なくとも１つの第１の貫通穴２ａを囲むような領域であればよい。例えば、各凹部２１の外側に、それぞれの凹部２１を囲む領域Ａ３に塗布してもよいし、同一平面上に設けられた全ての凹部２１を囲むような領域Ａ４に塗布してもよい。
【符号の説明】
【0055】
１，３１，４１，５１，６１ 鋼板（下板）
２，３２，４２，５２，６２ アルミニウム合金板（上板）
２ａ，３１ａ，４１ａ，５１ａ 第１の貫通穴
３，５３ シール剤
４ エレメント
４ａ 第２の貫通穴
５，１５ 溶接金属
６ 凸部
７ 間隙部
２１ 凹部
２２ 隙間
２，３２，４２，５２，６２ アルミニウム合金板（上板）
２ａ，３１ａ，４１ａ，５１ａ 第１の貫通穴
３，５３ シール剤
４ エレメント
４ａ 第２の貫通穴
５，１５ 溶接金属
６ 凸部
７ 間隙部
２１ 凹部
２２ 隙間
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2】
【図3A】
【図3B】
【図4A】
【図4B】
【図5】
【図6】
【図7A】
【図7B】
【図7C】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9A】
【図9B】
【図9C】
【図10A】
【図10B】
【図10C】
【図11】
