(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】P2023163882
(43)【公開日】2023-11-10
(54)【発明の名称】異種金属材の接合方法及び接合継手
(51)【国際特許分類】
B23K 9/23 20060101AFI20231102BHJP
B23K 9/007 20060101ALI20231102BHJP
B23K 9/235 20060101ALI20231102BHJP
B23K 9/02 20060101ALI20231102BHJP
【ＦＩ】
B23K9/23 H
B23K9/007
B23K9/235 Z
B23K9/02 M
【審査請求】未請求
【請求項の数】17
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2022075088
(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
【テーマコード（参考）】
4E001
4E081
【Ｆターム（参考）】
4E001AA04
4E001BB07
4E001BB08
4E001BB11
4E001CA02
4E001CB01
4E001DD02
4E001DD04
4E001EA04
4E081BA02
4E081BA08
4E081BA16
4E081BA40
4E081DA06
(57)【要約】
【課題】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、及び上記接合方法により接合された異種金属材の接合継手を提供する。
【解決手段】異種金属材の接合方法は、鋼板（第１板材）１と、鋼板１の厚さ方向に直交する面上に、第１の貫通穴２ａを有するアルミニウム合金板（第２板材）２を配置する工程と、第２の貫通穴４ａを有するエレメント４を第１の貫通穴２ａに挿入する工程と、アークスポット溶接により、鋼板１の一部及びエレメント４の一部を溶融させるとともに、鋼板１と等しい主成分を有する溶接金属５を形成する工程と、を有する。溶接金属５を形成する工程の前に、アルミニウム合金板２の鋼板１に対向する面における、少なくとも第１の貫通穴２ａを囲む領域と、鋼板１のアルミニウム合金板２に対向する面との間に、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の空隙部７を形成する。
【選択図】図２
【解決手段】異種金属材の接合方法は、鋼板（第１板材）１と、鋼板１の厚さ方向に直交する面上に、第１の貫通穴２ａを有するアルミニウム合金板（第２板材）２を配置する工程と、第２の貫通穴４ａを有するエレメント４を第１の貫通穴２ａに挿入する工程と、アークスポット溶接により、鋼板１の一部及びエレメント４の一部を溶融させるとともに、鋼板１と等しい主成分を有する溶接金属５を形成する工程と、を有する。溶接金属５を形成する工程の前に、アルミニウム合金板２の鋼板１に対向する面における、少なくとも第１の貫通穴２ａを囲む領域と、鋼板１のアルミニウム合金板２に対向する面との間に、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の空隙部７を形成する。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１板材と、前記第１板材の厚さ方向に直交する面上に、前記第１板材と異なる材質からなり、第１の貫通穴を有する第２板材を配置する工程と、
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第１板材の一部を溶融させるとともに、前記第１板材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、
前記溶接金属を形成する工程の前に、前記第２板材の前記第１板材に対向する面における、少なくとも前記第１の貫通穴を囲む領域と、前記第１板材の前記第２板材に対向する面との間に、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の空隙部を形成する工程を有す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第１板材の一部を溶融させるとともに、前記第１板材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、
前記溶接金属を形成する工程の前に、前記第２板材の前記第１板材に対向する面における、少なくとも前記第１の貫通穴を囲む領域と、前記第１板材の前記第２板材に対向する面との間に、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の空隙部を形成する工程を有す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、前記第２板材の上面に前記第１の貫通穴の径よりも大きい径を有する余盛を形成し、前記第１板材と前記第２板材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、前記第１板材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、前記第１板材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】
前記溶接金属を形成する工程において、前記第２板材の前記第１板材に対向する面と、前記エレメントの前記第１板材に対向する面とは、略同一面上となることを特徴とする、請求項３に記載の異種金属材の接合方法。
【請求項5】
前記空隙部を形成する工程は、
前記第１板材と前記第２板材との間における、前記空隙部を形成する領域を除く位置にスペーサを配置する工程と、
前記第１板材の厚さ方向に直交する面上に、前記第２板材を配置する工程と、を有し、
前記第２板材を配置する工程により、前記スペーサが配置されていない領域に、前記空隙部が形成されることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の異種金属材の接合方法。
前記第１板材と前記第２板材との間における、前記空隙部を形成する領域を除く位置にスペーサを配置する工程と、
前記第１板材の厚さ方向に直交する面上に、前記第２板材を配置する工程と、を有し、
前記第２板材を配置する工程により、前記スペーサが配置されていない領域に、前記空隙部が形成されることを特徴とする、請求項１～４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】
前記空隙部を形成する工程は、
前記第１板材及び前記第２板材の少なくとも一方の板材における、前記空隙部を形成する領域を含む位置に、他方の板材から離隔する形状の凹部を形成する工程と、
前記第１板材の厚さ方向に直交する面上に、前記第２板材を配置する工程と、を有し、
前記第２板材を配置する工程により、前記凹部が形成された領域に、前記空隙部が形成されることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の異種金属材の接合方法。
前記第１板材及び前記第２板材の少なくとも一方の板材における、前記空隙部を形成する領域を含む位置に、他方の板材から離隔する形状の凹部を形成する工程と、
前記第１板材の厚さ方向に直交する面上に、前記第２板材を配置する工程と、を有し、
前記第２板材を配置する工程により、前記凹部が形成された領域に、前記空隙部が形成されることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の異種金属材の接合方法。
【請求項7】
前記空隙部を形成する工程は、
前記第１板材及び前記第２板材の少なくとも一方の板材における、前記空隙部を形成する領域を除く位置に、他方の板材に向かって突出する形状の凸部を形成する工程と、
前記第１板材の厚さ方向に直交する面上に、前記第２板材を配置する工程と、を有し、
前記第２板材を配置する工程により、前記凸部が形成されていない領域に、前記空隙部が形成されることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の異種金属材の接合方法。
前記第１板材及び前記第２板材の少なくとも一方の板材における、前記空隙部を形成する領域を除く位置に、他方の板材に向かって突出する形状の凸部を形成する工程と、
前記第１板材の厚さ方向に直交する面上に、前記第２板材を配置する工程と、を有し、
前記第２板材を配置する工程により、前記凸部が形成されていない領域に、前記空隙部が形成されることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の異種金属材の接合方法。
【請求項8】
前記第１板材を、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、前記第２板材を、他方とすることを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の異種金属材の接合方法。
【請求項9】
前記溶接金属を形成する工程において、前記第１板材における前記第２板材に対向する面と反対側の面まで溶融させて、裏波を形成し、
前記溶接金属を形成する工程の後に、前記裏波の大きさを測定するとともに、前記第２板材と前記第１板材との接合強度を測定して、前記裏波の大きさと前記接合強度との関係を求め、
前記第２板材と前記第１板材との間の空隙部の間隔に基づき、前記接合強度を予測することを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の異種金属材の接合方法。
前記溶接金属を形成する工程の後に、前記裏波の大きさを測定するとともに、前記第２板材と前記第１板材との接合強度を測定して、前記裏波の大きさと前記接合強度との関係を求め、
前記第２板材と前記第１板材との間の空隙部の間隔に基づき、前記接合強度を予測することを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の異種金属材の接合方法。
【請求項10】
予備試験用第１板材と、貫通穴を有する予備試験用第２板材とを準備し、
前記溶接金属を形成する工程の前に、
前記予備試験用第１板材と前記予備試験用第２板材との間に予備試験用空隙部を形成し、前記溶接金属を形成する工程と同一の方法で、予備溶接試験を実施する工程を有し、
前記予備溶接試験は、前記予備試験用第１板材における前記予備試験用第２板材に対向する面と反対側の面まで溶融させて、裏波を形成する工程と、前記裏波の大きさを測定するとともに、前記予備試験用第１板材と前記予備試験用第２板材との接合強度を測定する工程とを、前記予備試験用空隙部を異なる間隔に設定して複数回実施して、前記予備試験用空隙部の間隔と前記接合強度との関係を求めるものであり、
前記関係に基づき、必要とする接合強度となる前記予備試験用空隙部の間隔を選択した後に、前記選択した間隔の空隙部を形成する工程を実施することを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の異種金属材の接合方法。
前記溶接金属を形成する工程の前に、
前記予備試験用第１板材と前記予備試験用第２板材との間に予備試験用空隙部を形成し、前記溶接金属を形成する工程と同一の方法で、予備溶接試験を実施する工程を有し、
前記予備溶接試験は、前記予備試験用第１板材における前記予備試験用第２板材に対向する面と反対側の面まで溶融させて、裏波を形成する工程と、前記裏波の大きさを測定するとともに、前記予備試験用第１板材と前記予備試験用第２板材との接合強度を測定する工程とを、前記予備試験用空隙部を異なる間隔に設定して複数回実施して、前記予備試験用空隙部の間隔と前記接合強度との関係を求めるものであり、
前記関係に基づき、必要とする接合強度となる前記予備試験用空隙部の間隔を選択した後に、前記選択した間隔の空隙部を形成する工程を実施することを特徴とする、請求項１～４のいずれか１項に記載の異種金属材の接合方法。
【請求項11】
第１板材と、
第１の貫通穴を有する第２板材と、
前記第１板材の一部を含み、前記第１の貫通穴を充填するとともに、前記第２板材における前記第１板材に対向する面と反対側の面上に前記第１の貫通穴よりも大きい径の余盛を有する溶接金属と、を有し、
前記第１板材と前記第２板材との間の少なくとも前記溶接金属の周囲において、前記第１板材と前記第２板材とが離隔して空隙部が形成されており、前記空隙部の間隔は０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることを特徴とする、異種金属材の接合継手。
第１の貫通穴を有する第２板材と、
前記第１板材の一部を含み、前記第１の貫通穴を充填するとともに、前記第２板材における前記第１板材に対向する面と反対側の面上に前記第１の貫通穴よりも大きい径の余盛を有する溶接金属と、を有し、
前記第１板材と前記第２板材との間の少なくとも前記溶接金属の周囲において、前記第１板材と前記第２板材とが離隔して空隙部が形成されており、前記空隙部の間隔は０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることを特徴とする、異種金属材の接合継手。
【請求項12】
第１板材と、
第１の貫通穴を有する第２板材と、
前記第１の貫通穴に挿入された、第２の貫通穴を有するエレメントと、
前記第１板材の一部及び前記エレメントの一部を含み、前記第２の貫通穴の内部に形成された溶接金属と、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、
前記第１板材と前記第２板材との間の少なくとも前記溶接金属の周囲において、前記第１板材と前記第２板材とが離隔して空隙部が形成されており、前記空隙部の間隔は０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることを特徴とする、異種金属材の接合継手。
第１の貫通穴を有する第２板材と、
前記第１の貫通穴に挿入された、第２の貫通穴を有するエレメントと、
前記第１板材の一部及び前記エレメントの一部を含み、前記第２の貫通穴の内部に形成された溶接金属と、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、
前記第１板材と前記第２板材との間の少なくとも前記溶接金属の周囲において、前記第１板材と前記第２板材とが離隔して空隙部が形成されており、前記空隙部の間隔は０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることを特徴とする、異種金属材の接合継手。
【請求項13】
少なくとも前記空隙部及び前記溶接金属を除く領域における前記第１板材と前記第２板材との間に、スペーサが配置されていることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の異種金属材の接合継手。
【請求項14】
少なくとも前記空隙部及び前記溶接金属を含む領域における前記第１板材及び前記第２板材の少なくとも一方の板材に、他方の板材から離隔する形状の凹部が形成されていることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の異種金属材の接合継手。
【請求項15】
少なくとも前記空隙部及び前記溶接金属を除く領域における前記第１板材及び前記第２板材の少なくとも一方の板材に、他方の板材に向かって突出する形状の凸部が形成されていることを特徴とする、請求項１１又は１２に記載の異種金属材の接合継手。
【請求項16】
前記凸部は、前記第２板材に、前記第１の貫通穴を囲むように形成されているとともに、
前記凸部に対して前記第１の貫通穴と反対側の領域に、前記凸部を囲むように前記第１板材から離隔する形状の凹部が形成されており、
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外側壁部と、を有し、
前記穴側壁部の方が、前記外側壁部よりも高いことを特徴とする、請求項１５に記載の異種金属材の接合継手。
前記凸部に対して前記第１の貫通穴と反対側の領域に、前記凸部を囲むように前記第１板材から離隔する形状の凹部が形成されており、
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外側壁部と、を有し、
前記穴側壁部の方が、前記外側壁部よりも高いことを特徴とする、請求項１５に記載の異種金属材の接合継手。
【請求項17】
前記凸部に対して前記第１の貫通穴と反対側の領域に、前記第１板材と前記第２板材との間の隙間を埋めるシール剤を有することを特徴とする、請求項１６に記載の異種金属材の接合継手。
【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、及び上記接合方法により接合された異種金属材の接合継手に関する。
【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、鋼及び上記軽量素材を第２板材と第１板材として組み合わせて接合する方法として、アルミニウム合金もしくはマグネシウム合金製の第１板材と、鋼製の第２板材と、を接合する異材接合用アークスポット溶接法が、特許文献１に開示されている。上記特許文献１に記載のアークスポット溶接法は、第１板材に穴を空ける工程と、第１板材と第２板材を重ね合わせる工程と、挿入部と非挿入部とを持った段付きの外形形状を有し、且つ、挿入部及び非挿入部を貫通する中空部が形成される鋼製の接合補助部材を、第１板材に設けられた穴に挿入する工程と、所定の手法によって、接合補助部材の中空部を溶接金属で充填すると共に、第２板材及び接合補助部材を溶接する工程と、を有する方法である。そして、上記溶接法により、強固かつ信頼性の高い品質で接合できることが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特開２０１８－０３４１６４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、第１板材に設けられた穴に接合補助部材を挿入し、接合補助部材の中空部を溶接金属で充填すると共に、第２板材及び接合補助部材を溶接する上記接合方法では、所望の接合強度を得られないことがある。特に、狭隘な領域での接合が要求される場合に、第１板材に設ける穴は小さくせざるを得ない。したがって、この穴に挿入する接合補助部材の中空部はさらに小さくなり、接合部の面積は極めて狭くなるため、第１板材に十分な大きさで穴を設ける場合と比較して接合強度が低下する。
【0006】
本発明は、かかる問題点を鑑みてなされたものであって、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、及び上記接合方法により接合された異種金属材の接合継手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】
【0007】
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。
【0008】
［１］ 第１板材と、上記第１板材の厚さ方向に直交する面上に、上記第１板材と異なる材質からなり、第１の貫通穴を有する第２板材を配置する工程と、
アークスポット溶接により、上記第１の貫通穴を介して上記第１板材の一部を溶融させるとともに、上記第１板材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、
上記溶接金属を形成する工程の前に、上記第２板材の上記第１板材に対向する面における、少なくとも上記第１の貫通穴を囲む領域と、上記第１板材の上記第２板材に対向する面との間に、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の空隙部を形成する工程を有す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、上記第１の貫通穴を介して上記第１板材の一部を溶融させるとともに、上記第１板材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、
上記溶接金属を形成する工程の前に、上記第２板材の上記第１板材に対向する面における、少なくとも上記第１の貫通穴を囲む領域と、上記第１板材の上記第２板材に対向する面との間に、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下の空隙部を形成する工程を有することを特徴とする、異種金属材の接合方法。
【0009】
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］～［１０］に関する。
【0010】
［２］ 上記溶接金属を形成する工程において、上記第１の貫通穴を充填するとともに、上記第２板材の上面に上記第１の貫通穴の径よりも大きい径を有する余盛を形成し、上記第１板材と上記第２板材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。
【0011】
［３］ 上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上記第１の貫通穴に挿入する工程を有し、
上記エレメントは、上記第２の貫通穴の軸方向一端側に形成され上記第１の貫通穴に挿入可能の径を有する挿入部と、上記第２の貫通穴の軸方向他端側に形成され上記第１の貫通穴の径よりも大きい径を有する頭部と、を有し、
上記溶接金属を形成する工程において、上記第１板材の一部及び上記エレメントの少なくとも一部を溶融させるとともに、上記第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上記第１の貫通穴に挿入する工程を有し、
上記エレメントは、上記第２の貫通穴の軸方向一端側に形成され上記第１の貫通穴に挿入可能の径を有する挿入部と、上記第２の貫通穴の軸方向他端側に形成され上記第１の貫通穴の径よりも大きい径を有する頭部と、を有し、
上記溶接金属を形成する工程において、上記第１板材の一部及び上記エレメントの少なくとも一部を溶融させるとともに、上記第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。
【0012】
［４］ 上記溶接金属を形成する工程において、上記第２板材の上記第１板材に対向する面と、上記エレメントの上記第１板材に対向する面とは、略同一面上となることを特徴とする、［３］に記載の異種金属材の接合方法。
【0013】
［５］ 上記空隙部を形成する工程は、
上記第１板材と上記第２板材との間における、上記空隙部を形成する領域を除く位置にスペーサを配置する工程と、
上記第１板材の厚さ方向に直交する面上に、上記第２板材を配置する工程と、を有し、
上記第２板材を配置する工程により、上記スペーサが配置されていない領域に、上記空隙部が形成され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。
上記第１板材と上記第２板材との間における、上記空隙部を形成する領域を除く位置にスペーサを配置する工程と、
上記第１板材の厚さ方向に直交する面上に、上記第２板材を配置する工程と、を有し、
上記第２板材を配置する工程により、上記スペーサが配置されていない領域に、上記空隙部が形成され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。
【0014】
［６］ 上記空隙部を形成する工程は、
上記第１板材及び上記第２板材の少なくとも一方の板材における、上記空隙部を形成する領域を含む位置に、他方の板材から離隔する形状の凹部を形成する工程と、
上記第１板材の厚さ方向に直交する面上に、上記第２板材を配置する工程と、を有し、
上記第２板材を配置する工程により、上記凹部が形成された領域に、上記空隙部が形成され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。
上記第１板材及び上記第２板材の少なくとも一方の板材における、上記空隙部を形成する領域を含む位置に、他方の板材から離隔する形状の凹部を形成する工程と、
上記第１板材の厚さ方向に直交する面上に、上記第２板材を配置する工程と、を有し、
上記第２板材を配置する工程により、上記凹部が形成された領域に、上記空隙部が形成され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。
【0015】
［７］ 上記空隙部を形成する工程は、
上記第１板材及び上記第２板材の少なくとも一方の板材における、上記空隙部を形成する領域を除く位置に、他方の板材に向かって突出する形状の凸部を形成する工程と、
上記第１板材の厚さ方向に直交する面上に、上記第２板材を配置する工程と、を有し、
上記第２板材を配置する工程により、上記凸部が形成されていない領域に、上記空隙部が形成され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。
上記第１板材及び上記第２板材の少なくとも一方の板材における、上記空隙部を形成する領域を除く位置に、他方の板材に向かって突出する形状の凸部を形成する工程と、
上記第１板材の厚さ方向に直交する面上に、上記第２板材を配置する工程と、を有し、
上記第２板材を配置する工程により、上記凸部が形成されていない領域に、上記空隙部が形成され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。
【0016】
［８］ 上記第１板材を、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、上記第２板材を、他方とすることを特徴とする、［１］～［７］のいずれか１つに記載の異種金属材の接合方法。
【0017】
［９］ 上記溶接金属を形成する工程において、上記第１板材における上記第２板材に対向する面と反対側の面まで溶融させて、裏波を形成し、
上記溶接金属を形成する工程の後に、上記裏波の大きさを測定するとともに、上記第２板材と上記第１板材との接合強度を測定して、上記裏波の大きさと上記接合強度との関係を求め、
上記第２板材と上記第１板材との間の空隙部の間隔に基づき、上記接合強度を予測することを特徴とする、［１］～［８］のいずれか１つに記載の異種金属材の接合方法。
上記溶接金属を形成する工程の後に、上記裏波の大きさを測定するとともに、上記第２板材と上記第１板材との接合強度を測定して、上記裏波の大きさと上記接合強度との関係を求め、
上記第２板材と上記第１板材との間の空隙部の間隔に基づき、上記接合強度を予測することを特徴とする、［１］～［８］のいずれか１つに記載の異種金属材の接合方法。
【0018】
［１０］ 予備試験用第１板材と、貫通穴を有する予備試験用第２板材とを準備し、
上記溶接金属を形成する工程の前に、
上記予備試験用第１板材と上記予備試験用第２板材との間に予備試験用空隙部を形成し、上記溶接金属を形成する工程と同一の方法で、予備溶接試験を実施する工程を有し、
上記予備溶接試験は、上記予備試験用第１板材における上記予備試験用第２板材に対向する面と反対側の面まで溶融させて、裏波を形成する工程と、上記裏波の大きさを測定するとともに、上記予備試験用第１板材と上記予備試験用第２板材との接合強度を測定する工程とを、上記予備試験用空隙部を異なる間隔に設定して複数回実施して、上記予備試験用空隙部の間隔と上記接合強度との関係を求めるものであり、
上記関係に基づき、必要とする接合強度となる上記予備試験用空隙部の間隔を選択した後に、上記選択した間隔の空隙部を形成する工程を実施することを特徴とする、［１］～［８］のいずれか１つに記載の異種金属材の接合方法。
上記溶接金属を形成する工程の前に、
上記予備試験用第１板材と上記予備試験用第２板材との間に予備試験用空隙部を形成し、上記溶接金属を形成する工程と同一の方法で、予備溶接試験を実施する工程を有し、
上記予備溶接試験は、上記予備試験用第１板材における上記予備試験用第２板材に対向する面と反対側の面まで溶融させて、裏波を形成する工程と、上記裏波の大きさを測定するとともに、上記予備試験用第１板材と上記予備試験用第２板材との接合強度を測定する工程とを、上記予備試験用空隙部を異なる間隔に設定して複数回実施して、上記予備試験用空隙部の間隔と上記接合強度との関係を求めるものであり、
上記関係に基づき、必要とする接合強度となる上記予備試験用空隙部の間隔を選択した後に、上記選択した間隔の空隙部を形成する工程を実施することを特徴とする、［１］～［８］のいずれか１つに記載の異種金属材の接合方法。
【0019】
本発明の上記目的は、異種金属材の接合継手に係る下記［１１］及び［１２］の構成により達成される。
【0020】
［１１］ 第１板材と、
第１の貫通穴を有する第２板材と、
上記第１板材の一部を含み、上記第１の貫通穴を充填するとともに、上記第２板材における上記第１板材に対向する面と反対側の面上に上記第１の貫通穴よりも大きい径の余盛を有する溶接金属と、を有し、
上記第１板材と上記第２板材との間の少なくとも上記溶接金属の周囲において、上記第１板材と上記第２板材とが離隔して空隙部が形成されており、上記空隙部の間隔は０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることを特徴とする、異種金属材の接合継手。
第１の貫通穴を有する第２板材と、
上記第１板材の一部を含み、上記第１の貫通穴を充填するとともに、上記第２板材における上記第１板材に対向する面と反対側の面上に上記第１の貫通穴よりも大きい径の余盛を有する溶接金属と、を有し、
上記第１板材と上記第２板材との間の少なくとも上記溶接金属の周囲において、上記第１板材と上記第２板材とが離隔して空隙部が形成されており、上記空隙部の間隔は０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることを特徴とする、異種金属材の接合継手。
【0021】
［１２］ 第１板材と、
第１の貫通穴を有する第２板材と、
上記第１の貫通穴に挿入された、第２の貫通穴を有するエレメントと、
上記第１板材の一部及び上記エレメントの一部を含み、上記第２の貫通穴の内部に形成された溶接金属と、を有し、
上記エレメントは、上記第２の貫通穴の軸方向一端側に形成され上記第１の貫通穴に挿入可能の径を有する挿入部と、上記第２の貫通穴の軸方向他端側に形成され上記第１の貫通穴の径よりも大きい径を有する頭部と、を有し、
上記第１板材と上記第２板材との間の少なくとも上記溶接金属の周囲において、上記第１板材と上記第２板材とが離隔して空隙部が形成されており、上記空隙部の間隔は０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることを特徴とする、異種金属材の接合継手。
第１の貫通穴を有する第２板材と、
上記第１の貫通穴に挿入された、第２の貫通穴を有するエレメントと、
上記第１板材の一部及び上記エレメントの一部を含み、上記第２の貫通穴の内部に形成された溶接金属と、を有し、
上記エレメントは、上記第２の貫通穴の軸方向一端側に形成され上記第１の貫通穴に挿入可能の径を有する挿入部と、上記第２の貫通穴の軸方向他端側に形成され上記第１の貫通穴の径よりも大きい径を有する頭部と、を有し、
上記第１板材と上記第２板材との間の少なくとも上記溶接金属の周囲において、上記第１板材と上記第２板材とが離隔して空隙部が形成されており、上記空隙部の間隔は０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下であることを特徴とする、異種金属材の接合継手。
【0022】
また、異種金属材の接合継手に係る本発明の好ましい実施形態は、以下の［１３］～［７］に関する。
【0023】
［１３］ 少なくとも上記空隙部及び上記溶接金属を除く領域における上記第１板材と上記第２板材との間に、スペーサが配置されていることを特徴とする、［１１］又は［１２］に記載の異種金属材の接合継手。
【0024】
［１４］ 少なくとも上記空隙部及び上記溶接金属を含む領域における上記第１板材及び上記第２板材の少なくとも一方の板材に、他方の板材から離隔する形状の凹部が形成されていることを特徴とする、［１１］又は［１２］に記載の異種金属材の接合継手。
【0025】
［１５］ 少なくとも上記空隙部及び上記溶接金属を除く領域における上記第１板材及び上記第２板材の少なくとも一方の板材に、他方の板材に向かって突出する形状の凸部が形成されていることを特徴とする、［１１］又は［１２］に記載の異種金属材の接合継手。
【0026】
［１６］ 上記凸部は、上記第２板材に、上記第１の貫通穴を囲むように形成されているとともに、
上記凸部に対して上記第１の貫通穴と反対側の領域に、上記凸部を囲むように上記第１板材から離隔する形状の凹部が形成されており、
上記凹部は、上記第１の貫通穴側となる穴側壁部と、上記穴側壁部に対向する外側壁部と、を有し、
上記穴側壁部の方が、上記外側壁部よりも高いことを特徴とする、［１５］に記載の異種金属材の接合継手。
上記凸部に対して上記第１の貫通穴と反対側の領域に、上記凸部を囲むように上記第１板材から離隔する形状の凹部が形成されており、
上記凹部は、上記第１の貫通穴側となる穴側壁部と、上記穴側壁部に対向する外側壁部と、を有し、
上記穴側壁部の方が、上記外側壁部よりも高いことを特徴とする、［１５］に記載の異種金属材の接合継手。
【0027】
［１７］ 上記凸部に対して上記第１の貫通穴と反対側の領域に、上記第１板材と上記第２板材との間の隙間を埋めるシール剤を有することを特徴とする、［１６］に記載の異種金属材の接合継手。
【発明の効果】
【0028】
本発明によれば、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、及び上記接合方法により接合された異種金属材の接合継手を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0029】
【発明を実施するための形態】
【0030】
本願発明者は、異種金属材の接合において、従来よりも接合強度を向上させることができるアーク溶接方法について、種々検討を行った。まず、異種材料からなる下板と上板とを、上板に設けられた穴を介して下板を溶融させるとともに、穴を充填する溶接金属を形成する方法により接合した場合に、所望の強度が得られない原因について検討した。
その結果、上板に設けられた穴の内径は、下板と上板との接合強度に大きく影響することを見出した。すなわち、穴の内径が大きい場合には、アークが十分に広がり、下板と上板との接合界面におけるナゲット径が大きくなるため、十分な接合強度を得ることができる。一方、穴の内径が小さい場合には、穴の内壁によってアークの広がりが阻害されるため、ナゲット径が小さくなり、接合強度が低下する。
その結果、上板に設けられた穴の内径は、下板と上板との接合強度に大きく影響することを見出した。すなわち、穴の内径が大きい場合には、アークが十分に広がり、下板と上板との接合界面におけるナゲット径が大きくなるため、十分な接合強度を得ることができる。一方、穴の内径が小さい場合には、穴の内壁によってアークの広がりが阻害されるため、ナゲット径が小さくなり、接合強度が低下する。
【0031】
次に、本願発明者は、接合強度を向上させるために、ナゲット径を大きくする方法について検討した。接合部の領域として、十分な広さが確保できる場合には、単に上板に設ける穴の内径を大きくすればよい。しかし、上述のとおり、狭隘な領域での接合が要求される場合に、穴の内径を大きくすることができない。そこで、本願発明者は、上板における穴の周縁部において、下板と上板との間に適切な間隔で空隙部が存在すれば、穴の内径が小さい場合であっても、アークの広がりを十分に確保することができ、その結果、ナゲット径が大きくなって、接合強度を向上させることができることを見出した。
【0032】
また、本願発明者は、溶接後に形成される裏波の大きさとナゲット径との間、及びナゲット径と接合強度との間に相関性があることを見出した。すなわち、裏波の大きさを測定することにより、接合強度を予測することができるため、最適な空隙部の間隔を選択することができる。
本発明は、これら知見に基づいてなされたものである。
本発明は、これら知見に基づいてなされたものである。
【0033】
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、図面を参照して詳細に説明する。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。
【0034】
［異種金属材の接合方法］
＜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断面図である。本実施形態は、鋼板（第１板材）１と、アルミニウム合金板（第２板材）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。
＜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断面図である。本実施形態は、鋼板（第１板材）１と、アルミニウム合金板（第２板材）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。
【0035】
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。また、本実施形態においては、鋼板１とアルミニウム合金板２との間における第１の貫通穴２ａの周縁部に空隙部７を形成する。したがって、鋼板１とアルミニウム合金板２との間における、空隙部を形成する領域を除く位置に、スペーサ３を配置する。スペーサ３としては、薄い板状部材を所望の厚さとなるように複数枚重ねたものを使用してもよいし、樹脂剤等を鋼板１又はアルミニウム合金板２の所定の位置に塗布してもよい。板状部材を使用する場合に、その形状は、空隙部を形成する領域に穴を有する環状の板状部材でもよいし、空隙部を形成する領域を除く部分に載置可能な任意の形状の複数の板状部材でもよい。樹脂剤等を塗布する場合に、その位置は特に限定されず、所望の領域に空隙部７が形成されるように塗布すればよい。
【0036】
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。
【0037】
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。このようにして、アルミニウム合金板２の下面、すなわち鋼板１に対向する面と、鋼板１の上面、すなわちアルミニウム合金板２に対向する面との間に、空隙部７を形成する。具体的に、空隙部７は、アルミニウム合金板２の下面における少なくとも第１の貫通穴を囲む面と、鋼板１の上面との間に形成される。また、鋼板１とアルミニウム合金板２との間隔Ｇ１が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下となるように、空隙部７を形成する。
【0038】
その後、図１Ｃに示すように、エレメント４の上方に、不図示の溶接トーチに保持された鋼製の溶接ワイヤ９を配置し、溶接トーチの先端に設けられたガスノズル８からシールドガスを流しつつ、溶接ワイヤ９に電流を流し、アーク１１を発生させる。
【0039】
これにより、図２に示すように、第１の貫通穴２ａに挿入されたエレメント４の第２の貫通穴４ａを介して、溶接ワイヤ９を溶融させるとともに、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。これにより、前記第２の貫通穴４ａを充填し、鋼板１と等しい主成分を有する溶接金属５が形成される。
【0040】
本実施形態においては、エレメント４、鋼板１及び溶接金属５が全て等しい主成分を有するものであるため、これらが溶接により強固に固定される。また、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。したがって、鋼板１とアルミニウム合金板２とが高強度で接合された接合継手２０を得ることができる。
【0041】
ここで、比較のため、鋼板１とアルミニウム合金板２との間隔Ｇ１が０ｍｍの場合、すなわち鋼板１とアルミニウム合金板２とを接触させて配置した場合のアークの広がりについて、図面を用いて説明する。図３は、第１の実施形態に対して、鋼板１とアルミニウム合金板２との間隔Ｇ１を０ｍｍとした場合のアークの状態を示す断面図である。図３において、図１Ｃと同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【0042】
図３に示すように、鋼板１とアルミニウム合金板２とが接触した状態であると、第２の貫通穴４ａの内壁によってアーク１１の広がりが阻害される。
【0043】
一方、上記のような第１の実施形態に係る接合方法によると、空隙部７における鋼板１とアルミニウム合金板２との間隔Ｇ１が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下となるように、スペーサ３を配置している。したがって、アーク１１が十分に広がり、十分な大きさの裏波１２が形成される。また、鋼板１とアルミニウム合金板２との接合界面におけるナゲット径Ｎ１を、上記図３に示すナゲット径Ｎ２と比較して大きくすることができ、接合強度を向上させることができる。
【0044】
本願明細書において、ナゲット径とは、板材同士、すなわち鋼板１とアルミニウム合金板２とが接合している界面における溶接金属の径を示す。なお、上記図２に示すように、鋼板１とアルミニウム合金板２とが離隔している場合のナゲット径は、鋼板（第１板材）１のアルミニウム合金板（第２板材）２側の面における溶接金属の径を示すものとする。
【0045】
空隙部７における鋼板１とアルミニウム合金板２との間隔Ｇ１が０．１ｍｍ未満であると、十分なアーク１１の広がりを確保することができず、接合強度を十分に向上させることが困難となる、したがって、空隙部７の間隔Ｇ１は０．１ｍｍ以上とし、０．２ｍｍ以上とすることが好ましく、０．３ｍｍ以上とすることがより好ましい。
一方、空隙部７の間隔Ｇ１の上限が２．０ｍｍを超えると、溶接条件によってはアークが鋼板１を貫通してしまい、溶接不良が発生するか、又は裏波の直径が小さくなり、接合強度の低下が懸念される。また、空隙部７の間隔Ｇ１の上限が２．０ｍｍを超えると、得られる継手の構造に影響を及ぼすことがあり、製造工程も煩雑となる。したがって、空隙部７の間隔Ｇ１は２．０ｍｍ以下とする。
一方、空隙部７の間隔Ｇ１の上限が２．０ｍｍを超えると、溶接条件によってはアークが鋼板１を貫通してしまい、溶接不良が発生するか、又は裏波の直径が小さくなり、接合強度の低下が懸念される。また、空隙部７の間隔Ｇ１の上限が２．０ｍｍを超えると、得られる継手の構造に影響を及ぼすことがあり、製造工程も煩雑となる。したがって、空隙部７の間隔Ｇ１は２．０ｍｍ以下とする。
【0046】
また、鋼板１及びアルミニウム合金板２の板厚方向に直交する方向における空隙部７の幅は特に限定しないが、第１の貫通穴２ａの直径よりも大きいものとする。上記空隙部７の間隔Ｇ１が大きくなるにしたがって、アークが大きくなるため、空隙部７の幅は空隙部７の間隔Ｇ１に応じて設定することが好ましい。
【0047】
なお、上記第１の実施形態において、エレメント４の挿入部４ｂの軸方向長さは、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の板厚と略同一としている。挿入部４ｂの軸方向長さがアルミニウム合金板２の板厚よりも短いものであると、エレメント４の下面と鋼板１の上面との間に空隙部が形成され、アーク１１の広がりを得ることはできる。しかし、アルミニウム合金板２の第１の貫通穴２ａの内壁面が露出するため、溶接条件によっては、アーク１１によってアルミニウム合金板２の一部が溶融する可能性があり、鋼板１とアルミニウム合金板２との界面において脆弱な金属間化合物が形成されることがある。
【0048】
また、挿入部４ｂの軸方向長さがアルミニウム合金板２の板厚よりも長いものであると、鋼板１とアルミニウム合金板２との間に空隙部７を形成しても、エレメント４によってアークの広がりが阻害され、空隙部７の効果を十分に得ることができないおそれがある。
【0049】
したがって、エレメント４の挿入部４ｂの軸方向長さは、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の板厚と略同一とすることが好ましい。言い換えると、アルミニウム合金板２の下面（鋼板１に対向する面）と、エレメント４の下面（鋼板に対向する面）とが略同一面上となるように、エレメント４のサイズを設計することが好ましい。
【0050】
＜第２の実施形態＞
図４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の一部を示す断面図である。図４に示す第２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を使用していない点のみである。したがって、図４において、図１Ｃと同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
図４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の一部を示す断面図である。図４に示す第２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を使用していない点のみである。したがって、図４において、図１Ｃと同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【0051】
第２の実施形態においては、鋼板１の上に、スペーサ３を介して第１の貫通穴２ａを有するアルミニウム合金板２を載置する。このとき、エレメントは使用しない。その後、アークスポット溶接により、第１の貫通穴２ａを介して、溶接ワイヤ９を溶融させるとともに、鋼板１の一部を溶融させ、第１の貫通穴２ａを充填する溶接金属１５を形成する。さらに、鋼板１の上面に、第１の貫通穴２ａ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１とアルミニウム合金板２とを接合する。
【0052】
本実施形態においては、エレメントを使用していないが、鋼板１及び溶接金属１５が等しい主成分を有するものであるため、これらが溶接により強固に固定される。また、アルミニウム合金板２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、アルミニウム合金板２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１とアルミニウム合金板２とを高強度で接合することができる。
【0053】
ここで、第１の実施形態と同様に、鋼板１とアルミニウム合金板２との間隔Ｇ１が０ｍｍの場合について、第２の実施形態と比較する。図５は、第２の実施形態に対して、鋼板１とアルミニウム合金板２との間隔Ｇ１を０ｍｍとした場合のアークの状態を示す断面図である。図５において、図４と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【0054】
図５に示すように、鋼板１とアルミニウム合金板２とが接触した状態であると、第１の貫通穴２ａの内壁によってアーク１１の広がりが阻害される。
【0055】
一方、第２の実施形態に係る接合方法によると、空隙部７における鋼板１とアルミニウム合金板２との間隔Ｇ１が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下となるように、スペーサ３を配置している。したがって、アーク１１が十分に広がり、鋼板１とアルミニウム合金板２との接合界面におけるナゲット径Ｎ３を、上記図５に示すナゲット径Ｎ４と比較して大きくすることができ、接合強度を向上させることができる。
【0056】
＜第３の実施形態＞
図６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の一部を示す断面図である。図６に示す第３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、スペーサ３の代わりに第２板材に凸部を設けている点のみである。したがって、図６において、図１Ｂと同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
図６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の一部を示す断面図である。図６に示す第３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、スペーサ３の代わりに第２板材に凸部を設けている点のみである。したがって、図６において、図１Ｂと同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【0057】
図６に示すように、第３の実施形態において、アルミニウム合金板２２には第１の貫通穴２２ａが設けられているとともに、鋼板１に向かって突出する形状の凸部２２ｂが設けられている。凸部２２ｂの位置は、空隙部７を形成する領域を除く位置とし、例えば、第１の貫通穴２２ａから所定の間隔で離隔した位置に形成された円環状とすることができる。
【0058】
第３の実施形態においても、溶接ワイヤを溶融させるとともに、鋼板１の一部及びエレメント４の第２の貫通穴４ａの内壁面を溶融させ、これらを接合する溶接金属を形成することにより、鋼板１とアルミニウム合金板２２とを接合することができる。また、鋼板１とアルミニウム合金板２２との間における凸部２２ｂが形成されていない領域に、空隙部７が形成され、空隙部７の間隔Ｇ１が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下となるようにアルミニウム合金板２の凸部２２ｂを設計しているため、アークが十分に広がり、高い接合強度を得ることができる。
【0059】
なお、本実施形態においては、上板であるアルミニウム合金板２２に凸部２２ｂが設けられているが、本発明において、鋼板１（第１板材）にアルミニウム合金板２２（第２板材）に向かって突出する形状の凸部が設けられていてもよい。このような構成であっても同様に、間隔Ｇ１が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である空隙部を形成することができる。また、本実施形態においては、凸部２２ｂに対して第１の貫通穴２２ａと反対側に、間隔Ｇ２の隙間１７が形成されており、この隙間１７には、シール剤等を配置することができる。シール剤を配置する効果については、後述する。
【0060】
＜第４の実施形態＞
図７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の一部を示す断面図である。図７に示す第４の実施形態において、図６に示す第３の実施形態と異なる点は、アルミニウム合金板の形状のみである。したがって、図７において、図６と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
図７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の一部を示す断面図である。図７に示す第４の実施形態において、図６に示す第３の実施形態と異なる点は、アルミニウム合金板の形状のみである。したがって、図７において、図６と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【0061】
図７に示すように、第４の実施形態において、アルミニウム合金板３２には第１の貫通穴３２ａが設けられているとともに、鋼板１から離隔する形状の凹部３２ｂが設けられている。凹部３２ｂの位置は、空隙部７を形成する領域を含む位置とし、例えば、第１の貫通穴３２ａを含む円形状の領域とすることができる。
【0062】
第４の実施形態においても、第３の実施形態と同様に、鋼板１とアルミニウム合金板３２とを接合することができる。また、鋼板１とアルミニウム合金板２２との間における凹部３２ｂが形成されている領域に、空隙部７が形成され、空隙部７の間隔Ｇ１が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下となるようにアルミニウム合金板２の凹部３２ｂを設計しているため、アークが十分に広がり、高い接合強度を得ることができる。
【0063】
なお、本実施形態においては、上板であるアルミニウム合金板２２に凹部３２ｂが設けられているが、本発明において、鋼板１（第１板材）にアルミニウム合金板２２（第２板材）から離隔する形状の凹部が設けられていてもよい。このような構成であっても同様に、間隔Ｇ１が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である空隙部を形成することができる。
【0064】
＜第５の実施形態＞
図８は、本発明の第５の実施形態に係る異種金属材の接合方法の一部を示す断面図である。図８に示す第５の実施形態において、図６に示す第３の実施形態と異なる点は、アルミニウム合金板の形状及びシール剤を配置している点である。したがって、図８において、図６と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
図８は、本発明の第５の実施形態に係る異種金属材の接合方法の一部を示す断面図である。図８に示す第５の実施形態において、図６に示す第３の実施形態と異なる点は、アルミニウム合金板の形状及びシール剤を配置している点である。したがって、図８において、図６と同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略する。
【0065】
図８に示すように、第５の実施形態において、アルミニウム合金板２２には第１の貫通穴２２ａが設けられているとともに、鋼板１に向かって突出する形状の凸部２２ｂが設けられている。したがって、凸部２２ｂが形成されている位置よりも内側、すなわち第１の貫通穴２２ａ側には、鋼板１とアルミニウム合金板２との間に空隙部７が形成されている。また、凸部２２ｂに対して、第１の貫通穴２２ａと反対側には、凸部２２ｂを取り囲む形状の凹部２１が形成されている。凹部２１は、第１の貫通穴側となる穴側壁部２１ａと、この穴側壁部２１ａに対向する側となる外側壁部２１ｂとにより構成されており、穴側壁部２１ａの方が、外側壁部２１ｂよりも高くなるように設計されている。
【0066】
このように構成されたアルミニウム合金板２２を鋼板１の上に配置すると、溶接金属が形成される領域に、間隔Ｇ１が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である空隙部７が形成される。また、凹部２１に対して、第１の貫通穴２２ａと反対側の領域においては、鋼板１とアルミニウム合金板２２との間に間隔Ｇ２の隙間１７が形成される。さらに、凹部２１が形成されている領域においては、鋼板１とアルミニウム合金板２２との間に間隔Ｇ３の隙間２７が形成される。
【0067】
第５の実施形態においても、上記第１～第４の実施形態と同様に、間隔Ｇ１が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である空隙部７が形成されているため、鋼板１とアルミニウム合金板２２とを高い強度で接合することができる。また、本実施形態においては、空隙部７を除く領域、すなわち隙間１７及び隙間２７に、空隙部７を囲むようにシール剤４４を配置することができる。
【0068】
本実施形態においては、上板であるアルミニウム合金板２２に、凸部２２ｂ及び凹部２１が設けられているが、本発明において、鋼板１に、アルミニウム合金板２２に向かって突出する形状の凸部と、凸部に対して第１の貫通穴２２ａと反対側の領域に凹部が設けられていてもよい。このような構成であっても同様に、間隔Ｇ１が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である空隙部や、間隔Ｇ２の隙間及び間隔Ｇ３の隙間を形成することができる。
【0069】
ここで、シール剤４４を配置した場合の本実施形態により得られる効果について説明する。例えば、上記第１～第５の実施形態に示すように、鋼板とアルミニウム合金板とを、アルミニウム合金板に設けた第１の貫通穴を介してアーク溶接した場合に、異種金属の接触領域に水分が侵入すると、腐食が発生しやすくなる。これを防止するため、上記接触領域に水分が侵入することを防止する方法として、接触領域の周囲にシール剤を配置する方法が挙げられる。
【0070】
しかし、単に異種金属の接触領域となる接合予定位置を囲むようにシール剤を配置するのみでは、シール剤が接合予定位置に侵入し、その後、アーク溶接を実施した場合に、シール剤が揮発することにより、溶接金属にブローホールが形成され、溶接不良が発生する。
【0071】
本実施形態においては、接合予定位置である空隙部７を囲むようにシール剤４４を配置した場合であっても、アルミニウム合金板２２に凸部２２ｂが形成されているため、凸部２２ｂがシール剤４４の空隙部７への侵入を阻止することができ、溶接不良の発生を防止することができる。また、シール剤４４を配置する位置を、隙間１７の領域にすると、鋼板１の上にアルミニウム合金板２２を配置した際に、シール剤４４が、空隙部７に近づく方向に押し広げられた場合であっても、隙間１７の間隔Ｇ２よりも隙間２７の間隔Ｇ３の方が大きいため、シール剤４４は、凹部２１の隙間２７に留まる。したがって、シール剤４４の空隙部７への侵入防止効果をより一層高めることができ、溶接不良の発生を防止できるため、鋼板１とアルミニウム合金板２２との高い接合強度を維持することができる。
【0072】
なお、流動性が低い、又は流動性を有さないシール剤を使用する場合には、図１Ａ～図１Ｃ及び図４に示すような、第１及び第２の実施形態におけるスペーサ３として、シール剤を使用することができる。また、上述のとおり、図６に示す第３の実施形態においては、アルミニウム合金板２２に凸部２２ｂが形成されているため、凸部２２ｂを囲む隙間１７にシール剤を配置することができ、第５の実施形態と同様の効果を得ることができる。
【0073】
図６に示す第３の実施形態においては、凸部２２ｂの高さが隙間１７の間隔Ｇ２となる。また、図８に示す第５の実施形態においては、穴側壁部２１ａと外側壁部２１ｂとの高さの差が隙間１７の間隔Ｇ２となる。隙間１７の間隔Ｇ２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２２と鋼板１との間の隙間１７を埋めるために、シール剤４４の必要量が増加する。また、間隔Ｇ２が小さすぎると、シール剤４４の厚さを確保することが難しくなる。したがって、隙間１７の間隔Ｇ２は、０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下となるように、アルミニウム合金板２２を設計することが好ましい。なお、アルミニウム合金板２２の凹部２１及び凸部２２ｂは、プレス加工等により容易に成形することができ、第１の貫通穴２２ａと同時に作製することもできる。
【0074】
上記第１～第５の実施形態において、第１板材を鋼板とし、第１の貫通穴を有する第２板材をアルミニウム合金板としたが、本発明において、第１板材及び第２板材の材質は特に限定されず、第１板材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、第２板材を他方とすることができる。第１板材をアルミニウム又はアルミニウム合金板とする場合に、アルミニウム又はアルミニウム合金製の溶接ワイヤを使用することにより、第１板材と同一の主成分を有する溶接金属を形成することができ、上記第１～第５の実施形態と同様に、高い接合強度を得ることができる。なお、第１板材をアルミニウム又はアルミニウム合金板とする場合に、アルミニウム又はアルミニウム合金製のエレメントを使用することもできる。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、エレメントを使用しない場合とほぼ同様の形状となる。
【0075】
また、上記第１～第５の実施形態において、第１板材である鋼板１と同一の主成分を有する溶接ワイヤを使用した例について示したが、本発明では、第１板材と同一の主成分を有する溶接金属を形成できる方法を使用すればよい。例えば、第１板材と同一の主成分を有する溶接金属が得られる溶接ワイヤを溶極として使用するガスシールドアーク溶接法の他に、第１板材と同一の主成分を有する溶接金属が得られる溶接材料をフィラーとして使用するガスタングステンアーク溶接法や、第１板材と同一の主成分を有する溶接金属が得られる溶接材料をフィラーとして使用するプラズマアーク溶接法を本発明に適用することもできる。
【0076】
上記第１～第５の実施形態において、空隙部７の間隔Ｇ１の好ましい範囲は、上述したとおりであるが、本発明においては、必要とされる接合強度に応じて、空隙部７の間隔Ｇ１を設計することができる。空隙部７の間隔Ｇ１を設計する方法について、以下に詳細に説明する。
【0077】
まず、種々の間隔Ｇ１の空隙部７が形成されるように鋼板１とアルミニウム合金板２とを重ね合わせ、本発明の第１の実施形態に係る方法を使用して、鋼板１とアルミニウム合金板２とを接合し、形成された裏波の直径とナゲット径とを測定した。図９は、縦軸をナゲット径とし、横軸を裏波の直径とした場合の、ナゲット径と裏波の直径との関係を示すグラフ図である。そして、裏波１２の直径Ｕ１と、ナゲット径Ｎ１との関係を測定した結果、図９に示すように、裏波１２の直径Ｕ１が大きくなるにしたがって、ナゲット径Ｎ１も大きくなることが示された。
【0078】
次に、上記種々のナゲット径が得られた場合の接合強度を測定した。図１０は、縦軸を引張せん断強さ（ＴＳＳ：Ｔｅｎｓｉｌｅ Ｓｈｅａｒ Ｓｔｒｅｎｇｔｈ）とし、横軸をナゲット径とした場合の、引張せん断強さとナゲット径との関係を示すグラフ図である。図１０に示すように、ナゲット径が大きくなるにしたがって、鋼板１とアルミニウム合金板２との接合部における引張せん断強さが向上することが示された。
【0079】
これらのことから、例えば図２に示す空隙部７の間隔Ｇ１を種々に変化させることにより、裏波１２の直径Ｕ１を変化させることができ、この裏波１２の直径Ｕ１に比例して引張せん断強さが向上することがわかる。したがって、溶接金属５を形成する工程において、鋼板１の裏面側、すなわち、アルミニウム合金板２に対向する面と反対側の面まで溶融させて、裏波１２を形成し、この裏波１２の大きさを測定するとともに、鋼板１とアルミニウム合金板２との接合強度を測定することにより、裏波１２の大きさと接合強度との関係を求めることができる。すなわち、鋼板１とアルミニウム合金板２との間の空隙部７の間隔Ｇ１に基づき、両者の接合強度を予測することができる。
【0080】
必要とされる接合強度に応じて、空隙部７の間隔Ｇ１を設計するための予備溶接試験を実施する方法について、以下により詳細に説明する。以下、第１の実施形態に係る溶接方法における予備溶接試験を説明するために、図１Ａ～図１Ｃ及び図２を用いて説明する。
【0081】
予備溶接試験として、まず、予備試験用第１板材（鋼板１）と、貫通穴を有する予備試験用第２板材（アルミニウム合金板２）とを準備する。次に、実際に行なう溶接方法と同一の方法で予備溶接試験を実施する。本実施形態においては、第１の実施形態に係る溶接方法の予備溶接試験であるため、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、予備試験用第１板材と予備試験用第２板材との間にスペーサ３を配置した後、両者を重ねて配置する。また、貫通穴（第１の貫通穴２ａ）には、エレメント４を挿入する。
【0082】
その後、図１Ｃに示すように、第１の実施形態と同一の条件でエレメントアークスポット溶接を実施する。このとき、図２に示すように、予備試験用第１板材の裏面側まで溶融させて、裏波１２を形成する。その後、裏波１２の大きさ、例えば直径Ｕ１を測定するとともに、予備試験用第２板材と前記予備試験用第１板材との接合強度、例えば引張せん断強さを測定する。このような予備溶接試験を、予備試験用空隙部（空隙部７）を種々の異なる間隔に設定して複数回実施し、予備試験用空隙部の間隔と接合強度との関係を求める。その後、求めた予備試験用空隙部の大きさと接合強度との関係に基づき、必要とする接合強度となるように予備試験用空隙部の間隔を選択する。その後、選択した予備試験用空隙部の間隔を、空隙部７の間隔Ｇ１として採用して、上記第１の実施形態に係る接合方法を実施する。このような方法により、所望の接合強度を得ることができる。
【0083】
次に、本発明に係る異種金属材の接合方法により接合された異種金属材の接合継手について説明する。
【0084】
［異種金属材の接合継手］
＜第１の実施形態＞
第１の実施形態に係る接合継手２０は、上記第１の実施形態に係る異種金属材の接合方法により得られる継手である。図２に示すように、本実施形態に係る接合継手２０は、鋼板１（第１板材）と、第１の貫通穴２ａを有するアルミニウム合金板２（第２板材）と、第１の貫通穴２ａに挿入された、第２の貫通穴４ａを有するエレメント４と、鋼板１の一部及びエレメント４の一部を含み、第１の貫通穴２ａの内部に形成された溶接金属５と、を有する。エレメント４及び溶接金属５は、鋼板１と等しい主成分を有し、エレメント４の形状は上記のとおりである。そして、鋼板１とアルミニウム合金板２との間の少なくとも溶接金属５の周囲において、鋼板１とアルミニウム合金板２とが離隔して空隙部７が形成されており、空隙部７の間隔Ｇ１は０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。なお、本実施形態においては、鋼板１とアルミニウム合金板２との間における溶接金属５の周囲を除く領域の一部に、空隙部７を形成するためのスペーサが配置されている。
＜第１の実施形態＞
第１の実施形態に係る接合継手２０は、上記第１の実施形態に係る異種金属材の接合方法により得られる継手である。図２に示すように、本実施形態に係る接合継手２０は、鋼板１（第１板材）と、第１の貫通穴２ａを有するアルミニウム合金板２（第２板材）と、第１の貫通穴２ａに挿入された、第２の貫通穴４ａを有するエレメント４と、鋼板１の一部及びエレメント４の一部を含み、第１の貫通穴２ａの内部に形成された溶接金属５と、を有する。エレメント４及び溶接金属５は、鋼板１と等しい主成分を有し、エレメント４の形状は上記のとおりである。そして、鋼板１とアルミニウム合金板２との間の少なくとも溶接金属５の周囲において、鋼板１とアルミニウム合金板２とが離隔して空隙部７が形成されており、空隙部７の間隔Ｇ１は０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。なお、本実施形態においては、鋼板１とアルミニウム合金板２との間における溶接金属５の周囲を除く領域の一部に、空隙部７を形成するためのスペーサが配置されている。
【0085】
このように構成された第１の実施形態に係る接合継手２０においては、鋼板１とアルミニウム合金板２との間隔Ｇ１が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下となるようにスペーサ３を配置し、エレメントアークスポット溶接を実施することにより得られる。したがって、接合継手２０は、十分な大きさの裏波１２を有し、鋼板１とアルミニウム合金板２との接合界面におけるナゲット径Ｎ１も大きいものとなり、高い接合強度を有するものとなる。
【0086】
＜第２の実施形態＞
第２の実施形態に係る接合継手は、上記第２の実施形態に係る異種金属材の接合方法により得られる継手であり、図２に示す接合継手２０におけるエレメント４の頭部の代わりに、溶接金属の余盛が形成されている。具体的には、図４に示すように、本実施形態に係る接合継手は、鋼板１（第１板材）と、第１の貫通穴２ａを有するアルミニウム合金板２（第２板材）と、鋼板１の一部を含み、第１の貫通穴２ａを充填するとともに、アルミニウム合金板２の上面、すなわち鋼板１に対向する面と反対側の面上に、第１の貫通穴２ａよりも大きい径の余盛１５ａを有し、鋼板１と等しい主成分を有する溶接金属１５と、を有する。そして、鋼板１とアルミニウム合金板２との間の少なくとも溶接金属の周囲において、鋼板１とアルミニウム合金板２とが離隔して空隙部７が形成されており、空隙部７の間隔Ｇ１は０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。なお、本実施形態においては、第１の実施形態と同様に、鋼板１とアルミニウム合金板２との間における溶接金属の周囲を除く領域の一部に、空隙部７を形成するためのスペーサ３が配置されている。
第２の実施形態に係る接合継手は、上記第２の実施形態に係る異種金属材の接合方法により得られる継手であり、図２に示す接合継手２０におけるエレメント４の頭部の代わりに、溶接金属の余盛が形成されている。具体的には、図４に示すように、本実施形態に係る接合継手は、鋼板１（第１板材）と、第１の貫通穴２ａを有するアルミニウム合金板２（第２板材）と、鋼板１の一部を含み、第１の貫通穴２ａを充填するとともに、アルミニウム合金板２の上面、すなわち鋼板１に対向する面と反対側の面上に、第１の貫通穴２ａよりも大きい径の余盛１５ａを有し、鋼板１と等しい主成分を有する溶接金属１５と、を有する。そして、鋼板１とアルミニウム合金板２との間の少なくとも溶接金属の周囲において、鋼板１とアルミニウム合金板２とが離隔して空隙部７が形成されており、空隙部７の間隔Ｇ１は０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。なお、本実施形態においては、第１の実施形態と同様に、鋼板１とアルミニウム合金板２との間における溶接金属の周囲を除く領域の一部に、空隙部７を形成するためのスペーサ３が配置されている。
【0087】
このように構成された第２の実施形態に係る接合継手は、接合部における鋼板１とアルミニウム合金板２との間隔Ｇ１が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下となるようにスペーサ３を配置し、アークスポット溶接を実施することにより得られる。したがって、第２の実施形態に係る接合継手は、十分な大きさの裏波を有し、高い接合強度を有するものとなる。
【0088】
＜第３の実施形態＞
第３の実施形態に係る接合継手は、上記第３の実施形態に係る異種金属材の接合方法により得られる継手であり、接合継手のアルミニウム合金板の形状が第１の実施形態と異なるものである。その他の部分は、図２に示す上記第１の実施形態に係る接合継手と同様であるので、詳細な説明は省略する。図６に示すように、第３の実施形態において、鋼板１とアルミニウム合金板２２との間における溶接金属の周囲を除く領域に、アルミニウム合金板２２は、鋼板１に向かって突出する形状の凸部２２ｂを有している。したがって、凸部２２ｂが形成されていない領域に空隙部７が形成されており、空隙部７の間隔Ｇ１は０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。
第３の実施形態に係る接合継手は、上記第３の実施形態に係る異種金属材の接合方法により得られる継手であり、接合継手のアルミニウム合金板の形状が第１の実施形態と異なるものである。その他の部分は、図２に示す上記第１の実施形態に係る接合継手と同様であるので、詳細な説明は省略する。図６に示すように、第３の実施形態において、鋼板１とアルミニウム合金板２２との間における溶接金属の周囲を除く領域に、アルミニウム合金板２２は、鋼板１に向かって突出する形状の凸部２２ｂを有している。したがって、凸部２２ｂが形成されていない領域に空隙部７が形成されており、空隙部７の間隔Ｇ１は０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。
【0089】
このように構成された第３の実施形態に係る接合継手は、接合部における鋼板１とアルミニウム合金板２２との間隔Ｇ１が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下となるようにアルミニウム合金板２２に凸部２２ｂを形成し、アークスポット溶接を実施することにより得られる。したがって、第３の実施形態に係る接合継手は、十分な大きさの裏波を有し、高い接合強度を有するものとなる。
【0090】
なお、上述のとおり、本発明においては、鋼板１（第１板材）にアルミニウム合金板２２（第２板材）に向かって突出する形状の凸部が設けられていてもよい。また、アルミニウム合金板２２における鋼板１との接合面と反対側の面上に、第１の貫通穴２２ａよりも大きい径の余盛が形成されていれば、エレメント４は配置されていても配置されていなくてもよい。
【0091】
＜第４の実施形態＞
第４の実施形態に係る接合継手は、上記第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る継手であり、接合継手のアルミニウム合金板の形状が第３の実施形態と異なるものである。その他の部分は、上記第３の実施形態に係る接合継手と同様であるので、詳細な説明は省略する。図７に示すように、第４の実施形態において、アルミニウム合金板３２には第１の貫通穴３２ａが設けられているとともに、第１の貫通穴３２ａを含む領域に、鋼板１から離隔する形状の凹部３２ｂを有している。したがって、凹部３２ｂが形成されている領域に空隙部７が形成されており、空隙部７の間隔Ｇ１は０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。
第４の実施形態に係る接合継手は、上記第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る継手であり、接合継手のアルミニウム合金板の形状が第３の実施形態と異なるものである。その他の部分は、上記第３の実施形態に係る接合継手と同様であるので、詳細な説明は省略する。図７に示すように、第４の実施形態において、アルミニウム合金板３２には第１の貫通穴３２ａが設けられているとともに、第１の貫通穴３２ａを含む領域に、鋼板１から離隔する形状の凹部３２ｂを有している。したがって、凹部３２ｂが形成されている領域に空隙部７が形成されており、空隙部７の間隔Ｇ１は０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である。
【0092】
このように構成された第４の実施形態に係る接合継手は、第３の実施形態と同様に、十分な大きさの裏波を有し、高い接合強度を有するものとなる。
【0093】
なお、上述のとおり、本発明においては、鋼板１に、アルミニウム合金板３２から離隔する形状の凹部が設けられていてもよい。また、第３の実施形態と同様に、溶接金属が適切な形状の余盛を有していれば、エレメント４は配置されていても配置されていなくてもよい。
【0094】
＜第５の実施形態＞
第５の実施形態に係る接合継手は、上記第５の実施形態に係る異種金属材の接合方法により得られる継手であり、接合継手のアルミニウム合金板の形状が第３の実施形態と異なるものである。その他の部分は、上記第３の実施形態に係る接合継手と同様であるので、詳細な説明は省略する。図８に示すように、第５の実施形態において、アルミニウム合金板２２には第１の貫通穴２２ａが設けられているとともに、鋼板１に向かって突出する形状の凸部２２ｂが設けられている。また、凸部２２ｂに対して第１の貫通穴２２ａと反対側には、凸部２２ｂを取り囲む形状の凹部２１を有する。凹部２１は、第１の貫通穴側となる穴側壁部２１ａと、この穴側壁部２１ａに対向する側となる外側壁部２１ｂとにより構成されており、穴側壁部２１ａの方が、外側壁部２１ｂよりも高くなるように設計されている。したがって、凸部２２ｂの第１の貫通穴２２ａ側に、間隔Ｇ１が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である空隙部７が形成されている。
第５の実施形態に係る接合継手は、上記第５の実施形態に係る異種金属材の接合方法により得られる継手であり、接合継手のアルミニウム合金板の形状が第３の実施形態と異なるものである。その他の部分は、上記第３の実施形態に係る接合継手と同様であるので、詳細な説明は省略する。図８に示すように、第５の実施形態において、アルミニウム合金板２２には第１の貫通穴２２ａが設けられているとともに、鋼板１に向かって突出する形状の凸部２２ｂが設けられている。また、凸部２２ｂに対して第１の貫通穴２２ａと反対側には、凸部２２ｂを取り囲む形状の凹部２１を有する。凹部２１は、第１の貫通穴側となる穴側壁部２１ａと、この穴側壁部２１ａに対向する側となる外側壁部２１ｂとにより構成されており、穴側壁部２１ａの方が、外側壁部２１ｂよりも高くなるように設計されている。したがって、凸部２２ｂの第１の貫通穴２２ａ側に、間隔Ｇ１が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である空隙部７が形成されている。
【0095】
このように構成された第５の実施形態に係る接合継手は、第３の実施形態と同様に、十分な大きさの裏波を有し、高い接合強度を有するものとなる。また、凸部２２ｂに対して第１の貫通穴２２ａと反対側には、シール剤を配置することができる。
【0096】
なお、本発明においては、鋼板１に、アルミニウム合金板３２に向かって突出する形状の凸部と、凸部を取り囲む形状の凹部が設けられていてもよい。また、第３の実施形態と同様に、溶接金属が適切な形状の余盛を有していれば、エレメント４は配置されていても配置されていなくてもよい。
【0097】
本発明に係る異種金属材の接合継手において、上記異種金属材の接合方法で説明したとおり、第１板材及び第１の貫通穴を有する第２板材の材質は特に限定されず、第１板材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、第２板材を他方とすることができる。第１板材をアルミニウム又はアルミニウム合金板とする場合に、アルミニウム又はアルミニウム合金からなる溶接金属を有するものとなる。なお、第１板材をアルミニウム又はアルミニウム合金板とする場合に、アルミニウム又はアルミニウム合金製のエレメントを有していてもよい。
【0098】
以上詳述したように、本発明においては、アークを発生させる領域において第１板材と第２板材との間に空隙部が形成されていれば、第１の貫通穴の径を大きくすることなくアークを広げることができ、接合強度を向上させることができる。
【0099】
図１１は、第１板材として平板形状のアルミニウム合金板４１の上に、断面形状がハット型である鋼板４２を配置した異種金属材の組み合わせを示す斜視図である。図１１に示すように、鋼板４２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４２ａが設けられている。
【0100】
第２板材である鋼板４２が図１１に示すような形状である場合、第１の貫通穴４２ａの径を広く設計することができない。したがって、第１の貫通穴４２ａが設けられている周辺においてアルミニウム合金板４１と鋼板４２との間に、間隔が０．１ｍｍ以上２．０ｍｍ以下である空隙部を設けることにより、高い接合強度を得ることができる。このように、本実施形態に係る異種金属材の接合方法は、狭隘な領域での接合が要求される場合に好適なものとなる。
【実施例0101】
以下、本実施形態に係る異材接合用アークスポット溶接法の実施例について、その比較例と比較して具体的に説明する。
【0102】
（実施例Ｎｏ．１）
図１Ａ～図１Ｃ及び図２に示すように、鋼板１の上面に、スペーサ３を介して第１の貫通穴２ａを有するアルミニウム合金板２を載置し、さらに第１の貫通穴２ａに、第２の貫通穴４ａを有するエレメント４を挿入した。なお、実施例Ｎｏ．１～６において、スペーサ３としては、０．１ｍｍの厚さを有し、中心穴を有する円環形状のシム板を使用し、第１の貫通穴２ａの周縁部において、鋼板１とアルミニウム合金板２との間の空隙部７の間隔Ｇ１が０．１ｍｍとなるように、１枚のシム板を配置した。その後、エレメントアークスポット溶接により鋼板１の一部を溶融させ、裏波１２を形成するとともに、エレメント４の一部を溶融させ、さらに第２の貫通穴４ａに溶接金属５を充填することにより、鋼板１とアルミニウム合金板２とを接合した。溶接条件を以下に示す。
図１Ａ～図１Ｃ及び図２に示すように、鋼板１の上面に、スペーサ３を介して第１の貫通穴２ａを有するアルミニウム合金板２を載置し、さらに第１の貫通穴２ａに、第２の貫通穴４ａを有するエレメント４を挿入した。なお、実施例Ｎｏ．１～６において、スペーサ３としては、０．１ｍｍの厚さを有し、中心穴を有する円環形状のシム板を使用し、第１の貫通穴２ａの周縁部において、鋼板１とアルミニウム合金板２との間の空隙部７の間隔Ｇ１が０．１ｍｍとなるように、１枚のシム板を配置した。その後、エレメントアークスポット溶接により鋼板１の一部を溶融させ、裏波１２を形成するとともに、エレメント４の一部を溶融させ、さらに第２の貫通穴４ａに溶接金属５を充填することにより、鋼板１とアルミニウム合金板２とを接合した。溶接条件を以下に示す。
【0103】
鋼板１：９８０ＭＰａ級高張力鋼板製、板厚１．４ｍｍ
アルミニウム合金板２：６０００系アルミ合金製、板厚２．０ｍｍ
第１の貫通穴２ａの直径：７ｍｍ
エレメント４：軟鋼製、第２の貫通穴４ａの直径 ４．９ｍｍ
溶接ワイヤ：（種類とワイヤ径）ＪＩＳ Ｚ３３１２ Ｇ５９Ｊ３Ｍ１Ｔ、１．２ｍｍ
シールドガス・流量：８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ２、２５リットル／分
溶接電流・溶接電圧：１４０Ａ、２０Ｖ
アルミニウム合金板２：６０００系アルミ合金製、板厚２．０ｍｍ
第１の貫通穴２ａの直径：７ｍｍ
エレメント４：軟鋼製、第２の貫通穴４ａの直径 ４．９ｍｍ
溶接ワイヤ：（種類とワイヤ径）ＪＩＳ Ｚ３３１２ Ｇ５９Ｊ３Ｍ１Ｔ、１．２ｍｍ
シールドガス・流量：８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ２、２５リットル／分
溶接電流・溶接電圧：１４０Ａ、２０Ｖ
【0104】
（実施例Ｎｏ．２～実施例Ｎｏ．８）
上記実施例Ｎｏ．１における空隙部７が、以下に示す種々の間隔Ｇ１となるようにシム板の枚数を調整した。
実施例Ｎｏ．２：間隔Ｇ１が０．２ｍｍ
実施例Ｎｏ．３：間隔Ｇ１が０．３ｍｍ
実施例Ｎｏ．４：間隔Ｇ１が０．４ｍｍ
実施例Ｎｏ．５：間隔Ｇ１が０．５ｍｍ
実施例Ｎｏ．６：間隔Ｇ１が０．８ｍｍ
実施例Ｎｏ．７：間隔Ｇ１が１．４ｍｍ
実施例Ｎｏ．８：間隔Ｇ１が２．０ｍｍ
上記実施例Ｎｏ．１における空隙部７が、以下に示す種々の間隔Ｇ１となるようにシム板の枚数を調整した。
実施例Ｎｏ．２：間隔Ｇ１が０．２ｍｍ
実施例Ｎｏ．３：間隔Ｇ１が０．３ｍｍ
実施例Ｎｏ．４：間隔Ｇ１が０．４ｍｍ
実施例Ｎｏ．５：間隔Ｇ１が０．５ｍｍ
実施例Ｎｏ．６：間隔Ｇ１が０．８ｍｍ
実施例Ｎｏ．７：間隔Ｇ１が１．４ｍｍ
実施例Ｎｏ．８：間隔Ｇ１が２．０ｍｍ
【0105】
（比較例Ｎｏ．１）
図３に示すように、スペーサ３を使用せず、空隙部７が０ｍｍとなるように、鋼板１の上面にアルミニウム合金板２を接触させて配置し、実施例Ｎｏ．１と同様に鋼板１とアルミニウム合金板２とを接合した。
図３に示すように、スペーサ３を使用せず、空隙部７が０ｍｍとなるように、鋼板１の上面にアルミニウム合金板２を接触させて配置し、実施例Ｎｏ．１と同様に鋼板１とアルミニウム合金板２とを接合した。
【0106】
（比較例Ｎｏ．２）
上記実施例Ｎｏ．１における空隙部７が、以下の間隔Ｇ１となるようにシム板の枚数を調整し、実施例Ｎｏ．１と同様に鋼板１とアルミニウム合金板２とを接合した。
比較例Ｎｏ．２：間隔Ｇ１が２．３ｍｍ
上記実施例Ｎｏ．１における空隙部７が、以下の間隔Ｇ１となるようにシム板の枚数を調整し、実施例Ｎｏ．１と同様に鋼板１とアルミニウム合金板２とを接合した。
比較例Ｎｏ．２：間隔Ｇ１が２．３ｍｍ
【0107】
上記実施例Ｎｏ．１～８及び比較例Ｎｏ．１～２の各条件で１～３回の接合を実施した後、裏波の直径を測定するとともに、接合中央部を切断し、断面観察によりナゲット径を測定した。なお、また、比較例Ｎｏ．１及び２、並びに、実施例Ｎｏ．１、７及び８の接合継手の各１例ずつについて、溶接金属が形成されている中心部分を、鋼板１及びアルミニウム合金板２の板厚方向に平行な方向に切断し、切断面を観察した。
【0108】
図１２は、縦軸を裏波の直径とし、横軸を間隔Ｇ１とした場合の、裏波の直径と間隔Ｇ１との関係を示すグラフ図である。また、図１３は、縦軸をナゲット径とし、横軸を間隔Ｇ１とした場合の、ナゲット径と間隔Ｇ１との関係を示すグラフ図である。さらに、図１４は、比較例及び実施例の一部（比較例Ｎｏ．１及び２、並びに、実施例Ｎｏ．１、７及び８）を切断して示す図面代用写真である。
【0109】
上記図１２～図１４に示すように、空隙部の間隔Ｇ１が０．１ｍｍ以上であると、間隔Ｇ１が０ｍｍである比較例Ｎｏ．１と比較して、裏波の直径及びナゲット径が大きくなり、接合強度が向上していることが示された。また、間隔Ｇ１が約１．５ｍｍまでの範囲では、間隔Ｇ１の増加にともなって、裏波の直径及びナゲット径が大きくなった。特に、間隔Ｇ１が０．３ｍｍまでの範囲では、間隔Ｇ１の増加にともなって、急激に裏波の直径及びナゲット径が大きくなった。なお、鋼板１とアルミニウム合金板２との接合強度、例えば引張せん断強さは、ナゲット径に比例するため、空隙部の間隔Ｇ１を０．３ｍｍ以上とすると、より一層安定して高い接合強度が得られることが示された。
【0110】
一方、空隙部の間隔Ｇ１を２．０ｍｍ超とした比較例Ｎｏ．２は、アークが鋼板１まで十分に届きにくくなり、これを解消するために溶接時間を延長すると、鋼板１を貫通し、溶接不良が発生した。また、溶接が実施できた場合であっても、裏波の直径が小さくなった。
【符号の説明】
【0111】
１，４２ 鋼板（第１板材）
２，２２，３２，４１ アルミニウム合金板（第２板材）
２ａ，２２ａ，３２ａ，４２ａ 第１の貫通穴
３ スペーサ
４ エレメント
４ａ 第２の貫通穴
５，１５ 溶接金属
７ 空隙部
１１ アーク
１２ 裏波
１５ａ 余盛
２０ 接合継手
２２ｂ 凸部
３２ｂ 凹部
２，２２，３２，４１ アルミニウム合金板（第２板材）
２ａ，２２ａ，３２ａ，４２ａ 第１の貫通穴
３ スペーサ
４ エレメント
４ａ 第２の貫通穴
５，１５ 溶接金属
７ 空隙部
１１ アーク
１２ 裏波
１５ａ 余盛
２０ 接合継手
２２ｂ 凸部
３２ｂ 凹部
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【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】
