▶ ケーティーエイチ パーツ インダストリーズ，インコーポレイティドの特許一覧
(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公表特許公報(A)
(11)【公表番号】
(43)【公表日】2023-10-16
(54)【発明の名称】異種材料の均衡のとれた溶接
(51)【国際特許分類】
B23K 11/20 20060101AFI20231006BHJP
B23K 11/24 20060101ALI20231006BHJP
B23K 11/11 20060101ALI20231006BHJP
【ＦＩ】
B23K11/20
B23K11/24 315
B23K11/11 540
【審査請求】未請求
【予備審査請求】有
(21)【出願番号】P 2022564798
(86)(22)【出願日】2021-08-18
(85)【翻訳文提出日】2022-10-24
(86)【国際出願番号】 US2021046474
(87)【国際公開番号】W WO2022055676
(87)【国際公開日】2022-03-17
(31)【優先権主張番号】17/015,449
(32)【優先日】2020-09-09
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(31)【優先権主張番号】17/401,973
(32)【優先日】2021-08-13
(33)【優先権主張国・地域又は機関】US
(81)【指定国・地域】
(71)【出願人】
【識別番号】522416295
【氏名又は名称】ケーティーエイチ パーツ インダストリーズ，インコーポレイティド
(74)【代理人】
【識別番号】100099759
【弁理士】
【氏名又は名称】青木 篤
(74)【代理人】
【識別番号】100123582
【弁理士】
【氏名又は名称】三橋 真二
(74)【代理人】
【識別番号】100092624
【弁理士】
【氏名又は名称】鶴田 準一
(74)【代理人】
【識別番号】100114018
【弁理士】
【氏名又は名称】南山 知広
(74)【代理人】
【識別番号】100153729
【弁理士】
【氏名又は名称】森本 有一
(74)【代理人】
【識別番号】100126848
【弁理士】
【氏名又は名称】本田 昭雄
(72)【発明者】
【氏名】ネイサン クロエター
【テーマコード（参考）】
4E165
【Ｆターム（参考）】
4E165AA32
4E165AB02
4E165AC01
4E165BB02
4E165BB12
4E165CA02
4E165CA13
4E165DA11
4E165DA13
(57)【要約】
異種材料の抵抗スポット溶接に有効な多段階溶接プログラムを開示する。プロセスは、多数の等級／厚さ及び導電性材料のシート数にわたって再現可能であり、従来の溶接工具と電極を用いて実施可能である。異なる大きさ／異なる材料／異なる接触面形状の溶接面を使用して、材料の熱特性の均衡をとり、プロセスは、工業用大量生産に適した高強度で２つの異なる導電性材料を共に保持するのに効果的な、小さな一貫した金属間化合物（ＩＭＣ）を作成するように設計されている。多段階抵抗スポット溶接プロセスでは、サンプルを予熱し、溶接し、冷却して、サンプル内に形成されるＩＭＣの形成を制御する。
【特許請求の範囲】
【請求項1】
異種材料のワークピースを接合するための抵抗スポット溶接方法であって、前記方法は、溶接機の対向する溶接電極によって、前記ワークピースを加圧して、前記ワークピースを固定するステップと、
予熱フェーズにて、前記ワークピースが前記溶接電極によって加圧され、固定された状態で、前記溶接電極を介して前記ワークピースに所定のレベルで所定の期間電流を供給して、前記ワークピースを徐々に加熱するステップと、
前記予熱フェーズ後の溶接フェーズにて、前記ワークピースが前記溶接電極によって加圧され、固定された状態で、溶接電極を介して前記ワークピースに前記予熱フェーズよりも高い所定のレベルで所定の期間電流を供給して、前記ワークピース間に金属間化合物（ＩＭＣ）を形成するステップと、を含む方法において、
前記電流は、前記予熱フェーズから溶接フェーズまで停止することなく前記ワークピースに連続的に供給される、抵抗スポット溶接方法。
【請求項2】
前記ワークピースが前記溶接電極によって加圧され、固定された状態で、前記予熱フェーズと前記溶接フェーズとの間の傾斜フェーズをさらに含み、前記ワークピースに供給される電流が、所定の期間にわたって前記予熱フェーズの前記所定のレベルから前記溶接フェーズの前記所定のレベルまで徐々に上昇し、その上昇の大きさは、接合される材料によって異なる、請求項１に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項3】
異なる所定レベルの電流をそれぞれが有する複数の前記予熱フェーズが存在する、請求項２に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項4】
異なる所定レベルの電流をそれぞれが有する複数の前記溶接フェーズが存在する、請求項１に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項5】
前記溶接フェーズの後に、焼き戻しフェーズを更に有し、前記ワークピースが前記溶接電極によって加圧され、固定された状態で、前記溶接フェーズの前記所定のレベルよりも低い所定のレベルで溶接電極を介して前記ワークピースに電流を供給して、前記ワークピースを徐々に冷却する、請求項１に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項6】
前記焼き戻しフェーズは、一定の所定のレベルの電流によって前記ワークピースを冷却する、請求項５に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項7】
前記焼き戻しフェーズは、前記溶接フェーズよりも低い電流レベルであり、前記予熱フェーズよりも低いか等しい電流レベルである、請求項５に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項8】
異なる所定レベルの電流をそれぞれが有する複数の前記焼き戻しフェーズが存在する、請求項５に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項9】
前記ワークピースに電流が流れていない状態で、一定の圧力で所定の期間、前記溶接電極が前記ワークピースを加圧し、固定し続けながら、前記焼き戻しフェーズの後に、前記溶接電極内を流れる冷却流体を使用して、前記ワークピースの冷却速度を増大させるステップをさらに含む、請求項５に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項10】
前記ワークピースに電流が流れていない状態で、一定の圧力で所定の期間、前記溶接電極が前記ワークピースを加圧し、固定し続けながら、前記溶接フェーズの後に、前記溶接電極内を流れる冷却流体を使用して、前記ワークピースの冷却速度を増大させるステップをさらに含む、請求項１に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項11】
前記溶接電極が前記ワークピースを最初に固定した時から焼き戻しフェーズの終了まで前記ワークピース内の電流が停止することなく、冷却液が前記溶接電極を通って流れている状態で前記溶接電極は前記ワークピースを固定し続ける、請求項１０に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項12】
前記溶接電極はそれぞれ、前記ワークピース内の電流の流れが促進されるように方向付けられ、ペルチェ効果を考慮し、実施することによって最適化される接触面を有する、請求項１に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項13】
前記異種材料のうち導電性の高い方の材料と接触している前記溶接電極の接触面が、前記材料のうち導電性の低い方の材料と接触している前記電極の接触面と同等の直径比を有して、前記異種材料間の熱伝導率及び熱膨張の相違を打ち消し、前記比は、前記２つの材料間の厚さの差に基づいて変化することもできる、請求項１に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項14】
前記ワークピースに供給される前記電流は、各フェーズで一定の電流レベルではなく、前記電流が前記ワークピースに継続的に流れている間、パルス方式又は傾斜方式のいずれかで変動する、請求項１に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項15】
異種材料がアルミニウムと鋼である、請求項１に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項16】
異種材料のワークピースを接合するための抵抗スポット溶接方法であって、前記方法は、溶接機の対向する溶接電極によって前記ワークピースを加圧して、前記ワークピースを固定するステップと、
予熱フェーズにて、前記ワークピースが前記溶接電極によって加圧され、固定された状態で、前記溶接電極を介して前記ワークピースに所定のレベルで所定の期間電流を供給して、前記ワークピースを徐々に加熱するステップと、
前記予熱フェーズ後の溶接フェーズにて、前記ワークピースが前記溶接電極によって加圧され、固定された状態で、前記予熱フェーズよりも高い所定のレベルで所定の期間、前記溶接電極を介して前記ワークピースに電流を供給して、前記ワークピース間に金属間化合物（ＩＭＣ）を形成するステップと、
前記ワークピースが前記溶接電極によって加圧され、固定された状態での前記予熱フェーズと前記溶接フェーズとの間の傾斜フェーズのステップであって、前記ワークピースに供給される電流が、前記予熱フェーズの前記所定のレベルから前記溶接フェーズの前記所定のレベルまで所定の期間にわたって徐々に上昇する、ステップと、
前記溶接フェーズの後の焼き戻しフェーズのステップであって、典型的には前記予熱フェーズよりも低いレベルの電流を利用して、ＩＭＣへの熱衝撃のリスクを低減するように温度を下げることにより、制御された方法で冷却が生じる、ステップと、
前記ワークピースに電流が流れていない状態で、一定の圧力で所定の期間、前記溶接電極が前記ワークピースを加圧し、固定し続ける間に、前記溶接電極に流れる冷却液を使用して、焼き戻しフェーズ後に前記ワークピースの冷却速度を増大させるステップと、を含む抵抗スポット溶接方法であって、
前記電流は、前記予熱フェーズ、前記傾斜フェーズ及び前記溶接フェーズを通じて停止することなく前記ワークピースに連続的に供給される、抵抗スポット溶接方法。
【請求項17】
前記溶接フェーズの後かつ前記冷却速度の増大ステップの前の焼き戻しフェーズにて、前記ワークピースが前記溶接電極によって加圧され、固定された状態で、前記溶接フェーズの前記所定のレベルよりも低い所定のレベルで前記溶接電極を介して前記ワークピースに電流を供給して、ワークピースを徐々に冷却するステップをさらに含む、請求項１６に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項18】
前記焼き戻しフェーズは、前記溶接フェーズよりも低い電流レベルであり、前記予熱フェーズよりも低いか等しい電流レベルである、請求項１７に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項19】
前記溶接電極が前記ワークピースを最初に固定してから前記焼き戻しフェーズの終了まで、前記ワークピース内の電流が停止しない、請求項１７に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項20】
前記異種材料がアルミニウムと鋼である、請求項１６に記載の抵抗スポット溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本開示の分野は、抵抗スポット溶接のためのシステム及び方法に関し、さらに具体的には、２つの異種材料間に一体の金属間化合物（ＩＭＣ）を一貫して形成するそのようなシステム及び方法に関する。
【背景技術】
【0002】
抵抗スポット溶接とは、互いに接触している金属表面の点を、電流の抵抗から得られる熱によって接合する（即ち、溶接する）プロセスである。抵抗スポット溶接では、ワークピースを互いに押し付けながら、２つの電極が電流を小区域に集中させる。ワークピースは、溶接プロセス中、電極が及ぼす圧力下で共に保持される金属シートを含む場合がある。小区域に強制的に電流を流すと、金属が溶融し、凝固後の圧力点にて（一般に「ナゲット」として知られている）溶接接合部が形成されることになる。この再凝固した材料は、２つの材料を互いに接合するのに役立つ。特定の状況では、２つの異種材料を互いにスポット溶接すると、溶接ナゲットの代わりに、材料間に薄いＩＭＣが形成されることになる。このＩＭＣは、接合される材料間の熱特性と電気特性の差によって形成される。２つの異種材料を溶接する際の特性の差により、一方の材料が他方の材料よりも先に溶融する傾向があり、ナゲットを形成する代わりに、粒子が一方の材料から他方の材料に限られた空間内で拡散し、２つの材料間に強固な合金を形成することになる。しかし、わかりやすくするために、接合を「溶接」と呼ぶことにする。
【0003】
抵抗スポット溶接は、その経済的で効率的な利点のために、自動組立ライン用途など、多数の用途で利用されている一般的な接合プロセスである。このため、抵抗スポット溶接は、自動車業界で自動車の車体を組み立てるための最も一般的な接合プロセスである。抵抗スポット溶接はこのほか、家具及び家庭用器具の製造など、他の産業で広く使用されている。抵抗スポット溶接は、短時間で多数のスポット溶接を発生させることができるため効率的である。例えば、抵抗スポット溶接は、金属シートの局所エリアにて、金属シートの残りの部分を過度に加熱することなく、溶接を実施することを可能にする。しかし、異種材料を溶接する場合は、溶接対象の２つの異種材料間の特性の差に関して特別な注意を払う必要がある。熱伝導率、融点及び熱膨張の差により、異種材料の特定の組み合わせが、溶接ナゲットではなくＩＭＣによって接合されることになる可能性がある。材料特性のこのような差は、形成されるものが最適な溶接強度のために均一で一貫していることを確実なものするために、ＩＭＣを形成する最も効果的な方法を判定しながら、適切に均衡を取る必要がある。
【0004】
鋼と鋼など、同一の種類の材料を共に溶接するために利用される従来のスポット溶接技術に依存すると、不安定なＩＭＣが形成されるため、工業用途での使用には適していない。複数の事業者が、熱特性の不均衡に対処するために、中間層インサート、あるいは加熱の方向を変える固定具などの追加のプロセスと材料を導入することを試みてきた。しかし、このような製品は、その制限のために、大量生産用途での使用には適していない。
このほか、追加の接地を介して熱の方向を変えるか、さまざまな位置にて溶接電流を停止して界面での熱の蓄積を低減し、段階的な期間及び電流にわたって均一なＩＭＣを生成させることにより、２つの異種材料を接合するために、さまざまな試みがこれまで実施されてきた。しかし、このような試みは、プロセスにコストがかかるか、サイクル時間が長くなり、効率が低下するため、満足のいくものではない。
このほか、追加の接地を介して熱の方向を変えるか、さまざまな位置にて溶接電流を停止して界面での熱の蓄積を低減し、段階的な期間及び電流にわたって均一なＩＭＣを生成させることにより、２つの異種材料を接合するために、さまざまな試みがこれまで実施されてきた。しかし、このような試みは、プロセスにコストがかかるか、サイクル時間が長くなり、効率が低下するため、満足のいくものではない。
【0005】
プロセスのコスト効率を高めるために、抵抗スポット溶接のシステムと方法の進歩と改善が継続的に求められている。従来の溶接工具を利用した改善は、現在の異種材料の締結用途と比較すると、最も費用対効果の高い解決策と考えられる。このため、（ＩＭＣが形成される場合に）２つの異種材料間の一体型ＩＭＣを一貫して形成する改良された抵抗スポット溶接システム及び方法が必要とされている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0006】
【特許文献1】国際公開第２０２０／０６８５７５号
【発明の概要】
【0007】
従来技術の上記の制限の少なくともいくつかを克服する、異種材料を抵抗スポット溶接するためのシステム及び方法を開示する。開示しているのは、異なる電極を使用して異種材料を接合するための抵抗スポット溶接方法であり、この方法は、溶接機の対向する上部溶接電極及び下部溶接電極で、上部及び下部のワークピース（ｗｏｒｋ ｐｉｅｃｅ）を押し当てて、両ワークピースを固定するステップを含む。予熱フェーズ（ｐｈａｓｅ）では、両ワークピースが溶接電極によって加圧され、固定された状態で、ワークピースを徐々に加熱するために、電流が溶接電極を通してワークピースに所定のレベルにて所定の期間供給される。予熱フェーズの後の溶接フェーズでは、両ワークピースが溶接電極によって加圧され、固定された状態で、予熱フェーズよりも高い所定のレベルにて所定の期間、溶接電極を介してワークピースに電流が供給されて、ワークピース間にＩＭＣを形成する。電流は、予熱フェーズから溶接フェーズまで停止することなくワークピースに継続的に供給される。
【0008】
このほか、異種材料のワークピースを接合するための抵抗スポット溶接方法を開示する。この方法は、異種材料のワークピースを接合するための抵抗スポット溶接方法のステップを含む。この方法は、溶接機の対向する溶接電極を用いてワークピースを押し当てて、固定するステップを含む。予熱フェーズでは、両ワークピースが溶接電極によって押し当てられ、固定された状態で、ワークピースを徐々に加熱するために、電流が溶接電極を通してワークピースに所定のレベルで所定の期間供給される。予熱フェーズの後の溶接フェーズでは、両ワークピースが溶接電極によって押し当てられ、固定された状態で、予熱フェーズよりも高い所定のレベルで所定の期間、溶接電極を介してワークピースに電流が供給されて、ワークピース間にＩＭＣを形成する。予熱フェーズと溶接フェーズとの間の傾斜フェーズでは、両ワークピースが溶接電極によって押し当てられ、固定された状態で、ワークピースに供給される電流が、予熱フェーズの所定のレベルから溶接フェーズの所定のレベルまで所定の期間にわたって徐々に上昇する。そこから、典型的には、サンプルと新たに生成されたＩＭＣとの間の温度冷却速度を制御するために、焼き戻しフェーズが導入される。ワークピースに電流が流れない状態で一定の圧力で所定の期間、溶接電極がワークピースを押し当てて固定し続けている間、溶接電極に流れる冷却流体を使用して、焼き戻しフェーズの後、ワークピースの冷却速度を高めることができる。電流は、予熱フェーズ、傾斜フェーズ、溶接フェーズ及び焼き戻しフェーズを通して停止することなくワークピースに継続的に供給される。
【0009】
前述の開示及び以下のさまざまな好ましい実施形態のさらに詳細な説明から、本開示が異種材料の抵抗スポット溶接のためのシステム及び方法の技術に著しい進歩をもたらすことが当業者には明らかであろう。この点で特に重要なのは、本発明が、従来の溶接工具を確実に利用することができる効果的なシステム及び方法を提供する可能性を秘めていることである。さまざまな好ましい実施形態の追加の特徴及び利点が、以下に提供される詳細な説明を考慮していっそうよく理解されるであろう。
【0010】
以下の図は、本開示の特定の態様を説明するために添付されており、排他的な実施形態と考えられるべきものではない。開示した主題は、本開示の範囲から逸脱することなく、形態及び機能の大幅な変更、修正、組み合わせ及び等価物が可能である。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【0012】
【0013】
【0014】
【0015】
【0016】
【0017】
【0018】
【0019】
【0020】
【0021】
【0022】
【0023】
【0024】
【0025】
【0026】
【0027】
【0028】
【0029】
【0030】
【0031】
【0032】
【0033】
【0034】
【0035】
【0036】
【発明を実施するための形態】
【0037】
当業者、即ち、この技術分野の知識又は経験を有する者には、本明細書に開示された改良されたシステム及び方法に対して多くの利用法及び設計変更が可能であることは明らかであろう。さまざまな代替的実施形態及び好ましい実施形態に関する以下の詳細な考察は、本発明の一般的な原理を説明するであろう。他の用途に適した他の実施形態が、本開示の利益を考慮すれば、当業者には明らかであろう。
【0038】
本明細書で考察する実施形態では、電流抵抗スポット溶接工具を使用して異種材料を共に接合する新規プロセスを説明する。実施形態のいくつかでは、２つの材料を共に接合するために使用される異なる電極を説明する。このような電極は、電流が材料間を流れる際の熱の流れの均衡をとることによって、異種材料の熱特性を打ち消すように選択される。熱伝導率及び融点などの特性の差により、導電率の高い方の材料に対する電極は、抵抗率の高い方の材料に対する電極よりも直径が大幅に大きくなる。このような実施形態では、導電側からの溶融排出（ｍｏｌｔｅｎ ｅｘｐｕｌｓｉｏｎ）を回避しながら、抵抗側を充分に加熱する結果となる。場合によっては、熱流量の均衡はこのほか、異種材料及び／又は異なる接触面形状の電極接触面又は先端を使用することのほか、片面方式でいずれかの側に力又は電流を加えることによって達成されてもよい。
【0039】
本明細書に開示する他の実施形態では、異種材料を熱的に接合するためにＩＭＣを一貫して形成する新規な方法で既存の技術を使用する溶接プロセスを説明する。そのような実施形態には、均一なＩＭＣを生成するために溶接界面全体に熱を分配するために１つの連続プログラムに組み合わされた複数のスポット溶接プログラムを含む複雑な多段階溶接プログラムの使用が含まれる。この多段階溶接プログラムは、界面全体に熱を分散させ、一貫した一体型ＩＭＣを形成するのに役立つ。この方法は、従来の抵抗スポット溶接と比較して機械的強度を向上させるだけでなく、他の方法よりも比較的高速な方法で機械的強度の向上を実現する可能性を有する。
【0040】
現在開示している実施形態は、制御された方法で異種材料間に分散された熱を提供する。このような実施形態は、異種材料間の異なる熱特性を相殺して、異種材料を共に接合するのに充分な量の熱を送達するのに役立つ。本明細書に開示する方法を、成形からの排出又は整合しないＩＭＣなどの好ましくない溶接条件を回避しながら実施する。結果として得られるこのＩＭＣは最適な厚さであり、調和するように溶接面全体に広がる。ＩＭＣはこのほか、亀裂の量が大幅に減少しているため、工業生産での使用に適している。
【0041】
従来技術の既存のプロセスとは対照的に、このような方法は、既存の溶接工具を使用して２つの異なる導電性材料を効果的に接合するが、部品を最初に接合するために締結具を必要としない。このほか、このような方法では、熱の方向を変えるための溶接工具への何らかの追加の留め具、あるいは材料間に配置する被覆材が必要ない。このような方法はこのほか、連続的なものであり、続行する前に溶融材料を再形成するために停止する必要はない。本明細書で説明する多段階溶接プログラムは、従来の溶接機を使用して１つの連続的な電流の流れで行われ、接合される材料のさまざまな熱特性に適合する方法で熱を効果的に分配することによって、異種材料を効果的に接合する。
【0042】
典型的には、多段階溶接プログラムは、溶接プロセスの各段階で中断のない電流の流れを維持することになる。しかし、接合されている異種材料の任意の積み重ねに適していると考えられる方法で電流を変化させることができる。これには、直流又は交流の溶接機のために電流を傾斜状に増大させること、交流パルス機能などが含まれるが、ここに挙げたものに限定されない。これは、電流が最初から最後まで途切れることなく流れ続ける限り許容される。このような方法は、複数の積み重ねにわたって再現可能であり、従来の溶接よりも効果的であるが、利用可能な他の解決策よりも高速で効率的である可能性がある。
【0043】
図１は、本主題による抵抗溶接機又はシステム１００の一例を示す。溶接機１００は、さまざまなロボット又は非ロボット溶接装置を利用してもよく、接合される材料の界面に必要な溶接プログラムを提供することができる任意のタイプの溶接機を概ね備えてもよい。いくつかの例では、溶接機１００はサーボ駆動の溶接機であるが、他の例では、溶接機１００は空気圧駆動の溶接機である。しかし、本開示から逸脱することなく、ほぼ同じ技術を実施することができる任意の他のタイプの溶接装置を利用してもよい。溶接機を流れる電流は、直流（ＤＣ）、交流（ＡＣ）、あるいはワークピースに電流を印加する任意の他の組み合わせ及び／又は方法であることがあり得る。
【0044】
図示のように、溶接機１００は、上部電極１１０と、対向する下部電極１２０とを備える。上部電極１１０は、下部電極１２０が下部金属ワークピースの下部金属表面１４２と接触するようになると、上部金属ワークピースの上部金属表面１３２と接触するようになる。図示の金属ワークピースは金属シートであるが、これとは別に任意の他の適切なタイプのものであることがある。ここでは２枚のシートで描写されているこのプロセスにはこのほか、接合プロセスに２枚以上のシートが追加される可能性がある。上部及び下部の電極１１０、１２０の両方は、異なる均一な半径及び成形面を有する円筒形状を有するものとして描写される。図１は、平坦な溶接面を有する電極１１０、１２０を示す。しかし、他の状況又は実施形態では、電極１１０、１２０の溶接面は、平坦、内向き又は外向きの特徴の任意の組み合わせを有してもよい。
【0045】
上部電極１１０及び／又は下部電極１２０のいずれかは、任意のさまざまな形状を備えてもよい。例えば、上部電極１１０及び／又は下部電極１２０の任意の組み合わせがそれぞれ、上部電極接触面１１２又は下部電極接触面１２２のいずれかが円錐台形の本体の端部で丸みを帯びた溶接面となり、円筒形本体の端部の切頭端（ｔｒｕｎｃａｔｅｄ ｅｎｄ）の半径によって規定されるような特定の外形であってもよい。異種溶接のほとんどの実施形態では、上部電極１１０の形状が下部電極１２０の形状とは異なる。上部電極１１０及び下部電極１２０は、任意のさまざまな外形及び形状を備えてもよい。電極の形状及び溶接面の外形に関係なく、電極接触面１１２、１２２は、平坦な溶接面として設けられても、内側又は外側に突出する曲率を備えて設けられてもよい。電極表面１１２、１２２は、滑らかなものにすることができ、あるいは隆起又は窪みの特徴（歯、ギザギザ、突起、窪み、隆起、凹凸、クロスハッチ、平行線又は非平行線、星形、三角形、六角形など及びその組み合わせ）から構成されたグループから選択された複数の雄型嵌合特性又は雌型嵌合特性を備えるきめのある表面（ｔｅｘｔｕｒｅｄ ｓｕｒｆａｃｅ）を有することができる。この質感は、適用可能な場所で表面の酸化物層を破壊するのに役立つ。質感のある溶接面の更なる情報としては、特許文献１（ＰＣＴ／ＵＳ２０１９／０５２０９４号）を参照されたい。この公報は、参照することによって、その全体が本明細書に明示的に組み込まれる。
【0046】
典型的な抵抗スポット溶接作業中に、上部電極１１０の上部電極接触面１１２は、設定された力で上部金属部品又はワークピース１３０に押し付けられ、最適な圧力を加える。このとき、下部電極１２０の下部電極面１２２は、上部電極１１０と同時に、設定された力又は所定の力で下部金属部品１４０の下部金属表面１４２に押し付けられ、最適な圧力を送達する。電極１１０、１２０は、ワークピース１３０、１４０を共に設定された力で同時に押圧する。図示のように、上部電極１１０の上部電極接触面１１２は、下部電極１２０が下部金属部品１４０の下部金属表面１４２に押し付けられると同時に、上部金属部品１３０の上部金属表面１３２に押し付けられる。次に、溶接機１００は、上部電極１１０と下部電極１２０との間に、上部金属部品１３０と下部金属部品１４０との界面を横切って充分な電流を流し、溶接プロセスの最終製品としてＩＭＣ１５１を生成する。
【0047】
溶接スケジュールは、形成される接合部の品質に果たす役割により、ＩＭＣの形成に不可欠である。適切に均衡のとれた溶接スケジュールが、最適な厚さの一貫した堅牢なＩＭＣを形成する。最適な厚さの一貫したＩＭＣが、異種材料間で形成される合金の亀裂の数を低減する。これは、内部障害が発生する可能性のある箇所の数を低減する。これにより、異種材料の溶接で達成可能な強度のレベルをさらに高めることになるほか、周期的試験の疲労をはじめとする形態の性能が向上することになる。図示の溶接機は、ソフトウェア又はプログラミングコードを利用して、以下に開示する溶接スケジュール又は溶接プログラムをはじめとするステップを実行する適切なシステムプロセッサ及びメモリを備える。
【0048】
図２Ａ及び図２Ｂは、従来の鋼対鋼溶接で使用される典型的な先行技術の溶接プログラムの一例を示す。このプロセスは、電極がワークピースを互いに押し付けることを特徴としており、電極の先端とワークピースに一定量の電流が所与の時間流れると、溶接プロセスが発生する。このプロセスは最初から最後まで継続される。図２Ａは、プロセスステップ２１０、２２０、２３０及び２４０を示す例のフローチャートであり、図２Ｂは、その例の溶接グラフである。図２Ｂは、プロセスステップ２１０からプロセスステップ２４０まで、ワークピースを流れる電流の推移を経時的にチャート化することにより、溶接グラフを提示する。従来の溶接プログラムを使用して異種材料を接合すると、形成されるＩＭＣは一貫性がなく、大きさと形状が不安定になる。特定の場合では、ＩＭＣが形成されない場合があり、代わりに別のものが形成される。このような不規則性は、空隙及び亀裂などの過剰な欠陥につながり、異種材料を共に保持する合金の潜在的な強度を低下させる。図２Ｃは、この従来の溶接プログラムから得られた溶接の例示的なＳＥＭ画像を示し、異種材料を接合するために従来の抵抗スポット溶接法を使用することの欠点を示す。このＩＭＣは、空隙及び亀裂などの欠陥を多く含んでおり、溶接強度が不充分になる可能性がある。図２Ｄは、鋼ワークピース間の従来の溶接で使用されるほぼ同じ大きさの溶接電極の側面図を示す。
【0049】
図３Ａ及び図３Ｂは、本開示の好ましい実施形態の連続溶接プログラムの一例を示す。本明細書に開示するさまざまな好ましい実施形態が、ＩＭＣの適切な形成のために熱を適切に分配するために同一の一般的な流れに追従することになる。溶接プロセスのいくつかの段階（ｓｔａｇｅ）に熱が分散され、堅牢で構造的に機能するＩＭＣが形成される。図３Ａは、プロセスステップ２１０、３１０、３２０、２２０、３３０、２３０及び２４０を有する例のフローチャートである。図３Ｂは、プロセスステップ２１０からプロセスステップ２４０まで、ワークピースを通って流れる電流の推移を経時的に示す例の溶接グラフである。図３Ｃは、異種ワークピース間の熱伝導率の差を打ち消すために必要とされる異なる大きさの溶接電極の側面図を示す。
【0050】
上部及び下部の溶接電極１１０、１２０は、金属部品又はワークピース１３０、１４０を、接触面１１２、１２２にて、所定の期間２１０の間、設定又は所定の圧力で互いに押し付ける。溶接電極接触面１１２、１２２のこの押圧により、上部及び下部の電極１１０、１２０は、それぞれの材料表面１３２、１４２の外部酸化物層が存在する場合、外部酸化物層を破壊することができる。上部電極１１０は、接合される上部金属部品１３０に電極表面１１２が付着するのを防止することによって先端の寿命を維持しながら、さらに効果的な電流の流れを促進するために上部金属部品１３０の酸化物に開口部を形成する。下部電極１２０は、さらに効果的な電流の流れを促進するために、下部金属部品１４０の（酸化物層が存在する場合の）酸化物に開口部を形成する。このアプローチは、異種材料の２枚以上のシートを接合するように拡張され得る。
【0051】
異種材料としてのアルミニウムと鋼の例では、溶接プログラムは予熱プログラム３１０を利用して、上部金属部品１３０と下部金属部品１４０との間のエリアを均一に加熱する。次に電流を徐々に上げていき（３２０）、鋼の被覆を溶融し、体心立方相から面心立方相への相変化を促進する。例示的な傾斜は一定であり、角度の付いた直線を提供するのに対して、これとは別に、凹曲線、凸曲線、階段などの他の任意の適切な増加量を使用することができるが、ここに挙げたものに限定されないことに留意されたい。この傾斜ステップは、接合される材料の抵抗率、溶接性及び厚さとさらに良好に相関するように、さまざまな電流の期間と時間に操作することができる。このほか、必要に応じて、予熱フェーズと溶接フェーズとの間の傾斜フェーズも削除することができることに留意されたい。この相変化の後、鉄イオンがアルミニウムに拡散してＩＭＣの生成を促進することになる。アルミニウムと鋼を溶接する場合、アルミニウムは、５ｘｘｘ、６ｘｘｘ、７ｘｘｘ、８ｘｘｘ又はさまざまな質と厚さの任意の他のアルミニウム合金とすることができ、被覆されていなくても、さまざまな種類の表面被覆が施されていてもよい。同じように、鋼はさまざまな厚さで被覆されていても被覆されていなくてもよく、さまざまな材料強度を有することがあり得る（低炭素鋼、中強度鋼、高強度鋼、熱間鍛造ボロン鋼、ステンレス鋼などが挙げられるが、ここに挙げたものに限定されない）。このほか、他の異種材料の組み合わせ（アルミニウムとスチール以外）を、このアプローチによって接合することがあり得る。電流と圧力がかかる状態でアルミニウムと鋼とほぼ同じ方法で異種材料が相互作用する場合、異種材料を接合することができる。フェーズと結晶構造の変化は、接合される異種材料によって異なることになる。さまざまな適切な時間と電流を使用することができ、電流の推移は、予熱フェーズ又は溶接フェーズで使用される電流値に依存しない。
【0052】
ＩＭＣの作成中、傾斜フェーズ３２０の電流は、連続する所定の電流２２０に変わり、異種材料を共に溶接して、薄く一貫したＩＭＣを形成することになる。本明細書では、さまざまな適切な電流及び溶接時間を使用することができる。
【0053】
ＩＭＣが形成された後、金属部品１３０、１４０の冷却が始まる。焼き戻しフェーズ３３０が、溶接電極１１０、１２０との溶接界面にわたって実施される。金属部品１３０、１４０の焼き戻しは、溶接フェーズ又は溶接段階よりも比較的低い電流で実施され、温度が徐々に低下することを可能にする。この緩やかな低下により、融点が低めであるために最初に溶融する材料全体にわたって、制御された材料の移行が可能になり、制御された方法で冷却される領域へと固化して、ＩＭＣの熱応力を制限する。この熱応力の制限により、ＩＭＣの亀裂が減少し、その結果、損傷の伝搬点（ｐｒｏｐａｇａｔｉｏｎ ｐｏｉｎｔ）が減少する。
【0054】
金属部品１３０、１４０を横切って電流が流れるのを溶接プログラムが終了した、焼き戻しフェーズ又は段階の終了時に、電極１１０、１２０は、金属部品１３０、１４０を、規定された期間又は所定の期間２３０の間、一体にした状態に維持する。水又は任意の他の冷却剤が、この保持時間の間、電極１１０、１２０内を通って流れ続け、金属部品１３０、１４０及び電極１１０、１２０の両方を冷却することになる。金属部品１３０、１４０が規定又は所定の期間保持された時点で、上部及び下部の溶接電極表面１１２、１２２は、完全に形成されたＩＭＣ１５１を含むサンプルを時間２４０にて解放し、溶接プロセスの終了を知らせる。
【0055】
図４Ａ～図４Ｃは、図３Ａ及び図３Ｂに関して上述したように溶接プロセスが好結果に実施された後の接合部の断面図を示す。異種材料間にＩＭＣが形成され、異種材料が正常に溶接されている。電流がＩＭＣの上部側を通過する領域にて、導電性の高い方の材料が溶融し、再形成された。図４Ａは、本明細書で製造された断面の製図である。上部金属部品１３０がアルミニウムであり、下部金属部品１４０が鋼である例では、これは、領域１５０にてアルミニウムを溶融し、ＩＭＣ１５１の上にある固化堆積物として再固化した後に得られる。下部金属部品１３０として使用される鋼は、体心立方（ＢＣＣ）相から面心立方（ＦＣＣ）相に移行し、冷却するとＢＣＣ相に戻る。結晶構造の変化は、接合される材料によって異なることになる。上部及び下部の電極面１１２、１２２は、特定の溶接用途向けに設計された特定の硬度及び輪郭を有してもよい。図４Ｂは、本明細書で作成された断面の顕微鏡図を提示する。図４Ｃは、上記で開示した方法から得られた溶接のＳＥＭ画像を示し、複雑な多段階溶接プログラムを利用することにより、従来の溶接で生じた問題を解決して堅牢で機能的なＩＭＣを作成する方法を示している。これにより、異種溶接に対する高い強度が得られるほか、周期的試験の疲労をはじめとする形態の性能が向上する。
【0056】
溶接電極１１０、１２０は、ワークピース１３０、１４０内の電流の流れがペルチェ効果を促進するように方向づけられた接触面１１２、１２２をそれぞれ有することが好ましい。ペルチェ効果は、電流が２つの接触している導電性であるが異種である材料に流れるときに発生する熱電効果である。この効果により、一方の材料が他方の材料に熱を伝達して、化学ポテンシャルのギャップ（ｇａｐ）を調整する。そのため、ペルチェ効果を促進するために、電流の流れを特定の方向に整列させることができる。このプロセスは、ペルチェ効果に従って整列されていない方向でも機能するが、ペルチェ効果を利用すると、そうしない場合と比較して一貫性のレベルを大幅に向上できることに留意することが重要である。
【0057】
ワークピース１３０、１４０の異種材料のうちの導電性の高い方の材料と接触している溶接電極１１０、１２０の接触面１１２、１２２は、好ましくは、ワークピース１３０、１４０の異種材料のうちの導電性の低い方の材料と接触している溶接電極１１０、１２０の接触面１１２、１２２と同等の直径比を有し、異種材料間の熱伝導率及び熱膨張の相違を打ち消す。伝導性の高い方の側で使用するために選択される接触面１１２、１２２は、異種材料間の熱伝導率と熱膨張の相違を適切に打ち消すことができるように、少なくとも伝導性の低い方の材料に当てられる接触面１１２、１２２と同等の直径比である必要がある。場合によっては、熱流量の均衡はこのほか、異種材料及び／又は異なる接触面形状の溶接電極１１０、１２０を使用することによって、達成されてもよい。
【0058】
本明細書で考察した材料に固有の特定の複雑さと、材料を接合するＩＣとは、適切な結合を容易にするために、さらに高いレベルのプログラムの変動（ｐｒｏｇｒａｍ ｖａｒｉａｎｃｅ）を必要とする場合があるであろう。溶接手順の複雑さに影響を及ぼすことになるいくつかの要因には、材料の表面状態（酸化物スケール、破片、汚染物質など）、接合される材料の等級と厚さ、接合される材料の形状、材料間の中間層の存在（接着剤、防水剤など）及び接合されるシートの数が挙げられる（しかし、ここに挙げたものに限定されない）。溶接スケジュールに影響を及ぼすことがある他の要因がいくつかあることがあり得る。プログラムの変動は、多段階溶接スケジュールに電流の追加の変動を導入することによって明らかになる。溶接段階を追加するか削除し得るこのような変動を図５～図１０に開示する。本明細書に開示するプロセスは、以下の図に限定されない。図５～図１０は、開示するプロセスの追加の例である。溶接プログラムには、経時的にさまざまな量で変化するさまざまな電流レベルが含まれる場合がある。実際のプログラムは、本明細書で考察する図によって異なる場合がある。
【0059】
図５Ａ～図５Ｃは、図３Ａ及び図３Ｂの溶接プロセスから変更された溶接プロセスを表す。ここで、溶接プロセスは、溶接フェーズ又はステップ２２０に移行する前に、複数レベルの予熱フェーズ又はステップ３１０、５１０を通過する。複数の予熱フェーズを使用して、材料が熱負荷の変化に敏感である可能性がある状況で、異種材料をさらに高いレベルで制御することができる。電流が停止しない限り、接合される材料の要求に合わせて予熱のレベルを増減させることができ、最終的な予熱ステップは、電流を溶接ステップに移行させることによって進行する。図示の例は２つの予熱ステップ３１０、５１０を有するが、これとは別に、必要に応じて任意の他の適切な複数の予熱ステップを利用することができることに留意されたい。図５Ａはプロセスステップ２１０、３１０、５１０、３２０、２２０、３３０、２３０及び２４０を有する例のフローチャートであり、図５Ｂは、その例の溶接グラフである。図５Ｂは、プロセスステップ２１０からプロセスステップ２４０まで、溶接材料を通って流れる電流の推移を経時的にチャート化することによって、溶接グラフを示す。予熱のレベルの数は、発生する相変化の種類と、（ＩＭＣが形成される場合には）ＩＭＣを形成するのに必要な関連する拡散速度とによって異なる場合がある。予熱電流のさまざまな段階は、図５Ｂにみられるように２つの中断されない予熱電流など、任意の数のパターンであることがあり、あるいは図５Ｃにみられるように、交流方式／パルス方式にすることができる。溶接される金属部品１３０、１４０によって異なる予熱には、いくつかの追加の利点があり得る。
【0060】
図６Ａ～図６Ｃは、図３Ａ及び図３Ｂの溶接プロセスから変更された溶接プロセスを表す。ここで、溶接プロセスは、冷却前に複数レベルの溶接２２０、６１０を通過する。複数レベルの溶接を利用して、ＩＭＣを構成するために作成される相のタイプと濃度をさらに高いレベルで制御する状態を維持することができる。電流が停止しない限り、接合される材料の要求に合わせて溶接のレベルを増減させることができ、最終的な溶接ステップは、冷却フェーズに進行する。この図示の例は２つの溶接ステップ２２０、６１０を有するが、これとは別に、必要に応じて、任意の他の適切な複数の溶接ステップを利用することができることに留意されたい。図６Ａは、プロセスステップ２１０、３１０、３２０、２２０、６１０、３３０、２３０及び２４０を有する例のフローチャートである。図６Ｂは、その例の溶接グラフである。図６Ｂは、プロセスステップ２１０からプロセスステップ２４０まで、金属部品１３０、１４０を通って流れる電流の推移を経時的にチャート化することによって、溶接グラフを提示する。溶接電流のさまざまな段階は、図６Ｂにみられるように２つの途切れない溶接電流などの任意の数のパターンとすることができ、あるいは図６Ｃにみられるように交流方式／パルス方式とすることができる。
【0061】
図７Ａ及び図７Ｂは、図３Ａ及び図３Ｂの溶接プロセスから変更された溶接プロセスを表す。ここで、この溶接プロセスは、接合された材料を冷却するために溶接面に電流を流すことなく、任意の焼き戻しフェーズを迂回して、溶接された材料を保持する溶接面に直行する。特定の材料の組み合わせは、ＩＭＣの適切な形成を促進するために焼き戻しフェーズを必要としない場合がある。これにより、プロセス時間が短縮され、大幅なコスト削減が可能になる。図７Ａは、プロセスステップ２１０、３１０、３２０、２２０、２３０及び２４０を有する例のフローチャートである。図７Ｂは、プロセスステップ２１０、３１０、３２０、２２０、２３０及び２４０を有する例の溶接グラフである。図７Ｂは、プロセスステップ２１０からプロセスステップ２４０まで、金属部品１３０、１４０を通って流れる電流の推移を経時的にチャート化することによって、溶接グラフを提示する。
【0062】
図８Ａ～図８Ｃは、図３Ａ及び図３Ｂの溶接プロセスから変更された溶接プロセスを表す。ここで、溶接プロセスは、電流の流れを停止する前に、複数のレベルの焼き戻し８１０を経由する。電流が停止しない限り、接合される材料の要求を満たすように材料の冷却速度をさらに制御するために、複数のレベルの焼き戻しが時間又は電流のいずれかにて増大するか減少することができる。このプロセスは、依然として、電極表面１１２、１２２からの圧力を利用して、金属部品１３０、１４０を所定の期間一体的に固定することによって終了することになる。この図示の例は、２つの焼き戻しステップ３３０、８１０を有するが、これとは別に、必要に応じて、任意の他の適切な複数の焼き戻しステップを利用することができることに留意されたい。図８Ａは、プロセスステップ２１０、３１０、３２０、２２０、３３０、８１０、２３０及び２４０を有する例のフローチャートである。図８Ｂは、その例の溶接グラフである。図８Ｂは、プロセスステップ２１０からプロセスステップ２４０まで、金属部品１３０、１４０を通って流れる電流の推移を経時的にチャート化することによって、溶接グラフを提示する。焼き戻し電流のさまざまな段階は、図８Ｂにみられるように２つの一貫した焼き戻し電流など、任意の数のパターンであることがあり、あるいは図８Ｃにみられるように、交流方式／パルス方式であることがある。
【0063】
図９Ａ及び図９Ｂは、図５Ｃ、図６Ｃ及び図８Ｃにみられるパルス電流を採用し、１つの脈動溶接プログラムに統合した。図９Ａは、直流（ＤＣ）と一致する溶接スケジュールにてこの方法を示す。図９Ｂは、交流（ＡＣ）と一致する溶接スケジュールにてこの方法を示す。
【0064】
図１０Ａ及び図１０Ｂは、図３Ａ及び図３Ｂの溶接プロセスから変更された溶接プロセスを表す。ここで、溶接プロセスは、予熱フェーズと溶接フェーズとの間の任意の傾斜フェーズを迂回して、ＩＭＣの形成のために溶接段階に直行する。特定の材料の組み合わせには、ＩＭＣの適切な形成を促進するために傾斜フェーズを必要としない場合がある。これにより、プロセス時間が短縮され、大幅なコスト削減が可能になる。図１０Ａは、プロセスステップ２１０、３１０、１０２０、３３０、２３０及び２４０を有する例のフローチャートである。図１０Ｂは、プロセスステップ２１０、３１０、１０２０、３３０、２３０及び２４０を有する例の溶接グラフである。図１０Ｂは、プロセスステップ２１０からプロセスステップ２４０まで、金属部品１３０、１４０を通って流れる電流の推移を経時的にチャート化することによって、溶接グラフを提示する。
【0065】
図は、異種材料を溶接するための好結果のプログラムの例であるが、本明細書に開示する発明は、上記の図のみに限定されるものではない。溶接プログラムが連続多段階プロセスである限り、任意の数及び組み合わせのステップを使用することができる。ワークピース１３０、１４０に供給される電流は、一定の電流レベルに含まれる必要はなく、電流がワークピース１３０、１４０を継続的に流れる限り、パルス方式又は傾斜方式（ｓｌｏｐｉｎｇ ｍｅｔｈｏｄ）のいずれかで変動することができる。
【0066】
上述の実施形態及び変形例の特徴又は属性のいずれも、要望どおり、上述の実施形態及び変形例の他の特徴及び属性のいずれかと組み合わせて使用することができる。
【0067】
ここで開示している実施形態は、コスト及び時間の節約など、溶接作業にかなりの効率を提供する。例えば、締結具を使用せずに異種材料を良好に接合することができると、締結具を使用するほとんどの用途でのコストを節約する。ありとあらゆる接合部から締結具を取り外すという簡素であるが斬新なタスクは、従来は異種材料を共に接合していたであろうありとあらゆる締結具のコストと重量を取り除くことにより、このプロセスを適用する事業者に利点をもたらすであろう。締結具がなく、従来の溶接工具とラインレイアウトを使用することができるため、時間が大幅に節約される。この解決策はこのほか、界面を通過するエネルギーの流れを一定に保つことにより、他の溶接解決策と比較して時間を大幅に節約する。これにより、電流の送達に断続的な停止がないため、さらに短い時間で大量のエネルギーを供給することができる。
【0068】
このため、開示したシステム及び方法は、言及した目的及び利点のほか、システム及び方法に固有の目的及び利点を達成するように良好に適合される。本開示の教示は、本明細書の教示の恩恵を受ける当業者には明らかな、別々であるが同等の方法で変更され、実施され得るため、上記で開示した特定の実施形態は例示に過ぎない。さらに、以下の特許請求の範囲に記載するものを除いて、本明細書に示す構造又は設計の詳細を限定することを意図するものではない。このため、上記で開示した特定の例示的な実施形態は変更されても、組み合わされても、修正されてもよく、そのような変形はいずれも本開示の範囲内であると考えられることは明らかである。本明細書に例示的に開示するシステム及び方法は、本明細書に具体的に開示していない任意の要素及び／又は本明細書に開示した任意の最適な要素がなくても適切に実施される場合がある。組成物及び方法を、さまざまな構成要素又はステップを「備える」、「包含する」又は「含む」という観点から説明しているが、組成物及び方法はこのほか、さまざまな構成要素及びステップから「本質的に構成する」ことができるか、「構成する」ことができる。上記で開示したあらゆる数値と範囲が多少異なる場合がある。下限及び上限を伴う数値範囲を開示する場合は常に、その範囲内に含まれる任意の数値及び任意の範囲を具体的に開示する。特に、（「約ａから約ｂまで」又は同等に「約ａからｂ」又は同等に「約ａ～ｂ」の形式の）本明細書で開示する値のあらゆる範囲は、さらに広い範囲の値に含まれるあらゆる数値と範囲を示すと理解されることになる。このほか、特許請求の範囲の用語は、特許権者によって明示的かつ明確に定義されていない限り、平易で通常の意味を有する。さらに、特許請求の範囲で使用する不定冠詞「ａ」又は「ａｎ」は、本明細書では、本明細書が導入する要素のうちの１つ又は複数を意味するように定義される。本明細書の単語又は用語の使用法と、参照により本明細書に組み込まれる可能性のある１つ又は複数の特許文書又は他の文書の単語又は用語の使用法に何らかの矛盾がある場合は、本明細書と一致する定義を採用する必要がある。
【0069】
本明細書で使用するように、項目のうちのいずれかを区切る「及び」又は「又は」という用語を伴う一連の項目の前にある「～の少なくとも１つ」という語句は、リストの各部材（即ち、各項目）ではなく、リスト全体を修飾する。「～の少なくとも１つ」という語句は、項目のうちのいずれか１つの少なくとも１つ及び／又は項目の任意の組み合わせの少なくとも１つ及び／又は項目のそれぞれの少なくとも１つを含むという意味を許容する。例として、「Ａ、Ｂ及びＣの少なくとも１つ」又は「Ａ、Ｂ又はＣの少なくとも１つ」という語句はそれぞれ、Ａのみ、Ｂのみ又はＣのみ、Ａ、Ｂ及びＣの任意の組み合わせ及び／又はＡ、Ｂ及びＣのそれぞれの少なくとも１つを指す。
【図1】
【図2A】
【図2B】
【図2C】
【図2D】
【図3A】
【図3B】
【図3C】
【図4A】
【図4B】
【図4C】
【図5A】
【図5B】
【図5C】
【図6A】
【図6B】
【図6C】
【図7A】
【図7B】
【図8A】
【図8B】
【図8C】
【図9A】
【図9B】
【図10A】
【図10B】
【手続補正書】
【提出日】2022-01-10
【手続補正1】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１材料の第１ワークピースと、前記第１材料から異種の第２材料の第２ワークピースを接合するための抵抗スポット溶接方法であって、前記方法は、溶接機の対向する溶接電極によって、前記第１及び第２ワークピースを加圧して、前記第１及び第２ワークピースを固定するステップと、
予熱フェーズにて、前記第１及び第２ワークピースが前記溶接電極によって加圧され、固定された状態で、前記溶接電極を介して前記第１及び第２ワークピースに所定のレベルで所定の期間電流を供給して、前記第１及びワークピースを徐々に加熱するステップと、
前記予熱フェーズ後の溶接フェーズにて、前記第１及び第２ワークピースが前記溶接電極によって加圧され、固定された状態で、溶接電極を介して前記第１及び第２ワークピースに前記予熱フェーズよりも高い所定のレベルで所定の期間電流を供給して、前記第１及び第２ワークピース間に拡散により金属間化合物（ＩＭＣ）を形成するステップと、を含む方法において、
前記電流は、前記予熱フェーズから溶接フェーズまで停止することなく前記第１及び第２ワークピースに連続的に供給される、抵抗スポット溶接方法。
【請求項2】
前記第１及び第２ワークピースが前記溶接電極によって加圧され、固定された状態で、前記予熱フェーズと前記溶接フェーズとの間の傾斜フェーズをさらに含み、前記第１及び第２ワークピースに供給される電流が、所定の期間にわたって前記予熱フェーズの前記所定のレベルから前記溶接フェーズの前記所定のレベルまで徐々に上昇し、その上昇の大きさは、接合される前記第１及び第２材料によって異なる、請求項１に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項3】
異なる所定レベルの電流をそれぞれが有する複数の前記予熱フェーズが存在する、請求項２に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項4】
異なる所定レベルの電流をそれぞれが有する複数の前記溶接フェーズが存在する、請求項１に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項5】
前記溶接フェーズの後に、焼き戻しフェーズを更に有し、前記第１及び第２ワークピースが前記溶接電極によって加圧され、固定された状態で、前記溶接フェーズの前記所定のレベルよりも低い所定のレベルで溶接電極を介して前記第１及び第２ワークピースに電流を供給して、前記第１及び第２ワークピースを徐々に冷却する、請求項１に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項6】
前記焼き戻しフェーズは、一定の所定のレベルの電流によって前記第１及び第２ワークピースを冷却する、請求項５に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項7】
前記焼き戻しフェーズは、前記溶接フェーズよりも低い電流レベルであり、前記予熱フェーズよりも低いか等しい電流レベルである、請求項５に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項8】
異なる所定レベルの電流をそれぞれが有する複数の前記焼き戻しフェーズが存在する、請求項５に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項9】
前記第１及び第２ワークピースに電流が流れていない状態で、一定の圧力で所定の期間、前記溶接電極が前記第１及び第２ワークピースを加圧し、固定し続けながら、前記溶接フェーズの後に、前記溶接電極内を流れる冷却流体を使用して、前記第１及び第２ワークピースの冷却速度を増大させるステップをさらに含む、請求項１に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項10】
前記溶接電極が前記第１及び第２ワークピースを最初に固定した時から焼き戻しフェーズの終了まで前記第１及び第２ワークピース内の電流が停止することなく、冷却液が前記溶接電極を通って流れている状態で前記溶接電極は前記第１及び第２ワークピースを固定し続ける、請求項９に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項11】
前記溶接電極はそれぞれ、前記第１及び第２ワークピース内の電流の流れが促進されるように方向付けられ、ペルチェ効果を考慮し、実施することによって最適化される接触面を有する、請求項１に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項12】
前記第１及び第２材料のうち導電性の高い方の材料と接触している前記溶接電極の接触面が、前記第１及び第２材料のうち導電性の低い方の材料と接触している前記電極の接触面と同等の直径比を有して、前記第１及び第２材料間の熱伝導率及び熱膨張の相違を打ち消し、前記比は、前記第１及び第２材料間の厚さの差に基づいて変化することもできる、請求項１に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項13】
前記第１及び第２ワークピースに供給される前記電流は、各フェーズで一定の電流レベルではなく、前記電流が前記第１及び第２ワークピースに継続的に流れている間、パルス方式又は傾斜方式のいずれかで変動する、請求項１に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項14】
前記第１及び第２材料が、それぞれアルミニウムと鋼である、請求項１に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項15】
第１材料の第１ワークピースと、前記第１材料から異種の第２材料の第２ワークピースを接合するための抵抗スポット溶接方法であって、前記方法は、溶接機の対向する溶接電極によって前記第１及び第２ワークピースを加圧して、前記第１及び第２ワークピースを固定するステップと、
予熱フェーズにて、前記第１及び第２ワークピースが前記溶接電極によって加圧され、固定された状態で、前記溶接電極を介して前記第１及び第２ワークピースに所定のレベルで所定の期間電流を供給して、前記第１及び第２ワークピースを徐々に加熱するステップと、
前記予熱フェーズ後の溶接フェーズにて、前記第１及び第２ワークピースが前記溶接電極によって加圧され、固定された状態で、前記予熱フェーズよりも高い所定のレベルで所定の期間、前記溶接電極を介して前記第１及び第２ワークピースに電流を供給して、前記第１及び第２ワークピース間に拡散により金属間化合物（ＩＭＣ）を形成するステップと、
前記第１及び第２ワークピースが前記溶接電極によって加圧され、固定された状態での前記予熱フェーズと前記溶接フェーズとの間の傾斜フェーズのステップであって、前記第１及び第２ワークピースに供給される電流が、前記予熱フェーズの前記所定のレベルから前記溶接フェーズの前記所定のレベルまで所定の期間にわたって徐々に上昇する、ステップと、
前記溶接フェーズの後の焼き戻しフェーズのステップであって、典型的には前記予熱フェーズよりも低いレベルの電流を利用して、ＩＭＣへの熱衝撃のリスクを低減するように温度を下げることにより、制御された方法で冷却が生じる、ステップと、を含む抵抗スポット溶接方法であって、
前記電流は、前記予熱フェーズ、前記傾斜フェーズ及び前記溶接フェーズを通じて停止することなく前記第１及び第２ワークピースに連続的に供給される、抵抗スポット溶接方法。
【請求項16】
前記溶接フェーズの後かつ前記冷却速度の増大ステップの前の焼き戻しフェーズにて、前記第１及び第２ワークピースが前記溶接電極によって加圧され、固定された状態で、前記溶接フェーズの前記所定のレベルよりも低い所定のレベルで前記溶接電極を介して前記第１及び第２ワークピースに電流を供給して、前記第１及び第２ワークピースを徐々に冷却するステップをさらに含む、請求項１５に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項17】
前記焼き戻しフェーズは、前記溶接フェーズよりも低い電流レベルであり、前記予熱フェーズよりも低いか等しい電流レベルである、請求項１６に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項18】
前記溶接電極が前記第１及び第２ワークピースを最初に固定してから前記焼き戻しフェーズの終了まで、前記第１及び第２ワークピース内の電流が停止しない、請求項１６に記載の抵抗スポット溶接方法。
【請求項19】
前記異種材料がアルミニウムと鋼である、請求項１５に記載の抵抗スポット溶接方法。
【国際調査報告】