(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
抵抗溶接可能な母材（鉄系・非鉄系金属材料）と被接合体（鉄系・非鉄系金属材料）を重ね合わせて接合する異種金属の接合方法において、貫通した穴を開け尚且つ貫通した穴の母材の反対側にくぼみ加工を施した被接合体を用い、被接合体と母材を重ね合わせた状態で被接合体の母材の反対側より貫通した穴に挿入可能な形状のチップ（鉄系・非鉄系金属材料）を差込みチップと母材を抵抗溶接し、尚且つ溶融変形したチップにて被接合体と母材を接合する方法。
【請求項２】
抵抗溶接可能な母材と被接合体を重ね合わせて接合する異種金属の接合方法において、貫通した穴を開け尚且つ貫通した穴の被接合体の反対側にくぼみ加工を施した母材と貫通した穴を開け尚且つ貫通した穴の母材の反対側にくぼみ加工を施した被接合体を用い、被接合体と母材を重ね合わせた状態で貫通した穴に挿入可能な形状のチップを差込み加圧変形したチップと母材を抵抗溶接し、尚且つ溶融変形したチップにて被接合体と母材を接合する方法。
【請求項３】
上記請求項１、２において母材と被接合体の間に貫通した穴が開けられた中間材（鉄系・非鉄系金属材料）を挟みこみ多層構造の異種金属を接合する方法。
【請求項４】
上記請求項１、２、３において母材、被接合体、及び中間材の接合時の方向性を支持するためのチップ形状及び貫通した穴形状。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は抵抗溶接可能な鉄系金属材料及び非鉄系金属材料の異種金属接合方法に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
異種金属の接合において、一般的な溶接では接合する金属の材質のより接合部に穴が開いたりして接合出来ないことや接合部の変形、強度不足が生じている。また、接合後に接合金属表面全般に加熱による歪み等が発生していたりと外観形状の変形が生じてしまうことが有った。
【０００３】
異種金属の接合について公開特許では鋼鈑とアルミニウム系材料をインサート材を用いたスポット溶接による接合方法の特開平３―１１０６号や樹脂コート鋼鈑同士のピンを用いる接合方法の特開平５―４２３７４号、鉄系金属材料とアルミ系金属材料をピンを用いる接合方法の特開平７―２１４３３８号等が存在している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記の様に、異種金属の接合方法は多くあるが以下の問題が生じている。
【０００５】
一般的溶接では、接合する金属の材質のより接合部に穴が開いたりして接合出来ないことや接合部の変形、強度不足等の問題があり、接合後に接合金属全般に加熱による歪み等が発生していたりと外観形状の変形が生じてしまう問題がある。
【０００６】
インサート材等の中間媒体を用いる接合方法では、中間媒体部分の外観形状の変形が生じたり、中間媒体が特殊な為調達コストが高価になり、廃棄時も接合体が特殊な為廃棄コストが高価になる問題が生じる。
【０００７】
ピンを用いる接合方法では、樹脂コート鋼鈑同士の接合、鉄系金属材料とアルミ系金属材料の接合と材料が限定されていたり、ピン調達に掛かるコスト及びピンのフランジ部分による接合部分の外観形状の変形により、使用用途が限定される問題点がある。また、ピン接合では一点接合において母材と被接合体が接合された後、母材と被接合体が接合点を中心に回転し多点接合しなければ行けないと言う問題がある。多層異種金属接合においても同様の問題がある。
【０００８】
本発明は、上記を総括して、接合金属の限定を排し、接合体の接合部分及び全般に対する外観形状の変形及び強度不足、調達廃棄コスト、使用用途の限定等の問題を解決する為の異種金属接合方法を提供する事を目的としている。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記で述べた問題を解決するために、私達は熟慮した結果以下の方法を考案した。本発明の主とするところは、
（１）抵抗溶接可能な母材（鉄系・非鉄系金属材料：以下母材と記す）と、貫通した穴を開け尚且つ貫通した穴の母材の反対側にくぼみ加工を施した穴（以下穴と記す）が開けられた被接合体（鉄系・非鉄系金属材料：以下被接合材と記す）を重ね合わせた状態で被接合体側から穴に挿入可能な形状のチップ（鉄系・非鉄系金属材料：以下チップと記す）を通し抵抗溶接する異種金属接合方法であり
（２）（１）に対し母材にも貫通した穴を開け尚且つ貫通した穴の被接合体の反対側にくぼみ加工を施した穴を開け、穴が開けられた被接合体を重ね合わせた状態で穴に挿入可能な形状のチップを通し抵抗溶接する異種金属接合方法である。
（３）（１）、（２）において母材と被接合体間に貫通した穴が開けられた中間材（鉄系・非鉄系金属材料：以下中間材と記す）を挟み多層構造の異種金属接合をすることにした。
（４）（１）、（２）、（３）においてチップ形状及び貫通した穴形状を円柱及び円筒以外のものを用い組み合わせることにより母材と被接合体の接合時の方向性を支持することにした。
【００１０】
【作用】
本発明により一般的な溶接による接合及びインサート材等の中間媒体が不要になるため、それに伴う問題点が生じなくなる。穴が開いている母材（鉄系・非鉄系金属材料：以下母材と記す）・被接合体（鉄系・非鉄系金属材料：以下被接合材と記す）や未加工の接合体に及び多層構造の接合体にピンを挿入する方法にて接合する方法で生じるフランジによる接合部分に対する問題も貫通した穴を開け尚且つ貫通した穴の母材の反対側にくぼみ加工を施した穴に溶融変形で密着される為生じなくなる。又、抵抗溶接を使用することにより、抵抗溶接機の仕様の範囲内で母材・被接合体及び中間材の材質・板厚・形状等が接合できることで接合対象物を限定せず広範囲に接合出来る。チップの調達においても、プレス等の穴開けで生じる通常廃棄する金属片を用いているため調達コストも省け調達出来る。
【００１１】
【発明の実施の形態】
以下に本発明について図により説明する。
【００１２】
図１の（Ａ）、（Ｂ）は請求項１を説明するための断面図である。図１（Ａ）に示す様に抵抗溶接可能な母材（鉄系・非鉄系金属材料：以下母材と記す）１と、貫通した穴を開け尚且つ貫通した穴の母材の反対側にくぼみ加工を施した穴（以下穴と記す）３が開けられた被接合体（鉄系・非鉄系金属材料：以下被接合材と記す）２を重ね合わせた状態で被接合体２側から穴３に挿入可能な形状のチップ（鉄系・非鉄系金属材料：以下チップと記す）４を通し抵抗溶接機の電極５でチップ４と母材１を加圧通電する。その結果、図１（Ｂ）の様にチップ４と母材１が抵抗溶接され尚且つ加圧時にチップ４が溶融変形し穴３に密着し母材と被接合体が接合される。
【００１３】
図２（Ａ）、（Ｂ）のは請求項２を説明するための断面図である。図２（Ａ）に示す様に母材１にも貫通した穴を開け尚且つ貫通した穴の被接合体の反対側にくぼみ加工を施した穴（以下穴と記す）６を開け、母材１と被接合体２を重ね合わせた状態で穴３、６に対し挿入可能な形状のチップ４を通し、抵抗溶接機の電極５でチップ４を加圧することによりチップ４が変形し母材１と母材１の穴６に接触した時点で接触部が通電する。その結果、図２（Ｂ）に示す様にチップ４が母材１に加圧・溶融変形しながら母材１及び母材１の穴６に抵抗溶接され尚且つ加圧時にチップ４が溶融変形し穴３に密着し母材と被接合体が接合される。
【００１４】
図３（Ａ）、（Ｂ）は請求項３を説明するための断面図である。図３（Ａ）に示す様に抵抗溶接可能な母材１と、穴３が開けられた被接合体２及び貫通した穴８が開けられた中間材（鉄系・非鉄系金属材料：以下中間材と記す）７を重ね合わせた状態で被接合体２側から穴３及び貫通した穴８に挿入可能な形状のチップ４を通し抵抗溶接機の電極５でチップ４と母材１を加圧通電する。その結果、図３（Ｂ）に示す様にチップ４と母材１が抵抗溶接され尚且つ加圧時にチップ４が溶融変形し穴３及び貫通した穴８に密着し母材と中間材、被接合体が接合される。
【００１５】
図４（Ａ）、（Ｂ）は請求項４を説明するための上面図である。図１（Ａ）におけるチップ４の形状を円柱、穴３の形状を円筒にすると、図４（Ａ）に記す様に母材と被接合体が接合点を中心に回転してしまう可能性が有るが、チップ４の形状を楕円柱にし穴３の形状を楕円筒にすることにより図４（Ｂ）に記す様に母材と被接合体が接合点を中心に回転せず方向性が支持できる。
【００１６】
本発明では母材、被接合体、中間材、チップを鉄系・非鉄系金属材料と明記しているが抵抗溶接可能な材料全般を意味するものであり個々の材質に関して限定するものでは無く、母材、被接合体、中間材の形状に関しても板状、ブロック状、網状等色々有るが個々に関して限定するものでは無い。又、組み合わせに関しても抵抗溶接可能な材料全般の組み合わせが可能であるため個々に関して限定するものでは無く各用途・仕様により適宜に選択する。
【００１７】
中間材の貫通した穴に関して、網目等の通孔を形成した板状体を母材の上に重ねる場合、通孔の形状により中間材が溶融したチップに埋め込まれ母材と溶着されるため穴を開ける必要が生じない場合があり、各用途・仕様により穴加工が不要になる場合があるので個々に関して限定するものでは無く適宜に選択する。又、中間材は図３の７に示した通り１枚に限定されるものではなく、抵抗溶接可能な範囲内で多層構造可能な枚数であり、個々に関して限定するものでは無い。
【００１８】
チップ形状は図１の４及び図２の４、図３の４に示した形状に限定されるものでは無く、各用途・仕様により別形状のチップが必要となる。チップの上下面形状は図５（Ａ）に示す様に（ａ）円形状（円形、楕円形）、（ｂ）多角形状（三角形、四角形、五角形、六角形）、（ｃ）その他の形状（十字形、ＳＤ形、Ｒ十字形、４角Ｒ四角形）など色々な形状が使用可能である。また、チップの側面形状も図５（Ｂ）に示す様に（ａ）球状（球形、楕円球形）、（ｂ）棒状（四角柱形、角Ｒ四角柱形、三角錐形、ネジ形）、（ｃ）上部にフランジがついているもの（Ｔ字リペット形、Ｔ字ピン形、Ｔ字ネジ形、さらリペット形、丸リペット形、逆Ｒさらリペット形、Ｒさらリペット形）など色々な形状が可能である。
【００１９】
穴形状は図１の３及び図２の３、図３の３、８に示した形状に限定されるものでは無く、各用途・仕様により別形状の穴形状が必要となる。穴の上下面形状は図６（Ａ）に示す様に（ａ）円形状（円形、楕円形）、（ｂ）多角形状（三角形、四角形、五角形、六角形）、（ｃ）その他の形状（十字形、ＳＤ形、Ｒ十字形、４角Ｒ四角形）など色々な形状が使用可能である。
【００２０】
くぼみ加工形状は図１の３及び図２の３、図３の３、８に示した形状に限定されるものでは無く、各用途・仕様により別形状のくぼみ加工形状が必要となる。くぼみ加工の形状も図６（Ｂ）に示す様に（ａ）もみ皿形状（深さら形、浅さら形）、（ｂ）ざぐり形状（深ざぐり形、浅ざぐり形）、（ｃ）特殊な形状（逆Ｒさら形、Ｒさら形）など色々な形状が可能である。
【００２１】
チップ及び穴の形状・寸法及び組み合わせに関して各用途・仕様により変化するため個々に限定する事無く適宜に選択する。
【００２２】
【実施例】
（１）母材１は板厚１．６ｍｍのＳＰＣ（鉄）、ＳＥＣＣ（処理鋼鈑）を用い、被接合体２に１．６ｍｍのＡ５０５２Ｐ（アルミニウム）、Ｃ２８０１Ｐ（真鍮）、Ｃ１１００（銅）を用いた。加工した穴３は直径３．８ｍｍの穴を開けさらもみ加工を行った。チップ４は各母材の板厚２．９ｍｍの板より直径３．５ｍｍで穴を開け抜き落ちた金属片を用いた。この条件で図１（Ａ）に示す様に母材１と穴３が開いた被接合体２を重ね合わせ被接合体２側から穴３にチップ４を通し電極５で抵抗溶接を行い、図１（Ｂ）の様に接合することが出来た。
【００２３】
（２）母材１は板厚１ｍｍのＳＰＣ（鉄）を用い、被接合体２に１ｍｍのＡ５０５２Ｐ（アルミニウム）を用いた。加工した穴３及び６は直径３．８ｍｍの穴を開けさらもみ加工を行った。チップ４は各母材の板厚２．９ｍｍの板より直径３．５ｍｍで穴を開け抜き落ちた金属片を用いた。この条件で図２（Ａ）に示す様に穴６が開いた母材１と穴３が開いた被接合体２を重ね合わせ被接合体２側から穴３にチップ４を通し電極５で抵抗溶接を行い、図２（Ｂ）の様に接合することが出来た。
【００２４】
（３）母材１は板厚１．６ｍｍのＳＰＣ（鉄）を用い、被接合体２に１．２ｍｍのＡ５０５２Ｐ（アルミニウム）中間材７に０．４ｍｍのＣ２８０１Ｐ（真鍮）を用いた。加工した穴３は直径３．８ｍｍの穴を開けさらもみ加工を行い、穴８は直径３．８ｍｍを開けた。チップ４は母材の板厚２．９ｍｍの板より直径３．５ｍｍで穴を開け抜き落ちた金属片を用いた。この条件で図３（Ａ）に示す様に母材１と穴８が開いた中間材７と穴３が開いた被接合体２を順に重ね合わせ被接合体２側から穴３及び穴８にチップ４を通し電極５で抵抗溶接を行い、図３（Ｂ）の様に接合することが出来た。
【００２５】
（４）（１）の実施例と同様の条件下で加工した穴３を３．５Ｘ５．５ｍｍの楕円の穴を開けチップ４に３．３Ｘ５．３ｍｍの楕円の金属片を用い、抵抗溶接を行った結果、図１（Ｂ）の様に接合でき尚且つ図４（Ｂ）の様に方向性を支持できた。
【００２６】
【発明の効果】
以上述べた様に、本発明を実施することにより同種金属のみで可能な抵抗溶接が抵抗溶接可能な鉄系・非鉄系金属材料全般で使用可能となり、板厚等を含む色々な形状への応用が可能となる。特殊なインサート材などの中間媒体を使用しない為コストダウンが図れ、
尚且つ廃棄時に接合部分をドリル等で切削することにより容易に分別廃棄が可能となり環境への配慮も十分図れている。ピンを用いた接合では接合部分にフランジによる変形が見られるが、本発明ではチップがくぼみ加工部分へ溶融変形して接合されるため従来の抵抗溶接痕程度に被接合体の表面上への影響が少なく外観形状が綺麗に出来、多層構造も可能であり、チップ及び穴形状により接合体の方向性も支持できる為、電子機器等の精密な板金加工から船舶、飛行機、建築等の大型板金に至るまで広範囲な利用が出来る。又、特殊なピンを用いなくとも新規に作成したピンを別途調達する必要が生じるが、本発明では一般用途ではプレス等で穴を開ける際に出来る通常廃棄される金属片を利用するため、廃棄物の再利用という環境面への影響を減らし尚且つ調達及び廃棄コストの削減が出来る。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の実施例を説明するための断面図である。
【図２】  本発明の実施例を説明するための断面図である。
【図３】  本発明の実施例を説明するための断面図である。
【図４】  本発明の実施例を説明するための図である。
【図５】  本発明で使用している各種チップ形状図である
【図６】  本発明で使用している各種貫通した穴形状図及び各種くぼみ加工形状図である
【符号の説明】
１  母材
２  被接合体
３  被接合体にチップを通す穴
４  チップ
５  抵抗溶接用電極
６  母材にチップを通す穴
７  中間材
８  中間材にチップを通す穴
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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