(57)【要約】【課題】  接合強度が確保される異種材料の接合構造及び異種材料の接合方法を提供する。【解決手段】  クラッド材３の一側と鋼材１とを抵抗溶接させて接合させ、クラッド材３の他側とアルミ材２とを摩擦攪拌接合により接合させる。これにより、従来技術において溶接状態がばらつき易かったアルミ材２とクラッド材３のアルミ材の層３ｂとの抵抗溶接が廃止され、アルミ材２とクラッド材３との間の接合強度が確保されて鋼材１とアルミ材２との接合強度が確保される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
異種材料からなる２つの被接合部材間に各材料が２層に圧延されて形成されたクラッド材を介在させて双方の被接合部材が接合される異種材料の接合構造であって、前記クラッド材の一側と一方の被接合部材とが接合されると共に前記クラッド材の他側と他方の被接合部材とが接合されることを特徴とする異種材料の接合構造。
【請求項２】
前記クラッド材の一側と鋼材とが抵抗溶接されて接合されると共に前記クラッド材の他側とアルミ材とが摩擦攪拌接合、セルフピアッシングリベット接合、レーザ溶接、超音波接合、アーク溶接のいずれかの接合手段により接合されることを特徴とする請求項１に記載の異種材料の接合構造。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の異種材料の接合構造に用いられる異種材料の接合方法であって、前記クラッド材の一側と一方の被接合部材とを接合させ、前記クラッド材の他側と他方の被接合部材とを接合させることを特徴とする異種材料の接合方法。
【請求項４】
前記クラッド材の一側と鋼材とを抵抗溶接させて接合させ、前記クラッド材の他側とアルミ材とを摩擦攪拌接合、セルフピアッシングリベット接合、レーザ溶接、超音波接合、アーク溶接のいずれかの接合方法により接合させることを特徴とする請求項３に記載の異種材料の接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異種材料の接合構造及び接合方法に関し、特に、異種材料間にクラッド材を介在させる異種材料の接合構造及び接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、異種材料をクラッド材（異種材料を１枚の板に圧延させた複合材）を介して接合することが行われている。例えば、特許文献１には、鋼材とアルミ材との間に鋼材とアルミ材とのクラッド材（２層クラッド）を介在させて当該鋼材とアルミ材とを抵抗溶接する異種金属接合方法が記載されている。該異種金属接合方法では、被接合部材側の鋼材とクラッド材側の鋼材との間にナゲットが形成されて当該被接合部材側の鋼材とクラッド材側の鋼材とが接合されると共に被接合部材側のアルミ材とクラッド材側のアルミ材との間にナゲットが形成されて当該被接合部材側のアルミ材とクラッド材側のアルミ材とが接合され、これにより、被接合部材側の鋼材とアルミ材とがクラッド材を介して接合される。しかしながら、一般に知られるように、アルミ材とアルミ材との間の接触抵抗が鋼材と鋼材との間の接触抵抗と比較して著しく低いため、鋼材×鋼材の抵抗溶接とアルミ材×アルミ材の抵抗溶接とを同時に行い、特に、アルミ材とアルミ材との間に均一な抵抗溶接接合部（ナゲット）を形成させるのが極めて困難であった。
【０００３】
そこで、上記異種金属接合方法は、前処理として、アルミ材に形成された酸化膜を除去した後、該アルミ材を熱処理して、アルミ材表面の接触抵抗を高めることによりアルミ材とアルミ材との間に均一な抵抗溶接接合部（ナゲット）を形成させていたが、アルミ材の前処理により製造コストが増大するといった新たな問題を生じていた。また、コンデンサー式溶接電源やインバータ電源等を備える大容量の抵抗溶接機を要するので、設備コストが嵩むと共に消費電力量が増大して製造コストを増大させていた。さらに、鋼材とアルミ材との間に鉄とアルミとの合金が生成された場合に接合強度が著しく低下してしまうため、溶接電流、電極等をシビアに管理する必要がある。また、上記異種金属接合方法は、板厚１ｍｍ程度の薄板にしか対応させることができなかった。
【特許文献１】特開平６−６３７６３号公報（段落番号００１１〜００１４、第１図）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
そこで本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、第１の目的は、接合強度が確保されると共に製造コストが抑制される異種材料の接合構造を提供することにある。また、第２の目的は、接合強度が確保されると共に製造コストが抑制される異種材料の接合方法を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項１に記載の発明は、異種材料からなる２つの被接合部材間に各材料が２層に圧延されて形成されたクラッド材を介在させて双方の被接合部材が接合される異種材料の接合構造であって、クラッド材の一側と一方の被接合部材とが接合されると共にクラッド材の他側と他方の被接合部材とが接合されることを特徴とする。
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載の発明において、クラッド材の一側と鋼材とが抵抗溶接されて接合されると共にクラッド材の他側とアルミ材とが摩擦攪拌接合、セルフピアッシングリベット接合、レーザ溶接、超音波接合、アーク溶接のいずれかの接合手段により接合されることを特徴とする。
上記目的を達成するために、本発明のうち請求項３に記載の発明は、請求項１又は２に記載の異種材料の接合構造に用いられる異種材料の接合方法であって、クラッド材の一側と一方の被接合部材とを接合させ、クラッド材の他側と他方の被接合部材とを接合させることを特徴とする。
請求項４に記載の発明は、請求項３に記載の発明において、クラッド材の一側と鋼材とを抵抗溶接させて接合させ、クラッド材の他側とアルミ材とを摩擦攪拌接合、セルフピアッシングリベット接合、レーザ溶接、超音波接合、アーク溶接のいずれかの接合方法により接合させることを特徴とする。
【０００６】
従って、請求項１に記載の発明では、クラッド材の一側と一方の被接合部材とが接合されると共にクラッド材の他側と他方の被接合部材とが接合されて、異種材料からなる双方の被接合部材がクラッド材を介して接合される。
請求項２に記載の発明では、クラッド材の一側と鋼材とが抵抗溶接されて接合されると共に、クラッド材の他側とアルミ材とが摩擦攪拌接合、セルフピアッシングリベット接合、レーザ溶接、超音波接合、アーク溶接のいずれかの接合手段により接合されて、鋼材とアルミ材とがクラッド材を介して接合される。
請求項３に記載の発明では、クラッド材の一側と一方の被接合部材とを接合させ、クラッド材の他側と他方の被接合部材とを接合させて、異種材料からなる双方の被接合部材を接合させる。
請求項４に記載の発明では、クラッド材の一側と鋼材とを抵抗溶接させて接合させ、クラッド材の他側とアルミ材とを摩擦攪拌接合、セルフピアッシングリベット接合、レーザ溶接、超音波接合、アーク溶接のいずれかの接合方法により接合させて、鋼材とアルミ材とをクラッド材を介して接合させる。
【発明の効果】
【０００７】
接合強度が確保されると共に製造コストが抑制される異種材料の接合構造を提供することができる。また、接合強度が確保されると共に製造コストが抑制される異種材料の接合方法を提供することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明の一実施の形態を図１〜図４に基づいて説明する。なお、本実施の形態では、鋼材１（被接合部材）とアルミ材２（被接合部材）とがクラッド材３を介して接合される場合について、異種材料の接合構造及び接合方法を説明する。図１及び図２に示すように、本異種材料の接合構造は、クラッド材３の一側（図１及び図２における紙面視右側）と鋼材１の接合代とが抵抗溶接されて接合されると共に、クラッド材３の他側（図１及び図２における紙面視左側）とアルミ材２の接合代とが摩擦攪拌接合により接合されて、鋼材１とアルミ材２とがクラッド材３を介して接合される。これにより、溶接状態がばらつき易いアルミ材×アルミ材の抵抗溶接が廃止されてクラッド材３を介して接合される鋼材１とアルミ材２との接合強度が確保される構造になっている。
【０００９】
図１に示すように、本異種材料の接合構造に用いられるクラッド材３は、鋼材とアルミ材とが圧延されて２層に形成されている。そして、本異種材料の接合構造は、クラッド材３の鋼材の層３ａと鋼材１（被接合部材）とが当接されるようにして当該クラッド材３の一側と鋼材１の接合代とが重ね合わされて抵抗溶接されて接合されると共に、クラッド材３のアルミ材の層３ｂとアルミ材２（被接合部材）とが当接されるようにして当該クラッド材３の他側とアルミ材２の接合代とが重ね合わされて摩擦攪拌接合により接合される構造になっている。なお、図２に示すように、本異種材料の接合構造は、クラッド材３の一側と鋼材１の接合代とが該接合代の延出方向（図２における紙面視上下方向）に所定接合間隔で抵抗溶接されると共に、クラッド材３の他側とアルミ材２の接合代とが該接合代の延出方向に所定接合間隔で摩擦攪拌接合される構造になっている。
【００１０】
次に、本異種材料の接合方法を説明する。まず、クラッド材３のアルミ材の層３ｂとアルミ材２（被接合部材）とが当接されるようにして当該クラッド材３の他側とアルミ材２の接合代とを重ね合わせて、該重ね合わされた部分に、高速で回転させた摩擦攪拌用工具４（図３参照）をアルミ材２側からアルミ材２とクラッド材３との重ね合わせ方向（図３における紙面視上下方向）へアプローチさせる。そして、図３に示すように、回転させた工具４をクラッド材３とアルミ材２とが重ね合わされた部分に押し込んで、その際に発生する摩擦熱により工具周辺の材料を軟化させつつ攪拌させる。これにより、図１に示すように、クラッド材３とアルミ材２とが重ね合わされた部分にクラッド材３のアルミ材の層３ｂとアルミ材２とを略貫通した摩擦攪拌接合部５が形成され、該重ね合わされたクラッド材３の他側とアルミ材２の接合代とが接合される。そして、図２に示すように、重ね合わされたクラッド材３の他側とアルミ材２の接合代とを該接合代の延出方向へ所定間隔で摩擦攪拌接合させる。
【００１１】
次に、図４に示すように、クラッド材３の鋼材の層３ａと鋼材１（被接合部材）とが当接されるようにして当該クラッド材３の一側と鋼材１の接合代とを重ね合わせて、該重ね合わされた部分を抵抗溶接機の一対の電極チップ６，７で加圧しつつ当該電極チップ６，７間に溶接電流を通電させる。なお、電極チップ６，７間に通電させる溶接電流は、鋼材×鋼材の溶接電流（鋼材１とクラッド材３の鋼材の層３ａの厚さと同じ厚さの鋼材とを抵抗溶接する場合の溶接電流）の２〜３割増に設定する。これにより、クラッド材３の鋼材の層３ａと鋼材１との間に抵抗溶接接合部８（ナゲット）が形成されて、クラッド材３の一側と鋼材１の接合代とが接合される。そして、図２に示すように、クラッド材３の一側と鋼材１の接合代とを該接合代の延出方向へ所定間隔で接合させる。これにより、鋼材１とアルミ材２とがクラッド材３を介して接合される。
【００１２】
この実施の形態では以下の効果を奏する。
クラッド材３の一側と鋼材１（被接合部材）の接合代とが抵抗溶接されて接合されると共にクラッド材３の他側とアルミ材２（被接合部材）の接合代とが摩擦攪拌接合により接合されて、鋼材１とアルミ材２とがクラッド材３を介して接合される。
これにより、アルミ材×アルミ材の組み合わせの抵抗溶接が廃止され、抵抗溶接を既設の汎用抵抗溶接機で済ませることができる。
従って、大容量の溶接電源を備える高価な抵抗溶接機が不要になり、設備コストを削減することができる。また、抵抗溶接による消費電力量が低減され、製造コストを削減することができる。さらに、鋼材１とクラッド材３との間の接合強度、及びアルミ材２とクラッド材３との間の接合強度が確保されて、その結果、鋼材１とアルミ材２との接合強度を確保することができる。そのうえ、鋼材１とアルミ材２とをクラッド材３を介して抵抗溶接させる従来の異種材料の接合方法で行われていた、アルミ材２の酸化膜を除去した後、当該アルミ材２を熱処理を行う前処理工程が不要になり、製造コストを削減することができる。また、アルミ材×アルミ材の接合に好適な摩擦攪拌接合によりアルミ材２とクラッド材３（クラッド材３のアルミ材の層３ｂ）とが接合されるので、比較的板厚が厚いアルミ材２の接合に対応することができる。
【００１３】
なお、実施の形態は上記に限定されるものではなく、例えば次のように構成してもよい。
異種材料は、鋼材とアルミ材との組み合わせに限らず、必要に応じて組み合わせればよい。
本実施の形態では、アルミ材２の接合代とクラッド材３のアルミ材の層３ｂとの間にスポット的に摩擦攪拌接合部５を形成させてアルミ材２とクラッド材３とを接合させたが、相互に突合されたアルミ材２の接合代とクラッド材３との間に回転させた工具４を押し込んだ状態で該工具４を移動させて、図５に示すように、アルミ材２とクラッド材３（クラッド材３のアルミ材の層３ｂ）との間にアルミ材２の接合代延出方向（図２における紙面視上下方向）へ延びる摩擦攪拌接合部５´を形成させてアルミ材２とクラッド材３とを突合せ接合させてもよい。この場合、比較的板厚のあるアルミ材２の接合に対応することができる。
図６に示すように、重ね合わされたアルミ材２の接合代とクラッド材３とをセルフピアッシングリベットにより接合させてもよい。
図７に示すように、重ね合わされたアルミ材２の接合代とクラッド材３のアルミ材の層３ｂとをレーザ溶接させて接合させてもよい。
図８に示すように、重ね合わされたアルミ材２の接合代とクラッド材３のアルミ材の層３ｂとを超音波接合により接合させてもよい。
図９に示すように、アルミ材２の接合代とクラッド材３とで重ね継手を形成し、アルミ材２の接合代とクラッド材３のアルミ材の層３ｂとの重ね部をアーク溶接させて接合させてもよい。
図１０に示すように、アルミ材２の接合代とクラッド材３とで突合せ継手を形成し、アルミ材２の接合代とクラッド材３のアルミ材の層３ｂとの突合せ部をアーク溶接させて接合させてもよい。
【実施例１】
【００１４】
図１１に、本異種材料の接合構造を自動車の車体に適用させた一実施例を示す。機械的強度を必要とするロッカー部材２にアルミの押し出し材を用い、該ロッカー部材２とスチール製のフロアパネル１とをクラッド材３を介して接合させる。この場合、クラッド材３の一側とフロアパネル１とを抵抗溶接させて接合し、また、クラッド材３の他側とロッカー部材２とを選択された接合方法により接合させる。
【実施例２】
【００１５】
図１２に、本異種材料の接合構造を自動車の車体に適用させた一実施例を示す。機械的強度を必要とするロッカー部材２にアルミの押し出し材を用い、該ロッカー部材２とスチール製のトンネル部材１との間にクラッド材で形成されたフロアパネル３を配置し、該フロアパネル３の一側とトンネル部材１とを抵抗溶接させて接合させると共にフロアパネル３の他側とロッカー部材２とを選択された接合方法により接合させる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本実施の形態の説明図であって、鋼材とアルミ材とがクラッド材を介して接合された状態を示す断面図である。
【図２】本実施の形態の説明図であって、鋼材とアルミ材とがクラッド材を介して接合された状態を示す平面図である。
【図３】本実施の形態の説明図であって、アルミ材とクラッド材とが摩擦攪拌設される状態を示す図である。
【図４】本実施の形態の説明図であって、鋼材とクラッド材とが抵抗溶接される状態を示す図である。
【図５】他の実施の形態の説明図であって、アルミ材とクラッド材とがアルミ材の接合代延出方向へ延びる摩擦攪拌接合部により突合せ接合された状態を示す図である。
【図６】他の実施の形態の説明図であって、アルミ材とクラッド材とがセルフピアッシングリベットにより接合された状態を示す図である。
【図７】他の実施の形態の説明図であって、アルミ材とクラッド材とがレーザ溶接されて接合された状態を示す図である。
【図８】他の実施の形態の説明図であって、アルミ材とクラッド材とが超音波接合により接合された状態を示す図である。
【図９】他の実施の形態の説明図であって、アルミ材とクラッド材とで形成された重ね継手がアーク溶接されて接合された状態を示す図である。
【図１０】他の実施の形態の説明図であって、アルミ材とクラッド材とで形成された突合せ継手がアーク溶接されて接合された状態を示す図である。
【図１１】実施例１の説明図である。
【図１２】実施例２の説明図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  鋼材（被接合部材）、２  アルミ材（被接合部材）、３  クラッド材
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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