(57)【要約】【課題】接合強度のバラツキを抑制することができるとともに高強度であるアルミ合金板材とめっき鋼板材との接合体を提供する。【解決手段】アルミ合金板材１とめっき鋼板材２との接合体において、前記めっき鋼板材は、少なくとも前記アルミ合金板材との対向面に、亜鉛を少なくとも１０質量％以上含有するとともに融点が亜鉛の融点以下であり、且つ目付け量が３０ｇ／ｍ２以下である亜鉛含有めっき層を有し、前記アルミ合金板材と前記めっき鋼板材とがスポット溶接されている、ことを特徴とする。【選択図】図３
2013027890.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミ合金板材とめっき鋼板材との接合体であって、
前記めっき鋼板材は、少なくとも前記アルミ合金板材との対向面に、亜鉛を少なくとも１０質量％以上含有するとともに融点が亜鉛の融点以下であり、且つ目付け量が３０ｇ／ｍ２以下である亜鉛含有めっき層を有し、
前記アルミ合金板材と前記めっき鋼板材とがスポット溶接されている、
ことを特徴とするアルミ合金板材とめっき鋼板板との接合体。
【請求項２】
前記アルミ合金板材と前記めっき鋼板材とがスポット溶接されたスポット溶接部の中央側において前記亜鉛含有めっき層が存在せず、前記スポット溶接部の外周側において前記亜鉛含有めっき層が存在し、スポット溶接される際に、前記スポット溶接部の中央側における前記亜鉛含有めっき層の亜鉛が前記スポット溶接部の外周側に排出されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のアルミ合金板材とめっき鋼板材との接合体。
【請求項３】
前記アルミ合金板材と前記めっき鋼板材との間において、前記スポット溶接部を除く部分に接着剤層が設けられている、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のアルミ合金板材とめっき鋼板材との接合体。
【請求項４】
前記めっき鋼板材の前記アルミ合金板材との対向面と反対側の面に別の鋼板材が備えられ、
前記アルミ合金板材と前記めっき鋼板材と前記別の鋼板材とがスポット溶接されている、
ことを特徴とする請求項１から請求項３の何れか１項に記載のアルミ合金板材とめっき鋼板材との接合体。
【請求項５】
前記接合体は、先端部の直径が５ｍｍから７ｍｍである電極を用いてスポット溶接され、引張剪断強度が２．０ｋＮ以上である、
ことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１項に記載のアルミ合金板材とめっき鋼板材との接合体。
【請求項６】
前記接合体は、引張剪断強度が３．５ｋＮ以上である、
ことを特徴とする請求項５に記載のアルミ合金板材とめっき鋼板材との接合体。
【請求項７】
前記接合体は、引張剪断強度が４．０ｋＮ以上である、
ことを特徴とする請求項６に記載のアルミ合金板材とめっき鋼板材との接合体。
【請求項８】
前記亜鉛含有めっき層は、亜鉛めっき層又はスズ−亜鉛合金めっき層である、
ことを特徴とする請求項１から請求項７の何れか１項に記載のアルミ合金板材とめっき鋼板材との接合体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、アルミ合金板材とめっき鋼板材との接合体に関する。
【背景技術】
【０００２】
周知のように、自動車や鉄道車両などの輸送機器、機械部品、建設構造物等の分野においては、アルミ合金板材と鋼板材とのスポット溶接について研究開発が行われている。特に、自動車の分野においては、車体の軽量化を図るために鋼板材に代えてアルミ合金板材を用いることが多く、アルミ合金板材と鋼板材とのスポット溶接について研究開発が活発に行われている。
【０００３】
また、自動車は、厳しい腐蝕環境下で使用されるものであるので、自動車用鋼板材としては、鋼板材に防錆処理としてのめっきを施しためっき鋼板材が広く使用されている。このため、自動車の分野においては、アルミ合金板材とめっき鋼板材とを良好にスポット溶接することが求められている。
【０００４】
アルミ合金板材とめっき鋼板材とをスポット溶接するものとして、例えば特許文献１に、アルミ合金板材とめっき鋼板材との間に接着剤を介在させた状態でアルミ合金板材とめっき鋼板材とをスポット溶接する所謂ウェルドボンド法を用いたアルミ合金板材とめっき鋼板材との接合体が開示されている。
【０００５】
また、例えば特許文献２には、鋼板材の表面にアルミ合金をコーティングした後に接着剤を接合面に塗布し、鋼板材とアルミ合金材料とを重ね合わせてスポット溶接し、次いで接着剤を硬化させるようにしたものが開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開２０１１−８８１９２号公報
【特許文献２】特開平６−５５２７７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
近年、自動車においては、防錆に対する要求がさらに高度化し、比較的厚いめっき層を有するめっき鋼板が使用されている。自動車用めっき鋼板として一般に亜鉛めっき鋼板が用いられているが、厚いめっき層を形成する場合は溶融めっき法による亜鉛めっき鋼板が用いられる。
【０００８】
このようなめっき鋼板として、比較的目付け量が多い目付け量が５５ｇ／ｍ２である合金化溶融亜鉛めっき層を有するめっき鋼板材（ＧＡ５５）が知られており、ＧＡ５５のように厚いめっき層を有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板材とアルミ合金板材とをスポット溶接によって接合した接合体においては、防錆効果を有効に得ることができる。
【０００９】
しかしながら、ＧＡ５５のように厚いめっき層を有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板材とアルミ合金板材とをスポット溶接によって接合した接合体では、めっき鋼板材のめっき層が厚いことから、めっき層によってめっき鋼板材とアルミ合金板材との間に十分な接合強度を得ることが難しくなる。
【００１０】
これに対し、スポット溶接時に溶接電流を大きくすることで、めっき鋼板材とアルミ合金板材との間に接合部を大きく形成して十分な接合強度を得ることができると考えられるが、溶接電流を大きくすると溶融した金属が周囲に飛散するチリが発生し接合強度のバラツキを引き起こし得る。
【００１１】
そこで、本発明は、接合強度のバラツキを抑制することができるとともに高強度であるアルミ合金板材とめっき鋼板材との接合体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】
【００１２】
このため、本願の請求項１に係る発明は、アルミ合金板材とめっき鋼板材との接合体であって、前記めっき鋼板材は、少なくとも前記アルミ合金板材との対向面に、亜鉛を少なくとも１０質量％以上含有するとともに融点が亜鉛の融点以下であり、且つ目付け量が３０ｇ／ｍ２以下である亜鉛含有めっき層を有し、前記アルミ合金板材と前記めっき鋼板材とがスポット溶接されている、ことを特徴とする。
【００１３】
また、本願の請求項２に係る発明は、請求項１に係る発明において、前記アルミ合金板材と前記めっき鋼板材とがスポット溶接されたスポット溶接部の中央側において前記亜鉛含有めっき層が存在せず、前記スポット溶接部の外周側において前記亜鉛含有めっき層が存在し、スポット溶接される際に、前記スポット溶接部の中央側における前記亜鉛含有めっき層の亜鉛が前記スポット溶接部の外周側に排出されている、ことを特徴とする。
【００１４】
更に、本願の請求項３に係る発明は、請求項１又は請求項２に係る発明において、前記アルミ合金板材と前記めっき鋼板材との間において、前記スポット溶接部を除く部分に接着剤層が設けられている、ことを特徴とする。
【００１５】
また更に、本願の請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３の何れか１項に係る発明において、前記めっき鋼板材の前記アルミ合金板材との対向面と反対側の面に別の鋼板材が備えられ、前記アルミ合金板材と前記めっき鋼板材と前記別の鋼板材とがスポット溶接されている、ことを特徴とする。
【００１６】
また更に、本願の請求項５に係る発明は、請求項１から請求項４の何れか１項に係る発明において、前記接合体は、先端部の直径が５ｍｍから７ｍｍである電極を用いてスポット溶接され、引張剪断強度が２．０ｋＮ以上である、ことを特徴とする。
【００１７】
また更に、本願の請求項６に係る発明は、請求項５に係る発明において、前記接合体は、引張剪断強度が３．５ｋＮ以上である、ことを特徴とする。
【００１８】
また更に、本願の請求項７に係る発明は、請求項６に係る発明において、前記接合体は、引張剪断強度が４．０ｋＮ以上である、ことを特徴とする。
【００１９】
また更に、本願の請求項８に係る発明は、請求項１から請求項７の何れか１項に係る発明において、前記亜鉛含有めっき層は、亜鉛めっき層又はスズ−亜鉛合金めっき層である、ことを特徴とする。
【発明の効果】
【００２０】
本願の請求項１に係る発明によれば、めっき鋼板材は、少なくともアルミ合金板材との対向面に、亜鉛を少なくとも１０質量％以上含有するとともに融点が亜鉛の融点以下であり、且つ目付け量が３０ｇ／ｍ２以下である亜鉛含有めっき層を有し、アルミ合金板材とめっき鋼板材とがスポット溶接されていることにより、目付け量を少なくすることでスポット溶接時にチリの発生を抑制して接合強度のバラツキを少なくすることができるとともに、融点の低い亜鉛含有めっき層を有するめっき鋼板材を用いることでアルミ合金板材とめっき鋼板材との境界面から亜鉛を拡散させて接合強度を高めることができ、接合強度のバラツキを抑制することができるとともに高強度であるアルミ合金板材とめっき鋼板材との接合体を得ることができる。
【００２１】
また、本願の請求項２に係る発明によれば、スポット溶接部の中央側において亜鉛含有めっき層が存在せず、スポット溶接部の外周側において亜鉛含有めっき層が存在し、スポット溶接される際に、スポット溶接部の中央側における亜鉛含有めっき層の亜鉛がスポット溶接部の外周側に排出されていることにより、防錆効果を得つつ、前記効果を具体的に実現することができる。
【００２２】
更に、本願の請求項３に係る発明によれば、アルミ合金板材とめっき鋼板材との間において、スポット溶接部を除く部分に接着剤層が設けられていることにより、接合体の接合強度及びシール性を向上させることができ、前記効果をより有効に奏することができる。
【００２３】
また更に、本願の請求項４に係る発明によれば、めっき鋼板材のアルミ合金板材との対向面と反対側の面に別の鋼板材が備えられ、アルミ合金板材とめっき鋼板材と別の鋼板材とがスポット溶接されていることにより、アルミ合金板材とめっき鋼板材と別の鋼板材とをスポット溶接する場合においても、前記効果を有効に得ることができる。なお、前記別の鋼板材としてめっきを施しためっき鋼板材又はめっきを施していない非めっき鋼板材を用いることができ、めっきの有無に関わらず前記効果を得ることができる。
【００２４】
また更に、本願の請求項５に係る発明によれば、接合体は、先端部の直径が５ｍｍから７ｍｍである電極を用いてスポット溶接され、引張剪断強度が２．０ｋＮ以上であることにより、前記効果を有効に得ることができる。
【００２５】
また更に、本願の請求項６に係る発明によれば、接合体は、引張剪断強度が３．５ｋＮ以上であることにより、前記効果を有効に得ることができる。
【００２６】
また更に、本願の請求項７に係る発明によれば、接合体は、引張剪断強度が４．０ｋＮ以上であることにより、前記効果を有効に得ることができる。
【００２７】
また更に、本願の請求項８に係る発明によれば、亜鉛含有めっき層は、亜鉛めっき層又はスズ−亜鉛合金めっき層であることにより、前記効果を具体的に実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２８】
【図１】本発明の実施形態に係るアルミ合金板材とめっき鋼板材と非めっき鋼板材とを積層した状態を示す断面図である。
【図２】本発明の実施形態に係るめっき鋼板材を説明するための説明図である。
【図３】アルミ合金板材とめっき鋼板材と非めっき鋼板材との溶接状態を示す断面図である。
【図４】アルミ合金板材とめっき鋼板材と非めっき鋼板材との接合体を模式的に示す断面図である。
【図５】接合強度を評価するために用いた接合体を示す図である。
【図６】アルミ合金板材とめっき鋼板材と非めっき鋼板材との接合条件を示すタイムチャートである。
【図７】アルミ合金板材とめっき鋼板材（ＥＧ３０、Ｓｎ−Ｚｎ３０、ＧＡ５５）と非めっき鋼板材との接合体について引張剪断強度の測定結果を示すグラフである。
【図８】アルミ合金板材とめっき鋼板材（ＥＧ３０、ＥＧ２０、ＥＧ１０）と非めっき鋼板材との接合体について引張剪断強度の測定結果を示すグラフである。
【図９】めっき鋼板材としてＥＧ１０を用いた接合体のスポット溶接部の中央部における組成像、Ｆｅ分布及びＺｎ分布を示す図である。
【図１０】めっき鋼板材としてＥＧ１０を用いた接合体のスポット溶接部の外周部における組成像、Ｆｅ分布及びＺｎ分布を示す図である。
【図１１】めっき鋼板材としてＥＧ１０を用いた接合体のスポット溶接部の中間部における組成像、Ｆｅ分布及びＺｎ分布を示す図である。
【図１２】めっき鋼板材としてＧＡ５５を用いた接合体のスポット溶接部の中央部における組成像、Ｆｅ分布及びＺｎ分布を示す図である。
【図１３】めっき鋼板材としてＧＡ５５を用いた接合体のスポット溶接部の外周部における組成像、Ｆｅ分布及びＺｎ分布を示す図である。
【図１４】めっき鋼板材としてＧＡ５５を用いた接合体のスポット溶接部の中間部における組成像、Ｆｅ分布及びＺｎ分布を示す図である。
【図１５】アルミ合金板材とめっき鋼板材との間に接着剤層が配設されたアルミ合金板材とめっき鋼板材と非めっき鋼板材との接合体を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００２９】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の実施形態に係るアルミ合金板材とめっき鋼板材と別の鋼板材としての非めっき鋼板材とを積層した状態を示す断面図である。本発明の実施形態に係るアルミ合金板材とめっき鋼板材と非めっき鋼板材との接合体は、図１に示すように、アルミ合金板材１と、両側の表面にめっき層を有するめっき鋼板材２と、両側の表面にめっき層を有しない非めっき鋼板３とを積層した後に、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２と非めっき鋼板材３とをスポット溶接によって接合したものである。
【００３０】
本実施形態では、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２と非めっき鋼板材３とをスポット溶接する接合体について説明するが、めっき鋼板材２のアルミ合金板材１との対向面と反対側の面に非めっき鋼板材３が備えられておらず、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２とをスポット溶接して接合体を形成するようにしてもよい。なお、以下では、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２と非めっき鋼板材３とを積層したものをワークＷというものとする。
【００３１】
図２は、本発明の実施形態に係るめっき鋼板材を説明するための説明図であり、図２では、めっき鋼板材の断面構造を模式的に示し、図２（ａ）は、本発明の実施形態に係るめっき鋼板としての電気亜鉛めっき鋼板材（ＥＧ鋼板）を示し、図２（ｂ）は、本発明の実施形態に係るめっき鋼板としての電気亜鉛めっき鋼板材（Ｓｎ−Ｚｎ鋼板）を示している。また、図２（ｃ）には、従来のめっき鋼板としての合金化溶融亜鉛めっき鋼板材（ＧＡ鋼板）を示している。
【００３２】
図２（ａ）に示すように、本実施形態では、めっき鋼板材として、鋼板の両側の表面に高純度の亜鉛を電気めっき法により析出させた亜鉛めっき層を有する電気亜鉛めっき鋼板材（ＥＧ鋼板）が用いられ、該電気亜鉛めっき鋼板材の亜鉛めっき層は、目付け量が３０ｇ／ｍ２、融点が亜鉛の融点以下であるものが用いられる。なお、電気亜鉛めっき鋼板材を用いたワークＷを実施例１とする。
【００３３】
本実施形態ではまた、図２（ｂ）に示すように、めっき鋼板材として、鋼板の両側の表面にスズ−亜鉛合金を電気めっき法により析出させたスズ−亜鉛合金めっき層を有する電気亜鉛めっき鋼板材（Ｓｎ−Ｚｎ鋼板）が用いられ、該電気亜鉛めっき鋼板材の亜鉛めっき層は、目付け量が３０ｇ／ｍ２、亜鉛が１０質量％、スズが９０質量％、融点が亜鉛の融点以下であるものが用いられる。なお、電気亜鉛めっき鋼板材（Ｓｎ−Ｚｎ鋼板）を用いたワークＷを実施例２とする。
【００３４】
また、図２（ｃ）に示すように、鋼板の両側の表面に、亜鉛を溶融めっきした後に鉄と合金化させた亜鉛−鉄合金めっき層を有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板材（ＧＡ鋼板）を用いたワークＷ、具体的には、亜鉛−鉄合金めっき層の目付け量が５５ｇ／ｍ２である合金化溶融亜鉛めっき鋼板材（ＧＡ５５）を用いたワークＷを比較例として用いた。
【００３５】
本実施形態では、めっき鋼板材２として、図２の（ａ）及び（ｂ）に示すように、少なくともアルミ合金板材１との対向面に、亜鉛を少なくとも１０質量％以上含有するとともに融点が亜鉛の融点以下であり、且つ目付け量が３０ｇ／ｍ２以下である亜鉛含有めっき層を有するめっき鋼板材を用い、図１に示すようにアルミ合金板材１とめっき鋼板材２と非めっき鋼板材３とを積層した後に、スポット溶接してアルミ合金板材１とめっき鋼板材２と非めっき鋼板材３との接合体を形成する。非めっき鋼板材３を備えていない場合は、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２との接合体を形成する。
【００３６】
図３は、アルミ合金板材とめっき鋼板材と非めっき鋼板材との溶接状態を示す断面図であり、図３では、アルミ合金板材とめっき鋼板と非めっき鋼板材とからなるワークＷがスポット溶接される状態が示されている。なお、図３及び後述する図４、図１５では、めっき鋼板材２のアルミ合金板材１との対向面に設けられるめっき層２ａを二点鎖線を用いて示している。また、めっき鋼板材２は裏表にめっき層２ａが設けられてもよいが、図３、図４、図１５では非めっき鋼板材３との対向面のめっき層の記載を省略した。本実施形態では、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２と非めっき鋼板材３とを積層する積層工程の後に、プレ加圧工程、プレヒート工程、冷却工程、溶接工程を行うことにより、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２と非めっき鋼板材３とを接合する。
【００３７】
具体的には、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２と非めっき鋼板材３とが積層された後に、図３に示すように、積層された金属板１、２、３からなるワークＷがスポット溶接用の一対の電極５によってワークＷの上下方向から加圧されてプレ加圧工程が行われる。プレ加圧工程では、所定の第１の加圧力でワークＷが加圧される。
【００３８】
一対の電極５は、例えば汎用の６軸垂直多関節型ロボットなどのロボットにより操作される接合ガン（不図示）の先端部に取り付けられている。一対の電極５は、軸方向に移動可能に構成されており、少なくとも一方の電極５が軸方向に移動されることにより両者の間隔を変更することができ、所定の加圧力でワークＷを加圧することができるようになっている。一対の電極５はまた、図示しない電源供給装置に接続され、所定の電流値で通電することができるようになっている。
【００３９】
一対の電極５はそれぞれ、これに限定されるものではないが、図３に示すように、略円柱状に形成され、その先端部が平面状に形成されるとともにその周縁部が球状のテーパ面によって形成されている。本実施形態では、電極５として、先端部の直径Ｄ１が６ｍｍ、球状部分の半径Ｒが５ｍｍ、円柱部分の直径Ｄ２が１６ｍｍのものを用いた。なお、電極５は、好ましくは先端部の直径Ｄ１が５ｍｍから７ｍｍのものが用いられる。
【００４０】
プレ加圧工程が行われた後、電極５によってワークＷを加圧した状態で電極５間を通電して加熱するプレヒート工程が行われる。プレヒート工程では、所定の第１の加圧力を維持した状態で、電極５に所定の電圧を印加して所定の第１の電流値で電極５間を通電する。なお、プレヒート工程における加圧力を第１の加圧力より小さく設定するようにしてもよい。
【００４１】
電極５によってワークＷを加圧した状態で電極５間を通電すると、ワークＷの温度が上昇することとなるが、プレヒート工程において通電される電流値Ｉは、後述する溶接工程において通電される電流値Ｉよりも小さく設定され、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２と非めっき鋼板材３とからなるワークＷの金属が溶融しないように設定される。
【００４２】
プレヒート工程が行われた後、電極５によってワークＷを加圧した状態で電極５間の通電を停止してワークＷを冷却する冷却工程が行われる。冷却工程では、所定の冷却時間に亘って、電極５間の通電を停止するとともに電極５によって所定の第２の加圧力でワークＷを加圧する。冷却工程における第２の加圧力は、好ましくはプレ加圧工程における第１の加圧力よりも大きく設定される。
【００４３】
冷却工程が行われた後には、電極５によってワークＷを加圧した状態で電極５間を通電してスポット溶接を行う溶接工程が行われる。溶接工程では、所定の第２の加圧力を維持した状態で、電極５に所定の電圧を印加して所定の第２の電流値で電極５間を通電する。
【００４４】
溶接工程における電極５間の通電によって、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２との境界面近傍及びめっき鋼板材２と非めっき鋼板材３との境界面近傍においてそれぞれ温度が上昇し、アルミ合金板１とめっき鋼板材２との境界面近傍及びめっき鋼板材２と非めっき鋼板材３との境界面近傍の金属がそれぞれ溶融し、アルミ合金板１とめっき鋼板材２と非めっき鋼板材３とがスポット溶接された接合体が形成される。
【００４５】
溶接工程において通電される電流値Ｉは、プレヒート工程において通電される電流値Ｉよりも大きく設定され、アルミ合金板１とめっき鋼板材２の境界面近傍及びめっき鋼板材２と非めっき鋼板材３との境界面近傍の金属をそれぞれ溶融させて接合部を形成することができるように設定される。
【００４６】
また、溶接工程において通電される電流値Ｉは、プレヒート工程において通電される電流値Ｉよりも大きく設定されるものの、電流値Ｉを大きくし過ぎると、溶融した金属が接合部の周囲に飛散してチリが発生し接合強度のバラツキを引き起こし得ることから、チリが発生しないように設定される。
【００４７】
図４は、アルミ合金板材とめっき鋼板材と非めっき鋼板材との接合体を模式的に示す断面図である。図４に示すように、溶接工程における電極５間の通電が終了すると、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２の境界面近傍及びめっき鋼板材２と非めっき鋼板材３との境界面近傍において溶融した金属が再凝固し、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２と非めっき鋼板材３とからなるワークＷがスポット溶接された接合体が形成される。
【００４８】
前記接合体では、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２と非めっき鋼板材３とからなるワークＷがスポット溶接されたスポット溶接部Ｓ１において、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２との間に第１の接合部Ｍ１が形成され、めっき鋼板材２と非めっき鋼板材３との間に第２の接合部Ｍ２が形成され、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２と非めっき鋼板材３とが互いに接合されている。
【００４９】
後述するように、めっき鋼板材２のアルミ合金板材１との対向面に設けられた亜鉛含有めっき層２ａは、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２とがスポット溶接されたスポット溶接部Ｓ１の中央側において存在せず、スポット溶接部Ｓ１の外周側において存在し、スポット溶接される際に、スポット溶接部Ｓ１の中央側における亜鉛含有めっき層の亜鉛がスポット溶接部Ｓ１の外周側に排出されている。
【００５０】
本実施形態では、めっき鋼板材２として、図２（ａ）、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すめっき鋼板材を用い、これらめっき鋼板材２をアルミ合金板材１と非めっき鋼板３との間に挟んだ状態で同一条件によってスポット溶接を行い、スポット溶接された接合体について引張剪断強度を測定し、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２との接合強度を評価した。
【００５１】
図５は、接合強度を評価するために用いた接合体を示す図である。図５に示すように、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２と非めっき鋼板３とはそれぞれ、長さＬ１が１００ｍｍ、幅Ｌ２が３０ｍｍ、厚さについてはアルミ合金板材１が１．２ｍｍ、めっき鋼板材２が０．８ｍｍ、非めっき鋼板材３が１．６ｍｍのものを用い、めっき鋼板材２と非めっき鋼板材３とに対して重ね代Ｌ３が３０ｍｍとなるようにアルミ合金板材１を重ね合わせた状態で重ね代Ｌ３の中央部にスポット溶接を行って評価用サンプルを作成した。なお、アルミ合金板材１としては６０００系アルミ合金を用い、鋼板としては軟鋼板を用いた。
【００５２】
評価用サンプルについては、前述したように、積層工程、プレ加圧工程、プレヒート工程、冷却工程、溶接工程によってスポット溶接を行い、スポット溶接部Ｓ１を形成した。図６は、アルミ合金板材とめっき鋼板材と非めっき鋼板材との接合条件を示すタイムチャートであり、以下の表１に、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２と非めっき鋼板材３との接合条件を示す。なお、評価用サンプルは、溶接工程における電流値を変えたサンプルを作成し、それぞれについて引張剪断応力を測定するので、図６及び表１では、溶接工程における電流値をＸｋＡとして表示している。
【００５３】
【表１】
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【００５４】
図６及び表１に示すように、プレ加圧工程では、加圧力を２．０ｋＮとして６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間に亘って加圧し、プレヒート工程では、加圧力を２．０ｋＮとするとともに電流値を２．０ｋＡとして１５ｃｙｃ（２５０ｍｓｅｃ）の間に亘って加圧・通電し、冷却工程では、加圧力を５．０ｋＮとして６０ｃｙｃ（１０００ｍｓｅｃ）の間に亘って加圧し、溶接工程では、加圧力を５．０ｋＮとするとともに電流値をＸｋＡとして１８ｃｙｃ（３００ｍｓｅｃ）の間に亘って加圧・通電した。
【００５５】
前述したように、本実施形態では、溶接工程における電流値を変えたサンプルを作成し、それぞれについて引張剪断強度を測定し、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２との接合強度を評価した。引張剪断強度の測定は、図５に示す評価用サンプルの両端をクランプした状態で引張速度を１０ｍｍ／ｍｉｎとし、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２との接合面と平行に荷重を加えて行った。
【００５６】
目付け量が３０ｇ／ｍｍ２である亜鉛めっき層を有する電気亜鉛めっき鋼板材（ＥＧ３０）を用いた評価用サンプルを実施例１として用い、目付け量が３０ｇ／ｍｍ２であるスズ−亜鉛めっき層を有する電気亜鉛めっき鋼板材（Ｓｎ−Ｚｎ３０）を用いた評価用サンプルを実施例２として用い、目付け量が５５ｇ／ｍｍ２である亜鉛めっき層を有する合金化溶融亜鉛めっき鋼板材（ＧＡ５５）を用いた評価用サンプルを比較例として用いた。
【００５７】
図７は、アルミ合金板材とめっき鋼板材（ＥＧ３０、Ｓｎ−Ｚｎ３０、ＧＡ５５）と非めっき鋼板材との３枚組み接合体について引張剪断強度の測定結果を示すグラフであり、図７では、横軸に溶接工程における電流値Ｘをとり、引張剪断強度を縦軸にとって表示し、ＥＧ３０を用いた評価用サンプル（実施例１）を□印で表し、Ｓｎ−Ｚｎ３０を用いた評価用サンプル（実施例２）を○印で表し、ＧＡ５５を用いた評価用サンプル（比較例）を△印で表し、チリが発生したものを黒色で示している。
【００５８】
図７に示すように、ＧＡ５５を用いた評価用サンプルでは、溶接工程における電流値が１４．０ｋＡまではチリが発生せず、溶接工程における電流値を１４．５ｋＡ以上にするとチリが発生し、溶接工程における電流値が１４．０ｋＡ以下では、電流値を１４．０ｋＡとした場合に引張剪断強度が約３．１ｋＮである最大値が得られた。
【００５９】
これに対し、ＥＧ３０を用いた評価用サンプルでは、溶接工程における電流値が１５．０ｋＡまではチリが発生せず、溶接工程における電流値を１５．５ｋＡ以上にするとチリが発生し、溶接工程における電流値が１５．０ｋＡ以下では、電流値を１４．５ｋＡとした場合に引張剪断強度が約３．７ｋＮである最大値が得られた。
【００６０】
また、Ｓｎ−Ｚｎ３０を用いた評価用サンプルでは、溶接工程における電流値が１４．５ｋＡまではチリが発生せず、溶接工程における電流値を１５．０ｋＡ以上にするとチリが発生し、溶接工程における電流値が１４．５ｋＡ以下では、電流値を１４．５ｋＡとした場合に引張剪断強度が約３．６ｋＮである最大値が得られた。
【００６１】
これらの結果から、めっき鋼板材２として、ＧＡ５５を用いる場合に比して、ＥＧ３０及びＳｎ−Ｚｎ３０を用いる場合、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２と非めっき鋼板材３とが接合された接合体では、チリが発生しない電流値において引張剪断強度が高くなっていることが分かる。したがって、めっき鋼板材２として、ＧＡ５５を用いる場合に比して、ＥＧ３０及びＳｎ−Ｚｎ３０を用いる場合、接合強度のバラツキを抑制することができるとともにアルミ合金板材１とめっき鋼板材２との接合強度を高めることができる。
【００６２】
本実施形態ではまた、めっき鋼板材２として亜鉛めっき層を有する電気亜鉛めっき鋼板材を用いた場合について、目付け量を変えた評価用サンプル、具体的には、目付け量が３０ｇ／ｍｍ２である亜鉛めっき層を有する電気亜鉛めっき鋼板材（ＥＧ３０）を用いた評価用サンプル、目付け量が２０ｇ／ｍｍ２である亜鉛めっき層を有する電気亜鉛めっき鋼板材（ＥＧ２０）を用いた評価用サンプル、目付け量が１０ｇ／ｍｍ２である亜鉛めっき層を有する電気亜鉛めっき鋼板材（ＥＧ１０）を用いた評価用サンプルを作成し、引張剪断強度を測定し、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２との接合強度を評価した。
【００６３】
めっき鋼板材２としてＥＧ３０を用いた評価用サンプルについて引張剪断強度の測定結果を以下の表２に示し、めっき鋼板材２としてＥＧ２０を用いた評価用サンプルについて引張剪断強度の測定結果を以下の表３に示し、めっき鋼板材としてＥＧ１０を用いた評価用サンプルについて引張剪断強度の測定結果を以下の表４に示し、表２から表４では、溶接工程における電流値と該電流値を用いてスポット溶接した評価用サンプルの引張剪断応力の測定結果とを示している。また、チリが発生したものについては×印を付して表している。
【００６４】
【表２】
2013027890.tif 000004
【００６５】
【表３】
2013027890.tif 000005
【００６６】
【表４】
2013027890.tif 000006
【００６７】
また、図８は、アルミ合金板材とめっき鋼板材（ＥＧ３０、ＥＧ２０、ＥＧ１０）と非めっき鋼板との接合体について引張剪断強度の測定結果を示すグラフであり、図８では、横軸に溶接工程における電流値Ｘをとり、引張剪断強度を縦軸にとって表示し、ＥＧ３０を用いた評価用サンプルを□印で表し、ＥＧ２０を用いた評価用サンプルを△印で表し、ＥＧ１０を用いた評価用サンプルを○印で表し、チリが発生したものを黒色で示している。
【００６８】
表２及び図８に示すように、ＥＧ３０を用いた評価用サンプルでは、溶接工程における電流値が１５ｋＡまではチリが発生せず、溶接工程における電流値を１５．５ｋＡ以上にするとチリが発生し、溶接工程における電流値が１５ｋＡ以下では、電流値を１４．５ｋＡとした場合に引張剪断強度が３．７２ｋＮである最大値が得られた。
【００６９】
これに対し、表３及び図８に示すように、ＥＧ２０を用いた評価用サンプルでは、溶接工程における電流値が１５ｋＡまではチリが発生せず、溶接工程における電流値を１５．５ｋＡ以上にするとチリが発生し、溶接工程における電流値が１５ｋＡ以下では、電流値を１４．５ｋＡとした場合に引張剪断強度が４．１３ｋＮである最大値が得られた。
【００７０】
また、表４及び図８に示すように、ＥＧ１０を用いた評価用サンプルでは、溶接工程における電流値が１５．５ｋＡまではチリが発生せず、溶接工程における電流値を１６ｋＡ以上にするとチリが発生し、溶接工程における電流値が１５．５ｋＡ以下では、電流値を１５．０ｋＡとした場合に引張剪断強度が４．４４ｋＮである最大値が得られた。
【００７１】
これらの結果から、めっき鋼板材２として、ＥＧ鋼板を用いる場合、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２と非めっき鋼板材３とが接合された接合体では、チリが発生しない電流値において、引張剪断強度は、目付け量が小さくなるほど高くなっていることが分かる。したがって、めっき鋼板材２として、ＥＧ鋼板を用いる場合、目付け量を小さくすることで、接合強度のバラツキを抑制することができるとともにアルミ合金板材１とめっき鋼板材２との接合強度をさらに高めることができる。
【００７２】
本実施形態ではまた、めっき鋼板材２としてＥＧ１０を用いた接合体である評価用サンプルについて、スポット溶接部Ｓ１の断面における組成像、Ｆｅ分布及びＺｎ分布を解析するとともに、めっき鋼板材２としてＧＡ５５を用いた接合体である評価用サンプルについて、スポット溶接部Ｓ１の断面における組成像、Ｆｅ分布及びＺｎ分布を解析した。具体的には、スポット溶接部Ｓ１の中央部（図４のＡ１で示す部分）、スポット溶接部Ｓ１の外周部（図４のＡ２で示す部分）、スポット溶接部Ｓ１の中央部と外周部との間の中間部（図４のＡ３で示す部分）について解析した。
【００７３】
図９から図１１は、めっき鋼板材としてＥＧ１０を用いた接合体のスポット溶接部における組成像、Ｆｅ分布及びＺｎ分布を示し、図９は、スポット溶接部の中央部について示し、図１０は、スポット溶接部の外周部について示し、図１１は、スポット溶接部の中間部について示している。なお、図９から図１１に示す接合体である評価用サンプルは、溶接工程における電流値を１４．０ｋＡとしたものである。
【００７４】
図９及び図１１に示すように、めっき鋼板材２としてＥＧ１０を用いた評価用サンプルのスポット溶接部Ｓ１について、該スポット溶接部Ｓ１の中央部及び中間部では、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２との境界面に亜鉛めっき層が存在せず、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２の鋼板とが接合されている。
【００７５】
また、めっき鋼板材２としてＥＧ１０を用いた評価用サンプルのスポット溶接部Ｓ１について、該スポット溶接部Ｓ１の外周部では、図１０に示すように、スポット溶接部Ｓ１の外周側において、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２との境界面に（図１０の矢印α１で示すように）亜鉛めっき層が存在し、（図１０の矢印α２で示すように）亜鉛成分が存在する。
【００７６】
これらの結果から、めっき鋼板材２としてＥＧ１０を用いた接合体のスポット溶接部Ｓ１では、スポット溶接部Ｓ１の中央側において亜鉛含有めっき層が存在せず、スポット溶接部Ｓ１の外周側において亜鉛含有めっき層が存在し、スポット溶接される際に、スポット溶接部Ｓ１の中央側における亜鉛含有めっき層の亜鉛がスポット溶接部Ｓ１の外周側に排出されていることが分かる。
【００７７】
また、図１２から図１４は、めっき鋼板材としてＧＡ５５を用いた接合体のスポット溶接部における組成像、Ｆｅ分布及びＺｎ分布を示し、図１２は、スポット溶接部の中央部について示し、図１３は、スポット溶接部の外周部について示し、図１４は、スポット溶接部の中間部について示している。なお、図１２から図１４に示す接合体である評価用サンプルは、溶接工程における電流値を１４．０ｋＡとしたものである。
【００７８】
図１２及び図１４に示すように、めっき鋼板材２としてＧＡ５５を用いた評価用サンプルのスポット溶接部Ｓ１について、該スポット溶接部Ｓ１の中央部及び中間部では、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２との境界面に（図１２の矢印β１及び図１４の矢印β３で示すように）鉄成分が存在するとともに（図１２の矢印β２及び図１４の矢印β４で示すように）亜鉛成分が存在し、亜鉛−鉄合金めっき層が存在している。
【００７９】
また、めっき鋼板材２としてＧＡ５５を用いた評価用サンプルのスポット溶接部Ｓ１について、該スポット溶接部Ｓ１の外周部では、図１３に示すように、スポット溶接部Ｓ１の外周側においても、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２との境界面に（図１３の矢印β５で示すように）鉄成分が存在するとともに（図１３の矢印β６で示すように）亜鉛成分が存在し、亜鉛−鉄合金めっき層が存在している。
【００８０】
これらの結果から、めっき鋼板材２としてＧＡ５５を用いた接合体のスポット溶接部Ｓ１では、スポット溶接部Ｓ１の中央側において亜鉛−鉄合金めっき層が存在するとともに、スポット溶接部Ｓ１の外周側においても亜鉛−鉄合金めっき層が存在し、スポット溶接後に、めっき鋼板材２のアルミ合金板材１との対向面に亜鉛−鉄合金めっき層が存在していることが分かる。
【００８１】
このことから、めっき鋼板材２としてＥＧ１０を用いた接合体では、スポット溶接部Ｓ１の中央側においてアルミ合金板材１とめっき鋼板材２との境界面に亜鉛めっき層が存在せず、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２の鋼板とが接合されることによって、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２との接合強度が高められたものと考えられる。
【００８２】
このように、本実施形態に係るアルミ合金板材１とめっき鋼板材２との接合体では、めっき鋼板材２は、少なくともアルミ合金板材１との対向面に、亜鉛を少なくとも１０質量％以上含有するとともに融点が亜鉛の融点以下であり、且つ目付け量が３０ｇ／ｍ２以下である亜鉛含有めっき層を有し、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２とがスポット溶接されている。
【００８３】
これにより、目付け量を少なくすることでスポット溶接時にチリの発生を抑制して接合強度のバラツキを少なくすることができるとともに、融点の低い亜鉛含有めっき層を有するめっき鋼板材を用いることでアルミ合金板材とめっき鋼板材との境界面から亜鉛を拡散させて接合強度を高めることができ、接合強度のバラツキを抑制することができるとともに高強度であるアルミ合金板材とめっき鋼板材との接合体を得ることができる。
【００８４】
また、スポット溶接部の中央側において亜鉛含有めっき層が存在せず、スポット溶接部の外周側において亜鉛含有めっき層が存在し、スポット溶接される際に、スポット溶接部の中央側における亜鉛含有めっき層の亜鉛がスポット溶接部の外周側に排出されていることにより、防錆効果を得つつ、前記効果を具体的に実現することができる。
【００８５】
さらに、めっき鋼板材のアルミ合金板材との対向面と反対側の面に別の鋼板材が備えられ、アルミ合金板材とめっき鋼板材と別の鋼板材とがスポット溶接されていることにより、アルミ合金板材とめっき鋼板材と別の鋼板材とをスポット溶接する場合においても、前記効果を有効に得ることができる。なお、別の鋼板材としてめっきを施していない非めっき鋼板材を用いることができ、かかる場合においても前記効果を得ることができる。
【００８６】
本実施形態では、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２とをスポット溶接してアルミ合金板材１とめっき鋼板材２との接合体を形成しているが、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２との間に接着剤層を設けて、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２との間に接着剤を介在させた状態でアルミ合金板材１とめっき鋼板材２とをスポット溶接して接合体を形成するようにしてもよい。
【００８７】
図１５は、アルミ合金板材とめっき鋼板材との間に接着剤層が配設されたアルミ合金板材とめっき鋼板材と別の鋼板材としての非めっき鋼板との接合体を示す図である。図１５（ａ）に示すように、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２との間に接着剤層１４を配設した状態でアルミ合金板材１とめっき鋼板材２と非めっき鋼板材３とを積層した後に、積層された金属板１、２、３からなるワークＷ１０に対して、一対の電極５を用いてプレ加圧工程、プレヒート工程、冷却工程、溶接工程を行い、図１５（ｂ）に示すように、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２と非めっき鋼板材３とをスポット溶接して接合体を形成するようにしてもよい。
【００８８】
図１５（ｂ）に示すように、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２との間に接着剤層１４を配設した状態でアルミ合金板材１とめっき鋼板材２と非めっき鋼板材３とをスポット溶接すると、スポット溶接部Ｓ１を除く部分に接着剤層１４が設けられ、スポット溶接部Ｓ１では、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２との間に第１の接合部Ｍ１が形成され、めっき鋼板材２と非めっき鋼板材３との間に第２の接合部Ｍ２が形成され、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２と非めっき鋼板材３とが互いに接合される。
【００８９】
また、めっき鋼板材２のアルミ合金板材１との対向面に設けられた亜鉛含有めっき層２ａは、スポット溶接部Ｓ１の中央側において存在せず、スポット溶接部Ｓ１の外周側において存在し、スポット溶接される際に、スポット溶接部Ｓ１の中央側における亜鉛含有めっき層の亜鉛がスポット溶接部Ｓ１の外周側に排出される。
【００９０】
かかる場合においても、めっき鋼板材２として、少なくともアルミ合金板材１との対向面に、亜鉛を少なくとも１０質量％以上含有するとともに融点が亜鉛の融点以下であり、且つ目付け量が３０ｇ／ｍ２以下である亜鉛含有めっき層を有するものを用いることにより、接合強度のバラツキを抑制することができるとともに高強度であるアルミ合金板材とめっき鋼板材との接合体を得ることができる。また、この場合、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２との間において、スポット溶接部Ｓ１を除く部分に接着剤層１４が設けられていることにより、接合体の接合強度及びシール性を向上させることができる。
【００９１】
本実施形態ではまた、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２とのみをスポット溶接した評価用サンプルを作成し、該評価用サンプルについて引張剪断強度を測定し、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２との接合強度を評価した。評価用サンプルとして、図５に示す評価用サンプルにおいて非めっき鋼板材を備えていないものを作成し、図６に示す接合条件と同一条件でアルミ合金板材１とめっき鋼板材２とを接合した。なお、アルミ合金板材１は、厚さが０．９ｍｍのものを用い、めっき鋼板材２は厚さが０．８ｍｍのものを用い、めっき鋼板材２として目付け量が１０ｇ／ｍｍ２である亜鉛めっき層を有する電気亜鉛めっき鋼板材（ＥＧ１０）を用いた。
【００９２】
アルミ合金板材１とめっき鋼板材２のみがスポット溶接された評価用サンプルについて引張剪断強度の測定結果を以下の表５に示す。なお、表５では、溶接工程における電流値を１７．５ｋＡ以上にするとチリが発生したことから、溶接工程における電流値が１７．０ｋＡ以下のものについて示し、２つの評価用サンプルの平均値を示している。
【００９３】
【表５】
2013027890.tif 000007
【００９４】
表５に示すように、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２のみをスポット溶接した接合体である評価用サンプルにおいては、チリが発生しない溶接工程における電流値が１７．０ｋＡ以下では、電流値が１５．５ｋＡとした場合に引張剪断強度が２．６２ｋＮである最大値が得られた。
【００９５】
アルミ合金板材１とめっき鋼板材２のみをスポット溶接した接合体においても、めっき鋼板材２として、少なくともアルミ合金板材１との対向面に、亜鉛を少なくとも１０質量％以上含有するとともに融点が亜鉛の融点以下であり、且つ目付け量が３０ｇ／ｍ２以下である亜鉛含有めっき層を有するものを用いることにより、接合強度のバラツキを抑制することができるとともに高強度であるアルミ合金板材とめっき鋼板材との接合体を得ることができる。
【００９６】
このように、本実施形態に係るアルミ合金板材とめっき鋼板材との接合体は、先端部の直径が５ｍｍから７ｍｍである電極を用いてスポット溶接され、引張剪断強度が２．０ｋＮ以上、好ましくは３．５ｋＮ以上、より好ましくは４．０ｋＮ以上とされる。
【００９７】
なお、表４に示すアルミ合金板材１とめっき鋼板材２と非めっき鋼板材３とをスポット溶接した評価用サンプルでは、表５に示すアルミ合金板材１とめっき鋼板材２とをスポット溶接した評価用サンプルに比して、アルミ合金板材１の厚さが異なるものの引張剪断強度が大きくなっているが、これは、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２と非めっき鋼板材３とを接合した接合体では、めっき鋼板材２と非めっき鋼板材３との間に形成される第２の接合部Ｍ２からの熱によって、アルミ合金板材１とめっき鋼板材２との間に形成される第１の接合部Ｍ１が大きく形成され、引張剪断強度が大きくなったものと考えられる。
【００９８】
本発明は、例示された実施の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、種々の改良及び設計上の変更が可能であることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【００９９】
以上のように、本発明によれば、接合強度のバラツキを抑制することができるとともに高強度であるアルミ合金板材とめっき鋼板材との接合体を提供することが可能となるから、自動車の分野において好適に利用される可能性がある。
【符号の説明】
【０１００】
１  アルミ合金板材
２  めっき鋼板材
３  非めっき鋼板材
５  電極
１４  接着剤層
Ｍ１、Ｍ２  接合部
Ｓ１  スポット溶接部
Ｗ  ワーク
【図１】
2013027890.tif 000008
【図２】
2013027890.tif 000009
【図３】
2013027890.tif 000010
【図４】
2013027890.tif 000011
【図５】
2013027890.tif 000012
【図６】
2013027890.tif 000013
【図７】
2013027890.tif 000014
【図８】
2013027890.tif 000015
【図９】
2013027890.tif 000016
【図１０】
2013027890.tif 000017
【図１１】
2013027890.tif 000018
【図１２】
2013027890.tif 000019
【図１３】
2013027890.tif 000020
【図１４】
2013027890.tif 000021
【図１５】
2013027890.tif 000022