(57)【要約】【課題】コストの上昇を招くことなく鋼材からなる構造体に対してアルミニウム材料などの異種金属材料の構造体がより高い強度で接合できるようにする。【解決手段】アルミニウム板１０３の表面側からボタン部品１０１の先端部１１３を突入させて押し込む。次いで、アルミニウム板１０３を貫通させて軸部１１２の先端部１１３を鋼板１０２に当接させる。この状態で、先端部１１３と鋼板１０２とを、よく知られた抵抗スポット溶接により溶接する。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
頭部および前記頭部に接続して先細りの先端部を備える軸部から構成されて軸方向断面が略Ｔ字状の鋼からなるボタン部品を用意する第１工程と、
鋼材からなる第１部品に鋼材とは異なる材料から構成された第２部品を重ねる第２工程と、
前記第２部品の表面側から前記ボタン部品の前記先端部を突入させて押し込み、前記第２部品を貫通させて前記軸部の先端部を前記第１部品に当接させて前記先端部と前記第１部品とを抵抗スポット溶接により溶接する第３工程と
を備えることを特徴とする接合方法。
【請求項２】
請求項１記載の接合方法において、
前記第３工程では、前記頭部の座面が前記第２部品の表面に当接する状態にすることを特徴とする接合方法。
【請求項３】
請求項１または２記載の接合方法において、
前記第３工程では、前記軸部の先端部を前記第１部品に当接させてからスポット溶接を開始するとともに、前記軸部を更に押し込む
ことを特徴とする接合方法。
【請求項４】
請求項１〜３のいずれか１項に記載の接合方法において、
前記ボタン部品の前記頭部は、周縁部ほど前記軸部の先端側に近づく形状とすることを特徴とする接合方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれか１項に記載の接合方法において、
前記第３工程では、抵抗スポット溶接における一方の電極を前記ボタン部品の前記頭部に当接させて前記第１部品の方向に押しつけることで、ボタン部品の前記先端部を第２部品に突入させて押し込み、前記第２部品を貫通させて前記軸部の先端部を前記第１部品に当接させ、前記先端部と前記第１部品とを溶接させる
ことを特徴とする接合方法。
【請求項６】
鋼材からなる第１部品と、
前記第１部品に重ねて配置された鋼材とは異なる材料から構成された第２部品と、
前記第２部品を表面側から貫通して先端部が前記第１部品に溶接された軸部および前記軸部が接続する頭部から構成されて軸方向断面が略Ｔ字状の鋼からなり、前記頭部の座面が前記第２部品の表面に当接するボタン部品と
を備えることを特徴とする接合構造。
【請求項７】
請求項６記載の接合構造において、
前記ボタン部品の前記頭部は、周縁部ほど前記先端部の側に近づく形状とされていることを特徴とする接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼材からなる構造体に対してアルミニウム材料などの異種材料の構造体を接合した接合構造および方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
車輌を構成する部品（車体部品）には、高い強度が要求される。これに加え、近年では、軽量が要求されている。このため、部品を形成する材料には、例えば、高張力鋼やアルミニウム材料が用いられるようになっている。また、高張力鋼とアルミニウム材料とを一体とした複合部材が用いられるようになっている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１５−０６２９１１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、鋼材同士の結合においては、例えばスポット溶接などが用いられているが、上述したような異種材料の結合においては、製造コストや得られる強度などを含めて妥当な技術が存在していないという問題があった。
【０００５】
本発明は、以上のような問題点を解消するためになされたものであり、コストの上昇を招くことなく鋼材からなる構造体に対してアルミニウム材料などの異種金属材料の構造体がより高い強度で接合できるようにすることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明に係る接合方法は、頭部および頭部に接続して先細りの先端部を備える軸部から構成されて軸方向断面が略Ｔ字状の鋼からなるボタン部品を用意する第１工程と、鋼材からなる第１部品に鋼材とは異なる材料から構成された第２部品を重ねる第２工程と、第２部品の表面側からボタン部品の先端部を突入させて押し込み、第２部品を貫通させて軸部の先端部を第１部品に当接させて先端部と第１部品とを抵抗スポット溶接により溶接する第３工程とを備える。
【０００７】
上記接合方法において、第３工程では、頭部の座面が第２部品の表面に当接する状態にする。
【０００８】
上記接合方法において、第３工程では、軸部の先端部を第１部品に当接させてからスポット溶接を開始するとともに、軸部を更に押し込むようにすればよい。
【０００９】
上記記載の接合方法において、ボタン部品の頭部は、周縁部ほど軸部の先端側に近づく形状とするとよい。
【００１０】
上記接合方法において、第３工程では、抵抗スポット溶接における一方の電極をボタン部品の頭部に当接させて第１部品の方向に押しつけることで、ボタン部品の先端部を第２部品に突入させて押し込み、第２部品を貫通させて軸部の先端部を第１部品に当接させ、先端部と第１部品とを溶接させればよい。
【００１１】
本発明に係る接合構造は、鋼材からなる第１部品と、第１部品に重ねて配置された鋼材とは異なる材料から構成された第２部品と、第２部品を表面側から貫通して先端部が第１部品に溶接された軸部および軸部が接続する頭部から構成されて軸方向断面が略Ｔ字状の鋼からなり、頭部の座面が第２部品の表面に当接するボタン部品とを備える。
【００１２】
上記接合構造において、ボタン部品の頭部は、周縁部ほど軸部の先端側に近づく形状とされているとよい。
【発明の効果】
【００１３】
以上説明したことにより、本発明によれば、コストの上昇を招くことなく鋼材からなる構造体に対してアルミニウム材料などの異種金属材料の構造体がより高い強度で接合できるという優れた効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における接合方法を説明するための説明図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態における接合構造を例示する断面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態における他の接合構造を例示する断面図である。
【図４】図４は、本発明の実施の形態における接合構造の断面を金属顕微鏡で観察した写真である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態における接合構造の断面を金属顕微鏡で観察した写真である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
以下、本発明の実施の形態について図を参照して説明する。図１は、本発明の実施の形態における接合方法を説明するための説明図である。
【００１６】
まず、第１工程Ｓ１０１で、図１の（ａ）に示すボタン部品１０１を用意する。ボタン部品１０１は、頭部１１１および頭部１１１に接続する軸部１１２を備える。また、軸部１１２は、先細りの形状とされた先端部１１３を備える。ボタン部品１０１は、例えば冷間圧造用炭素鋼などの鋼から構成され、軸方向断面が略Ｔ字状とされている。頭部１１１および軸部１１２は、例えば平面視円形とされている。ボタン部品１０１は、軸部１１２の直径が例えば１０ｍｍである。なお、頭部１１１および軸部１１２は、平面視の形状（断面形状）が、円形に限らず、多角形であってもよい。また、頭部１１１は、平面視の形状が、凸多角形に限らず凹多角形など、一部が軸部１１２の方向に凹形状となっていてもよい。
【００１７】
次に、第２工程Ｓ１０２で、図１の（ｂ）に示すように、鋼板（第１部品）１０２に、鋼材とは異なる材料から構成されているアルミニウム板（第２部品）１０３を重ねて配置する。鋼板１０２は、例えば、ＪＳＣ７８０，ＪＳＣ９８０Ｙなどの高張力鋼板であり、例えば、板厚１ｍｍである。アルミニウム板１０３は、例えばＡＬ５９５２Ｐ材などのアルミニウム合金板であり、例えば、板厚１ｍｍである。なお、軸部１１２は、アルミニウム板１０３の厚さより長ければよい。
【００１８】
次に、第３工程Ｓ１０３で、図１の（ｃ）に示すように、アルミニウム板１０３の表面側からボタン部品１０１の先端部１１３を突入させて押し込む。次いで、図１の（ｄ）に示すように、アルミニウム板１０３を貫通させて軸部１１２の先端部１１３を鋼板１０２に当接させる。この状態で、先端部１１３と鋼板１０２とを、よく知られた抵抗スポット溶接により溶接する。溶接により、先端部１１３と鋼板１０２との間に、これらが溶融凝固したナゲット１０４が形成される。上記溶接により、先端部１１３は、先細りの形状から変形する。スポット溶接において、押しつける力（加圧力）は１００〜４００ｋｇｆ・ｃｍ2とし、溶接電流は、１０００〜１４０００Ａで、６〜３０サイクルとすればよい。
【００１９】
この第３工程で、溶接が完了した時点では、図３の（ｅ）に示すように、頭部１１１の座面が、アルミニウム板１０３の表面に当接する状態にする。また、第３工程では、軸部１１２の先端部１１３を鋼板１０２に当接させてからスポット溶接を開始するとともに、軸部１１２を更に押し込む。
【００２０】
ここで、第３工程では、抵抗スポット溶接における一方の電極をボタン部品１０１の頭部１１１に当接させて鋼板１０２の方向に押しつけることで、ボタン部品１０１の先端部１１３をアルミニウム板１０３に突入させて押し込み、アルミニウム板１０３を貫通させて軸部１１２の先端部１１３を鋼板１０２に当接させ、先端部１１３と鋼板１０２とを溶接させればよい。抵抗スポット溶接における他方の電極は、鋼板１０２に電気的に接続しておく。上記押し込みにおいて、両電極を通電状態としておくことで、ボタン部品１０１における抵抗加熱により、軸部１１２（先端部１１３）に接触しているアルミニウム板１０３が軟化（溶融）し、アルミニウム板１０３の貫通が容易となる。
【００２１】
上述したことにより、鋼板１０２と、鋼板１０２に重ねて配置されたアルミニウム板１０３と、鋼板１０２に重ねて配置されたアルミニウム板１０３と、軸部１１２がアルミニウム板１０３を表面側から貫通して先端部が鋼板１０２に溶接されて頭部１１１の座面がアルミニウム板１０３の表面に当接する軸方向断面が略Ｔ字状の鋼からなるボタン部品１０１とから構成された接合構造が得られる。
【００２２】
上述した実施の形態における接合方法により得られた接合構造は、鋼板１０２にナゲット１０４で強固に溶接されているボタン部品１０１の頭部１１１により、アルミニウム板１０３が鋼板１０２に押さえつけられるものとなる。溶接部となるナゲット１０４は、同種の材料からなる鋼板１０２とボタン部品１０１（先端部１１３）とが溶融凝固した部分であり、高い接合強度が得られている。この結果、本発明によれば、鋼材からなる構造体に対してアルミニウム材料などの異種金属材料の構造体が、より高い強度で接合できるようになる。また、安価に製造可能なボタン部品１０１を用い、既存の抵抗スポット溶接技術により溶接するので、コストの上昇を招くことがない。
【００２３】
ところで、図２に示すように、頭部２１１の庇部２１１ａが、周縁部ほど軸部２１２の先端側に近づく形状とされたボタン部品２０１により、鋼板１０２にアルミニウム板１０３を固定してもよい。このように構成することで、頭部２１１の座面に、溝領域２３１が形成される。軸部２１２を突入させて押し込んでスポット溶接するときに、軸部２１２周囲のアルミニウム板１０３が溶解し、周囲に飛散する場合がある。上記構成とした庇部２１１ａを形成しておくことで、庇部２１１ａの軸部２１２側（下側）に形成される溝領域２３１に、溶融アルミニウムを収容でき、溶融アルミニウムの飛散が防止できる。
【００２４】
また、図３に示すように、頭部３１１の庇部３１１ａを周縁部ほど軸部３１２の先端側に近づく形状としたボタン部品３０１により、鋼板１０２にアルミニウム板１０３を固定してもよい。庇部３１１ａの周縁部は、軸方向下側に、軸部３１２と略平行な状態とされている。この構成とした庇部３１１ａによっても、庇部３１１ａの下側に形成される溝領域３３１に、溶融アルミニウムを収容でき、溶融アルミニウムの飛散が防止できる。
【００２５】
次に、ＳＷＣＨ（Steel Wire Cold Heading）１２を材料として作製したボタン部品を用い、鋼板にアルミニウム板を固定した状態の断面を、金属顕微鏡により観察した結果について図４，図５を用いて説明する。作製したボタン部品は、頭部の庇部が、周縁部ほど軸部の先端側に近づく形状としている。鋼板は、板厚０．８ｍｍのＪＳＣ７８０材を用い、アルミニウム板は、板厚１ｍｍのＡＬ５９５２Ｐ材とした。また、ボタン部品は、冷間圧造用炭素鋼より作製した。図５は、図４の一部を拡大しており、ボタン部品の軸部先端と鋼板との溶接部を拡大して示している。図５に示すように、溶接部は溶融凝固している状態が確認される。
【００２６】
次に、実際に作製した接合構造における引張せん断接着強さ（ＴＳＳ）および十字引張接着強さ（ＣＴＳ）を測定した結果について説明する。鋼板は、板厚０．８ｍｍのＪＳＣ７８０材（サンプル１）、板厚１．０ｍｍのＪＳＣ９８０ＹＬ材（サンプル２）、板厚１ｍｍのアルミニウムめっき鋼板（サンプル３）を用いた。アルミニウムめっき鋼板は、Ｕｓｉｂｏｒ １５００Ｐ（登録商標、アルセロール・ミッタル社製）を用いた。また、アルミニウムめっき鋼板は、焼き入れ処理をしてあるものを用いた。アルミニウム板は、全てのサンプルにおいて、板厚１ｍｍのＡＬ５９５２Ｐ材とした。ボタン部品は、ＳＷＣＨ１２材から構成し、軸部の直径１０ｍｍ、頭部の平面視の直径を２２ｍｍとした。測定の結果を表１に示す。
【００２７】
【表１】
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【００２８】
また、他の接合技術による接合構造とのＴＳＳおよびＣＴＳの比較について表２に示す。サンプル４は、セルフピアスリベットによるアルミニウム板と鋼板との接合構造である。サンプル５は、予めアルミニウム板に開口を形成しておき、この開口にリベットの軸部を勘合させ、軸部先端と鋼板とを溶接した接合構造である（特許文献１参照）。サンプル６は、デルタスポットでアルミニウム板と鋼板とをスポット溶接した接合構造である。いずれも、前述したサンプル１と同じアルミニウム板および鋼板を用いている。なお、表２には、サンプル１の結果も示している。
【００２９】
【表２】
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【００３０】
表１に示すように、各種の材料において、十分な接合強度が得られている。サンプル３は、鋼板がアルミニウムめっき鋼板であるが、焼き入れ処理をしてあり、また、めっき層が極薄いため、鋼板とボタン部品の軸部先端との間に高い接合強度が得られているものと考えられる。
【００３１】
また、表２に示すように、他の接合技術に比較して高い接合強度が得られている。サンプル５は、本発明のボタン部品と同様のリベットを用いているが、アルミニウム板にリベットの軸部先端を突入させて押し込んでいないところに大きな違いがある。本発明の接合方法による接合構造では、ボタン部品の軸部側面においても第２部品との間で溶接などの接合が生じているため、上述したようにより高い接合強度が得られているものと考えられる。
【００３２】
以上に説明したように、本発明によれば、第２部品の表面側からボタン部品の先端部を突入させて押し込み、第２部品を貫通させて軸部の先端部を第１部品に当接させて先端部と第１部品とを抵抗スポット溶接により溶接するようにしたので、コストの上昇を招くことなく鋼材からなる構造体に対してアルミニウム材料などの異種金属材料の構造体がより高い強度で接合できるようになる。
【００３３】
なお、本発明は以上に説明した実施の形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想内で、当分野において通常の知識を有する者により、多くの変形および組み合わせが実施可能であることは明白である。例えば、第１部品および第２部品は、板部材に限るものではなく、他の形状の構造体であってもよい。また、第２部品は、アルミニウム材に限るものではなく、鋼材とは異なる材料から構成されたものであればよい。また、ボタン部品は、ＳＷＣＨ１２に限るものではなく、鋼から構成されていればよい。
【符号の説明】
【００３４】
１０１…ボタン部品、１０２…鋼板（第１部品）、１０３…アルミニウム板（第２部品）、１０４…ナゲット、１１１…頭部、１１２…軸部、１１３…先端部。
【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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