(57)【要約】【解決手段】  スチールとアルミニウムの如き異種金属を締結するための装置及び方法であって、スポット溶接機械を用いる。金属はスタックされ、スチールとスチールとの間にアルミニウム本体が挟まれる。溶接機の電流によって加熱され、低融点のアルミニウムが軟化してスチール層が凹み、スチール層にアルミニウムが侵入して、アルミニウムが対向するスチール層に溶接される。異なる構造形状を接合するために、このプロセスを用いて、異種材料からなる幾つかの層を有するスタックが接合される。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１材料から作られた導電性の第１本体を、該第１本体の第１材料とは異なる第２材料から作られた導電性の第２本体に対して、電気抵抗溶接を用いて締結する方法であって、
第２材料よりも融点が低い第１材料と第２材料とを物理的及び電気的に接触するように配置すること；
第２材料に溶接可能で第１材料よりも融点が高い第３材料から作られた導電性の第３本体を、第１材料と物理的及び電気的に接触するように配置して、第１本体、第２本体及び第３本体の少なくとも一部分を含む導電性スタックを形成すること；
スタックに電位を印加し、電流がスタックを通って流れるように電流を誘導して抵抗加熱を生じさせ、該抵抗加熱によって第１本体の少なくとも一部分を軟化させること；
第３本体の軟化部を、第１本体の軟化部を通じて、第２本体に向けて移動させること；
第３本体の一部分が第２本体に接触した後、第３本体を第２本体に溶接すること、
を含む、方法。
【請求項２】
第１材料は、アルミニウム、マグネシウム及びそれらの合金の少なくとも１種を含む、請求項１の方法。
【請求項３】
第２材料は、スチール、チタン及びそれらの合金の少なくとも１種を含む、請求項２の方法。
【請求項４】
第３材料は、スチール、チタン及びそれらの合金の少なくとも１種を含む、請求項３の方法。
【請求項５】
第３本体の一部分は、該第３本体の一部分が第１本体を通って移動されるときに変位する第１本体の盛上り部を被覆する、請求項１の方法。
【請求項６】
第１本体、第２本体及び第３本体は層の形態であり、第３本体が第２本体に溶接される、請求項１の方法。
【請求項７】
層は金属シートである、請求項６の方法。
【請求項８】
第１本体、第２本体及び第３本体の少なくとも１つは、構造部材の形態である、請求項１の方法。
【請求項９】
電位は、直接抵抗溶接の過程で印加される、請求項１の方法。
【請求項１０】
電位は、間接電気抵抗溶接の過程で印加される、請求項１の方法。
【請求項１１】
電位は、直列抵抗溶接の過程で印加される、請求項１の方法。
【請求項１２】
スタックは、第２本体及び第３本体の融点よりも低い融点を有する複数の本体を含む、請求項１の方法。
【請求項１３】
第２本体と第３本体は一体であり、第２本体と第３本体は折曲部によって区別されるようにしており、電位をスタックに印加するステップの前に、前記折曲部を形成するために折り曲げるステップと、第１本体を折曲部に挿入してスタックを形成するステップをさらに含む、請求項１の方法。
【請求項１４】
折曲部はＪ字状の形状である、請求項１３の方法。
【請求項１５】
折曲部はＵ字状の形状である、請求項１３の方法。
【請求項１６】
折り曲げるステップは複数回行われて、複数の折曲部が形成される、請求項１３の方法。
【請求項１７】
折曲部はＳ字状の形状である、請求項１６の方法。
【請求項１８】
折曲部はＷ字状の形状である、請求項１６の方法。
【請求項１９】
複数の本体が複数の折曲部に挿入される、請求項１３の方法。
【請求項２０】
前記溶接するステップは複数の溶接部を同時に生成する、請求項１９の方法。
【請求項２１】
折り曲げることによって、２つに分岐する底部と上面部を有するＴ字状の形状が形成され、前記挿入するステップは、第１本体を、２つに分岐された底部に挿入することを含み、前記溶接するステップは、第１本体と２つに分岐された底部とのスタックを横切る方向に行われる、請求項１３の方法。
【請求項２２】
別の本体を、Ｔ字状形状の上面部に締結するステップをさらに含む、請求項１３の方法。
【請求項２３】
電位を印加し、第３本体の軟化部を移動させ、第３本体を第２本体に溶接する間、電流は調節可能であり、前記電流を調節するステップをさらに含む、請求項１の方法。
【請求項２４】
第３本体の軟化部を移動させ、第３本体を第２本体に溶接する間に加えられる力は調節可能であり、前記力を調節するステップをさらに含む、請求項２３の方法。
【請求項２５】
電流及び力を調節するステップは、第１本体、第２本体及び第３本体の異なる厚さに適合できるように行われることができる、請求項２４の方法。
【請求項２６】
電位を印加し、第３本体の軟化部を移動させ、第３本体を第２本体に溶接する間、第３層及び第２層に貫通孔は形成されない、請求項１の方法。
【請求項２７】
導電性の第１本体、導電性の第２本体、及び導電性の第３本体が、互いに物理的及び電気的に接触するように配置され、第１本体は、第２本体よりも融点が低く、第２本体と第３本体の間に配置され、第２本体は、第１本体を貫通し、電気抵抗溶接によって第３本体に溶接され、第１本体は、第２本体と第３本体との間に捕捉される、積層構造。
【請求項２８】
第１本体は、細長いチャンネルの形態であり、第２本体は、細長いチャンネルを横切って延びるウエブの形態であり、折り曲げられた折曲部が第３本体を画定し、第１本体の一部分は、折曲部の中に配置され、第２本体を第３本体に溶接することにより、折曲部の中で保持される、請求項２７の構造。
【請求項２９】
第１本体はプレートの形態であり、第２本体と第３本体は断面Ｌ字形状のビームの形態であり、第１本体は、第２本体と第３本体との間に挟まれている、請求項２７の構造。
【請求項３０】
構造は、複数のプレートと断面Ｌ字形状の複数のビームをさらに含む、請求項２９の構造。
【請求項３１】
第１本体はＩビームの形態であり、第２本体は第１本体のＩ字形状によって画定される中空部に挿入可能な細長いチャンネルの形態であり、第３本体はＩ字形状の上面部に配置されたプレートの形態である、請求項２７の構造。
【請求項３２】
第１本体、第２本体及び第３本体は各々が筒状であり、第２本体は第３本体の少なくとも一部分に同軸で挿入されることができ、第１本体は第２本体と第３本体との間に挿入可能な寸法である、請求項２７の構造。
【請求項３３】
第１本体と第２本体は両方とも筒状であり、第２本体は第１本体内に挿入可能な寸法を有し、第３本体は、第２本体に隣接する第１本体の外側に当てて配置されたプレートである、請求項２７の構造。
【請求項３４】
第１本体と第２本体は、断面矩形形状及び断面円形形状のうちの少なくとも１つの形状を有する、請求項３３の構造。
【請求項３５】
第１本体は筒状体の形態、第２本体は第１本体の内側に当てて配置されたプレートの形態であり、第１本体は第２本体を通して挿入可能な寸法の開口を有し、第３本体は第２本体に近接する位置で第１本体の外側に当てて配置されたプレートの形態であり、第１本体は、第２本体と第３本体との間で挟まれている、請求項２７の構造。
【請求項３６】
第１本体は細長いチャンネルの形態、第２本体は第１本体の中空部に挿入されるチャンネルの形態、第３本体はプレートの形態であり、前記プレートは第２本体の近接位置に配置され、第１本体は、第２本体と第３本体との間で挟まれている、請求項２７の構造。
【請求項３７】
第１本体は細長いチャンネルの形態、第２本体は第１本体の中空部に挿入される筒状体の形態、第３本体はプレートの形態であり、前記プレートは第２本体の近接位置に配置され、第１本体は、第２本体と第３本体との間で挟まれている、請求項２７の構造。
【請求項３８】
第１本体は細長い筒状体の形態、第２本体は第１本体の中空部に挿入されるＣ字形状ブラケットの形態、第３本体はプレートの形態であり、前記プレートは第２本体の近接位置に配置され、第１本体は、第２本体と第３本体との間で挟まれている、請求項２７の構造。
【請求項３９】
第１本体は、溶接用電極が挿入可能な孔を有する、請求項３８の構造。
【請求項４０】
第１本体及び第２本体は筒状体であり、第１本体は、第２本体が第１本体に対して傾斜して挿入されることができる側部孔を有し、第３本体はプレートの形態であって、前記プレートは第２本体の近接位置に配置され、第１本体は、第２本体と第３本体との間で挟まれている、請求項２７の構造。
【請求項４１】
第１本体は、側部孔の近接位置から延びるタブを有する、請求項４０の構造。
【請求項４２】
第２本体と同様な第４本体をさらに含み、第２本体と第４本体はミトラ形状であって、側部孔で接合されている、請求項４０の構造。
【請求項４３】
構造は、複数回折り返されて、トラス構造が形成される、請求項４２の構造。
【請求項４４】
第２本体と同様な第４本体をさらに含み、第１本体は第２孔を有し、第２本体及び第４本体は、スキュー線に沿って、夫々、側部孔及び第２孔に挿入される、請求項４０の構造。
【請求項４５】
第１材料、第２材料及び第３材料のうちの少なくとも１つに、コーティングをさらに含む、請求項２７の構造。
【請求項４６】
コーティングは、アルミニウム合金、亜鉛めっき、ガルバニール及び耐食性ペイントのうちの少なくとも１つである、請求項４５の構造。
【請求項４７】
コーティングは接着材である、請求項４５の構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本願は、２０１３年６月２６日に出願された米国仮特許出願第６１／８３９４７３号、発明の名称「Resistance Welding Fastener, Apparatus and Method」について、その利益を主張し、その全体が引用を以て本明細書に組み込まれるものとする。
【０００２】
本発明は、溶接装置及び方法に関し、より具体的には、異種金属等の異種材料を接合するための溶接装置及び方法に関する。
【背景技術】
【０００３】
部品又はサブユニットの接合及び組立てを行うための様々なファスナー(fastener)、装置及び方法は知られており、例えば、溶接、リベット、ネジ等による締結手段がある。異種金属の接合において、例えば、アルミニウムの部品、サブユニット、層体(layers)等を、例えばスチール(裸鋼、被覆鋼、低炭素鋼、高強度鋼、超高強度鋼、ステンレス鋼)、チタン合金、銅合金、マグネシウム、プラスチック等の他の材料から作られた他の部品、サブユニット、層体等に接合する場合、費用効率を要請される。これらの締結において、機械的ファスナー／リベットを接着材及び／又はバリア層と組み合わせることで、異種金属の接合部で生ずるガルバニック効果による腐食をできるだけ少なくして、適切な接合強度を維持できるようにするものがある。アルミニウムと他の材料とを直接溶接することは一般的に採用されていないが、それは、アルミニウムと他の材料によって生成される金属間化合物が、機械的強度および腐食抵抗に悪影響を及ぼすためである。直接溶接が用いられる場合としては、金属間化合物をできるだけ少なくするために、通常は、ある種の固相溶接(摩擦、アプセット、超音波等)又はろう付け／はんだ付けが行われるが、接合部の機械的性能が劣ることがあり、特殊な継手形状のものにしか適用されない。
【０００４】
自動車産業では、スチールとスチールを接合するのに抵抗スポット溶接(ＲＳＷ)が行われているが、それは、コストとサイクル時間(継手形成はロボットで行われ、１つの継手につき３秒未満)を考慮したものである。アルミニウムとスチールを接合する方法として、従来のスルーホールリベット／ファスナー、セルフピアスリベット法(ＳＰＲ)、フロードリルネジ(ＦＤＳまたは商品名ＥＪＯＴＳ)を使用するもの、摩擦撹拌スポット溶接／接合法(ＦＳＪ)、摩擦ビット接合法(ＦＢＪ)、及び接着材を使用するものがある。これらのどれもが、スチール対スチールの抵抗スポット溶接(ＲＳＷ)よりも困難である。例えば、ＳＰＲを用いて高強度アルミニウム(２４０Ｍｐａ超)がスチールに結合されるとき、リベット締結工程中にアルミニウムにクラックが入ることがある。さらに、高強度鋼(＞５９０ＭＰａ)の場合、穿孔が難しいため、大型リベットガンを用いて大きな力を加える必要がある。ＦＳＪは、ＳＰＲと比べて接合特性(主に剥離およびクロス張力)が低いため、自動車産業ではあまり使用されていない。さらに、ＦＳＪでは位置合せと取付けに高い精度が要求される。接合部の厚さが大きくなるにつれて、工程のサイクル時間が飛躍的に増大し、接合部スタックが５ｍｍ〜６ｍｍの場合、合計処理時間が７〜９秒にもなる。これは、スチール構造を作製するときのＲＳＷのサイクル時間が２〜３秒であるのと比べると、著しく長い。ＦＢＪではビットを使用し、ビットが回転しながらアルミニウムを貫通し、次いでスチールに溶接される。この工程も、ＦＳＪと同様、位置合せと取付けに高い精度が要求され、また、スチールへの溶接に大きな鍛造力が必要となる。ＦＤＳでは、ネジを回転させながらワークピースに挿入し、シートの１つを可塑化することにより、シートがネジのネジ山と相互結合される。ＦＤＳは、通常、片側から行われるため、スチールシートのパイロット孔との位置合せが必要であり、組立てが複雑でコストの上昇を招く。それゆえ、部品又はサブユニットの接合及び組立てを行うためのファスナー、装置及び方法について、他のファスナー、装置及び方法が要請されている。
【発明の概要】
【０００５】
開示される主題は、金属部材を締結する(fastening)方法に関する。第１の実施形態において、第１材料から作られた導電性の第１本体は、該第１本体とは異なる第２材料から作られた導電性の第２本体に対して、電気抵抗溶接を用いて締結されるもので、第１材料は第２材料よりも融点が低い材料であり、前記締結は、第１材料と第２材料とを物理的及び電気的に接触するように配置するステップ；第２材料に溶接可能で第１材料よりも融点が高い第３材料から作られた導電性の第３本体を、第１材料と物理的及び電気的に接触するように配置して、第１本体、第２本体及び第３本体の少なくとも一部分を含む導電性スタックを形成するステップ；スタックに電位を印加し、電流がスタックを通って流れるように電流を誘導して抵抗加熱を生じさせ、該抵抗加熱によって第１本体の少なくとも一部分を軟化させるステップ；第３本体の軟化部を、第１本体の軟化部を通じて、第２本体に向けて強制移動(urge)させるステップ；及び第３本体の一部分が第２本体に接触した後、第３本体を第２本体に溶接するステップ、を含む。
【０００６】
本開示の別の態様において、第１材料は、アルミニウム、マグネシウム及びそれらの合金の少なくとも１種を含む。
本開示の別の態様において、第２材料は、スチール、チタン及びそれらの合金の少なくとも１種を含む。
本開示の別の態様において、第３材料は、スチール、チタン及びそれらの合金の少なくとも１種を含む。
【０００７】
本開示の別の態様において、第３本体の一部分は、該第３本体の一部分が第１本体を通じて移動されるときに変位する第１本体の盛上り部(upwelled portion)を被覆する。
【０００８】
本開示の別の態様において、第１本体、第２本体及び第３本体は、第３本体が第２本体に溶接される部位の近接位置で層の形態である。
本開示の別の態様において、層は金属シートである。
本開示の別の態様において、第１本体、第２本体及び第３本体の少なくとも１つは、構造部材の形態である。
【０００９】
本開示の別の態様において、電位は、直接抵抗溶接の過程で印加される。
本開示の別の態様において、電位は、間接抵抗溶接の過程で印加される。
本開示の別の態様において、電位は、直列抵抗溶接の過程で印加される。
【００１０】
本開示の別の態様において、スタックは、第２本体及び第３本体の融点よりも低い融点を有する複数の本体を含む。
【００１１】
本開示の別の態様において、第２本体と第３本体は一体(monolithic)で、第２本体と第３本体は折曲部(fold)によって区別されるようにしており、折り曲げて折曲部を形成するステップと、第１本体を折曲部に挿入するステップとをさらに含み、電位をスタックに印加するステップの前にスタックが形成される。
本開示の別の態様において、折曲部はＪ字状の形状である。
本開示の別の態様において、折曲部はＵ字状の形状である。
【００１２】
本開示の別の態様において、折曲部を形成するステップは、複数回行われ、複数の折曲部が形成される。
本開示の別の態様において、折曲部はＳ字状の形状である。
本開示の別の態様において、折曲部はＷ字状の形状である。
本開示の別の態様において、複数の本体が複数の折曲部に挿入される。
【００１３】
本開示の別の態様において、溶接するステップは、複数の溶接部を同時に形成する。
【００１４】
本開示の別の態様において、折曲部は、２つに分岐する底部と上面部を有するＴ字状の形状であり、挿入するステップは、第１本体を、２つに分岐された底部に挿入することを含み、溶接するステップは、第１本体と２つに分岐された底部のスタックを横切る方向に行われる。
【００１５】
本開示の別の態様において、他の本体を、Ｔ字状形状の上面部に締結するステップをさらに含む。
【００１６】
本開示の別の態様において、前記移動ステップ及び前記溶接ステップで加えられる力は調節可能であり、力を調節するステップをさらに含む。
本開示の別の態様において、電流及び力を調節するステップは、第１本体、第２本体及び第３本体の異なる厚さに適合できるように行われることができる。
【００１７】
本開示の別の態様において、印加するステップ、移動するステップ及び溶接するステップでは、第３層及び第２層に貫通穴は形成されない。
【００１８】
本開示の別の態様において、構造は、導電性の第１本体、導電性の第２本体、及び導電性の第３本体が、互いに物理的及び電気的に接触するように配置され、第１本体は、第２本体よりも融点が低く、第２本体と第３本体の間に配置され、第２本体は、電気抵抗溶接により、第１本体を通って第３本体に溶接され、第１本体は、第２本体と第３本体との間に捕捉される(captured)。
【００１９】
本開示の別の態様において、第１本体は、細長いチャンネルの形態であり、第２本体は、細長いチャンネルを横切って延びるウエブの形態であり、折り曲げられた折曲部が第３本体を画定し、第１本体の一部分は、折曲部の中に配置され、第２本体を第３本体に溶接することにより、折曲部の中で保持される。
【００２０】
本開示の別の態様において、第１本体はプレートの形態であり、第２本体と第３本体は断面Ｌ字形状のビームの形態であり、第１本体は、第２本体と第３本体との間に挟まれている。
【００２１】
本開示の別の態様において、構造は、複数のプレートと断面Ｌ字形状の複数のビームを含む。
【００２２】
本開示の別の態様において、第１本体はＩビームの形態であり、第２本体は第１本体のＩ字形状によって画定される中空部に挿入可能な細長いチャンネルの形態であり、第３本体はＩ字形状の上面部に配置されたプレートの形態である。
【００２３】
本開示の別の態様において、第１本体、第２本体及び第３本体は各々が筒状であり、第２本体は第３本体の少なくとも一部分に同軸で挿入されることができ、第１本体は第２本体と第３本体との間に挿入可能な寸法である。
【００２４】
本開示の別の態様において、第１本体と第２本体は両方とも筒状であり、第２本体は第１本体内に挿入可能な寸法を有し、第３本体は、第２本体に隣接する第１本体の外側に当てて配置されたプレートである。
【００２５】
本開示の別の態様において、第１本体と第２本体は、断面矩形形状及び断面円形形状のうちの少なくとも１つの形状を有する。
【００２６】
本開示の別の態様において、第１本体は筒状体の形態、第２本体は第１本体の内側に当てて配置されたプレートの形態であり、第１本体は第２本体を通じて挿入可能な寸法の開口を有し、第３本体は第２本体に近接する位置で第１本体の外側に当てて配置されたプレートの形態であり、第１本体は、第２本体と第３本体との間で挟まれている。
【００２７】
本開示の別の態様において、第１本体は細長いチャンネルの形態、第２本体は第１本体の中空部に挿入されるチャンネルの形態、第３本体はプレートの形態であり、前記プレートは第２本体の近接位置に配置され、第１本体は、第２本体と第３本体との間で挟まれている。
【００２８】
本開示の別の態様において、第１本体は細長いチャンネルの形態、第２本体は第１本体の中空部に挿入される筒状体の形態、第３本体はプレートの形態であり、前記プレートは第２本体の近接位置に配置され、第１本体は、第２本体と第３本体との間で挟まれている。
【００２９】
本開示の別の態様において、第１本体は細長い筒状体の形態、第２本体は第１本体の中空部に挿入されるＣ字形状ブラケットの形態、第３本体はプレートの形態であり、前記プレートは第２本体の近接位置に配置され、第１本体は、第２本体と第３本体との間で挟まれている。
【００３０】
本開示の別の態様において、第１本体は、溶接用電極が挿入可能な孔を有する。
【００３１】
本開示の別の態様において、第１本体は筒状体、第２本体は筒状体であり、第１本体は、第２本体が第１本体に対して傾斜して挿入されることができる側部孔を有し、第３本体はプレートの形態であって、前記プレートは第２本体の近接位置に配置され、第１本体は、第２本体と第３本体との間で挟まれている。
【００３２】
本開示の別の態様において、第１本体は、側部孔の近接位置から延びるタブを有する。
【００３３】
本開示の別の態様において、構造は、第２本体と同様な第４本体をさらに含み、第２本体と第４本体はミトラ形状であって、側部孔で接合されている。
【００３４】
本開示の別の態様において、構造は、複数回折り返されて、トラス構造が形成される。
【００３５】
本開示の別の態様において、構造は、第２本体と同様な第４本体をさらに含み、第１本体は第２孔を有し、第２本体及び第４本体は、スキュー線に沿って、夫々、側部孔及び第２孔に挿入される。
【００３６】
本開示の別の態様において、第１材料、第２材料及び第３材料のうちの少なくとも１つにコーティングをさらに含む。
【００３７】
本開示の別の態様において、コーティングは、アルミニウム合金、亜鉛めっき、ガルバニール及び耐食性ペイントのうちの少なくとも１つである。
【００３８】
本開示の別の態様において、コーティングは接着材である。
【図面の簡単な説明】
【００３９】
本開示のより完全な理解のために、例示的実施形態について、添付の図面と共に以下に詳細に説明する。
【００４０】
【図１】図１は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接による３層材料の接合を順次示す概略断面図である。
【００４１】
【図２】図２は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接による３層材料の接合を順次示す概略断面図であり、中間層は両面にコーティングを有する。
【００４２】
【図３】図３は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接による３つの構造の接合を示す概略断面図である。
【００４３】
【図４】図４は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接による４つの構造の接合を示す概略断面図である。
【００４４】
【図５】図５は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接による５つの構造の接合を示す概略断面図である。
【００４５】
【図６】図６は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接による２つの構造の接合を示す概略断面図であり、前記構造の１つはＪ字形状の形態である。
【００４６】
【図７】図７は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接による３つの構造の接合を示す概略断面図であり、前記構造の１つはＪ字形状の形態である。
【００４７】
【図８】図８は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接による４つの構造の接合を示す概略断面図であり、前記構造の１つはＪ字形状の形態である。
【００４８】
【図９】図９は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接による２つの構造の接合を示す概略断面図であり、前記構造の１つはＳ字形状の形態である。
【００４９】
【図１０】図１０は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接による３つの構造の接合を示す概略断面図であり、前記構造の１つはＳ字形状の形態である。
【００５０】
【図１１】図１１は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接による２つの構造の接合を示す概略断面図であり、前記構造の１つはＵ字形状の形態である。
【００５１】
【図１２】図１２は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接による３つの構造の接合を示す概略断面図であり、前記構造の１つはＵ字形状の形態である。
【００５２】
【図１３】図１３は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接による３つの構造の接合を示す概略断面図であり、前記構造の１つはＷ字形状の形態である。
【００５３】
【図１４】図１４は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接による２つの構造の接合を示す概略断面図であり、前記構造の１つはＴ字形状の形態である。
【００５４】
【図１５】図１５は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接により、４つの交差構造が４つのＬ字形状ブラケットによる＋(プラス)字形状体に組み立てられた組立体を示す概略断面図である。
【００５５】
【図１６】図１６は、合せ構造から形成され、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接により接合された複合ビームの概略斜視図である。
【００５６】
【図１７Ａ】図１７Ａは、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接により接合された組立体の分解斜視図である。
【図１７Ｂ】図１７Ｂは、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接により接合された組立体の分解斜視図である。
【００５７】
【図１８Ａ】図１８Ａは、Ｔ字形状ブラケットを使用し、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接による第１構造のプレートへの順次組立を示す概略断面図である。
【図１８Ｂ】図１８Ｂは、Ｔ字形状ブラケットを使用し、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接による第１構造のプレートへの順次組立を示す概略断面図である。
【００５８】
【図１９】図１９は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接により接合される組立構造の分解図である。
【図２０】図２０は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接により接合される組立構造の分解図である。
【００５９】
【図２１】図２１は、図１９及び図２０の構造の組立体の斜視図である。
【００６０】
【図２２】図２２は、図２１の２２−２２線に沿う断面図であって、組立体を矢印方向に見た図である。
【００６１】
【図２３】図２３は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接により接合される構造の組立体の分解図である。
【００６２】
【図２４】図２４は、図２３に示される構造のスタックアップの断面図である。
【００６３】
【図２５】図２５は、図２４に示される構造の代替構造のスタックアップの概略断面図であり、本開示の一実施形態に基づいて溶接される準備ができている状態を示す。
【００６４】
【図２６】図２６は、図２４に示される構造の代替構造のスタックアップの概略断面図であり、本開示の一実施形態に基づいて溶接される準備ができている状態を示す。
【００６５】
【図２７】図２７は、図２４に示される構造の代替構造のスタックアップの概略断面図であり、本開示の一実施形態に基づいて溶接される準備ができている状態を示す。
【００６６】
【図２８】図２８は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接により接合される構造の組立体の分解図である。
【００６７】
【図２９】図２９は、図２８に示される構造のスタックアップの概略断面図であり、本開示の一実施形態に基づいて溶接される準備ができている状態を示す。
【００６８】
【図３０】図３０は、本開示の一実施形態に基づいて溶接される準備ができている構造のスタックアップの概略断面図である。
【００６９】
【図３１】図３１は、本開示の一実施形態に基づいて溶接される準備ができている構造のスタックアップの概略断面図である。
【００７０】
【図３２】図３２は、本開示の一実施形態に基づいて溶接される準備ができている構造のスタックアップを示す概略断面図である。
【００７１】
【図３３】図３３は、図３２の組立体を形成するための構造のスタックアップの概略断面図であり、本開示の一実施形態に基づいて溶接される準備ができている状態を示す。
【００７２】
【図３４】図３４は、本開示の一実施形態に基づいて溶接される準備ができている構造のスタックアップの概略断面図である。
【００７３】
【図３５】図３５は、本開示の一実施形態に基づいて溶接される準備ができている構造のスタックアップの概略断面図である。
【００７４】
【図３６】図３６は、本開示の一実施形態に基づいて溶接される準備ができている構造のスタックアップの概略断面図である。
【００７５】
【図３７】図３７は、本開示の一実施形態に基づいて溶接される準備ができている構造のスタックアップの概略断面図である。
【００７６】
【図３８】図３８は、図３７の組立体の構造のスタックアップの概略断面図であり、本開示の一実施形態に基づいて溶接される準備ができている状態を示す。
【００７７】
【図３９】図３９は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接により接合される構造の組立体の斜視図である。
【００７８】
【図４０】図４０は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接により接合される組立構造の分解図である。
【図４１】図４１は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接により接合される組立構造の概略断面図である。
【００７９】
【図４２】図４２は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接により接合される組立構造の側面図である。
【図４３】図４３は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接により接合される組立構造の斜視図である。
【００８０】
【図４４】図４４は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接により接合される組立構造の分解図である。
【図４５】図４５は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接により接合される組立構造の概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００８１】
＜例示的実施形態の詳細な説明＞
図１は、本発明の一実施形態であり、材料(10)(12)(14)の３層の接合を示す。層(10)(12)(14)は、異種材料であり、例えばスチールとアルミニウムのような異種金属であってよい。例えば、外層(10)(14)がスチール合金で中間層(1)にがアルミニウム合金であってよい。図示されるように、２つの外層(10)(14)は溶接適合性があり、中間層(12)を通じて互いに溶接され、積層構造Ｌ１が形成される。その段階は、順番に符号Ａ〜Ｅを付して示されている。段階Ａで示される工程は、対向する電極を有する従来のスポット溶接ステーションで行われる。段階Ａで示される電極のチップ(16)(18)は、溶接前に、層(10)(12)(14)のスタックアップ(stack-up)を抱き込んでいる。段階Ｂでは、対向する力Ｆ１、Ｆ２が従来の溶接機械(図示せず)から加えられ、チップ(16)(18)は互いに接近する方向に移動し、電極(16)(18)間に電位が加えられ、電流Ｉが電極及び層(10)(12)(14)を通って流れる。力Ｆ１、Ｆ２及び電流Ｉは、段階Ｂ〜Ｄを通じて加えられるが、夫々の大きさ及び時間は、夫々の段階での条件に応じて変えられる。例えば、段階Ａから段階Ｃの移行中、アルミニウム層(12)を加熱／可塑化するのに必要な電流Ｉは、段階Ｃ及びＤで行われるスチール層(10)のスチール層(14)への溶接に必要な電流よりも小さくされることができる。同様に、力Ｆ１及びＦ２についても、処理条件の変化に対応して変更されることができる。
【００８２】
電流Ｉにより、層(10)(12)(14)の夫々が加熱される。加熱温度は、アルミニウム層(12)が可塑化して、上層(10)と下層(14)が電極(16)(18)によって互いに接近する方向の力が加えられたときに上層(10)と下層(14)により、アルミニウム層(12)が移動して孔があけられる温度である。アルミニウム層(12)は、電流Ｉ及び層(10)(14)からの伝導により抵抗加熱される。スチールの層(10)(14)は、アルミニウム層(12)よりも熱及び電気の伝導性が小さいので、スチールに抵抗スポット溶接を行なうのに適した抵抗スポット溶接機で一般的に用いられる低電流が、後記するように、アルミニウム層(12)の可塑化及び層(10)の層(14)への溶接に必要な熱を発生させるのに用いられることができる。アルミニウム合金層(12)の融点は、スチール合金層(10)(14)よりも低いので、アルミニウム層(12)は、合流(converging)層(10)(14)による変位が可能な塑性状態に達し、力Ｆ１、Ｆ２及び電流Ｉに反応して電極(16)(18)の近傍に合流凹部(10D)(14D)(断面Ｕ字形状)が形成され、合流層(10)(14)はアルミニウム層(12)に侵入することができる。段階Ｂに示されるように、層(10)(14)の合流により、層(10)(14)の合流領域にてアルミニウム合金の層(12)が変位する。これにより、層(12)にリング形状の厚肉部(thickening)(12T)(段階Ｂにおいてだけ、破線で図式的に示している)が形成され、凹部(10D)(14D)の近接位置で軟化(softened)層(10)(14)に盛上り部(10U)(14U)が形成される。段階Ｃ及びＤに示されるように、層(10)(14)は完全に合流し、合流部(10C)(14C)の表面領域では、層(12)のアルミニウム合金は強制的に押し出される。この時、層(10)(14)は、接触部(10C)(14C)の領域で溶融を開始し、溶融金属のゾーンＭの形成が、層(10)と層(14)の界面で開始する。ゾーンＭは、溶接材料又は小塊(nugget)であり、ここで層(10)(14)が液化して混合される。一実施形態において、電流Ｉは溶接ゾーンＭ＞３の平方根(外層(10)(14)の最小ゲージ)となるまで印加される。段階Ｄでの溶接が終了後、段階Ｅにおいて、力Ｆ１、Ｆ２と電流Ｉは取り除かれることができ、電極チップ(16)(18)が後退し、溶融ゾーンＭは硬化して溶接部Ｗとなる。
【００８３】
図２に示されるように、前記プロセスは、バリア層(20)(22)を用いて行われることができるが、バリア層(20)(22)は電流Ｉによる電気抵抗加熱を妨げないことが条件である。このバリア層は、例えば、層(12)の上下面、又は層(12)に接触する層(10)(14)の表面に施される前処理用接着材層又ペイント／プライマー(図示せず)である。このようにして、接合された異種金属層(10)(12)(14)の間での接触が低減されることができ、また、好ましくないガルバニック相互作用及び腐食も低減される。本発明に係る接合工程は、透過(penetration)及び溶接段階Ｂ〜Ｄにおいて層(10)(12)(14)が徐々に変位することによって行われるので、工程が適用される層(10)(12)(14)は厚さに範囲がある。
【００８４】
一実施例において、段階Ｂ及びＣは、例えば６００〜２０００ポンドの大きさに関連づけられた力ＦＨと、例えば４０００〜２４０００アンペアの大きさの電流値ＩＨを有するが、これは、厚さ２ｍｍのアルミニウム層(12)を可塑化し、平均厚さが２．０ｍｍの低炭素鋼層(10)を厚さ１．０ｍｍの７８０ＭＰａガルバニック被覆鋼層(14)に溶接するのに適当である。これらの大きさの力及び電流は、単なる例示であって、層(10)(12)(14)の寸法及び塑性によって変わる。段階Ｂから段階Ｃへの移行時間は、０．２〜２．０秒のオーダである。この実施例をさらに進めて、同じ寸法と特性の層(10)(12)(14)を使用し、段階Ｄでは、例えば５００〜８００ポンドの大きさに関連づけられた力ＦＷと、例えば６０００〜１８０００アンペアの大きさの電流値ＩＷを用いることができる。これは、層(10)(14)の溶融を開始させ、溶融溶接ゾーンＭを形成するのに適当である。力ＦＷの大きさは、例えば６００〜１０００ポンドの大きさの力ＦＴと、例えば３０００〜１２０００アンペアの大きさの電流値ＩＴ(図示せず)に変更して、拡大溶接ゾーンを形成し、溶接部をテンパーして、４ｍｍ〜６ｍｍの平均断面直径が得られる。段階Ｄの時間は、例えば、０．１〜０．５秒である。
【００８５】
前記の実施例は、スチールから作られた外層(10)(14)に関するものであるが、これらの層は、例えばチタン等の他の材料から作られることもできる。同様に、中間層(12)は、アルミニウム合金又は他の材料(例えば、マグネシウム合金)であってよい、外層(10)及び／又は(14)が中間層(12)を突き抜けるには、これら層は、例えば段階Ｂ及び段階Ｃのような加熱相／透過相段階で透過する中間層(12)よりも融点が高い材料で作られるべきである。例えば段階Ｄ等の溶接相を実施するには、層(10)(14)は、抵抗溶接されるものであらねばならない。例えば、層(10)が高強度(＞５９０ＭＰａ)ガルバニック鋼から作られるとき、層(14)は、例えば、標準の低炭素鋼、高強度鋼(＞５９０ＭＰａ)又はステンレス鋼グレードの材料から作られることができる。
【００８６】
本開示によって行われる溶接作業の一実施例において、３層(10)(12)(14)を結合するのに、例えばＣｅｎｔｅｒｌｉｎｅ  Ｗｅｌｄｉｎｇ、Ｌｔｄ．製の２５０ｋＶＡのＡＣ抵抗スポット溶接台溶接ステーション等の市販の電気スポット溶接機が用いられる。ここで、層(10)(14)は、０．７ｍｍの２７０ＭＰａガルバニック鋼であり、層(12)は、図１に関して説明したように１．５ｍｍの７０７５−Ｔ６アルミニウム合金である。上側の電極チップ(16)と下型の電極チップ(18)は市販されている標準の電極である。
【００８７】
本開示の態様は、部分歪みを小さくできることであり、これは、接合される層、例えば(10)(12)(14)は、溶接が行われる間、圧縮状態にあり、熱影響ゾーンは主として電極(16)(18)のフットプリント(16)(18)に限定されることによる。接合された層(10)(12)(14)は、中間層(12)の透過によって変位した金属間化合物又は材料をトラップする。
【００８８】
層(10)と層(14)の間に形成される溶接部は、溶接部の近接位置にある層の表面に入り込むことなく、外観、耐食性及び水の不侵入性(impenetrability)を維持する。例えば図１の段階Ｂ及びＣ、そして溶接相の段階Ｄにおける層(12)の透過中に、金属間化合物は、溶接ゾーンＭから変位する。本開示の方法及び装置は、スチールシートの抵抗溶接のために開発された従来のＲＳＷ装置を用いることができる。層(10)(14)は、所望により、耐食性向上のために、コーティング(ガルバナイズド、ガルバニール、溶融めっき、アルミナイズド)されることができる。
【００８９】
本発明の溶接プロセスは、パイロットホールを必要としないが、中間層(12)の中にパイロットホールが用いられることもできる。パイロットホールは、電流が、接着材層又は耐食性コーティング／層(20)(22)等の誘電体層を流れるようにするために用いられる。本発明のプロセスによって得られる溶接品質は、溶接によって残るキャビティに適用される品質保証測定により、即ち、キャビティの寸法を測定することによって調べられることができる。また、溶接品質を監視するために、例えば層(10)(14)の面に超音波ＮＤＥ技術が用いられることもできる。
【００９０】
異種金属材料の層を締結するのに用いられる本発明の装置は、ＦＤＳ(ＥＪＯＴＳ)、ＳＰＲ及びＳＦＪに比べてフットプリントが小さいため、より狭い空間にも利用可能である。本開示の装置及び方法では、層(10)(12)(14)が図１の段階Ｂ〜段階Ｄにおいて加熱／軟化されるから、ＳＰＲ挿入力に比べて使用する圧縮力は小さい。本開示の方法及装置は、スチール金属をファスナーで穴開けする必要がなく、むしろスポット溶接が用いられるので、高強度アルミニウム(ＳＰＲを使用した場合、割れ感受性が大きい)を接合することができ、また、高強度及び超高強度スチールを接合することができる。
【００９１】
本開示の装置及び方法は、プロセス全体が構成要素層／部品がどのように固定されるかという点において従来の抵抗スポット溶接(ＲＳＷ)と同様であるので、回転部品を必要とせず、部品適合問題の解消につながる。さらに、プロセスは、従来のＲＳＷと同じように速い処理速度で迅速に行われることができる。本開示の装置及び方法は、鍛造及び鋳造用のアルミニウム製品に適用されることができ、アルミニウムをスチールに溶接するときのように接合強度の低い異種金属溶接部ではなく、互いに適合性を有する(compatible)金属でジョイントを作ることができる。以下に記載するように、本開示の装置及び方法は、異なる材料からなる複数層の接合に用いられることができる。
【００９２】
図３は、本開示のプロセスが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)を用いた電気抵抗溶接によって３つの構造(30)(32)(34)を接合するのに用いられることを示している。この実施例において、構造(32)は、例えばアルミニウム合金から作られたボックス形状の中空ビームであり、脚(32L)がＬ字形状の構造(30)(34)の間に挿入されている。構造(32)は、二次加工品(fabricated)、鋳造物、鍛造物又は押出物であってよい。用途に応じて、例えば、複数の溶接部Ｗが構造(30)(32)(34)の長さに沿って形成されることができる。図３において、構造(30)(32)(34)は、三次元で横断面が示されている。なお、以下で言及する図では、簡素化のために断面のみが示されている。
【００９３】
図４は、本開示のプロセスが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)を用いた電気抵抗溶接によって４つの構造(40)(42)(44)(46)を接合するのに用いられることを示している。この実施例において、Ｌ字形状の２つの中間構造(42)(44)は、例えばアルミニウム合金から作られ、例えばスチールから作られたＬ字形状の２つの構造(40)(46)の間に挿入され、溶接部Ｗで接合される。なお、この明細書で「スチール」という用語は、ステンレス鋼及びチタン合金を含む様々な種類のスチールを含む。「アルミニウム合金」という用語はマグネシウム合金を含む。
【００９４】
図５は、本開示のプロセスが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)を用いた電気抵抗溶接によって５つの構造(50)(52)(54)(56)(58)を接合するのに用いられることを示している。この実施例において、Ｌ字形状の２つの中間構造(52)(56)は、例えばアルミニウム合金から作られ、例えばスチールから作られたＬ字形状の３つの構造(50)(54)(58)の間に挿入される。溶接部Ｗ１は、構造(52)を挟んで構造(50)を構造(54)に接合し、溶接部Ｗ２は、構造(56)を挟んで構造(54)を構造(58)に接合する。
【００９５】
図６は、本開示のプロセスが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)を用いた電気抵抗溶接によって２つの構造(60)(62)を接合するのに用いられることを示している。この実施例において、Ｌ字形状の中間構造(62)は、例えばアルミニウム合金から作られ、例えばスチールから作られた構造(60)のＪ字形状部(60J)の中に挿入され、本発明の一実施形態に係る電気抵抗溶接によってそこで保持される。この実施形態では、溶接部Ｗは、Ｊ字形状部(60J)の対向する部分の間に形成される。
【００９６】
図７は、本開示の方法が、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)を用いた電気抵抗溶接によって３つの構造(70)(72)(74)を接合するのに用いられることを示している。この実施例において、２つの中間構造(72)(74)は、例えばアルミニウム合金から作られ、例えばスチールから作られた構造(70)のＪ字形状部(70J)の中に挿入され、本発明の一実施形態に係る電気抵抗溶接によってそこで保持される。溶接部Ｗは、Ｊ字形状部(70J)の対向する部分の間に形成される。
【００９７】
図８は、本開示のプロセスが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)を用いた電気抵抗溶接によって４つの構造(80)(82)(84)(86)を接合するのに用いられることを示している。この実施例において、２つの中間構造(82)(86)は、例えばアルミニウム合金から作られ、例えばスチールから作られた構造(80)のＪ字形状部(80J)の中に構造(84)(スチール)と共に挿入され、本発明の一実施形態に係る電気抵抗溶接によってそこで保持される。この実施形態において、溶接部Ｗ１は、スチールの構造(84)と構造(80)の間に形成され、溶接部Ｗ２は、中間構造(84)の他方の側と構造(80)のＪ字形状部(80J)の間に形成される。
【００９８】
図９は、本開示のプロセスが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)を用いた電気抵抗溶接によって２つの構造(90)(92)を接合するのに用いられることを示している。この実施例において、中間構造(92)は、例えばアルミニウム合金から作られ、例えばスチールから作られた構造(80)のＳ字形状部(90S)の底部屈曲部(90C2)の中に挿入され、本発明の一実施形態に係る電気抵抗溶接によってそこで保持される。この実施形態において、溶接部Ｗ１は、構造(90)の屈曲部(90C1)の対向する部分に形成され、溶接部Ｗ２は、構造(90)の屈曲部(90C2)の対向する部分に形成され、構造(92)を内部に捕捉している。
【００９９】
図１０は、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接による３つの構造(100)(102)(104)、Ｓ字形状を有する構造(100)を示す横断面図である。中間構造(102)は、例えばアルミニウム合金から作られ、例えばスチールから作られた構造(100)のＳ字形状部(100S)の頂部屈曲部(100C1)の中に挿入される。中間構造(104)は、例えばアルミニウム合金から作られ、構造(100)のＳ字形状部(100S)の底部屈曲部(100C2)の中に挿入される。構造(102)(104)は、本発明の一実施形態に係る電気抵抗溶接によりＳ字形状部(100S)の中に保持される。溶接部Ｗ１は、屈曲部(100C1)の対向する部分に形成され、溶接部Ｗ２は、構造(100)の屈曲部(100C2)の対向する部分に形成される。
【０１００】
図１１は、本開示のプロセスが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)を用いた電気抵抗溶接によって２つの構造(110)(112)を接合するのに用いられることを示している。この実施例において、中間構造(112)は、例えばアルミニウム合金から作られ、例えばスチールから作られたＵ字形状の構造(110)の中に挿入され、本発明の一実施形態に係る電気抵抗溶接によってそこに保持される。この実施形態において、溶接部Ｗは、Ｕ字形状の構造(110)の対向する部分の間に形成される。
【０１０１】
図１２は、本開示のプロセスが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)を用いた電気抵抗溶接によって３つの構造(120)(122)(124)を接合するのに用いられることを示している。中間構造(122)(124)は、例えばアルミニウム合金から作られ、例えばスチールから作られたＵ字形状の構造(120)の中に挿入され、本発明の一実施形態に係る電気抵抗溶接によってそこに保持される。この実施形態において、溶接部Ｗは、Ｕ字形状の構造(120)の対向する部分の間に形成される。
【０１０２】
図１３は、本開示のプロセスが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)を用いた電気抵抗溶接によって３つの構造(130)(132)(134)を接合するのに用いられることを示している。中間構造(132)(134)は、例えばアルミニウム合金から作られ、例えばスチールから作られたＷ字形状の構造(130)を構成するＵ字形状の構造(130U1)(130U2)の中に挿入され、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接によってそこに保持される。溶接部Ｗ１、Ｗ２及びＷ３は、Ｗ字形状の構造(130)を構成するＵ字形状部(130U1)(130U2)の対向する部分の間に形成される。
【０１０３】
図１４は、本開示のプロセスが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)を用いた電気抵抗溶接によって２つの構造(140)(142)を接合するのに用いられることを示している。この実施形態において、中間構造(142)は、例えばアルミニウム合金から作られ、例えばスチールから作られたＴ字形状の分割Ｔ字形状構造(140)の中に挿入され、本開示の一実施形態に係る電気抵抗溶接によってそこに保持される。この実施形態において、溶接部Ｗは、Ｔ字形状の構造(140)の対向する底部部分(140B1)(140B2)の間に形成される。
【０１０４】
図１５は、本開示のプロセスが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)を用いた電気抵抗溶接によって８つの構造(150)(152)(154)(156)(158)(160)(162)(164)を接合するのに用いられることを示している。中間構造(152)(156)(160)(164)は、例えばアルミニウム合金から作られ、例えばスチールから作られた４つのＬ字形状の構造(150)(154)(158)(162)の中に挿入され、本発明の一実施形態に係る電気抵抗溶接によってそこに保持される。溶接部Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３及びＷ４は、対向するＬ字形状の構造(150)(154)(158)(162)の間に形成される。
【０１０５】
図１６は、例えばアルミニウムから作られたはめ合い構造(mating structure)(172)とスチールから作られた構造(174)とが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)を用いた電気抵抗溶接によって接合されて形成された複合ビーム(170)を示している。Ｕ字形状部(174U1)(174U2)に沿う一連の溶接部Ｗ１、Ｗ２、Ｗ３、Ｗ４等は、構造(170)を保持する。
【０１０６】
図１７Ａ及び図１７Ｂは、例えばアルミニウムから作られたはめ合い構造(182)とスチールから作られたＴ字形状構造(184)(184')とが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)(図示せず)を用いた電気抵抗溶接によって接合されて形成された複合ビーム(180)を示している。図１４に示されるように、構造(182)の中を延びる部分(184B1)(184B2)をスポット溶接することにより、構造(184)がＩビーム構造(182)に固定される。同じことが構造(184')にも適用される。スロットＳには、Ｉビーム構造(182)の中央ウエブＣが入れられる。例えば上部(184T)は取付けフランジとして用いられ、例えばスチールから作られたプレート(186)が図１７Ｂの溶接部Ｗで示されるようにスポット溶接される。
【０１０７】
図１８Ａ及び図１８Ｂは、図１７Ａ及び図１７Ｂに示される構造(180)と同様な構成を有する複合構造(190)を示している。構造(190)は、例えばアルミニウムから作られたはめ合い構造(192)とスチールから作られたＴ字形状構造(194)(194')とが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)を用いた電気抵抗溶接によって接合されて形成される。部分(194B1)(194B2)のスポット溶接部ＷＴが突出部(192A((194')と同様な構成)及び(192B)の中を通って延びて、構造(194)(194')が構造(192)に固定される。例えば上側部(194T)(194T')は取付けフランジとして用いられ、例えばスチールから作られたプレート(196)が図１８Ｂの溶接部ＷＳで示されるようにスポット溶接される。
【０１０８】
図１９〜図２２は、例えばアルミニウムから作られた中空のビーム構造(202)と、例えば二次加工又は鋳造スチールから作られたテーパ筒状構造(204)と、例えばスチールから作られたカラー構造(206)とが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)を用いた電気抵抗溶接によって接合されて形成される複合構造(200)を示している。構造(204)は、ベース部(204B)、テーパ部(204T)、及び中空のビーム構造(202)を摺動可能に受けるニップル部(204N)を有している。カラー構造(206)は、構造(202)の上に摺動可能に受けられる。スポット溶接Ｗは、中空のビーム構造(202)の中を延びて、カラー構造(206)をニップル部(204N)に接合し、電気抵抗溶接により、組立体(200)が同時に固定される。溶接部Ｗは、リベットであってもよい。リベットの場合、カラー構造(206)とビーム構造(202)がニップル部(204N)にリベット留めされる。図２０に示されるように、この溶接／リベット工程は、構造(200)の両側に配置された電極(16)(18)を有する１台の溶接ガンによって行われることができ、領域Ａ１及びＡ２における溶接が同時に行われ、図２２に示されるように、溶接部Ｗ１、Ｗ２が得られる。同じように、溶接部Ｗ３、Ｗ４も同時形成されることができる。このように、複数の溶接部を同時に形成することができるので、溶接／リベット工程を完了させるのに必要なワークピース／溶接装置の再配置作業回数を低減することができる。
【０１０９】
図２３及び図２４は、例えばアルミニウムから作られた中空のビーム構造(212)と、例えばスチールから作られた筒状構造(214)と、例えばスチールから作られたプレート(216A)(216B)とが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)を用いた電気抵抗溶接によって接合されて形成される複合構造(210)を示している。構造(214)は、構造(212)に関して任意長さであってよいが、図示の実施形態においては、構造(212)の内部で摺動可能に受け入れられる構造(214)に関してプレートをスポット溶接できるように、プレート(216A)(216B)とが重なるようにしている。形成された複合物(210)は、構造(212)(214)及び(216A)(216B)に起因する特性を有する。他の実施形態において、筒状構造(214)は、複数の別個の筒状構造にさらに分割される。例えば、第１の構造は一端部近傍の中空ビーム(212)の中に配備され、別の構造は他端部又は中間位置に配備され、追加のプレート(216)が他端部又は中間位置に取り付けられることができる。
【０１１０】
図２５〜２７は、図２３及び図２４に示された複合構造(210)の変形構造(210A)(210B)(210C)を示す。より具体的には、内部構造(220)(図２５)、(222)(図２６)、(224)(図２７)は、３つの異なる断面形状を示す。図２５及び図２６は、直接溶接のための溶接用スタックアップ構造を示しており、図２５は、電流が(16A)及び(18A)の間を流れ、図２６は、電流が(16B)及び(18B)の間を流れる。溶接は、プッシュ・プルタイプであってよく、４つの溶接部が同時に形成されることができる。例示を簡略化するために、溶接が行われる領域は図２５及びそれ以降の図では示されていないが、それら領域は、図２０の領域Ａ１、Ａ２と同様であって、電極(16)(18)の近接位置にあり、図２５〜２７では、電極(16A)(16B)(18A)(18B)の近接位置にある。図２７は、他の実施形態の電極配置であり、電極(16A)(16B)は、スタックアップ(210C)の他方側における１つの電極(18A)を含む電流経路を確定する。或いはまた、中空ビーム(管体)構造(212)は、内部構造(220)(222)(224)の周囲に包まれたシートから形成されることができる。
【０１１１】
図２８及び図２９は、例えばアルミニウムから作られた中空のビーム構造(222)と、例えばスチールから作られたプレート(224)及び複数のディスク(226)とが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)を用いた電気抵抗溶接によって接合されて形成される複合構造(220)を示している。中空ビーム構造(222)は、複数の開口(222H)を有し、該開口を通じて、ディスク(226)の挿入及び電極(18)の接近が行われ、ビーム構造(222)を通して、ディスク(226)がプレート(224)にスポット溶接されることができる。
【０１１２】
図３０は、例えばアルミニウムから作られた中空のビーム構造(232)と、例えばスチールから作られたプレート(234)及びＵ字形状部材(チャンネル)(236)とが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)を用いた電気抵抗溶接によって接合されて形成される複合構造(230)のためのスタックアップを示している。Ｕ字形状部材(236)は、スプリング負荷されており、Ｕ字形状が外方に拡がるように付勢され、中空ビーム構造(232)を摩擦力で把持する。Ｕ字形状部材(236)は、電磁成形、締まり嵌め、機械的接触、ボンド接合、締結、クリンチング、ろう付け等によって中空ビーム構造(232)の中へ挿入されることができる。
【０１１３】
図３１は、例えばアルミニウムから作られた中空のビーム構造(242)と、例えばスチールから作られたプレート(244)及び中空ビーム(管体)(246)とが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)を用いた電気抵抗溶接によって接合されて形成される複合構造(240)のためのスタックアップを示している。中空ビーム(246)は、電磁成形、締まり嵌め、機械的接触、ボンド接合、締結、クリンチング、ろう付け等によって中空ビーム構造(242)の中へ挿入されることができる。
【０１１４】
図３２及び図３３は、例えばアルミニウムから作られた中空ビーム構造(252)と、例えばスチールから作られたプレート(254)及び中空円筒状支持ビーム(256)とが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18')を用いた電気抵抗溶接によって接合されて形成される複合構造(220)を示している。プレート(254)は、ビーム構造(252)に関して相補形状のアーチ部(254A)を有する。複数の溶接部Ｗがプレート(254)を支持ビーム(256)に固定する。図３３は、複合構造(250)の溶接用スタックアップを示している。図示されるように、電極(18')は表面積が大きく、抵抗流れに起因する電流及び熱は分散されるため、ビーム構造(252)との界面での溶融は起こらない。電極(16)は、通常のスポット溶接用形状であり、電流と熱を集中させてスポット溶接Ｗが形成される。
【０１１５】
図３４は、例えばアルミニウムから作られたＩビーム構造(262)と、例えばスチールから作られたプレート(264)及び一対のチャンネルビーム(266A)(266B)とが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)を用いた電気抵抗溶接によってプレート(264)に接合されて形成される複合構造(260)のためのスタックアップを示している。電極(16)(18)は両方とも、プレート(264)の同じ側にあるので、溶接のセットアップは、片面溶接用として記載されることができる。
【０１１６】
図３５は、例えばアルミニウムから作られたボックス型Ｉビーム構造(272)と、例えばスチールから作られたプレート(274)及び一対のチャンネルビーム(276A)(276B)とが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)を用いた電気抵抗溶接によりプレート(274)に接合されて形成される複合構造(270)のためのスタックアップを示している。電極(16)(18)は両方とも、プレート(274)の同じ側にあるので、溶接のセットアップは、片面溶接用として記載されることができる。チャンネルビーム(276A)(276B)は、一端部がビーム構造(272)の中に入れ子式に挿入されるか、又は構造(272)の中に、チャンネルビーム(276B)を挿入できる開口(272O)を設けることもできる。
【０１１７】
図３６は、例えばアルミニウムから作られ、進入窓(282W)を有する中空ビーム構造(282)から形成される複合構造(280)を示しており、前記進入窓を通じて、例えばスチールから作られたブラケット(284)が挿入されることでき、また、電極(18)が挿入され、前述したようにスポット溶接工程が行われ、ブラケット(284)の近接位置でビーム構造(282)の外表面に当てて配置されたプレート又は他のスチール部材(図示せず)が固定される。ビーム(282)の開口端部に他の型式のブラケット(286)が配置されることができ、ブラケット(284)と同様に機能することができる。
【０１１８】
図３７及び図３８は、例えばアルミニウムから作られた中空ビーム構造(292)と、例えばスチールから作られたプレート(294)及び中空ビーム構造(296)とが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)を用いた電気抵抗溶接によって接合されて形成される複合構造(290)を示している。ビーム構造(292)は、ビーム構造(296)が直交方向に挿入可能な開口(292O)を有している。図３８の溶接用スタックアップに示されるように、電極(16)(18)を用いて、プレート(294)がビーム(292)を通してビーム(296)へ溶接されることができる。
【０１１９】
図３９は、例えばアルミニウムから作られた中空ビーム構造(302)と、例えばスチールから作られた中空ビーム構造(304)及びプレート(306)とが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)を用いた電気抵抗溶接によって接合されて形成される複合構造((300)を示している。ビーム構造(302)は、ビーム構造(304)が直交方向に挿入可能な側部開口(302O)を有している。ビーム構造(302)は、開口(302O)の近接位置でビーム(302)から延びるフランジ(302F)を有する。プレート(306)はビーム(302)及び／又はフランジ(302F)を通してビーム(304)へ溶接されることができる。
【０１２０】
図４０及び図４１は、例えばアルミニウムから作られた中空ビーム構造(312)と、例えばスチールから作られた中空ビーム構造(314)及びプレート(316A)(316B)とが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)を用いた電気抵抗溶接によって接合されて形成される複合構造((300)を示している。ビーム構造(312)は、ビーム構造(314)が直交方向に挿入可能な側部開口(312O)を有している。ビーム構造(312)は、開口(312O)の近接位置でビーム(312)から延びるフランジ(312F)(数は４つ)を有する。プレート(316A)(316B)はビーム(312)及び／又はフランジ(312F)を通してビーム(314)へ溶接されることができる。図４１は、溶接前に構造(310)の構成要素の溶接用スタックアップを示している。
【０１２１】
図４２及び図４３は、例えばアルミニウムから作られた中空ビーム構造(322)と、例えばスチールから作られた中空ビーム構造(324)及びプレート(326A)(326B)とが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)を用いた電気抵抗溶接によって接合されて形成される複合構造((320)を示している。ビーム構造(322)は、ビーム構造(324)のミトラ状(mitered)端部が直交方向に挿入可能な側部開口(322O)を有している。ビーム構造(322)は、プレート(326A)(326B)と構造(324)との間の溶接部Ｗによって保持される。
【０１２２】
図４４及び図４５は、例えばアルミニウムから作られた中空ビーム構造(332)と、例えばスチールから作られた中空ビーム構造(334A)(334B)及びプレート(336A)(336B)とが、図１を参照して説明したように作用する電極(16)(18)を用いた電気抵抗溶接によって接合されて形成される複合構造((330)を示している。ビーム構造(332)は、ビーム構造(334A)(334B)がある角度で挿入可能な側部開口(322O)を有しており、ビーム(334A)(334B)は互いに斜め方向である。ビーム(334A)(334B)は、電気抵抗溶接により、プレート(336A)(336B)を介して適所で溶接される。前述したように、スポット溶接は、アルミニウム構造(332)を通って延びており、スチール構造(334A)(334B)はプレート(336A)(336B)に溶接されることができる。
【０１２３】
この明細書に記載された実施形態は、単なる例示であって、当該分野の専門家であれば、開示された主題の精神及び範囲から逸脱することなく多くの変形及び改変をなすことができるであろう。そのような変形及び改変は特許請求の範囲に含まれることが意図される。
【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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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７Ａ】
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【図１７Ｂ】
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【図１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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【図３２】
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【図３３】
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【図３４】
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【図３５】
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【図３６】
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【図３７】
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【図３８】
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【図３９】
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【図４０】
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【図４１】
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【図４２】
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【図４３】
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【図４４】
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【図４５】
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【国際調査報告】
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