CN105190059A - 异种材料接合用铆钉、异种材料接合用构件、异种材料接合体的制造方法以及异种材料接合体 - Google Patents
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Abstract
异种材料接合用铆钉(1)具备：轴部(2)，其插入到第一被接合材料内，该轴部(2)的前端焊接在材料种类与第一被接合材料(200)不同的第二被接合材料(300)上；以及板状的头部(3)，其设置于轴部(2)的在轴向上与前端相反一侧的基端。在头部(3)上形成有：第一倒角部(30)，其位于与第一被接合材料(200)相接的面的外缘；环状槽(31)，其位于与第一被接合材料(200)相接的面的轴部的周围；以及平坦部(32)，其位于与第一被接合材料(200)相接的面的第一倒角部(30)与环状槽(31)之间。异种材料接合用铆钉(1)由与第二被接合材料(300)同种的材料构成。
Description
技术领域
本发明涉及异种材料接合用铆钉、异种材料接合用构件、异种材料接合体的制造方法以及异种材料接合体。
背景技术
近年来，在制造汽车、铁路车辆等的构造体时，研究将以往使用的钢材的一部分换为铝、镁等轻合金。由此，能够实现车身的轻型化。为此，需要进行轻合金与钢材的异种材料接合。
作为异种材料接合的方法，能够列举出点焊、基于螺栓的接合、基于铆钉的接合、以及使用粘合剂进行的接合等。其中，在使用钢制的铆钉对轻合金进行铆接固定并且对铆钉与钢材进行点焊的方法中，为了能够实现稳固的异种材料接合，因此针对铆钉的改良进行了各种研究。
例如，在专利文献1中，公开了利用设置在铆钉的头部之下的突起部固定被接合材料的技术。根据该技术，能够防止固定后的铆钉与被接合材料的偏移。另外，在专利文献2中，公开了轴部的前端面形成为内侧部分比周缘部隆起的形状的异种材料接合用铆钉。根据该技术，能够使焊接时的来自电极的电流尽可能地靠近铆钉的轴中央附近流动。
在先技术文献
专利文献
专利文献1：德国专利申请公开第4237361号说明书
专利文献2：日本特开2010－207898号公报
然而，在专利文献1所记载的铆钉中，由于使突起部刺入被接合材料进行固定，因此，在铆钉的刺入部位附近，被接合材料的塑性流动受到阻碍。由此，难以将被接合材料铆接紧固于铆钉。此外，在进行点焊时，在电极的目标位置从铆钉中心向外侧偏离的情况下，点焊的熔核以偏离铆钉中心的方式形成，在被接合材料采用熔点比铆钉低的材质的情况下，被接合材料容易产生软化。在此基础上，因电极的加压而使铆钉的突起部向软化的被接合材料陷入，形成铆钉的轴相对于垂直状态大幅倾斜的状态。其结果是，铆钉的头部朝向被接合材料的咬入局部偏离。另外，在其相反侧的咬入部分产生薄壁化，铆钉与被接合材料的接合强度显著降低。此外，铆钉为了按压被接合材料而需要在头部形成平坦部，另外，从接合体的外观等观点来看，理想的是尽量使头部的厚度较薄(0.5～3mm，优选为0.8～2mm)。但是，从生产成本的观点考虑，优选通过锻造来形成铆钉，但是在锻造铆钉时，存在难以在头部形成平坦部并且使头部的厚度变薄的问题。
另外，在专利文献2所记载的技术中，也存在如下问题：若在进行点焊时电极的目标位置大幅偏离铆钉中心，则因被接合材料的软化状态而使铆钉倾斜，使得铆钉与被接合材料的接合强度容易降低。如此，以往的铆钉在提高异种材料的接合强度的方面存在不足。
发明内容
发明要解决的课题
因此，本发明的目的在于，提供能够在头部形成平坦部且能够使头部的厚度变薄、并且能够提高异种材料接合体的接合强度的异种材料接合用铆钉、异种材料接合用构件、使用了异种材料接合用铆钉的异种材料接合体以及该异种材料接合体的制造方法。
用于解决课题的手段
为了解决上述课题，本发明的发明人进行了深入研究，其结果是完成了本发明，提供一种异种材料接合用铆钉，具备：轴部，其插入到第一被接合材料内，该轴部的前端焊接在材料种类与所述第一被接合材料不同的第二被接合材料；以及板状的头部，其设置于所述轴部的在轴向上与所述前端相反一侧的基端，在所述头部上形成有：第一倒角部，其位于与所述第一被接合材料相接的面的外缘；环状槽，其位于与所述第一被接合材料相接的面的所述轴部周围；以及平坦部，其位于与所述第一被接合材料相接的面的所述第一倒角部与所述环状槽之间，所述异种材料接合用铆钉由与所述第二被接合材料同种的材料构成。
由于该异种材料接合用铆钉在头部设置有第一倒角部，因此即便在进行点焊时，在电极与铆钉之间产生位置偏移、即电极的目标位置的偏移，也能抑制头部向第一被接合材料内倾斜并刺入。此外，该异种材料接合用铆钉不需要采用使头部的外缘部的厚度增厚的结构。
另外，该异种材料接合用铆钉也可以构成为，在所述环状槽的外缘形成有第二倒角部。在这种情况下，所述第二倒角部也可以是曲面部或者斜面倒角部。
另外，所述第一倒角部也可以是曲面部或者斜面倒角部。
另外，本发明提供一种异种材料接合用构件，具有：所述的异种材料接合用铆钉；以及插入有该异种材料接合用铆钉的所述第一被接合材料，所述头部与所述第一被接合材料相接，将所述轴部向所述第一被接合材料插入至所述轴部的所述前端从所述第一被接合材料突出的位置，通过所述头部的所述平坦部来按压所述第一被接合材料，并且所述第一被接合材料向所述环状槽进行塑性流动，从而使所述异种材料接合用铆钉铆接固定于所述第一被接合材料。
另外，本发明提供一种异种材料接合体的制造方法，包括以下工序：将所述的异种材料接合用铆钉的所述头部与所述第一被接合材料相接，使所述轴部向所述第一被接合材料插入至所述轴部的所述前端从所述第一被接合材料突出的位置，通过所述头部的所述平坦部来按压所述第一被接合材料，并且使所述第一被接合材料向所述环状槽塑性流动，从而使所述异种材料接合用铆钉铆接固定于所述第一被接合材料；使铆接固定有所述异种材料接合用铆钉的所述第一被接合材料与所述第二被接合材料重叠；以及对所述第二被接合材料与所述异种材料接合用铆钉进行点焊。
也可以是，在该制造方法中的对所述第二被接合材料与所述异种材料接合用铆钉进行点焊的工序中，一边通过电极对所述异种材料接合用铆钉的所述头部进行加压，一边向所述第二被接合材料与所述异种材料接合用铆钉通电，由此一边对所述轴部的所述前端与所述第二被接合材料进行焊接，一边将所述轴部的前端区域从轴中心向外缘方向扩宽。
另外，本发明提供一种通过所述的异种材料接合体的制造方法而制造的异种材料接合体。
发明效果
根据本发明，能够在头部形成平坦部且使头部的厚度变薄，并且能够提高异种材料接合体的接合强度。
附图说明
图1是本发明的第一实施方式的异种材料接合用铆钉的立体图。
图2是第一实施方式的异种材料接合用铆钉的轴向剖视图。
图3A是示出第一倒角部为曲面部的情况的轴向剖视图。
图3B是示出第一倒角部为斜面倒角部的情况的轴向剖视图。
图4A是示出使用第一实施方式的异种材料接合用铆钉进行点焊的状态的轴向剖视图。
图4B是示出使用第一实施方式的异种材料接合用铆钉进行点焊的状态的轴向剖视图。
图4C是示出使用相关技术的异种材料接合用铆钉进行点焊的状态的轴向剖视图。
图4D是示出使用相关技术的异种材料接合用铆钉进行点焊的状态的轴向剖视图。
图5A是利用被膜覆盖第一实施方式的异种材料接合用铆钉的一部分的工序的说明图。
图5B是利用被膜覆盖第一实施方式的异种材料接合用铆钉的一部分的工序的说明图。
图5C是利用被膜覆盖第一实施方式的异种材料接合用铆钉的一部分的工序的说明图。
图6是从第一实施方式的异种材料接合用铆钉局部去除被膜的工序的说明图。
图7A是第一实施方式的异种材料接合用铆钉的仰视图。
图7B是异种材料接合用铆钉的仰视图。
图7C是异种材料接合用铆钉的仰视图。
图7D是异种材料接合用铆钉的仰视图。
图7E是异种材料接合用铆钉的仰视图。
图8A是第一实施方式的异种材料接合用铆钉的俯视图。
图8B是异种材料接合用铆钉的俯视图。
图8C是异种材料接合用铆钉的俯视图。
图8D是异种材料接合用铆钉的俯视图。
图9A是异种材料接合用铆钉的轴向剖视图。
图9B是异种材料接合用铆钉的轴向剖视图。
图9C是异种材料接合用铆钉的轴向剖视图。
图9D是异种材料接合用铆钉的轴向剖视图。
图9E是异种材料接合用铆钉的轴向剖视图。
图9F是异种材料接合用铆钉的轴向剖视图。
图9G是异种材料接合用铆钉的轴向剖视图。
图10A是示出第一实施方式的变形例的异种材料接合用铆钉所设的第二倒角部为曲面部的情况的轴向剖视图。
图10B是示出变形例的异种材料接合用铆钉所设的第二倒角部为斜面倒角部的情况的轴向剖视图。
图10C是示出变形例的异种材料接合用铆钉所设的第二倒角部为曲面部的情况的轴向剖视图。
图11A是示出第一实施方式的异种材料接合用铆钉铆接于第一被接合材料的状态的说明图。
图11B是示出变形例的异种材料接合用铆钉铆接于第一被接合材料的状态的说明图。
图12是示出对本发明的第三实施方式的异种材料接合体进行点焊之前的状态的轴向剖视图。
图13A是示出第三实施方式的异种材料接合体的制造工序的说明图。
图13B是示出第二、第三实施方式的异种材料接合体的制造工序的说明图。
图13C是示出第三实施方式的异种材料接合体的制造工序的说明图。
图14A是示出第三实施方式的异种材料接合体的制造工序的说明图。
图14B是示出第三实施方式的异种材料接合体的制造工序的说明图。
图15A是示出构成第三实施方式的异种材料接合体的异种材料接合用构件的制造工序的说明图。
图15B是示出构成第三实施方式的异种材料接合体的异种材料接合用构件的制造工序的说明图。
图15C是示出构成第二、第三实施方式的异种材料接合体的异种材料接合用构件的制造工序的说明图。
具体实施方式
以下，对用于实施本发明的方式进行详细说明。需要说明的是，本发明不限定于以下说明的实施方式。
＜第一实施方式＞
对本发明的第一实施方式的异种材料接合用铆钉1进行说明。图1是本实施方式的异种材料接合用铆钉1的立体图。图2是本实施方式的异种材料接合用铆钉1的剖视图。
如图1所示，本实施方式的异种材料接合用铆钉1具备圆柱形状的轴部2、以及设置在轴部2的一端(基端)的圆板状的头部3，相对于轴部2设置头部3的方向即轴向(图中Z轴方向)的剖面具有大致T字形状。本实施方式的异种材料接合用铆钉1的轴部2插入第一被接合材料200，轴部2的前端点焊于第二被接合材料300。由此，制造第一被接合材料200与第二被接合材料300接合而成的异种材料接合体100(异种材料接合体100、第一被接合材料200、第二被接合材料300参照后述的图4A等)。
为了抑制脆性高的金属化合物的产生，异种材料接合用铆钉1的材质由与第二被接合材料300同种的材料构成。在将第二被接合材料300设为冷轧钢板以及钢带SPCC(JISG3141:2011)、镀锌钢板、高强度钢板等钢材的情况下，能够将铆钉1设为软钢、普通钢等钢材。具体而言，铆钉1也可以采用以铁作为主成分适当添加碳、铬、镍、钼等而成的材料。
虽不特别限定，如图2所示，轴部2的前端部能够采用相对于外缘越靠近中心的位置越突出的形状。本实施方式的异种材料接合用铆钉1也可以构成为，在轴部2被点焊于第二被接合材料300时，轴部2的前端区域因点焊的热量而软化，通过被电极加压而扩展成喇叭状。由此，后述的异种材料接合体100形成喇叭状前端部6(参照后述的图14B)与第一被接合材料200咬合的形状，该喇叭状前端部6通过将异种材料接合用铆钉1的前端区域5(参照后述的图14B)扩展成喇叭状而形成，异种材料接合用铆钉1不易从第一被接合材料200脱落。
如图2所示，在设置于轴部2的与前端处于轴向相反侧的基端的头部3，在与第一被接合材料200相接的面的外缘形成有第一倒角部30。此外，在头部3的与第一被接合材料200相接的面中的、轴部2的基端部21区域的周围设置环状槽31。在该面的环状槽31与第一倒角部30之间形成平坦部32。
在此，参照图3A以及图3B对第一倒角部30的结构进一步详细说明。图3A以及图3B是示出第一倒角部30的形状的一例的图。作为第一倒角部30的形状，只要头部3的外缘为经过倒角的形状，则不特别限定，例如，如图3A所示，第一倒角部30也可以是与第一被接合材料200相接的面的外缘弯曲成凸状的曲面部30A。如图3B所示，第一倒角部30也可以是对与第一被接合材料200相接的面的外缘进行斜倒角而成的斜面倒角部30B。另外，只要是异种材料接合用铆钉1倾斜时负载不集中于角部的形状，第一倒角部30也可以采用组合多个曲率的曲面而成的形状、多边形状。在头部的厚度为0.5～3mm时，在第一倒角部30为曲面部30A的情况下，第一倒角部30的尺寸优选为曲率半径0.2mm以上。在第一倒角部30为斜面倒角部30B的情况下，优选倒角的深度为0.2mm以上，且不足头部3的壁厚的80％。
图4A、图4B是示出通过电极400将异种材料接合用铆钉1与第二被接合材料300点焊的状态的轴向剖视图。如图4A所示，由于若异种材料接合用铆钉1不倾斜则能够稳定地进行焊接，因此优选电极400的轴Z1与铆钉1的轴Z2的位置尽量不偏离。图中，附图标记X表示熔核(熔融部)。
另一方面，在汽车车身这样的构造体的点焊中，有时使图4A所示的轴Z1与轴Z2的位置偏移增大。在这种情况下，如图4B所示，使异种材料接合用铆钉1倾斜的力矩负载增大。并且，异种材料接合用铆钉1的头部3的端部被电极400按压于第一被接合材料200的表面。本实施方式的异种材料接合用铆钉1中，在头部3的与第一被接合材料200相接的面的外缘形成有倒角部30。另外，异种材料接合用铆钉1中，在该倒角部30与设置于轴部2的基端部21的周围的环状槽31之间形成有平坦部32。因此，即便电极400的目标位置偏移，也能够抑制由异种材料接合用铆钉1倾斜而使头部3的第一倒角部30陷入第一被接合材料200内引起的、第一被接合材料200与异种材料接合用铆钉1的紧固力降低。
在异种材料接合用铆钉1的轴部2的前端部形成相对于外缘越靠近中心的位置越突出的形状的情况下，电极400的电流通过异种材料接合用铆钉1的轴心流向第二被接合材料300。因此，异种材料接合用铆钉1与第二被接合材料300的点焊在异种材料接合用铆钉1的中心部完成。因此，能够更高精度地抑制异种材料接合用铆钉1的轴部2的周边的、有助于铆接的第一被接合材料200的一部分被过度加热而软化或熔融。另外，在异种材料接合用铆钉1的轴部2的前端部形成为相对于外缘越靠近中心的位置越突出的形状的情况下，容易在第一被接合材料200与第二被接合材料300之间形成缝隙。因此，能够更高精度地抑制在第二被接合材料300与异种材料接合用铆钉1之间形成的熔融熔核X的高热量向第一被接合材料200传递。
另一方面，图4C以及图4D是示出使用本实施方式的相关技术的异种材料接合用铆钉1X对异种材料接合体进行点焊后的状态的轴向剖视图。如图4C所示，在相关技术的异种材料接合用铆钉1X中，在头部3X设置突起部50，使突起部50刺入第一被接合材料200并固定。并且，由于在刺入部位附近，阻止第一被接合材料200朝向水平方向的塑性流动，因此第一被接合材料200没有被铆钉1X铆接紧固。
若电极400的目标位置偏离铆钉1X的中心，则熔融熔核X形成为偏向第一被接合材料200侧，在第一被接合材料200的区域c中，产生由过度加热而引起的软化、熔融。并且，电极40对异种材料接合用铆钉1X进行加压，由此异种材料接合用铆钉1X的突起部50向软化后的第一被接合材料200陷入，形成异种材料接合用铆钉1X的轴相对于垂直状态大幅倾斜的状态。
其结果是，在相关技术的异种材料接合用铆钉1X中，若电极400的目标位置的偏移增大，则头部3X的突起部50朝向第一被接合材料200的咬入有可能脱离(图4C中的附图标记d)。另外，供突起部50刺入的部位有时因刺入变深而使壁厚减薄(图4C中的附图标记e)。如此，在相关技术的异种材料接合用铆钉1X中，存在制造出的异种材料接合体无法获得足够的接合强度的情况。
因此，如图4D所示，若使用异种材料接合用铆钉1X，则在拉伸负载沿箭头F1以及F2的方向作用于第一被接合材料200与第二被接合材料300的情况下，即便是低拉伸负载，异种材料接合体也容易断裂。
再次返回本实施方式的异种材料接合用铆钉1的说明。在本实施方式的异种材料接合用铆钉1中，头部3以及轴部2的与第一被接合材料200相接的面的至少一部分也可以被具有比第二被接合材料300的母材高的电阻率的被膜4覆盖。作为该被膜4，具体而言，能够列举出基于含锌、锡、铝等的防锈材料的涂膜、聚酯系树脂被膜、含硅酮弹性体的被膜、铁的氧化皮膜(黑皮)、无电解镀Ni－P皮膜以及其他绝缘被膜等。作为绝缘被膜，能够列举出使用DISGO(注册商标)、GEOMET(注册商标)以及LAFRE(注册商标)等市场贩卖的表面处理剂来形成的绝缘被膜。
参照图5A～图5C对将被膜4覆盖于本实施方式的异种材料接合用铆钉1的工序的一例进行说明。图5A～图5C是利用被膜4覆盖异种材料接合用铆钉1的一部分的工序的说明图。
首先，在图5A所示的未被被膜4覆盖的异种材料接合用铆钉1的外表面整体形成被膜4(参照图5B)。接下来，如图5C所示，在异种材料接合用铆钉1中，在与后述的点焊用的电极400以及第二被接合材料300相接的区域中剥离被膜4。
参照图6，更详细地说明将被膜4的一部分从异种材料接合用铆钉1剥离的方法。图6是从本实施方式的异种材料接合用铆钉1局部去除被膜的工序的说明图。首先，如图6所示，预先将异种材料接合用铆钉1保持于保持部910。然后，上部刷900与下部刷901一边绕箭头r的方向旋转一边沿箭头f的方向移动，该上部刷900在焊接时与电极400相接的异种材料接合用铆钉1的头部侧的面上移动，该下部刷901在焊接时与第二被接合材料300相接的异种材料接合用铆钉1的轴前端侧的面上移动。由此，异种材料接合用铆钉1的被膜的一部分被除去。具体而言，在异种材料接合用铆钉1中，覆盖在焊接时与电极400以及第二被接合材料300相接的区域上的被膜4被去除。
使上部刷900以及下部刷901旋转移动的被膜剥离装置(整体图未图示)的结构不特别限定。关于从异种材料接合用铆钉1去除被膜4的方法，只要去除覆盖在焊接时与电极400以及第二被接合材料300相接的区域上的被膜4，则不限定于参照图6说明的例子。
这样一来，具有比第二被接合材料300的母材高的电阻率的被膜4覆盖头部3的与第一被接合材料200相接的面。因此，能够防止从电极400经由异种材料接合用铆钉1流向第二被接合材料300的焊接电流向第一被接合材料200分流。另外，由于不对与点焊的电极400以及第二被接合材料300相接的区域施加被膜，电流集中流向第二被接合材料300，因此能够更高效地进行异种材料接合用铆钉1与第二被接合材料300的点焊。
接下来，对本实施方式1的异种材料接合用铆钉1的形状进行说明。在本实施方式的异种材料接合用铆钉1中，轴部2的形状例如是大致圆柱形，底面的形状是圆形。该底面的形状不特别限定，参照图7A～图7E对其具体例进行说明。图7A～图7E是铆钉1的仰视图的一例。
如图7A所示，轴部2A的底面形状例如是圆形。另外，如图7B所示，轴部2B的底面形状例如是花瓣形。另外，如图7C所示，轴部2C的底面形状是三个角经过倒角的大致三角形。另外，如图7D所示，轴部2D的底面形状也可以是四角经过倒角的大致长方形。此外，如图7E所示，轴部2E的底面形状也可以是椭圆形。例如，在轴部2的底面形状为图7B所示的形状的情况下，由于是在圆周上设置有多个凸部的形状，因此，能够防止在铆钉1插入第一被接合材料200之后，铆钉1旋转。
本实施方式的异种材料接合用铆钉1对于头部3的俯视形状(图1中的与Z轴垂直的XY平面形状)没有特别限定，参照图8A～图8D对其具体例进行说明。图8A～图8D是异种材料接合用铆钉1的俯视图的一例。
如图8A所示，头部3A的俯视形状例如是圆形。另外，如图8B所示，头部3B的俯视形状例如是四角经过倒角的大致长方形。另外，如图8C所示，头部3C的俯视形状也可以是椭圆形。此外，如图8D所示，头部3D的俯视形状也可以是花瓣形。
本实施方式的异种材料接合用铆钉1的形状本身也不限于图2所示的形状。参照图9A～图9G对其具体例进行说明。图9A～图9G示出异种材料接合用铆钉1的轴向剖面形状(图1中的与X轴或者Y轴垂直的方向上的剖面形状)。
如图9A所示，铆钉1的剖面形状例如能够采用如下形状：相对于图2所示的形状在轴部2的前端部设置第一鼓出部40、且在该第一鼓出部40的中心设置有突起部41。另外，如图9B所示，异种材料接合用铆钉1的剖面形状也能够采用如下形状：在头部3的与第一被接合材料200相接的面的背面设置第二鼓出部43，在轴部2的前端部设置有表面随着朝向中心而突出的第一鼓出部42。另外，如图9C所示，作为异种材料接合用铆钉1的剖面形状，也可以设置有第一鼓出部40以及突起部41、第二鼓出部43这两者。
此外，作为异种材料接合用铆钉1的剖面形状，如图9D所示，也可以在头部3的与第一被接合材料200相接的面的背面的中心形成缺口部44。另外，如图9E所示，作为异种材料接合用铆钉1的剖面形状，也可以设置缺口部44与所述的第一鼓出部40以及突起部41。此外，如图9F所示，作为异种材料接合用铆钉1的剖面形状，也可以设置所述的第一鼓出部42、第二鼓出部43，形成缺口部44。另外，如图9G所示，作为异种材料接合用铆钉1的剖面形状，也可以设置所述的第一鼓出部40以及突起部41、第二鼓出部43，形成缺口部44。
如以上详述，本实施方式的异种材料接合用铆钉1在头部3的下表面的外缘形成有第一倒角部30。因此，在进行点焊时，即便与电极产生位置偏移，头部3也不会向第一被接合材料200内刺入，抑制异种材料接合用铆钉1的倾斜。其结果是，第一被接合材料200不会变得脆弱，能够制造具有高接合强度的异种材料接合体100。另外，在本实施方式的异种材料接合用铆钉1中，由于在头部不需要突起部等增大厚度的结构，因此能够将头部3的厚度设计得较薄。
另外，通过在异种材料接合用铆钉1的轴部2的基端部21设置环状槽31，能够在槽部分使第一被接合材料200塑性流动，能够提高异种材料接合用铆钉1与第一被接合材料200的铆接紧固力。
此外，通过在与第一被接合材料200相接的面的第一倒角部30与环状槽31之间形成平坦部32，即便异种材料接合用铆钉1因电极400的按压而倾斜，平坦部32也会缓和异种材料接合用铆钉1朝向第一被接合材料200施加的压力。因此，能够抑制异种材料接合用铆钉1的头部3向第一被接合材料200陷入。此外，第一被接合材料200的从平坦部32朝向环状槽31的塑性流动顺畅地进行，能够提高铆接紧固力。
(变形例)
接下来，对本实施方式的变形例的异种材料接合用铆钉11进行说明。图10A、图10B以及图10C是用于对设置于本实施方式的变形例的异种材料接合用铆钉11的曲面部33A等第二倒角部的形状进行说明的图。
在本实施方式的变形例的异种材料接合用铆钉11中，在环状槽31的外缘(平坦部侧端部)形成经过倒角的第二倒角部。第二倒角部的形状只要是对环状槽31的外缘进行了倒角的形状，则不特别限定。例如，图10A所示的第二倒角部是环状槽31的外缘弯曲成凸状的曲面部33A。另外，如图10B所示，第二倒角部也可以是对环状槽31的外缘进行了斜倒角的斜面倒角部33B。此外，如图10C所示，作为环状槽31B，只要形成曲面部33A等第二倒角部，剖面形状也可以不是大致半圆形状。在该情况下，在环状槽31B中，也可以相对于轴部2而在头部3与电极400相接的一侧(图1中的Z轴正方向侧)设置并非曲面的角部。曲面部33A的曲率半径不特别限定，也可以与所述的第一倒角部30的曲面部30A相同。
在此，参照图11A、图11B，对本实施方式的异种材料接合用铆钉1铆接于第一被接合材料200的状态进行说明。图11A是示出本实施方式的异种材料接合用铆钉1铆接于第一被接合材料200的状态的说明图。图11B是示出本实施方式的变形例的异种材料接合用铆钉11铆接于第一被接合材料200的状态的说明图。
通过后述的反向冲模(counterpunch)700，如图11A所示，第一被接合材料200向环状槽31塑性流动(箭头F3的方向)，本实施方式的异种材料接合用铆钉1铆接于第一被接合材料200。
另一方面，在图11B所示的例子中，在环状槽31的外缘形成有第二倒角部(图中的曲面部33A)。在这种情况下，通过反向冲模700，第一被接合材料200向环状槽31塑性流动(箭头F4的方向)，在向第一被接合材料200铆接异种材料接合用铆钉11时，更顺畅地进行从平坦部32朝向环状槽31的塑性流动。
如此，在本实施方式的变形例的异种材料接合用铆钉11中，由于在环状槽31的外缘形成有曲面部33A等第二倒角部，因此能够进一步提高铆接紧固力。
＜第二实施方式＞
接下来，对本发明的第二实施方式的异种材料接合用构件210进行说明。本实施方式的异种材料接合用构件210具有所述的第一实施方式的异种材料接合用铆钉1、以及供异种材料用铆钉1插入的第一被接合材料200(参照后述的图13B、图15C)。在第三实施方式中详细说明如下内容，在本实施方式的异种材料接合用构件210的制造中，首先，使异种材料接合用铆钉1的头部3与第一被接合材料200相接，并且将轴部2向第一被接合材料200插入至轴部2的前端从第一被接合材料200突出的位置。接下来，通过头部3的平坦部32按压第一被接合材料200，并且第一被接合材料200向环状槽31塑性流动，异种材料接合用铆钉1被铆接固定于第一被接合材料200。这样一来，得到本实施方式的异种材料接合用构件210。
构成异种材料接合用构件210的第一被接合材料200不特别限定，能够采用轻合金材料。作为轻合金材料，具体而言，能够列举出铝、铝合金(JIS规格的2000系、3000系、4000系、5000系、6000系或者7000系)、镁、镁合金等。另外，第一被接合材料200也可以是CFRP(碳纤维增强塑料)等。第一被接合材料200能够采用板材、型材、压铸材、铸材、或者板材、挤压材的冲压成形品等。
在本实施方式的异种材料接合用构件210中，由于具有所述的第一实施方式的异种材料接合用铆钉1，因此抑制了异种材料接合用铆钉1的头部3的端部向第一被接合材料200内刺入。因此，在本实施方式的异种材料接合用构件210中，第一被接合材料200不会变脆弱而具有高接合强度。
＜第三实施方式＞
接下来，对本发明的第三实施方式的异种材料接合体100进行说明。图12是示出对本实施方式的异种材料接合体100进行点焊之前的状态的轴向剖视图。
本实施方式的异种材料接合体100具有所述的第一实施方式的异种材料接合用铆钉1、第二实施方式中所述的第一被接合材料200、以及与异种材料接合用铆钉1焊接的第二被接合材料300。在本实施方式的异种材料接合体100中，由于在异种材料接合用铆钉1上形成有第一倒角部30，因此抑制了在点焊时异种材料接合用铆钉1的头部3的端部向第一被接合材料200内刺入。
另外，第二被接合材料300的材料种类与第一被接合材料200不同，不特别限定，例如能够采用钢材。作为钢材，具体而言，举出高张力钢材、镀锌钢板以及不锈钢等。第二被接合材料300能够采用板材、型材、铸材、板材的冲压成形品、或者热压品等。
对于第一被接合材料200中的与第二被接合材料300重叠的部分，出于防腐性的观点，也可以进行密封处理、或涂覆含有热固化性树脂的粘合剂、或者设置粘合树脂带。另外，第一被接合材料200也可以在与异种材料接合用铆钉1的头部3相接的部分进行密封处理、或涂覆含有热固化性树脂的粘合剂、或者设置粘合树脂带。由此，能够进一步提高铆接时的塑性流动性，进一步提高防腐性。
在本实施方式的异种材料接合体100中，优选异种材料接合用铆钉1的轴部2的轴径d1与第一被接合材料200的供异种材料接合用铆钉1插入的孔径d2大致相同。轴径d1是指圆柱形状的轴部2中的圆的直径。另外，孔径d2是指供轴部2插入的形成于第一被接合材料200的圆形的孔的直径。通过使异种材料接合用铆钉1的轴部2的轴径与第一被接合材料200的孔径大致相同，能够更高精度地进行异种材料接合用铆钉1的定位，点焊时的电极400的瞄准更准确。另外，在对异种材料接合用铆钉1进行铆接时，能够更均匀地进行铆接。
在异种材料接合用铆钉1的前端部与第二被接合材料300之间也可以形成有缝隙部110。在这种情况下，既可以将异种材料接合用铆钉1的前端部设为阶梯形状，也可以在第二被接合材料300上设置凹部。另外，也可以在异种材料接合用铆钉1的前端部设置阶梯形状，进一步在其周围的第二被接合材料300上设置凹部。由此，来自焊接时形成的高温的熔融部(熔核)X的热传递被缝隙(空间)阻断，因此能够抑制第一被接合材料200的软化。
(异种材料接合体100的制造方法)
接下来，对本实施方式的异种材料接合体100的制造方法进行说明。图13A～图13C是示出本实施方式的异种材料接合体100的制造工序的一例(刺穿方式)的说明图。
首先，如图13A所示，在圆筒状的反向冲模700上载置第一被接合材料200，异种材料接合用铆钉1配置在反向冲模700的上方。异种材料接合用铆钉1借助冲头600朝向第一被接合材料200钉入。例如能够在冲压前后或者冲压成形时，通过配置在模具的特定位置的盒式的铆钉供给引导件(未图示)配置异种材料接合用铆钉1。
接下来，如图13B所示，当使冲头600下降，将异种材料接合用铆钉1压入第一被接合材料200时，通过轴部2与反向冲模700的剪切对第一被接合材料200进行冲裁。被冲裁的部分201向反向冲模700内落下。异种材料接合用铆钉1被冲头600朝向第一被接合材料200按压。因此，夹在头部3与反向冲模700之间的第一被接合材料200的一部分向形成在头部3的轴部2的周围的环状槽31内塑性流动并被压入该环状槽31。
由此，轴部2贯穿第一被接合材料200，第一被接合材料200被穿孔，在头部3与第一被接合材料200相接的状态或者头部3被压入第一被接合材料200的状态下，轴部2的前端面暴露于第一被接合材料200的下表面。另外，第一被接合材料200进入头部3的下表面的轴部2周围的环状槽31内，从而异种材料接合用铆钉1被铆接紧固于第一被接合材料200。这样一来，获得所述的第二实施方式的异种材料接合用构件210。在环状槽31的外缘形成有曲面部33A等第二倒角部的情况下，能够进一步提高铆接紧固力。
并且，如图13C所示，铆接固定有异种材料接合用铆钉1的第一被接合材料200被搬入到电阻点焊装置，重叠在第二被接合材料300的上方，形成搭接接头。在这种情况下，以异种材料接合用铆钉1位于点焊电极400、500之间的方式配置第一被接合材料200以及第二被接合材料300。并且，驱动上下的电极400、500，使其相互接近，使夹持力作用于第一被接合材料200与第二被接合材料300之间，通过对电极400、500之间施加脉冲电流而对异种材料接合用铆钉1与第二被接合材料300进行电阻点焊。这样一来，获得异种材料接合体100。
优选的是，具有比第二被接合材料300的母材高的电阻率的被膜4覆盖在头部3的与第一被接合材料200相接的面上。由此，能够防止从电极400经由异种材料接合用铆钉1流向第二被接合材料300的焊接电流向第一被接合材料200分流。另外，由于与点焊的电极400以及第二被接合材料300相接的区域未施加被膜，因此电流集中流向第二被接合材料300。因此，能够更高效地进行异种材料接合用铆钉1与第二被接合材料300的点焊。
在本实施方式的异种材料接合体100中，在异种材料接合用铆钉1的头部3的与第一被接合材料200相接的面的外缘形成有第一倒角部30。因此，在进行点焊时，即便电极400的轴与异种材料接合用铆钉1的轴的位置偏离，也能抑制异种材料接合用铆钉1倾斜而使头部3陷入第一被接合材料200内。其结果是，在本实施方式的异种材料接合体100中，第一被接合材料200的铆接紧固力不会降低，具有高接合强度。
在此，作为电极，列举了利用两个电极夹住铆钉1、第一被接合材料200以及第二被接合材料300而制造异种材料接合体100的例子，但也可以采用电极仅设置在铆钉1的头部3上的所谓单面点焊。
另外，也能一边进行所述的电阻点焊，一边使轴部的前端区域5从轴中心朝向外缘方向扩展。图14A、图14B是示出本实施方式的异种材料接合体100的制造工序的一例，且是对铆接紧固于第一被接合材料200的异种材料接合用铆钉1与第二被接合材料300进行点焊的工序的说明图。
首先，经过参照图13A以及图13B进行说明的上述工序，如图14A所示，与异种材料接合用铆钉1铆接固定的第一被接合材料200被搬入电阻点焊装置，重叠在第二被接合材料300的上方，形成搭接接头。在这种情况下，以铆钉1位于点焊电极400、500之间的方式配置第一被接合材料200以及第二被接合材料300。
接下来，如图14B所示，驱动上下的电极400、500使其相互接近。然后，在第一被接合材料200与第二被接合材料300之间作用夹持力，通过对电极400、500之间施加焊接电流而对异种材料接合用铆钉1与第二被接合材料300进行电阻点焊。这样一来，获得异种材料接合体100。在这种情况下，通过基于电极400、500的加压力F，前端区域5进行塑性流动并扩展成喇叭状，形成前端部6。由此，即便沿脱离第一被接合材料200的方向对异种材料接合用铆钉1施力，由于前端部6卡挂在第一被接合材料200上，因此异种材料接合用铆钉1也不易从第一被接合材料200脱落。
优选的是，作为焊接条件而将电极400、500的加压力设为0.3～10kN，将焊接电流设为2～10kA。另外，优选的是，将通电时间设为5～1000msec。通过在该范围内进行焊接，轴部2的前端区域5更容易扩展成喇叭状。
接下来，对本实施方式的异种材料接合体100的制造方法的另一例(底孔方式)进行说明。图15A～图15C是示出针对本实施方式的异种材料接合体100的其他制造工序的例子的说明图。
首先，如图15A所示，在开设有圆孔的模具800的上方载置第一被接合材料200，将冲头601配置在模具800的孔的上方。然后，将冲头601向第一被接合材料200打入。
于是，如图15B所示，冲头601下降，第一被接合材料200的一部分被穿孔。该被穿孔的部分202向模具800内落下。然后，如图15C所示，向开设有孔的第一被接合材料200插入或者压入异种材料接合用铆钉1而进行装配。铆接固定不特别限定，例如，能够在与异种材料接合用铆钉1的插入相同的时刻或者压入后进行该铆接固定。接下来，关于对铆钉1与第二被接合材料300进行焊接的工序，与参照图13A～图13C以及图14A、图14B进行说明的工序同样地进行，获得异种材料接合体100。如图15C内的放大部g所示，优选的是，为了进一步提高铆接紧固力而在头部3形成曲面部33A等第二倒角部。
如以上详述，由于本实施方式的异种材料接合体100具有所述的第一实施方式的异种材料接合用铆钉1，因此，通过异种材料接合用铆钉1的头部3的端部向第一被接合材料200内刺入而抑制异种材料接合用铆钉1倾斜。因此，在本实施方式的异种材料接合体100中，第一被接合材料200不会变脆弱，具有高接合强度。
另外，在本实施方式的异种材料接合体100中，也可以是，异种材料接合用铆钉1的轴部2被点焊于第二被接合材料300，轴部2的前端区域5因点焊的热量而软化，被电极400、500加压而扩展成喇叭状。由此，异种材料接合体100形成异种材料接合用铆钉1的前端区域5扩展成喇叭状而形成的喇叭状前端部6与第一被接合材料200啮合的形状，异种材料接合用铆钉1不易从第一被接合材料200脱落。因此，本实施方式的异种材料接合体100能够具有更高的接合强度。
本申请基于2013年7月22日申请的日本专利申请(特愿2013－151393)以及2014年3月20日申请的日本专利申请(特愿2014－57476)主张优先权，在此通过参照援引其内容。
附图标记说明
1、11异种材料接合用铆钉
2轴部
3头部
6喇叭状前端部
30第一倒角部
30A曲面部
30B斜面倒角部
31环状槽
32平坦部
33A曲面部
33B斜面倒角部
40、42第一鼓出部
41突起部
43第二鼓出部
44缺口部
100异种材料接合体
200第一被接合材料
210异种材料接合用构件
300第二被接合材料
400、500电极
Claims (8)
1.一种异种材料接合用铆钉，其中，
所述异种材料接合用铆钉具备：
轴部，其插入到第一被接合材料内，该轴部的前端焊接在材料种类与所述第一被接合材料不同的第二被接合材料上；以及
板状的头部，其设置于所述轴部的在轴向上与所述前端相反一侧的基端，
在所述头部上形成有：
第一倒角部，其位于与所述第一被接合材料相接的面的外缘；
环状槽，其位于与所述第一被接合材料相接的面的所述轴部周围；以及
平坦部，其位于与所述第一被接合材料相接的面的所述第一倒角部与所述环状槽之间，
所述异种材料接合用铆钉由与所述第二被接合材料同种的材料构成。
2.根据权利要求1所述的异种材料接合用铆钉，其中，
在所述环状槽的外缘形成有第二倒角部。
3.根据权利要求2所述的异种材料接合用铆钉，其中，
所述第二倒角部是曲面部或者斜面倒角部。
4.根据权利要求1所述的异种材料接合用铆钉，其中，
所述第一倒角部是曲面部或者斜面倒角部。
5.一种异种材料接合用构件，其中，
所述异种材料接合用构件具有：
权利要求1至4中任一项所述的异种材料接合用铆钉；以及
插入有该异种材料接合用铆钉的所述第一被接合材料，
所述头部与所述第一被接合材料相接，将所述轴部向所述第一被接合材料插入至所述轴部的所述前端从所述第一被接合材料突出的位置，
通过所述头部的所述平坦部来按压所述第一被接合材料，并且所述第一被接合材料向所述环状槽进行塑性流动，从而使所述异种材料接合用铆钉铆接固定于所述第一被接合材料。
6.一种异种材料接合体的制造方法，其中，
所述异种材料接合体的制造方法包括以下工序：
将权利要求1至4中任一项所述的异种材料接合用铆钉的所述头部与所述第一被接合材料相接，将所述轴部向所述第一被接合材料插入至所述轴部的所述前端从所述第一被接合材料突出的位置，通过所述头部的所述平坦部来按压所述第一被接合材料，并且使所述第一被接合材料向所述环状槽塑性流动，从而使所述异种材料接合用铆钉铆接固定于所述第一被接合材料；
将铆接固定有所述异种材料接合用铆钉的所述第一被接合材料重叠于所述第二被接合材料；以及
对所述第二被接合材料与所述异种材料接合用铆钉进行点焊。
7.根据权利要求6所述的异种材料接合体的制造方法，其中，
在对所述第二被接合材料与所述异种材料接合用铆钉进行点焊的工序中，
一边通过电极对所述异种材料接合用铆钉的所述头部进行加压，一边向所述第二被接合材料与所述异种材料接合用铆钉通电，由此一边对所述轴部的所述前端与所述第二被接合材料进行焊接，一边将所述轴部的前端区域从轴中心向外缘方向扩宽。
8.一种异种材料接合体，其中，
所述异种材料接合体通过权利要求6所述的异种材料接合体的制造方法而制造。
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