JP2009082934A - 異種材接合方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】十分な接合強度を確保できる異種材接合方法を提供すること。
【解決手段】異種材接合方法は、アルミニウム材１と鋼材２とを重ね、鋼材２のみを加熱し、アルミニウム材１と鋼材２とを加圧し、これらアルミニウム材１および鋼材２を接合する。ここで、鋼材２を加熱する際には、重ねられたアルミニウム材１および鋼材２に対しアルミニウム材１側のみに設けられた高周波コイル３により、鋼材２のうちアルミニウム材１と接する部分のみを高周波誘導加熱する。
【選択図】図１
【解決手段】異種材接合方法は、アルミニウム材１と鋼材２とを重ね、鋼材２のみを加熱し、アルミニウム材１と鋼材２とを加圧し、これらアルミニウム材１および鋼材２を接合する。ここで、鋼材２を加熱する際には、重ねられたアルミニウム材１および鋼材２に対しアルミニウム材１側のみに設けられた高周波コイル３により、鋼材２のうちアルミニウム材１と接する部分のみを高周波誘導加熱する。
【選択図】図１
Description
本発明は、異種材接合方法に関する。詳しくは、アルミニウム材と鋼材などの互いに異なる固有抵抗を有する材料を重ねて接合する異種材接合方法に関する。
従来より、自動車の部品には、鉄系材料からなる鋼板の他、鋼板とアルミニウム板材（アルミニウムまたはその合金からなる板材）などの異なる板材とを重ねて接合した材料が使用される。このような異種材料を接合して形成された材料は、異なる複数の性質を併せ持つため、例えば、軽量化や耐食性の向上などを目的として、自動車部品に広く採用されている。
このような異種材料を接合する場合、材料を互いに合わせた状態で、両材料を加熱および加圧することで、接合界面に原子を相互拡散させて接合する。しかしながら、例えば、鋼板材とアルミニウム板材とを接合する場合、接合の過程において、接合界面に脆弱な金属間化合物が生成されてしまうと、十分な接合強度が得られないことが知られている。また、このような脆弱な金属間化合物は、接合に必要な温度までワークを加熱した後、このワークを冷却する過程において、アルミニウム中に鉄が拡散することで生成されるため、十分な強度で異種材を接合するには速やかに冷却することが望ましいことも知られている。
そこで、特許文献１には、鋼板のみにレーザ光を照射して加熱した後、この鋼板とアルミニウム板材とを圧延ローラで圧延するレーザロール接合方法が示されている。より具体的には、このレーザロール接合方法では、圧延ローラで鋼板とアルミニウム板材とを圧接しながら送りつつ、この送り方向の手前側の鋼板を反り返らせることにより、鋼板の接合部分のみにレーザ光を照射する。このように、特許文献１に示された方法では、鋼板のみを必要な温度まで加熱することにより、冷却にかかる時間を短縮し、上述のような脆弱な金属間化合物が生成されるのを防止している。
特許第３６９２１３５号公報
しかしながら、このような接合方法では、鋼板を反り返らせながら圧延ローラで圧延する必要があるため、例えば、自動車部品のような立体形状を有する板材を点接合することはできない。このため、特許文献１に示された方法とは異なる方法により、脆弱な金属間化合物の生成を抑制できる異種材接合方法が望まれている。
本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものであり、十分な接合強度を確保できる異種材接合方法を提供することを目的とする。
本発明の異種材接合方法は、第１の板材と当該第１の板材よりも固有抵抗が大きい第２の板材とを重ね、前記第２の板材を加熱するとともに、前記第１の板材と前記第２の板材とを加圧し、これら第１の板材および第２の板材を接合する異種材接合方法であって、前記第２の板材を加熱する際、前記第１の板材側からのみ誘導加熱することによって、前記第２の板材のうち前記第１の板材と接する部分を加熱することを特徴とする。
この発明によれば、第２の板材を加熱する際には、誘導加熱を行うための電流および周波数を適切に設定することで、第１の板材を不要に加熱することなく、第２の板材のみを所定の温度まで速やかに加熱することができる。このようにして第２の板材のみを加熱し、さらに第１の板材と第２の板材とを加圧することで、脆弱な金属間化合物の生成を抑制し、十分な接合強度を得ることができる。
また、特にここで、重ねられた第１の板材および第２の板材に対して、第１の板材側からのみ誘導加熱することにより、第２の板材のうち第１の板材と接する部分を重点的に加熱することができる。したがって、例えば、第１の板材側と第２の板材側との両方から誘導加熱する場合に比べて、第２の板材に不要な入熱がなされることなく、加圧後の冷却に必要な時間をさらに短縮し、脆弱な金属間化合物の生成をさらに抑制できる。
また、誘導加熱により第２の板材を加熱するので、第２の板材および第１の板材の形状にかかわらず点接合できる。
また、特にここで、重ねられた第１の板材および第２の板材に対して、第１の板材側からのみ誘導加熱することにより、第２の板材のうち第１の板材と接する部分を重点的に加熱することができる。したがって、例えば、第１の板材側と第２の板材側との両方から誘導加熱する場合に比べて、第２の板材に不要な入熱がなされることなく、加圧後の冷却に必要な時間をさらに短縮し、脆弱な金属間化合物の生成をさらに抑制できる。
また、誘導加熱により第２の板材を加熱するので、第２の板材および第１の板材の形状にかかわらず点接合できる。
この場合、前記第１の板材は、アルミニウムまたはマグネシウムを含み、前記第２の板材は、鉄またはチタンを含む板材を含むことが好ましい。
この発明によれば、これらの材料を含む板材を用いることで、例えば、軽量かつ耐食性に優れ自動車部品に適した板材を、十分な接合強度で形成することができる。
この発明によれば、これらの材料を含む板材を用いることで、例えば、軽量かつ耐食性に優れ自動車部品に適した板材を、十分な接合強度で形成することができる。
本発明の異種材接合方法によれば、第２の板材のうち第１の板材と接する部分を重点的に加熱することができるので、加圧後の冷却に必要な時間をさらに短縮し、脆弱な金属間化合物の生成をさらに抑制できる。
以下、本発明の一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１および図２は、本発明の一実施形態の異種材接合方法に含まれる一工程の動作を示す模式図である。
図１および図２は、本発明の一実施形態の異種材接合方法に含まれる一工程の動作を示す模式図である。
本実施形態の異種材接合方法は、第１の板材としてのアルミニウム材１と、このアルミニウム材１よりも固有抵抗の大きい第２の板材としての鋼材２とを、拡散接合により接合する方法であり、誘導加熱工程と、圧接工程とを含む。
先ず、図１を参照して誘導加熱工程について説明する。
この誘導加熱工程では、先ず、高周波コイル３が設けられた図示しない作業台上に、アルミニウム材１と鋼材２とを重ね合わせた状態で配置する。
次に、高周波コイル３を、所定の位置に設置する。ここで、高周波コイル３の位置は、図１に示すように、重ねられたアルミニウム材１および鋼材２に対しアルミニウム材１側のみに、かつ、高周波コイル３から発生する磁束がアルミニウム材１および鋼材２の接合部分を貫通するような位置に設置する。
この誘導加熱工程では、先ず、高周波コイル３が設けられた図示しない作業台上に、アルミニウム材１と鋼材２とを重ね合わせた状態で配置する。
次に、高周波コイル３を、所定の位置に設置する。ここで、高周波コイル３の位置は、図１に示すように、重ねられたアルミニウム材１および鋼材２に対しアルミニウム材１側のみに、かつ、高周波コイル３から発生する磁束がアルミニウム材１および鋼材２の接合部分を貫通するような位置に設置する。
次に、高周波電源４の出力を調整し、高周波コイル３に高周波電流を通電し、鋼材２のみを所定の接合温度まで加熱する。すなわち、高周波電源４により高周波コイル３に高周波電流を通電し、鋼材２を貫通する磁束を発生させ、鋼材２に誘導電流を誘起することで、鋼材２を加熱する。
ここで、高周波電源４の出力の電流および周波数は、重ね合わされたアルミニウム材１および鋼材２のうち、鋼材２のアルミニウム材１と接する部分のみを誘導加熱できるように、これらアルミニウム材１および鋼材２の成分、形状、板厚、並びに高周波コイル３と鋼材２との距離などに応じて適切に設定される。また、接合温度は、十分な接合強度が得られるように、アルミニウム材１および鋼材２の成分に応じて適切に設定される。
これにより、図１の領域５に示すように、鋼材２の接合部分のうちアルミニウム材１と接する部分を重点的に、適切な接合温度まで誘導加熱することができる。
これにより、図１の領域５に示すように、鋼材２の接合部分のうちアルミニウム材１と接する部分を重点的に、適切な接合温度まで誘導加熱することができる。
次に、図２を参照して圧接工程について説明する。
この圧接工程では、アルミニウム材１と加熱された鋼材２との接合部分を、両材料１，２側から、所定の接合圧力で、所定の加圧時間に亘って加圧する。これにより、鋼材２からの伝熱により、図２の領域６に示すように、アルミニウム材１の鋼材２との接触部分が加熱され、両材料１，２の接合部分が相互拡散し、アルミニウム材１と鋼材２とが接合される。
この圧接工程では、アルミニウム材１と加熱された鋼材２との接合部分を、両材料１，２側から、所定の接合圧力で、所定の加圧時間に亘って加圧する。これにより、鋼材２からの伝熱により、図２の領域６に示すように、アルミニウム材１の鋼材２との接触部分が加熱され、両材料１，２の接合部分が相互拡散し、アルミニウム材１と鋼材２とが接合される。
ここで、接合部分に加える接合圧力および加圧時間は、それぞれ、アルミニウム材１および鋼材２の成分、形状、板厚、並びに、鋼材２の接合温度などに応じて適切に設定される。また、この圧接工程において、アルミニウム材１および鋼材２に加圧する手段としては、例えば、油圧シリンダやエアシリンダなどのアクチュエータなどが用いられる。
本実施形態の異種材接合方法によれば、以下のような作用効果がある。
鋼材２を加熱する際には、誘導加熱を行うための電流および周波数を適切に設定することで、アルミニウム材１を不要に加熱することなく、鋼材２のみを所定の温度まで速やかに加熱することができる。このようにして鋼材２のみを加熱し、さらにアルミニウム材１と鋼材２とを加圧することで、脆弱な金属間化合物の生成を抑制し、十分な接合強度を得ることができる。
また、特にここで、重ねられたアルミニウム材１および鋼材２に対して、アルミニウム材１側からのみ誘導加熱することにより、鋼材２のうちアルミニウム材１と接する部分を重点的に加熱することができる。したがって、例えば、アルミニウム材１側と鋼材２側との両方から誘導加熱する場合に比べて、鋼材２に不要な入熱がなされることなく、加圧後の冷却に必要な時間をさらに短縮し、脆弱な金属間化合物の生成をさらに抑制できる。
また、誘導加熱により鋼材を加熱するので、鋼材２およびアルミニウム材１の形状にかかわらず点接合できる。
鋼材２を加熱する際には、誘導加熱を行うための電流および周波数を適切に設定することで、アルミニウム材１を不要に加熱することなく、鋼材２のみを所定の温度まで速やかに加熱することができる。このようにして鋼材２のみを加熱し、さらにアルミニウム材１と鋼材２とを加圧することで、脆弱な金属間化合物の生成を抑制し、十分な接合強度を得ることができる。
また、特にここで、重ねられたアルミニウム材１および鋼材２に対して、アルミニウム材１側からのみ誘導加熱することにより、鋼材２のうちアルミニウム材１と接する部分を重点的に加熱することができる。したがって、例えば、アルミニウム材１側と鋼材２側との両方から誘導加熱する場合に比べて、鋼材２に不要な入熱がなされることなく、加圧後の冷却に必要な時間をさらに短縮し、脆弱な金属間化合物の生成をさらに抑制できる。
また、誘導加熱により鋼材を加熱するので、鋼材２およびアルミニウム材１の形状にかかわらず点接合できる。
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の目的を達成できる範囲での変形、改良などは本発明に含まれるものである。
上記実施形態では、第１の板材としてアルミニウム材１を用い、第２の板材として鋼材２を用いたが、これに限らない。互いに接合する第１の板材および第２の板材としては、互いに固有抵抗の異なるものであればよい。より具体的には、第１の板材としては、アルミニウムに限らずマグネシウムを含む板材を用いてもよい。また、第２の板材としては、鉄に限らずチタンを含む板材を用いてもよい。
このような材料を含む板材を用いることで、例えば、軽量かつ耐食性に優れ自動車部品に適した板材を、十分な接合強度で形成することができる。
このような材料を含む板材を用いることで、例えば、軽量かつ耐食性に優れ自動車部品に適した板材を、十分な接合強度で形成することができる。
１…アルミニウム材（第１の板材）
２…鋼材（第２の板材）
３…高周波コイル
４…高周波電源
２…鋼材（第２の板材）
３…高周波コイル
４…高周波電源
Claims (2)
- 第１の板材と当該第１の板材よりも固有抵抗が大きい第２の板材とを重ね、前記第２の板材を加熱するとともに、前記第１の板材と前記第２の板材とを加圧し、これら第１の板材および第２の板材を接合する異種材接合方法であって、
前記第２の板材を加熱する際、前記第１の板材側からのみ誘導加熱することによって、前記第２の板材のうち前記第１の板材と接する部分を加熱することを特徴とする異種材接合方法。 - 前記第１の板材は、アルミニウムまたはマグネシウムを含み、
前記第２の板材は、鉄またはチタンを含む板材を含むことを特徴とする請求項１に記載の異種材接合方法。
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