JP2009241085A - 接合強度特性に優れたラミネート鋼板の接合方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】信頼性の高い接合が可能であるとともに十分に高い接合強度が得られる、接合強度特性に優れたラミネート鋼板の接合方法を提供する。
【解決手段】引張強さが２５０〜８５０ＭＰａ、板厚が０．２〜１．０ｍｍの鋼板基材１１、１２、２１、２２と、厚さが０．０５〜０．７ｍｍの樹脂層１３とが、少なくとも合わせて３層以上で交互に積層されてなるとともに最外層が鋼板基材とされ、総板厚が０．４５〜２．１ｍｍの範囲とされたラミネート鋼板１０、２０を接合する方法であり、高速回転する回転子５をラミネート鋼板に押圧し、回転子とラミネート鋼板との摩擦熱によって鋼板基材を部分的に軟化させ、該軟化部分を撹拌することによって鋼板基材を接合する摩擦攪拌点接合法を用い、回転子とラミネート鋼板との間の加圧力を３．０〜５．０ｋＮ、回転子の回転数を２７５０〜３２５０ｒｐｍ、加圧時間を１．０〜３．０ｓｅｃの範囲の条件とする。
【選択図】図１
【解決手段】引張強さが２５０〜８５０ＭＰａ、板厚が０．２〜１．０ｍｍの鋼板基材１１、１２、２１、２２と、厚さが０．０５〜０．７ｍｍの樹脂層１３とが、少なくとも合わせて３層以上で交互に積層されてなるとともに最外層が鋼板基材とされ、総板厚が０．４５〜２．１ｍｍの範囲とされたラミネート鋼板１０、２０を接合する方法であり、高速回転する回転子５をラミネート鋼板に押圧し、回転子とラミネート鋼板との摩擦熱によって鋼板基材を部分的に軟化させ、該軟化部分を撹拌することによって鋼板基材を接合する摩擦攪拌点接合法を用い、回転子とラミネート鋼板との間の加圧力を３．０〜５．０ｋＮ、回転子の回転数を２７５０〜３２５０ｒｐｍ、加圧時間を１．０〜３．０ｓｅｃの範囲の条件とする。
【選択図】図１
Description
本発明は、接合強度特性に優れたラミネート鋼板の接合方法に関するものであり、特に、軽量で高い強度を有するラミネート鋼板が適用される自動車のボデーやシャシー、あるいはそれらの部品等の接合部において、優れた十字引張強さが得られるラミネート鋼板の接合方法に関するものである。
近年、自動車分野において、低燃費化や炭酸ガス（ＣＯ２）の排出量削減を目的とした車体軽量化や、車体の制振性向上のため、車体や部品等に、鋼板と樹脂層とが交互に積層されてなる軽量のラミネート鋼板を使用するニーズが高まっており、種々のラミネート鋼板が提案されている（例えば、特許文献１を参照）。
一方、自動車車体の組立や部品の取付け等を行なう場合には、主としてスポット溶接法（抵抗スポット溶接法）が用いられている。しかしながら、上述したラミネート鋼板の樹脂の部分は、一般的には電気を通し難いため、通電によるジュール発熱で溶接を行うスポット溶接法を適用することが困難であるという問題があった。
このため、ラミネート鋼板を抵抗スポット溶接法によって接合する方法としては、まず、バイパス回路を設けて樹脂層を加熱し、鋼板層同士を接触させてスポット溶接する方法が知られている。しかしながら、この方法では、バイパス回路が必要となるために施工が煩雑となり、量産工程において実施するのが困難であるという問題がある。
また、その他の方法として、導電性粒子が添加された材料からなる樹脂層が備えられたラミネート鋼板を使用し、抵抗スポット溶接法で接合する方法が挙げられる。しかしながら、この方法では、樹脂中に導電性粒子を均一に分散させることが困難であるため、例えば、導電性粒子が密集した部分に電流が集中し、当該部分が溶け落ちてしまうという問題がある。また、樹脂が押し出されることで接合部の周囲に膨らみが生じたり、また、樹脂が蒸発することで溶接部にブローホールが生じたり、さらには、導電性粒子は高価なため、製造コストが上昇するという問題がある。
また、プラズマを用いてラミネート鋼板に穴を形成した後、穴の内部にフィラーを供給し、このフィラーを溶融させることによって穴を埋める、プラズマスポット溶接法を用いることも考えられる。しかしながら、この方法を用いた場合でも、樹脂が蒸発することで接合部にブローホールが生じたり、また、樹脂が押し出されることで接合部の周囲に膨らみが生じたりするという問題がある。
また、その他の方法として、導電性粒子が添加された材料からなる樹脂層が備えられたラミネート鋼板を使用し、抵抗スポット溶接法で接合する方法が挙げられる。しかしながら、この方法では、樹脂中に導電性粒子を均一に分散させることが困難であるため、例えば、導電性粒子が密集した部分に電流が集中し、当該部分が溶け落ちてしまうという問題がある。また、樹脂が押し出されることで接合部の周囲に膨らみが生じたり、また、樹脂が蒸発することで溶接部にブローホールが生じたり、さらには、導電性粒子は高価なため、製造コストが上昇するという問題がある。
また、プラズマを用いてラミネート鋼板に穴を形成した後、穴の内部にフィラーを供給し、このフィラーを溶融させることによって穴を埋める、プラズマスポット溶接法を用いることも考えられる。しかしながら、この方法を用いた場合でも、樹脂が蒸発することで接合部にブローホールが生じたり、また、樹脂が押し出されることで接合部の周囲に膨らみが生じたりするという問題がある。
また、ラミネート鋼板の接合方法としては、上述したような溶接法以外にも、例えば、Ｔｏｇ ｌｏｃｋ法やＴＯＸ法、ＳｅｌＦ‐ｐｉｅｒｃｅ ｒｉｖｅｔｉｎｇ法等の機械的接合法を用いることも考えられる。しかしながら、ラミネート鋼板は、鋼板基材の間に樹脂層が配された構造のため、Ｔｏｇ ｌｏｃｋ法やＴＯＸ法では、接合強度、特に剥離方向の接合強度が低くなるという問題がある。また、Ｓｅｌｆ−ｐｉｅｒｃｅ ｒｉｖｅｔｉｎｇ法では、表皮鋼板が薄いために表面割れが生じる虞があり、また、用いるリベットが高価なために製造コストが上昇するという問題がある。
なお、ラミネート鋼板をボルトで接合する方法も考えられるが、ボルトを締め付ける作業が必要となるために生産効率が低下し、また、ラミネート鋼板の接合部においてボルトが緩み易いため、接合強度が低下する虞があった。
なお、ラミネート鋼板をボルトで接合する方法も考えられるが、ボルトを締め付ける作業が必要となるために生産効率が低下し、また、ラミネート鋼板の接合部においてボルトが緩み易いため、接合強度が低下する虞があった。
一方、スポット溶接法によって鋼板を接合する際の、スポット溶接部（溶接継手）の品質指標として、引張強さは、部材の強度を決定するパラメータとして非常に重要である。このような溶接継手の引張強さには、せん断方向に引張荷重を負荷付与して測定する引張せん断強さ（ＴＳＳ）と、剥離方向に引張荷重を負荷付与して測定する十字引張強さ（ＣＴＳ）があるが、部材の強度を保つためには、これら何れの強度値も重要である。従って、接合部において、高い引張せん断強さ及び十字引張強さを得ることが重要となる。
特開２００１−１５８０６０号公報
上述したように、従来の接合方法でラミネート鋼板を接合する場合、スポット溶接法では接合することが困難であり、また、樹脂に導電性粒子を添加してスポット溶接法による接合を可能とした場合や、プラズマスポット溶接法を用いた場合であっても、多くの問題点があった。またさらに、機械的接合法を用いた場合には、樹脂層の部分の強度が低いため、接合強度、特に剥離方向の強度が低いという問題があった。このため、ラミネート鋼板を効率良く確実に点接合できるとともに、接合部における引張せん断強さ及び十字引張強さの何れをも向上させることが可能な接合方法が強く求められていた。
本発明は上記問題に鑑みてなされたものであり、ラミネート鋼板が適用される自動車のボデーやシャシー、あるいはそれらの部品等を点接合した場合においても、信頼性が高く確実に接合することが可能であるとともに、十分に高い接合強度が得られる、接合強度特性に優れたラミネート鋼板の接合方法を提供することを目的とする。
本発明者等が上記問題を解決するために鋭意研究したところ、ラミネート鋼板の接合を、所定の条件とされた摩擦攪拌点接合法を用いて行うことにより、導電性粒子が添加された特殊なラミネート鋼板を用いたり、また、特殊な施工法を用いたりすること無く、確実な接合が可能になるとともに高い接合強度が得られることを見出し、本発明を完成した。
即ち、本発明の要旨は以下のとおりである。
即ち、本発明の要旨は以下のとおりである。
［１］ 引張強さが２５０〜８５０ＭＰａ、板厚が０．２〜１．０ｍｍの範囲の鋼板基材と、厚さが０．０５〜０．７ｍｍの範囲の樹脂層とが、少なくとも合わせて３層以上で交互に積層されてなるとともに最外層が前記鋼板基材とされ、総板厚が０．４５〜２．１ｍｍの範囲とされたラミネート鋼板の接合方法であって、高速回転する回転子を前記ラミネート鋼板に押圧し、前記回転子と前記ラミネート鋼板との摩擦熱によって前記鋼板基材を部分的に軟化させ、該軟化部分を撹拌することによって前記鋼板基材を接合する摩擦攪拌点接合法を用い、前記回転子と前記ラミネート鋼板との間の加圧力を３．０〜５．０ｋＮ、前記回転子の回転数を２７５０〜３２５０ｒｐｍ、加圧時間を１．０〜３．０ｓｅｃの範囲の条件とすることを特徴とする、接合強度特性に優れたラミネート鋼板の接合方法。
［２］ 前記ラミネート鋼板をなす前記鋼板基材が、片面あたりのめっきの目付け量が１００ｇ／ｍ２以下とされた高強度めっき鋼板であることを特徴とする、上記［１］に記載の接合強度特性に優れたラミネート鋼板の接合方法。
［２］ 前記ラミネート鋼板をなす前記鋼板基材が、片面あたりのめっきの目付け量が１００ｇ／ｍ２以下とされた高強度めっき鋼板であることを特徴とする、上記［１］に記載の接合強度特性に優れたラミネート鋼板の接合方法。
本発明の接合強度特性に優れたラミネート鋼板の接合方法によれば、所定の鋼板特性とされたラミネート鋼板を、所定の接合条件とした摩擦攪拌点接合法を用いて点接合することにより、例えば、ラミネート鋼板が適用される自動車のボデーやシャシー、あるいはそれらの部品等を点接合した場合においても、確実な接合が可能であるとともに、十分に高い接合強度が得られる。従って、自動車分野等において本発明のラミネート鋼板の接合方法を適用することにより、車体全体の軽量化による低燃費化や炭酸ガス（ＣＯ２）の排出量削減、並びに制振性向上等のメリットを十分に享受することができ、その社会的貢献は計り知れない。
以下、本発明の接合強度特性に優れたラミネート鋼板の接合方法の実施の形態について、図１（ａ）〜（ｄ）及び図２（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する（図３も適宜参照）。なお、本実施形態は、本発明の接合強度特性に優れたラミネート鋼板の接合方法の趣旨をより良く理解させるために詳細に説明するものであるから、特に指定の無い限り本発明を限定するものではない。
本発明に係る接合強度特性に優れたラミネート鋼板の接合方法は、引張強さが２５０〜８５０ＭＰａ、板厚が０．２〜１．０ｍｍの範囲の鋼板基材１１、１２（２１、２２）と、厚さが０．０５〜０．７ｍｍの範囲の樹脂層１３（２３）とが、少なくとも合わせて３層以上で交互に積層されてなるとともに最外層が鋼板基材１１、１２（２１、２２）とされ、総板厚が０．４５〜２．１ｍｍの範囲とされたラミネート鋼板１０、２０を接合する方法であり、高速回転する回転子５をラミネート鋼板１０、２０に押圧し、回転子５とラミネート鋼板１０、２０との摩擦熱によって鋼板基材１１、１２、２１、２２を部分的に軟化させ、該軟化部分を撹拌することによって鋼板基材１１、１２、２１、２２を接合する摩擦攪拌点接合法を用い、回転子５とラミネート鋼板１０、２０との間の加圧力を３．０〜５．０ｋＮ、回転子５の回転数を２７５０〜３２５０ｒｐｍ、加圧時間を１．０〜３．０ｓｅｃの範囲の条件とする方法である。
自動車分野においては、低燃費化や炭酸ガス（ＣＯ２）の排出量削減を目的とする車体の軽量化や、制振性の向上等の観点から、車体や部品等にラミネート鋼板を使用するニーズが高まっている。また、このようなラミネート鋼板が用いられてなる車体の組立や部品の取付け等を行なう場合には、高い信頼性並びに接合強度特性が実現可能な接合方法が必要とされ、それを達成できる接合方法に対するニーズが非常に高まっている。このようなニーズに対し、本発明では、上述したような、所定の条件における摩擦攪拌点接合（フリクションスポット接合）によってラミネート鋼板を接合する方法とすることにより、導電性粒子が添加された特殊なラミネート鋼板を用いたり、特殊な施工法を用いたりすること無く、確実に接合できるとともに、スポット溶接部並の強度特性が得られるものである。
以下、詳細を説明する。
以下、詳細を説明する。
［鋼板特性の限定理由］
以下に、本発明における被接合物であるラミネート鋼板１０、２０の、鋼板特性の限定理由について詳述する。
本実施形態において説明するラミネート鋼板１０（２０）は、上述したように、引張強さが２５０〜８５０ＭＰａ、板厚が０．２〜１．０ｍｍの範囲の鋼板基材１１、１２（２１、２２）と、厚さが０．０５〜０．７ｍｍの範囲の樹脂層１３（２３）とが、少なくとも合わせて３層以上で交互に積層されてなるとともに、最外層が鋼板基材１１、１２（２１、２２）とされ、総板厚が０．４５〜２．１ｍｍの範囲とされたものである。また、図示例のラミネート鋼板１０（２０）は、鋼板基材１１、１２（２１、２２）が最外層とされ、これらの間に樹脂層１３（２３）が配されたサンドイッチ状の３層構造として構成されている。
上述のようなラミネート鋼板１０、２０は、例えば、１枚の鋼板基材１１（２１）上に有機溶媒に溶かした樹脂を塗布し、有機溶媒を蒸発させた後、もう１枚の鋼板基材で挟み、温度を上げた状態で圧着（例えば、圧延接合）することによって製造することが可能である。また、これ以外にも、例えば、２枚の鋼板基材１１、１２（２１、２２）の間に溶融樹脂を注入してプレス加工する方法か、あるいは、鋼板基材１１、１２（２１、２２）の何れか一方の上に溶融樹脂を供給した後、他方の鋼板基材を重ね合わせてプレス加工する方法等によっても製造することができるものである。
以下に、本発明における被接合物であるラミネート鋼板１０、２０の、鋼板特性の限定理由について詳述する。
本実施形態において説明するラミネート鋼板１０（２０）は、上述したように、引張強さが２５０〜８５０ＭＰａ、板厚が０．２〜１．０ｍｍの範囲の鋼板基材１１、１２（２１、２２）と、厚さが０．０５〜０．７ｍｍの範囲の樹脂層１３（２３）とが、少なくとも合わせて３層以上で交互に積層されてなるとともに、最外層が鋼板基材１１、１２（２１、２２）とされ、総板厚が０．４５〜２．１ｍｍの範囲とされたものである。また、図示例のラミネート鋼板１０（２０）は、鋼板基材１１、１２（２１、２２）が最外層とされ、これらの間に樹脂層１３（２３）が配されたサンドイッチ状の３層構造として構成されている。
上述のようなラミネート鋼板１０、２０は、例えば、１枚の鋼板基材１１（２１）上に有機溶媒に溶かした樹脂を塗布し、有機溶媒を蒸発させた後、もう１枚の鋼板基材で挟み、温度を上げた状態で圧着（例えば、圧延接合）することによって製造することが可能である。また、これ以外にも、例えば、２枚の鋼板基材１１、１２（２１、２２）の間に溶融樹脂を注入してプレス加工する方法か、あるいは、鋼板基材１１、１２（２１、２２）の何れか一方の上に溶融樹脂を供給した後、他方の鋼板基材を重ね合わせてプレス加工する方法等によっても製造することができるものである。
「鋼板基材の引張強さ（２５０〜８５０ＭＰａ）」
本発明では、非接合物であるラミネート鋼板１０、２０を構成する鋼板基材１１、１２、２１、２２の引張強さを３２０〜８５０ＭＰａの範囲に規定する。
鋼板基材の引張強さが２５０ＭＰａ未満だと、剛性が低すぎるために、詳細を後述する摩擦攪拌点接合法によってラミネート鋼板の接合を行うことが困難となり、また、接合された場合でも、本発明による接合強度向上効果が得られ難くなる。また、鋼板基材の引張強さが８５０ＭＰａを超えると、摩擦攪拌点接合法による接合部の攪拌が不十分となり、接合後の継手強度が十分に得られず、また、摩擦攪拌点接合装置の回転子（図２（ａ）、（ｂ）の回転子５を参照）の寿命が極めて短くなる虞がある。さらに、接合部周辺の鋼板基材の変形能が低下するため、接合部における応力集中が高まり、十字引張強さが低下するという問題も生じる。
本発明では、非接合物であるラミネート鋼板１０、２０を構成する鋼板基材１１、１２、２１、２２の引張強さを３２０〜８５０ＭＰａの範囲に規定する。
鋼板基材の引張強さが２５０ＭＰａ未満だと、剛性が低すぎるために、詳細を後述する摩擦攪拌点接合法によってラミネート鋼板の接合を行うことが困難となり、また、接合された場合でも、本発明による接合強度向上効果が得られ難くなる。また、鋼板基材の引張強さが８５０ＭＰａを超えると、摩擦攪拌点接合法による接合部の攪拌が不十分となり、接合後の継手強度が十分に得られず、また、摩擦攪拌点接合装置の回転子（図２（ａ）、（ｂ）の回転子５を参照）の寿命が極めて短くなる虞がある。さらに、接合部周辺の鋼板基材の変形能が低下するため、接合部における応力集中が高まり、十字引張強さが低下するという問題も生じる。
「鋼板基材の板厚（０．２〜１．０ｍｍ／１枚あたり）」
本発明では、非接合物であるラミネート鋼板１０、２０を構成する鋼板基材１１、１２、２１、２２の板厚を、１枚あたり０．２〜１．０ｍｍの範囲に規定する。
鋼板基材の板厚が０．２ｍｍ未満だと、鋼板の剛性が低いために摩擦攪拌点接合法による接合処理を行なうことが困難となり、また、接合された場合でも、本発明による接合強度向上効果が得られ難くなる。また、鋼板基材に面外変形が生じ、鋼板基材と樹脂層との間で剥離が起こり易くなる。また、鋼板基材の板厚が１．０ｍｍを超えると、摩擦攪拌点接合法による接合部の攪拌が困難となり、各々のラミネート鋼板（鋼板基材）を一枚に接合することが難しくなるため、継手強度が十分に得られない。さらに、接合部周辺の鋼板基材が変形し難くなるため、接合部における応力集中が高まり、十字引張強さが低下するという問題も生じる。
本発明では、非接合物であるラミネート鋼板１０、２０を構成する鋼板基材１１、１２、２１、２２の板厚を、１枚あたり０．２〜１．０ｍｍの範囲に規定する。
鋼板基材の板厚が０．２ｍｍ未満だと、鋼板の剛性が低いために摩擦攪拌点接合法による接合処理を行なうことが困難となり、また、接合された場合でも、本発明による接合強度向上効果が得られ難くなる。また、鋼板基材に面外変形が生じ、鋼板基材と樹脂層との間で剥離が起こり易くなる。また、鋼板基材の板厚が１．０ｍｍを超えると、摩擦攪拌点接合法による接合部の攪拌が困難となり、各々のラミネート鋼板（鋼板基材）を一枚に接合することが難しくなるため、継手強度が十分に得られない。さらに、接合部周辺の鋼板基材が変形し難くなるため、接合部における応力集中が高まり、十字引張強さが低下するという問題も生じる。
「樹脂層の厚さ（０．０５〜０．７ｍｍ）」
本発明では、非接合物であるラミネート鋼板１０、２０を構成する樹脂層１３、１４の厚さを、０．０５〜０．７ｍｍの範囲に規定する。
樹脂層の厚さが０．０５ｍｍ未満だと、ラミネート鋼板を構成した際に、軽量化や制振性の十分な効果が得られず、自動車の車体や部品に適用する意義が小さなものとなる。また、樹脂層の厚さが０．７ｍｍを超えると、摩擦攪拌点接合法による接合の際、樹脂が障害となって鋼板基材を攪拌するのが不十分となり、各々のラミネート鋼板（鋼板基材）の間を接合するのが困難となるため、高い接合強度が得られない。
本発明では、非接合物であるラミネート鋼板１０、２０を構成する樹脂層１３、１４の厚さを、０．０５〜０．７ｍｍの範囲に規定する。
樹脂層の厚さが０．０５ｍｍ未満だと、ラミネート鋼板を構成した際に、軽量化や制振性の十分な効果が得られず、自動車の車体や部品に適用する意義が小さなものとなる。また、樹脂層の厚さが０．７ｍｍを超えると、摩擦攪拌点接合法による接合の際、樹脂が障害となって鋼板基材を攪拌するのが不十分となり、各々のラミネート鋼板（鋼板基材）の間を接合するのが困難となるため、高い接合強度が得られない。
「ラミネート鋼板の総板厚（０．４５〜２．１０ｍｍ）」
本発明では、非接合物であるラミネート鋼板１０、２０の総板厚を、０．４５〜２．１０ｍｍの範囲に規定する。
ラミネート鋼板の総板厚が０．４５ｍｍ未満だと、ラミネート鋼板を構成する鋼板基材の各々の板厚も薄くなるために剛性が低下し、摩擦攪拌点接合法による接合が困難となり、また、高い接合強度も得られない。また、鋼板基材に面外変形が生じ、鋼板基材と樹脂層との間で剥離が起こり易くなる。また、ラミネート鋼板の総板厚が２．１０ｍｍを超えると、摩擦攪拌点接合法による接合部（鋼板基材）の攪拌が困難となり、各々のラミネート鋼板（鋼板基材）を一枚に接合することが難しくなるため、継手強度が十分に得られない。
本発明では、非接合物であるラミネート鋼板１０、２０の総板厚を、０．４５〜２．１０ｍｍの範囲に規定する。
ラミネート鋼板の総板厚が０．４５ｍｍ未満だと、ラミネート鋼板を構成する鋼板基材の各々の板厚も薄くなるために剛性が低下し、摩擦攪拌点接合法による接合が困難となり、また、高い接合強度も得られない。また、鋼板基材に面外変形が生じ、鋼板基材と樹脂層との間で剥離が起こり易くなる。また、ラミネート鋼板の総板厚が２．１０ｍｍを超えると、摩擦攪拌点接合法による接合部（鋼板基材）の攪拌が困難となり、各々のラミネート鋼板（鋼板基材）を一枚に接合することが難しくなるため、継手強度が十分に得られない。
「めっきの目付け量（片面あたり１００ｇ／ｍ２以下）」
本発明では、上述したような、非接合物であるラミネート鋼板１０、２０の各特性の規定に加え、さらに、ラミネート鋼板１０、２０を構成する鋼板基材１１、１２、２１、２２が、片面あたりのめっきの目付け量が１００ｇ／ｍ２以下とされた高強度めっき鋼板であることが好ましい。
鋼板基材の片面あたりのめっきの目付け量が１００ｇ／ｍ２を超えると、接合面のめっきが障害となり、十分な接合強度が得られなくなる虞がある。
本発明では、上述したような、非接合物であるラミネート鋼板１０、２０の各特性の規定に加え、さらに、ラミネート鋼板１０、２０を構成する鋼板基材１１、１２、２１、２２が、片面あたりのめっきの目付け量が１００ｇ／ｍ２以下とされた高強度めっき鋼板であることが好ましい。
鋼板基材の片面あたりのめっきの目付け量が１００ｇ／ｍ２を超えると、接合面のめっきが障害となり、十分な接合強度が得られなくなる虞がある。
また、鋼板基材の表層に施されるめっき層の種類については、特に限定するものではなく、例えば、Ｚｎ系、Ｚｎ−Ｆｅ系、Ｚｎ−Ｎｉ系、Ｚｎ−Ａｌ系、Ｚｎ−Ｍｇ系、Ｐｂ−Ｓｎ系、Ｓｎ−Ｚｎ系、Ａｌ−Ｓｉ系等、何れのめっき層であっても良い。また、めっき層の表層に無機系、有機系の皮膜（例えば、潤滑皮膜等）が施されていても良い。
「鋼板基材の鋼種」
本発明では、非接合物であるラミネート鋼板１０、２０を構成する鋼板基材１１、１２、２１、２２の鋼種については、特に限定されず、例えば、固溶強化型（例：Ｃ−Ｍｎ強化型、Ｐ添加型）、２相組織型（例：フェライト中にマルテンサイトを含む組織、フェライト中にベイナイトを含む組織）、加工誘起変態型（フェライト中に残留オーステナイトを含む組織）、微細結晶型（フェライト主体組織）等、何れの型であっても良い。何れの鋼種からなる鋼板基材が用いられたラミネート鋼板であっても、本発明の接合強度特性に優れたラミネート鋼板の接合方法を適用することにより、ラミネート鋼板の特性を損なうことなく、優れた引張強さを有する接合継手（接合部）が得られる。
本発明では、非接合物であるラミネート鋼板１０、２０を構成する鋼板基材１１、１２、２１、２２の鋼種については、特に限定されず、例えば、固溶強化型（例：Ｃ−Ｍｎ強化型、Ｐ添加型）、２相組織型（例：フェライト中にマルテンサイトを含む組織、フェライト中にベイナイトを含む組織）、加工誘起変態型（フェライト中に残留オーステナイトを含む組織）、微細結晶型（フェライト主体組織）等、何れの型であっても良い。何れの鋼種からなる鋼板基材が用いられたラミネート鋼板であっても、本発明の接合強度特性に優れたラミネート鋼板の接合方法を適用することにより、ラミネート鋼板の特性を損なうことなく、優れた引張強さを有する接合継手（接合部）が得られる。
「樹脂層の材質」
本発明では、非接合物であるラミネート鋼板１０、２０を構成する樹脂層１３、２３の材料としては、特に限定されず、この分野において用いられる樹脂材料を何ら制限無く用いることができる。
このような樹脂層１３、２３としては、例えば、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂の何れも用いることができるが、ラミネート鋼板としての加工性を考慮した場合、熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。樹脂層１３、２３に用いる熱可塑性樹脂としては、例えば、ＰＰ、ＰＡ、ＰＳ、ＰＢＴ、ＰＰＥ、ＰＰＯ、ＡＢＳ、ＡＥＳ及びそれらのアロイ等の中から適宜選択して用いることができ、また、必要に応じて、タルク、ガラス繊維、エラストマ等の充填材を含有した構成としても良い。
また、樹脂層１３、２３に用いる樹脂材料は、鋼板基材１１、１２、２１、２２との間で大きな強度で溶着するものを用いることがより好ましい。
本発明では、非接合物であるラミネート鋼板１０、２０を構成する樹脂層１３、２３の材料としては、特に限定されず、この分野において用いられる樹脂材料を何ら制限無く用いることができる。
このような樹脂層１３、２３としては、例えば、熱硬化性樹脂及び熱可塑性樹脂の何れも用いることができるが、ラミネート鋼板としての加工性を考慮した場合、熱可塑性樹脂を用いることが好ましい。樹脂層１３、２３に用いる熱可塑性樹脂としては、例えば、ＰＰ、ＰＡ、ＰＳ、ＰＢＴ、ＰＰＥ、ＰＰＯ、ＡＢＳ、ＡＥＳ及びそれらのアロイ等の中から適宜選択して用いることができ、また、必要に応じて、タルク、ガラス繊維、エラストマ等の充填材を含有した構成としても良い。
また、樹脂層１３、２３に用いる樹脂材料は、鋼板基材１１、１２、２１、２２との間で大きな強度で溶着するものを用いることがより好ましい。
なお、本発明の接合強度特性に優れたラミネート鋼板の接合方法の適用は、同種同厚のラミネート鋼板の組合せに限定されるものではなく、上記各規定を満たすラミネート鋼板の接合であれば、同種異厚、異種同厚、或いは異種異厚の組合せで行なうことも可能である。
［接合条件の限定理由］
以下に、本発明の接合強度特性に優れたラミネート鋼板の接合方法で規定する、摩擦攪拌点接合の際の接合条件（スポット接合）について、その限定理由を詳述する。
本発明では、ラミネート鋼板１０、２０（図１（ａ）〜（ｄ）を参照）を接合する方法として、高速回転する回転子５をラミネート鋼板１０、２０に押圧し、回転子５とラミネート鋼板１０、２０との摩擦熱によって鋼板基材１１、１２、２１、２２を部分的に軟化させ、該軟化部分を撹拌することによって鋼板基材１１、１２、２１、２２を接合する摩擦攪拌点接合法を用い、回転子５とラミネート鋼板１０、２０との間の加圧力を３．０〜５．０ｋＮ、回転子５の回転数を２７５０〜３２５０ｒｐｍ、加圧時間を１．０〜３．０ｓｅｃの範囲の条件に規定している。
以下に、本発明の接合強度特性に優れたラミネート鋼板の接合方法で規定する、摩擦攪拌点接合の際の接合条件（スポット接合）について、その限定理由を詳述する。
本発明では、ラミネート鋼板１０、２０（図１（ａ）〜（ｄ）を参照）を接合する方法として、高速回転する回転子５をラミネート鋼板１０、２０に押圧し、回転子５とラミネート鋼板１０、２０との摩擦熱によって鋼板基材１１、１２、２１、２２を部分的に軟化させ、該軟化部分を撹拌することによって鋼板基材１１、１２、２１、２２を接合する摩擦攪拌点接合法を用い、回転子５とラミネート鋼板１０、２０との間の加圧力を３．０〜５．０ｋＮ、回転子５の回転数を２７５０〜３２５０ｒｐｍ、加圧時間を１．０〜３．０ｓｅｃの範囲の条件に規定している。
「摩擦攪拌点接合法（フリクションスポット接合法）」
本発明において用いられる摩擦攪拌点接合法とは、例えば、図１（ａ）〜（ｄ）の模式断面図に示す工程のように、高速回転する回転子５を被接合物であるラミネート鋼板１０、２０に押圧し、回転子５とラミネート鋼板１０、２０を構成する鋼板基材１１、１２、２１、２２との摩擦熱によって、これら鋼板基材１１、１２、２１、２２の一部（図１（ｄ）の接合部３０を参照）を軟化させ、この軟化部分を撹拌することによって鋼板基材１１、１２、２１、２２を接合する摩擦攪拌点接合法を用い、回転子５とラミネート鋼板１０、２０との間の加圧力を３．０〜５．０ｋＮ、回転子５の回転数を２７５０〜３２５０ｒｐｍ、加圧時間を１．０〜３．０ｓｅｃの範囲の条件とする方法である（摩擦攪拌点接合法については、例えば、特開平１１−２２６７５８号公報、特開２００３−２２６７５８号公報等の特許文献も参照）。
また、本発明においては、ラミネート鋼板１０、２０を点接合（スポット接合）で接合する方法としている。
本発明において用いられる摩擦攪拌点接合法とは、例えば、図１（ａ）〜（ｄ）の模式断面図に示す工程のように、高速回転する回転子５を被接合物であるラミネート鋼板１０、２０に押圧し、回転子５とラミネート鋼板１０、２０を構成する鋼板基材１１、１２、２１、２２との摩擦熱によって、これら鋼板基材１１、１２、２１、２２の一部（図１（ｄ）の接合部３０を参照）を軟化させ、この軟化部分を撹拌することによって鋼板基材１１、１２、２１、２２を接合する摩擦攪拌点接合法を用い、回転子５とラミネート鋼板１０、２０との間の加圧力を３．０〜５．０ｋＮ、回転子５の回転数を２７５０〜３２５０ｒｐｍ、加圧時間を１．０〜３．０ｓｅｃの範囲の条件とする方法である（摩擦攪拌点接合法については、例えば、特開平１１−２２６７５８号公報、特開２００３−２２６７５８号公報等の特許文献も参照）。
また、本発明においては、ラミネート鋼板１０、２０を点接合（スポット接合）で接合する方法としている。
上述のような摩擦攪拌点接合法によるラミネート鋼板の接合は、例えば、図２（ａ）、（ｂ）に示すような従来公知の摩擦攪拌点接合装置１を用いて行なうことが可能である。この摩擦攪拌点接合装置１は、装置本体２と、被接合物であるラミネート鋼板１０、２０が載置される定盤３と、回転駆動手段４と、該回転駆動手段４によって回転される回転子５と、該回転子５を垂直方向（図２（ａ）において上下方向）に回転軸６に沿って移動させる垂直駆動手段７とが備えられている。
上述のような摩擦攪拌点接合装置１に備えられる回転子５としては、例えば、図２（ｂ）に示すような、円柱状の回転子本体（ショルダー）５１の先端部５１ａに、円柱状のピン５２が設けられたものを用いることができる。
ピン５２は、回転子５が回転駆動手段４によって高速回転され、被接合物であるラミネート鋼板１０、２０に押圧される際に、ラミネート鋼板１０、２０に対して直接圧接されるものであり、図２（ｂ）に示す例のように、外周部５２ｂがねじ切り形状とされたものを用いることができる。また、図示例のピン５２は、先端５２ａが、円柱中心を頂点とした緩やかなＲ形状として形成されている。
ピン５２は、回転子５が回転駆動手段４によって高速回転され、被接合物であるラミネート鋼板１０、２０に押圧される際に、ラミネート鋼板１０、２０に対して直接圧接されるものであり、図２（ｂ）に示す例のように、外周部５２ｂがねじ切り形状とされたものを用いることができる。また、図示例のピン５２は、先端５２ａが、円柱中心を頂点とした緩やかなＲ形状として形成されている。
回転子５の材質としては、例えば、切削バイト等と同様の工具鋼材料が用いられ、例えば、ｃＢＮ等の硬い多結晶焼結体（セラミックス）が用いられる。
また、回転子５、特にピン５２は、高速回転でラミネート鋼板１０、２０に対して圧接されることを考慮し、例えば、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＳｉＮ又はダイヤモンド被膜等でコーティングしておくことが、接合品質の維持や寿命の点から好ましい。
また、回転子５、特にピン５２は、高速回転でラミネート鋼板１０、２０に対して圧接されることを考慮し、例えば、ＴｉＣ、ＴｉＮ、ＴｉＣＮ、ＳｉＮ又はダイヤモンド被膜等でコーティングしておくことが、接合品質の維持や寿命の点から好ましい。
上述のような摩擦攪拌点接合装置１を用いてラミネート鋼板１０、２０を点接合する際の手順について、図１（ａ）〜（ｄ）及び図２（ａ）、（ｂ）を参照しながら説明する。
まず、図２（ａ）に示す摩擦攪拌点接合装置１の定盤１２の上に、被接合物であるラミネート鋼板１０とラミネート鋼板２０とを重ねて載置し、図示略の固定手段で固定する。この際、回転子１４は、ラミネート鋼板１０（２０）には接せず、ラミネート鋼板１０、２０の上方（図２（ａ）の上方）で待機した状態とされている。
まず、図２（ａ）に示す摩擦攪拌点接合装置１の定盤１２の上に、被接合物であるラミネート鋼板１０とラミネート鋼板２０とを重ねて載置し、図示略の固定手段で固定する。この際、回転子１４は、ラミネート鋼板１０（２０）には接せず、ラミネート鋼板１０、２０の上方（図２（ａ）の上方）で待機した状態とされている。
次いで、図１（ａ）に示すように、回転子５の回転軸６がラミネート鋼板１０、２０の表面に対して垂直になるように位置決めし、回転駆動手段４（図２（ａ））によって、所定の回転数（２７５０〜３２５０ｒｐｍ）で回転子５の高速回転を開始する。
次いで、図１（ｂ）に示すように、回転子５を回転させながら、垂直駆動手段７（図２（ａ））によって所定の加圧力（３．０〜５．０ｋＮ）でラミネート鋼板１０に対して押し付ける。これにより、回転子５に備えられるピン５２とラミネート鋼板１０をなす一方の鋼板基材１１との間に摩擦熱が発生し、鋼板基材１１の一部が軟化（図１（ｂ）中の符合Ｔ参照）してピン５２のラミネート鋼板１０中への圧入が始まる。
次いで、図１（ｂ）に示すように、回転子５を回転させながら、垂直駆動手段７（図２（ａ））によって所定の加圧力（３．０〜５．０ｋＮ）でラミネート鋼板１０に対して押し付ける。これにより、回転子５に備えられるピン５２とラミネート鋼板１０をなす一方の鋼板基材１１との間に摩擦熱が発生し、鋼板基材１１の一部が軟化（図１（ｂ）中の符合Ｔ参照）してピン５２のラミネート鋼板１０中への圧入が始まる。
次いで、図１（ｃ）に示すように、回転子５を回転させながら、さらに、ピン５２をラミネート鋼板１０中に圧入してゆくと、ピン５２は、樹脂層１３を外周部５２ｂの側方に押出しながら、下方（図１（ｃ）中の下側方向）に向けて進む。そして、ピン５２が他方の鋼板基材１２に到達すると、上記した鋼板基材１１と同様、ピン５２と鋼板基材１２との間に摩擦熱が発生し、鋼板基材１２の一部が軟化してピン５２が鋼板基材１２中に圧入され、さらに、ラミネート鋼板２０の一方の鋼板基材２１に到達する。そして、上記したラミネート鋼板１０と同様に、鋼板基材２１の一部が軟化してピン５２のラミネート鋼板２０中への圧入が始まり、最終的に、ピン５２が他方の鋼板基材２２に到達する。
そして、ピン５２がラミネート鋼板１０、２０中に完全に埋没した状態となり、回転子本体５１がラミネート鋼板１０に接触した後も、垂直駆動手段７による回転子５への加圧力印加、並びに回転子５のラミネート鋼板１０、２０に対する加圧を所定時間（１．０〜３．０ｓｅｃ）維持する。この間、図１（ｃ）に示すように、ラミネート鋼板１０、２０中におけるピン５２周辺は、鋼材基板１１、１２、２１、２２の材質が塑性流動現象を起こし（図１（ｃ）中の符号Ｕ参照）、各鋼板基材が攪拌、一体化される。
そして、ピン５２がラミネート鋼板１０、２０中に完全に埋没した状態となり、回転子本体５１がラミネート鋼板１０に接触した後も、垂直駆動手段７による回転子５への加圧力印加、並びに回転子５のラミネート鋼板１０、２０に対する加圧を所定時間（１．０〜３．０ｓｅｃ）維持する。この間、図１（ｃ）に示すように、ラミネート鋼板１０、２０中におけるピン５２周辺は、鋼材基板１１、１２、２１、２２の材質が塑性流動現象を起こし（図１（ｃ）中の符号Ｕ参照）、各鋼板基材が攪拌、一体化される。
次いで、図１（ｄ）に示すように、垂直駆動手段７により、回転子５を上方（図２（ａ）を参照）に引き上げてピン５２をラミネート鋼板１０、２０中から引き抜き、接合処理を完了する。これにより、ラミネート鋼板１０、２０の間が、鋼板基材１１、１２、２１、２２の各々が接合部３０の部分において一体化されることで、接合された状態となる。
なお、図１（ｂ）〜（ｃ）に示す各工程においては、回転子５に備えられるピン５２がラミネート鋼板１０、２０の内部に圧入される際、上述したように、ピン５２が樹脂層１３、２３を外周部５２ｂの側方に押出しながら圧入されてゆく。これにより、樹脂層１３を接合部３０の周囲に排除しながら、鋼板基材１１、１２、２１、２２の各々を確実に接合することができるので、樹脂層１３に阻害されること無くラミネート鋼板１０、２０の接合を完了することが可能となる。
本発明の接合強度特性に優れたラミネート鋼板の接合方法は、上述のような摩擦攪拌点接合法による接合処理において、鋼板特性を上記特性に限定したうえで、接合条件を、以下に説明するような適正範囲に限定することにより、高い接合強度が得られるという方法である。
「摩擦攪拌点接合時の加圧力（３．０〜５．０ｋＮ）」
本発明では、回転子５とラミネート鋼板１０、２０との間の加圧力を３．０〜５．０ｋＮの範囲に規定する。
摩擦攪拌点接合時の加圧力が３．０ｋＮ未満だと、鋼板基材の各々の接合部における攪拌が不十分となるために十分な十字引張強さが得られず、また、５．０ｋＮを超えると、接合部の位置におけるラミネート鋼板の板厚が薄くなり過ぎるので、同様に十字引張強さが低下する。
本発明では、回転子５とラミネート鋼板１０、２０との間の加圧力を３．０〜５．０ｋＮの範囲に規定する。
摩擦攪拌点接合時の加圧力が３．０ｋＮ未満だと、鋼板基材の各々の接合部における攪拌が不十分となるために十分な十字引張強さが得られず、また、５．０ｋＮを超えると、接合部の位置におけるラミネート鋼板の板厚が薄くなり過ぎるので、同様に十字引張強さが低下する。
「摩擦拡散点接合時の回転子の回転数（２７５０〜３２５０ｒｐｍ）」
本発明では、摩擦攪拌点接合時の回転子５の回転数を２７５０〜３２５０ｒｐｍの範囲に規定する。
摩擦攪拌点接合時の回転子５の回転数が２７５０ｒｐｍ未満だと、接合部の攪拌が不十分となり、十分な十字引張強さが得られない。また、摩擦攪拌点接合時の回転子５の回転数が３２５０ｒｐｍを越えると、摩擦熱によって接合部の温度が上昇し過ぎ、接合部の軟化が生じることから十分な十字引張強さが得られず、また、回転子５の寿命が低下する。
本発明では、摩擦攪拌点接合時の回転子５の回転数を２７５０〜３２５０ｒｐｍの範囲に規定する。
摩擦攪拌点接合時の回転子５の回転数が２７５０ｒｐｍ未満だと、接合部の攪拌が不十分となり、十分な十字引張強さが得られない。また、摩擦攪拌点接合時の回転子５の回転数が３２５０ｒｐｍを越えると、摩擦熱によって接合部の温度が上昇し過ぎ、接合部の軟化が生じることから十分な十字引張強さが得られず、また、回転子５の寿命が低下する。
「摩擦攪拌点接合時の加圧時間（１．０〜３．０ｓｅｃ）」
本発明では、摩擦攪拌点接合時の回転子５のラミネート鋼板１０、２０への加圧時間、即ち、回転子５をラミネート鋼板１０、２０に押圧する時間を１．０〜３．０ｓｅｃの範囲に規定する。
回転子５のラミネート鋼板１０、２０への加圧時間が１．０ｓｅｃ未満だと、鋼板基材の各々の接合部における攪拌が不十分となり、十分な十字引張強さが得られない。また、回転子５のラミネート鋼板１０、２０への加圧時間が３．０ｓｅｃを超えると、工程処理時間が長くかかり過ぎるので生産性が低下する。
本発明では、摩擦攪拌点接合時の回転子５のラミネート鋼板１０、２０への加圧時間、即ち、回転子５をラミネート鋼板１０、２０に押圧する時間を１．０〜３．０ｓｅｃの範囲に規定する。
回転子５のラミネート鋼板１０、２０への加圧時間が１．０ｓｅｃ未満だと、鋼板基材の各々の接合部における攪拌が不十分となり、十分な十字引張強さが得られない。また、回転子５のラミネート鋼板１０、２０への加圧時間が３．０ｓｅｃを超えると、工程処理時間が長くかかり過ぎるので生産性が低下する。
以上説明したように、本発明に係る接合強度特性に優れたラミネート鋼板の接合方法によれば、所定の鋼板条件とされたラミネート鋼板を、所定の接合条件とした摩擦攪拌点接合法を用いて接合することにより、例えば、ラミネート鋼板が適用される自動車のボデーやシャシー、あるいはそれらの部品等を点接合した場合においても、確実な接合が可能であるとともに、十分に高い接合強度が得られる。従って、自動車分野等において本発明のラミネート鋼板の接合方法を適用することにより、車体全体の軽量化による低燃費化や炭酸ガス（ＣＯ２）の排出量削減、並びに制振性向上等のメリットを十分に享受することができ、その社会的貢献は計り知れない。
上述したように、従来の方法を用いてラミネート鋼板を接合した場合、抵抗スポット溶接法では接合することが困難であり、また、樹脂に導電性粒子を添加して抵抗スポット溶接法による接合を可能とした場合や、プラズマスポット溶接法を用いた場合であっても、多くの問題点があった。またさらに、機械的接合法を用いた場合には、樹脂層の部分の強度が低いため、接合強度、特に剥離方向の強度が低いという問題があった。
本発明では、鋼板基材の引張強さ及び板厚、樹脂層の厚さ、ラミネート鋼板全体の厚さ並びに積層構造が上記規定の範囲とされたラミネート鋼板を、回転子とラミネート鋼板との間の加圧力、回転子の回転数及び加圧時間を適正条件とした摩擦攪拌点接合法を用いて接合することにより、生産性等を低下させることなく、確実な点接合が可能になるとともに、十分に高い接合強度を得ることが可能となる。
本発明では、鋼板基材の引張強さ及び板厚、樹脂層の厚さ、ラミネート鋼板全体の厚さ並びに積層構造が上記規定の範囲とされたラミネート鋼板を、回転子とラミネート鋼板との間の加圧力、回転子の回転数及び加圧時間を適正条件とした摩擦攪拌点接合法を用いて接合することにより、生産性等を低下させることなく、確実な点接合が可能になるとともに、十分に高い接合強度を得ることが可能となる。
以下、本発明に係る接合強度特性に優れたラミネート鋼板の接合方法の実施例を挙げ、本発明をより具体的に説明するが、本発明は、もとより下記実施例に限定されるものではなく、前、後記の趣旨に適合し得る範囲で適当に変更を加えて実施することも可能であり、それらはいずれも本発明の技術的範囲に含まれるものである。
［実施例１］
下記表１に示すような、鋼板基材の引張強さが２９７〜１４８３ＭＰａの範囲で、鋼板基材の鋼種及び板厚、樹脂層の厚さ、層数がそれぞれ異なる、総板厚が０．４〜２．５ｍｍの各種ラミネート鋼板を用い（鋼板基材は何れも冷延鋼板）、抵抗スポット溶接継手の十字引張試験方法（ＪＩＳ Ｚ３１３７）に基づいて十字引張試験片を作製した。なお、表１中において鋼板基材の鋼種の欄に示す各記号は、軟鋼板（日本鉄鋼連盟規格：ＪＳＣ ２７０Ｅ）、２相組織強化型鋼板（日本鉄鋼連盟規格：ＪＳＣ ５９０Ｙ、７８０Ｙ、９８０Ｙ）、焼入れ型鋼板（１４７０ＨＰ、１７６０ＨＰ：特開２０００−２３４１５３号の実施例に記載の発明例を参照）をそれぞれ示す。
下記表１に示すような、鋼板基材の引張強さが２９７〜１４８３ＭＰａの範囲で、鋼板基材の鋼種及び板厚、樹脂層の厚さ、層数がそれぞれ異なる、総板厚が０．４〜２．５ｍｍの各種ラミネート鋼板を用い（鋼板基材は何れも冷延鋼板）、抵抗スポット溶接継手の十字引張試験方法（ＪＩＳ Ｚ３１３７）に基づいて十字引張試験片を作製した。なお、表１中において鋼板基材の鋼種の欄に示す各記号は、軟鋼板（日本鉄鋼連盟規格：ＪＳＣ ２７０Ｅ）、２相組織強化型鋼板（日本鉄鋼連盟規格：ＪＳＣ ５９０Ｙ、７８０Ｙ、９８０Ｙ）、焼入れ型鋼板（１４７０ＨＰ、１７６０ＨＰ：特開２０００−２３４１５３号の実施例に記載の発明例を参照）をそれぞれ示す。
次いで、上記手順で得られた十字引張試験片を、図１（ａ）に示すように同鋼種の組合せで重ね合わせ、下記表１に示す条件で、摩擦攪拌点接合（フリクションスポット接合）法による点接合で継手（接合部）を形成し、条件番号１〜１６、２０（本発明例）及び条件番号３３〜４１（比較例）の試験片サンプルとした。また、同様に、上記手順で得られた十字引張試験片を、図１（ａ）に示すように同鋼種の組合せで重ね合わせ、下記表１に示す条件で、抵抗スポット溶接で継手（接合部）を形成し、条件番号２１〜２８、３２（比較例）の試験片サンプルとした。なお、条件番号２１〜２８、３２の試験片サンプルは、鋼板基材の間に配される樹脂層として、導電性樹脂を含有したものを用いている。
そして、上記手順で得られた各試験片サンプルについて、抵抗スポット溶接継手の十字引張試験方法（ＪＩＳ Ｚ３１３７）に基づき、図３に示すように、剥離方向Ｆ１、Ｆ２に負荷を付与して十字引張試験を実施した。
下記表１に、各試験片サンプルの作製条件並びに十字引張試験の結果を示す。
下記表１に、各試験片サンプルの作製条件並びに十字引張試験の結果を示す。
表１の結果に示すように、本発明で規定する鋼材特性を備えるラミネート鋼板を、本発明で規定する接合条件で摩擦攪拌点接合法による点接合を行なった、条件番号１〜１６、２０の本発明例の試験片サンプルは、抵抗スポット溶接を行なった条件番号２１〜２８、３２の比較例の試験片サンプルに比べて、何れの鋼種を用いた場合でも、十字引張強さ（ＣＴＳ）が向上していることが明らかとなった。
一方、本発明で規定する範囲外の接合条件で摩擦攪拌点接合法による点接合を行なった、条件番号３３〜４１（比較例）の試験片サンプルは、何れの鋼種を用いた場合においても、十字引張強さが向上していないことが明らかとなった。
一方、本発明で規定する範囲外の接合条件で摩擦攪拌点接合法による点接合を行なった、条件番号３３〜４１（比較例）の試験片サンプルは、何れの鋼種を用いた場合においても、十字引張強さが向上していないことが明らかとなった。
［実施例２］
上記表１に示すような、鋼板基材が、引張強さが７８１〜７８８ＭＰａ、片面あたりの目付量が４５〜１２０ｇ／ｍ２で、２相組織強化型鋼板（日本鉄鋼連盟規格：ＪＳＣ ９８０Ｙ）からなるめっき鋼板（何れも冷延鋼板）であり、鋼板基材及び樹脂層の厚さがそれぞれ０．４ｍｍとされ、総板厚が１．２ｍｍの各種ラミネート鋼板を用い、実施例１と同様に十字引張試験片を作製した。
次いで、上記実施例１と同様、得られた十字引張試験片を、図１（ａ）に示すように同鋼種の組合せで重ね合わせ、上記表１に示す条件で、摩擦攪拌点接合法による点接合で継手（接合部）を形成し、条件番号１７〜１９（本発明例）及び条件番号４２（比較例）の試験片サンプルとした。また、同様に、得られた十字引張試験片を、図１（ａ）に示すように同鋼種の組合せで重ね合わせ、上記表１に示す条件で、スポット溶接で継手（接合部）を形成し、条件番号２９〜３１（比較例）の試験片サンプルとした。
上記表１に示すような、鋼板基材が、引張強さが７８１〜７８８ＭＰａ、片面あたりの目付量が４５〜１２０ｇ／ｍ２で、２相組織強化型鋼板（日本鉄鋼連盟規格：ＪＳＣ ９８０Ｙ）からなるめっき鋼板（何れも冷延鋼板）であり、鋼板基材及び樹脂層の厚さがそれぞれ０．４ｍｍとされ、総板厚が１．２ｍｍの各種ラミネート鋼板を用い、実施例１と同様に十字引張試験片を作製した。
次いで、上記実施例１と同様、得られた十字引張試験片を、図１（ａ）に示すように同鋼種の組合せで重ね合わせ、上記表１に示す条件で、摩擦攪拌点接合法による点接合で継手（接合部）を形成し、条件番号１７〜１９（本発明例）及び条件番号４２（比較例）の試験片サンプルとした。また、同様に、得られた十字引張試験片を、図１（ａ）に示すように同鋼種の組合せで重ね合わせ、上記表１に示す条件で、スポット溶接で継手（接合部）を形成し、条件番号２９〜３１（比較例）の試験片サンプルとした。
そして、実施例１と同様、上記手順で得られた各試験片サンプルについて、抵抗スポット溶接継手の十字引張試験方法（ＪＩＳ Ｚ３１３７）に基づき、図３に示すように、剥離方向Ｆ１、Ｆ２に負荷を付与して十字引張試験を実施し、各試験片サンプルの作製条件並びに十字引張試験の結果を上記表１に示した。
上記表１の結果に示すように、本発明で規定する鋼材特性及びめっき条件とされたラミネート鋼板を、本発明で規定する接合条件で摩擦攪拌点接合法による点接合を行なった、条件番号１７〜１９の本発明例の試験片サンプルは、スポット溶接を行なった条件番号２９〜３１の比較例の試験片サンプルに比べて、何れの鋼種を用いた場合でも、十字引張強さ（ＣＴＳ）が向上していることが明らかとなった。
一方、本発明で規定する範囲外のめっき条件とされたラミネート鋼板を用いて、摩擦攪拌点接合法による点接合を行なった、条件番号４２（比較例）の試験片サンプルは、何れの鋼種を用いた場合においても、十字引張強さが向上していないことが明らかとなった。
実施例２においては、鋼板の板厚を変更して実験を行った場合も、また、めっき種を変更して実験を行った場合も、結果は上記同様であった。
一方、本発明で規定する範囲外のめっき条件とされたラミネート鋼板を用いて、摩擦攪拌点接合法による点接合を行なった、条件番号４２（比較例）の試験片サンプルは、何れの鋼種を用いた場合においても、十字引張強さが向上していないことが明らかとなった。
実施例２においては、鋼板の板厚を変更して実験を行った場合も、また、めっき種を変更して実験を行った場合も、結果は上記同様であった。
以上説明した実施例の結果より、本発明の接合強度特性に優れるラミネート鋼板の接合方法が、摩擦攪拌点接合法を用いた点接合により、確実で信頼性の高い接合を行うことができ、また、十分な接合強度が得られることが明らかとなった。
本発明によれば、ラミネート鋼板、特に、軽量化や制振性の向上を目的としてラミネート鋼板が適用される自動車のボデーやシャシーあるいはそれらの部品等を点接合した場合において、接合部の接合強度を十分に向上させることが可能となる。従って、自動車分野等における本発明の適用により、車体全体の軽量化による低燃費化や炭酸ガス（ＣＯ２）の排出量削減、並びに騒音防止等のメリットを十分に享受することができ、その社会的貢献は計り知れない。
１…摩擦攪拌点接合装置、５…回転子、６…回転軸、１０、２０…ラミネート鋼板、１１、１２、２１、２２…鋼板基材、１３、２３…樹脂層、３０…接合部
Claims (2)
- 引張強さが２５０〜８５０ＭＰａ、板厚が０．２〜１．０ｍｍの範囲の鋼板基材と、厚さが０．０５〜０．７ｍｍの範囲の樹脂層とが、少なくとも合わせて３層以上で交互に積層されてなるとともに最外層が前記鋼板基材とされ、総板厚が０．４５〜２．１ｍｍの範囲とされたラミネート鋼板の接合方法であって、
高速回転する回転子を前記ラミネート鋼板に押圧し、前記回転子と前記ラミネート鋼板との摩擦熱によって前記鋼板基材を部分的に軟化させ、該軟化部分を撹拌することによって前記鋼板基材を接合する摩擦攪拌点接合法を用い、前記回転子と前記ラミネート鋼板との間の加圧力を３．０〜５．０ｋＮ、前記回転子の回転数を２７５０〜３２５０ｒｐｍ、加圧時間を１．０〜３．０ｓｅｃの範囲の条件とすることを特徴とする、接合強度特性に優れたラミネート鋼板の接合方法。 - 前記ラミネート鋼板をなす前記鋼板基材が、片面あたりのめっきの目付け量が１００ｇ／ｍ２以下とされた高強度めっき鋼板であることを特徴とする、請求項１に記載の接合強度特性に優れたラミネート鋼板の接合方法。
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| JP2008088412A JP2009241085A (ja) | 2008-03-28 | 2008-03-28 | 接合強度特性に優れたラミネート鋼板の接合方法 |
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