JP2017070995A - 異種金属板の接合方法及び異種金属板接合用部材 - Google Patents

Abstract

【課題】 互いに材料の種類が異なる２つの金属板を適正に接合するのに有効な技術を提供する。【解決手段】 鉄系材料からなる第１金属板１０１とアルミニウム系材料からなる第２金属板１０２との接合において、第１金属板１０１と下穴１０３が貫通形成された第２金属板１０２とを重ね合わせ、アルミニウム系材料からなる介在部材３０をリベット部材２０の頭部２２と第２金属板１０２との間に挟んだ状態とするように鉄系材料からなるリベット部材２０の軸部２１を第２金属板１０２の下穴１０３に挿入し、軸部２１の軸先端２１ａを第１金属板１０１に接触させ、一対の溶接電極Ｔ１，Ｔ２によってリベット部材２０の頭部２２と第１金属板１０１とを挟んで加圧しながら一対の溶接電極Ｔ１，Ｔ２の間にスポット溶接のための電流を通電する。【選択図】図８

Description

本発明は、互いに材料の種類が異なる２つの金属板を接合する技術に関する。

従来、自動車のフレームは、高張力鋼板などの鉄系材料によって形成されるのが主流である。また、自動車の軽量化の目的で、車体の一部、例えば、ルーフパネルやフードパネルのようなパネル部材を、アルミニウム合金などの軽合金材料によって形成する場合がある。この場合、互いに異種金属板の関係にある、フレームとパネル部材とを接合する必要がある。

２つの異種金属板を接合するこの種の技術が、例えば下記特許文献１に開示されている。この技術の一態様によれば、鉄系材料からなる第１金属板と、アルミニウム系材料からなる第２金属板とが、第１金属板と同じ鉄系材料からなるピンを用いてスポット溶接によって接合される。この接合方法では、第１金属板と第２金属板とを重ね合わせると共に、ピンの軸部を第２金属板に予め貫通形成された下穴に挿入して第１金属板に接触させる。その後、ピンの頭部と第１金属板とを一対の溶接電極で挟んで加圧した状態で一対の溶接電極の間にスポット溶接のための電流を通電する。その結果、ピンの軸部の軸先端が第１金属板にスポット溶接され、第１金属板と第２金属板とが接合された接合体が形成される。

特開平７−２１４３３８号公報

ところで、上記特許文献１に開示の技術を用いる場合、ピンの軸部が第２金属板の下穴に挿入された状態でこの軸部の軸周りに隙間が形成される。ピンの軸部を下穴に挿入する構成においては、下穴の穴径が軸部の軸径よりも僅かに大きくなるように設定されるため、この隙間が形成される。一方で、この隙間が接合後においても残留すると、第１金属板と第２金属板とのガタつきの要因に成り得るため、第１金属板と第２金属板を所望の接合強度で接合するのが難しい。特に、スポット溶接時の通電量が過剰になった場合には、第１金属板よりも融点が低い第２金属板の一部が溶融して下穴が広がり上記の隙間が更に大きくなる。この場合、第１金属板と第２金属板を挟む締結力が低下するため接合強度の更なる低下が懸念される。このように、上記の隙間は、第１金属板と第２金属板とを適正に接合する妨げに成り得る。

本発明は、かかる課題に鑑みてなされたものであり、互いに材料の種類が異なる２つの金属板を適正に接合するのに有効な技術を提供しようとするものである。

本発明の一態様は、第１金属板と、該第１金属板とは材料の種類が異なり且つ上記第１金属板よりも融点が低い第２金属板とを重ね合わせて接合する、異種金属板の接合方法であって、上記第１金属板と同種の材料からなり、軸部と該軸部の一端に設けられた該軸部の径方向の大きさを上回る頭部とを有するリベット部材を準備し、上記第２金属板と同種の材料からなる介在部材を準備し、上記第１金属板と下穴が貫通形成された上記第２金属板とを重ね合わせ、上記介在部材を上記リベット部材の上記頭部と上記第２金属板との間に挟んだ状態とするように上記リベット部材の上記軸部を上記第２金属板の上記下穴に挿入し、上記軸部の軸先端を上記第１金属板に接触させ、一対の溶接電極によって上記リベット部材の上記頭部と上記第１金属板とを挟んで加圧しながら上記一対の溶接電極の間にスポット溶接のための電流を通電する、異種金属板の接合方法にある。

ここでいう「同種の材料」とは、一方の材料の主成分と他方の材料の主成分が同じ場合をいう。従って、一方の材料と他方の材料が同一である場合のみならず、いずれの材料も主成分が同じであり且つ一方の材料と他方の材料とで含有微量成分が相違する場合も、この「同種の材料」の範疇に含まれる。

本発明の他の態様は、第１金属板と、該第１金属板とは材料の種類が異なり且つ上記第１金属板よりも融点が低い第２金属板とを重ね合わせて接合するのに用いられる、異種金属板接合用部材であって、上記第１金属板と同種の材料からなり、軸部と該軸部の一端に設けられた該軸部の径方向の大きさを上回る頭部とを有し、上記軸部の軸先端が上記第２金属板に貫通形成された下穴を通じて上記第１金属板に接触するように構成されたリベット部材と、上記第２金属板と同種の材料からなり上記リベット部材の上記軸部の軸長さを下回る板厚を有する平板状であり且つ板厚方向に貫通形成された貫通穴を有する介在部材と、を備え、上記貫通穴への上記軸部の圧入によって上記リベット部材及び上記介在部材が一体化されている、異種金属板接合用部材にある。

上記の、異種金属板の接合方法によれば、リベット部材は、その軸部が第２金属板の下穴に挿入された状態で第１金属板にスポット溶接される。このスポット溶接の間に、リベット部材及び第１金属板に比べて融点の低い介在部材及び第２金属板は、介在部材と第２金属板とが接触する接触部の周辺で局所的に溶融する。そして、スポット溶接時に付与される加圧力を利用してこの溶融物をリベット部材の軸部の軸周りの隙間に押し込むことによって、この隙間を埋めることができる。これにより、第１金属板と第２金属板とのガタつきが発生しにくくなる。また、スポット溶接時の通電量が過剰になった場合でも、溶融物が隙間に連続的に押し込まれるためこの隙間が広がるのを抑えることができる。その結果、第１金属板と第２金属板を所望の接合強度で接合することが可能になる。

また、上記の隙間を埋めることによって、この隙間への水等の侵入経路をシールする必要がない。そのため、リベット部材の頭部付近にシール材を塗布するための専用の設備が不要になり、第１金属板と第２金属板との接合に要する設備コストを低く抑えることができる。

また、第１金属板と第２金属板を所望の接合強度で接合するのに有効な異種金属板接合用部材を実現できる。特に、この異種金属板接合用部材によれば、リベット部材と介在部材とが一体化されているため、リベット部材の頭部と第２金属板との間に介在部材を挟む手間を省略することができる。

以上のごとく、上記の異種金属板の接合方法、及び上記の異種金属板接合用部材によれば、互いに材料の種類が異なる第１金属板及び第２金属板を適正に接合することが可能になる。

本実施形態の接合用部材の斜視図。 図１のII−II線矢視断面図。 接合用部材の作製の過程を示す図。 第１金属板と第２金属板とを接合する手順を示す図。 図４中の第１ステップの様子を模式的に示す図。 図４中の第２ステップの様子を模式的に示す図。 図４中の第３ステップの様子を模式的に示す図。 図４中の第４ステップの様子を模式的に示す図。 図８中のＡ領域の部分拡大図。 図９においてリベット部材の軸部の軸周りに形成された充填部を模式的に示す図。

上記の異種金属板の接合方法において、介在部材は、リベット部材の軸部の軸長さを下回る板厚を有する平板状であり且つ板厚方向に貫通形成された貫通穴を有し、該貫通穴への軸部の圧入によってリベット部材と介在部材とが一体化された接合用部材を準備するのが好ましい。そして、接合用部材のリベット部材の軸部のうち介在部材の貫通穴から突出した部位を第２金属板の下穴に挿入することによって、リベット部材の頭部と第２金属板との間に介在部材を挟む。スポット溶接において、リベット部材と介在部材とが一体化された接合用部材を予め作製して使用することによって、リベット部材の頭部と第２金属板との間に介在部材を挟む手間を省略することができる。

また、上記の異種金属板接合用部材において、介在部材は、貫通穴を有する円環状の部材であるのが好ましい。この場合、リベット部材の軸部が第２金属板の下穴に挿入された状態で、介在部材の外周円が第２金属板の下穴と概ね同心円をなす。これにより、介在部材と第２金属板とが接触する接触部の周辺で溶融した溶融物を、リベット部材の軸部の軸周りに円環状に形成された隙間にバランス良く押し込むことができる。

また、上記の異種金属板接合用部材において、介在部材は、その外径がリベット部材の頭部の径を上回るのが好ましい。この場合、介在部材はリベット部材の頭部よりも径方向外方へ張り出している。これにより、スポット溶接時にリベット部材の頭部に付与した加圧力を介在部材に安定的に作用させることができる。

また、上記の異種金属板の接合方法、又は上記の異種金属板接合用部材において、第１金属板及びリベット部材はいずれも鉄系材料からなり、第２金属板及び介在部材はいずれも鉄系材料よりも融点が低いアルミニウム系材料からなるのが好ましい。これにより、鉄系材料からなる第１金属板とアルミニウム系材料からなる第２金属板とを所望の接合強度で接合することが可能になる。

以下、互いに種類が異なる材料からなる第１金属板及び第２金属板を接合する技術の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。尚、当該図面では、接合用部材を構成するリベット部材の軸部が延びる軸方向（以下、「第１方向」ともいう。）を矢印Ｘで示し、該軸部の径方向（以下、「第２方向」ともいう。）を矢印Ｙで示している。

図１に示されるように、異種金属板接合用部材としての接合用部材１０は、リベット部材２０及び介在部材３０を備え、これら両部材が一体化された構成になっている。尚、図１では、接合用部材１０の構造を明確にするためにリベット部材２０の一部を切り欠いた状態で示している。この接合用部材１０は、第１金属板と第２金属板とを重ね合わせて接合するのに用いられる。

リベット部材２０は、円柱状の軸部２１と、軸部２１の一端に設けられた該軸部２１の第２方向Ｙ（径方向）の大きさを上回る円形状の頭部２２と、を備えている。このリベット部材２０は、鉄を主成分とした鉄系材料からなる。このリベット部材２０を「ピン」、「鋲」、「留め具」ということもできる。軸部２１は、第１方向Ｘに延び且つねじ部を有していない。リベット部材２０は、第１方向Ｘについての縦断面形状が略Ｔ字である。尚、頭部２２は、円形状であれば、図１に示されるように円盤状の平頭であってもよいし、或いは半球状の丸頭であってもよい。

介在部材３０は、円環状の部材である。図２に示されるように、この介在部材３０は、リベット部材２０の軸部２１の軸長さＬ１を下回る板厚ｔ１を有する平板状であり且つ板厚方向である第１方向Ｘに貫通形成された円形状の貫通穴（「軸穴」ともいう。）３１を有する。第２方向Ｙについて、介在部材３０の外径ｄ３は、リベット部材２０の頭部２２の径ｄ１を上回る。従って、介在部材３０は、リベット部材２０の頭部２２よりも径方向外方へ張り出している。介在部材３０は、アルミニウムを主成分としたアルミニウム系材料からなる。このアルミニウム系材料の融点は、リベット部材２０を構成する鉄系材料の融点を下回る。アルミニウム系材料として、例えばアルミニウムに、銅、マンガン、ケイ素、マグネシウム、亜鉛、ニッケルなどが加えられたアルミニウム合金を用いることができる。

接合用部材１０において、リベット部材２０の頭部２２の下面２２ａが介在部材３０の上面３０ａに当接している。また、リベット部材２０は、軸部２１のうち先端側の突出部２３が介在部材３０の下面３０ｂから突出長さＬ２で突出するように構成されている。この突出長さＬ２は、軸部２１の軸長さＬ１から介在部材３０の板厚ｔ１を差し引いた長さに相当する。

図３に示されるように、リベット部材２０及び介在部材３０は、貫通穴３１への軸部２１の圧入によって一体化されて接合用部材１０を形成する。この圧入のために、リベット部材２０の軸部２１の軸径ｄ２が介在部材３０の貫通穴３１の穴径ｄ４を僅かに上回るように構成されている。本構成により、リベット部材２０の軸部２１を介在部材３０の貫通穴３１に圧入する際、軸部２１は縮径方向に押し縮められつつ貫通穴３１に嵌め込まれる。リベット部材２０と介在部材３０は、軸部２１と貫通穴３１の間に隙間が形成されることなく一体状に接合される。その結果、図１及び図２に示されるような、リベット部材２０及び介在部材３０を含む接合用部材１０が作製され準備される。

次に、上記のように準備された接合用部材１０を用いて第１金属板及び第２金属板を接合する接合方法について、図４〜図８を参照しつつ説明する。図４に示されるように、この接合方法には第１ステップＳ１から第４ステップＳ４までのステップが含まれる。必要に応じて、これらのステップとは別のステップを付加してもよい。

図４中の第１ステップＳ１は、第１金属板及び第２金属板をスポット溶接装置（図示省略）にセットする工程である。この第１ステップＳ１において、図５に示されるように、第１金属板１０１と予め下穴１０３が貫通形成された第２金属板１０２とを重ね合わせる。これにより、第１金属板１０１の上面１０１ａに第２金属板１０２の下面１０２ｂが被着される。第１金属板１０１に第２金属板１０２が重ね合わされた状態では、下穴１０３の下側開口が第１金属板１０１の上面１０１ａによって塞がれる一方で、下穴１０３の上側開口は塞がれない。

第１金属板１０１は、リベット部材２０と同種の鉄系材料からなり、所定の板厚を有する板状部材である。この第１金属板１０１として、例えば冷間圧延鋼板や、溶融亜鉛めっき鋼板を用いることができる。ここで、第１金属板１０１及びリベット部材２０の材料は、いずれも鉄を主成分とした同種の鉄系材料であればよい（少なくとも主成分が鉄であればよい）。従って、第１金属板１０１の鉄系材料は、リベット部材２０の鉄系材料と同一であってもよいし、或いはリベット部材２０の鉄系材料とは含有微量成分が異なるものであってもよい。

第２金属板１０２は、介在部材３０のアルミニウム系材料と同種のアルミニウム系材料からなり、所定の板厚を有する板状部材である。この場合、第２金属板１０２は、鉄系材料からなる第１金属板１０１とは材料の種類が異なり且つ第１金属板１０１よりも融点が低いアルミニウム系材料からなる。ここで、第２金属板１０２及び介在部材３０は、いずれもアルミニウムを主成分とした同種のアルミニウム系材料であればよい（少なくとも主成分がアルミニウムであればよい）。従って、第２金属板１０２のアルミニウム系材料は、介在部材３０のアルミニウム系材料と同一であってもよいし、或いは介在部材３０のアルミニウム材料とは含有微量成分が異なるものであってもよい。

第２金属板１０２は、その板厚ｔ２が接合用部材１０の突出部２３の突出長さＬ２（図２参照）に概ね一致するように構成されている。下穴１０３は、第２金属板１０２の板厚方向に貫通形成された円形状の穴である。この下穴１０３の穴径は、接合用部材１０の突出部２３の軸径を僅かに上回るように構成されている。

図４中の第２ステップＳ２は、第１ステップＳ１でセットした第１金属板１０１及び第２金属板１０２に対して予め準備された接合用部材１０をセットする工程である。この第２ステップＳ２において、図６に示されるように、接合用部材１０のリベット部材２０の軸部２１のうち介在部材３０から下方へ突出した部位である突出部２３を第２金属板１０２の下穴１０３に挿入する。これにより、リベット部材２０の頭部２２と第２金属板１０２との間に介在部材３０を挟んだ状態が形成される。即ち、介在部材３０をリベット部材２０の頭部２２と第２金属板１０２との間に挟んだ状態とするようにリベット部材２０の軸部２１を第２金属板１０２の下穴１０３に挿入する。ここで、第２金属板１０２の板厚ｔ２は、前述のように突出部２３の突出長さＬ２に概ね一致している。従って、接合用部材１０の突出部２３を第２金属板１０２の下穴１０３に挿入した状態では、リベット部材２０は、軸部２１の軸先端２１ａが第２金属板１０２の下穴１０３を通じて第１金属板１０１の上面１０１ａに接触し、且つ介在部材３０が第２金属板１０２に被着される。また、この挿入状態で、介在部材３０の外周円が第２金属板１０２の下穴１０３と概ね同心円をなす。更に、下穴１０３の穴径が軸部２１の軸径ｄ２よりも僅かに大きくなるように設定されているため、軸部２１の一部である突出部２３の周り、即ち突出部２３と下穴１０３の間に隙間１０４が形成される。この隙間１０４は、軸部２１の径方向についてその軸周りに形成される円環状の径方向隙間である。

図４中の第３ステップＳ３は、第１金属板１０１及び第２金属板１０２を接合用部材１０とともに溶接電極によってクランプする工程である。この第３ステップＳ３によれば、図７に示されるように、先ず、リベット部材２０の頭部２２側に溶接電極Ｔ１が配置され、且つ第１金属板１０１の下面１０１ｂ側に溶接電極Ｔ２が配置される。溶接電極Ｔ１は極性について溶接電極Ｔ２と対を成す。即ち、溶接電極Ｔ１が陽極になり且つ溶接電極Ｔ２が陰極になってもよいし、溶接電極Ｔ１が陰極になり且つ溶接電極Ｔ２が陽極になってもよい。或いは、これら溶接電極Ｔ１の極性と溶接電極Ｔ２の極性とが交互に切り替わってもよい。その後、駆動機構（図示省略）を制御することによって、これら一対の溶接電極Ｔ１，Ｔ２を第１方向Ｘについて互いに近接するように相対移動させる。これにより、接合用部材１０のリベット部材２０と第１金属板１０１とが一対の溶接電極Ｔ１，Ｔ２によってクランプされる。

図４中の第４ステップＳ４は、第３ステップＳ３に引き続いて、一対の溶接電極Ｔ１，Ｔ２による所定の溶接条件下でスポット溶接を行う工程である。この第４ステップＳ４において、一対の溶接電極Ｔ１，Ｔ２によってリベット部材２０の頭部２２と第１金属板１０１とを挟んで加圧しながら一対の溶接電極Ｔ１，Ｔ２の間にスポット溶接のための電流を通電する。具体的に説明すると、図８に示されるように、先ず、一対の溶接電極Ｔ１，Ｔ２を第３ステップＳ３のときよりも更に近接するように相対移動させる。これにより、接合用部材１０のリベット部材２０と第１金属板１０１が第１方向Ｘについて互いに近接するように加圧されて圧着される。

更に、一対の溶接電極Ｔ１，Ｔ２のための溶接電源装置を制御することによって、一対の溶接電極Ｔ１，Ｔ２の間に通電する電流とその通電時間が制御される。これにより、リベット部材２０と第１金属板１０１との間において、溶接電極Ｔ１の先端と溶接電極Ｔ２の先端を直線的に結ぶ通電経路Ｃ（図中の矢印付き実線）に電流を所定時間流す処理が実行される。

従って、接合用部材１０の介在部材３０をリベット部材２０の頭部２２と第２金属板１０２との間に挟んだ状態で、軸部２１の軸先端２１ａが第１金属板１０１にスポット溶接される。このスポット溶接によれば、互いに重なり合う第１金属板１０１及び第２金属板１０２は、リベット部材２０の頭部２２の下面２２ａと第１金属板１０１の上面１０１ａとの間に挟まれて、第１方向Ｘについて物理的な締結力を受ける。その結果、第１金属板１０１及び第２金属板１０２の接合が完了する。

ここで、上記のスポット溶接時の図８中のＡ領域の様子について具体的に説明する。図９に示されるように、通電経路Ｃを電流が流れる際に、リベット部材２０の軸先端２１ａと第１金属板１０１の上面１０１ａとが接触する接触部４０にジュール熱が生じる。このとき、リベット部材２０及び第１金属板１０１の双方の鉄系材料は、接触部４０の周辺においてジュール熱によって加熱されて溶融した後、溶接合金層（ナゲット）４１を形成する。

更に、一対の溶接電極Ｔ１，Ｔ２によって供給された電流の一部は、通電経路Ｃとは別経路でリベット部材２０から介在部材３０側にも流れる。具体的に説明すると、リベット部材２０の頭部２２から介在部材３０及び第２金属板１０２を順次通り第１金属板１０１に至る通電経路に電流が流れる。この通電経路を電流が流れる際、介在部材３０の下面３０ｂと第２金属板１０２の上面１０２ａとが接触する接触部５０にジュール熱が生じる。また、接触部４０で生じたジュール熱の余熱が接触部５０側へ伝わる。これは、接触部４０で生じるジュール熱の大きさが接触部５０で生じるジュール熱の大きさを上回り、接触部４０の周辺温度が接触部５０の周辺温度に比べて高いからである。これにより、接触部５０の周辺部位が加熱され、溶融部５１において介在部材３０及び第２金属板１０２の双方のアルミニウム系材料が溶融する。

溶融部５１のアルミニウム系材料の融点は、リベット部材２０及び第１金属板１０１を構成する鉄系材料の融点よりも低い。従って、接触部４０の周辺の鉄系材料が溶融状態にある間（接触部４０に溶接合金層４１が形成されるまでの間）は、溶融部５１のアルミニウム系材料は溶融した状態を維持する。一方で、介在部材３０の上面３０ａは、リベット部材２０の頭部２２が溶接電極Ｔ１から受ける加圧力によって第２金属板１０２側に押圧される。これにより、溶融部５１におけるアルミニウム系材料の溶融物を、この加圧力を利用して溶融部５１から隙間１０４へと押し込むことができる。また、隙間１０４に残留していた空気は、溶融物が隙間１０４に押し込まれることによって外部空間へと押し出される。そして、接触部４０の鉄系材料が溶接合金層４１を形成した後に、隙間１０４に流れ込んだアルミニウム系材料の溶融物が硬化する。その結果、図１０に示されるように、リベット部材２０の軸部２１の軸周りには、隙間１０４がアルミニウム系材料で埋められた充填部６０が形成される。

上記の実施形態によれば、以下のような作用効果が得られる。

リベット部材２０は、その軸部２１が第２金属板１０２の下穴１０３に挿入された状態で第１金属板１０１にスポット溶接される。このスポット溶接の間に、リベット部材２０及び第１金属板１０１に比べて融点の低い介在部材３０及び第２金属板１０２は、介在部材３０と第２金属板１０２とが接触する接触部５０の周辺で局所的に溶融する。そして、スポット溶接時に付与される加圧力を利用してこの溶融物をリベット部材２０の軸部２１の軸周りの隙間１０４に押し込むことによって、この隙間１０４を埋めることができる。これにより、第１金属板１０１と第２金属板１０２とのガタつきが発生しにくくなる。また、スポット溶接時の通電量が過剰になった場合でも、溶融物が隙間１０４に連続的に押し込まれるためこの隙間１０４が広がるのを抑えることができる。その結果、鉄系材料からなる第１金属板１０１とアルミニウム系材料からなる第２金属板１０２とを所望の接合強度で接合することができる。

上記の隙間１０４を埋めることによって、この隙間１０４への水等の侵入経路をシールする必要がない。そのため、リベット部材２０の頭部２２付近にシール材を塗布するための専用の設備が不要になり、第１金属板１０１と第２金属板１０２との接合に要する設備コストを低く抑えることができる。

スポット溶接において、リベット部材２０と介在部材３０とが一体化された接合用部材１０を予め作製して使用することによって、リベット部材２０の頭部２２と第２金属板１０２との間に介在部材３０を挟む手間を省略することができる。

リベット部材２０の軸部２１が第２金属板１０２の下穴１０３に挿入された状態で、介在部材３０の外周円が第２金属板１０２の下穴１０３と概ね同心円をなすように構成することで、接触部５０の周辺で溶融した溶融物を隙間１０４にバランス良く押し込むことができる。

介在部材３０がリベット部材２０の頭部２２よりも径方向外方へ張り出すように構成することで、スポット溶接時にリベット部材２０の頭部２２に付与した加圧力を介在部材３０に安定的に作用させることができる。

（実施例）
上記の実施形態による作用効果は、以下の実施例を参照することによって更に明確になる。この実施例は、自動車のフレームを第１金属板１０１とし、フレームに接合されるパネル部材を第２金属板１０２とし、これら第１金属板１０１及び第２金属板１０２を、接合用部材１０を用いてスポット溶接した場合の例である。

（金属板）
第１金属板１０１として、板厚が０．７５ｍｍの鋼板（ＳＣＧＡ２７０、新日鐵住金株式会社製）を使用した。第２金属板１０２として、板厚が１．２ｍｍのアルミニウム合金板（６Ｋ２１、神戸製鋼株式会社製）を使用した。

（接合用部材）
リベット部材２０として、一般構造用圧延鋼材（ＳＳ４１）からなるリベット部材（軸部２１の軸長さ：２．５ｍｍ、頭部２２の径：φ１０ｍｍ）を使用した。介在部材３０として、板厚が１．２ｍｍのアルミニウム合金板（６Ｋ２１、神戸製鋼株式会社製）を円環状に加工した部材（貫通穴３１の穴径：φ８ｍｍ）を使用した。リベット部材２０の軸部２１を介在部材３０の貫通穴３１に圧入することによって接合用部材１０を作製した。

（溶接条件）
スポット溶接のための一対の溶接電極Ｔ１，Ｔ２として、（ドーム型チップ、ＴＣ−１６）を使用した。スポット溶接時の溶接条件として、通電時の電流値を８．８ｋＡ、通電時間を１０サイクル（周波数６０Ｈｚ）、加圧力を２７０ｋｇｆとした。

（評価方法）
まず、上記の第１金属板１０１及び第２金属板１０２を板厚方向について重ね合わせ、更に接合用部材１０の突出部２３を第２金属板１０２の下穴１０３に挿入した状態で、上記の溶接条件（電流値、通電時間、加圧力）下でスポット溶接を実施した。このスポット溶接によって、第１金属板１０１及び第２金属板１０２の接合体である試験片を作製した。作製したこの試験片の断面観察によって上記の隙間１０４の周辺の状態を評価した。

（評価結果）
上記の試験片の評価結果によれば、図１０を用いて前述したように、スポット溶接前に形成されていた隙間１０４がアルミニウム系材料で埋められた充填部６０が形成されたことが確認された。従って、第１金属板１０１と第２金属板１０２が所望の接合強度で接合されているという評価結果を得た。更に、この試験片とは別に、スポット溶接時の溶接条件として、電流値を８．８〜９．３ｋＡの範囲で変化させ、通電時間を８〜１０サイクル（周波数６０Ｈｚ）の範囲で変化させ、加圧力を２５６〜２７０ｋｇｆの範囲で変化させて、複数パターンの試験片を作製してその断面観察を実施した。その結果、これら複数パターンの試験片のそれぞれについても、上記の試験片の場合と同様の評価結果が得られた。

本発明は、上記の典型的な実施形態のみに限定されるものではなく、本発明の目的を逸脱しない限りにおいて種々の応用や変形が考えられる。例えば、上記の実施形態を応用した次の各形態を実施することもできる。

上記の実施形態では、第１金属板１０１及びリベット部材２０が鉄系材料（以下、「材料Ａ」という。）からなり、且つ第２金属板１０２及び介在部材３０がアルミニウム系材料（以下、「材料Ｂ」という。）からな場合について記載したが、材料Ｂの融点が材料Ａの融点が下回ることを条件に、材料Ａと材料Ｂとの組み合わせは必要に応じて変更可能である。例えば、材料Ａを銅系材料とし、且つ材料Ｂをこの銅系材料よりも融点が低いアルミニウム系材料とすることができる。

上記の実施形態では、リベット部材２０が、円柱状（断面形状が円形）の軸部２１と、円形状の頭部２２とを備える場合について記載したが、必要に応じて軸部２１及び頭部２２のそれぞれの形状を変更可能である。軸部２１の断面形状を、例えば楕円形、多角形等に変更することもできる。この場合、軸部２１の断面形状の変更に伴って、介在部材３０の貫通穴３１の形状も変更される。頭部２２の外形を、例えば楕円形、多角形等に変更することもできる。

上記の実施形態では、介在部材３０が円環状の部材、即ち外形が円形である場合について記載したが、この介在部材３０は、リベット部材２０の軸部２１の挿入が可能な貫通穴３１を少なくとも有する部材であれば、その外形が例えば楕円形、多角形等であってもよい。

上記の実施形態では、介在部材３０は、その外径がリベット部材２０の頭部２２の径を上回る場合について記載したが、介在部材３０の外径とリベット部材２０の頭部２２の径との相対的な寸法の関係は必要に応じて種々変更が可能である。例えば、介在部材３０を、その外径が頭部２２の径と同一、或いは頭部２２の径を下回るように構成することもできる。

上記の実施形態では、接合用部材１０のリベット部材２０及び介在部材３０を圧入によって一体化する場合について記載したが、この一体化を圧入以外の方法によって実現することもできる。例えば、リベット部材２０の軸部２１の外周に雄ねじを設け、介在部材３０の貫通穴３１の内周に雌ねじを設け、これら雄ねじ及び雌ねじの螺合によってリベット部材２０及び介在部材３０を一体化することもできる。また、介在部材３０に類似の板状部材を用い、この板状部材をスポット溶接時にリベット部材２０の頭部２２と第２金属板１０２との間に挟んでスポット溶接することもできる。

上記の実施形態における接合技術を、自動車のフレームである第１金属板１０１と、フレームに接合されるパネル部材である第２金属板１０２とは別の異種金属板の接合に適用することもできる。

１０ 接合用部材
２０ リベット部材
２１ 軸部
２１ａ 軸先端
２２ 頭部
３０ 介在部材
３１ 貫通穴
１０１ 第１金属板
１０２ 第２金属板
１０３ 下穴
１０４ 隙間

Claims (7)

1. 第１金属板と、該第１金属板とは材料の種類が異なり且つ上記第１金属板よりも融点が低い第２金属板とを重ね合わせて接合する、異種金属板の接合方法であって、
   上記第１金属板と同種の材料からなり、軸部と該軸部の一端に設けられた該軸部の径方向の大きさを上回る頭部とを有するリベット部材を準備し、
   上記第２金属板と同種の材料からなる介在部材を準備し、
   上記第１金属板と下穴が貫通形成された上記第２金属板とを重ね合わせ、
   上記介在部材を上記リベット部材の上記頭部と上記第２金属板との間に挟んだ状態とするように上記リベット部材の上記軸部を上記第２金属板の上記下穴に挿入し、上記軸部の軸先端を上記第１金属板に接触させ、
   一対の溶接電極によって上記リベット部材の上記頭部と上記第１金属板とを挟んで加圧しながら上記一対の溶接電極の間にスポット溶接のための電流を通電する、異種金属板の接合方法。
2. 上記介在部材は、上記リベット部材の上記軸部の軸長さを下回る板厚を有する平板状であり且つ板厚方向に貫通形成された貫通穴を有し、該貫通穴への上記軸部の圧入によって上記リベット部材と上記介在部材とが一体化された接合用部材を準備し、
   上記接合用部材の上記リベット部材の上記軸部のうち上記介在部材の上記貫通穴から突出した部位を上記第２金属板の上記下穴に挿入することによって、上記リベット部材の上記頭部と上記第２金属板との間に上記介在部材を挟む、請求項１に記載の、異種金属板の接合方法。
3. 上記第１金属板及び上記リベット部材はいずれも鉄系材料からなり、上記第２金属板及び上記介在部材はいずれも上記鉄系材料よりも融点が低いアルミニウム系材料からなる、請求項１または２に記載の、異種金属板の接合方法。
4. 第１金属板と、該第１金属板とは材料の種類が異なり且つ上記第１金属板よりも融点が低い第２金属板とを重ね合わせて接合するのに用いられる、異種金属板接合用部材であって、
   上記第１金属板と同種の材料からなり、軸部と該軸部の一端に設けられた該軸部の径方向の大きさを上回る頭部とを有し、上記軸部の軸先端が上記第２金属板に貫通形成された下穴を通じて上記第１金属板に接触するように構成されたリベット部材と、
   上記第２金属板と同種の材料からなり上記リベット部材の上記軸部の軸長さを下回る板厚を有する平板状であり且つ板厚方向に貫通形成された貫通穴を有する介在部材と、を備え、上記貫通穴への上記軸部の圧入によって上記リベット部材及び上記介在部材が一体化されている、異種金属板接合用部材。
5. 上記介在部材は、上記貫通穴を有する円環状の部材である、請求項４に記載の異種金属板接合用部材。
6. 上記介在部材は、その外径が上記リベット部材の上記頭部の径を上回る、請求項５に記載の異種金属板接合用部材。
7. 上記第１金属板及び上記リベット部材はいずれも鉄系材料からなり、上記第２金属板及び上記介在部材はいずれも上記鉄系材料よりも融点が低いアルミニウム系材料からなる、請求項４〜６のいずれか一項に記載の異種金属板接合用部材。

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