JP2019177407A - 接合構造体およびその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アルミニウム材と鋼材とを直流インバータ方式の抵抗スポット溶接法により異材接合して形成される、耐食性に優れる接合構造体を提供する。【解決手段】接合構造体（１Ａ）は、アルミニウム材（１０）と溶融アルミニウム系めっき鋼板（３０）との境界部に溶融Ａｌナゲット（５１）が形成されており、溶融Ａｌナゲット（５１）と、アルミニウム材（１０）の電極押圧面（１１）との間の最短距離が０．０１ｍｍ以上である。【選択図】図６

Description

本発明は、抵抗スポット溶接により異材接合された接合構造体およびその製造方法に関する。

アルミニウム、アルミニウム合金等のアルミニウム系材料（以下、アルミニウム材と称する）は、軽量かつ耐食性に優れていることから、種々の分野で使用されている。例えば、自動車分野では、車体軽量化のためにアルミニウム材が車体の構造材として使用されることがある。

アルミニウム材は、製造コスト、生産性等の観点から、車体の一部のみに使用される場合があり、例えば強度があまり必要でない部分（ルーフ等）に使用される。この場合、車体の一部を構成するアルミニウム材と、他の部分を構成する鋼材とを互いに異材接合することを要する。

一般に、異材接合に用いられる各種の方法の中で、抵抗スポット溶接法は、機械的結合法に比べて、接合部の軽量化ができる、生産性が高い、等の利点を有している。しかし、通常、アルミニウム材と鋼材とを単純にスポット溶接すると、それらの接合界面に脆弱な金属間化合物が生成することにより継手強度が低下し得るという問題がある。

特許文献１には、板厚の異なる複数の鋼板の接合強度を高めるスポット溶接方法が記載されている。この方法では、互いに材質の異なる電極を用いてスポット溶接を行い、鋼板同士の界面付近にナゲットを形成することにより接合強度を高めている。

特開２０１３−１７３１５５号公報（２０１３年９月５日発行）

しかしながら、一般に、アルミニウム材は種々の理由から鋼に比べてスポット溶接することが難しい材料であるため、特許文献１に記載の方法をアルミニウム材と鋼材とのスポット溶接にそのまま適用することはできない。

ところで、スポット溶接の方式としては、単相交流方式が広く用いられている。一方で、アルミニウム材をスポット溶接する場合、大きな溶接電流を要することから、単相交流方式が用いられることは少ない。

スポット溶接の他の方式として、直流インバータ方式も知られている。直流インバータ方式は、発熱の脈動がないことから適正電流範囲が大きい。また、溶接トランスを小型化することができる。

直流インバータ方式のスポット溶接法により、溶接電流を単純に大きくしてスポット溶接を行うと、前述のようにアルミニウム材の溶融ナゲットが該アルミニウム材の表層に達することがある。この場合、接合構造体の耐食性が低下する。

本発明の一態様は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであって、アルミニウム材と鋼材とを直流インバータ方式の抵抗スポット溶接法により異材接合して形成される、耐食性に優れる接合構造体を提供することにある。

本発明の一態様における接合構造体は、アルミニウム材と溶融アルミニウム系めっき鋼板とをスポット溶接することにより接合された接合構造体であって、前記アルミニウム材と前記溶融アルミニウム系めっき鋼板との境界部にアルミニウムの溶融ナゲットが形成されており、前記アルミニウム材の、前記溶融アルミニウム系めっき鋼板と対向する側の面とは反対側の面を第１表面とし、前記溶融ナゲットの外縁部と、前記アルミニウム材の第１表面との間の最短距離が０．０１ｍｍ以上であることを特徴としている。

前記アルミニウム材および前記溶融アルミニウム系めっき鋼板が、鋼材に対してこの順に積層されてスポット溶接されることにより、前記鋼材と前記溶融アルミニウム系めっき鋼板と前記アルミニウム材とが接合されており、前記溶融ナゲットを第１ナゲットとし、前記溶融アルミニウム系めっき鋼板と前記鋼材との境界部に形成されるナゲットを第２ナゲットとすると、前記第２ナゲットのナゲット径に対する前記第１ナゲットのナゲット径の比が１．１以上２．０以下であることを特徴とする請求項１に記載の接合構造体。

本発明の一態様における接合構造体の製造方法は、アルミニウム材と溶融アルミニウム系めっき鋼板とをスポット溶接するスポット溶接工程を含む接合構造体の製造方法であって、前記アルミニウム材がマイナス極側、前記溶融アルミニウム系めっき鋼板がプラス極側となるように配置し、前記アルミニウム材の、前記溶融アルミニウム系めっき鋼板と対向する側の面とは反対側の面を第１表面とし、前記スポット溶接工程では、前記マイナス極側に銅合金からなる電極、前記プラス極側にタングステンからなる芯材を先端に埋設した銅合金からなる電極を用いて、前記アルミニウム材と前記溶融アルミニウム系めっき鋼板との境界部に形成される溶融ナゲットの外縁部と、前記アルミニウム材の第１表面と、の間の最短距離が０．０１ｍｍ以上となるように、直流インバータ方式にて前記アルミニウム材と前記溶融アルミニウム系めっき鋼板とをスポット溶接することを特徴としている。

また、本発明の一態様における接合構造体の製造方法は、前記スポット溶接工程では、前記電極の加圧力が１．４ｋＮ以上４．９ｋＮ以下であり、溶接電流と通電時間との積で表される値が４５以上２４０以下の範囲内であることが好ましい。

また、本発明の一態様における接合構造体の製造方法は、前記スポット溶接工程にて形成される前記接合構造体の十字引張試験の測定結果として、接合強度が０．８ｋＮ以上であることが好ましい。

アルミニウム材と鋼材とが直流インバータ方式の抵抗スポット溶接法により異材接合された接合構造体であって、耐食性に優れる接合構造体を提供することができる。

本発明の実施形態１における接合構造体の製造に用いられる直流インバータ方式のスポット溶接機の構成を示す概略図である。 上記スポット溶接機が備える電極の形状を示す概略図であって、（ａ）は−極側電極、（ｂ）は＋極側電極をそれぞれ示す図である。 図１に示した断面図における溶融アルミニウム系めっき鋼板の基材鋼板とアルミめっき層との界面近傍を拡大して示す図である。 本発明の実施形態１における接合構造体の接合部を模式的に示す断面図である。 上記接合構造体をアルミニウム材の側から見た場合の、該アルミニウム材を省略して模式的に示す平面図である。 上記接合構造体における残存Ａｌ厚さを測定する方法について説明するための図である。 本発明の実施形態２における接合構造体の接合部を模式的に示す断面図である。 上記接合構造体における残存Ａｌ厚さを測定する方法について説明するための図である。 本発明の実施形態３における接合構造体の接合部を模式的に示す断面図である。 本発明の実施形態４における接合構造体の接合部を模式的に示す断面図である。 実施例における十字引張試験について説明するための模式図であって、（ａ）は接合構造体の平面図であり、（ｂ）は接合構造体の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、以下の記載は発明の趣旨をより良く理解させるためのものであり、特に指定のない限り、本発明を限定するものではない。また、本明細書において特記しない限り、数値範囲を表す「Ａ〜Ｂ」は、「Ａ以上（Ａを含みかつＡより大きい）Ｂ以下（Ｂを含みかつＢより小さい）」を意味する。本出願における各図面に記載した構成の形状および寸法（長さ、奥行き、幅等）は、実際の形状および寸法を必ずしも反映させたものではなく、図面の明瞭化および簡略化のために適宜変更している。

本発明の実施の形態における接合構造体は、例えば、自動車分野における車体のルーフパネルとルーフサイド部とを接合して形成される車両用部品である。ただし、本発明の接合構造体としては必ずしもこれに限定されない。本発明は、直流インバータ方式の抵抗スポット溶接法によりアルミニウム材と鋼材とを異材接合することに需要がある用途の接合構造体に適宜適用することができる。

なお、以下では、説明の簡略化のために、接合構造体における、スポット溶接により形成される１つの接合部に着目して説明する。しかし、接合部を複数個備える接合構造体も本発明の範疇に含まれることは勿論である。

また、溶融アルミニウム系めっき鋼板は、基材鋼板の表面にめっき層が形成されたものであることから、本明細書において鋼材の一種として扱うことがある。

＜本発明の知見＞
従来、自動車分野では、前述のようにルーフ等へのアルミニウム材の使用が推進されている。一方で、アルミニウム材と鋼材とを単純にスポット溶接すると、接合界面に脆弱なＦｅ−Ａｌ二元合金層が生じる。該Ｆｅ−Ａｌ二元合金層の部分での剥離が生じることにより、接合構造体の接合強度が低下するという問題がある。

これまで、アルミニウム材と溶融アルミニウムめっき鋼板とを接合した接合構造体に関する技術が報告されている（特許第４２８０６７１号公報等を参照）。この種の従来技術では、接合界面におけるＦｅ−Ａｌ二元合金層の生成を抑制して接合構造体の接合強度を高めることを主な目的としている。そのため、スポット溶接の際に、溶接部への入熱が過大となって、アルミニウム材の溶融ナゲットが該アルミニウム材の表層に達することにより接合構造体の耐食性が低下する可能性がある。

本発明者らは、鋭意検討を行い、アルミニウム材と鋼材とを直流インバータ方式の抵抗スポット溶接法により異材接合するにあたって、耐食性を維持しつつ接合強度に優れる接合構造体を製造することを試みた。そして、接合構造体としてどのような構造となっていれば耐食性および接合強度に優れる接合構造体が得られるのかという条件を見出し、本発明を実現するに至った。

〔実施形態１〕
本発明の一実施形態について図１〜図５に基づいて説明すれば、以下のとおりである。

本実施形態では、本発明の接合構造体の一例としての、アルミニウム材と溶融アルミニウムめっき鋼板とを接合した接合構造体（以下、２枚組の接合構造体と称することがある）について説明する。

始めに、図１および図２を用いて、本実施形態の接合構造体の製造に用いられるスポット溶接機について説明する。図１は、本実施形態における接合構造体１Ａ（図３参照）の製造に用いられる直流インバータ方式のスポット溶接機１００の構成を示す概略図である。図２は、スポット溶接機１００が備える電極を示す概略図であって、（ａ）は−極側電極１２０、（ｂ）は＋極側電極１３０をそれぞれ示す図である。

なお、スポット溶接機１００が備える各部材は、以下に格別に記載することを除いて、公知の機器を使用することができる。そのため、図１および図２では、記載の冗長化を避けるために、スポット溶接機１００、−極側電極１２０、および＋極側電極１３０の各部の図示を適宜省略している。図示および説明を省略する部材は、公知のものと同様であると理解されてよい。

（スポット溶接機）
図１に示すように、スポット溶接機１００は、溶接制御装置１１０、および該溶接制御装置１１０と通電可能に接続された−極側（マイナス極側）電極１２０および＋極側（プラス極側）電極１３０を備えている。溶接制御装置１１０は、直流インバータ式電源１１１と制御部１１２とを備えている。

−極側電極１２０および＋極側電極１３０の間に、溶融アルミニウム系めっき鋼板３０およびアルミニウム材１０を重ねて配置する。−極側電極１２０はアルミニウム材１０側に、＋極側電極１３０は溶融アルミニウム系めっき鋼板３０側に配置される。−極側電極１２０および＋極側電極１３０を用いてこれらの板材に通電して抵抗スポット溶接することにより接合構造体１Ａ（図３参照）が形成される。

スポット溶接機１００は、例えばアーム（図示省略）にて−極側電極１２０および＋極側電極１３０が支持されており、−極側電極１２０溶融アルミニウム系めっき鋼板３０またはアルミニウム材１０に押圧するための電極加圧機構（図示省略）を備えている。

直流インバータ式電源１１１は、例えば商用の３相電源を入力として整流および平滑化した直流を、インバータにて高周波の交流に変換する。そして、変換した交流を溶接トランスに出力するようになっている。直流インバータ式電源１１１は、−極側電極１２０および＋極側電極１３０に電力を供給する。

制御部１１２は、ユーザが設定した溶接条件に基づいて、スポット溶接機１００の各部を統括的に制御する。制御部１１２は、例えば、電極の加圧力、加圧時間、電流、通電時間、等を制御することにより、溶融アルミニウム系めっき鋼板３０とアルミニウム材１０とのスポット溶接を制御する。

本実施形態のスポット溶接機１００が備える−極側電極１２０および＋極側電極１３０の形状について、図２の（ａ）および（ｂ）を用いて概略的に説明する。図２の（ａ）は、−極側電極１２０の形状を示す概略図である。図２の（ｂ）は、＋極側電極１３０の形状を示す概略図である。

（−極側電極）
図２の（ａ）に示すように、−極側電極１２０は、ＤＲ（ドーム・ラジアス）形の電極チップである。ＤＲ形の電極チップとは、Ｄ形の電極チップ（電極先端が曲面であって該曲面の曲率半径が電極外径の１／２）の先端に、ラジアス形状（上記曲面よりも大きい曲率半径の曲面）が形成されたものである。ＤＲ形の電極チップは、チップドレッサ（電極研磨用工具）による整形性が良好であり、自動車産業で広く使用されている。

−極側電極１２０は、胴体部の外径Ｄ１が１６ｍｍである。−極側電極１２０の先端部は先端径Ｄ２が６ｍｍであり、曲率半径が４０ｍｍの曲面となっている。また、−極側電極１２０の胴体部と上記先端部との間である肩部の表面は曲率半径が８ｍｍの曲面となっている。

−極側電極１２０の材質は、銅合金であり、一例としては０．４質量％〜１．２質量％のＣｒを含有するクロム銅合金（Ｃｒ−Ｃｕ合金）である。上記クロム銅合金は、１質量％程度のＣｒを含有するものであってもよく、例えば０．８質量％〜１．１質量％のＣｒを含有するものであってもよい。このような−極側電極１２０を、以下では１％ＣｒＣｕ電極と称することがある。

なお、−極側電極１２０は、ＤＲ形の電極チップであれば、上記の寸法に限定されない。−極側電極１２０の外径Ｄ１は１６ｍｍに限定されず、先端部の形状に応じて適宜設計された外径となっていてもよい。−極側電極１２０の先端部の先端径Ｄ２は５ｍｍ〜７ｍｍであることが好ましい。また、−極側電極１２０の先端部の曲率半径、および上記肩部の表面の曲率半径については特に限定されず、外径Ｄ１および先端部の先端径Ｄ２の値に応じて適宜設計された値となっていてよい。

（＋極側電極１３０）
図２の（ｂ）に示すように、＋極側電極１３０は、銅からなるＤＲ（ドーム・ラジアス）形の電極チップであって、被溶接物と接触する部分（先端）にＷ（タングステン）からなる芯材１３１が埋設されている。＋極側電極１３０を、以下ではＷ／Ｃｕ電極と称することがある。

＋極側電極１３０は、胴体部の外径Ｄ１１が１６ｍｍである。＋極側電極１３０の先端部は先端径Ｄ１２が６ｍｍであり、曲率半径が４０ｍｍの曲面となっている。また、＋極側電極１３０の胴体部と上記先端部との間である肩部の表面は曲率半径が８ｍｍの曲面となっている。

なお、＋極側電極１３０は、ＤＲ形の電極チップであれば、上記の寸法に限定されない。＋極側電極１３０の外径Ｄ１１は１６ｍｍに限定されず、先端部の形状に応じて適宜設計された外径となっていてもよい。＋極側電極１３０の先端部の先端径Ｄ１２は５ｍｍ〜７ｍｍであることが好ましい。また、＋極側電極１３０の先端部の曲率半径、および上記肩部の表面の曲率半径については特に限定されず、外径Ｄ１１および先端部の先端径Ｄ１２の値に応じて適宜設計された値となっていてよい。

（アルミニウム材）
本明細書において、アルミニウム材との用語は、純アルミニウム（但し不可避不純物を含有することを許容する）およびアルミニウム合金の両方を含む意味で用いる。

アルミニウム材１０は、展伸材であればよく、材質は特に限定されない。アルミニウム材１０として種々のアルミニウム合金を用いることができる。例えば、１０００系、３０００系、５０００系、６０００系、７０００系の各種のアルミニウム合金を用いてよい。

アルミニウム材１０は、耐食性、加工性、等を考慮してＦｅ濃度が１．０質量％以下であることが好ましい。また、アルミニウム材１０は、１．０質量％前後のＳｉおよび０．０１〜１．５質量％のＭｇを添加するとともに時効処理等の熱処理によって微細なＭｇ_２Ｓｉが析出していることが好ましい。この場合、アルミニウム材１０の強度が向上する。この観点から、Ｓｉ含有量の下限を０．１質量％に設定することが好ましい。また、１．５〜６．０質量％のＭｇを添加すると、固溶強化によって高い強度が得られる。

一方で、アルミニウム材１０は、６．０質量％を超える過剰量のＭｇが含まれるとスポット溶接時に欠陥が発生しやすくなる。また、３．０質量％を超える過剰量のＳｉが含まれるとアルミニウム材１０の内部に粗大な析出物または晶出物が生成して接合強度が低下する場合がある。よって、アルミニウム材１０は、Ｍｇ濃度が０．０１〜６．０質量％、Ｓｉ濃度が３．０質量％以下となっていることが好ましい。

アルミニウム材１０は、例えば、アルミニウム合金６０２２であってよい。アルミニウム合金６０２２は、質量％で、Ｓｉ：０．９０％以上１．２０％以下、Ｆｅ：０．２０％以下、Ｃｕ：０．０５％以下、Ｍｎ：０．０４％以上０．１２％以下、Ｃｒ：０．０５％以下、Ｚｎ：０．０５％以下、Ｍｇ：０．４５％以上０．７０％以下、Ｔｉ：０．０５％以下、を含み、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなる組成である。

また、アルミニウム材１０は、例えば、アルミニウム合金５０５２であってよい。アルミニウム合金５０５２は、質量％で、Ｓｉ：０．２５％以下、Ｆｅ：０．４％以下、Ｃｕ：０．１％以下、Ｍｎ：０．１％以下、Ｃｒ：０．１５％以上０．３５％以下、Ｚｎ：０．１％以下、Ｍｇ：２．２％以上２．８％以下、を含み、残部がＡｌおよび不可避的不純物からなる組成である。

アルミニウム材１０の板厚は、アルミニウム材１０として求められる強度に応じて適宜設定されてよく、特に限定されないが、例えば、０．６ｍｍ〜１．４ｍｍであってよい。一般に、自動車のルーフパネルにアルミニウム材を使用する場合、この程度の板厚となる。また、アルミニウム材１０の板厚は、０．８ｍｍ〜１．３ｍｍであってもよく、１．０ｍｍ〜１．３ｍｍであってもよい。

（溶融アルミニウム系めっき鋼板）
溶融アルミニウム系めっき鋼板３０について、図１および図３を用いて説明する。図３は、図１に示した断面図の一部（Ａ１）の拡大図である。

図１および図３に示すように、溶融アルミニウム系めっき鋼板３０は、基材鋼板（下地鋼）３１と、基材鋼板３１の表面に形成されたアルミめっき層３２と、を含む。また、アルミめっき層３２は、基材鋼板３１とアルミめっき層３２との界面部に形成された、合金層３３を含む。そして、合金層３３は、該合金層３３と基材鋼板３１との界面に形成された、窒素濃縮層（以下、Ｎ濃縮層と称する）３４を含む。

基材鋼板３１としては、低炭素鋼、中炭素鋼、低合金鋼、ステンレス鋼、等を用いることができる。用途に応じてＳｉ、Ｍｎ、Ｃｒ、Ｎｉ、等を添加した鋼種が使用されてもよい。また、本実施形態における基材鋼板３１は、２５ｐｐｍ以上２００ｐｐｍ以下のＮが添加されている。これにより、めっき後に特定条件下で加熱処理を施すと、基材鋼板３１と合金層３３との界面部にＮ濃縮層３４が生成する。この特定条件としては、例えば、５２０℃の温度にて６時間保持する熱処理が挙げられる。

Ｎ濃縮層３４は、基材鋼板３１の表面部に形成された厚みが非常に薄い層であって、例えば厚さ５ｎｍ程度の層である。Ｎ濃縮層３４は、基材鋼板３１よりもＮが濃化しており（Ｎが濃縮されており）、例えば３．０原子％以上のＮを含む。Ｎ濃縮層３４は、ＡｌおよびＦｅの相互拡散を抑制する。Ｎ濃縮層３４によるＦｅ−Ａｌの相互拡散抑制作用は、めっき後の加熱処理条件を一定にすると、基材鋼板３１のＮ含有量が多くなるほど向上する。しかし、基材鋼板３１が２００ｐｐｍを超える過剰量のＮを含む場合、基材鋼板３１自体の製造性が低下する。

また、溶融アルミニウム系めっき鋼板３０は、以下のようにして製造される。すなわち、アルミニウムを主成分とする溶融アルミニウム系めっき浴に基材鋼板３１を浸漬および通過させる。これにより、基材鋼板３１の表面にアルミめっき層３２を形成する。アルミめっき層３２の厚みは、例えば、溶融アルミニウム系めっき浴から引上げ直後の鋼帯にワイピングガスを吹き付け、めっき付着量を制御することによって調整される。アルミめっき層３２の厚さは、５μｍ以上７０μｍ以下の範囲内にすることにより、溶融アルミニウム系めっき鋼板３０の加工性を良好なものとすることができる。

また、アルミめっき層３２の組成は、上記溶融アルミニウム系めっき浴の組成と同様となる。よって、上記溶融アルミニウム系めっき浴の組成を調整することにより、アルミめっき層３２の組成を調整することができる。

本実施形態におけるアルミめっき層３２は、３質量％以上１２質量％以下のＳｉ、および０．５質量％以上５質量％以下のＦｅを含有するアルミニウム層（なお、不可避的不純物を含有することを許容する）である。アルミめっき層３２が過剰量のＳｉを含む場合、溶融アルミニウム系めっき鋼板３０の加工性が損なわれ得る。そのため、Ｓｉ濃度の上限を１２質量％に規制している。

合金層３３にＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ三元合金層を生成させることにより、接合構造体１Ａの接合強度が向上し得る。Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ三元合金層を十分に生成させるためには、アルミめっき浴浸漬時に、基材鋼板３１から溶融Ａｌに溶出するＦｅ，Ｓｉ量だけでは不足である。そのため、アルミめっき層３２のＦｅ，Ｓｉ含有量を高めることにより、アルミめっき層３２から接合界面にＦｅ，Ｓｉを補給する。特に、拡散係数の大きなＳｉに関しては、アルミめっき層３２のＳｉ含有量を３質量％以上と高く設定する。これにより、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ三元合金層の生成に必要なＳｉ量を確保する。

上記のようにアルミめっき層３２の組成を調整することによれば、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ三元合金層の生成を促進させるばかりでなく、スポット溶接時に生じる溶融ＡｌのＦｅ，Ｓｉ濃度を高くするという作用も生じる。Ｆｅ，Ｓｉ濃度が高い溶融Ａｌを急冷することにより形成されたナゲットは、Ｆｅ，Ｓｉの固溶強化の効果および急冷効果によって硬質化する。そのため、接合構造体１Ａの継手強度を高めることができる。そして、脆弱なＦｅ−Ａｌ二元合金層の生成が抑えられることにより、信頼性の高い継手強度をもつ接合構造体１Ａが得られる。

なお、上述のアルミめっき層３２の組成は、基材鋼板３１とアルミめっき層３２との界面に形成される合金層３３を含まない領域の組成である。

接合構造体１Ａのさらなる特性（スポット溶接に関する特性とは別の特性）の向上を要する場合、Ｆｅ−Ａｌの相互拡散反応に大きな影響を及ぼさないＴｉ，Ｓｒ，Ｂ，Ｃｒ，Ｍｎ，Ｚｎ等の元素をアルミめっき層３２に適宜含ませることができる。

（接合構造体）
本実施形態の接合構造体１Ａは、上述のように各板材が積層した状態にて、スポット溶接機１００を用いてアルミニウム材１０および溶融アルミニウム系めっき鋼板３０をスポット溶接することにより形成される。接合構造体１Ａの接合部２Ａについて、図４および図５を用いて説明する。図４は、本実施形態における接合構造体１Ａの接合部２Ａを模式的に示す断面図である。図５は、接合構造体１Ａをアルミニウム材１０の側から見た場合の、アルミニウム材１０を省略して模式的に示す平面図である。なお、図４では、基材鋼板３１の一方の板面を省略して示している。

図４に示すように、接合構造体１Ａの接合部２Ａには、溶融Ａｌナゲット５１が形成されている。溶融Ａｌナゲット５１は、アルミニウム材１０と溶融アルミニウム系めっき鋼板３０とを接合する。図４に示す断面図において、溶融Ａｌナゲット５１は、アルミニウム材１０と溶融アルミニウム系めっき鋼板３０との境界の近傍に形成されたアルミニウムの溶融ナゲットであり、アルミニウム材１０の内部に向かって盛り上がった（上に凸の）略扇状に形成されている。

また、アルミニウム材１０は、加圧力によって−極側電極１２０がアルミニウム材１０に食い込むことによって表面に窪みが生じている。アルミニウム材１０の表面における窪みが生じている部分を電極押圧面（第１表面）１１とする。換言すれば、電極押圧面１１は、接合部２Ａにおける、アルミニウム材１０の溶融アルミニウム系めっき鋼板３０と対向する側の面とは反対側の面である。

また、図４に示すように、接合構造体１Ａは、溶融Ａｌナゲット５１と基材鋼板３１との界面に強入熱領域（中央領域）７０が形成されている。強入熱領域７０は、図５に示すように、接合構造体１Ａをアルミニウム材１０の側から透視した場合に、溶融Ａｌナゲット５１の中央部に形成されている。図５に示す中心点５１Ａは、スポット溶接時における−極側電極１２０および＋極側電極１３０の通電の中心部である。

そして、接合構造体１Ａは、溶融Ａｌナゲット５１の外縁部と基材鋼板３１との界面に弱入熱領域（外周領域）８０が形成されており、弱入熱領域８０と強入熱領域７０との間に中間領域６０が形成されている。

中心点５１Ａを基準として説明すれば、図５に示すように、溶融Ａｌナゲット５１は、中心点５１Ａから円状に拡がって形成されている。溶融Ａｌナゲット５１と基材鋼板３１との界面において、中心点５１Ａを含む或る程度の範囲を有する領域が強入熱領域７０であり、その外側に中間領域６０および弱入熱領域８０がこの順に存在している。

（溶融Ａｌナゲット）
溶融Ａｌナゲット５１は、以下のようにして形成される。すなわち、−極側電極１２０および＋極側電極１３０（図１参照）を用いて通電することにより、アルミニウム材１０と溶融アルミニウム系めっき鋼板３０との境界面が抵抗加熱される。それによりアルミニウムが溶融する。溶融したアルミニウムが凝固することにより、溶融Ａｌナゲット５１が形成する。それゆえ、溶融Ａｌナゲット５１は、主にアルミニウムからなり、アルミニウム材１０およびアルミめっき層３２の組成の影響を受ける。

また、溶融Ａｌナゲット５１のＦｅ，Ｓｉ濃度は、アルミめっき層３２の厚さ，溶接電流，通電時間，電極形状の組合せに応じて変化し得る。溶融Ａｌナゲット５１へのＦｅ，Ｓｉ供給源となるアルミめっき層３２が厚いほど、溶融Ａｌナゲット５１のＦｅ，Ｓｉ濃度が上昇する。

溶融Ａｌナゲット５１のナゲット径は、以下のように測定することができる。すなわち、接合構造体１Ａにおける溶融Ａｌナゲット５１の大きさ（周囲の物質との境界）は、例えば、図４に示すような断面を撮像した電子顕微鏡写真を用いて視覚的に規定することができる。溶融Ａｌナゲット５１と合金層３３との境界における一端から他端までの幅をＡｌナゲット径Ｗ１とする。

−極側電極１２０および＋極側電極１３０（図１参照）の互いの中心軸の延長線を電極中心線とすると、スポット溶接時には、上記接合界面における、上記電極中心線との距離が近い位置ほど入熱が高い傾向にある。弱入熱領域８０は、当該電極中心線から遠い位置であり、スポット溶接時の入熱が小さい箇所である。一方で、強入熱領域７０は、スポット溶接時の入熱が大きい箇所である。中間領域６０は、弱入熱領域８０における入熱と強入熱領域７０における入熱との間の量の入熱を受けた箇所である。

（強入熱領域）
強入熱領域７０では、比較的高い温度にて加熱されることによってアルミニウム材１０およびアルミめっき層３２が溶融するとともに、合金層３３のＮ濃縮層３４も溶融して各種元素が相互拡散することにより、基材鋼板３１が溶け込む。その結果、アルミニウム材１０に比較してＦｅ濃度が高くなった溶融Ａｌナゲット５１が形成される。

Ｆｅの濃化によって溶融Ａｌナゲット５１が硬質化するものの、継手強度を低下させる脆弱なＦｅ−Ａｌ二元合金層が接合界面に生じやすくなる。すなわち、スポット溶接時に溶融Ａｌが急冷され溶融Ａｌナゲット５１となるとき、強入熱領域７０では、溶融ＡｌからＦｅが接合界面に再析出し、脆弱なＦｅ−Ａｌ二元合金層が生成する。

したがって、強入熱領域７０は、主にＦｅ−Ａｌ系金属間化合物が形成されている。ただし、アルミニウム材１０および溶融アルミニウム系めっき鋼板３０の組成から供給された各種の元素を含むこと、並びに、それら元素により形成された合金を含むことが許容される。本明細書において、「主にＦｅ−Ａｌ系金属間化合物が形成されている」とは、例えば、ナノプローブ電子線解析およびエネルギー分散型Ｘ線分析（ＥＤＸ）を用いて強入熱領域７０を分析した場合に、Ｆｅ−Ａｌ系金属間化合物の存在割合が最も多いことを示すデータが得られることを意味する。

（弱入熱領域）
一方で、弱入熱領域８０は、スポット溶接時に、強入熱領域７０よりも比較的低温ではあるが加熱される領域である。これにより、弱入熱領域８０では、合金層３３（Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ三元合金層）からＦｅおよびＳｉが多少溶解するとともに、Ｆｅ−Ａｌ系金属間化合物が生成する。弱入熱領域８０は、主にＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系金属間化合物が形成されている。本明細書において、「主にＦｅ−Ａｌ−Ｓｉ系金属間化合物が形成されている」とは、強入熱領域７０について上述したことと同様に、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系金属間化合物の存在割合が最も多いことを示すデータが得られることを意味する。

弱入熱領域８０は、溶融Ａｌナゲット５１の端部から０．２ｍｍ程度の幅の領域に形成される。この領域の幅は、溶融Ａｌナゲット５１のナゲット径Ｗ１が変化しても、あまり変動しない。

（中間領域）
中間領域６０では、スポット溶接時に、合金層３３（Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ三元合金層）は溶融する一方でＮ濃縮層３４が残存する程度の入熱となっている。そのため、中間領域６０は、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系金属間化合物とＮ濃縮層３４とが混在している。本明細書において、「Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系金属間化合物とＮ濃縮層３４とが混在している」とは、中間領域６０を分析した場合に、Ｆｅ−Ａｌ−Ｓｉ系金属間化合物およびＮ濃縮層３４の存在を示すデータ（例えば、Ｆｅ、Ａｌ、Ｓｉ、およびＮの存在を検出したデータ）が得られるとともに、以下のようなデータが得られることを意味している。すなわち、中間領域６０において、溶融Ａｌナゲット５１側にＦｅがほぼ検出されず、Ｆｅ−Ａｌ系金属間化合物が生成していないことを示すデータが得られることを意味している。分析手段は、極微小領域の分析を行うことができればよく特に限定されないが、例えばナノプローブ電子線解析およびＥＤＸを用いることができる。

この中間領域６０は、例えば、接合構造体１Ａにアルミニウム材１０を引きはがすような力が加えられた場合に、溶融Ａｌナゲット５１の外周部である弱入熱領域８０の方から進展する亀裂を停止させるように働く。これにより、アルミニウム材１０に更なる力を加えた場合、接合構造体１Ａは、シャー破断ではなくボタン破断となりやすい。つまり、中間領域６０が接合強度を増大させるように働くことにより、溶融Ａｌナゲット５１は高い接合強度を有する。

（残存Ａｌ厚さ）
図６は、接合構造体１Ａにおける残存Ａｌ厚さを測定する方法について説明するための図である。

図６に示すように、本実施形態の接合構造体１Ａは、溶融Ａｌナゲット５１の上部にアルミニウム材１０が残存している。溶融Ａｌナゲット５１の外縁部と、アルミニウム材１０の電極押圧面１１との間の最短距離を残存Ａｌ厚さＬ１とする。本実施形態の接合構造体１Ａは、残存Ａｌ厚さＬ１が０．０１ｍｍ以上である。

ここで、電極押圧面１１の位置（接合構造体１Ａの厚さ方向における位置）は、アルミニウム材１０の表面から窪んだ深さに応じて変化し得る。この深さは、スポット溶接時の加圧力および入熱（溶接電流の大きさおよび通電時間等）の影響を受ける。また、スポット溶接時の加圧力は、アルミニウム材１０と溶融アルミニウム系めっき鋼板３０との密着性（ミクロな接触面積）に関わることから、通電の電流密度にも関わる。そのため、溶融Ａｌナゲット５１の高さも、スポット溶接時の加圧力および入熱の影響を受ける。そして、アルミニウム材１０の板厚および種類、並びに溶融アルミニウム系めっき鋼板３０の板厚および種類によっても、溶接条件と、電極押圧面１１の位置および溶融Ａｌナゲット５１の高さと、の関係は変化する。

それゆえ、（ｉ）接合部の接合強度を高くしつつ（例えば十字引張試験をした場合の接合強度が０．８ｋＮ以上）、（ｉｉ）残存Ａｌ厚さＬ１を０．０１ｍｍ以上とする、という両者の条件を満たすことは容易ではない。

本実施形態の接合構造体１Ａは、以下のような製造方法により実現される。

（接合構造体の製造方法）
本実施形態における接合構造体１Ａの製造方法は、アルミニウム材１０と溶融アルミニウム系めっき鋼板３０とを、直流インバータ方式のスポット溶接機１００を用いてスポット溶接するスポット溶接工程を含む。

（スポット溶接工程）
上記スポット溶接工程では、アルミニウム材１０よりも高い電気抵抗を有する溶融アルミニウム系めっき鋼板３０を＋極側に配置し、アルミニウム材１０を−極側に配置する。そして、＋極側に抵抗値の高い＋極側電極１３０（Ｗ／Ｃｕ電極）を用い、−極側に熱伝導性のよい−極側電極１２０（１％ＣｒＣｕ電極）を用いる。

これにより、溶融Ａｌナゲット５１のナゲット径Ｗ１が大きくなるような溶接条件でスポット溶接を行った場合に、アルミニウム材１０側では、−極側電極１２０の発熱が抑制されるとともに、−極側電極１２０によって電極押圧面１１の部分が効率的に冷却される。そのため、溶融Ａｌナゲット５１が電極押圧面１１に達することが抑制され、残存Ａｌ厚さＬ１を０．０１ｍｍ以上とすることができる。

また、スポット溶接における入熱は、溶接電流と通電時間との積によって調節することができる。ここで、スポット溶接における通電時間の１サイクルとは、スポット溶接機１００に接続している商用電源の電源周波数から決まる時間となる。商用電源は、５０Ｈｚの電源周波数であってよく、６０Ｈｚの電源周波数であってもよい。また、その他の電源周波数であってもよい。電源周波数の違いに応じて溶接電流を調節することにより、入熱を制御することができる。

上記スポット溶接工程では、電極（−極側電極１２０および＋極側電極１３０）の加圧力が１．４ｋＮ以上４．９ｋＮ以下であり、溶接電流と通電時間との積で表される値が４５以上２４０以下の範囲内となるように制御される。そして、残存Ａｌ厚さＬ１が本発明の範囲内となるように、アルミニウム材１０と溶融アルミニウム系めっき鋼板３０とを直流インバータ方式にてスポット溶接する。

なお、スポット溶接時において、−極側電極１２０および＋極側電極１３０には互いに等しい圧力にてアルミニウム材１０に押圧される。そのため、本明細書において、−極側電極１２０または＋極側電極１３０による加圧力は、単に電極の加圧力と表現する。

電極の加圧力および溶接電流と通電時間との積で表される値（すなわち入熱）は、残存Ａｌ厚さＬ１の値に複雑に作用する。例えば、残存Ａｌ厚さＬ１を０．０１ｍｍ以上とするために適切な入熱の値は、各種の条件に応じて変化する。

電極の加圧力が１．４ｋＮ以上４．９ｋＮ以下の範囲内において、溶接電流と通電時間との積で表される値が４５よりも小さい場合、残存Ａｌ厚さＬ１は大きくなる一方で、溶融Ａｌナゲット５１のナゲット径Ｗ１が小さくなりすぎ、充分な接合強度が得られない。また、溶接電流と通電時間との積で表される値が２４０よりも大きい場合、溶融Ａｌナゲット５１のナゲット径Ｗ１を大きくすることができる一方で、入熱が過大となり、溶融Ａｌナゲット５１が電極押圧面１１に到達してしまう。

上記スポット溶接工程では、６０Ｈｚの電源周波数の商用電源を用いる場合、初期加圧は、例えば３５サイクルであり、ホールドは２４サイクルである。初期加圧は、１０サイクル以上であってよく、ホールドは、５サイクル以上であってよい。ホールドとは、電極１２０に通電後に、電極１２０を冷却しつつ該電極１２０を用いて被溶接材を加圧する鍛造加圧のことを意味している。

また、本実施形態の製造方法では、電極として前述のような−極側電極１２０および＋極側電極１３０を用いている。このような電極を用いるとともに、上述の条件にてスポット溶接を行う。上記製造方法によれば、アルミニウム材の板厚および材質、溶融アルミニウム系めっき鋼板の板厚、等が変化しても、残存Ａｌ厚さＬ１を０．０１ｍｍ以上とすることができ、耐食性に優れた接合構造体１Ａを製造することができる。そして、接合構造体１Ａの接合強度を高くすることができ、例えば、十字引張試験の測定結果として０．８ｋＮ以上の接合強度を有する接合構造体を製造することができる。このような高い接合強度は、接合構造体１Ａのナゲット径Ｗ１を大きくするとともに接合部２Ａに特定の領域（中間領域６０）が形成されることにより得られる効果である。

〔実施形態２〕
本発明の他の実施形態について、以下に説明する。なお、説明の便宜上、上記実施形態にて説明した部材と同じ機能を有する部材については、同じ符号を付記し、その説明を繰り返さない。

前記実施形態１では、２枚組の接合構造体について説明した。これに対して、本実施形態では、上述のアルミニウム材１０および溶融アルミニウム系めっき鋼板３０に加えて鋼材を含む、３枚組の接合構造体について説明する。なお、３枚組の接合構造体に限定されず、４枚組以上の接合構造体についても本発明の範疇に含まれる。本明細書において、溶融アルミニウム系めっき鋼板３０における基材鋼板の板厚と、複数枚の鋼材のそれぞれの板厚と、を合計して得られる値を接合構造体における鋼材総板厚と称する。本発明の一態様における接合構造体は、鋼材総板厚の上限が４．３ｍｍである。接合構造体は、鋼材総板厚が４．３ｍｍ以下となる範囲内であれば鋼材の枚数は特に限定されない。なお、鋼材総板厚が４．３ｍｍを超えると、溶融アルミニウム系めっき鋼板３０とその下の鋼材との間のナゲットが生成され難くなる。この場合、十字引張試験をすると、溶融アルミニウム系めっき鋼板３０と鋼材との界面部分で破断し易く、０．８ｋＮ以上の十字引張強度が得られなくなる傾向にある。

例えば、車両用部品を製造する場合、アルミニウム材と複数枚の鋼材とを溶接することを要する場合がある。アルミニウム材は、固有抵抗が低く熱伝導率が高いことから、比較的大きな溶接電流にて短時間に溶接することを要する。

本実施形態の接合構造体は、アルミニウム材と溶融アルミニウム系めっき鋼板とにさらに加えて鋼材を積層して、それらを直流インバータ方式にてスポット溶接することにより異材接合された接合構造体である。直流インバータ方式のスポット溶接機を用いて、このような接合構造体を製造することについては、過去の実績がなく何ら知見が無かった。ましてや、鋼材が複数枚である場合については全く未知であった。

（接合構造体）
本実施形態の接合構造体１Ｂおよび接合部２Ｂについて、図７および図８を用いて説明する。図７は、本発明の実施形態２における接合構造体１Ｂの接合部２Ｂを模式的に示す断面図である。図８は、接合構造体１Ｂにおける残存Ａｌ厚さＬ１を測定する方法について説明するための図である。

本実施形態における接合構造体１Ｂは、鋼材２０に対して、溶融アルミニウム系めっき鋼板３０およびアルミニウム材１０がこの順に積層されてスポット溶接されることにより製造される。

（鋼材）
例えば自動車分野では、適材適所に材料の強度を変更して車体が組み立てられており、一般的な材料強度を有するＳＰＣ２７０級よりも高い強度のＳＰＣ４４０級やＳＰＣ５９０級が使用されていることがある。鋼材２０の鋼種および板厚は、鋼材２０として求められる強度に応じて適宜設定されてよく、特に限定されない。

鋼材２０は、一般冷延鋼板、特殊冷延鋼板、高強度鋼板、熱延鋼板、等であってよく、めっき鋼板であってもよい。鋼材２０は、例えば、ＳＰＣ２７０Ｃ、ＳＰＣ２７０Ｄ、ＳＰＣ４４０、ＳＰＣ５９０、合金化亜鉛めっき鋼板（ＧＡ鋼板）、等であってもよい。鋼材２０の板厚は、例えば、０．８ｍｍ〜１．４ｍｍの範囲内である。

（接合部）
図７に示すように、接合構造体１Ｂの接合部２Ｂには、溶融Ａｌナゲット（第１ナゲット）５１と、溶融アルミニウム系めっき鋼板３０と鋼材２０とを接合する下部ナゲット（第２ナゲット）５２とが形成されている。図７に示す断面図において、下部ナゲット５２は、溶融アルミニウム系めっき鋼板３０および鋼材２０との境界部に形成されており、それらの両方に拡がる楕円状に形成されている。

下部ナゲット５２は、通電によって溶融アルミニウム系めっき鋼板３０と鋼材２０との境界面が抵抗加熱され、Ｆｅの融点まで昇温することにより溶融した鉄が凝固することにより形成される。

３枚組の接合構造体１Ｂについて、溶融Ａｌナゲット５１および下部ナゲット５２の両方を所望の接合強度を満たすように形成することは容易ではない。これは、鉄とアルミニウムとの融点の違いに起因して、スポット溶接時における２つのナゲットの挙動が異なるためである。

本発明者らは、鋭意検討の結果、３枚組の接合構造体１Ｂが高い接合強度を有するために、接合部２Ｂに求められる以下の要件を見出した。

すなわち、本実施形態の接合構造体１Ｂは、下部ナゲット５２のナゲット径Ｗ２に対する溶融Ａｌナゲット５１のナゲット径Ｗ１の比（Ｗ１／Ｗ２の比）が、１．１以上２．０以下となっている。ここで、下部ナゲット５２の楕円形状における長軸の長さを下部ナゲット径Ｗ２とする。

下部ナゲット５２のナゲット径Ｗ２は、前述の溶融Ａｌナゲット５１のナゲット径Ｗ１と同様に測定することができる。すなわち、接合構造体１Ｂにおける下部ナゲット５２の大きさ（周囲の物質との境界）は、例えば、図７に示すような断面を撮像した電子顕微鏡写真を用いて視覚的に規定することができる。

なお、下部ナゲット５２は、図７に示すような楕円形状であるとは限らない。そのため、下部ナゲット５２の下部ナゲット径Ｗ２は、より詳細には以下のように定義される。すなわち、下部ナゲット径Ｗ２は、溶融アルミニウム系めっき鋼板３０と鋼材２０とが当接する界面上における、下部ナゲット５２と溶融アルミニウム系めっき鋼板３０の表面との境界の一方から他方までの長さである。

上記Ｗ１／Ｗ２の比が１．１未満の場合、スポット溶接時の入熱が大きいことによって溶融Ａｌナゲット５１のナゲット径Ｗ１が大きくなりすぎ、アルミニウム材１０が大きく減肉する。そのため、十字引張試験の測定結果として０．８ｋＮ未満の接合強度を有する接合構造体となり得る。つまり、スポット溶接時の入熱を大きくすると、ナゲット径Ｗ１が大きくなる一方でアルミニウム材１０が減肉することにより、電極押圧面１１の部分にてアルミニウム材１０が破断し易くなる。

他方、上記比が２．０を超える場合、スポット溶接時の入熱が小さく、下部ナゲット５２のナゲット径が十分に大きくならない。そのため、接合構造体は、十字引張試験において下部ナゲット５２の部分で破断しやすく接合強度が０．８ｋＮ未満となり得る。

また、図８に示すように、本実施形態の接合構造体１Ｂは、溶融Ａｌナゲット５１の上部にアルミニウム材１０が残存している。溶融Ａｌナゲット５１の外縁部と、アルミニウム材１０の電極押圧面１１との間の最短距離を残存Ａｌ厚さＬ１とする。本実施形態の接合構造体１Ａは、残存Ａｌ厚さＬ１が０．０１ｍｍ以上である。

（接合構造体の製造方法）
本実施形態における接合構造体１Ｂの製造方法は、鋼材２０に対して、溶融アルミニウム系めっき鋼板３０およびアルミニウム材１０がこの順に積層して、直流インバータ方式のスポット溶接機１００を用いてスポット溶接するスポット溶接工程を含む。

本実施形態では、−極側電極１２０がアルミニウム材１０に当接し、＋極側電極１３０が鋼材２０に当接するように配置される。

そして、上記スポット溶接工程では、電極の加圧力が１．４ｋＮ以上４．９ｋＮ以下であり、溶接電流と通電時間との積で表される値が４５以上２４０以下の範囲内となるように制御される。そして、残存Ａｌ厚さＬ１が本発明の範囲内となるように、アルミニウム材１０と溶融アルミニウム系めっき鋼板３０とを直流インバータ方式にてスポット溶接する。

これにより、３枚組の接合構造体１Ｂにおいても、残存Ａｌ厚さＬ１を０．０１ｍｍ以上とすることができ、耐食性に優れた接合構造体を製造することができる。そして、接合構造体１Ｂの接合強度を高くすることができ、例えば、十字引張試験の測定結果として０．８ｋＮ以上の接合強度を有する接合構造体を製造することができる。

〔実施形態３〕
本発明の他の実施形態について、図９を用いて以下に説明する。なお、本実施形態にて説明すること以外の構成は、前記実施形態１および実施形態２と同じである。図９は、本実施形態における接合構造体１Ｃの接合部２Ｃを模式的に示す断面図である。

前記実施形態２では、３枚組の接合構造体１Ｂについて説明した。これに対して、本実施形態の接合構造体１Ｃは、鋼材２０に加えて鋼材２１を含む、４枚組の接合構造体となっている。

図９に示すように、本実施形態の接合構造体１Ｃは、鋼材２１と鋼材２０と溶融アルミニウム系めっき鋼板３０とアルミニウム材１０とが、この順に重ね合わせて積層され、各板材が積層した状態にて直流インバータ方式のスポット溶接機１００を用いてスポット溶接することにより形成される。本実施形態では、−極側電極１２０がアルミニウム材１０に当接し、＋極側電極１３０が鋼材２１に当接するように配置される。

鋼材２１と鋼材２０とは、互いに同じ鋼種であってもよく、互いに異なる鋼種であってもよい。また、互いに同じ板厚であってもよく、互いに異なる板厚であってもよい。鋼材２１の板厚は、例えば、０．８ｍｍ〜１．４ｍｍの範囲内である。

接合構造体１Ｃの接合部２Ｃは、鋼材２１、鋼材２０、および溶融アルミニウム系めっき鋼板３０に拡がる下部ナゲット５５が形成されている。

この場合、溶融アルミニウム系めっき鋼板３０と鋼材２０とが当接する界面上における、下部ナゲット５５と溶融アルミニウム系めっき鋼板３０の表面との境界の一方から他方までの長さをナゲット径（第１鋼ナゲット径）Ｗ２とする。また、鋼材２０と鋼材２１とが当接する界面上における、下部ナゲット５５と鋼材２０（または鋼材２１）の表面との境界の一方から他方までの長さを第２鋼ナゲット径Ｗ３とする。

接合構造体１Ｃは、Ｗ１／Ｗ２の比が１．１〜２．０となっている。第２鋼ナゲット径Ｗ３の長さは、接合構造体１Ｃの接合強度に対する影響が小さい。また、接合構造体１Ｃは、溶融Ａｌナゲット５１と基材鋼板３１との接合界面に中間領域６０が形成されている。

残存Ａｌ厚さＬ１が本発明の範囲内となるように、鋼材２１と鋼材２０と溶融アルミニウム系めっき鋼板３０とアルミニウム材１０とを直流インバータ方式にてスポット溶接する。

これにより、４枚組の接合構造体１Ｃにおいても、残存Ａｌ厚さＬ１を０．０１ｍｍ以上とすることができ、耐食性に優れた接合構造体を製造することができる。そして、例えば、十字引張試験の測定結果として０．８ｋＮ以上の接合強度を有する接合構造体１Ｃを製造することができる。

〔実施形態４〕
本発明の他の実施形態について、図１０を用いて以下に説明する。なお、本実施形態にて説明すること以外の構成は、前記実施形態１〜３と同じである。図１０は、本実施形態における接合構造体１Ｄの接合部２Ｄを模式的に示す断面図である。

前記実施形態３では、４枚組の接合構造体１Ｃについて説明した。これに対して、本実施形態の接合構造体１Ｄは、鋼材２０および鋼材２１に加えて鋼材２２を含む、５枚組の接合構造体となっている。

図１０に示すように、接合構造体１Ｄは、鋼材２２、鋼材２１、鋼材２０、溶融アルミニウム系めっき鋼板３０、およびアルミニウム材１０が、この順に重ね合わせて積層され、各板材が積層した状態にて直流インバータ方式のスポット溶接機１００を用いてスポット溶接することにより形成される。本実施形態では、−極側電極１２０がアルミニウム材１０に当接し、＋極側電極１３０が鋼材２２に当接するように配置される。

鋼材２２、鋼材２１、および鋼材２０は、それぞれが同じ鋼種であってもよく、それぞれ異なる鋼種であってもよい。また、それぞれが同じ板厚であってもよく、それぞれ異なる板厚であってもよい。鋼材２２の板厚は、例えば、０．８ｍｍ〜１．４ｍｍの範囲内である。

接合構造体１Ｄの接合部２Ｄは、鋼材２２、鋼材２１、鋼材２０、および溶融アルミニウム系めっき鋼板３０に拡がる下部ナゲット５８が形成されている。鋼材２１と鋼材２２とが当接する界面上における、下部ナゲット５８と鋼材２１（または鋼材２２）の表面との境界の一方から他方までの長さを第３鋼ナゲット径Ｗ４とする。

接合構造体１Ｄは、Ｗ１／Ｗ２の比が１．１〜２．０となっている。第２鋼ナゲット径Ｗ３および第３鋼ナゲット径Ｗ４の長さは、接合構造体１Ｄの接合強度に対する影響が小さい。また、接合構造体１Ｄは、溶融Ａｌナゲット５１と基材鋼板３１との接合界面に中間領域６０が形成されている。

残存Ａｌ厚さＬ１が本発明の範囲内となるように、鋼材２２と鋼材２１と鋼材２０と溶融アルミニウム系めっき鋼板３０とアルミニウム材１０とを直流インバータ方式にてスポット溶接する。

これにより、５枚組の接合構造体１Ｄにおいても、残存Ａｌ厚さＬ１を０．０１ｍｍ以上とすることができ、耐食性に優れた接合構造体を製造することができる。そして、例えば、十字引張試験の測定結果として０．８ｋＮ以上の接合強度を有する接合構造体１Ｄを製造することができる。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

以下、実施例および比較例により、本発明の接合構造体についてさらに詳細に説明するが、本発明はこれらに限定するものではない。

〔スポット溶接機〕
以下に示す例では、前述のスポット溶接機１００を用いてスポット溶接を行った。初期加圧は３５サイクル、ホールドは２４サイクルとした。商用電源として、６０Ｈｚの電源周波数のものを用いた。電極として、図２を用いて前述した−極側電極１２０および＋極側電極１３０を用いた。

〔十字引張試験〕
図１１は、十字引張試験について説明するための模式図であって、（ａ）は接合構造体の平面図であり、（ｂ）は接合構造体の断面図である。ここでは、４枚組の接合構造体について示している。

図１１の（ａ）および（ｂ）に示すように、鋼材２１および鋼材２０を積層するとともに、その上に溶融アルミニウム系めっき鋼板３０およびアルミニウム材１０をこの順に積層する。アルミニウム材１０として、幅Ｗ１０が５０ｍｍ、長さＬ１０が１５０ｍｍのものを用いている。また、溶融アルミニウム系めっき鋼板３０、鋼材２０、および鋼材２１も同様に、５０ｍｍ×１５０ｍｍのものを用いている。

溶融アルミニウム系めっき鋼板３０とアルミニウム材１０とは互いに十字になるように積層する。そして、溶接点３に電極をあててスポット溶接する。これにより、接合構造体を形成する。

接合構造体のアルミニウム材１０に上方向の力を与えるとともに、溶融アルミニウム系めっき鋼板３０に下方向の力を与えることにより、十字引張試験を行う。これにより、十字引張強度（ｋＮ）を評価した。十字引張強度が０．８ｋＮ以上を合格と判定し、○評価とした。十字引張試験は、ＪＩＳ Ｚ ３１３７に準拠して行った。

〔断面観察〕
製造した接合構造体のそれぞれを、溶接部の中心が観察できるようエポキシ樹脂に埋め込み、研磨処理を行った。研磨処理後、３％ＮａＯＨ水溶液でエッチングを行い、次いで３％の硝酸を溶かしたエタノールで更にエッチングを行った。これにより、溶接部におけるナゲット径の測定を可能にした。光学顕微鏡を用いて断面観察することにより、アルミニウム溶融ナゲットおよび鋼材溶融ナゲットのナゲット径、並びに残存Ａｌ厚さＬ１を測定した。

〔耐食性〕
製造した接合構造体のそれぞれについて、ＪＩＳ Ｚ２３７１：２０００に規定される、塩水噴霧試験（ＳＳＴ）を行い、白錆発生時間を測定した。以下の基準で接合構造体の耐食性を評価し、○評価を合格と判定した。

○：１０時間で白錆発生無し
×：１０時間で白錆発生有り。

（実施例１：２枚組）
板厚１．０ｍｍのアルミニウム合金６０２２または板厚１．０ｍｍ若しくは３．０ｍｍのアルミニウム合金５０５２（アルミニウム材）と、板厚０．５ｍｍ、１．０ｍｍ、または１．６ｍｍの溶融アルミニウム系めっき鋼板と、を積層して、下記表１または表２に示す条件にてスポット溶接した。そして、各試料について、断面観察、十字引張試験、および塩水噴霧試験を行った。

溶融アルミニウム系めっき鋼板として、前述の溶融アルミニウム系めっき鋼板３０を用いた。そのため、基材鋼板中に所定量のＮを含有しており、溶融アルミニウム系めっき鋼板は、Ｎ濃縮層を含む。このことは、以下の他の実施例の説明においても同様である。

アルミニウム材としてアルミニウム合金６０２２を用いた場合の結果を表１に示す。なお、下表１に記載のＡｌ溶融ナゲット径は、図４を用いて上述した溶融Ａｌナゲット５１のナゲット径Ｗ１に対応し、溶融Ａｌナゲット最上部からアルミニウム合金の表層までの距離は、残存Ａｌ厚さＬ１に対応している。このことは以下の他の実施例の説明においても同様である。

表１のＮｏ．１〜６に示すように、残存Ａｌ厚さＬ１が本発明の範囲内の実施例の接合構造体は、優れた耐食性を示すとともに、優れた十字引張強度を示した。

これに対し、アルミニウム材の溶融ナゲットが該アルミニウム材の表層に達している比較例Ｎｏ．７〜９では、十字引張強度に優れているが、耐食性に劣る。

また、アルミニウム材としてアルミニウム合金５０５２を用いた場合の結果を表２に示す。

表２のＮｏ．１１〜１４に示すように、残存Ａｌ厚さＬ１が本発明の範囲内の実施例の接合構造体は、優れた耐食性を示すとともに、優れた十字引張強度を示した。

これに対し、アルミニウム材の溶融ナゲットが該アルミニウム材の表層に達している比較例Ｎｏ．１５、１６では、十字引張強度に優れているが、耐食性に劣る。

また、実施例Ｎｏ．１４および比較例Ｎｏ．１６から、以下のことがわかる。すなわち、アルミニウム材の板厚が３ｍｍと厚い場合であっても、スポット溶接時の入熱が特定の値よりも高くなると、アルミニウム材の溶融ナゲットが該アルミニウム材の表層に達し、耐食性が低下し得る。

（実施例２：３枚組）
板厚１．２ｍｍのアルミニウム合金（アルミニウム材）と、板厚０．５ｍｍの溶融アルミニウム系めっき鋼板と、板厚０．８ｍｍ〜１．４ｍｍの各種の鋼種の鋼材とを積層して、下記表３に示す条件にてスポット溶接した。鋼板総板厚は１．３ｍｍ〜１．９ｍｍとした。なお、下表３に記載の鋼材溶融ナゲット径は、下部ナゲット５２のナゲット径Ｗ２に対応している。アルミニウム材としてアルミニウム合金６０２２を用いた。

表３のＮｏ．２１〜３４に示すように、残存Ａｌ厚さＬ１が本発明の範囲内の実施例の接合構造体は、優れた耐食性を示すとともに、優れた十字引張強度を示した。

これに対し、アルミニウム材の溶融ナゲットが該アルミニウム材の表層に達している比較例Ｎｏ．３５、３６では、十字引張強度に優れているが、耐食性に劣る。

（実施例３：４枚組）
板厚１．２ｍｍのアルミニウム合金（アルミニウム材）と、板厚０．５ｍｍの溶融アルミニウム系めっき鋼板と、板厚０．８ｍｍのＧＡ鋼板（第１の鋼材）と、板厚１．０ｍｍの各種の鋼種の第２の鋼材とを積層して、下記表４に示す条件にてスポット溶接した。鋼板総板厚は２．３ｍｍとした。アルミニウム材としてアルミニウム合金６０２２を用いた。

４枚組の接合構造体では、（ｉ）溶融Ａｌナゲットの径と、（ｉｉ）溶融アルミニウム系めっき鋼板と該鋼板に隣接する鋼材との間における鋼材溶融ナゲットの径（前述のナゲット径Ｗ２に相当）と、を用いてナゲット径の比を算出した。

表４のＮｏ．４１〜４４に示すように、残存Ａｌ厚さＬ１およびナゲット径の比が本発明の範囲内の実施例の接合構造体は、優れた耐食性を示すとともに、優れた十字引張強度を示した。

（実施例４：５枚組）
板厚１．２ｍｍのアルミニウム合金（アルミニウム材）と、板厚０．５ｍｍの溶融アルミニウム系めっき鋼板と、３枚の鋼材とを積層して、下記表５に示す条件にてスポット溶接した。上記３枚の鋼材は、板厚０．８ｍｍまたは１．４ｍｍの各種の鋼種の第１の鋼材、板厚１．０ｍｍの各種の鋼種の第２の鋼材、および板厚１．０ｍｍまたは１．４ｍｍの各種の鋼種の第３の鋼材である。鋼板総板厚は３．３ｍｍまたは４．３ｍｍとした。アルミニウム材としてアルミニウム合金６０２２を用いた。

５枚組の接合構造体の場合も、４枚組の場合と同様に、（ｉ）溶融Ａｌナゲットの径と、（ｉｉ）溶融アルミニウム系めっき鋼板と該鋼板に隣接する鋼材との間に形成される鋼材溶融ナゲットの径（前述のナゲット径Ｗ２に相当）と、を用いてナゲット径の比を算出した。

表５のＮｏ．５１〜５６に示すように、残存Ａｌ厚さＬ１およびナゲット径の比が本発明の範囲内の実施例の接合構造体は、優れた耐食性を示すとともに、優れた十字引張強度を示した。

１Ａ〜１Ｄ 接合構造体
２Ａ〜２Ｄ 接合部
１０ アルミニウム材
１１ 電極押圧面（第１表面）
２０ 鋼材
３０ 溶融アルミニウム系めっき鋼板
３１ 基材鋼板（下地鋼）
３４ Ｎ濃縮層
５１ 溶融Ａｌナゲット（第１ナゲット）
５２ 下部ナゲット（第２ナゲット）
１２０ −極側電極
１３０ ＋極側電極
１３１ 芯材（タングステンからなる芯材）

Claims (5)

1. アルミニウム材と溶融アルミニウム系めっき鋼板とをスポット溶接することにより接合された接合構造体であって、
   前記アルミニウム材と前記溶融アルミニウム系めっき鋼板との境界部にアルミニウムの溶融ナゲットが形成されており、
   前記アルミニウム材の、前記溶融アルミニウム系めっき鋼板と対向する側の面とは反対側の面を第１表面とし、
   前記溶融ナゲットの外縁部と、前記アルミニウム材の第１表面との間の最短距離が０．０１ｍｍ以上であることを特徴とする接合構造体。
2. 前記アルミニウム材および前記溶融アルミニウム系めっき鋼板が、鋼材に対してこの順に積層されてスポット溶接されることにより、前記鋼材と前記溶融アルミニウム系めっき鋼板と前記アルミニウム材とが接合されており、
   前記溶融ナゲットを第１ナゲットとし、前記溶融アルミニウム系めっき鋼板と前記鋼材との境界部に形成されるナゲットを第２ナゲットとすると、
   前記第２ナゲットのナゲット径に対する前記第１ナゲットのナゲット径の比が１．１以上２．０以下であることを特徴とする請求項１に記載の接合構造体。
3. アルミニウム材と溶融アルミニウム系めっき鋼板とをスポット溶接するスポット溶接工程を含む接合構造体の製造方法であって、
   前記アルミニウム材がマイナス極側、前記溶融アルミニウム系めっき鋼板がプラス極側となるように配置し、
   前記アルミニウム材の、前記溶融アルミニウム系めっき鋼板と対向する側の面とは反対側の面を第１表面とし、
   前記スポット溶接工程では、
   前記マイナス極側に銅合金からなる電極、前記プラス極側にタングステンからなる芯材を先端に埋設した銅合金からなる電極を用いて、
   前記アルミニウム材と前記溶融アルミニウム系めっき鋼板との境界部に形成される溶融ナゲットの外縁部と、前記アルミニウム材の第１表面と、の間の最短距離が０．０１ｍｍ以上となるように、直流インバータ方式にて前記アルミニウム材と前記溶融アルミニウム系めっき鋼板とをスポット溶接することを特徴とする接合構造体の製造方法。
4. 前記スポット溶接工程では、前記電極の加圧力が１．４ｋＮ以上４．９ｋＮ以下であり、溶接電流と通電時間との積で表される値が４５以上２４０以下の範囲内であることを特徴とする請求項３に記載の接合構造体の製造方法。
5. 前記スポット溶接工程にて形成される前記接合構造体の十字引張試験の測定結果として、接合強度が０．８ｋＮ以上であることを特徴とする請求項３または４に記載の接合構造体の製造方法。

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