JP7424948B2 - 異材接合方法、及びこれに用いるリベット - Google Patents
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Description
本発明は、異材接合方法、及びこれに用いるリベットに関する。
近年、排気ガス等による地球環境問題に対して、自動車等の輸送機における車体の軽量化によって燃費の向上を図る取り組みがなされている。車体の軽量化をできるだけ阻害せず、自動車の車体衝突時の安全性を高めるため、自動車の車体構造に対して、従来から使用されている鋼材の一部を、より軽量でエネルギー吸収性にも優れたアルミニウム合金材等の軽合金材に置換した適用例が増加しつつある。
これらのアルミニウム合金材は、車体の全ての部分をアルミニウム合金材で構成しない限り、通常の自動車の車体で元々汎用されている鋼板又は型鋼等の鋼材（鋼部材）と組み合わせて使用する必要がある。そのため、必然的にアルミニウム合金材と鋼材との異種金属同士の接合（異材接合）が必要となる。このような異材接合方法が特許文献１に開示されている。
また、アルミニウム合金材と鋼部材との間には、両者の電位差による腐食（電食）を防ぎ、更に接合強度を確保するために接着剤層を設ける場合が多い。そのような接着材層を設ける接合方法が特許文献２に開示されている。
しかし、特許文献２の接合方法では、接着剤が存在する部分では金属同士が接触しないため、リベットが溶接される部分から接着剤を予め除去しておく必要がある。この接着剤の除去工程は非常に手間がかかり、現実的ではない。
そこで、接着剤を残したままにして、スポット溶接時に接着剤が排除されるように溶接する、いわゆるウエルドボンド法の適用が望ましい。しかし、ウエルドボンド法をそのまま適用すると、溶接部から火花・チリが発生しやすく、所望のナゲット形状が得られにくくなり、その結果、接合強度が低下する。
そこで、接着剤を残したままにして、スポット溶接時に接着剤が排除されるように溶接する、いわゆるウエルドボンド法の適用が望ましい。しかし、ウエルドボンド法をそのまま適用すると、溶接部から火花・チリが発生しやすく、所望のナゲット形状が得られにくくなり、その結果、接合強度が低下する。
本発明は上記の問題を解決したものであり、リベットを使用したウエルドボンド法において、チリ等の発生を抑制して良好なスポット溶接ができる異材接合方法、及びこれに用いるリベットを提供することを目的とする。
本発明は下記の構成からなる。
（１） 頭部と軸部とを有する鋼製のリベットの前記軸部を、アルミニウム材に打ち込んで貫通させ、
前記リベットが貫通して取り付けられた前記アルミニウム材と、鋼材とを、前記アルミニウム材の前記リベットの軸部先端側と前記鋼材との間に樹脂層を挟んで重ねて配置し、
前記リベットと前記鋼材とを一対の電極で挟み、電極間で加圧した状態で通電しながら、前記樹脂層を前記電極間から排除しつつスポット溶接する異材接合方法であって、
前記リベットの軸部先端面の曲率半径が１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である、
異材接合方法。
（２） 下穴が設けられたアルミニウム材と、鋼材とを、樹脂層を挟んで重ねて配置し、
頭部と軸部とを有する鋼製のリベットの前記軸部を、前記アルミニウム材の前記下穴に貫通させ、
前記リベットと前記鋼材とを一対の電極で挟み、電極間で加圧した状態で通電しながら、前記樹脂層を前記電極間から排除しつつスポット溶接する異材接合方法であって、
前記リベットの軸部先端面の曲率半径が１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である、
異材接合方法。
（３） 頭部と軸部とを有する鋼製のリベットであって、
前記軸部が貫通して取り付けられたアルミニウム材と、鋼材とを、前記アルミニウム材の前記リベットの軸部先端側と前記鋼材との間に樹脂層を挟んで重ねて配置し、
前記リベットと前記鋼材とを一対の電極で挟み、電極間で加圧した状態で通電しながら、前記樹脂層を前記電極間から排除しつつスポット溶接する異材接合に用いられ、
前記軸部の先端面の曲率半径が１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である、
リベット。
（１） 頭部と軸部とを有する鋼製のリベットの前記軸部を、アルミニウム材に打ち込んで貫通させ、
前記リベットが貫通して取り付けられた前記アルミニウム材と、鋼材とを、前記アルミニウム材の前記リベットの軸部先端側と前記鋼材との間に樹脂層を挟んで重ねて配置し、
前記リベットと前記鋼材とを一対の電極で挟み、電極間で加圧した状態で通電しながら、前記樹脂層を前記電極間から排除しつつスポット溶接する異材接合方法であって、
前記リベットの軸部先端面の曲率半径が１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である、
異材接合方法。
（２） 下穴が設けられたアルミニウム材と、鋼材とを、樹脂層を挟んで重ねて配置し、
頭部と軸部とを有する鋼製のリベットの前記軸部を、前記アルミニウム材の前記下穴に貫通させ、
前記リベットと前記鋼材とを一対の電極で挟み、電極間で加圧した状態で通電しながら、前記樹脂層を前記電極間から排除しつつスポット溶接する異材接合方法であって、
前記リベットの軸部先端面の曲率半径が１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である、
異材接合方法。
（３） 頭部と軸部とを有する鋼製のリベットであって、
前記軸部が貫通して取り付けられたアルミニウム材と、鋼材とを、前記アルミニウム材の前記リベットの軸部先端側と前記鋼材との間に樹脂層を挟んで重ねて配置し、
前記リベットと前記鋼材とを一対の電極で挟み、電極間で加圧した状態で通電しながら、前記樹脂層を前記電極間から排除しつつスポット溶接する異材接合に用いられ、
前記軸部の先端面の曲率半径が１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である、
リベット。
本発明によれば、リベットを使用したウエルドボンド法において、チリ等の発生を抑制した良好なスポット溶接により異材接合が行える。
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の異材接合方法においては、使用するリベットの軸部先端形状を所定範囲の曲率半径に設定している。
＜リベットの構成＞
図１は、本発明に係るアルミニウム材と鋼材との異材接合に用いるリベットの断面図である。
リベット１１は、鋼製であって、円板状の頭部１３と、頭部１３の中心と同軸に接続される軸部１５とを有する。頭部１３における軸部１５との接続側の面（図１における頭部裏側の環状面）には、軸部１５を取り囲むように周方向に沿って溝１７が形成されている。溝１７は、その断面が台形状をなしているが、溝１７の形状は任意である。図１に示す軸部１５は、直径が一定の円柱状であるが、頭部１３側の基端から先端に向けて徐々に大きくなる形状であってもよく、軸断面が楕円であってもよい。
図１は、本発明に係るアルミニウム材と鋼材との異材接合に用いるリベットの断面図である。
リベット１１は、鋼製であって、円板状の頭部１３と、頭部１３の中心と同軸に接続される軸部１５とを有する。頭部１３における軸部１５との接続側の面（図１における頭部裏側の環状面）には、軸部１５を取り囲むように周方向に沿って溝１７が形成されている。溝１７は、その断面が台形状をなしているが、溝１７の形状は任意である。図１に示す軸部１５は、直径が一定の円柱状であるが、頭部１３側の基端から先端に向けて徐々に大きくなる形状であってもよく、軸断面が楕円であってもよい。
軸部１５の先端面（軸部先端面）１５ａは、軸方向に突出する湾曲面となっている。軸部先端面１５ａの曲率半径Ｒは、１０ｍｍ以上、好ましくは２０ｍｍ以上、より好ましくは４０ｍｍ以上であり、３００ｍｍ以下、好ましくは１００ｍｍ以下、より好ましくは６０ｍｍ以下である。軸部先端面１５ａの湾曲の頂部１９は、軸部１５の中心軸と一致している。
＜異材接合方法の手順＞
次に、上記のリベット１１を使用して、アルミニウム材と鋼材とを異材接合する手順を説明する。
図２は、リベット１１の打ち込み工程を（Ａ）～（Ｃ）に段階的に示す工程説明図である。
図２の（Ａ）に示すように、上部が円筒状のダイ２１の上にアルミニウム材２３を載置し、リベット１１をこのダイ２１の上方に配置する。そして、リベット１１の頭部１３をポンチ２５によりアルミニウム材２３に向けて打ち込む。
次に、上記のリベット１１を使用して、アルミニウム材と鋼材とを異材接合する手順を説明する。
図２は、リベット１１の打ち込み工程を（Ａ）～（Ｃ）に段階的に示す工程説明図である。
図２の（Ａ）に示すように、上部が円筒状のダイ２１の上にアルミニウム材２３を載置し、リベット１１をこのダイ２１の上方に配置する。そして、リベット１１の頭部１３をポンチ２５によりアルミニウム材２３に向けて打ち込む。
アルミニウム材２３としては、２０００系、３０００系、４０００系、５０００系、６０００系、７０００系のアルミニウム合金、又は１０００系の純アルミニウムの展伸材を利用できる。溶接性の観点から、特に５０００系、６０００系、７０００系のアルミニウム合金であることが好ましい。また、アルミニウム材２３としては、板材に限らず、押出部材（パイプ材や、中空、中実、異形断面の形材）、鍛造材（板材、リブ付材）であってもよい。さらに、アルミニウム材２３の表面に、予備処理としてブラスト処理、エッチング処理、ブラシ研磨処理等の各種表面処理を施してもよい。その場合には、アルミニウム材の表面の有機物が除去され、接合品質が向上する。
図２の（Ｂ）に示すように、ポンチ２５を下降させて、リベット１１をアルミニウム材２３に押し込むと、アルミニウム材２３における軸部１５に対向する部分が軸部１５により打ち抜かれ、この打ち抜かれた部分（ブランク）２３Ａがダイ２１の内側に落下する。リベット１１はポンチ２５によりアルミニウム材２３に向けて押圧されるので、アルミニウム材２３における、頭部１３とダイ２１との間に挟まれた部分が、頭部１３の軸部周囲に形成された溝１７内に塑性流動して、進入する。
これにより、図２の（Ｃ）に示すように、リベット１１の軸部１５がアルミニウム材２３を貫通し、軸部先端面１５ａがアルミニウム材２３の下面に露出する。また、頭部１３に形成された溝１７内にアルミニウム材２３が入り込み、リベット１１がアルミニウム材２３にかしめ固定される。
このリベット１１の打ち込みは、例えば、アルミニウム材２３のプレス成形工程（トリミング工程）にて、プレス成形と同時に行ってもよい。即ち、アルミニウム材２３をプレス成形する際に、プレスの型にポンチを設置し、又はポンチの代わりにプレス型自体を使用して、リベット１１をプレス型の下降と同時に打ち抜く。これにより、リベット１１がアルミニウム材２３にかしめ固定される。この状態では、アルミニウム材２３が抵抗スポット溶接ラインに搬送される際、リベット１１はアルミニウム材２３にかしめ固定されているので、搬送の過程でリベット１１が落下することはない。したがって、溶接の施工性を高められる。
図３は、リベット１１が打ち込まれたアルミニウム材２３を、樹脂層２７を挟んで鋼材２９と重ねる様子を示す工程説明図である。
鋼材２９としては、軟鋼、高張力鋼等を利用できる。鋼材２９の片側表面には樹脂層２７が形成される。樹脂層２７は、アルミニウム材２３と鋼材２９とを接合する接着剤である。また、樹脂層２７は電気絶縁性を有することで、アルミニウム材２３と鋼材２９との接触による電食を防止しつつ、両者を強固に接合する。
鋼材２９としては、軟鋼、高張力鋼等を利用できる。鋼材２９の片側表面には樹脂層２７が形成される。樹脂層２７は、アルミニウム材２３と鋼材２９とを接合する接着剤である。また、樹脂層２７は電気絶縁性を有することで、アルミニウム材２３と鋼材２９との接触による電食を防止しつつ、両者を強固に接合する。
樹脂層２７に用いる接着剤は、液体又は粘性のある状態で鋼材２９に塗布されてもよいが、アルミニウム材２３に塗布してもよい。また、樹脂層２７は、接着剤の塗布に限らず、シート状の接着シートを配置することでもよい。接着シートを用いる場合は、接着シートを鋼材２９又はアルミニウム材２３、あるいは双方に予め接着させておいてもよいが、アルミニウム材２３と鋼材２９とを重ねるときに一緒に接着してもよい。これにより、アルミニウム材２３におけるリベット１１の軸部先端側の面と、鋼材２９の表面との間に樹脂層２７が挟まれて配置される。
図４は、アルミニウム材２３と鋼材２９とをリベット１１を用いて抵抗スポット溶接する様子を示す工程説明図である。
リベット１１が設けられたアルミニウム材２３と、アルミニウム材２３に重なる鋼材２９とを、リベット１１の位置で一対の電極３３，３５により挟み込む。そして、不図示の加圧装置によって電極３３，３５の一方を他方に向けて加圧しつつ、不図示の電源装置によって電極間に通電する（電流Ｉ）。すると、リベット１１の軸部先端面１５ａと鋼材２９との間に、所望の大きさのナゲット３７が形成される。
リベット１１が設けられたアルミニウム材２３と、アルミニウム材２３に重なる鋼材２９とを、リベット１１の位置で一対の電極３３，３５により挟み込む。そして、不図示の加圧装置によって電極３３，３５の一方を他方に向けて加圧しつつ、不図示の電源装置によって電極間に通電する（電流Ｉ）。すると、リベット１１の軸部先端面１５ａと鋼材２９との間に、所望の大きさのナゲット３７が形成される。
ここで、アルミニウム材２３と鋼材２９を電極間で加圧し、電極間に通電してナゲット３７を形成するまでの様子を詳細に説明する。
図５は、電極間を加圧してから通電するまでの様子を（Ａ）～（Ｄ）に段階的に示す説明図である。
図５の（Ａ）に示すように、リベット１１の軸部先端面１５ａの頂部１９が、図４に示す電極３３，３５の挟み込みによって樹脂層２７に押し当てられた状態で、通電が開始される。すると、図５の（Ｂ）に示すように、頂部１９付近の樹脂層２７は、通電によって集中的に加熱されて溶融し、径方向外側に向けて流動（矢印Ｍ）するか、一部が昇華する。そして、所定の曲率半径Ｒに形成された軸部先端面１５ａは、頂部１９を含む頂部１９近傍の領域Ｗが鋼材２９と接触する。つまり、頂部１９付近の樹脂層２７が径方向外側へ移動させて、樹脂層の２７の存在しない領域を発生させ、軸部１５の曲率半径Ｒの軸部先端面１５ａを、鋼材２９と面接触した状態にする。
図５は、電極間を加圧してから通電するまでの様子を（Ａ）～（Ｄ）に段階的に示す説明図である。
図５の（Ａ）に示すように、リベット１１の軸部先端面１５ａの頂部１９が、図４に示す電極３３，３５の挟み込みによって樹脂層２７に押し当てられた状態で、通電が開始される。すると、図５の（Ｂ）に示すように、頂部１９付近の樹脂層２７は、通電によって集中的に加熱されて溶融し、径方向外側に向けて流動（矢印Ｍ）するか、一部が昇華する。そして、所定の曲率半径Ｒに形成された軸部先端面１５ａは、頂部１９を含む頂部１９近傍の領域Ｗが鋼材２９と接触する。つまり、頂部１９付近の樹脂層２７が径方向外側へ移動させて、樹脂層の２７の存在しない領域を発生させ、軸部１５の曲率半径Ｒの軸部先端面１５ａを、鋼材２９と面接触した状態にする。
この面接触状態で通電し続けると、軸部先端面１５ａの頂部１９を含む所定範囲の領域Ｗと鋼材２９との接触面で加熱が進行し、面接触した領域Ｗを始点としてナゲット３７が形成される。つまり、軸部１５の中心部を始点とし、中心部から周辺に向けて広がる理想的な形態でナゲット３７が形成される。このナゲット３７は、図５の（Ｄ）に示すように、通電に伴って成長し続け、リベット１１と鋼材２９とが十分な接合強度が得られる大きさにまで成長する。
つまり、リベット１１の軸部先端面１５ａの曲率半径Ｒを、前述した１０ｍｍ以上、３００ｍｍ以下の範囲に設定することで、通電時に軸部先端面１５ａの頂部１９付近の樹脂層２７を円滑に除去できる。仮に軸部先端面１５ａが平坦面である場合には、樹脂層２７の移動が促進されず、樹脂層２７の除去が不十分となる。その場合、樹脂層２７は電気絶縁性を有するために、ナゲット形成時の電流の流れを乱し、短絡や火花を発生させる要因となる。
そして、軸部先端面１５ａの樹脂層２７が除去された領域Ｗの部分、つまり軸部１５の中心軸Ｌを含み、曲率半径Ｒに応じた所定の大きさを有する面が、鋼材２９と面接触することで、ナゲット３７が頂部１９を中心にして安定して形成される。これにより、ナゲット３７が中心軸Ｌから偏って形成されることを防止して、適正な大きさのナゲットを確実に形成できる。
さらに、通電時に電極間が加圧されることで、図５の（Ｃ）に示す形成初期のナゲット３７の周囲では、軸部先端面１５ａと鋼材２９との間の押圧力によって、環状のコロナボンドが形成される。このコロナボンドにより、ナゲット３７の溶融体（鋼の溶湯）が堰き止められ、チリの発生を確実に防止できる。
軸部先端面１５ａは、曲率半径Ｒを１０ｍｍ未満とすると、スポット溶接の通電時における電流の流れが軸部先端の微小領域に集中してしまい、ナゲットの成長が抑制される。一方、曲率半径Ｒが３００ｍｍを超えると、つまり、平坦面に近づくほど、ナゲットの初期形成点の位置が不安定となり、軸部１５の中心軸からずれた位置を始点にナゲットが形成されやすくなる。ナゲットの初期形成点が軸部１５の中心軸から偏ると、ナゲット形成位置を囲むコロナボンドが環状にならず、一部が欠落する。すると、欠落した部分から溶融金属が飛散してチリが発生する。その結果、ナゲットサイズが小さくなり、溶接強度の低下を招くことになる。
このように、抵抗スポット溶接により、樹脂層２７を介して異材接合する場合でも、リベット１１の軸部先端面１５ａの曲率半径Ｒを適正にすることで、火花、チリを発生させることなく、軸部１５の中心に所望の大きさのナゲットを安定して形成でき、必要十分な接合強度を得られる。
また、リベット１１がアルミニウム材２３とかしめられることで、リベット１１と鋼材２９との鋼－鋼の同種材同士のスポット溶接部に、このアルミニウム材２３とリベット１１とのかしめによる加工硬化を発生させ、互いの接合力（機械的な接合力）を更に加えることができる。そのため、スポット溶接とかしめとの両接合の相乗効果によって、異材接合体としての高い接合強度が得られる。さらに、リベット１１をアルミニウム材２３に押し込んで、かしめる際に、アルミニウム材２３側の割れ発生も防止できる。
＜他の構成例＞
上記例ではリベット１１をアルミニウム材２３に打ち込むことで、リベット１１をアルミニウム材２３にかしめ固定していたが、リベット１１のアルミニウム材２３への固定方法はこれに限らない。
図６は、アルミニウム材２３にリベット１１を固定する他の方法を（Ａ），（Ｂ）で示す工程説明図である。
上記例ではリベット１１をアルミニウム材２３に打ち込むことで、リベット１１をアルミニウム材２３にかしめ固定していたが、リベット１１のアルミニウム材２３への固定方法はこれに限らない。
図６は、アルミニウム材２３にリベット１１を固定する他の方法を（Ａ），（Ｂ）で示す工程説明図である。
図６の（Ａ）に示すように、アルミニウム材２３のリベット１１を設ける部位に、予めリベット１１の軸部１５が貫通可能な内径の下孔２３ａを設けておく。そして、図６の（Ｂ）に示すように、この下孔２３ａにリベット１１の軸部１５をプレス等により貫通させることで、リベット１１をアルミニウム材２３にかしめ固定する。
このようなリベット１１のプレスによるアルミニウム材２３へのかしめ接合は、例えば、アルミニウム材２３が自動車の車体構造材である場合、車体のプレス成形工程の中で実施してもよい。また、このようなプレス成形工程とは別途に、その前後の工程、例えばアルミニウム板の製造工程等で実施してもよい。
図７は、図４に示す異材接合体の他の構成を示す断面図である。
ここでは、鋼材２９のアルミニウム材２３側の反対側に、更に別の鋼材３０を重ねている。この構成によれば、複数の鋼材２９、３０を重ね合わせてリベット１１とスポット溶接することで、３枚の材料を一度の溶接で簡単に接合できる。そして、鋼材２９，３０が複数枚設けられることで、異材接合体の強度を向上でき、異材接合の適用範囲を拡大できる。なお、鋼材の枚数は３枚以上であってもよく、板厚は同じであってもよく、異なっていてもよい。同様にアルミニウム材２３の枚数、板厚も任意である。
ここでは、鋼材２９のアルミニウム材２３側の反対側に、更に別の鋼材３０を重ねている。この構成によれば、複数の鋼材２９、３０を重ね合わせてリベット１１とスポット溶接することで、３枚の材料を一度の溶接で簡単に接合できる。そして、鋼材２９，３０が複数枚設けられることで、異材接合体の強度を向上でき、異材接合の適用範囲を拡大できる。なお、鋼材の枚数は３枚以上であってもよく、板厚は同じであってもよく、異なっていてもよい。同様にアルミニウム材２３の枚数、板厚も任意である。
＜リベットの表面処理＞
次に、リベット１１の表面に皮膜を形成する処理を説明する。
リベット１１の表面に、例えば１３～１８％のニッケル共晶率となる亜鉛高共晶ニッケルめっき皮膜を設けることが好ましい。
亜鉛高共晶ニッケルめっき皮膜は、５～１１μｍの膜厚が好ましく、耐食性、耐熱性に優れた特性にできる。これにより、電食を効果的に防止できる。
次に、リベット１１の表面に皮膜を形成する処理を説明する。
リベット１１の表面に、例えば１３～１８％のニッケル共晶率となる亜鉛高共晶ニッケルめっき皮膜を設けることが好ましい。
亜鉛高共晶ニッケルめっき皮膜は、５～１１μｍの膜厚が好ましく、耐食性、耐熱性に優れた特性にできる。これにより、電食を効果的に防止できる。
また、リベット１１の亜鉛高共晶ニッケルめっき皮膜上に更に化成皮膜を設けることが好ましい。この化成皮膜は、亜鉛高共晶ニッケルめっきを施したリベットの表面に、クロメート処理（ＪＩＳ Ｈ ０２０１）を施して得られる、クロメート皮膜であってもよい。
クロメート皮膜は、塗料等と比較して薄い皮膜で、高い耐食性、耐熱性を確保できる。また、異材接合後の電着塗装等において、塗料の密着性が良好となる。
また、クロメート皮膜に代えて、ジルコン系の化成皮膜を形成してもよい。ジルコン系の化成処理としては、例えば、リン酸ジルコニウムを用いた化成形性処理が挙げられる。ジルコン系の化成皮膜を用いることで、クロムフリー化した処理にできる。
クロメート皮膜は、塗料等と比較して薄い皮膜で、高い耐食性、耐熱性を確保できる。また、異材接合後の電着塗装等において、塗料の密着性が良好となる。
また、クロメート皮膜に代えて、ジルコン系の化成皮膜を形成してもよい。ジルコン系の化成処理としては、例えば、リン酸ジルコニウムを用いた化成形性処理が挙げられる。ジルコン系の化成皮膜を用いることで、クロムフリー化した処理にできる。
次に、図７に示すように、リベットが固定されたアルミニウム材と２枚の鋼材とを樹脂層を挟んで重ね合わせ、リベットと鋼材とをスポット溶接した場合の溶接部の状態を、それぞれ異なる条件の試験例１～２０で評価した。
試験例１～１４で用いたアルミニウム材、鋼材、リベット、樹脂層、及び溶接条件は次の通りであり、表１～４に試験結果と合わせて纏めて示す。
（材料）
アルミニウム材：５０００系アルミニウム合金板 厚さ１．１ｍｍ
鋼材（内側） ：１００ｋｇ（９８０ＭＰａ）級高張力鋼板 厚さ１．４ｍｍ
鋼材（外側） ：１００ｋｇ（９８０ＭＰａ）級高張力鋼板 厚さ１．８ｍｍ
リベット ：頭部直径１２ｍｍ、軸部直径８．０ｍｍ
樹脂層 ：接着剤（一液性熱硬化型構造接着剤）
試験例１～１４で用いたアルミニウム材、鋼材、リベット、樹脂層、及び溶接条件は次の通りであり、表１～４に試験結果と合わせて纏めて示す。
（材料）
アルミニウム材：５０００系アルミニウム合金板 厚さ１．１ｍｍ
鋼材（内側） ：１００ｋｇ（９８０ＭＰａ）級高張力鋼板 厚さ１．４ｍｍ
鋼材（外側） ：１００ｋｇ（９８０ＭＰａ）級高張力鋼板 厚さ１．８ｍｍ
リベット ：頭部直径１２ｍｍ、軸部直径８．０ｍｍ
樹脂層 ：接着剤（一液性熱硬化型構造接着剤）
（溶接条件）
溶接電流：８．０～１０．５ｋＡ
通電時間：１５ｃｙｃｌｅ
加圧力 ：４．０～６．０ｋＮ
溶接電流：８．０～１０．５ｋＡ
通電時間：１５ｃｙｃｌｅ
加圧力 ：４．０～６．０ｋＮ
試験例１～８は、リベット表面に亜鉛高共晶ニッケルめっきを施しており、試験例９～１６は、リベット表面に亜鉛高共晶ニッケルめっきした後、クロメート処理を施している。
また、溶接時における電極間に付与する設定加圧力は、試験例１～４では４．３ｋＮ（実加圧力：４．４ｋＮ）、試験例５～８では６．０ｋＮ（実加圧力：６．１５ｋＮ）、試験例９～１２では４．０ｋＮ（実加圧力：３．６５ｋＮ）、試験例１３～１６では６ｋＮ（実加圧力：６．１５ｋＮ）である。
表１に示すように、試験例１は、リベットの軸部先端形状の曲率半径を２０ｍｍ（Ｒ２０）とした。その場合、溶接電流が８．０，８．５ｋＡでは溶接部は良好であったが、溶接電流を９．０ｋＡにするとチリが発生した。
試験例２、３，４は、それぞれリベットの軸部先端形状の曲率半径を４０ｍｍ（Ｒ４０）、６０ｍｍ（Ｒ６０）、１００ｍｍ（Ｒ１００）とした。試験例２では溶接電流が９．５ｋＡでチリが発生し、試験例３では１０．０ｋＡでチリが発生し、試験例４では１０．５ｋＡでチリが発生した。
上記の試験例１～４の条件で加圧力のみ増加させた試験例５～８では、試験例５（Ｒ２０）が溶接電流１０．０ｋＡでチリが発生した以外、試験例６（Ｒ４０），試験例７（Ｒ６０），試験例８（Ｒ１００）は、いずれも溶接電流１０．５ｋＡまで良好な結果であった。なお、試験例６～８の溶接電流９．０～１０．０ｋＡの試験については、表１に示す特性から鑑みて良好となることが予見できる場合には実施していない。
以上、試験例１～８によれば、加圧力が比較的小さい場合（約４ｋＮ）であっても、溶接電流を適正に選択すれば、曲率半径Ｒが１０ｍｍ以上で良好な結果が得られることがわかる。
リベットの表面に、亜鉛高共晶ニッケルめっきに加え、クロメート処理を施した試験例９～１４では、試験例９（Ｒ６０）、試験例１０（Ｒ１００）、試験例１１（Ｒ３００）は、いずれも溶接電流９．０ｋＡでチリが発生した。
上記の試験例９～１１の条件で加圧力のみ増加させた試験例１２～１４では、試験例１２（Ｒ６０），試験例１３（Ｒ１００）が溶接電流１０．５ｋＡまで良好であったが、試験例１４（Ｒ３００）は９．０ｋＡまで良好な結果であった。
以上、試験例９～１４によれば、加圧力が比較的大きい場合（約６ｋＮ）、曲率半径Ｒを３００ｍｍ以下にすれば良好な結果が得られることがわかる。
本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。
以上のとおり、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 頭部と軸部とを有する鋼製のリベットの前記軸部を、アルミニウム材に打ち込んで貫通させ、
前記リベットが貫通して取り付けられた前記アルミニウム材と、鋼材とを、前記アルミニウム材の前記リベットの軸部先端側と前記鋼材との間に樹脂層を挟んで重ねて配置し、
前記リベットと前記鋼材とを一対の電極で挟み、電極間で加圧した状態で通電しながら、前記樹脂層を前記電極間から排除しつつスポット溶接する異材接合方法であって、
前記リベットの軸部先端面の曲率半径が１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である、
異材接合方法。
この異材接合方法によれば、軸部先端面の曲率半径を適正な範囲にすることで、通電時においてリベットと鋼材との界面から樹脂層を確実に除去し、曲率半径に応じた接触面積でリベットと鋼材とを面接触させることで、チリを発生させずに良好なスポット溶接が行える。また、リベットをアルミニウム材に打ち込むことで、リベットの抜け落ちが防止され、ハンドリング性、溶接の施工性を向上できる。
（１） 頭部と軸部とを有する鋼製のリベットの前記軸部を、アルミニウム材に打ち込んで貫通させ、
前記リベットが貫通して取り付けられた前記アルミニウム材と、鋼材とを、前記アルミニウム材の前記リベットの軸部先端側と前記鋼材との間に樹脂層を挟んで重ねて配置し、
前記リベットと前記鋼材とを一対の電極で挟み、電極間で加圧した状態で通電しながら、前記樹脂層を前記電極間から排除しつつスポット溶接する異材接合方法であって、
前記リベットの軸部先端面の曲率半径が１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である、
異材接合方法。
この異材接合方法によれば、軸部先端面の曲率半径を適正な範囲にすることで、通電時においてリベットと鋼材との界面から樹脂層を確実に除去し、曲率半径に応じた接触面積でリベットと鋼材とを面接触させることで、チリを発生させずに良好なスポット溶接が行える。また、リベットをアルミニウム材に打ち込むことで、リベットの抜け落ちが防止され、ハンドリング性、溶接の施工性を向上できる。
（２） 下穴が設けられたアルミニウム材と、鋼材とを、樹脂層を挟んで重ねて配置し、
頭部と軸部とを有する鋼製のリベットの前記軸部を、前記アルミニウム材の前記下穴に貫通させ、
前記リベットと前記鋼材とを一対の電極で挟み、電極間で加圧した状態で通電しながら、前記樹脂層を前記電極間から排除しつつスポット溶接する異材接合方法であって、
前記リベットの軸部先端面の曲率半径が１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である、
異材接合方法。
この異材接合方法によれば、軸部先端面の曲率半径を適正な範囲にすることで、通電時においてリベットと鋼材との界面から樹脂層を確実に除去し、曲率半径に応じた接触面積でリベットと鋼材とを面接触させることで、チリを発生させずに良好なスポット溶接が行える。また、リベットをアルミニウム材の下孔に挿入する処理を、アルミニウム材のプレス成形工程、又はプレス成形工程とは別途に、その前後の工程等の任意のタイミングで実施できるため、工程の自由度を向上できる。
頭部と軸部とを有する鋼製のリベットの前記軸部を、前記アルミニウム材の前記下穴に貫通させ、
前記リベットと前記鋼材とを一対の電極で挟み、電極間で加圧した状態で通電しながら、前記樹脂層を前記電極間から排除しつつスポット溶接する異材接合方法であって、
前記リベットの軸部先端面の曲率半径が１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である、
異材接合方法。
この異材接合方法によれば、軸部先端面の曲率半径を適正な範囲にすることで、通電時においてリベットと鋼材との界面から樹脂層を確実に除去し、曲率半径に応じた接触面積でリベットと鋼材とを面接触させることで、チリを発生させずに良好なスポット溶接が行える。また、リベットをアルミニウム材の下孔に挿入する処理を、アルミニウム材のプレス成形工程、又はプレス成形工程とは別途に、その前後の工程等の任意のタイミングで実施できるため、工程の自由度を向上できる。
（３） 前記鋼材の前記アルミニウム材側の反対側に、更に別の鋼材を重ねてスポット溶接する請求項１又は２に記載の異材接合方法。
この異材接合方法によれば、鋼材が複数枚設けられることで、異材接合体の強度を向上でき、異材接合の適用範囲を拡大できる。
この異材接合方法によれば、鋼材が複数枚設けられることで、異材接合体の強度を向上でき、異材接合の適用範囲を拡大できる。
（４） 前記リベットの表面に亜鉛高共晶ニッケルめっき皮膜が設けられている（１）～（３）のいずれか１つに記載の異材接合方法。
この異材接合方法によれば、リベットを耐食性、耐熱性に優れた特性にできる。
この異材接合方法によれば、リベットを耐食性、耐熱性に優れた特性にできる。
（５） 前記亜鉛高共晶ニッケルめっき皮膜の膜厚は、５～１１μｍである（４）に記載の異材接合方法。
この異材接合方法によれば、リベットの耐食性、耐熱性をより高められる。
この異材接合方法によれば、リベットの耐食性、耐熱性をより高められる。
（６） 前記リベットの前記亜鉛高共晶ニッケルめっき皮膜を覆う化成皮膜が更に設けられている（４）又は（５）に記載の異材接合方法。
この異材接合方法によれば、高い耐食性、耐熱性を確保でき、異材接合後の電着塗装等において、塗料の密着性が良好となる。
この異材接合方法によれば、高い耐食性、耐熱性を確保でき、異材接合後の電着塗装等において、塗料の密着性が良好となる。
（７） 前記化成皮膜は、クロメート皮膜である（６）に記載の異材接合方法。
この異材接合方法によれば、広く知られた処理であるため、種々の条件下であっても良好な皮膜が安定して得られる。
この異材接合方法によれば、広く知られた処理であるため、種々の条件下であっても良好な皮膜が安定して得られる。
（８） 前記化成皮膜は、ジルコニウム系の化成皮膜である（６）に記載の異材接合方法。
この異材接合方法によれば、化成皮膜をクロムフリー化した処理で形成できる。
この異材接合方法によれば、化成皮膜をクロムフリー化した処理で形成できる。
（９） 頭部と軸部とを有する鋼製のリベットであって、
前記軸部が貫通して取り付けられたアルミニウム材と、鋼材とを、前記アルミニウム材の前記リベットの軸部先端側と前記鋼材との間に樹脂層を挟んで重ねて配置し、
前記リベットと前記鋼材とを一対の電極で挟み、電極間で加圧した状態で通電しながら、前記樹脂層を前記電極間から排除しつつスポット溶接する異材接合に用いられ、
前記軸部の先端面の曲率半径が１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である、
リベット。
このリベットによれば、軸部の先端面の曲率半径を適正な範囲にすることで、通電時において接合界面から樹脂層を確実に除去し、曲率半径に応じた接触面積でリベットと鋼材とを接触させることで、チリを発生させずに良好なスポット溶接が行える。
前記軸部が貫通して取り付けられたアルミニウム材と、鋼材とを、前記アルミニウム材の前記リベットの軸部先端側と前記鋼材との間に樹脂層を挟んで重ねて配置し、
前記リベットと前記鋼材とを一対の電極で挟み、電極間で加圧した状態で通電しながら、前記樹脂層を前記電極間から排除しつつスポット溶接する異材接合に用いられ、
前記軸部の先端面の曲率半径が１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である、
リベット。
このリベットによれば、軸部の先端面の曲率半径を適正な範囲にすることで、通電時において接合界面から樹脂層を確実に除去し、曲率半径に応じた接触面積でリベットと鋼材とを接触させることで、チリを発生させずに良好なスポット溶接が行える。
１１ リベット
１３ 頭部
１５ 軸部
１７ 溝
１９ 頂部
２１ ダイ
２３ アルミニウム材
２５ ポンチ
２７ 樹脂層
２９，３０ 鋼材
３３，３５ 電極
Ｒ 曲率半径
１３ 頭部
１５ 軸部
１７ 溝
１９ 頂部
２１ ダイ
２３ アルミニウム材
２５ ポンチ
２７ 樹脂層
２９，３０ 鋼材
３３，３５ 電極
Ｒ 曲率半径
Claims (9)
- 頭部と軸部とを有する鋼製のリベットの前記軸部を、アルミニウム材に打ち込んで貫通させ、
前記リベットが貫通して取り付けられた前記アルミニウム材と、鋼材とを、前記アルミニウム材の前記リベットの軸部先端側と前記鋼材との間に樹脂層を挟んで重ねて配置し、
前記リベットと前記鋼材とを一対の電極で挟み、電極間で加圧した状態で通電しながら、前記樹脂層を前記電極間から排除しつつスポット溶接する異材接合方法であって、
前記リベットの軸部先端面の曲率半径が１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であり、
前記リベットの表面に亜鉛高共晶ニッケルめっき皮膜が設けられている、
異材接合方法。 - 下穴が設けられたアルミニウム材と、鋼材とを、樹脂層を挟んで重ねて配置し、
頭部と軸部とを有する鋼製のリベットの前記軸部を、前記アルミニウム材の前記下穴に貫通させ、
前記リベットと前記鋼材とを一対の電極で挟み、電極間で加圧した状態で通電しながら、前記樹脂層を前記電極間から排除しつつスポット溶接する異材接合方法であって、
前記リベットの軸部先端面の曲率半径が１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下である、
異材接合方法。 - 頭部と軸部とを有する鋼製のリベットの前記軸部を、アルミニウム材に打ち込んで貫通させ、
前記リベットが貫通して取り付けられた前記アルミニウム材と、鋼材とを、前記アルミニウム材の前記リベットの軸部先端側と前記鋼材との間に樹脂層を挟んで重ねて配置し、
前記リベットと前記鋼材とを一対の電極で挟み、電極間で加圧した状態で通電しながら、前記樹脂層を前記電極間から排除しつつスポット溶接する異材接合方法であって、
前記リベットの軸部先端面の曲率半径が１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であり、
前記鋼材の前記アルミニウム材側の反対側に、更に別の鋼材を重ねてスポット溶接する、
異材接合方法。 - 前記リベットの表面に亜鉛高共晶ニッケルめっき皮膜が設けられている請求項２または３に記載の異材接合方法。
- 前記亜鉛高共晶ニッケルめっき皮膜の膜厚は、５～１１μｍである請求項１または４に記載の異材接合方法。
- 前記リベットの前記亜鉛高共晶ニッケルめっき皮膜を覆う化成皮膜が更に設けられている請求項１，４，５のいずれか１項に記載の異材接合方法。
- 前記化成皮膜は、クロメート皮膜である請求項６に記載の異材接合方法。
- 前記化成皮膜は、ジルコニウム系の化成皮膜である請求項６に記載の異材接合方法。
- 頭部と軸部とを有する鋼製のリベットであって、
前記軸部が貫通して取り付けられたアルミニウム材と、鋼材とを、前記アルミニウム材の前記リベットの軸部先端側と前記鋼材との間に樹脂層を挟んで重ねて配置し、
前記リベットと前記鋼材とを一対の電極で挟み、電極間で加圧した状態で通電しながら、前記樹脂層を前記電極間から排除しつつスポット溶接する異材接合に用いられ、
前記軸部の先端面の曲率半径が１０ｍｍ以上３００ｍｍ以下であり、
前記リベットの表面に亜鉛高共晶ニッケルめっき皮膜が設けられている、
リベット。
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