WO2023140016A1 - 抵抗溶接用エレメント及び抵抗溶接方法 - Google Patents

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resistance welding
welding element
head
pair
electrodes
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恭兵 前田
励一 鈴木
Original Assignee
株式会社神戸製鋼所
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    • B23K—SOLDERING OR UNSOLDERING; WELDING; CLADDING OR PLATING BY SOLDERING OR WELDING; CUTTING BY APPLYING HEAT LOCALLY, e.g. FLAME CUTTING; WORKING BY LASER BEAM
    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/10—Spot welding; Stitch welding
    • B23K11/11—Spot welding
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
    • B23—MACHINE TOOLS; METAL-WORKING NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
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    • B23K11/00—Resistance welding; Severing by resistance heating
    • B23K11/16—Resistance welding; Severing by resistance heating taking account of the properties of the material to be welded
    • B23K11/20—Resistance welding; Severing by resistance heating taking account of the properties of the material to be welded of different metals

Definitions

  • the present invention relates to a resistance welding element and a resistance welding method, and more particularly to a resistance welding element and a resistance welding method used to join dissimilar metals, such as members made of non-ferrous metals and members made of ferrous metals.
  • Patent Document 1 describes a combination of an upper plate (non-ferrous metal) made of aluminum, magnesium or copper and a lower plate (ferrous metal) made of steel.
  • a resistance welding fastener adapted to be formed is disclosed.
  • Patent Document 2 discloses a joining device that joins a plurality of plates ((non-ferrous metal and ferrous metal) by resistance welding using a joining member (corresponding to the above-mentioned "element"). is equal to or greater than a second volume of a protruding portion of the pilot portion that protrudes outward from the groove space from the opening surface of the groove space.
  • Patent Documents 1 and 2 can cause a phenomenon in which non-ferrous metal such as molten aluminum jumps out of the element during welding.
  • the conventional element shape shown in Patent Documents 1 and 2 it was found that increasing the outer diameter of the head of the element makes it difficult for the element to stand upright against the plate material to be welded during welding, and the energization may occur without stable initial contact between the element and the material to be welded, resulting in a problem of poor welding.
  • the present invention has been made in view of the above-mentioned problems, and the object thereof is to provide a resistance welding element and a resistance welding method, in which, even when the outer diameter of the head of the element is increased, the element for resistance welding can easily maintain a stable posture in which the element stands upright with respect to the material to be welded during welding, the heat capacity of the entire element can be reduced, and the current value necessary for forming the fusion zone can be suppressed, in order to suppress the phenomenon in which the non-ferrous metal jumps out of the element during welding.
  • a resistance welding element made of ferrous metal used for joining a first member made of non-ferrous metal and a second member made of ferrous metal by resistance welding a substantially disk-shaped head; a shaft formed to protrude from one surface of the head, The other surface of the head is formed such that the central portion of the head has a flat portion and the height of the head decreases stepwise or inclined from the central portion to the peripheral portion of the head.
  • a resistance welding method comprising:
  • the central part of the head has a flat part, and the height of the head is formed so as to decrease stepwise or inclined from the central part to the peripheral part of the head. Since the element does not become too large, it becomes easy to maintain a stable posture in which the element stands upright with respect to the material to be welded during welding.
  • the peripheral portion of the head has a thinned portion whose height is lower than the height of the central portion, even when the outer diameter of the head of the element is increased, the heat capacity of the entire element does not become too large, so the current value required for forming the fusion zone can be suppressed.
  • FIG. 1 is a schematic sectional view showing a process of welding dissimilar materials by a resistance welding method according to the present invention.
  • FIG. 1(a) is a schematic cross-sectional view showing a state in which the resistance welding element, the first member, and the second member are superimposed in this order, the resistance welding element, the first member, and the second member are sandwiched and pressed by a pair of electrodes, and the resistance welding element is pressed by an external pressure jig arranged around each of the pair of electrodes.
  • FIG. 1(b) is a schematic cross-sectional view showing a state in which the resistance welding element and the second member are welded by energization between the pair of electrodes.
  • FIG. 2A is a perspective view of an example resistance welding element viewed obliquely from below.
  • FIG. 2B is a perspective view of an example resistance welding element viewed obliquely from above.
  • FIG. 3A is a perspective view showing a first example of a configuration relating to an external pressurizing jig.
  • FIG. 3B is a perspective view showing a second example of the configuration of the external pressurizing jig.
  • FIG. 4 is a graph showing an example of the relationship between the applied pressure and the welding current with respect to the elapsed time during welding.
  • FIG. 5 is a vertical cross-sectional view of an example resistance welding element.
  • FIG. 6 is a vertical cross-sectional view of a resistance welding element of a first modification.
  • FIG. 7 is a longitudinal sectional view of a resistance welding element of a second modification.
  • FIG. 8 is a longitudinal sectional view of a resistance welding element of a third modification.
  • FIG. 1 is a schematic cross-sectional view showing a process of forming a dissimilar metal welded joint by a resistance welding method according to this embodiment.
  • the resistance welding method according to the present embodiment is a resistance welding method in which a first member 20 made of a non-ferrous metal such as aluminum or magnesium and a second member 30 made of a ferrous metal are superimposed and joined using a resistance welding element (hereinafter also simply referred to as an "element") 40 made of a ferrous metal to form a welded joint 10 of dissimilar materials.
  • a resistance welding element hereinafter also simply referred to as an "element”
  • the element 40 side is referred to as the "upper side” and the second member 30 side is referred to as the "lower side.”
  • the first member 20 and the second member 30 used in the present embodiment are plate-like members having plate thicknesses of t 1 and t 2 , respectively, and are not subjected to pretreatment such as drilling or driving rivets.
  • the material of the first member 20 is not particularly limited as long as it is an iron-based material including pure iron and an iron alloy, and examples thereof include mild steel, carbon steel, and stainless steel.
  • the material of the second member 30 is not particularly limited as long as it is a non-ferrous metal having a melting point lower than that of the iron-based metal, and examples thereof include pure aluminum, pure magnesium, an aluminum alloy, and a magnesium alloy.
  • the element 40 is made of ferrous metal, and as shown in FIGS. 2A, 2B and 5 as an example, includes a substantially disk-shaped head 41, a substantially truncated conical shaft 42 formed to protrude from one surface of the head 41, an annular protrusion 43 provided near the outer edge of one surface of the head 41, and an annular groove 44 formed between the shaft 42 and the annular protrusion 43.
  • an R-chamfered portion having a radius of 1 mm or less is formed at the inner corners of the shaft portion 42 and the annular projection portion 43 and the annular groove portion 44 .
  • the element 40 has a substantially cylindrical protrusion 45 formed to protrude upward from the center of the other surface of the head 41.
  • an outer edge portion 46 is provided on the outer diameter side of the protrusion 45 and is formed in a stepped shape one step lower than the protrusion 45 .
  • the upper surface of the protrusion 45 has a flat portion 45 a
  • the upper surface of the outer edge portion 46 also has a flat portion that is one step lower than the protrusion 45 .
  • the flat portion 45a which is the upper surface of the protruding portion 45, and the upper surface of the outer edge portion 46 are not necessarily completely flat, and may be a flat surface having some irregularities.
  • the diameter Dh of the head portion 41 is formed larger than the outer diameter Ds of the base of the shaft portion 42 and the inner diameter Dg of the annular groove portion 44 .
  • the element 40 in a substantially T-shape when viewed in cross section (see FIG. 5), the restraining force on the first member 20 sandwiched between the second member 30 and the head portion 41 of the element 40 after welding is completed can be increased.
  • the outer diameter Df of the flat portion 45a of the protrusion 45 is smaller than the inner diameter Dg of the annular protrusion 43. As shown in FIG. thus, by making the outer diameter Df of the flat portion 45a smaller than the inner diameter Dg of the annular protrusion 43, when the welding current is applied while being sandwiched between the upper electrode 51 and the lower electrode 52, which will be described later, the welding current can be concentrated near the center of the element 40, and the energy efficiency can be improved.
  • the outer diameter Df of the flat portion 45a of the protrusion 45 is formed to be larger than the outer diameter Ds of the base of the shaft portion 42.
  • the outer diameter D f of the flat portion 45a is larger than the outer diameter D s of the base of the shaft portion 42 in this way, the welding current can be concentrated near the center of the element 40 when energized while being sandwiched between the upper electrode 51 and the lower electrode 52, which will be described later, and the energy efficiency can be improved.
  • the outer diameter Df of the flat portion 45a and the diameter Du of the upper electrode 51 are approximately the same diameter.
  • the outer diameter D of the flat portion 45a f , the inner diameter D of the annular protrusion 43 g and the outer diameter D of the base of the shaft portion 42 s are constant values, for example, in the case of an elliptical shape, the "maximum outer diameter" of the flat portion 45a, the "minimum inner diameter” of the annular protrusion 43, and the “maximum outer diameter” of the base of the shaft portion 42 are respectively defined as the outer diameter D of the flat portion 45a.
  • the inner diameter D of the annular protrusion 43 g and the outer diameter D of the base of the shaft portion 42 s should be considered.
  • the shaft portion 42 has a substantially truncated conical shape that tapers from its base toward its tip, which allows the element 40 to easily enter the first member 20 during resistance welding, which will be described later.
  • the element 40 of the present embodiment shown in FIGS. 2A, 2B, and 5 has a substantially truncated cone shape that tapers from the base to the tip of the shaft portion 42. For example, even if the element has a substantially truncated cone shape that tapers from the intermediate portion to the tip portion of the shaft portion 42, the same effect as described above can be obtained.
  • the annular groove 44 acts as a reservoir into which the molten first member 20 flows during resistance welding.
  • the length L from the lower surface of the annular protrusion 43 to the tip of the shaft portion 42 is designed to be equal to or greater than the thickness t 1 of the first member 20 .
  • the shape of the head 41 is not particularly limited, and a polygonal shape or the like can be adopted as necessary.
  • the shape of the shaft portion 42 is not limited to the truncated cone shape as shown in FIGS. 2A and 2B, and may be cylindrical, conical, or the like.
  • the shape of the protrusion 45 is not limited to the columnar shape as shown in FIG. 2B, and may be polygonal or the like.
  • the material of the element 40 is not particularly limited as long as it is a ferrous material including pure iron and an iron alloy, and examples thereof include mild steel, carbon steel, and stainless steel.
  • the pair of electrodes 50 are electrodes for resistance spot welding, and include an upper electrode 51 and a lower electrode 52 arranged to face each other with the element 40, the first member 20 and the second member 30 interposed therebetween.
  • the external pressure jig 60 includes a substantially annular upper external pressure jig 61 arranged around the upper electrode 51 and a substantially circular lower external pressure jig 62 arranged around the lower electrode 52.
  • the upper external pressure jig 61 is not limited to a structure that pressurizes the entire circumference as an annular ring (for example, a concentric cross-section pipe) as shown in FIG.
  • the lower external pressure jig 62 is also the same as the upper external pressure jig 61 described above.
  • the resistance welding method for the dissimilar material welded joint 10 will be described as a method of welding using a pair of external pressure jigs 60.
  • the present invention is not limited to welding using both the pair of electrodes 50 and the pair of external pressure jigs 60, and needless to say, includes the case where the element 40, the first member 20, and the second member 30 are clamped and pressurized by only the pair of electrodes 50 to perform resistance welding.
  • FIG. 1 a resistance welding method for the dissimilar metal welded joint 10 will be described with reference to FIGS. 1 and 4.
  • FIG. 1 is a resistance welding method for the dissimilar metal welded joint 10.
  • the first member 20 and the second member 30, which are constituent members of the welded joint 10 of dissimilar materials, are overlapped, and then the shaft portion 42 of the element 40 is brought into contact with the upper surface of the first member 20 to establish a pre-welding state.
  • the upper electrode 51 is brought into contact with the upper surface of the projecting portion 45 of the element 40, and the upper external pressure jig 61 is brought into contact with the upper surface of the outer edge portion 46 of the element 40, respectively.
  • the contact portion of the upper external pressure jig 61 with the outer edge portion 46 of the element 40 is preferably a portion radially outside the shaft portion 42 of the element 40, in other words, a portion corresponding to the annular projection portion 43 or the annular groove portion 44.
  • the annular projecting portion 43 or the annular groove portion 44 of the element 40 can be pressed from above, and as will be described later, when the element 40 enters the first member 20, it is possible to more effectively suppress the element 40 from being pushed up due to the repulsive force due to the deformation of the first member 20 and the droplet entering the annular groove portion 44 of the element 40 due to the melting of the first member 20.
  • the upper electrode 51 is pressed with a pressure force F1 , and in this embodiment, the upper external pressure jig 61 is pressed with a pressure force F2 larger than the pressure force F1 to press the element 40, the first member 20 and the second member 30.
  • the pressure F2 of the upper external pressure jig 61 is described as being greater than the pressure F1 of the upper electrode 51, but the magnitudes of the pressure F1 and the pressure F2 can be changed according to the welding conditions, and the pressure F1 may be greater than or equal to the pressure F2 .
  • a first current I1 smaller than the second current I2 during the main welding is applied between the pair of electrodes 50 (first energization) while maintaining pressure by the pair of electrodes 50 (upper electrode 51 and lower electrode 52) and the pair of external pressure jigs 60 (upper external pressure jig 61 and lower external pressure jig 62).
  • Member 20 is melted to form a weld pool (not shown).
  • the element 40 pressurized by the sum of the pressurizing forces F 1 and F 2 moves downward until the shaft portion 42 enters the molten pool of the first member 20 and penetrates the first member 20, and the tip of the shaft portion 42 contacts the second member 30.
  • the reason why a small first current I1 is applied at first is that if a large current is applied from the beginning, the first member 20 melts at once and droplets may scatter around. Further, since the shaft portion 42 of the element 40 enters the molten pool of the first member 20, droplets overflowing from the molten pool are accommodated in the annular groove portion 44 of the element 40, thereby suppressing the generation of burrs.
  • a force acts in a direction (that is, upward in FIG. 1) in which the tip of the shaft portion 42 separates from the second member 30 due to the effect of generating a repulsive force due to the deformation of the first member 20 and the effect of droplets entering the annular groove portion 44 of the element 40 due to the melting of the first member 20. That is, the first member 20 melted during welding exerts a force to push up the element 40 .
  • the element 40 is not only clamped and pressurized by the upper electrode 51 and the lower electrode 52, but also clamped and pressurized by the upper external pressure jig 61 and the lower external pressure jig 62 arranged around it, the element 40 is suppressed from being pushed up, and the contact state between the tip of the shaft portion 42 and the second member 30 is maintained well during welding.
  • the upper external pressing jig 61 presses the outer edge portion 46 of the element 40, that is, the portion of the element 40 radially outside the shaft portion 42. Therefore, the upward movement of the element 40 can be more effectively suppressed, and the contact state between the tip end of the shaft portion 42 and the second member 30 can be made more reliable.
  • the second current I2 which is the main welding current
  • the upper electrode 51 and the lower electrode 52 second current
  • the element 40 and the second member 30 are welded to join the iron-based metals.
  • the welding is finished after holding for a predetermined hold time T of 2 minutes.
  • the axial portion 42 of the element 40 enters the molten pool of the first member 20 during resistance welding, so that the lower surface of the annular protrusion 43 of the element 40 and the upper surface of the first member 20 gradually approach each other.
  • the welding current may divert to the annular protrusion 43 side.
  • the upper electrode 51 is located at a position corresponding to the shaft portion 42 and is in contact with the flat portion 45a of the projection portion 45 formed one step higher, the welding current is suppressed from being diverted toward the annular projection portion 43 side, and flows intensively to the projection portion 45 and the shaft portion 42, thereby improving the energy efficiency and melting the first member 20 in a short period of time to enable good welding.
  • the central portion of the head 41 has a flat portion 45a, and the height of the head 41 is formed so as to decrease stepwise or inclined from the central portion to the peripheral portion of the head. Since the head portion 41 has a reduced thickness portion (that is, the outer edge portion 46), the volume of the head portion 41 does not become too large with respect to the shaft portion 42 of the element 40, so that the element 40 can easily maintain a stable posture in which the element 40 is upright with respect to the material to be welded (the first member 20) during welding.
  • the peripheral portion of the head portion 41 has a thinned portion whose height is lower than the height of the central portion, even when the outer diameter of the head portion 41 of the element 40 is increased, the heat capacity of the entire element 40 does not become too large.
  • the element 40 and the second member 30 are welded with the first member 20 interposed therebetween, in addition to the pressure force of the pair of electrodes 50, and the pressure force of the pair of external pressure jigs 60 arranged around the electrodes 50.
  • the element 40 is effectively prevented from being pushed up when it enters the first member 20 due to the above-described action. It is possible to form a desired high-strength fusion zone. Therefore, a desired welded portion can be formed under an energization condition in which the amount of heat input is relatively suppressed, so that welding defects can also be prevented.
  • the pressure F2 of the upper external pressure jig 61 is greater than the pressure F1 of the upper electrode 51, as described in the present embodiment, because the element 40 is more effectively prevented from being pushed up when it enters the first member 20.
  • the diameter D u of the upper electrode 51 is preferably set substantially equal to the outer diameter D s of the base of the shaft portion 42 .
  • the problem can be solved by applying an adhesive or the like to the contact surface between the element 40 and the first member 20 to suppress the branch flow.
  • the diameter Dd of the lower electrode 52 is not particularly limited, but is preferably approximately equal to the diameter Du of the upper electrode 51 in order to prevent interference with the lower external pressure jig 62 .
  • FIG. 6 is a longitudinal sectional view of a resistance welding element 40 that is a first modified example.
  • the outer edge portion 46 provided on the outer diameter side of the projecting portion 45 is formed in a two-stepped shape.
  • Other parts are the same as those of the element 40 of the embodiment, so the same parts are given the same reference numerals or equivalent reference numerals, and descriptions thereof are omitted. Also, since the action is also the same, the explanation is omitted. It should be noted that the same applies to the following modified examples.
  • FIG. 7 is a vertical cross-sectional view of a resistance welding element 40 that is a second modification.
  • FIG. 8 is a vertical cross-sectional view of a resistance welding element 40 that is a third modification.
  • a spherical portion 48 is formed from a protrusion 45 in the central portion of the head portion 41 to the peripheral portion. That is, the height of the head 41 gradually decreases spherically from the central portion to the peripheral portion.
  • the present invention is not limited to the above-described embodiments and modifications, and can be modified, improved, etc. as appropriate.
  • the resistance welding element 40 has the annular protrusion 43 and the annular groove 44 on one surface of the head 41, but the configuration without the annular protrusion 43 and the annular groove 44 is also applicable.
  • a resistance welding element made of a ferrous metal used for joining a first member made of a non-ferrous metal and a second member made of a ferrous metal by resistance welding a substantially disk-shaped head; a shaft formed to protrude from one surface of the head, The other surface of the head is formed such that the central portion of the head has a flat portion and the height of the head decreases stepwise or inclined from the central portion to the peripheral portion of the head.
  • the central portion of the head has a flat portion, and the height of the head is formed so as to decrease in a stepwise or inclined manner from the central portion to the peripheral portion of the head. It becomes easier to maintain a stable posture upright with respect to the welding material.
  • the peripheral portion of the head has a thinned portion whose height is lower than the height of the central portion, even when the outer diameter of the head of the element is increased, the heat capacity of the entire element does not become too large, so the current value required for forming the fusion zone can be suppressed.
  • the resistance welding element according to (1) further comprising an annular groove formed between the shaft and the annular projection. According to this configuration, it is possible to effectively suppress the push-up force acting on the resistance welding element due to the liquid droplets of the molten first member entering the groove of the resistance welding element, thereby enabling good welding.
  • a resistance welding method for joining a first member made of a non-ferrous metal and a second member made of a ferrous metal using the resistance welding element according to any one of (1) to (5), a step of bringing the shaft portion into contact with the first member and stacking the resistance welding element, the first member, and the second member in this order; a step of sandwiching and pressurizing the resistance welding element, the first member and the second member with a pair of electrodes; a step of melting the first member by energizing the pair of electrodes while maintaining the pressure applied by the pair of electrodes, and further penetrating the resistance welding element through the first member to weld the resistance welding element and the second member;
  • a resistance welding method comprising: According to this configuration, even when the outer diameter of the head of the element is increased in order to suppress the phenomenon that the non-ferrous metal jumps out of the element during welding, the central portion of the head has a flat portion, and the height of the head is formed so as to decrease in a stepwise or inclined manner from the central portion
  • the peripheral portion of the head has a thinned portion whose height is lower than the height of the central portion, even when the outer diameter of the head of the element is increased, the heat capacity of the entire element does not become too large, so the current value required for forming the fusion zone can be suppressed.
  • first member 10 dissimilar material welding joint 20 first member 30 second member 40 element (element for resistance welding) 41 head 42 shaft 43 annular protrusion 44 annular groove 45 protrusion 45a flat portion 46 outer edge 50 pair of electrodes

Landscapes

  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Mechanical Engineering (AREA)
  • Resistance Welding (AREA)

Abstract

溶接時に、非鉄金属がエレメント外部へ飛び出す現象が生じるのを抑制すべく、エレメントの頭部の外径を大きくする場合であっても、溶接時にエレメントが被溶接材に対して直立した安定姿勢を維持しやすくなるとともに、エレメント全体の熱容量を小さくして、溶融部形成に必要な電流値を抑制可能な、抵抗溶接用エレメント及び抵抗溶接方法を提供する。抵抗溶接用エレメント（４０）は、略円盤状の頭部（４１）と、頭部（４１）の一方の面から突出するように形成された軸部（４２）と、頭部（４１）の他方の面の中央部に突出して形成された平坦部（４５ａ）とを備える。そして、頭部（４１）の高さが、中央部から頭部（４１）の周辺部にかけて階段状又は傾斜状に減少するように形成された抵抗溶接用エレメント（４０）により、非鉄金属からなる第１部材（２０）と、鉄系金属からなる第２部材（３０）と、を抵抗溶接により接合する。

Description

抵抗溶接用エレメント及び抵抗溶接方法
　本発明は、抵抗溶接用エレメント及び抵抗溶接方法に関し、特に、非鉄金属からなる部材と鉄系金属からなる部材との異種金属同士を接合するために用いられる抵抗溶接用エレメント及び抵抗溶接方法に関する。
　アルミニウムやマグネシウムなどの非鉄金属と鉄系金属との接合は、従来用いられているスポット溶接で直接接合することが困難であり、ＳＰＲ（Ｓｅｌｆ－Ｐｉｅｒｃｉｎｇ　Ｒｉｖｅｔｅｄ）などのリベットによる機械締結で接合する手法が一般的に用いられる。近年、非鉄金属の一部をフランジ付鋼製リベット（以下、「抵抗溶接用エレメント」又は単に「エレメント」という。）により鉄系金属に置換し、鉄系金属からなるエレメントと鉄系金属とを抵抗溶接することで、間接的に異種金属同士を接合する手法が提案されている。特に、生産性の観点から、エレメントによる置換と鉄系金属との接合を一工程で行う手法が注目されている。
　このようなエレメントによる置換と鉄系金属との接合を一工程で行う手法として、特許文献１には、アルミニウム、マグネシウム又は銅からなる上板（非鉄金属）と、鋼からなる下板（鉄系金属）との板組に対して、上板の上に鋼製ファスナー（上記「エレメント」に相当）を設置し、電極チップによりファスナー及び下板に対して加圧及び通電をおこない、第一の工程にて抵抗発熱によりファスナーを上板へ貫入させ、第二の工程にてファスナーと下板との間に溶融部を形成するようにした抵抗溶接用ファスナーが開示されている。
　また、エレメントによる置換と鉄系金属との接合を一工程で行う他の手法として、特許文献２には、結合部材（上記「エレメント」に相当）を用いて抵抗溶接により複数の板（（非鉄金属及び鉄系金属）を接合する結合装置であって、該結合部材は、本体部平坦面の中央付近から突出する中実状のパイロット部と、平坦面の外周に沿って設けられた環状壁と、パイロットと環状壁との間に形成された溝空間を有し、溝空間の第１体積を、パイロット部のうち溝空間の開口面から溝空間の外方に突出する突出部の第２体積以上とした、結合装置が開示されている。
日本国特表２０１６－５２８０４４号公報 国際公開第２０１８／０４２４７１号
　しかしながら、本発明者らが検討した結果、上記特許文献１や２に示すような従来の手法では、溶接時に、溶融したアルミニウムなどの非鉄金属がエレメント外部へ飛び出す現象が生じ得ることが分かった。ここで、非鉄金属の飛び出しを抑制するためには、エレメント、より具体的にはエレメントの頭部の外径を大きくする必要があると考えられるが、上記特許文献１や２に示すような従来のエレメントの形状にあっては、エレメントの頭部の外径を大きくすることで、溶接時において、エレメントが被溶接材である板材に対して直立しづらくなり、エレメントと被溶接材との初期接触が安定しないまま通電されることで、溶接不良が生じ得る問題があることが分かった。また、エレメントの頭部の外径を大きくすることで、エレメント全体の熱容量が大きくなる結果、溶接時に多量の電流が必要となるため、溶接部の割れやチリの発生を生じ易くなるという問題もあることが分かった。なお、上記特許文献１や２においては、このような問題については何ら触れられていない。
　さらに、エレメントが被溶接材である板材に対して直立しづらくなる点について具体的に説明すると、例えば、特許文献２に開示されている結合部材の場合、エレメントである結合部材の外径を大きくしようとすると、パイロット部５３（以下の実施形態で示す「軸部４２」に相当）に対して、平坦面５１ａ（以下の実施形態で示す「環状溝部４４」に相当）や環状壁５８（以下の実施形態で示す「環状突起部４３」に相当）、すなわちエレメントの頭部に相当する部分が大きくなりすぎて、溶接時において、エレメントが被溶接材である板材に対して直立しづらくなることが分かった。
　本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶接時に、非鉄金属がエレメント外部へ飛び出す現象が生じるのを抑制すべく、エレメントの頭部の外径を大きくする場合であっても、溶接時にエレメントが被溶接材に対して直立した安定姿勢を維持しやすくなるとともに、エレメント全体の熱容量を小さくして、溶融部形成に必要な電流値を抑制可能な、抵抗溶接用エレメント及び抵抗溶接方法を提供することを目的とする。
　したがって、本発明の上記目的は、抵抗溶接用エレメントに係る下記［１］の構成により達成される。
［１］　非鉄金属からなる第１部材と、鉄系金属からなる第２部材と、を抵抗溶接により接合するために用いられる、鉄系金属からなる抵抗溶接用エレメントであって、
　略円盤状の頭部と、
　前記頭部の一方の面から突出するように形成された軸部と、を備え、
　前記頭部の他方の面は、前記頭部の中央部が平坦部を有するとともに、前記頭部の高さが、前記中央部から前記頭部の周辺部にかけて階段状又は傾斜状に減少するように形成されている、抵抗溶接用エレメント。
　また、本発明の上記目的は、抵抗溶接方法に係る下記［２］の構成により達成される。
［２］　［１］に記載の抵抗溶接用エレメントを用いて、非鉄金属からなる第１部材と、鉄系金属からなる第２部材と、を接合する抵抗溶接方法であって、
　前記軸部を前記第１部材に当接させて、前記抵抗溶接用エレメント、前記第１部材、前記第２部材の順に重ね合わせる工程と、
　一対の電極により、前記抵抗溶接用エレメント、前記第１部材及び前記第２部材を挟持して加圧する工程と、
　前記一対の電極による加圧を維持しながら、前記一対の電極の通電により前記第１部材を溶融させ、更に前記抵抗溶接用エレメントを前記第１部材に貫通させて、前記抵抗溶接用エレメント及び前記第２部材を溶接する工程と、
を備える、抵抗溶接方法。
　本発明の抵抗溶接用エレメント及び抵抗溶接方法によれば、溶接時に、非鉄金属がエレメント外部へ飛び出す現象が生じるのを抑制すべく、エレメントの頭部の外径を大きくする場合であっても、頭部の中央部が平坦部を有するとともに、頭部の高さが、中央部から頭部の周辺部にかけて階段状又は傾斜状に減少するように形成されていること、すなわち頭部の周辺部における高さが中央部の高さよりも低い減肉部を有することから、エレメントの軸部に対して頭部の体積が大きくなりすぎないため、溶接時にエレメントが被溶接材に対して直立した安定姿勢を維持しやすくなる。また、上記のように、頭部の周辺部における高さが中央部の高さよりも低い減肉部を有することから、エレメントの頭部の外径を大きくする場合であっても、エレメント全体の熱容量が大きくなりすぎないため、溶融部形成に必要な電流値を抑制可能となる。
図１は、本発明に係る抵抗溶接方法により異材溶接する工程を示す概略断面図である。図１（ａ）は、抵抗溶接用エレメント、第１部材、第２部材の順に重ね合わせ、一対の電極により抵抗溶接用エレメント、第１部材及び第２部材を挟持して加圧するとともに、一対の電極におけるそれぞれの周囲に配置された外部加圧治具により、抵抗溶接用エレメントを加圧する状態を示す概略断面図である。また、図１（ｂ）は、一対の電極間における通電により、抵抗溶接用エレメントと第２部材を溶接した状態を示す概略断面図である。 図２Ａは、一例である抵抗溶接用エレメントを斜め下側から見た斜視図である。 図２Ｂは、一例である抵抗溶接用エレメントを斜め上側から見た斜視図である。 図３Ａは、外部加圧治具に係る構成の第１例を示す斜視図である。 図３Ｂは、外部加圧治具に係る構成の第２例を示す斜視図である。 図４は、溶接時における、経過時間に対する加圧力及び溶接電流の関係の一例を示すグラフである。 図５は、一例である抵抗溶接用エレメントの縦断面図である。 図６は、第１変形例である抵抗溶接用エレメントの縦断面図である。 図７は、第２変形例である抵抗溶接用エレメントの縦断面図である。 図８は、第３変形例である抵抗溶接用エレメントの縦断面図である。
　以下、本発明に係る抵抗溶接用エレメント及び該抵抗溶接用エレメントを用いた抵抗溶接方法の一実施形態について、図１～５を参照して説明する。図１は、本実施形態に係る抵抗溶接方法により異材溶接継手を形成する工程を示す概略断面図である。
　本実施形態に係る抵抗溶接方法は、図１に示すように、アルミニウムやマグネシウムなどの非鉄金属からなる第１部材２０と、鉄系金属からなる第２部材３０とを重ね合わせ、鉄系金属からなる抵抗溶接用エレメント（以下、単に「エレメント」ともいう。）４０を用いて接合することで、異材溶接継手１０を形成する抵抗溶接方法である。なお、以下の説明では、エレメント４０、第１部材２０、第２部材３０の順に重ね合わされた積層体において、エレメント４０側を「上側」、第２部材３０側を「下側」とする。
　本実施形態で使用される第１部材２０及び第２部材３０は、その板厚が、それぞれｔ１、ｔ２の平板状部材であり、穴あけやリベット打込みなどの前処理は施されていない。
　なお、第１部材２０の材質は、純鉄や鉄合金を含む鉄系材料であれば、特に制限されるものでなく、例えば、軟鋼、炭素鋼、ステンレス鋼などが例として挙げられる。また、第２部材３０の材質は、上記鉄系金属よりも低融点の非鉄金属であれば、特に制限されるものでなく、例えば、純アルミニウム、純マグネシウム、アルミニウム合金、マグネシウム合金などが例として挙げられる。
　エレメント４０は、鉄系金属からなり、図２Ａ、図２Ｂ及び図５に一例として示すように、略円盤状の頭部４１と、頭部４１の一方の面から突出するように形成された略円錐台形状の軸部４２と、頭部４１の一方の面における外縁部近傍に設けられた環状突起部４３と、軸部４２と環状突起部４３の間に形成された環状溝部４４と、を備える。軸部４２及び環状突起部４３と環状溝部４４との内角部には、例えば、半径１ｍｍ以下のＲ面取り部が形成されている。これにより、後述するように、一対の電極５０及び一対の外部加圧治具６０の加圧による応力集中を緩和して割れが防止できる。
　また、エレメント４０は、図２Ｂ及び図５に示すように、頭部４１の他方の面の中央部から上方に突出するように形成された略円柱形状の突起部４５を備える。すなわち、突起部４５の外径側には、突起部４５よりも階段状に一段低く形成された外縁部４６が設けられている。また、突起部４５の上面は、平坦部４５ａを有しており、外縁部４６の上面もまた、突起部４５より一段低く形成された平坦部を有している。なお、突起部４５の上面である平坦部４５ａ及び外縁部４６の上面は、必ずしも完全に平坦である必要はなく、多少の凹凸を有する平面であってもよい。
　続いて、図２Ａに示すように、頭部４１の直径Ｄｈは、軸部４２の根元の外径Ｄｓ及び環状溝部４４の内径Ｄｇより大きく形成されている。このように、エレメント４０をその断面視（図５参照）で略Ｔ字状に形成することで、溶接完了後に、第２部材３０とエレメント４０の頭部４１によって挟持される第１部材２０への拘束力を高めることができる。
　また、図５に示すように、突起部４５における平坦部４５ａの外径Ｄｆは、環状突起部４３の内径Ｄｇより小さく形成されている。このように、平坦部４５ａの外径Ｄｆを、環状突起部４３の内径Ｄｇより小さくすることで、後述する上側電極５１と下側電極５２で挟持して通電する際、溶接電流をエレメント４０の中心付近に集中して流すことができ、エネルギ効率を向上させることができる。
　さらに、図５に示すように、突起部４５における平坦部４５ａの外径Ｄｆは、軸部４２の根元の外径Ｄｓよりも大きく形成されている。このように、平坦部４５ａの外径Ｄｆを、軸部４２の根元の外径Ｄｓよりも大きくすることで、後述する上側電極５１と下側電極５２で挟持して通電する際、溶接電流をエレメント４０の中心付近に集中して流すことができ、エネルギ効率を向上させることができる。なお、上記効果をより高めるためには、平坦部４５ａの外径Ｄｆと、上側電極５１の直径Ｄｕを同程度の直径とすることが好ましい。
　また、図２Ａ、図２Ｂ及び図５で示すように、突起部４５における平坦部４５ａ、環状突起部４３及び軸部４２の根元のそれぞれが、真円の形状である場合には、平坦部４５ａの外径Ｄｆ、環状突起部４３の内径Ｄｇ及び軸部４２の根元の外径Ｄｓは、それぞれ一定の値となるが、例えば、楕円形などの場合には、それぞれ、平坦部４５ａの「最大外径」、環状突起部４３の「最小内径」及び軸部４２の根元の「最大外径」として、上記した平坦部４５ａの外径Ｄｆ、環状突起部４３の内径Ｄｇ及び軸部４２の根元の外径Ｄｓを考えるものとすればよい。
　続いて、軸部４２は、その根元から先端部に向かって先細りの略円錐台形状であり、これにより、後述する抵抗溶接の際に、エレメント４０が第１部材２０へ容易に進入できる。なお、図２Ａ、図２Ｂ及び図５で示す本実施形態のエレメント４０は、軸部４２における根元から先端部に向かって先細りの略円錐台形状を有しているが、例えば、軸部４２における根元及び先端部の中間部から先端部に向かって先細りの略円錐台形状を有するものであっても、上記と同様の効果が得られる。
　また、環状溝部４４は、抵抗溶接の際に、溶融した第１部材２０が流れ込む貯留部として作用する。なお、図１及び図５に示すように、環状突起部４３の下面から軸部４２の先端までの長さＬは、第１部材２０の厚さｔ１以上に設計されている。これにより、後述するように、第１部材２０を挟持した状態で、エレメント４０の軸部４２と第２部材３０とが当接することができ、これら部材の間で確実に溶接を行うことができる。
　頭部４１の形状は、特に限定されず、必要に応じて多角形形状なども採用することができる。また、軸部４２の形状も、図２Ａ及び図２Ｂに示すような円錐台形状に限定されず、円柱状、円錐形状などであってもよい。さらに、突起部４５の形状も、図２Ｂに示すような円柱形状に限定されず、多角形形状などであってもよい。
　エレメント４０の材質は、純鉄や鉄合金を含む鉄系材料であれば、特に制限されるものでなく、例えば、軟鋼、炭素鋼、ステンレス鋼などが例として挙げられる。
　一対の電極５０は、抵抗スポット溶接用電極であり、エレメント４０、第１部材２０及び第２部材３０を介して、互いに対向配置された上側電極５１と下側電極５２とを備える。
　さらに、一対の電極５０のそれぞれの周囲には、エレメント４０、第１部材２０及び第２部材３０を介して、上下に対向配置された一対の外部加圧治具６０が配置されている。外部加圧治具６０は、上側電極５１の周囲に配置された、略円環状の上側外部加圧治具６１と、下側電極５２の周囲に配置された、略円環状の下側外部加圧治具６２とを備える。
　なお、上側外部加圧治具６１は、図３Ａに示すような円環状（例えば、同心円断面パイプ）として全周を加圧する構成に限定されず、図示は省略するが周方向で複数に分割されて多点で加圧する構成とされてもよく、又は、図３Ｂに示すようなアーム状の構成であってもよい。また、下側外部加圧治具６２についても、上記した上側外部加圧治具６１の場合と同様である。
　なお、後述する本実施形態に係る異材溶接継手１０の抵抗溶接方法は、一対の外部加圧治具６０を用いて溶接する方法として説明するが、本発明は、このような一対の電極５０と一対の外部加圧治具６０の両方を用いて溶接する場合に限定されるものではなく、一対の電極５０のみにより、エレメント４０、第１部材２０及び第２部材３０を挟持及び加圧して抵抗溶接する場合も含まれることは言うまでもない。
　続いて、異材溶接継手１０の抵抗溶接方法について、図１及び図４を参照して説明する。
　本実施形態に係る抵抗溶接方法は、まず、図１（ａ）に示すように、異材溶接継手１０の構成部材である第１部材２０と第２部材３０とを重ね合わせ、更にエレメント４０の軸部４２を第１部材２０の上面に当接させて、溶接前の状態とする。
　次に、上側電極５１をエレメント４０の突起部４５の上面に当接させ、さらに上側外部加圧治具６１をエレメント４０の外縁部４６の上面にそれぞれ当接させるとともに、下側電極５２及び下側外部加圧治具６２を、それぞれ第２部材３０の下面に当接させて、一対の電極５０及び一対の外部加圧治具６０により、第１部材２０を介してエレメント４０と第２部材３０とを挟持する。
　なお、上側外部加圧治具６１におけるエレメント４０の外縁部４６との当接部分は、エレメント４０における軸部４２よりも径方向外側の部分、換言すれば、環状突起部４３又は環状溝部４４に相当する部分であることが好ましい。これにより、エレメント４０における環状突起部４３又は環状溝部４４を上側から押さえることができ、後述するように、エレメント４０が第１部材２０へ進入する際に、第１部材２０の変形に伴う反発力が生じる作用や、エレメント４０の環状溝部４４内に、第１部材２０の溶融による液滴が入り込む作用により、エレメント４０が押し上げられることを、より効果的に抑制することができる。
　続いて、上側電極５１を加圧力Ｆ１で加圧するとともに、本実施形態では特に上側外部加圧治具６１を加圧力Ｆ１より大きな加圧力Ｆ２で加圧して、エレメント４０、第１部材２０及び第２部材３０を加圧する。
　本実施形態では、上側外部加圧治具６１の加圧力Ｆ２は、上側電極５１の加圧力Ｆ１より大きいとして説明したが、加圧力Ｆ１と加圧力Ｆ２の大きさは、溶接条件に応じて変更可能であり、加圧力Ｆ１が加圧力Ｆ２より大きくてもよく、また同じ大きさであってよい。なお、図４では、加圧力Ｆ１＝加圧力Ｆ２の例を示している。
　そして、図４に示すように、所定のスクイズ時間Ｔ１で保持させた後、一対の電極５０（上側電極５１及び下側電極５２）及び一対の外部加圧治具６０（上側外部加圧治具６１及び下側外部加圧治具６２）による加圧を維持しながら、一対の電極５０間に、本溶接時の第２電流Ｉ２より小さな第１電流Ｉ１を流して（第一通電）、エレメント４０や第２部材３０よりも溶融温度が低い第１部材２０を溶融させ、溶融池（図示せず）を形成する。
　これにより、加圧力Ｆ１及びＦ２の合計の力で加圧されるエレメント４０は、その軸部４２が第１部材２０の溶融池内に進入し、第１部材２０を貫通するまで下側に移動し、軸部４２の先端が第２部材３０に当接する。
　なお、図４に示すように、最初は小さな第１電流Ｉ１で通電するようにしたのは、最初から大きな電流で通電させると、第１部材２０が一気に溶融して液滴が周囲に飛散するおそれがあるためである。また、エレメント４０の軸部４２が第１部材２０の溶融池内に進入することで、溶融池から溢れた液滴は、エレメント４０の環状溝部４４に収容され、バリの発生が抑制される。
　ここで、エレメント４０が第１部材２０へ進入する際に、第１部材２０の変形に伴う反発力が生じる作用や、エレメント４０の環状溝部４４内に、第１部材２０の溶融による液滴が入り込む作用により、軸部４２の先端が第２部材３０から離間する方向（すなわち、図１において上方向）の力が作用する。すなわち、溶接の際に溶融した第１部材２０により、エレメント４０を押し上げようとする力が働く。
　しかし、エレメント４０は、上側電極５１と下側電極５２により挟持されて加圧されているだけでなく、その周囲に配置された上側外部加圧治具６１と下側外部加圧治具６２により挟持されて加圧された状態であるため、エレメント４０が押し上げられることが抑制され、溶接時において軸部４２の先端と第２部材３０との当接状態は良好に維持される。特に、本実施形態において、上側外部加圧治具６１は、エレメント４０の外縁部４６、すなわち、エレメント４０における軸部４２よりも径方向外側の部分を加圧しているため、より効果的にエレメント４０の上方向への移動を抑制することができ、軸部４２の先端と第２部材３０との当接状態をより確実なものとすることが可能となる。
　そして、図１（ｂ）及び図４に示すように、更に一対の電極５０及び一対の外部加圧治具６０による加圧を維持しながら、上側電極５１と下側電極５２との間に本溶接電流である第２電流Ｉ２を流して（第二通電）、通常のスポット溶接方法により、軸部４２の先端と第２部材３０との間で溶融部２２を形成し、エレメント４０と第２部材３０を溶接することで、鉄系金属同士の接合を行う。最後に、所定のホールド時間Ｔ２分だけ保持して溶接を終了する。
　以上、本実施形態に係る抵抗溶接方法によれば、抵抗溶接の際に、エレメント４０の軸部４２が第１部材２０の溶融池内に進入することで、エレメント４０の環状突起部４３の下面と第１部材２０の上面とが次第に接近する。これにより、溶接電流が環状突起部４３側に分流する可能性がある。しかし、上側電極５１は、軸部４２に対応した位置にあり、一段高く形成された突起部４５の平坦部４５ａに当接しているので、溶接電流は、環状突起部４３側への分流が抑制され、突起部４５及び軸部４２に集中して流れ、エネルギ効率が向上して第１部材２０が短時間で溶融して良好な溶接が可能となる。
　また、本実施形態に係るエレメント４０によれば、上述したように、溶接時に、非鉄金属がエレメント外部へ飛び出す現象が生じるのを抑制すべく、エレメント４０の頭部４１の外径を大きくする場合であっても、頭部４１の中央部が平坦部４５ａを有するとともに、頭部４１の高さが、中央部から頭部の周辺部にかけて階段状又は傾斜状に減少するように形成されていること、すなわち頭部４１の周辺部における高さが中央部の高さよりも低い減肉部（すなわち、外縁部４６）を有することから、エレメント４０の軸部４２に対して頭部４１の体積が大きくなりすぎないため、溶接時にエレメント４０が被溶接材（第１部材２０）に対して直立した安定姿勢を維持しやすくなる。
　また、頭部４１の周辺部における高さが中央部の高さよりも低い減肉部を有することから、エレメント４０の頭部４１の外径を大きくする場合であっても、エレメント４０全体の熱容量が大きくなりすぎないため、溶融部形成に必要な電流値を抑制可能となる。
　さらに、第１部材２０を挟んでエレメント４０と第２部材３０が、一対の電極５０による加圧力に加え、その周囲に配置された一対の外部加圧治具６０による加圧力も付加された状態で溶接されており、従来の一対の電極５０による加圧力のみによる場合と比較して、上述した作用によりエレメント４０が第１部材２０へ進入する際にエレメント４０が押し上げられるのを効果的に抑制するため、大入熱の通電を行わなくても、所望とする高強度の溶融部を形成することが可能となる。よって、比較的入熱量を抑えた通電条件で所望の溶融部を形成することができるため、溶接不良も防止することができる。
　なお、本実施形態で説明したような、上側外部加圧治具６１の加圧力Ｆ２が、上側電極５１の加圧力Ｆ１より大きければ、エレメント４０が第１部材２０に進入する際におけるエレメント４０が押し上げられる作用をより効果的に抑制できるため、特に好ましい。
　また、第１部材２０の溶融による液滴がエレメント４０の環状溝部４４内に入り込むことで、溶接電流が環状溝部４４内の液滴に分流して溶融部２２が形成されにくい状態となる場合がある。そこで、溶接電流が環状溝部４４内の液滴に分流することを抑制するため、上側電極５１の直径Ｄｕは、軸部４２の根元の外径Ｄｓと略同等とするのが好ましい。また、エレメント４０と第１部材２０の接触面に、例えば、接着剤などを塗布して分流を抑制することでも解決可能である。さらに、下側電極５２の直径Ｄｄは、特に限定されないが、下側外部加圧治具６２との干渉を防止するため、上側電極５１の直径Ｄｕと略同等とするのが好ましい。
　さらに、上述したように、外部加圧治具６０によりエレメント４０を加圧する場合においては、外部加圧治具６０は、エレメント４０の頭部４１における、軸部４２よりも径方向外側の部分を加圧することが好ましく、これにより、エレメント４０における環状突起部４３又は環状溝部４４を上側から押さえることができ、溶接の際に溶融した第１部材２０が環状溝部４４に流入して、エレメント４０が押し上げられるのをより効果的に抑制できる。
　続いて、図６は、第１変形例である抵抗溶接用エレメント４０の縦断面図である。第１変形例のエレメント４０は、突起部４５の外径側に設けられた外縁部４６が、２段の階段状に形成されている。その他の部分については、実施形態のエレメント４０と同様であるため、同一部分には同一符号又は相当符号を付して説明を省略する。また、作用も同様であるので、説明を省略する。なお、以下の各変形例においても同様とする。
　図７は、第２変形例である抵抗溶接用エレメント４０の縦断面図である。第２変形例のエレメント４０は、図５で示した実施形態のエレメント４０における外縁部４６が階段状に形成されていたのに対し、頭部４１の中央部における突起部４５から周辺部にかけてテーパ部４７が形成されている。すなわち、頭部４１の高さが、中央部から周辺部にかけて傾斜状に減少している。
　図８は、第３変形例である抵抗溶接用エレメント４０の縦断面図である。第３変形例の抵抗溶接用エレメント４０は、頭部４１の中央部における突起部４５から周辺部にかけて球面部４８が形成されている。すなわち、頭部４１の高さが、中央部から周辺部にかけて球面状に次第に減少している。
　以上、本発明に係る抵抗溶接用エレメント及び抵抗溶接方法の各実施形態について説明したが、本発明は、前述した実施形態及び各変形例に限定されるものではなく、適宜、変形、改良、等が可能である。例えば、上記の実施形態では、抵抗溶接用エレメント４０は、頭部４１の一方の面に環状突起部４３と環状溝部４４を有する構成として説明したが、環状突起部４３や環状溝部４４を有さない構成にも適用可能である。
　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）　非鉄金属からなる第１部材と、鉄系金属からなる第２部材と、を抵抗溶接により接合するために用いられる、鉄系金属からなる抵抗溶接用エレメントであって、
　略円盤状の頭部と、
　前記頭部の一方の面から突出するように形成された軸部と、を備え、
　前記頭部の他方の面は、前記頭部の中央部が平坦部を有するとともに、前記頭部の高さが、前記中央部から前記頭部の周辺部にかけて階段状又は傾斜状に減少するように形成されている、抵抗溶接用エレメント。
　この構成によれば、溶接時に、非鉄金属がエレメント外部へ飛び出す現象が生じるのを抑制すべく、エレメントの頭部の外径を大きくする場合であっても、頭部の中央部が平坦部を有するとともに、頭部の高さが、中央部から頭部の周辺部にかけて階段状又は傾斜状に減少するように形成されていること、すなわち頭部の周辺部における高さが中央部の高さよりも低い減肉部を有することから、エレメントの軸部に対して頭部の体積が大きくなりすぎないため、溶接時にエレメントが被溶接材に対して直立した安定姿勢を維持しやすくなる。また、上記のように、頭部の周辺部における高さが中央部の高さよりも低い減肉部を有することから、エレメントの頭部の外径を大きくする場合であっても、エレメント全体の熱容量が大きくなりすぎないため、溶融部形成に必要な電流値を抑制可能となる。
（２）　前記頭部の一方の面における外縁部近傍に設けられた環状突起部と、
　前記軸部と前記環状突起部の間に形成された環状溝部と、を更に備える、（１）に記載の抵抗溶接用エレメント。
　この構成によれば、溶融した第１部材の液滴が抵抗溶接用エレメントの溝部内に入り込むことによる抵抗溶接用エレメントに作用する押し上げ力を効果的に抑制することができ、良好な溶接が可能となる。
（３）　前記平坦部の外径Ｄｆが、前記環状突起部の内径Ｄｇよりも小さい、（２）に記載の抵抗溶接用エレメント。
　この構成によれば、上側電極５１と下側電極５２で挟持して通電する際、溶接電流をエレメント４０の中心付近に集中して流すことができ、エネルギ効率を向上させることができる。
（４）　前記平坦部の外径Ｄｆが、前記軸部の根元の外径Ｄｓよりも大きい、（２）又は（３）に記載の抵抗溶接用エレメント。
　この構成によれば、上側電極５１と下側電極５２で挟持して通電する際、溶接電流をエレメント４０の中心付近に集中して流すことができ、エネルギ効率を向上させることができる。
（５）　前記軸部は、前記軸部における根元から先端部に向かって、ないし、前記軸部における根元及び先端部の中間部から先端部に向かって、先細りの略円錐台形状を有する、（１）～（４）のいずれか１つに記載の抵抗溶接用エレメント。
　この構成によれば、軸部を第１部材の溶融池内に容易に進入させることができる。
（６）　（１）～（５）のいずれか１つに記載の抵抗溶接用エレメントを用いて、非鉄金属からなる第１部材と、鉄系金属からなる第２部材と、を接合する抵抗溶接方法であって、
　前記軸部を前記第１部材に当接させて、前記抵抗溶接用エレメント、前記第１部材、前記第２部材の順に重ね合わせる工程と、
　一対の電極により、前記抵抗溶接用エレメント、前記第１部材及び前記第２部材を挟持して加圧する工程と、
　前記一対の電極による加圧を維持しながら、前記一対の電極の通電により前記第１部材を溶融させ、更に前記抵抗溶接用エレメントを前記第１部材に貫通させて、前記抵抗溶接用エレメント及び前記第２部材を溶接する工程と、
を備える、抵抗溶接方法。
　この構成によれば、溶接時に、非鉄金属がエレメント外部へ飛び出す現象が生じるのを抑制すべく、エレメントの頭部の外径を大きくする場合であっても、頭部の中央部が平坦部を有するとともに、頭部の高さが、中央部から頭部の周辺部にかけて階段状又は傾斜状に減少するように形成されていること、すなわち頭部の周辺部における高さが中央部の高さよりも低い減肉部を有することから、エレメントの軸部に対して頭部の体積が大きくなりすぎないため、溶接時にエレメントが被溶接材に対して直立した安定姿勢を維持しやすくなる。また、上記のように、頭部の周辺部における高さが中央部の高さよりも低い減肉部を有することから、エレメントの頭部の外径を大きくする場合であっても、エレメント全体の熱容量が大きくなりすぎないため、溶融部形成に必要な電流値を抑制可能となる。
　以上、図面を参照しながら各種の実施の形態について説明したが、本発明はかかる例に限定されないことは言うまでもない。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された範疇内において、各種の変更例又は修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。また、発明の趣旨を逸脱しない範囲において、上記実施の形態における各構成要素を任意に組み合わせてもよい。
　なお、本出願は、２０２２年１月１９日出願の日本特許出願（特願２０２２－００６７６７）に基づくものであり、その内容は本出願の中に参照として援用される。
１０　　異材溶接継手
２０　　第１部材
３０　　第２部材
４０　　エレメント（抵抗溶接用エレメント）
４１　　頭部
４２　　軸部
４３　　環状突起部
４４　　環状溝部
４５　　突起部
４５ａ　平坦部
４６　　外縁部
５０　　一対の電極
Ｄｆ　　平坦部の外径
Ｄｇ　　環状突起部の内径
Ｄｈ　　頭部の直径
Ｄｓ　　軸部の根元の外径

Claims (10)

  1. 　非鉄金属からなる第１部材と、鉄系金属からなる第２部材と、を抵抗溶接により接合するために用いられる、鉄系金属からなる抵抗溶接用エレメントであって、
    　略円盤状の頭部と、
    　前記頭部の一方の面から突出するように形成された軸部と、を備え、
    　前記頭部の他方の面は、前記頭部の中央部が平坦部を有するとともに、前記頭部の高さが、前記中央部から前記頭部の周辺部にかけて階段状又は傾斜状に減少するように形成されている、抵抗溶接用エレメント。
  2. 　前記頭部の一方の面における外縁部近傍に設けられた環状突起部と、
    　前記軸部と前記環状突起部の間に形成された環状溝部と、を更に備える、請求項１に記載の抵抗溶接用エレメント。
  3. 　前記平坦部の外径Ｄｆが、前記環状突起部の内径Ｄｇよりも小さい、請求項２に記載の抵抗溶接用エレメント。
  4. 　前記平坦部の外径Ｄｆが、前記軸部の根元の外径Ｄｓよりも大きい、請求項２又は３に記載の抵抗溶接用エレメント。
  5. 　前記軸部は、前記軸部における根元から先端部に向かって、ないし、前記軸部における根元及び先端部の中間部から先端部に向かって、先細りの略円錐台形状を有する、請求項１～３のいずれか１項に記載の抵抗溶接用エレメント。
  6. 　前記軸部は、前記軸部における根元から先端部に向かって、ないし、前記軸部における根元及び先端部の中間部から先端部に向かって、先細りの略円錐台形状を有する、請求項４に記載の抵抗溶接用エレメント。
  7. 　請求項１～３のいずれか１項に記載の抵抗溶接用エレメントを用いて、非鉄金属からなる第１部材と、鉄系金属からなる第２部材と、を接合する抵抗溶接方法であって、
    　前記軸部を前記第１部材に当接させて、前記抵抗溶接用エレメント、前記第１部材、前記第２部材の順に重ね合わせる工程と、
    　一対の電極により、前記抵抗溶接用エレメント、前記第１部材及び前記第２部材を挟持して加圧する工程と、
    　前記一対の電極による加圧を維持しながら、前記一対の電極の通電により前記第１部材を溶融させ、更に前記抵抗溶接用エレメントを前記第１部材に貫通させて、前記抵抗溶接用エレメント及び前記第２部材を溶接する工程と、
    を備える、抵抗溶接方法。
  8. 　請求項４に記載の抵抗溶接用エレメントを用いて、非鉄金属からなる第１部材と、鉄系金属からなる第２部材と、を接合する抵抗溶接方法であって、
    　前記軸部を前記第１部材に当接させて、前記抵抗溶接用エレメント、前記第１部材、前記第２部材の順に重ね合わせる工程と、
    　一対の電極により、前記抵抗溶接用エレメント、前記第１部材及び前記第２部材を挟持して加圧する工程と、
    　前記一対の電極による加圧を維持しながら、前記一対の電極の通電により前記第１部材を溶融させ、更に前記抵抗溶接用エレメントを前記第１部材に貫通させて、前記抵抗溶接用エレメント及び前記第２部材を溶接する工程と、
    を備える、抵抗溶接方法。
  9. 　請求項５に記載の抵抗溶接用エレメントを用いて、非鉄金属からなる第１部材と、鉄系金属からなる第２部材と、を接合する抵抗溶接方法であって、
    　前記軸部を前記第１部材に当接させて、前記抵抗溶接用エレメント、前記第１部材、前記第２部材の順に重ね合わせる工程と、
    　一対の電極により、前記抵抗溶接用エレメント、前記第１部材及び前記第２部材を挟持して加圧する工程と、
    　前記一対の電極による加圧を維持しながら、前記一対の電極の通電により前記第１部材を溶融させ、更に前記抵抗溶接用エレメントを前記第１部材に貫通させて、前記抵抗溶接用エレメント及び前記第２部材を溶接する工程と、
    を備える、抵抗溶接方法。
  10. 　請求項６に記載の抵抗溶接用エレメントを用いて、非鉄金属からなる第１部材と、鉄系金属からなる第２部材と、を接合する抵抗溶接方法であって、
    　前記軸部を前記第１部材に当接させて、前記抵抗溶接用エレメント、前記第１部材、前記第２部材の順に重ね合わせる工程と、
    　一対の電極により、前記抵抗溶接用エレメント、前記第１部材及び前記第２部材を挟持して加圧する工程と、
    　前記一対の電極による加圧を維持しながら、前記一対の電極の通電により前記第１部材を溶融させ、更に前記抵抗溶接用エレメントを前記第１部材に貫通させて、前記抵抗溶接用エレメント及び前記第２部材を溶接する工程と、
    を備える、抵抗溶接方法。
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