JPH07214338A

JPH07214338A - 鉄系金属材料とアルミニウム系金属材料との接合方法

Info

Publication number: JPH07214338A
Application number: JP6024900A
Authority: JP
Inventors: Hatsuhiko Oikawa; 初彦及川; Yasuo Takahashi; 靖雄高橋; Toru Saito; 亨斉藤
Original assignee: Nippon Steel Corp
Current assignee: Nippon Steel Corp
Priority date: 1994-01-28
Filing date: 1994-01-28
Publication date: 1995-08-15
Anticipated expiration: 2014-09-27
Also published as: JP2954476B2

Abstract

(57)【要約】【目的】異種材同士を溶接する際、溶接部で脆弱な金
属間化合物を生成させることなく健全な異材継手を得る
こと。【構成】鉄系金属材料の板３とアルミニウム系金属材
料の板２を重ね合わせて接合する際、接合する部分に予
め穴が開けられたアルミニウム系金属材料の板２を用
い、アルミニウム系金属材料側から該穴に鉄系金属材料
からなるピン４を通してその先端部を鉄系金属材料の板
３に接触させ、電極７でピン４と鉄系金属材料３を加圧
しながら通電することによりピンの先端部と鉄系金属材
料を抵抗溶接し、ピン４を介して鉄系金属材料の板３と
アルミニウム系金属材料の板２を接合すること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、自動車、鉄道車両、船
舶、建築構造物など、鉄系金属材料とアルミニウム系金
属材料とが共存する構造体の組立時に用いられる、鉄系
金属材料とアルミニウム系金属材料との異種金属接合方
法に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】最近、地球の温暖化など環境問題の観点
から、自動車、鉄道車両、船舶などを軽量化しようとい
う試みがなされている。一方、この試みの一つとしてア
ルミニウム系金属材料を用いた車体の軽量化が検討され
ている。しかし、アルミニウム系金属材料は、鉄系金属
材料に比べて、強度、成形性、溶接性、コスト等の点で
劣るため、全ての鉄系金属材料をアルミニウム系金属材
料に置き換えるのは難しい。そこで、現状では、アルミ
ニウム系金属材料が部分的に使用されており、鉄系金属
材料とアルミニウム系金属材料が共存した形になってい
る。しかし、このような場合には、鉄系金属材料とアル
ミニウム系金属材料とを接合する必要性が生じる。

【０００３】鉄系金属材料とアルミニウム系金属材料と
が接合された構造体としては、例えば特開昭５８−１６
３５８４号公報にあるように、冶金学的に接合された軽
金属部分と重金属部分からなる接合部材を介して、軽金
属部材と重金属部材とが溶接によって接合された異材接
合体がある。また、鉄系金属層とアルミニウム系金属層
からなる鉄／アルミニウムクラッド材をインサート材に
用い、鋼板とアルミニウム系材料の板とをスポット溶接
によって接合する方法が、特開平４−５５０６６号、特
開平４−１２７９７３号、特開平４−２５３５７８号お
よび特開平５−１１１７７８号公報などにより知られて
いる。鉄系金属材料とアルミニウム系金属材料とを接合
する方法としては、この他にも、特開昭６４−６６０７
６号公報にあるように、鋼製部材の少なくとも一面をア
ルミニウム系材料で被覆するとともに該アルミニウム系
材料被覆面側にアルミニウム製部材を溶接して接合する
方法や、特開昭６３−２５８７４号、特開平３−１１０
６号公報にあるように、鋼板とアルミニウム系材料の板
との間にインサート材を挿入してスポット溶接し接合す
る方法がある。また、ピンを用いた接合法としては、例
えば、特開平５−４２３７４号公報等に示されているよ
うに、ピンを介して樹脂コート鋼板同士または鋼板と樹
脂コート鋼板を接合する方法が知られている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】上記のように、鉄系金
属材料の板とアルミニウム系金属材料の板とを溶接によ
って接合する方法は多くあるが、これらの方法では以下
に示す様々な問題がある。即ち溶接を行う際クラッド材
などのインサート材を必要とするため、溶接作業が煩わ
しかったり、作業効率が悪かったり、溶接条件が限定さ
れるなどの問題点があり、また、インサート材によって
鉄系金属材料の板とアルミニウム系金属材料の板との間
に隙間ができるため、これによって外観が損なわれたり
疲労強度が低下するなどの問題点もある。さらに、イン
サート材に用いるクラッド材は高価であったり、スクラ
ップ化が大変であるなどの問題点も抱えている。また、
鉄系金属材料とアルミニウム系金属材料とを直接接合す
る方法については、従来ほとんど提案がなされていな
い。これは、両者を直接溶接すると溶接部で脆弱な金属
間化合物が形成されるため、溶接部の信頼性が損なわれ
るからである。

【０００５】前記で述べたように、ピンを用いた接合法
については特開平５−４２３７４号公報ですでに提案が
なされているが、これは樹脂コートされた鋼板同士ある
いは鋼板と樹脂コートされた鋼板を接合するための方法
であり、鉄系金属材料とアルミニウム系金属材料を接合
するための方法ではない。また、ピンを用いて鉄系金属
材料とアルミニウム系金属材料を接合する場合には、ス
ポット溶接を行う際に条件設定を必要とするが、前記発
明ではこれらについては触れられていない。さらに、こ
の方法では接合部に必ず穴を開けておかなくてはならな
いという煩わしさもある。

【０００６】本発明はこのような問題を解決しようとし
たものであり、溶接部で金属間化合物を生成させること
なく、鉄系金属材料とアルミニウム系金属材料とを直接
接合する方法を提供しようとしたものである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記で述べた問題点を解
決するために、本発明者らは鋭意研究を重ねた結果、鉄
系金属材料とアルミニウム系金属材料との異材接合にお
いて、鉄系金属材料からなるピンを介して鉄系金属材料
とアルミニウム系金属材料とを接合することにより、溶
接部における脆弱な金属間化合物の生成、およびそれに
伴う接合部の強度劣化を防ぐ方法を見出した。すなわ
ち、本発明の要旨とするところは、鉄系金属材料（３）とアルミニウム系金属材料（２）
を重ね合わせて接合する異種金属の接合方法において、
接合する部分に予め穴（１）が開けられたアルミニウム
系金属材料（２）を用い、該アルミニウム系金属材料
（２）側から該穴（１）に鉄系金属材料からなるピン
（４）を通して該ピン（４）の先端部を鉄系金属材料
（３）に接触させ、電極（７）でピン（４）と鉄系金属
材料（３）を加圧しながらピン（４）と鉄系金属材料
（３）との間で通電することによりピン（４）の先端部
と鉄系金属材料（３）を抵抗溶接し、ピン（４）を介し
て鉄系金属材料（３）とアルミニウム系金属材料（２）
を接合することを特徴とする鉄系金属材料とアルミニウ
ム系金属材料との接合方法であり、鉄系金属材料（３）とアルミニウム系金属材料（２）
を重ね合わせて接合する異種金属の接合方法において、
接合する部分に予め穴（１）が開けられたアルミニウム
系金属材料（２）および鉄系金属材料（３）を用い、該
アルミニウム系金属材料（２）側から該穴（１）に鉄系
金属材料からなるピン（４）を通して該ピン（４）の先
端部を鉄系金属材料（３）の接合面の逆側に設置された
鉄系金属材料からなる金属片（８）に接触させ、あるい
は鉄系金属材料（３）側から該穴（１）に鉄系金属材料
からなるピン（４）を通して該ピン（４）の先端部をア
ルミニウム系金属材料（２）の接合面の逆側に設置され
た鉄系金属材料からなる金属片（８）に接触させ、電極
（７）でピン（４）と該金属片（８）を加圧しながらピ
ン（４）と該金属片（８）との間で通電することにより
ピン（４）の先端部と該金属片（８）を抵抗溶接し、ピ
ン（４）を介して鉄系金属材料（３）とアルミニウム系
金属材料（２）を接合することを特徴とする鉄系金属材
料とアルミニウム系金属材料との接合方法であり、前記またはに記載された鉄系金属材料（３）とア
ルミニウム系金属材料（２）との異種金属接合方法にお
いて、接合する部分に穴が開けられていないアルミニウ
ム系金属材料（２）および鉄系金属材料（３）の両方あ
るいは一方を用い、該アルミニウム系金属材料（２）側
あるいは該鉄系金属材料（３）側から鉄系金属材料から
なるピン（４）を電極（７）で加圧しながら押し込み、
該ピン（４）で該アルミニウム系金属材料（２）および
該鉄系金属材料（３）の両方あるいは一方を貫いて、該
ピン（４）の先端部を該鉄系金属材料（３）、または鉄
系金属材料（３）もしくはアルミニウム系金属材料
（２）の接合面の逆側に設置された鉄系金属材料からな
る金属片（８）に接触させ、電極（７）でピン（４）と
該鉄系金属材料（３）または鉄系金属材料からなる金属
片（８）を加圧しながらピン（４）と該鉄系金属材料
（３）または鉄系金属材料からなる金属片（８）との間
で通電することによりピン（４）の先端部と該鉄系金属
材料（３）または鉄系金属材料からなる金属片（８）を
抵抗溶接し、ピン（４）を介して鉄系金属材料（３）と
アルミニウム系金属材料（２）を接合することを特徴と
する鉄系金属材料とアルミニウム系金属材料との接合方
法であり、前記に記載された鉄系金属材料とアルミニウム系金
属材料との異種金属接合方法において、アルミニウム系
金属材料（２）側あるいは鉄系金属材料（３）側から鉄
系金属材料からなるピン（４）を電極（７）で加圧しな
がら押し込む際、ピン（４）と鉄系金属材料（３）また
は鉄系金属材料からなる金属片（８）との間で両者を抵
抗溶接する際の電流値Ｉの３０〜８０％の電流を流しな
がらピン（４）を押し込んでアルミニウム系金属材料
（２）および鉄系金属材料（３）の両方あるいは一方を
貫き、該ピン（４）の先端部を鉄系金属材料（３）、ま
たは鉄系金属材料（３）もしくはアルミニウム系金属材
料（２）の接合面の逆側に設置された鉄系金属材料から
なる金属片（８）に接触させ、電極（７）でピン（４）
と鉄系金属材料（３）または鉄系金属材料からなる金属
片（８）を加圧しながらピン（４）と鉄系金属材料
（３）または鉄系金属材料からなる金属片（８）との間
で電流値Ｉで通電することによりピン（４）の先端部と
鉄系金属材料（３）または鉄系金属材料からなる金属片
（８）を抵抗溶接し、ピン（４）を介して鉄系金属材料
（３）とアルミニウム系金属材料（２）を接合すること
を特徴とする鉄系金属材料とアルミニウム系金属材料と
の接合方法にある。

【０００８】

【作用】本発明によれば、ピンを用いて接合を行うこと
により、異種材同士を直接溶接する必要性がなくなるた
め、溶接部における脆弱な金属間化合物の生成、および
それに伴う継手の強度・靭性低下を防止することが可能
となり信頼性のある継手を得ることができる。また被接
合体であるアルミニウム系金属材料あるいは鉄系金属材
料が高強度であっても、予め穴を開けておくことにより
ピンを用いて容易に接合することが可能となる。さら
に、請求項３および請求項４の方法を用いれば、アルミ
ニウム系金属材料あるいは鉄系金属材料の両方あるいは
一方に予め穴を開けておかなくとも接合が可能となる。
特に被接合体に全く穴を開けない場合には穴の位置合わ
せをする必要がなくなるため、任意の位置で異材接合を
行うことが可能となる。

【０００９】以下、本発明について図面に従って説明す
る。

【００１０】図１の（ａ）〜（ｄ）は本発明の請求項１
にかかる発明の実施例を説明するための断面図である。
図１（ａ）に示すように接合部に予め穴１が開けられた
アルミニウム系金属材料の板（以下、アルミ板と略す）
２と穴が開けられていない鉄系金属材料の板（以下、鋼
板と略す）３とを重ね合わせ、該穴１にアルミ板２の接
合面とは逆側から５の方向に向かって図１（ｂ）に示す
断面形状のピン４を通し、さらに図１（ｃ）に示すよう
にピン４の先端部６を鋼板３に接触させ、電極７でピン
４と鋼板３を加圧しながらピン４と鋼板３との間で通電
し、図１（ｄ）に示すようにピン４の先端部６と鋼板３
とを抵抗溶接することにより、ピン４を介して鋼板３と
アルミ板２を接合する方法を示している。なお、電極７
でピン４と鋼板３を加圧しながら抵抗溶接を行う場合に
は、図１（ｃ）に示すようにピン４の先端部６が鋼板３
に接しているだけの状態であってもよいし、また、ピン
４の先端部６が鋼板３にくい込んだ状態であってもよ
い。但し、ピン４の先端部６が鋼板３にくい込んだ状態
では、ピン４と鋼板３との接触面積が増加し接触部にお
ける抵抗が減少するため、溶接時により高い電流を必要
とする。なお、ピン４と被接合体との接触状態は、以下
の実施例においても同様であるものとする。

【００１１】図２の（ａ）〜（ｃ）は本発明の請求項２
にかかる発明の実施例を説明するための断面図である。
図２（ａ）に示すように接合部に予め穴１が開けられた
アルミ板２および鋼板３を重ね合わせ、該穴１にアルミ
板２の接合面とは逆側から５の方向に向かって図１
（ｂ）に示したものと同様の断面形状のピン４を通し、
さらに図２（ｂ）に示すようにピン４の先端部６を鋼板
３の接合面とは逆側に設置された鉄系金属材料からなる
金属片８に接触させ、電極７でピン４と金属片８を加圧
しながらピン４と金属片８との間で通電し、図２（ｃ）
に示すようにピン４の先端部６と金属片８とを抵抗溶接
することにより、ピン４を介して鋼板３とアルミ板２を
接合する方法を示している。なお、前記したように、溶
接前におけるピン４の先端部と金属片８との接触状態は
１番目の実施例の場合と同様である。

【００１２】図３の（ａ）〜（ｃ）は本発明の請求項２
にかかる発明の第２の実施例を説明するための断面図で
あり、図２の（ａ）〜（ｃ）で説明したものと類似の方
法である。すなわち、図３（ａ）に示すように接合部に
予め穴１が開けられた鋼板３およびアルミ板２を重ね合
わせ、該穴１に鋼板３の接合面とは逆側から５の方向に
向かって図１（ｂ）に示したものと同様の断面形状のピ
ン４を通し、さらに図３（ｂ）に示すようにピン４の先
端部６をアルミ板２の接合面とは逆側に設置された鉄系
金属材料からなる金属片８に接触させ、電極７でピン４
と金属片８を加圧しながらピン４と金属片８との間で通
電し、図３（ｃ）に示すようにピン４の先端部６と金属
片８とを抵抗溶接することにより、ピン４を介して鋼板
３とアルミ板２を接合する方法を示している。

【００１３】図４の（ａ）〜（ｂ）は本発明の請求項３
にかかる発明の実施例を説明するための断面図であり、
被接合体として接合部に穴が開けられていないアルミ板
２および鋼板３を用いる場合について示すものである。
図４（ａ）に示すように接続部に穴が開けられていない
アルミ板２および鋼板３を重ね合わせ、図１（ｂ）に示
した断面形状のピン４をアルミ板２の接合面とは逆側か
ら電極７で加圧して図４（ｂ）に示すようにアルミ板２
を貫き、さらにピン４の先端部６を鋼板３に接触させ、
電極７でピン４と鋼板３を加圧しながらピン４と鋼板３
との間で通電し、図１（ｄ）の場合と同様にピン４の先
端部６と鋼板３とを抵抗溶接することにより、ピン４を
介して鋼板３とアルミ板２を接合する方法を示してい
る。

【００１４】図５の（ａ）〜（ｃ）は本発明の請求項３
にかかる発明の第２の実施例を説明するための断面図で
あり、被接合体として接合部に穴が開けられていないア
ルミ板２および鋼板３の両方あるいは一方を用いる場合
について示すものである。図５（ａ）は接合部に穴が開
けられていないアルミ板２および鋼板３を用いる場合
を、図５（ｂ）は接合部に穴が開けられたアルミ板２と
接合部に穴が開けられていない鋼板３を用いる場合を、
図５（ｃ）は接合部に穴が開けられていないアルミ板２
と接合部に穴が開けられた鋼板３を用いる場合を示す。
いずれの場合もアルミ板２と鋼板３とを重ね合わせ、図
１（ｂ）に示した形状と同様のピン４を図５の（ａ）〜
（ｃ）に示すようにアルミ板２の接合面とは逆側から電
極７で加圧してアルミ板２および鋼板３の両方あるいは
一方を貫き、さらにピン４の先端部６を鋼板３の接合面
とは逆側に設置された鉄系金属材料からなる金属片８に
接触させ、電極７でピン４と金属片８を加圧しながらピ
ン４と金属片８との間で通電し、図２（ｃ）の場合と同
様にピン４の先端部６と金属片８とを抵抗溶接すること
により、ピン４を介して鋼板３とアルミ板２を接合する
ものである。なお、図５（ａ）〜（ｃ）で説明した方法
では、アルミ板２鋼板３とを入れ替えて（図５（ａ）〜
（ｃ）でアルミ板２と鋼板３が入れ替わる）、鋼板側か
らピン４を加圧して押し込んでもよい。この場合には、
図３の（ｃ）の場合と同様にピン４の先端部６と金属片
８とを抵抗溶接することにより、ピン４を介して鋼板３
とアルミ板２を接合することができる。

【００１５】なお、上記図４（ａ）〜（ｂ）および図５
（ａ）〜（ｃ）で説明した方法では、鉄系金属材料から
なるピン４を加圧して押し込みアルミ板２あるいは鋼板
３を貫く際、ピン４と鋼板３あるいはピン４と鉄系金属
材料からなる金属片８との間で電流を流しながらピン４
を押し込めば、より容易にピンを押し込むことが可能と
なる。これは、通電による抵抗発熱によって、ピン４、
アルミ板２あるいは鋼板３が加熱されアルミ板２あるい
は鋼板３のピン４との接触部付近６の強度が低下するた
め、より低い荷重で容易にアルミ板２あるいは鋼板３を
貫くことが可能になるからである。この方法はピンで貫
くアルミ板の強度が高い場合により有効である。なぜな
ら、アルミニウム系金属材料は鉄系金属材料に比べて融
点が低いため、温度の上昇によってより強度が低下する
からである。しかし、鉄系金属材料であるピンは通電に
よって加熱されやすく加熱によってその強度が低下する
ため、電流値を上げ過ぎてピンの強度を低下させ過ぎな
いように注意すべきである。また、過大な電流によって
アルミ板を溶融させないようにすることも大切である。

【００１６】図１〜図５の実施例では板同士を接合する
場合を取り上げて説明したが、本発明の適用範囲は板同
士の接合のみに留まるものではなく、板とブロックの接
合やブロック同士の接合にも適用が可能である。また、
本発明は鋼板とアルミ板の接合以外にも適用が可能であ
る。図６の（ａ）〜（ｄ）はその一例を示す断面図であ
る。図６（ａ）は予め接合部に穴が開けられたアルミ板
２とアルミニウム系金属層９および鉄系金属層１０から
なる２層の鉄／アルミクラッド板１１とを重ね合わせ、
該穴に鉄系金属材料からなるピン４をアルミ板２の接合
面とは逆側から通し、さらに電極でピン４を加圧してそ
の先端部でクラッド板１１のアルミニウム系金属層９を
貫きさらにその先端部をクラッド板１１の鉄系金属層１
０に接触させ、電極でピン４とクラッド板１１を加圧し
ながらピン４とクラッド板１１の鉄系金属層１０との間
で通電し、ピン４の先端部６とクラッド板１１の鉄系金
属層１０とを抵抗溶接した状態を示している。また、図
６（ｂ）は予め接合部に穴が開けられたアルミ板２とア
ルミニウム系金属層９および鉄系金属層１０からなる２
層の鉄／アルミクラッド板１１とを重ね合わせ、該穴に
鉄系金属材料からなるピン４をアルミ板２の接合面とは
逆側から通し、さらに電極でピン４を加圧してその先端
部でクラッド板１１のアルミニウム系金属層９および鉄
系金属層１０を貫きさらにその先端部をクラッド板１１
の鉄系金属層１０の接合面とは逆側に設置された鉄系金
属材料からなる金属片８に接触させ、電極でピン４と金
属片８を加圧しながらピン４と金属片８の間で通電し、
ピン４の先端部６と金属片８とを抵抗溶接した状態を示
している。なお、図６（ａ）および（ｂ）で説明した実
施例では、アルミ板２に予め穴が開けられていなくても
よいし、クラッド板１１のアルミニウム系金属層９に穴
が開けられていてもよい。また、アルミ板２の代わりに
鋼板を用いてもよいし、接合する相手材の側にアルミニ
ウム系金属層あるいは鉄系金属層のどちらを向けてもよ
い。一方、図６（ｃ）および図６（ｄ）は、上記と同様
な方法で予め穴が開けられたアルミ板２とアルミニウム
系金属層９および鉄系金属層１０からなる３層の鉄／ア
ルミ／鉄クラッド板１２とをピン４を用いて接合した状
態を示す。なお、この場合にも、アルミ板２に予め穴が
開けられていなくてもよいし、クラッド板１１のアルミ
ニウム系金属層９あるいは鉄系金属層１０の両方あるい
はどちらか一方に穴が開けられていてもよい。また、ア
ルミ板２の代わりに鋼板を用いてもよい。

【００１７】図７の（ａ）〜（ｆ）は本発明にかかるピ
ン接合法を用いた場合の各種継手形状の例を示す断面図
である。図７の（ａ）はアルミ板２と鋼板３が平行状態
を保つためにアルミ板２と鋼板３が曲げられ接合された
状態を示している。また、図７（ｂ）はアルミ板２と鋼
板３とが段状に接合された状態を示している。図７
（ｃ）はアルミ板２と鋼板３が直角に曲げられ接合され
た状態を示している。一方、図７（ｄ）は鋼板３同士を
アルミ板２で連結して直角に接合する場合を示してお
り、また、図７（ｅ）は鋼板３にアルミ板２を直角に接
合する場合の例である。さらに、図７（ｆ）はアルミ板
２と鋼板３を接合する際、接合用の鋼板１３を用い、ス
ポット溶接部１４を併用することによりアルミ板２と鋼
板３とを接合した状態を示している。

【００１８】本発明で被接合体として用いるアルミニウ
ム系金属材料あるいは鉄系金属材料の材質は特に限定す
るものではない。また、接合に用いる鉄系金属材料から
なるピンあるいは鉄系金属材料からなる金属片の材質も
特に限定するものではない。しかし、図４、図５、図６
で説明したようにピンの先端部でアルミニウム系金属材
料の板あるいは鉄系金属材料の板を加圧して押し込みこ
れらを貫く場合には、ピンの降伏強さがアルミニウム系
金属材料あるいは鉄系金属材料の引張強さより５０ＭＰ
ａ以上高いことが望ましい。これは、ピンを押し込む際
に、ピンが変形や座屈を起こさないようにするためであ
る。被接合体であるアルミニウム系金属材料あるいは鉄
系金属材料の両方あるいは一方の引張強さがピンの降伏
強さと同等かあるいはそれ以上であり、ピンでアルミ板
あるいは鋼板の両方あるいは一方を貫くことが困難であ
る場合には、図１、図２、図３に示すようにアルミ板あ
るいは鋼板の両方あるいは一方に予めピンを通す穴を開
けておいたほうがよい。

【００１９】ピンの形状は図１の（ｂ）に示した形状に
限定されるものではない。例えば、被接合体の穴あるい
は被接合体自身に押し込む部分のピンの横断面の形状
は、図８に示すように、（ａ）丸形、（ｂ）三角形、
（ｃ）四角形、（ｄ）五角形、（ｅ）星形、などの多角
形、あるいは、（ｆ）三本足形、（ｇ）四本足形、
（ｈ）中空形など様々な形状のものを用いることが可能
である。また、ピンの縦断面の形状についても、図９に
示すように、先端部が、（ａ）三角形、（ｂ）丸形、
（ｃ）平面、（ｄ）くさび形、（ｅ）段々形、などの打
ち込み形やネジ形、（ｆ）回転防止形、（ｇ）中空形、
など様々な形状のものを用いることが可能である。これ
らピンの形状については、継手の形状、継手の仕様、被
接合体の強度、要求される接合部の強度、および接合部
にかかる荷重の方向などによって適宜選択することが望
ましい。また、ピンは先端部以外にも側面部で被接合体
に接触するが、接触による溶接時の分流や過剰発熱によ
る先端部以外での被接合体の溶融を防ぐために、被接合
体に接するピンの側面部には図１０に示すように絶縁性
の皮膜１５を被覆してもよい。絶縁性皮膜を被覆するこ
とにより溶接時の分流を防ぐことが可能となるため、よ
り低電流で抵抗溶接を行うことが可能となる。また、ピ
ンと被接合体が直接接触しなくなるため、例えば、被接
合体がアルミニウム系金属材料の場合には、それが溶融
し、金属間化合物を生成するのも防ぐことができる。さ
らに、この絶縁性皮膜によりアルミ板と鋼板が直接接触
することがないため、アルミ板と鋼板との接触による電
気的腐食も防止することが可能となり、継手部の耐食性
も向上させることができる。絶縁性皮膜は、セラミック
ス、高分子など高絶縁性のものならいずれでもよいが、
ピンの部分は温度が上がるため、望ましくは耐熱性のあ
るもののほうがよい。

【００２０】ピンを通す穴の形状は、図８および図９に
示したピンの形状に合わせて適宜選択すればよい。ま
た、ピンと穴の公差も任意に選ぶことができる。しか
し、ピンと穴の公差は継手の精度に影響したり、ピンと
被接合体との接触によって溶接時の分流に影響したり、
溶接部からの熱影響に影響したり、あるいは押し込む際
のピンの変形にも影響を及ぼすため、ピンの形状を損な
わずかつ溶接時の分流や熱伝導を最小限に防ぐ公差を選
ぶことが望ましい。さらに、前記したように溶接時の分
流や溶接部からの熱影響には絶縁性皮膜を被覆する方法
も有効である。また、図１（ｂ）、図２（ｂ）、図３
（ｂ）などで示したピンと鉄系金属材料あるいは鉄系金
属材料からなる金属片と接触した状態における被接合体
から上に飛び出したピンの余りしろｌ₄の値は、溶接部
６で金属間化合物を生成させることなく、かつ寸法精度
を良くして溶接するために、０．１〜１．０ｍｍ程度が
望ましい。

【００２１】ピンと鉄系金属材料あるいはピンと鉄系金
属材料からなる金属片とを抵抗溶接する際の電流密度の
範囲および通電時間の範囲は、それぞれ、３００〜１８
００Ａ／ｍｍ²および６０〜２８０ｍｓｅｃ程度が望ま
しい。このように値を限定したのは、電流密度がこれよ
り低いと、また通電時間がこれより短いと、溶接が不完
全であったり溶接部の強度が低くなったりするなどの問
題が生じるからであり、逆に電流密度がこれより高い
と、また通電時間がこれより長いと、入熱過剰となって
溶接部で金属間化合物が生成され易くなるからである。
なお、上記で述べた電流値の値は、ピンの押し込む部分
ｌ₂の断面積（図２）を基準にして計算している。一
方、請求項４に記載したピンを加圧して押し込む際の電
流値を抵抗溶接時の３０〜８０％と限定したのは、これ
より低いとアルミニウム系金属材料あるいは鉄系金属材
料の強度低下に対して抵抗発熱の効果が少なくなるから
であり、また、これより高いとピン自体の強度が低下し
過ぎたり、アルミニウム系金属材料を溶融させてピンと
の間で金属間化合物が生成されるようになるからであ
る。

【００２２】電極でピンと鉄系金属材料あるいはピンと
鉄系金属材料からなる金属片を加圧する場合の圧力、あ
るいは電極でピンを加圧して押し込みアルミニウム系金
属材料あるいは鉄系金属材料を貫く場合の圧力は３００
〜１５７０ＭＰａ程度が望ましい。このように値を限定
したのは、これより圧力が低いとピンが押し込みにくく
なり、かつ抵抗溶接も安定した状態で行い難くなるから
であり、また、これより圧力が高いとピンや被接合材料
の変形が大きくなり過ぎるからである。なお、この場合
の圧力の値はピンの押し込む部分ｌ₂の断面積（図２）
を基準にして計算している。ピンを押し込んでアルミニ
ウム系金属材料あるいは鉄系金属材料を貫く場合には、
静かに押し込んでもよいし衝撃的に打ち込んでもよい
が、作業効率の点を考慮すれば後者のほうが望ましい。

【００２３】なお、本発明において接合に用いるピンを
連続的に供給する装置としては、例えば図１１に示すよ
うに、溶接前はバネ１７によってピン４が固定され、溶
接後はピン４がバネ１７からはずれて連続的に供給でき
るような装置が考えられる。本発明によるピン供給装置
を用いれば連続的なピンの供給が可能となるため操業効
率も上がるものと考えられる。しかし、本発明における
ピンの供給装置はこのような装置に限定されるものでは
ない。

【００２４】

【実施例】

（第一の実施例）直径２．１ｍｍの穴１が開けられた３
０×６０×１．０ｍｍのアルミ板２（材質；Ａ５０５
２、引張強さ；２３５ＭＰａ）と穴が開けられていない
３０×６０×０．８ｍｍの冷延鋼板３（極低炭素鋼、引
張強さ；２９４ＭＰａ）とを図１（ａ）に示すように３
０ｍｍラップさせて重ね合わせた。次に、図１（ｂ）に
示す形状のピン４（材質；ＳＣ４５０、降伏強さ：２２
５ＭＰａ、Ｄ＝４．０ｍｍ、ｄ＝２．０ｍｍ、ｌ₁＝
１．５、ｌ₂＝１．０、ｌ₃＝０．２ｍｍ）を５の方向に
向けて穴１に通し、図１（ｃ）に示すようにピン４の先
端部６を冷延鋼板３に接触させ（但し、ｌ₄＝０．２ｍ
ｍ）、電極７で２００ｋｇの荷重をかけながらピン４と
冷延鋼板３との間で４．０ｋＡの電流を２００ｍｓｅｃ
流した。通電後の断面を観察すると、図１（ｄ）に示す
ように、ピン４の先端部６と冷延鋼板３とが抵抗溶接さ
れており、ピン４を用いてアルミ板２と冷延鋼板３とを
接合することができた。上記の実施例において、被接合
体であるアルミ板２の材質をそれぞれＡ１０５０、Ａ３
００４、Ａ６０６１、Ａ２０２４、Ａ７０７５（引張強
さ；それぞれ、１２７、２１６、２９４、４８０、４９
０ＭＰａ）などに代えても、同様にピン４を用いてアル
ミ板２と冷延鋼板３を接合することができた。

【００２５】（第２の実施例）直径２．１ｍｍの穴１が
開けられた３０×６０×１．０ｍｍのアルミ板２（材
質；Ａ５０５２）と同じ直径の穴１が開けられた３０×
６０×０．８ｍｍの冷延鋼板３（極低炭素鋼）とを図２
（ａ）に示すように穴の位置を合わせ３０ｍｍラップさ
せて重ね合わせた。また、冷延鋼板３の接合面の逆側に
冷延鋼板でできた５×５×０．５ｍｍの金属片８を配置
した。次に、図１（ａ）に示す形状のピン４（ｌ₂＝
１．８ｍｍ、材質、降伏強さ、その他の寸法は第１の実
施例と同じ）を５の方向に向けて穴１に通し、図２
（ｂ）に示すようにピン４の先端部６を金属片８に接触
させ（但し、ｌ₄＝０．２ｍｍ）、電極７で２００ｋｇ
の荷重をかけながらピン４と金属片８との間で４．０ｋ
Ａの電流を２００ｍｓｅｃ流した。通電後の断面を観察
すると、図２（ｃ）に示すように、ピン４の先端部６と
金属片８とが抵抗溶接されており、ピン４を用いてアル
ミ板２と冷延鋼板３とを接合することができた。上記の
実施例で、被接合体であるアルミ板２の材質をＡ１０５
０、Ａ３００４、Ａ６０６１、Ａ２０２４、Ａ７０７５
などに代えても、同様にピン４を用いてアルミ板２と冷
延鋼板３を接合することができた。

【００２６】（第３の実施例）第２の実施例で説明した
図２（ａ）において、アルミ板２と冷延鋼板３の位置を
入れ替え、図３（ａ）に示すように試験片をセットし
た。次に、第２の実施例で用いたのと同じ図１（ａ）に
示すようにピン４を５の方向に向けて穴１に通し、図３
（ｂ）に示すようにピン４の先端部６を金属片８に接触
させ（但し、ｌ₄＝０．２ｍｍ）、電極７で２００ｋｇ
の荷重をかけながらピン４と金属片８との間で４．０ｋ
Ａの電流を２００ｍｓｅｃ流した。通電後の断面を観察
すると、図３（ｃ）に示すように、ピン４の先端部６と
金属片８とが抵抗溶接されており、ピン４を用いてアル
ミ板２と冷延鋼板３とを接合することができた。上記の
実施例で、被接合体であるアルミ板２の材質をＡ１０５
０、Ａ３００４、Ａ６０６１、Ａ２０２４、Ａ７０７５
などに代えても、同様にピン４を用いてアルミ板２と冷
延鋼板３を接合することができた。

【００２７】（第４の実施例）第１の実施例において予
め穴が開けられているアルミ板２の代わりに穴が開けら
れていない３０×６０×１．０ｍｍのアルミ板２（材
質；Ａ５０５２）を用い、図４（ａ）に示すように第１
の実施例と同様に試験片をセットした。次に、電極７で
図１（ｂ）に示す形状のピン４（材質；ＳＭ５７０、降
伏強さ；４８０ＭＰａ、寸法は第１の実施例と同じ）を
２００ｋｇの荷重で加圧して図４（ｂ）に示すようにア
ルミ板２を貫きピン４の先端部６を冷延鋼板３に接触さ
せ、電極７で２００ｋｇの荷重をかけながらピン４と冷
延鋼板３との間で４．０ｋＡの電流を２００ｍｓｅｃ流
した。通電後の断面を観察すると、図１（ｄ）の場合と
同様に、ピン４の先端部６と冷延鋼板３とが抵抗溶接さ
れており、ピン４を用いてアルミ板２と冷延鋼板３とを
接合することができた。上記の実施例において、被接合
体であるアルミ板２の材質をＡ１０５０、Ａ３００４、
Ａ６０６１などに代えても、同様にピン４を用いてアル
ミ板２と冷延鋼板３を接合することができた。

【００２８】（第５の実施例）第２の実施例において、
図５（ａ）に示すように予め穴が開けられているアルミ
板２および鋼板３の代わりに穴が開けられていない３０
×６０×１．０ｍｍのアルミ板２（材質；Ａ５０５２）
および３０×６０×０．８ｍｍの鋼板３（極低炭素鋼）
を用い、あるいは図５（ｂ）に示すように予め穴が開け
られている鋼板３の代わりに穴が開けられていない３０
×６０×０．８ｍｍの鋼板３（極低炭素鋼）を用い、あ
るいは図５（ｃ）に示すように予め穴が開けられている
アルミ板２の代わりに穴が開けられていない３０×６０
×１．０ｍｍのアルミ板２（材質；Ａ５０５２）を用
い、第２の実施例と同様に試験片をセットした。次に、
電極７で図１（ｂ）に示す形状のピン４（材質；ＳＭ５
７０、寸法は第２の実施例と同じ）を２００ｋｇの荷重
で図５の（ａ）〜（ｃ）のように加圧してアルミ板２あ
るいは鋼板３の両方あるいはどちらか一方と貫きピン４
の先端部６を金属片８に接触させ、電極７で２００ｋｇ
の荷重をかけながらピン４と金属片８との間で４．０ｋ
Ａの電流を２００ｍｓｅｃ流した。通電の後の断面を観
察すると、図２（ｃ）の場合と同様に、ピン４の先端部
６と金属片８とが抵抗溶接されており、ピン４を用いて
アルミ板２と冷延鋼板３とを接合することができた。上
記の実施例において、被接合体であるアルミ板２の材質
をＡ１０５０、Ａ３００４、Ａ６０６１などに代えて
も、同様にピン４を用いてアルミ板２と冷延鋼板３を接
合することができた。また、上記の実施例で説明下図５
（ａ）〜（Ｃ）において、アルミ板２と鋼板３とを入れ
替え、鋼板３側からピン４を押し込んでも、図３（ｃ）
の場合と同様にピン４を用いてアルミ板２と冷延鋼板３
を接合することができた。

【００２９】（第６の実施例）第４および第５の実施例
において、ピン４でアルミ板２および鋼板３の両方ある
いはどちらか一方を加圧して貫く際、１．８ｋＡの電流
を流しながら加圧するとより容易にアルミ板２あるいは
鋼板３を貫くことが可能となり１２０ｋｇ程度の低荷重
でもピンで容易に板を貫くことができた。また、Ａ２０
２４やＡ７０７５などの高強度アルミ板や高強度鋼板の
場合には、降伏強さが高いピンを用いかつピンで板を貫
く際の荷重設定を高くしなければならないが、加圧時に
１．１〜２．８ｋＡ程度の電流を流すことによって１５
０〜２００ｋｇ程度の低荷重でも容易にピンを押し込み
板を貫くことが可能となった。ピン４でアルミ板２ある
いは鋼板３を貫いた後は電流値を上げ、ピン４と鋼板３
あるいはピン４と金属片８とを抵抗溶接し、ピン４を用
いて鋼板３とアルミ板２を接合した。

【００３０】（第７の実施例）第１および第２の実施例
において、鋼板３の代わりにアルミニウム系金属層９が
厚さ０．４ｍｍの純アルミ板（材質；Ａ１０５０）であ
り、鉄系金属層１０が厚さ０．４ｍｍの冷延鋼板（極低
炭素鋼）である３０×６０×０．８ｍｍの鉄／アルミ２
層クラッド板１１を用い、アルミ板２側にアルミニウム
系金属層９を向けて第１および第２の実施例と同様に試
験片をセットした。次に、図１（ｂ）に示す形状のピン
４（材質、強度は第５の実施例と同じ、Ｄ＝４．０ｍ
ｍ、ｄ＝２．０ｍｍ、ｌ₁＝１．５、ｌ₂＝１．４、ｌ₃
＝０．２ｍｍ）を穴１に通し、さらに電極７で２００ｋ
ｇの荷重をかけながらピン４を加圧してクラッド板１１
のアルミニウム系金属層９および鉄系金属層１０の両方
あるいは一方を貫きピン４の先端部６を冷延鋼板３ある
いは金属片８に接触させ、電極７で２００ｋｇの荷重を
かけながらピン４と冷延鋼板３あるいは金属片８との間
で４．０ｋＡの電流を２００ｍｓｅｃ流した。通電後の
断面を観察すると、図６（ａ）および（ｂ）に示したよ
うに、ピン４の先端部６と冷延鋼板３あるいは金属片８
とが抵抗溶接されており、ピン４を用いてアルミ板２と
２層クラッド板１１とを接合することができた。上記の
実施例において、被接合体であるアルミ板２の材質をＡ
１０５０、Ａ３００４、Ａ６０６１、Ａ２０２４、Ａ７
０７５などに代えても、同様にピン４を用いてアルミ板
２とクラッド板１１を接合することができた。なお、図
７（ａ）および（ｂ）で説明した実施例において、予め
穴が開けられていないアルミ板２を用いても、あるいは
アルミニウム系金属層９に穴が開けられているクラッド
板１１を用いても同様に接合が可能であった。また、ア
ルミ板２の代わりに鋼板３を用いても、接合する相手材
の側に鉄系金属層を向けても接合が可能であった。

【００３１】一方、第７の実施例において、３０×６０
×０．８ｍｍの鉄／アルミ２層クラッド板１１の代わり
に、アルミニウム系金属層９が厚さ０．４ｍｍの純アル
ミ板（材質；Ａ１０５０）であり、鉄系金属層１０が厚
さ０．４ｍｍの冷延鋼板である３０×６０×１．２ｍｍ
の鉄／アルミ／鉄３層クラッド材１２を用いても、図６
の（ｃ）および（ｄ）に示すように上記と同様な方法で
接合が可能であった。なお、この場合にも、アルミ板２
に予め穴が開けられていなくてもよいし、クラッド板１
１のアルミニウム系金属層９あるいは鉄系金属層１０の
両方あるいはどちらか一方に穴が開けられていてもよ
い。また、アルミ板２の代わりに鋼板３を用いてもよ
い。

【００３２】（第８の実施例）第１〜第７の実施例にお
いて、抵抗溶接の際の通電時間を６０〜２８０ｍｓｅｃ
と変化させても抵抗溶接が可能であった。また、ピン４
を鋼板あるいは金属片にくい込ませた状態で抵抗溶接を
行っても、４．８ｋＡの電流を流すことによってピン４
と鋼板３あるいは金属片８を抵抗溶接することができ
た。また、ピン４の先端形状として図８の（ａ）に示し
たものの代わりに図８の（ｂ）あるいは（ｃ）に示した
ものを用いても、５．５ｋＡ程度の電流を流すことによ
ってピン４と鋼板３あるいは金属片８を抵抗溶接するこ
とができた。さらに、図１０に示すように、Ａｌ₂Ｏ₃な
どの絶縁性皮膜を被覆したピン４を用いることにより、
１．５ｋＡ程度の低電流で溶接を行うことが可能であっ
た。

【００３３】（第９の実施例）第１〜第８の実施例で作
成した鋼板−アルミ板接合体の十字引張強さの値を測定
し、その最大値を直接スポット溶接した場合と比べる
と、本発明による継手の場合には直接スポット溶接した
場合に比べ２倍以上の高い値を示した。鋼板とアルミ板
は直接スポット溶接を行うと、溶接部で脆弱な金属間化
合物が生成されるため十字引張強さの値は低くなるが、
本発明による方法では金属間化合物がほとんど生成され
ないため、継手強度は高い値を示すことがわかった。

【００３４】

【発明の効果】以上述べたように、本発明を実施するこ
とによって、コンパクトかつ簡易な方法で鉄系金属材料
とアルミニウム系金属材料との異材接合を行うことが可
能となり、また、異材同士を抵抗溶接する際、溶接部で
生成される脆弱な金属間化合物の生成およびそれに伴う
接合部の強度・靭性の低下を防止することができる。ま
た、本発明では、点状、線状、面状など種々のタイプの
接合や様々な形状のもの同士の接合が可能となり、かつ
接合時にインサート材を必要とせず、鉄系金属材料とア
ルミニウム系金属材料との組み合わせ以外にも利用でき
るため、工業上非常に有益である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における溶接法の一実施例を説明するた
めの断面図である。

【図２】本発明における溶接法の一実施例を説明するた
めの断面図である。

【図３】本発明における溶接法の一実施例を説明するた
めの断面図である。

【図４】本発明における溶接法の一実施例を説明するた
めの断面図である。

【図５】本発明における溶接法の一実施例を説明するた
めの断面図である。

【図６】本発明における溶接法の一実施例を説明するた
めの断面図である。

【図７】本発明に係るピン接合を用いた各種継手形状を
示す断面図である。

【図８】本発明で用いる各種ピンの横断面図の一例であ
る。

【図９】本発明で用いる各種ピンの縦断面図の一例であ
る。

【図１０】本発明で用いるピンの縦断面図の一例であ
る。

【図１１】本発明で用いるピン供給装置の一例を示す断
面図である。

【符号の説明】

１ピンを通すための穴２アルミニウム系金属材料からなる板３鉄系金属材料からなる板４鉄系金属材料からなるピン５ピンを通す方向６ピンの先端部７溶接用電極８鉄系金属材料からなる金属片９クラッド材のアルミニウム系金属層１０クラッド材の鉄系金属層１１鉄／アルミニウム２層クラッド材の板１２鉄／アルミニウム／鉄３層クラッド材の板１３異材接合に用いる鉄系金属材料からなる板１４スポット溶接部１５絶縁性皮膜１６ピンを連続的に供給可能な接合装置１７ピンを押えるバネｌ₁ ピンのフランジ部の寸法ｌ₂ ピンの平行部の寸法ｌ₃ ピンの鋭角部の寸法ｌ₄ ピンの余りしろ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】鉄系金属材料（３）とアルミニウム系金
属材料（２）を重ね合わせて接合する異種金属の接合方
法において、接合する部分に予め穴（１）が開けられた
アルミニウム系金属材料（２）を用い、該アルミニウム
系金属材料（２）側から該穴（１）に鉄系金属材料から
なるピン（４）を通して該ピン（４）の先端部を鉄系金
属材料（３）に接触させ、電極（７）でピン（４）と鉄
系金属材料（３）を加圧しながらピン（４）と鉄系金属
材料（３）との間で通電することによりピン（４）の先
端部と鉄系金属材料（３）を抵抗溶接し、ピン（４）を
介して鉄系金属材料（３）とアルミニウム系金属材料
（２）を接合することを特徴とする鉄系金属材料とアル
ミニウム系金属材料との接合方法。
【請求項２】鉄系金属材料（３）とアルミニウム系金
属材料（２）を重ね合わせて接合する異種金属の接合方
法において、接合する部分に予め穴（１）が開けられた
アルミニウム系金属材料（２）及び鉄系金属材料（３）
を用い、該アルミニウム系金属材料（２）側から該穴
（１）に鉄系金属材料からなるピン（４）を通して該ピ
ン（４）の先端部を鉄系金属材料（３）の接合面の逆側
に設置された鉄系金属材料からなる金属片（８）に接触
させ、あるいは鉄系金属材料（３）側から該穴（１）に
鉄系金属材料からなるピン（４）を通して該ピン（４）
の先端部をアルミニウム系金属材料（２）の接合面の逆
側に設置された鉄系金属材料からなる金属片（８）に接
触させ、電極（７）でピン（４）と該金属片（８）を加
圧しながらピン（４）と該金属片（８）との間で通電す
ることによりピン（４）の先端部と該金属片（８）を抵
抗溶接し、ピン（４）を介して鉄系金属材料（３）とア
ルミニウム系金属材料（２）を接合することを特徴とす
る鉄系金属材料とアルミニウム系金属材料との接合方
法。
【請求項３】請求項１または請求項２に記載された鉄
系金属材料（３）とアルミニウム系金属材料（２）との
異種金属接合方法において、接合する部分に穴が開けら
れていないアルミニウム系金属材料（２）および鉄系金
属材料（３）の両方あるいは一方を用い、該アルミニウ
ム系金属材料（２）側あるいは該鉄系金属材料（３）側
から鉄系金属材料からなるピン（４）を電極（７）で加
圧しながら押し込み、該ピン（４）で該アルミニウム系
金属材料（２）および該鉄系金属材料（３）の両方ある
いは一方を貫いて、該ピン（４）の先端部を該鉄系金属
材料（３）、または鉄系金属材料（３）もしくはアルミ
ニウム系金属材料（２）の接合面の逆側に設置された鉄
系金属材料からなる金属片（８）に接触させ、電極
（７）でピン（４）と該鉄系金属材料（３）または鉄系
金属材料からなる金属片（８）を加圧しながらピン
（４）と該鉄系金属材料（３）または鉄系金属材料から
なる金属片（８）との間で通電することによりピン
（４）の先端部と該鉄系金属材料（３）または鉄系金属
材料からなる金属片（８）を抵抗溶接し、ピン（４）を
介して鉄系金属材料（３）とアルミニウム系金属材料
（２）を接合することを特徴とする鉄系金属材料とアル
ミニウム系金属材料との接合方法。
【請求項４】請求項３に記載された鉄系金属材料
（３）とアルミニウム系金属材料（２）との異種金属接
合方法において、アルミニウム系金属材料（２）側ある
いは鉄系金属材料（３）側から鉄系金属材料からなるピ
ン（４）を電極（７）で加圧しながら押し込む際、ピン
（４）と鉄系金属材料（３）または鉄系金属材料からな
る金属片（８）との間で両者を抵抗溶接する際の電流値
Ｉの３０〜８０％の電流を流しながらピン（４）を押し
込んでアルミニウム系金属材料（２）および鉄系金属材
料（３）の両方あるいは一方を貫き、該ピン（４）の先
端部を鉄系金属材料（３）、または鉄系金属材料（３）
もしくはアルミニウム系金属材料（２）の接合面の逆側
に設置された鉄系金属材料からなる金属片（８）に接触
させ、電極（７）でピン（４）と鉄系金属材料（３）ま
たは鉄系金属材料からなる金属片（８）を加圧しながら
ピン（４）と鉄系金属材料（３）または鉄系金属材料か
らなる金属片（８）との間で電流値Ｉで通電することに
よりピン（４）の先端部と鉄系金属材料（３）または鉄
系金属材料からなる金属片（８）を抵抗溶接し、ピン
（４）を介して鉄系金属材料（３）とアルミニウム系金
属材料（２）を接合することを特徴とする鉄系金属材料
とアルミニウム系金属材料との接合方法。