JPS6156099B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

本発明はスポツト溶接が可能な複合軽量材料に
係り、特に曲げ剛性にすぐれたスポツト溶接が可
能な複合軽量材料に関する。 自動車においては、燃費を向上させるため車体
の軽量対策として、小型化、FF化、高張力鋼板
の使用による板厚の減少、更に軽量化材料の採用
などが進められている。しかし剛性が必要とされ
る部品、例えば天井等には高張力鋼板を使用して
も板厚の減少ができず軽量化が遅れている。 ２枚の鋼板の間に鋼板厚の和より厚い樹脂中間
層を挾みこんだ複合材料いわゆるラミネート鋼板
は剛性低下を伴わず軽量化度が大きく、1980年２
月アメリカデトロイトで開かれたSAE部会にお
いてゼネラルモーター社、ナシヨナルスチール社
等から発表され大きな反響を呼んでいる。しかし
ラミネート鋼板の中間層に使用する樹脂すなわち
高分子有機材料は良絶縁体であるために主要な用
途であり、しかも多量の使用が期待できる自動車
用材料において不可欠なスポツト溶接が不可能な
致命的な欠点がある。このためラミネート鋼板の
使用に際してはボルト止め、接着材による接着、
その他の特別な工夫が検討されているが、いまだ
十分な解決はなされていない。 従来樹脂を金属板に挾んだ複合材料には軽量化
材料の他に樹脂の粘弾性を利用して振動エネルギ
ーを吸収する複合型制振鋼板がよく知られてい
る。複合型制振鋼板にスポツト溶接性を付与する
方法として、特開昭53−128687に樹脂に鉄粉など
の金属粉末を配合する方法が提案されている。 しかし軽量化を目的とするラミネート鋼板の場
合は、制振鋼板と異なり中間層が極めて厚いた
め、中間層にただ単に金属粉末を配合してもスポ
ツト溶接性を付与することは極めて難しい。本発
明者らは先に特願昭56−32407特開昭57−146649
号において制振鋼板のスポツト溶接を可能にする
ためグラフアイト粉末を配合する方法を提案した
が、中間層の厚み等が異るため同法によつてラミ
ネート鋼板にスポツト溶接性を付与することはで
きなかつた。 本発明の目的は上記従来技術の問題点を解決し
た、スポツト溶接が可能な複合軽量材料を提供す
ることにある。 本発明の要旨とするところは次のとおりであ
る。 すなわち、２枚の金属板および該金属板間に挾
装された樹脂とグラフアイトの混合物から成る中
間層より構成された複合軽量材料において、前記
中間層の厚さが前記２枚の金属板の厚さの和より
大きく、前記グラフアイトの前記中間層における
配合100分率Ｒが10〜50重量％であり、粒径が前
記中間層の厚さの1/2〜１倍の範囲内にある前記
グラフアイトの全グラフアイトに対する体積100
分率Ｖが√×Ｖ240の関係を満足することを
特徴とするスポツト溶接の可能な複合軽量材料で
ある。 本発者らは種々の検討を重ねた結果、中間層厚
が0.4〜0.6mmあるいはそれ以上のラミネート鋼板
においても、樹脂に配合する導電性粒子の種類、
粒度分布および配合量を調整した後、導電性粒子
が中間層の中で２次凝集を起さないような処理を
行えば中間層内に均一に分布してスポツト溶接が
可能なことを見出した。本発明はこの知見に基い
てなされたものである。 本発明においては２枚の金属板の間に挾装され
る中間層は樹脂とグラフアイトから形成される。
この樹脂とグラフアイトから成る中間の厚さを２
枚の金属板の厚さの和より大きくしたのは、複合
型制振鋼板の目的と異なり軽量化を図るためであ
る。 次に複合材料にスポツト溶接性を付与するため
に行つたグラフアイトの配合100分率および粒度
分布に関する基礎実験について説明する。粒径が
0.3mm（50メツシユ）〜0.6mmのものが全体積の80
％になるように粒度調整をしたグラフアイト粉末
に２次凝集防止処理を施した後、０〜50重量％の
範囲で中間層におけるグラフアイトの配合を変更
し厚さ0.6mmの中間層を成形し、この中間層を0.2
mm厚の冷延鋼板２枚で挾み温間で圧着した。この
全厚1.0mmのラミネート鋼板と1.0mm厚の冷延鋼板
とを、加圧力225Kg、通電時間10サイクルで溶接
電流値を変えてスポツト溶接性を調査しその結果
を第１図に示した。第１図において、〇印：全数
スポツト溶接可能、△印：一部スポツト溶接可
能、×印：スポツト溶接不可能である。第１図か
ら樹脂のみでグラフアイトが０％の場合は電流値
を変えてもスポツト溶接は不可能であるが、グラ
フアイトを重量100分率10％以上配合する場合は
試験範囲の全電流においてスポツト溶接が可能な
ことがわかる。一方グラフアイトが重量100分率
で50％を越えて配合すると樹脂特有の滑らかさや
粘弾性が失われ、中間層自体の成形が不可能であ
つた。また粒度調整をしたグラフアイトを重量
100分率で10〜50％配合した中間層を有する前記
全厚1.0mmのラミネート鋼板は中間層が全厚の60
％もあるにかかわらず、1.0mm厚鋼板間のスポツ
ト溶接に関する抵抗溶接機製造者協会
（RWMA）推奨のＡクラス条件である加圧力225
Kg、通電時間10サイクル、溶接電流8.8KAにおい
て溶接が可能であつた。これらの理由から本発明
においてはグラフアイトの中間層における配合
100分率Ｒを10〜50重量％に限定した。 またグラフアイトの粒経は中間層厚よりも大き
いものを使用すると、中間層厚が粒径によつて決
定されるために目標とする中間層厚が得られない
ので中間層厚よりも小さくなければならない。一
方中間層厚の1/2よりも小さな粒径の粒子は樹脂
によつて完全に周囲の粒子からシールされるため
に、溶接に必要な通電性が確保されないので中間
層厚の1/2より大きい粒子をある一定量以上必要
とする。 次に上記中間層厚の1/2より大きい粒子の配合
割合を決定するためにグラフアイトの粒度分布が
スポツト溶接性に及ぼす影響に関する本発明者ら
の実験について説明する。粒径が300〜600μのグ
ラフアイトの全グラフアイトに対する体積％Ｖを
種々に変えたグラフアイトに２次凝集防止処理を
施した後、中間層におけるグラフアイトの配合
100分率Ｒを変えて配合し0.6mm厚の中間層を形成
し、0.2mmの冷延鋼板２枚で挾み温間で圧着し
た。この全厚1.0mmのラミネート鋼板と1.0mm厚の
冷延鋼板を加圧力225Kg、通電時間10サイクル、
溶接電流8.8KAでスポツト溶接を行い溶接性を調
べた。その結果を第２図に示したが、第１図と同
様に〇印：全数スポツト溶接可能、△印：一部ス
ポツト溶接可能、×印：スポツト溶接不可能を示
している。 第２図において中間層の配合100分率Ｒ％と中
間層の厚さ0.6mmの1/2〜１倍すなわち粒径300〜
600μの範囲内のグラフアイトの全グラフアイト
体積に対する割合Ｖとの関係が√×Ｖ240の
第２図における破線より上部の領域においてのみ
全数スポツト溶接が可能であつた。この結果から
本発明においては中間層におけるグラフアイトの
配合100分率Ｒと一定粒径のグラフアイトの体積
100分率Ｖとの関係を√×Ｖ240に限定した。 なお樹脂とグラフアイトを上記の範囲に調整、
配合しものに金属板との接着を促進する充填材等
を添加しても、なんら通電性に悪影響を与えるも
のでもなく、また通電性を改善する目的で上記の
グラフアイト以外の通電性のすぐれたCu等を添
加しても特に障害はない。 中間層を挾む金属板は安価で表面性状にすぐれ
加工性の良好な冷延鋼板や耐食性にすぐれた亜鉛
めつき板等が好ましいが、通電性を阻害する処
理、例えばビニール被覆等のないものであれば前
記以外の金属板でも差しつかえない。従つて金属
板の選択は目的の材料に要求される性能によつて
使い分ければよい。 ２次凝集を防止する処理は、特別な処理を必要
とせずゲル状にした樹脂に練りこむ方法や界面活
性剤を使用する方法等一般に広く使用されている
方法でよい。 実施例 0.4，0.6および0.8mmの中間層を成形するため
に、それぞれの中間層厚に応じて配合100分率Ｒ
が30％と体積100分率Ｖが80％で√×Ｖ240に
なる如く粒度調整したグラフアイトに２次凝集防
止処理を施したのち、ポリプロピレン、ポリエチ
レン、ナイロン等の熱可塑性樹脂と配合100分率
Ｒが30％で配合した３種の厚さの中間層を形成
し、次にそれぞれ0.2，0.3および0.4mm厚の冷延鋼
板で挾み温間で圧着した。これらの供試材につい
て重量100分率、曲げ剛性、およびスポツト溶接
性を調査し、その結果を第１表に示した。供試材
No.10は比較のため0.8mm単一の冷延鋼板を示した
もので、表中の重量100分率とは上記0.8mm鋼板の
重量を100として比較したものである。曲げ剛性
は第３図に示す如き寸法の金属板２および中間層
４か

【表】 ら成る複合材料６の両端を支え、中央からポンチ
８にて荷重を負荷し１mm変形時の荷重で表示し
た。 第１表において本発明はいずれも溶接が可能で
あり、かつ軽量で変形荷重も高いことを示してい
る。例えば0.6mmの中間層を0.2mmの冷延鋼板で挾
んだ1.0mm厚の本発明例供試材No.４と単なる0.8mm
厚の冷延鋼板である比較例供試材No.10と対比する
と本発明例の方が（100−62/100）×100＝38％も
軽く、変形荷重が（1.3Kg−0.9Kg／0.9Kg）×100＝
44％も強いことがわかる。供試材No.２，３，６の
比較例はスポツト溶接が可能であるが全厚に対す
る重量100分率が大で本発明の目的を達成できな
い。 本発明は上記の実施例からも明らかな如く、２
枚の金属板の間に中間層を挾んで構成される複合
材料において、中間層の樹脂に配合するグラフア
イトの配合100分率、粒度分布を調整することに
よつて、スポツト溶接ができる複合軽量材料を得
ることが可能となり、自動車用材料で曲げ剛性が
必要とされる部材を軽量化し得る効果を挙げるこ
とができた。 また中間層として樹脂を使用しているので制振
性、断熱性にもすぐれており、自動車用材料以外
にも産業機械用材料、建築用材料としても広い用
途が期待できる。

【図面の簡単な説明】

第１図は中間層におけるグラフアイトの配合比
Ｒと溶接電流がスポツト溶接性に及ぼす影響を示
す相関図、第２図は中間層におけるグラフアイト
の配合100分率Ｒとグラフアイトの粒度分布とが
スポツト溶接性に及ぼす影響を示す相関図、第３
図は曲げ剛性の測定方法を示す断面図である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. １ ２枚の金属板および該金属板間に挾装された
   樹脂とグラフアイトの混合物から成る中間層より
   構成された複合軽量材料において、前記中間層の
   厚さが前記２枚の金属板の厚さの和よりきく、前
   記グラフアイトの前記中間層における配合100分
   率Ｒが10〜50重量％であり、粒径が前記中間層の
   厚さの1/2〜１倍の範囲内にある前記グラフアイ
   トの全グラフアイトに対する体積100分率Ｖが√
   ×Ｖ240の関係を満足することを特徴とする
   スポツト溶接が可能な複合軽量材料。