異材接合構造体の接合方法
【課題】接合界面の際まで塗装を行うことができる異材接合構造体の接合方法を得る。
【解決手段】本発明の異材接合構造体の接合方法は、鋼製部材１２と軽金属材１４とを重ね合わせて、非溶融の状態で摩擦により撹拌させて接合する異材接合構造体の接合方法において、鋼製部材１２に塗装を施す塗装工程Ｓ１と、軽金属材１４の鋼製部材１２との接合部に回転ツール５４を回転させながら押し込み、このときに発生する摩擦熱で軽金属材１４の接合部を軟化及び塑性流動させることにより、鋼製部材１２と軽金属材１４とを接合する接合工程Ｓ４とを含むことを特徴とする。
【解決手段】本発明の異材接合構造体の接合方法は、鋼製部材１２と軽金属材１４とを重ね合わせて、非溶融の状態で摩擦により撹拌させて接合する異材接合構造体の接合方法において、鋼製部材１２に塗装を施す塗装工程Ｓ１と、軽金属材１４の鋼製部材１２との接合部に回転ツール５４を回転させながら押し込み、このときに発生する摩擦熱で軽金属材１４の接合部を軟化及び塑性流動させることにより、鋼製部材１２と軽金属材１４とを接合する接合工程Ｓ４とを含むことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の前部に組み込まれるサブフレーム等の構造体などに適用される異種材料を接合した異材接合構造体の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両には、車体構造部材としてのフロントサイドフレームにサブフレーム構造体が固定され、サブフレーム構造体には、例えば、サスペンションアーム、スタビライザ等のサスペンション構成部品や、エンジン等のパワープラントが取り付けられている。
【０００３】
サブフレーム構造体は、車両前後方向で二つの部材に分割され、鉄製部材である前部サブフレームと、アルミニウム製部材である後部サブフレームとにより構成されている。
前部サブフレームと後部サブフレームとを接合をするに際しては、溶融溶接する場合に温度が高過ぎて塗料がとんでしまうことから、通常、塗装せずに溶融溶接を行う。その後、一体化した前部サブフレームおよび後部サブフレームに塗装を行い、サブフレーム構造体を製造している。
サブフレーム構造体のような異種金属の接合に関しては、下記の特許文献１、２が開示されている。
【０００４】
特許文献１には、異種金属からなる両材料をシール材を介して重ね合わせた後、接合部に介在するシール材を、例えば、加熱によって変形抵抗を低減させて接合界面から排出し、両材料を直接接触させた状態で、抵抗溶接やレーザビームの照射によって接合する異種金属の接合方法が記載されている。
特許文献２には、異種金属間の摩擦接合方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２３５８３号公報
【特許文献２】特許４１３４８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、サブフレーム構造体を前部サブフレームと後部サブフレームとを塗装せずに溶融溶接を行った後、一体化した前部サブフレームおよび後部サブフレームに塗装を行う場合、一体化した前部サブフレームおよび後部サブフレームは複雑な構造になるため、接合界面の際の電着塗装が難しい
【０００７】
本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、接合界面の際まで塗装を行うことができる異材接合構造体の接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、第１の本発明は、鋼製部材と軽金属材とを重ね合わせて、非溶融の状態で摩擦により撹拌させて接合する異材接合構造体の接合方法において、前記鋼製部材に塗装を施す塗装工程と、前記軽金属材の前記鋼製部材との接合部に回転ツールを回転させながら押し込み、このときに発生する摩擦熱で前記軽金属材の接合部を軟化及び塑性流動させることにより、前記鋼製部材と前記軽金属材とを接合する接合工程とを含むことを特徴とする。
第１の本発明によれば、溶融溶接のように塗膜が溶け出すことなく、細部まで先に容易に塗装を行うことができる。また、塗膜を外に押出すことができるので、先に塗装できる。
また、塑性流動によって、金属間化合物が形成されている。
【０００９】
また、第２の本発明は、第１の本発明の異材接合構造体の接合方法において、前記塗装が電着塗装であって、前記塗装の塗膜が前記接合部の前記軽金属材と前記鋼製部材との接合面の周囲に押出されることにより、当該接合面に前記塗膜が存在しないことを特徴とする。
第２の本発明によれば、塗膜が接合面の外に押出されることにより、軽金属材と鋼製部材との接合ができる。
【００１０】
第３の本発明は、第２の本発明の異材接合構造体の接合方法において、前記鋼製部材には亜鉛めっき加工が施され、前記亜鉛めっき層が前記電着塗装の塗膜とともに前記接合面の周囲に押出されることを特徴とする。
第３の本発明によれば、亜鉛めっき層が押出されることにより、軽金属材と鋼製部材との接合ができる。
【００１１】
第４の本発明は、第３の本発明の異材接合構造体の接合方法において、前記鋼製部材と前記軽金属材との間にシール部材が設けられ、前記シール部材が前記亜鉛めっき層、前記電着塗装の塗膜とともに前記接合面の周囲に押出されることを特徴とする。
第４の本発明によれば、シール部材が塗膜、鋼製部材の亜鉛めっきの酸化防止剤とともに混ざりあって、防錆効果を発揮できる。
また、シール部材とその他の物質が混ざりあったものが、接合界面の外へ押し出され、鋼製部材と軽金属材との接合が可能になる。
【００１２】
また、第５の本発明は、第１〜第４の何れかの本発明の異材接合構造体の接合方法において、前記回転ツールの先端部が前記鋼製部材に接触するまで押し込まれることを特徴とする。
第５の本発明によれば、軽金属材を確実に攪拌でき、鋼製部材に亜鉛めっき層、塗膜等が施された場合には亜鉛めっき層、塗膜等を押出すことができる。
【００１３】
また、第６の本発明は、第１〜第５の何れかの本発明の異材接合構造体の接合方法において、前記接合部における前記鋼製部材は、複数枚を重ね合わせて成ることを特徴とする。
第６の本発明によれば、鋼製部材と軽金属材との接合工程において、鋼製部材の下面の温度上昇を抑制できる。
【００１４】
第７の本発明は、第１〜第６の何れかの本発明の異材接合構造体の接合方法において、前記接合工程が開始される始点部における前記軽金属材の前記回転ツールの先端部が押し込れる箇所に、前記回転ツールの先端部より大きいまたはほぼ同等の寸法をもつ凹形状の第１凹部を形成することを特徴とする。
第７の本発明によれば、回転ツールの先端部の鋼製部材への挿入性が向上し、切り屑の発生を抑制できる。
【００１５】
第８の本発明は、第１〜第７の何れかの本発明の異材接合構造体の接合方法において、前記接合工程が終了される終了部における前記鋼製部材の前記回転ツールの先端部が押し込れる箇所に前記回転ツールの先端部より大きい寸法をもつ凹形状の第２凹部を形成し、かつ、前記軽金属材に前記鋼製部材の第２凹部内に収容される凸形状の凸部を形成することを特徴とする。
第８の本発明によれば、接合工程が終了される終了部で鋼製部材が露出するのを防止でき、終了部の鋼製部材を軽金属材で被覆できるために電食の発生を抑制できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、接合界面の際まで塗装を行うことができる異材接合構造体の接合方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るサブフレーム構造体が自動車の前部に組み込まれた状態を示す概略斜視図である。
【図２】第１実施形態に係るサブフレーム構造体の分解斜視図である。
【図３】（ａ）は、第１実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図、（ｂ）は、前記サブフレーム構造体から後部サブフレームを外した前部サブフレームの左側部の部分平面図である。
【図４】図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図５】図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図６】第１実施形態のサブフレーム構造体を構成する前部サブフレームと後部サブフレームとを摩擦攪拌接合する工程の流れを示す図である。
【図７】第１実施形態の前部サブフレームと後部サブフレームとを摩擦攪拌接合する工程を示す図であり、（ａ）は、ワークセット工程を示す図であり、（ｂ）は、シール材塗布工程を示す図であり、（ｃ）は、ワーク重ね工程を示す図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、前部サブフレームと後部サブフレームとを摩擦攪拌接合する際の接合界面の詳細を模式的に表した断面図である。
【図９】（ａ）は、接合ツールを用いて摩擦撹拌接合する状態を示す斜視図、（ｂ）は、摩擦撹拌接合状態を示す横断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、シール材が凹部内に溜まる状態を示す説明図である。
【図１１】前部サブフレームのフランジ部と後部サブフレームのフランジ部との接合部を示す横断面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係るサブフレーム構造体が自動車の前部に組み込まれた状態を示す概略斜視図である。
【図１３】第２実施形態に係るサブフレーム構造体の分解斜視図である。
【図１４】（ａ）は、第２実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図、（ｂ）は、前記サブフレーム構造体から後部サブフレームを外した前部サブフレームの左側部の部分平面図である。
【図１５】図１４（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図１６】図１４（ａ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
【図１７】本発明の第３実施形態に係るサブフレーム構造体が自動車の前部に組み込まれた状態を示す概略斜視図である。
【図１８】第３実施形態に係るサブフレーム構造体の分解斜視図である。
【図１９】（ａ）は、第３実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図、（ｂ）は、前記サブフレーム構造体から後部サブフレームを外した前部サブフレームの左側部の部分平面図である。
【図２０】図１９（ａ）のＥ−Ｅ線に沿った断面図である。
【図２１】図１９（ａ）のＦ−Ｆ線に沿った断面図である。
【図２２】（ａ）は、第３実施形態に係るサブフレーム構造体において、前部サブフレーム及び後部サブフレームの各フランジ部を摩擦撹拌接合する状態を示す断面図、（ｂ）は、摩擦撹拌接合部位の裏面の温度を測定した特性図、（ｃ）は、摩擦撹拌接合後の状態を示す断面図である。
【図２３】第４実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図である。
【図２４】第５実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図である。
【図２５】第５実施形態に係るサブフレーム構造体の摩擦撹拌接合の工程を示す図であり、(ａ)は摩擦撹拌接合を開始する箇所の始点部の状態を示す断面図であり、(ｂ)は摩擦撹拌接合を終了する箇所の終点部の摩擦撹拌接合前の状態を示す断面図であり、(ｃ)は摩擦撹拌接合を終了する箇所の終点部の摩擦撹拌接合後の状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
＜＜第１実施形態＞＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るサブフレーム構造体が自動車の前部に組み込まれた状態を示す概略斜視図であり、図２は、第１実施形態に係るサブフレーム構造体の分解斜視図である。
なお、各図中において、「前」、「後」は、車両１１の前後方向における前側及び後側をそれぞれ示し、「左」、「右」は、前後方向に垂直な車幅方向における車両１１の左側及び右側をそれぞれ示している。
【００１９】
本発明の第１実施形態に係るサブフレーム構造体（異材接合構造体）１０は、例えば四輪の車両１１の前部に配置され、サスペンションアーム、スタビライザ等のサスペンション構成部品や、エンジン等のパワープラントが取り付けられる。
サブフレーム構造体１０は、図示しない主要な車体構造部材のフロントサイドフレームに固定されるように設けられるか、或いは、図示しないフローティング機構によってフローティング可能に支持され設けられる。
サブフレーム構造体１０がフローティング機構によって支持される場合、車輪１１ｒから伝達される振動を好適に減衰することができる利点がある。
【００２０】
図３（ａ）は、図１に示すサブフレーム構造体の平面図、図３（ｂ）は、サブフレーム構造体から後部サブフレームを外した前部サブフレームの左側部の部分平面図である。
図１〜図３に示すように、サブフレーム構造体１０は、車両１１の前後方向で、鋼製部材である前部サブフレーム１２と軽金属製部材である後部サブフレーム１４との二つに分割される。
前部サブフレーム１２は、上面視で略コ字状の形状を有しており、例えば、図示しない鋼板をプレス成形することによって形成されたプレス成形品である。
後部サブフレーム１４は、上面視で略エ字状の形状を有しており、軽金属製、例えば、図示しない金型（ダイカスト機）のキャビティ内で溶融したアルミニウム合金（アルミニウム）を固化させて形成されたダイカスト成形品である。
【００２１】
図２に示すように、前部サブフレーム１２は、車幅方向に沿って延在するフロントクロスメンバ２０と、該フロントクロスメンバ２０の延在方向の両端部からそれぞれ車両１１の後方に向かって略平行に延在する一対の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂとを有している。
フロントクロスメンバ２０は、マウント部（台座）１６に装着される図示しないフロントエンジンマウントを介してエンジン１８（図１参照）の車両１１の前側を支持する。
【００２２】
なお、フロントクロスメンバ２０と一対の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂとを、例えば、鋳造成形又は鍛造成形等によって一体成形してもよいし、又は、フロントクロスメンバ２０の延在方向の両端部に、一対の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの前端部を溶接で接合してもよい。
【００２３】
フロントクロスメンバ２０は、鉄鋼製の中空部材によって形成される。
また、一対の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの延在方向に沿った中央部（中間部）２４ｂより前側の前方部２４ａは、鉄鋼製材料からなる中空部材で形成される。さらに、一対の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの延在方向に沿った中央部２４ｂの一部、および、中央部２４ｂより後側の後方部２４ｃは、前方部２４ａと比較して薄肉(薄い板厚)に形成された薄板部２６が後部サブフレーム１４に重ね合わせる箇所として形成される。
【００２４】
この場合、一対の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂにおける中央部２４ｂの一部および後方部２４ｃの薄板部２６は、従来の左・右サイドメンバと比較して、後方側に向かって所定長だけ延出（伸長）した延出部として形成されている。
図４は、図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
一対の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの中央部２４ｂの一部と後方部２４ｃとを含む薄板部２６は、図４に示されるように、１枚の薄板で断面が略ハット状に形成され、かつ、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂ（但し、図４中では、左サイドメンバ２２ａを図示し、右サイドメンバ２２ｂの図示を省略）の左右両側に、その延在方向に沿って延在するフランジ部２８が形成される。
【００２５】
一対の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの延在方向に沿った中央部２４ｂには、ボルト３０が挿通されるボルト挿通孔３２が形成される。この場合、左右で一対のボルト３０を、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのボルト挿通孔３２に沿ってそれぞれ下側から貫通させ、ボルト３０のねじ部３０ａを後部サブフレーム１４の前端部に設けられた有底のねじ穴３４に締結(螺着)する。これにより、前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４とは、車幅方向に沿った左右両側の位置で、一対のボルト３０によって固定される(図２参照)。
【００２６】
図１に示す後部サブフレーム１４は、図示しないリヤエンジンマウントを介して、エンジン１８の車両１１の後方側を支持し車幅方向に沿って延在するエンジン１８を支持するリヤメンバを構成する。リヤメンバの後部サブフレーム１４は、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの中央部２４ｂ及び前記中央部２４ｂを含むこれより後側の薄板部２６の上面にそれぞれ被せられ、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの上面の一部を被覆（重畳）する一対の左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂと、該一対の左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂを連結するリヤクロス部３８とを有し構成される。
後部サブフレーム１４は、例えば、アルミニウム、マグネシウムやこれらの合金等からなる軽金属製材料によって形成される。
【００２７】
図２に示すように、左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂの両側部にはフランジ部４０が設けられ、フランジ部４０は、左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂの延在方向に沿って一方端部から他方端部まで延在するように形成される。
図５は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０の側縁部４０ａは、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２８と比較して、車幅方向に沿った左右両外側方に僅かに突出して形成される。
【００２８】
このように、左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０の突出した側縁部４０ａが下方に向かって形成され、前部サブフレーム１２のフランジ部２８の側端面２８ａとの間に、上側に向かって窪んで形成された天井面４２ａを有する凹部４２が設けられる。この凹部４２は、図２に示す左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂの延在方向に沿って延設されている。
【００２９】
換言すると、左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂ（後部サブフレーム１４）のフランジ部４０の側縁部４０ａを、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂ（前部サブフレーム１２）のフランジ部２８と比較して、車幅方向に沿って左右両外側方に向かって僅かに突出させ、この突出した部分を鉛直下方向に向かって垂れ下がるように形成することにより、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２８の側端面２８ａとの間に天井面４２ａを有する凹部４２が形成される。
【００３０】
なお、左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０の鉛直下方向に向かって垂れ下がるように形成された側端部４０ａの下面は、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２８の下面と水平方向に沿って同一又は略同一となるように設定されるとよい。
【００３１】
前記左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの左右両側にそれぞれ設けられたフランジ部２８が下側に位置し、左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂの左右両側にそれぞれ設けられたフランジ部４０が上側に位置し、それぞれ重畳された状態で摩擦攪拌接合(FSW：Friction Stir Welding)によって一体的に接合されることにより、閉断面４４（図４及び図５参照）を有する閉空間が形成される。
【００３２】
また、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂとリヤメンバである後部サブフレーム１４の左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂとは、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの中央部に設けられたボルト挿通孔３２を挿通させたボルト３０が、左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂにそれぞれ設けられたねじ穴３４に螺入されて、閉断面４４が形成される閉空間を貫通して締結される。
【００３３】
閉断面４４が形成される閉空間内には、ボルト３０の外周面を囲繞する円筒体からなり、ボルト３０を締結したときに左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂと左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂとのそれぞれの接合強度を補強するカラー部材４６(図４参照)が設けられる。
このボルト３０による締結部位は、後記する摩擦攪拌接合によって前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４とが接合されていない非接合部位に位置し、溶接(摩擦撹拌接合)することができない非接合部位をボルト締結によって補強することができる。この結果、鉄鋼製の前部サブフレーム１２と軽金属製の後部サブフレーム１４とを相互に摩擦撹拌接合した場合であっても、非接合部位であるボルト締結部位との協働作用によって所望の剛性・強度を確保することができる。
【００３４】
従って、前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４とは、その重畳部位における各フランジ部２８、４０を摩擦攪拌接合することによって強固に固定（接合）されると共に、摩擦攪拌接合されていない非溶接部位で前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４とをボルト３０で締結することによって、サブフレーム構造体１０の全体において、より一層剛性・強度を増大させることができる。なお、左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂにおけるボルト３０による締結部位よりも後方位置に雌ねじのねじ穴（図示せず）をそれぞれ形成し、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの後方部２４ｃの下方から図示しない補強用ボルトを挿通孔にそれぞれ差し込んで前記雌ねじのねじ穴に締結することにより、より一層剛性・強度を増大させることができる。
【００３５】
第１実施形態に係るサブフレーム構造体１０は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
【００３６】
図６は、サブフレーム構造体を構成する前部サブフレームと後部サブフレームとを摩擦攪拌接合する工程の流れを示す図である。
先ず、鉄鋼製材料で形成された前部サブフレーム１２側のフランジ部２８と、アルミニウム合金等の軽金属材料で形成された後部サブフレーム１４側のフランジ部４０との重畳部位を、摩擦攪拌接合で一体的に接合する工程について図６に従って説明する。
【００３７】
図７は、前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４とを摩擦攪拌接合する工程を示す図であり、（ａ）は、ワークセット工程(図６のＳ１)を示す図であり、（ｂ）は、シール材塗布工程(図６のＳ２)を示す図であり、（ｃ）は、ワーク重ね工程(図６のＳ３)を示す図である。図８（ａ）〜（ｃ）は、前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４とを摩擦攪拌接合する際の接合界面の詳細を模式的に表した断面図である。
まず、鉄鋼製材料で前部サブフレーム１２の形状にプレス成形された成形品１２´(図８（ａ）参照)に合金亜鉛めっき１２ｍを施した後、カチオン電着塗装１２ｄを行い、図７（ａ）に示すように、合金亜鉛めっき１２ｍ、カチオン電着塗装１２ｄを行ったワークの前部サブフレーム１２をクランプ台などの治具６０にセットする(図６のＳ１)。
【００３８】
続いて、図７（ｂ）に示すように、前部サブフレーム１２のフランジ部２８の上面に、図示しないシール材塗布機構によってシール材５８、例えば、常乾型シール材を塗布する(図８（ａ）参照)(図６のＳ２)。
そして、図７（ｃ）に示すように、前部サブフレーム１２における上面にシール材５８を塗布したフランジ部２８の上に、ダイカスト成型されたアルミニウム合金材料などの軽金属製のワークの後部サブフレーム１４のフランジ部４０を重ね、図示しないクランプ機構を用いてクランプする(図６のＳ３)。このとき、図８（ｂ）に示すように、シール材５８が前部サブフレーム１２のフランジ部２８と後部サブフレーム１４のフランジ部４０との間に広がる。
【００３９】
続いて、図６のＳ４の前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４との接合工程(摩擦撹拌接合とシール材５８のはみ出しの工程)は、以下の通り行われる。
図７（ｃ）に示すように、摩擦攪拌接合に用いられる接合ツール５０は、図示しないモータ等の回転駆動源によって回転軸の回りに回転駆動される円柱状の回転子（Stir Rod）５２と、回転子５２の底部中心から軸方向に沿って突出する接合ピン（Probe）５４とを有する。接合ピン５４の直径は、回転子５２の直径よりも小さく設定され、接合ピン５４と回転子５２との環状の段差部分でショルダ部５６が形成される。
【００４０】
前記した接合ツール５０を用いて、前部サブフレーム１２のフランジ部２８と後部サブフレーム１４のフランジ部４０とを摩擦攪拌接合する。なお、前記したように、前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４の各フランジ部２８、４０の下側には、接合ツール５０によって各フランジ部２８、４０に付与される加圧力を受けるための治具６０が設けられている。
【００４１】
図７（ｃ）に示すように、図示しない回転駆動源を用いて回転子５２及び接合ピン５４を一体的に回転させた状態で、アルミニウム合金等の軽金属製材料で形成された後部サブフレーム１４のフランジ部４０の上面に徐々に近接させ、加圧力（押込力）によって接合ピン５４の先端部を後部サブフレーム１４のフランジ部４０の上面に当接（接触）させ回転進入させることにより、後部サブフレーム１４のフランジ部４０に塑性流動域ｓｒを生成する（図８（ｃ）参照）。塑性流動によって、軽金属(例えば、アルミニウム)と鉄との化合物である金属間化合物ｋｃが形成される。
【００４２】
図９（ａ）は、接合ツールを用いて摩擦撹拌接合する状態を示す斜視図であり、図９（ｂ）は、摩擦撹拌接合状態を示す横断面図である。
さらに、回転子５２及び接合ピン５４を一体的に回転させながら後部サブフレーム１４のフランジ部４０に加圧進入させ、図９に示すように、回転子５２のショルダ部５６が後部サブフレーム１４のフランジ部４０の上面に摺接するまで接合ピン５４を鉛直下方向に向かって挿入する。
【００４３】
その際、接合ピン５４の先端部は、図８（ｃ）に示すように、後部サブフレーム１４のフランジ部４０を貫通した後、塗布されたシール材５８の層、カチオン電着塗装１２ｄの層、および前部サブフレーム１２のフランジ部２８の上面に形成される合金亜鉛めっき１２ｍの層を突き抜け、シール材５８の層、カチオン電着塗装１２ｄの層、合金亜鉛めっき１２ｍの層を、フランジ部４０、２８間の接合面の周囲に押し出し、前部サブフレーム１２のフランジ部２８の上面に直接、当接するまで加圧力が付与される。
【００４４】
このように、接合ピン５４が前部サブフレーム１２の上面に当接するまで回転進入されることにより、軽金属製材料の後部サブフレーム１４のフランジ部４０に生成される塑性流動域ｓｒを塑性流動させ、シール材５８の層、カチオン電着塗装１２ｄの層、合金亜鉛めっき１２ｍの層を外側にはね除けた後に鉄鋼材料からなる前部サブフレーム１２の鋼板新生面を露出させて金属間化合物ｋｃが形成されて、後部サブフレーム１４と固相接合される。
すなわち、合金亜鉛めっき１２ｍ等のめっきの酸化防止剤とカチオン電着塗装１２ｄの塗膜とシール材５８とを接合面の周囲に押し出し混ぜ合わせて壁を作りながら、軽金属製材料の後部サブフレーム１４と前部サブフレーム１２のフランジ部２８とを固着するので、塗料等がとぶことがない。また、フランジ部４０とフランジ部２８との接合面には、シール材５８、カチオン電着塗装１２ｄの層、合金亜鉛めっき１２ｍの層は存在しない。なお、前記したように、接合ピン５４の周りの合金亜鉛めっき１２ｍの層、カチオン電着塗装１２ｄの層、およびシール材５８の部分には、これらの混合物ｍが壁のように形成される。
【００４５】
このように、回転子５２及び接合ピン５４が後部サブフレーム１４のフランジ部４０から回転進入して、接合ピン５４の先端部が前部サブフレーム１２のフランジ部２８の上面に当接した状態を保持しながら、重畳されたフランジ部２８、４０の延在方向に沿って回転子５２及び接合ピン５４を変位させることによって摩擦攪拌接合部位６２（図３（ａ）中の網状部分参照）が形成される。
【００４６】
なお、摩擦撹拌接合部位６２には、上側の後部サブフレーム１４（アルミニウム合金等の軽金属材料）と、下側の前部サブフレーム１２（鉄鋼材料）との間の接合界面には、図８（ｃ）に示すように、金属間化合物ｋｃが生成される。この金属間化合物ｋｃは、接合界面全域にわたる連続した層状形態ではなく、粒状形態又は分断された層状形態で接合界面内に分散した状態で生成される。
【００４７】
図１０（ａ）〜（ｃ）は、シール材が後部サブフレームの凹部内に溜まる状態を示す説明図である。
前部サブフレーム１２のフランジ部２８と後部サブフレーム１４のフランジ部４０との間に介装されたシール材５８が左右両側（両側部）からはみ出して凹部４２内に溜まるシール溜まり構造について、以下、図１０に基づいて説明する。
【００４８】
図１０（ａ）に示すように、フランジ部２８の上面にシール材５８が塗布された前部サブフレーム１２に対して後部サブフレーム１４が重畳された後、図示しないクランプ機構によってクランプすることにより、図１０（ｂ）に示すように、前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４の左右両側から僅かにシール材５８がはみ出す。
【００４９】
重畳された前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４の左右両側からはみ出されたシール材５８は、散らばることがなく天井面４２ａを有する凹部４２内に溜まる。さらに、前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４がクランプされた状態で摩擦撹拌接合されることにより、シール材５８がさらに左右両側からはみ出して必要十分な量のシール材５８が凹部４２内に保持される（図１０（ｃ）参照）。
【００５０】
図１１は、前部サブフレーム１２のフランジ部２８と後部サブフレーム１４のフランジ部４０との接合部を示す横断面図である。
この凹部４２内に保持されたシール材５８は、例えば、常乾型シール材で構成されることにより、所定時間経過後に固化されて、図１１に示すように、前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４の左右両側のフランジ部２８、４０間の間隙が確実にシールされる。
【００５１】
この結果、本実施形態では、摩擦撹拌接合された前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４の左右両側からはみ出されたシール材５８が凹部４２内に溜まることにより散らばることを防止して、シール材５８の充填の信頼性を図ることができる。
また、前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４の左右両側の間隙から水等の腐食因子が浸入することを抑制して、高い防錆性能を確保することができる。
【００５２】
また、凹部４２内におけるシール材５８の溜まり具合（溜まり量）は、作業者が外部から視認することができるため、シール材５８の塗布量を確認して前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４との間にシール材５８が確実に介装されたか否かを判断することができる。
【００５３】
さらに、フランジ部２８、４０同士が摩擦撹拌接合されて、前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４との間で閉断面４４をもつ閉空間が形成されるが、この閉断面４４をもつ閉空間が形成されたフランジ部２８、４０の内側においても、シール材５８がはみ出して固化されてシール機能が発揮される。このため、例えば、水滴（水）が、図１１の矢印α１のように、上側の後部サブフレーム１４の内壁面を伝わって、流下する場合であっても、流下する水滴が、各フランジ部２８、４０間のはみ出したシール材５８上を流れてフランジ部２８、４０間の間隙に留まることがない滞水防止構造とすることができる。
【００５４】
また、鉄製部材からなる前部サブフレーム１２とアルミニウム等の軽金属製部材からなる後部サブフレーム１４との異種材料の金属同士を摩擦撹拌接合した場合、各金属のイオン化傾向の違いによって各金属間に電位差が生じ、腐食電流が流れることによって異種金属同士の接触によって腐食が発生することが懸念される。しかしながら、本実施形態では、摩擦撹拌接合されたフランジ部２８、４０からはみ出したシール材５８が固化することによって、腐食電流が流れることを回避することができる。これにより、異種金属間の接触による耐食性を向上させることができる。
しかも、前部サブフレーム１２が単体時に塗装を行えるので、塗装が容易で塗装に関する手間が大幅に省ける。また、前部サブフレーム１２の塗り損いがない。
【００５５】
＜＜第２実施形態＞＞
次に、本発明の第２実施形態に係るサブフレーム構造体１００について、以下説明する。なお、以下に示される実施形態において、図１に示す第１実施形態に係るサブフレーム構造体１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５６】
図１２は、本発明の第２実施形態に係るサブフレーム構造体が自動車の前部に組み込まれた状態を示す概略斜視図、図１３は、第２実施形態に係るサブフレーム構造体の分解斜視図、図１４（ａ）は、第２実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図、図１４（ｂ）は、前記サブフレーム構造体から後部サブフレームを外した前部サブフレームの左側部の部分平面図、図１５は、図１４（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図、図１６は、図１４（ａ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
【００５７】
第２実施形態に係るサブフレーム構造体１００では、図１５に示すように、前部サブフレーム１２の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの中央部２４ｂにおけるボルト締結部位が２枚の鉄鋼材料からなる薄板１０２ａ、１０２ｂを接合して形成された閉断面４４を有している。従って、第２実施形態に係るサブフレーム構造体１００は、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのボルト締結部位が１枚の鉄鋼板からなり前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４との間で閉断面４４（図４参照）が形成された第１実施形態に係るサブフレーム構造体１０と相違している。
【００５８】
この場合、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂを構成する２枚の薄板１０２ａ、１０２ｂには、ボルト３０が挿通されるボルト挿通孔３２、３２がそれぞれ形成される。このボルト挿通孔３２、３２を挿通されたボルト３０のねじ部３０ａが後部サブフレーム１４のねじ穴３４に螺入されることにより、２枚の薄板１０２ａ、１０２ｂで形成された閉断面４４をもつ閉空間をボルト３０が貫通するように設けられる。
【００５９】
なお、閉断面４４をもつ閉空間におけるボルト３０の周りには、ボルト３０の外周面を囲繞する円筒体からなり、その軸方向に沿った一端部が一方の薄板１０２ａに連結され、軸方向に沿った他端部が他方の薄板１０２ｂに連結されるカラー部材１０４が設けられる。このカラー部材１０４は、ボルト３０を締結したときの薄板１０２ａ、１０２ｂの変形を回避して、ボルト締結部位における接合強度を補強するために設けられる。この場合、カラー部材１０４を下側の薄板１０２ｂと一体成形し、又は、薄板１０２ｂの上面にカラー部材１０４を予め溶接して固定することができる。また、２枚の薄板１０２ａ、１０２ｂで形成された閉断面４４を貫通するボルト３０を締結する際、アルミニウム合金製材料等の軽金属で形成された後部サブフレーム１４と、鉄鋼製材料で形成された上側の薄板１０２ａとが積層される、ボルト締結周辺部位を溶接するようにするとよい（図１５参照）。
【００６０】
第２実施形態では、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂを２枚の鉄鋼材料からなる薄板１０２ａ、１０２ｂを接合して閉断面４４を有する閉空間を形成することにより、その閉断面積を大きく設定することができる利点がある。この結果、剛性・強度をより一層向上させることができる。
【００６１】
＜＜第３実施形態＞＞
次に、本発明の第３実施形態に係るサブフレーム構造体２００について、以下説明する。
図１７は、本発明の第３実施形態に係るサブフレーム構造体が自動車の前部に組み込まれた状態を示す概略斜視図、図１８は、第３実施形態に係るサブフレーム構造体の分解斜視図、図１９（ａ）は、第３実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図、図１９（ｂ）は、サブフレーム構造体から後部サブフレームを外した前部サブフレームの左側部の部分平面図、図２０は、図１９（ａ）のＥ−Ｅ線に沿った断面図、図２１は、図１９（ａ）のＦ−Ｆ線に沿った断面図、図２２（ａ）は、第３実施形態に係るサブフレーム構造体において、前部サブフレーム及び後部サブフレームの各フランジ部を摩擦撹拌接合する状態を示す断面図、図２２（ｂ）は、摩擦撹拌接合部位の裏面の温度を測定した特性図、図２２（ｃ）は、摩擦撹拌接合後の状態を示す断面図である。
【００６２】
第３実施形態に係るサブフレーム構造体２００では、図１８に示すように、前部サブフレーム１２を構成する左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの中央部２４ｂから後方の延出部２０２（フランジ部２０４ａ、２０４ｂを含む）までを鉄鋼材料からなる２枚の薄板２０６ａ、２０６ｂを積層して薄肉に形成し、前記延出部２０２を含む左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂ全体を２枚の薄板２０６ａ、２０６ｂで構成している点で第１実施形態及び第２実施形態のサブフレーム構造体１０、１００と異なる。
【００６３】
第３実施形態の場合、前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４との摩擦撹拌接合前において、各左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２０４ａ、２０４ｂの表裏両面及び表裏両面の間の結合面（積層面）には、それぞれ電着塗装処理によって電着塗装膜２０８ａ〜２０８ｃが予め形成されている（図２２（ａ）参照）。また、電着塗装膜２０８ａの上には、シール材２５８が塗布されている。
【００６４】
このように２枚の薄板２０６ａ、２０６ｂが積層された左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２０４ａ、２０４ｂと、後部サブフレーム１４の左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０とを、図２２（ａ）に示すように、前記の接合ツール５０を用いて摩擦撹拌接合する。その際、接合ツール５０の接合ピン５４が左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０を回転進入して塑性流動域ｓｒを生成して、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの電着塗装膜２０８ａおよびシール材２５８を、フランジ部２０４ａ、２０４ｂとフランジ部４０、４０との各接合面の周囲に押し出して電着塗装膜２０８ａとシール材２５８との混合物ｍの壁を作りながら、フランジ部２０４ａ、２０４ｂまで当接し、接触する。
【００６５】
この際、電着塗装膜２０８ａおよびシール材２５８を接合面の周囲に押し出して混合物ｍの壁を作りながら、左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０と左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２０４ａ、２０４ｂとを、塑性流動によって軽金属(例えば、アルミニウム)と鉄との化合物である金属間化合物ｋｃが形成されて固着するので、電着塗装膜２０８ａがとぶことがない。また、フランジ部４０、４０と薄板２０６ａ、２０６ｂとの各接合面に電着塗装膜２０８ａ、シール材２５８が存在しない。
【００６６】
また、左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０に対して摩擦熱が与えられるが、摩擦撹拌接合部位の裏面２１０(フランジ部２０４ａ、２０４ｂの裏面)は、２枚の鉄鋼製の薄板２０６ａ、２０６ｂが積層されて構成されているため、熱伝達率が低下する。そのため、フランジ部２０４ａ、２０４ｂの裏面の電着塗装膜２０８ｃを分解可能とする所定温度（閾値温度）まで到達することなく（図２２（ｂ）参照）、電着塗装膜２０８ｃのフランジ部２０４ａ、２０４ｂの裏面からの剥がれを回避することができる（図２２（ｃ）参照）。
【００６７】
換言すると、摩擦撹拌接合する際に被接合物側に向かって回転進入される接合ピン５４によって摩擦熱が発生し、この摩擦熱が積層された鉄鋼製の薄板の下面に形成された電着塗装膜を剥離させるおそれがある。
そこで、第３実施形態では、図２１に示すように、前部サブフレーム１２を構成する左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの中央部２４ｂから後方の延出部２０２までを鉄鋼材料からなる２枚の薄板２０６ａ、２０６ｂを薄肉に形成して積層し空気層を形成し、熱伝達率を低下させる。
これにより、接合ピン５４の回転進入に起因する摩擦熱が下層側の薄板２０６ｂの下面に形成された電着塗装膜２０８ｃまで到達することを抑制することにより、摩擦撹拌接合部位の裏面２１０(フランジ部２０４ａ、２０４ｂの裏面)に形成された電着塗装膜２０８ｃを保護している。
【００６８】
図２２（ｂ）は、図示しない温度センサを用いて摩擦撹拌接合部位の裏面２１０（積層された２枚の鉄鋼製の薄板２０６ａ、２０６ｂの内の下層側の薄板２０６ｂの下面）の温度を測定した特性図である。この場合、摩擦撹拌接合によって下層側の薄板２０６ｂの下面の温度が僅かに上昇するが、鉄鋼製の薄板２０６ａ、２０６ｂを重ねることで、下層側の薄板２０６ｂの下面に形成された電着塗装膜２０８ｃを分解する所定温度（閾値温度）まで到達しないため、電着塗装膜２０８ｃの剥離を阻止して、前記電着塗装膜２０８ｃを安定的に保護することができる。
【００６９】
なお、前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４の接合面において、摩擦撹拌接合によって、積層された２枚の鉄鋼製の薄板２０６ａ、２０６ｂの内の上層側の薄板２０６ａとアルミニウム合金等の軽金属製の後部サブフレーム１５との間に形成された電着塗装膜２０８ａ、シール材２５８を確実に前記接合面の外方へ出すことができる。
【００７０】
また、第３実施形態では、前部サブフレーム１２を構成する左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの中央部２４ｂから後方の延出部２０２（フランジ部２０４ａ、２０４ｂを含む）までを鉄鋼材料からなる２枚の薄板２０６ａ、２０６ｂを積層した構造を例示しているが、これに限定されるものではなく、薄板の積層数は２枚以上であればよい。
【００７１】
なお、第３実施形態では、各左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２０４ａ、２０４ｂの表裏両面及び表裏両面の間の結合面（積層面）に、それぞれ電着塗装処理によって電着塗装膜２０８ａ〜２０８ｃが予め形成された場合を例示しているが、フランジ部２０４ａ、２０４ｂの表裏両面及び表裏両面の間の結合面（積層面）に、それぞれ合金亜鉛めっき等のめっきを施した後に電着塗装処理によって電着塗装膜２０８ａ〜２０８ｃを形成してもよい。
【００７２】
この場合、電着塗装膜２０８ａと合金亜鉛めっき等のめっきとシール材２５８とを混ぜ合わせて、左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０と左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２０４ａ、２０４ｂとの各接合面の周囲に押し出して電着塗装膜２０８ａと合金亜鉛めっき等のめっきとシール材２５８との混合物ｍの壁を作りながら、左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０と左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２０４ａ、２０４ｂとを、塑性流動によって軽金属と鉄との化合物である金属間化合物が形成されて固着(固相接合)する。そのため、電着塗装膜２０８ａ、合金亜鉛めっき等のめっきがとぶことがない。また、フランジ部４０、４０と薄板２０６ａ、２０６ｂとの各接合面に、電着塗装膜２０８ａ、合金亜鉛めっき等のめっき、シール材２５８が存在しない。なお、第３実施形態において、シール材２５８は用いなくともよいが、シール材２５８は防錆性を有するので、シール材２５８は用いる方がより望ましい。
【００７３】
＜＜第４実施形態＞＞
図２３は、第４実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図である。
第４実施形態に係るサブフレーム構造体３００は、アルミニウム合金等の軽金属製材料で形成された左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂの前端部３０２の形状を、リヤクロス部３８の軸線Ｇに対して交差するように傾斜させている点に特徴がある。このように前端部３０２を傾斜した形状とすることにより、摩擦撹拌接合部位６２の長さや断面積を増減させて自在に調整することができる利点がある。なお、前端部３０２の傾斜形状は、各リヤサイド部３６ａ、３６ｂの内側が外側よりも前方に向かって長くなり、又は、外側が内側よりも前方に向かって長くなる形状のいずれであってもよい。
【００７４】
＜＜第５実施形態＞＞
図２４は、第５実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図である。なお、図２４中の符号６２ｓ(始点部)は、摩擦撹拌接合を開始する箇所を示し、符号６２ｅ(終点部)は、摩擦撹拌接合を終了する箇所を示し、また、符号６２ｓ、６２ｅ間の白抜き矢印は摩擦撹拌接合の工程の作業の進行を示す。
【００７５】
図２５は、第５実施形態に係るサブフレーム構造体の摩擦撹拌接合の工程を示す図であり、(ａ)は摩擦撹拌接合を開始する箇所の始点部の状態を示す断面図であり、(ｂ)は摩擦撹拌接合を終了する箇所の終点部の摩擦撹拌接合前の状態を示す断面図であり、(ｃ)は摩擦撹拌接合を終了する箇所の終点部の摩擦撹拌接合後の状態を示す断面図である。
第５実施形態のサブフレーム構造体４００は、第３実施形態のサブフレーム構造体２００を、図２２に示す摩擦撹拌接合するに際して、摩擦撹拌接合を開始する始点部６２ｓの形状と終点部６２ｅの形状とを変更したものである。
【００７６】
図２５(ａ)に示すように、始点部６２ｓのアルミニウム等の軽金属製の左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０に、回転子５２の底部中心下方に突出する接合ピン５４の先端部が入るような接合ピン５４の先端部より大きなまたはほぼ同等の寸法をもつ凹形状の凹部４０ｂを形成している。
本構成により、接合ピン５４の回転進入による摩擦撹拌接合の開始に際して、フランジ部４０の切り屑(バリ)の発生が抑制され、接合ピン５４の挿入性が向上する。従って、摩擦撹拌接合の工程を円滑に開始し、摩擦撹拌接合の開始する始点部６２ｓの仕上がりを良好にすることができる。
【００７７】
そして、始点部６２ｓから、接合ピン５４を回転させて電着塗装膜２０８ａを、フランジ部４０と薄板２０６ａとの接合面の周囲に押し出して壁を作りながら、接合ピン５４を薄板２０６ａに直に接触させて回転させて、フランジ部４０と薄板２０６ａ、２０６ｂとの摩擦撹拌接合を継続し、図２５(ｃ)に示す摩擦撹拌接合を終了する終点部６２ｅに至る。この際、電着塗装膜２０８ａをフランジ部４０と薄板２０６ａとの接合面の周囲に押し出して壁を作りながら、左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０と薄板２０６ａ、２０６ｂとを固着するので、電着塗装膜２０８ａがとぶことがない。また、フランジ部４０と薄板２０６ａとの接合面に電着塗装膜２０８ａが存在しない
【００７８】
次に、図２５(ｂ)、図２５(ｃ)に示すフランジ部４０と薄板２０６ａ、２０６ｂとを摩擦撹拌接合する終了点である終点部６２ｅの構成について以下説明する。
予め、図２４に示す前部サブフレーム１２の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの中央部２４ｂから後方の延出部２０２までの薄板２０６ａ、２０６ｂにおける摩擦撹拌接合を終了する終点部６２ｅの上部に、図２５(ｂ)に示すように、接合ピン５４の先端部より大きな寸法をもつ凹形状の凹部２０２ｈを形成し、終点部６２ｅの薄板２０６ａ、２０６ｂに上から重なるアルミニウム等の軽金属製の左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０にそれぞれ、薄板２０６ａ、２０６ｂの凹部２０２ｈに嵌入される凸形状の凸部４０ｃを形成する。
【００７９】
摩擦撹拌接合の前に、図２５(ｂ)に示すように、前部サブフレーム１２の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの薄板２０６ａ、２０６ｂの上に、アルミニウム等の軽金属製の左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０が、フランジ部４０、４０の凸部４０ｃ、４０ｃをそれぞれ薄板２０６ａの凹部２０２ｈに嵌入して、重ねられる。
そして、回転子５２の底部中心下方に突出する接合ピン５４を回転させて、上側のフランジ部４０に進入させることで、図２５(ｃ)に示すように、後部サブフレーム１４の左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０と前部サブフレーム１２の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの薄板２０６ａ、２０６ｂとが、摩擦撹拌接合される。
【００８０】
図２５(ｂ)に示すように、前部サブフレーム１２の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの薄板２０６ａ、２０６ｂにおける摩擦撹拌接合を終了する終点部６２ｅの上部に接合ピン５４より大きな寸法の凹部２０２ｈを形成し、かつ、終点部６２ｅの薄板２０６ａ、２０６ｂに上から重なるアルミニウム等の軽金属製の左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０に、それぞれ薄板２０６ａ、２０６ｂの凹部２０２ｈに嵌入される凸部４０ｃを形成することにより、終点部６２ｅの薄板２０６ａが摩擦撹拌接合後に剥き出しになることが防止される。
【００８１】
また、薄板２０６ａ、２０６ｂの凹部２０２ｈにフランジ部４０のアルミニウム等の軽金属が充填されるので、終点部６２ｅの薄板２０６ａ、２０６ｂの電食の発生が抑制される。
なお、薄板２０６ａ、２０６ｂに、第３実施形態と同様に、各薄板２０６ａ、２０６ｂの両面に合金亜鉛めっき等のめっきを施してから、電着塗装膜２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃを形成してもよい。
【００８２】
この場合、接合ピン５４を回転させて電着塗装膜２０８ａ、合金亜鉛めっき等のめっき(酸化防止剤)を混ぜて接合ピン５４と薄板２０６ａとの接合面の周囲に押し出して壁を作りながら、接合ピン５４を薄板２０６ａに接触させて回転させて、フランジ部４０と薄板２０６ａ、２０６ｂとを摩擦撹拌接合を行う。この際、電着塗装膜２０８ａ、合金亜鉛めっき等のめっきを接合面の周囲に押し出して壁を作りながら、左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０と薄板２０６ａとを、金属間化合物が形成され固着するので、電着塗装膜２０８ａ、合金亜鉛めっき等のめっきがとぶことがない。また、フランジ部４０と薄板２０６ａとの接合面に電着塗装膜２０８ａ、合金亜鉛めっき等のめっきが存在しない。
【００８３】
なお、図２５(ｃ)に示すように、薄板２０６ａの上にシール材５８(二点鎖線)を塗布して、フランジ部４０を重ねるのが望ましい。この場合、シール材５８、電着塗装膜２０８ａ、合金亜鉛めっき等のめっきを接合面の周囲に押し出して壁を作りながら、接合ピン５４を薄板２０６ａに接触させて回転し、左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０と薄板２０６ａとを固着する。そのため、フランジ部４０と薄板２０６ａとの接合面に、シール材５８、電着塗装膜２０８ａ、合金亜鉛めっき等のめっきが存在しない。
また、第５実施形態の構成は、摩擦撹拌接合の工程の始点部６２ｓと終点部６２ｅとの構成は、第１〜第４実施形態に適用することが可能である。
第１〜第５実施形態の構成によれば、カチオン(ＥＤ)電着塗装等の電着塗装した状態で摩擦撹拌接合を実施するので、接合強度を確保できる。
アルミ部材等の軽金属材と鉄部材を接合する際に、鉄部材に予め電着塗装を施した上で摩擦撹拌接合することにより、溶融溶接のように塗膜が溶け出すことなく、塗装に関する手間が省けて細部まで先に塗装を行うことができる。また、塗膜が外に押し出されることにより、軽金属材と鉄部材とを接合できる。
【００８４】
なお、前記実施形態では、電着塗装としてカチオン電着塗装を例示して説明したが、カチオン電着塗装以外の電着塗装を適用してもよい。
なお、前記実施形態では、後部サブフレーム１４を軽金属で製作する例として、アルミニウム合金（アルミニウム）を例示したが、アルミニウム合金（アルミニウム）以外の軽金属を用いてもよいのは、勿論である。
また、第１〜第５実施形態で様々な構成を説明したが、説明した各構成を適宜任意に組み合わせて構成してもよい。
【００８５】
なお、前記実施形態では、合金亜鉛めっきを例示したが、純亜鉛めっきでもよい。しかし、合金亜鉛めっきの方が、成形性、防食性に優れるので、より望ましい。なお、特許請求の範囲の「亜鉛めっき」とは、合金亜鉛めっき、純亜鉛めっきの両者を含むものとする。
【符号の説明】
【００８６】
１０、１００、２００、３００、４００ サブフレーム構造体（異材接合構造体）
１２ 前部サブフレーム（鋼製部材）
１４ 後部サブフレーム（軽金属材）
２８ フランジ部（鋼製部材）
４０ フランジ部軽金属材）
４０ｂ 凹部(第１凹部)
４０ｃ 凸部
５４ 接合ピン(回転ツール)
５８、２５８ シール材（シール部材）
６２ｓ 始点部
６２ｅ 終点部
２０２ｈ 凹部(第２凹部)
２０６ａ、２０６ｂ 鉄鋼製の薄板(複数枚を重ねた鋼製部材)
Ｓ１ ワークＳＥＴ(塗装工程)
Ｓ４ 摩擦撹拌接合とシール材はみ出し(接合工程)
【技術分野】
【０００１】
本発明は、車両の前部に組み込まれるサブフレーム等の構造体などに適用される異種材料を接合した異材接合構造体の接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車等の車両には、車体構造部材としてのフロントサイドフレームにサブフレーム構造体が固定され、サブフレーム構造体には、例えば、サスペンションアーム、スタビライザ等のサスペンション構成部品や、エンジン等のパワープラントが取り付けられている。
【０００３】
サブフレーム構造体は、車両前後方向で二つの部材に分割され、鉄製部材である前部サブフレームと、アルミニウム製部材である後部サブフレームとにより構成されている。
前部サブフレームと後部サブフレームとを接合をするに際しては、溶融溶接する場合に温度が高過ぎて塗料がとんでしまうことから、通常、塗装せずに溶融溶接を行う。その後、一体化した前部サブフレームおよび後部サブフレームに塗装を行い、サブフレーム構造体を製造している。
サブフレーム構造体のような異種金属の接合に関しては、下記の特許文献１、２が開示されている。
【０００４】
特許文献１には、異種金属からなる両材料をシール材を介して重ね合わせた後、接合部に介在するシール材を、例えば、加熱によって変形抵抗を低減させて接合界面から排出し、両材料を直接接触させた状態で、抵抗溶接やレーザビームの照射によって接合する異種金属の接合方法が記載されている。
特許文献２には、異種金属間の摩擦接合方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−２３５８３号公報
【特許文献２】特許４１３４８３７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、サブフレーム構造体を前部サブフレームと後部サブフレームとを塗装せずに溶融溶接を行った後、一体化した前部サブフレームおよび後部サブフレームに塗装を行う場合、一体化した前部サブフレームおよび後部サブフレームは複雑な構造になるため、接合界面の際の電着塗装が難しい
【０００７】
本発明は、これらの問題に鑑みてなされたものであり、接合界面の際まで塗装を行うことができる異材接合構造体の接合方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記の目的を達成するために、第１の本発明は、鋼製部材と軽金属材とを重ね合わせて、非溶融の状態で摩擦により撹拌させて接合する異材接合構造体の接合方法において、前記鋼製部材に塗装を施す塗装工程と、前記軽金属材の前記鋼製部材との接合部に回転ツールを回転させながら押し込み、このときに発生する摩擦熱で前記軽金属材の接合部を軟化及び塑性流動させることにより、前記鋼製部材と前記軽金属材とを接合する接合工程とを含むことを特徴とする。
第１の本発明によれば、溶融溶接のように塗膜が溶け出すことなく、細部まで先に容易に塗装を行うことができる。また、塗膜を外に押出すことができるので、先に塗装できる。
また、塑性流動によって、金属間化合物が形成されている。
【０００９】
また、第２の本発明は、第１の本発明の異材接合構造体の接合方法において、前記塗装が電着塗装であって、前記塗装の塗膜が前記接合部の前記軽金属材と前記鋼製部材との接合面の周囲に押出されることにより、当該接合面に前記塗膜が存在しないことを特徴とする。
第２の本発明によれば、塗膜が接合面の外に押出されることにより、軽金属材と鋼製部材との接合ができる。
【００１０】
第３の本発明は、第２の本発明の異材接合構造体の接合方法において、前記鋼製部材には亜鉛めっき加工が施され、前記亜鉛めっき層が前記電着塗装の塗膜とともに前記接合面の周囲に押出されることを特徴とする。
第３の本発明によれば、亜鉛めっき層が押出されることにより、軽金属材と鋼製部材との接合ができる。
【００１１】
第４の本発明は、第３の本発明の異材接合構造体の接合方法において、前記鋼製部材と前記軽金属材との間にシール部材が設けられ、前記シール部材が前記亜鉛めっき層、前記電着塗装の塗膜とともに前記接合面の周囲に押出されることを特徴とする。
第４の本発明によれば、シール部材が塗膜、鋼製部材の亜鉛めっきの酸化防止剤とともに混ざりあって、防錆効果を発揮できる。
また、シール部材とその他の物質が混ざりあったものが、接合界面の外へ押し出され、鋼製部材と軽金属材との接合が可能になる。
【００１２】
また、第５の本発明は、第１〜第４の何れかの本発明の異材接合構造体の接合方法において、前記回転ツールの先端部が前記鋼製部材に接触するまで押し込まれることを特徴とする。
第５の本発明によれば、軽金属材を確実に攪拌でき、鋼製部材に亜鉛めっき層、塗膜等が施された場合には亜鉛めっき層、塗膜等を押出すことができる。
【００１３】
また、第６の本発明は、第１〜第５の何れかの本発明の異材接合構造体の接合方法において、前記接合部における前記鋼製部材は、複数枚を重ね合わせて成ることを特徴とする。
第６の本発明によれば、鋼製部材と軽金属材との接合工程において、鋼製部材の下面の温度上昇を抑制できる。
【００１４】
第７の本発明は、第１〜第６の何れかの本発明の異材接合構造体の接合方法において、前記接合工程が開始される始点部における前記軽金属材の前記回転ツールの先端部が押し込れる箇所に、前記回転ツールの先端部より大きいまたはほぼ同等の寸法をもつ凹形状の第１凹部を形成することを特徴とする。
第７の本発明によれば、回転ツールの先端部の鋼製部材への挿入性が向上し、切り屑の発生を抑制できる。
【００１５】
第８の本発明は、第１〜第７の何れかの本発明の異材接合構造体の接合方法において、前記接合工程が終了される終了部における前記鋼製部材の前記回転ツールの先端部が押し込れる箇所に前記回転ツールの先端部より大きい寸法をもつ凹形状の第２凹部を形成し、かつ、前記軽金属材に前記鋼製部材の第２凹部内に収容される凸形状の凸部を形成することを特徴とする。
第８の本発明によれば、接合工程が終了される終了部で鋼製部材が露出するのを防止でき、終了部の鋼製部材を軽金属材で被覆できるために電食の発生を抑制できる。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、接合界面の際まで塗装を行うことができる異材接合構造体の接合方法を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明の第１実施形態に係るサブフレーム構造体が自動車の前部に組み込まれた状態を示す概略斜視図である。
【図２】第１実施形態に係るサブフレーム構造体の分解斜視図である。
【図３】（ａ）は、第１実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図、（ｂ）は、前記サブフレーム構造体から後部サブフレームを外した前部サブフレームの左側部の部分平面図である。
【図４】図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
【図５】図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
【図６】第１実施形態のサブフレーム構造体を構成する前部サブフレームと後部サブフレームとを摩擦攪拌接合する工程の流れを示す図である。
【図７】第１実施形態の前部サブフレームと後部サブフレームとを摩擦攪拌接合する工程を示す図であり、（ａ）は、ワークセット工程を示す図であり、（ｂ）は、シール材塗布工程を示す図であり、（ｃ）は、ワーク重ね工程を示す図である。
【図８】（ａ）〜（ｃ）は、前部サブフレームと後部サブフレームとを摩擦攪拌接合する際の接合界面の詳細を模式的に表した断面図である。
【図９】（ａ）は、接合ツールを用いて摩擦撹拌接合する状態を示す斜視図、（ｂ）は、摩擦撹拌接合状態を示す横断面図である。
【図１０】（ａ）〜（ｃ）は、シール材が凹部内に溜まる状態を示す説明図である。
【図１１】前部サブフレームのフランジ部と後部サブフレームのフランジ部との接合部を示す横断面図である。
【図１２】本発明の第２実施形態に係るサブフレーム構造体が自動車の前部に組み込まれた状態を示す概略斜視図である。
【図１３】第２実施形態に係るサブフレーム構造体の分解斜視図である。
【図１４】（ａ）は、第２実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図、（ｂ）は、前記サブフレーム構造体から後部サブフレームを外した前部サブフレームの左側部の部分平面図である。
【図１５】図１４（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。
【図１６】図１４（ａ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
【図１７】本発明の第３実施形態に係るサブフレーム構造体が自動車の前部に組み込まれた状態を示す概略斜視図である。
【図１８】第３実施形態に係るサブフレーム構造体の分解斜視図である。
【図１９】（ａ）は、第３実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図、（ｂ）は、前記サブフレーム構造体から後部サブフレームを外した前部サブフレームの左側部の部分平面図である。
【図２０】図１９（ａ）のＥ−Ｅ線に沿った断面図である。
【図２１】図１９（ａ）のＦ−Ｆ線に沿った断面図である。
【図２２】（ａ）は、第３実施形態に係るサブフレーム構造体において、前部サブフレーム及び後部サブフレームの各フランジ部を摩擦撹拌接合する状態を示す断面図、（ｂ）は、摩擦撹拌接合部位の裏面の温度を測定した特性図、（ｃ）は、摩擦撹拌接合後の状態を示す断面図である。
【図２３】第４実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図である。
【図２４】第５実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図である。
【図２５】第５実施形態に係るサブフレーム構造体の摩擦撹拌接合の工程を示す図であり、(ａ)は摩擦撹拌接合を開始する箇所の始点部の状態を示す断面図であり、(ｂ)は摩擦撹拌接合を終了する箇所の終点部の摩擦撹拌接合前の状態を示す断面図であり、(ｃ)は摩擦撹拌接合を終了する箇所の終点部の摩擦撹拌接合後の状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。
＜＜第１実施形態＞＞
図１は、本発明の第１実施形態に係るサブフレーム構造体が自動車の前部に組み込まれた状態を示す概略斜視図であり、図２は、第１実施形態に係るサブフレーム構造体の分解斜視図である。
なお、各図中において、「前」、「後」は、車両１１の前後方向における前側及び後側をそれぞれ示し、「左」、「右」は、前後方向に垂直な車幅方向における車両１１の左側及び右側をそれぞれ示している。
【００１９】
本発明の第１実施形態に係るサブフレーム構造体（異材接合構造体）１０は、例えば四輪の車両１１の前部に配置され、サスペンションアーム、スタビライザ等のサスペンション構成部品や、エンジン等のパワープラントが取り付けられる。
サブフレーム構造体１０は、図示しない主要な車体構造部材のフロントサイドフレームに固定されるように設けられるか、或いは、図示しないフローティング機構によってフローティング可能に支持され設けられる。
サブフレーム構造体１０がフローティング機構によって支持される場合、車輪１１ｒから伝達される振動を好適に減衰することができる利点がある。
【００２０】
図３（ａ）は、図１に示すサブフレーム構造体の平面図、図３（ｂ）は、サブフレーム構造体から後部サブフレームを外した前部サブフレームの左側部の部分平面図である。
図１〜図３に示すように、サブフレーム構造体１０は、車両１１の前後方向で、鋼製部材である前部サブフレーム１２と軽金属製部材である後部サブフレーム１４との二つに分割される。
前部サブフレーム１２は、上面視で略コ字状の形状を有しており、例えば、図示しない鋼板をプレス成形することによって形成されたプレス成形品である。
後部サブフレーム１４は、上面視で略エ字状の形状を有しており、軽金属製、例えば、図示しない金型（ダイカスト機）のキャビティ内で溶融したアルミニウム合金（アルミニウム）を固化させて形成されたダイカスト成形品である。
【００２１】
図２に示すように、前部サブフレーム１２は、車幅方向に沿って延在するフロントクロスメンバ２０と、該フロントクロスメンバ２０の延在方向の両端部からそれぞれ車両１１の後方に向かって略平行に延在する一対の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂとを有している。
フロントクロスメンバ２０は、マウント部（台座）１６に装着される図示しないフロントエンジンマウントを介してエンジン１８（図１参照）の車両１１の前側を支持する。
【００２２】
なお、フロントクロスメンバ２０と一対の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂとを、例えば、鋳造成形又は鍛造成形等によって一体成形してもよいし、又は、フロントクロスメンバ２０の延在方向の両端部に、一対の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの前端部を溶接で接合してもよい。
【００２３】
フロントクロスメンバ２０は、鉄鋼製の中空部材によって形成される。
また、一対の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの延在方向に沿った中央部（中間部）２４ｂより前側の前方部２４ａは、鉄鋼製材料からなる中空部材で形成される。さらに、一対の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの延在方向に沿った中央部２４ｂの一部、および、中央部２４ｂより後側の後方部２４ｃは、前方部２４ａと比較して薄肉(薄い板厚)に形成された薄板部２６が後部サブフレーム１４に重ね合わせる箇所として形成される。
【００２４】
この場合、一対の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂにおける中央部２４ｂの一部および後方部２４ｃの薄板部２６は、従来の左・右サイドメンバと比較して、後方側に向かって所定長だけ延出（伸長）した延出部として形成されている。
図４は、図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿った断面図である。
一対の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの中央部２４ｂの一部と後方部２４ｃとを含む薄板部２６は、図４に示されるように、１枚の薄板で断面が略ハット状に形成され、かつ、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂ（但し、図４中では、左サイドメンバ２２ａを図示し、右サイドメンバ２２ｂの図示を省略）の左右両側に、その延在方向に沿って延在するフランジ部２８が形成される。
【００２５】
一対の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの延在方向に沿った中央部２４ｂには、ボルト３０が挿通されるボルト挿通孔３２が形成される。この場合、左右で一対のボルト３０を、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのボルト挿通孔３２に沿ってそれぞれ下側から貫通させ、ボルト３０のねじ部３０ａを後部サブフレーム１４の前端部に設けられた有底のねじ穴３４に締結(螺着)する。これにより、前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４とは、車幅方向に沿った左右両側の位置で、一対のボルト３０によって固定される(図２参照)。
【００２６】
図１に示す後部サブフレーム１４は、図示しないリヤエンジンマウントを介して、エンジン１８の車両１１の後方側を支持し車幅方向に沿って延在するエンジン１８を支持するリヤメンバを構成する。リヤメンバの後部サブフレーム１４は、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの中央部２４ｂ及び前記中央部２４ｂを含むこれより後側の薄板部２６の上面にそれぞれ被せられ、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの上面の一部を被覆（重畳）する一対の左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂと、該一対の左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂを連結するリヤクロス部３８とを有し構成される。
後部サブフレーム１４は、例えば、アルミニウム、マグネシウムやこれらの合金等からなる軽金属製材料によって形成される。
【００２７】
図２に示すように、左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂの両側部にはフランジ部４０が設けられ、フランジ部４０は、左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂの延在方向に沿って一方端部から他方端部まで延在するように形成される。
図５は、図３（ａ）のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。
左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０の側縁部４０ａは、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２８と比較して、車幅方向に沿った左右両外側方に僅かに突出して形成される。
【００２８】
このように、左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０の突出した側縁部４０ａが下方に向かって形成され、前部サブフレーム１２のフランジ部２８の側端面２８ａとの間に、上側に向かって窪んで形成された天井面４２ａを有する凹部４２が設けられる。この凹部４２は、図２に示す左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂの延在方向に沿って延設されている。
【００２９】
換言すると、左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂ（後部サブフレーム１４）のフランジ部４０の側縁部４０ａを、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂ（前部サブフレーム１２）のフランジ部２８と比較して、車幅方向に沿って左右両外側方に向かって僅かに突出させ、この突出した部分を鉛直下方向に向かって垂れ下がるように形成することにより、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２８の側端面２８ａとの間に天井面４２ａを有する凹部４２が形成される。
【００３０】
なお、左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０の鉛直下方向に向かって垂れ下がるように形成された側端部４０ａの下面は、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２８の下面と水平方向に沿って同一又は略同一となるように設定されるとよい。
【００３１】
前記左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの左右両側にそれぞれ設けられたフランジ部２８が下側に位置し、左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂの左右両側にそれぞれ設けられたフランジ部４０が上側に位置し、それぞれ重畳された状態で摩擦攪拌接合(FSW：Friction Stir Welding)によって一体的に接合されることにより、閉断面４４（図４及び図５参照）を有する閉空間が形成される。
【００３２】
また、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂとリヤメンバである後部サブフレーム１４の左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂとは、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの中央部に設けられたボルト挿通孔３２を挿通させたボルト３０が、左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂにそれぞれ設けられたねじ穴３４に螺入されて、閉断面４４が形成される閉空間を貫通して締結される。
【００３３】
閉断面４４が形成される閉空間内には、ボルト３０の外周面を囲繞する円筒体からなり、ボルト３０を締結したときに左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂと左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂとのそれぞれの接合強度を補強するカラー部材４６(図４参照)が設けられる。
このボルト３０による締結部位は、後記する摩擦攪拌接合によって前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４とが接合されていない非接合部位に位置し、溶接(摩擦撹拌接合)することができない非接合部位をボルト締結によって補強することができる。この結果、鉄鋼製の前部サブフレーム１２と軽金属製の後部サブフレーム１４とを相互に摩擦撹拌接合した場合であっても、非接合部位であるボルト締結部位との協働作用によって所望の剛性・強度を確保することができる。
【００３４】
従って、前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４とは、その重畳部位における各フランジ部２８、４０を摩擦攪拌接合することによって強固に固定（接合）されると共に、摩擦攪拌接合されていない非溶接部位で前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４とをボルト３０で締結することによって、サブフレーム構造体１０の全体において、より一層剛性・強度を増大させることができる。なお、左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂにおけるボルト３０による締結部位よりも後方位置に雌ねじのねじ穴（図示せず）をそれぞれ形成し、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの後方部２４ｃの下方から図示しない補強用ボルトを挿通孔にそれぞれ差し込んで前記雌ねじのねじ穴に締結することにより、より一層剛性・強度を増大させることができる。
【００３５】
第１実施形態に係るサブフレーム構造体１０は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。
【００３６】
図６は、サブフレーム構造体を構成する前部サブフレームと後部サブフレームとを摩擦攪拌接合する工程の流れを示す図である。
先ず、鉄鋼製材料で形成された前部サブフレーム１２側のフランジ部２８と、アルミニウム合金等の軽金属材料で形成された後部サブフレーム１４側のフランジ部４０との重畳部位を、摩擦攪拌接合で一体的に接合する工程について図６に従って説明する。
【００３７】
図７は、前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４とを摩擦攪拌接合する工程を示す図であり、（ａ）は、ワークセット工程(図６のＳ１)を示す図であり、（ｂ）は、シール材塗布工程(図６のＳ２)を示す図であり、（ｃ）は、ワーク重ね工程(図６のＳ３)を示す図である。図８（ａ）〜（ｃ）は、前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４とを摩擦攪拌接合する際の接合界面の詳細を模式的に表した断面図である。
まず、鉄鋼製材料で前部サブフレーム１２の形状にプレス成形された成形品１２´(図８（ａ）参照)に合金亜鉛めっき１２ｍを施した後、カチオン電着塗装１２ｄを行い、図７（ａ）に示すように、合金亜鉛めっき１２ｍ、カチオン電着塗装１２ｄを行ったワークの前部サブフレーム１２をクランプ台などの治具６０にセットする(図６のＳ１)。
【００３８】
続いて、図７（ｂ）に示すように、前部サブフレーム１２のフランジ部２８の上面に、図示しないシール材塗布機構によってシール材５８、例えば、常乾型シール材を塗布する(図８（ａ）参照)(図６のＳ２)。
そして、図７（ｃ）に示すように、前部サブフレーム１２における上面にシール材５８を塗布したフランジ部２８の上に、ダイカスト成型されたアルミニウム合金材料などの軽金属製のワークの後部サブフレーム１４のフランジ部４０を重ね、図示しないクランプ機構を用いてクランプする(図６のＳ３)。このとき、図８（ｂ）に示すように、シール材５８が前部サブフレーム１２のフランジ部２８と後部サブフレーム１４のフランジ部４０との間に広がる。
【００３９】
続いて、図６のＳ４の前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４との接合工程(摩擦撹拌接合とシール材５８のはみ出しの工程)は、以下の通り行われる。
図７（ｃ）に示すように、摩擦攪拌接合に用いられる接合ツール５０は、図示しないモータ等の回転駆動源によって回転軸の回りに回転駆動される円柱状の回転子（Stir Rod）５２と、回転子５２の底部中心から軸方向に沿って突出する接合ピン（Probe）５４とを有する。接合ピン５４の直径は、回転子５２の直径よりも小さく設定され、接合ピン５４と回転子５２との環状の段差部分でショルダ部５６が形成される。
【００４０】
前記した接合ツール５０を用いて、前部サブフレーム１２のフランジ部２８と後部サブフレーム１４のフランジ部４０とを摩擦攪拌接合する。なお、前記したように、前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４の各フランジ部２８、４０の下側には、接合ツール５０によって各フランジ部２８、４０に付与される加圧力を受けるための治具６０が設けられている。
【００４１】
図７（ｃ）に示すように、図示しない回転駆動源を用いて回転子５２及び接合ピン５４を一体的に回転させた状態で、アルミニウム合金等の軽金属製材料で形成された後部サブフレーム１４のフランジ部４０の上面に徐々に近接させ、加圧力（押込力）によって接合ピン５４の先端部を後部サブフレーム１４のフランジ部４０の上面に当接（接触）させ回転進入させることにより、後部サブフレーム１４のフランジ部４０に塑性流動域ｓｒを生成する（図８（ｃ）参照）。塑性流動によって、軽金属(例えば、アルミニウム)と鉄との化合物である金属間化合物ｋｃが形成される。
【００４２】
図９（ａ）は、接合ツールを用いて摩擦撹拌接合する状態を示す斜視図であり、図９（ｂ）は、摩擦撹拌接合状態を示す横断面図である。
さらに、回転子５２及び接合ピン５４を一体的に回転させながら後部サブフレーム１４のフランジ部４０に加圧進入させ、図９に示すように、回転子５２のショルダ部５６が後部サブフレーム１４のフランジ部４０の上面に摺接するまで接合ピン５４を鉛直下方向に向かって挿入する。
【００４３】
その際、接合ピン５４の先端部は、図８（ｃ）に示すように、後部サブフレーム１４のフランジ部４０を貫通した後、塗布されたシール材５８の層、カチオン電着塗装１２ｄの層、および前部サブフレーム１２のフランジ部２８の上面に形成される合金亜鉛めっき１２ｍの層を突き抜け、シール材５８の層、カチオン電着塗装１２ｄの層、合金亜鉛めっき１２ｍの層を、フランジ部４０、２８間の接合面の周囲に押し出し、前部サブフレーム１２のフランジ部２８の上面に直接、当接するまで加圧力が付与される。
【００４４】
このように、接合ピン５４が前部サブフレーム１２の上面に当接するまで回転進入されることにより、軽金属製材料の後部サブフレーム１４のフランジ部４０に生成される塑性流動域ｓｒを塑性流動させ、シール材５８の層、カチオン電着塗装１２ｄの層、合金亜鉛めっき１２ｍの層を外側にはね除けた後に鉄鋼材料からなる前部サブフレーム１２の鋼板新生面を露出させて金属間化合物ｋｃが形成されて、後部サブフレーム１４と固相接合される。
すなわち、合金亜鉛めっき１２ｍ等のめっきの酸化防止剤とカチオン電着塗装１２ｄの塗膜とシール材５８とを接合面の周囲に押し出し混ぜ合わせて壁を作りながら、軽金属製材料の後部サブフレーム１４と前部サブフレーム１２のフランジ部２８とを固着するので、塗料等がとぶことがない。また、フランジ部４０とフランジ部２８との接合面には、シール材５８、カチオン電着塗装１２ｄの層、合金亜鉛めっき１２ｍの層は存在しない。なお、前記したように、接合ピン５４の周りの合金亜鉛めっき１２ｍの層、カチオン電着塗装１２ｄの層、およびシール材５８の部分には、これらの混合物ｍが壁のように形成される。
【００４５】
このように、回転子５２及び接合ピン５４が後部サブフレーム１４のフランジ部４０から回転進入して、接合ピン５４の先端部が前部サブフレーム１２のフランジ部２８の上面に当接した状態を保持しながら、重畳されたフランジ部２８、４０の延在方向に沿って回転子５２及び接合ピン５４を変位させることによって摩擦攪拌接合部位６２（図３（ａ）中の網状部分参照）が形成される。
【００４６】
なお、摩擦撹拌接合部位６２には、上側の後部サブフレーム１４（アルミニウム合金等の軽金属材料）と、下側の前部サブフレーム１２（鉄鋼材料）との間の接合界面には、図８（ｃ）に示すように、金属間化合物ｋｃが生成される。この金属間化合物ｋｃは、接合界面全域にわたる連続した層状形態ではなく、粒状形態又は分断された層状形態で接合界面内に分散した状態で生成される。
【００４７】
図１０（ａ）〜（ｃ）は、シール材が後部サブフレームの凹部内に溜まる状態を示す説明図である。
前部サブフレーム１２のフランジ部２８と後部サブフレーム１４のフランジ部４０との間に介装されたシール材５８が左右両側（両側部）からはみ出して凹部４２内に溜まるシール溜まり構造について、以下、図１０に基づいて説明する。
【００４８】
図１０（ａ）に示すように、フランジ部２８の上面にシール材５８が塗布された前部サブフレーム１２に対して後部サブフレーム１４が重畳された後、図示しないクランプ機構によってクランプすることにより、図１０（ｂ）に示すように、前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４の左右両側から僅かにシール材５８がはみ出す。
【００４９】
重畳された前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４の左右両側からはみ出されたシール材５８は、散らばることがなく天井面４２ａを有する凹部４２内に溜まる。さらに、前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４がクランプされた状態で摩擦撹拌接合されることにより、シール材５８がさらに左右両側からはみ出して必要十分な量のシール材５８が凹部４２内に保持される（図１０（ｃ）参照）。
【００５０】
図１１は、前部サブフレーム１２のフランジ部２８と後部サブフレーム１４のフランジ部４０との接合部を示す横断面図である。
この凹部４２内に保持されたシール材５８は、例えば、常乾型シール材で構成されることにより、所定時間経過後に固化されて、図１１に示すように、前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４の左右両側のフランジ部２８、４０間の間隙が確実にシールされる。
【００５１】
この結果、本実施形態では、摩擦撹拌接合された前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４の左右両側からはみ出されたシール材５８が凹部４２内に溜まることにより散らばることを防止して、シール材５８の充填の信頼性を図ることができる。
また、前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４の左右両側の間隙から水等の腐食因子が浸入することを抑制して、高い防錆性能を確保することができる。
【００５２】
また、凹部４２内におけるシール材５８の溜まり具合（溜まり量）は、作業者が外部から視認することができるため、シール材５８の塗布量を確認して前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４との間にシール材５８が確実に介装されたか否かを判断することができる。
【００５３】
さらに、フランジ部２８、４０同士が摩擦撹拌接合されて、前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４との間で閉断面４４をもつ閉空間が形成されるが、この閉断面４４をもつ閉空間が形成されたフランジ部２８、４０の内側においても、シール材５８がはみ出して固化されてシール機能が発揮される。このため、例えば、水滴（水）が、図１１の矢印α１のように、上側の後部サブフレーム１４の内壁面を伝わって、流下する場合であっても、流下する水滴が、各フランジ部２８、４０間のはみ出したシール材５８上を流れてフランジ部２８、４０間の間隙に留まることがない滞水防止構造とすることができる。
【００５４】
また、鉄製部材からなる前部サブフレーム１２とアルミニウム等の軽金属製部材からなる後部サブフレーム１４との異種材料の金属同士を摩擦撹拌接合した場合、各金属のイオン化傾向の違いによって各金属間に電位差が生じ、腐食電流が流れることによって異種金属同士の接触によって腐食が発生することが懸念される。しかしながら、本実施形態では、摩擦撹拌接合されたフランジ部２８、４０からはみ出したシール材５８が固化することによって、腐食電流が流れることを回避することができる。これにより、異種金属間の接触による耐食性を向上させることができる。
しかも、前部サブフレーム１２が単体時に塗装を行えるので、塗装が容易で塗装に関する手間が大幅に省ける。また、前部サブフレーム１２の塗り損いがない。
【００５５】
＜＜第２実施形態＞＞
次に、本発明の第２実施形態に係るサブフレーム構造体１００について、以下説明する。なお、以下に示される実施形態において、図１に示す第１実施形態に係るサブフレーム構造体１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００５６】
図１２は、本発明の第２実施形態に係るサブフレーム構造体が自動車の前部に組み込まれた状態を示す概略斜視図、図１３は、第２実施形態に係るサブフレーム構造体の分解斜視図、図１４（ａ）は、第２実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図、図１４（ｂ）は、前記サブフレーム構造体から後部サブフレームを外した前部サブフレームの左側部の部分平面図、図１５は、図１４（ａ）のＣ−Ｃ線に沿った断面図、図１６は、図１４（ａ）のＤ−Ｄ線に沿った断面図である。
【００５７】
第２実施形態に係るサブフレーム構造体１００では、図１５に示すように、前部サブフレーム１２の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの中央部２４ｂにおけるボルト締結部位が２枚の鉄鋼材料からなる薄板１０２ａ、１０２ｂを接合して形成された閉断面４４を有している。従って、第２実施形態に係るサブフレーム構造体１００は、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのボルト締結部位が１枚の鉄鋼板からなり前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４との間で閉断面４４（図４参照）が形成された第１実施形態に係るサブフレーム構造体１０と相違している。
【００５８】
この場合、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂを構成する２枚の薄板１０２ａ、１０２ｂには、ボルト３０が挿通されるボルト挿通孔３２、３２がそれぞれ形成される。このボルト挿通孔３２、３２を挿通されたボルト３０のねじ部３０ａが後部サブフレーム１４のねじ穴３４に螺入されることにより、２枚の薄板１０２ａ、１０２ｂで形成された閉断面４４をもつ閉空間をボルト３０が貫通するように設けられる。
【００５９】
なお、閉断面４４をもつ閉空間におけるボルト３０の周りには、ボルト３０の外周面を囲繞する円筒体からなり、その軸方向に沿った一端部が一方の薄板１０２ａに連結され、軸方向に沿った他端部が他方の薄板１０２ｂに連結されるカラー部材１０４が設けられる。このカラー部材１０４は、ボルト３０を締結したときの薄板１０２ａ、１０２ｂの変形を回避して、ボルト締結部位における接合強度を補強するために設けられる。この場合、カラー部材１０４を下側の薄板１０２ｂと一体成形し、又は、薄板１０２ｂの上面にカラー部材１０４を予め溶接して固定することができる。また、２枚の薄板１０２ａ、１０２ｂで形成された閉断面４４を貫通するボルト３０を締結する際、アルミニウム合金製材料等の軽金属で形成された後部サブフレーム１４と、鉄鋼製材料で形成された上側の薄板１０２ａとが積層される、ボルト締結周辺部位を溶接するようにするとよい（図１５参照）。
【００６０】
第２実施形態では、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂを２枚の鉄鋼材料からなる薄板１０２ａ、１０２ｂを接合して閉断面４４を有する閉空間を形成することにより、その閉断面積を大きく設定することができる利点がある。この結果、剛性・強度をより一層向上させることができる。
【００６１】
＜＜第３実施形態＞＞
次に、本発明の第３実施形態に係るサブフレーム構造体２００について、以下説明する。
図１７は、本発明の第３実施形態に係るサブフレーム構造体が自動車の前部に組み込まれた状態を示す概略斜視図、図１８は、第３実施形態に係るサブフレーム構造体の分解斜視図、図１９（ａ）は、第３実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図、図１９（ｂ）は、サブフレーム構造体から後部サブフレームを外した前部サブフレームの左側部の部分平面図、図２０は、図１９（ａ）のＥ−Ｅ線に沿った断面図、図２１は、図１９（ａ）のＦ−Ｆ線に沿った断面図、図２２（ａ）は、第３実施形態に係るサブフレーム構造体において、前部サブフレーム及び後部サブフレームの各フランジ部を摩擦撹拌接合する状態を示す断面図、図２２（ｂ）は、摩擦撹拌接合部位の裏面の温度を測定した特性図、図２２（ｃ）は、摩擦撹拌接合後の状態を示す断面図である。
【００６２】
第３実施形態に係るサブフレーム構造体２００では、図１８に示すように、前部サブフレーム１２を構成する左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの中央部２４ｂから後方の延出部２０２（フランジ部２０４ａ、２０４ｂを含む）までを鉄鋼材料からなる２枚の薄板２０６ａ、２０６ｂを積層して薄肉に形成し、前記延出部２０２を含む左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂ全体を２枚の薄板２０６ａ、２０６ｂで構成している点で第１実施形態及び第２実施形態のサブフレーム構造体１０、１００と異なる。
【００６３】
第３実施形態の場合、前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４との摩擦撹拌接合前において、各左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２０４ａ、２０４ｂの表裏両面及び表裏両面の間の結合面（積層面）には、それぞれ電着塗装処理によって電着塗装膜２０８ａ〜２０８ｃが予め形成されている（図２２（ａ）参照）。また、電着塗装膜２０８ａの上には、シール材２５８が塗布されている。
【００６４】
このように２枚の薄板２０６ａ、２０６ｂが積層された左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２０４ａ、２０４ｂと、後部サブフレーム１４の左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０とを、図２２（ａ）に示すように、前記の接合ツール５０を用いて摩擦撹拌接合する。その際、接合ツール５０の接合ピン５４が左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０を回転進入して塑性流動域ｓｒを生成して、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの電着塗装膜２０８ａおよびシール材２５８を、フランジ部２０４ａ、２０４ｂとフランジ部４０、４０との各接合面の周囲に押し出して電着塗装膜２０８ａとシール材２５８との混合物ｍの壁を作りながら、フランジ部２０４ａ、２０４ｂまで当接し、接触する。
【００６５】
この際、電着塗装膜２０８ａおよびシール材２５８を接合面の周囲に押し出して混合物ｍの壁を作りながら、左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０と左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２０４ａ、２０４ｂとを、塑性流動によって軽金属(例えば、アルミニウム)と鉄との化合物である金属間化合物ｋｃが形成されて固着するので、電着塗装膜２０８ａがとぶことがない。また、フランジ部４０、４０と薄板２０６ａ、２０６ｂとの各接合面に電着塗装膜２０８ａ、シール材２５８が存在しない。
【００６６】
また、左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０に対して摩擦熱が与えられるが、摩擦撹拌接合部位の裏面２１０(フランジ部２０４ａ、２０４ｂの裏面)は、２枚の鉄鋼製の薄板２０６ａ、２０６ｂが積層されて構成されているため、熱伝達率が低下する。そのため、フランジ部２０４ａ、２０４ｂの裏面の電着塗装膜２０８ｃを分解可能とする所定温度（閾値温度）まで到達することなく（図２２（ｂ）参照）、電着塗装膜２０８ｃのフランジ部２０４ａ、２０４ｂの裏面からの剥がれを回避することができる（図２２（ｃ）参照）。
【００６７】
換言すると、摩擦撹拌接合する際に被接合物側に向かって回転進入される接合ピン５４によって摩擦熱が発生し、この摩擦熱が積層された鉄鋼製の薄板の下面に形成された電着塗装膜を剥離させるおそれがある。
そこで、第３実施形態では、図２１に示すように、前部サブフレーム１２を構成する左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの中央部２４ｂから後方の延出部２０２までを鉄鋼材料からなる２枚の薄板２０６ａ、２０６ｂを薄肉に形成して積層し空気層を形成し、熱伝達率を低下させる。
これにより、接合ピン５４の回転進入に起因する摩擦熱が下層側の薄板２０６ｂの下面に形成された電着塗装膜２０８ｃまで到達することを抑制することにより、摩擦撹拌接合部位の裏面２１０(フランジ部２０４ａ、２０４ｂの裏面)に形成された電着塗装膜２０８ｃを保護している。
【００６８】
図２２（ｂ）は、図示しない温度センサを用いて摩擦撹拌接合部位の裏面２１０（積層された２枚の鉄鋼製の薄板２０６ａ、２０６ｂの内の下層側の薄板２０６ｂの下面）の温度を測定した特性図である。この場合、摩擦撹拌接合によって下層側の薄板２０６ｂの下面の温度が僅かに上昇するが、鉄鋼製の薄板２０６ａ、２０６ｂを重ねることで、下層側の薄板２０６ｂの下面に形成された電着塗装膜２０８ｃを分解する所定温度（閾値温度）まで到達しないため、電着塗装膜２０８ｃの剥離を阻止して、前記電着塗装膜２０８ｃを安定的に保護することができる。
【００６９】
なお、前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４の接合面において、摩擦撹拌接合によって、積層された２枚の鉄鋼製の薄板２０６ａ、２０６ｂの内の上層側の薄板２０６ａとアルミニウム合金等の軽金属製の後部サブフレーム１５との間に形成された電着塗装膜２０８ａ、シール材２５８を確実に前記接合面の外方へ出すことができる。
【００７０】
また、第３実施形態では、前部サブフレーム１２を構成する左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの中央部２４ｂから後方の延出部２０２（フランジ部２０４ａ、２０４ｂを含む）までを鉄鋼材料からなる２枚の薄板２０６ａ、２０６ｂを積層した構造を例示しているが、これに限定されるものではなく、薄板の積層数は２枚以上であればよい。
【００７１】
なお、第３実施形態では、各左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２０４ａ、２０４ｂの表裏両面及び表裏両面の間の結合面（積層面）に、それぞれ電着塗装処理によって電着塗装膜２０８ａ〜２０８ｃが予め形成された場合を例示しているが、フランジ部２０４ａ、２０４ｂの表裏両面及び表裏両面の間の結合面（積層面）に、それぞれ合金亜鉛めっき等のめっきを施した後に電着塗装処理によって電着塗装膜２０８ａ〜２０８ｃを形成してもよい。
【００７２】
この場合、電着塗装膜２０８ａと合金亜鉛めっき等のめっきとシール材２５８とを混ぜ合わせて、左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０と左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２０４ａ、２０４ｂとの各接合面の周囲に押し出して電着塗装膜２０８ａと合金亜鉛めっき等のめっきとシール材２５８との混合物ｍの壁を作りながら、左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０と左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２０４ａ、２０４ｂとを、塑性流動によって軽金属と鉄との化合物である金属間化合物が形成されて固着(固相接合)する。そのため、電着塗装膜２０８ａ、合金亜鉛めっき等のめっきがとぶことがない。また、フランジ部４０、４０と薄板２０６ａ、２０６ｂとの各接合面に、電着塗装膜２０８ａ、合金亜鉛めっき等のめっき、シール材２５８が存在しない。なお、第３実施形態において、シール材２５８は用いなくともよいが、シール材２５８は防錆性を有するので、シール材２５８は用いる方がより望ましい。
【００７３】
＜＜第４実施形態＞＞
図２３は、第４実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図である。
第４実施形態に係るサブフレーム構造体３００は、アルミニウム合金等の軽金属製材料で形成された左・右リヤサイド部３６ａ、３６ｂの前端部３０２の形状を、リヤクロス部３８の軸線Ｇに対して交差するように傾斜させている点に特徴がある。このように前端部３０２を傾斜した形状とすることにより、摩擦撹拌接合部位６２の長さや断面積を増減させて自在に調整することができる利点がある。なお、前端部３０２の傾斜形状は、各リヤサイド部３６ａ、３６ｂの内側が外側よりも前方に向かって長くなり、又は、外側が内側よりも前方に向かって長くなる形状のいずれであってもよい。
【００７４】
＜＜第５実施形態＞＞
図２４は、第５実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図である。なお、図２４中の符号６２ｓ(始点部)は、摩擦撹拌接合を開始する箇所を示し、符号６２ｅ(終点部)は、摩擦撹拌接合を終了する箇所を示し、また、符号６２ｓ、６２ｅ間の白抜き矢印は摩擦撹拌接合の工程の作業の進行を示す。
【００７５】
図２５は、第５実施形態に係るサブフレーム構造体の摩擦撹拌接合の工程を示す図であり、(ａ)は摩擦撹拌接合を開始する箇所の始点部の状態を示す断面図であり、(ｂ)は摩擦撹拌接合を終了する箇所の終点部の摩擦撹拌接合前の状態を示す断面図であり、(ｃ)は摩擦撹拌接合を終了する箇所の終点部の摩擦撹拌接合後の状態を示す断面図である。
第５実施形態のサブフレーム構造体４００は、第３実施形態のサブフレーム構造体２００を、図２２に示す摩擦撹拌接合するに際して、摩擦撹拌接合を開始する始点部６２ｓの形状と終点部６２ｅの形状とを変更したものである。
【００７６】
図２５(ａ)に示すように、始点部６２ｓのアルミニウム等の軽金属製の左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０に、回転子５２の底部中心下方に突出する接合ピン５４の先端部が入るような接合ピン５４の先端部より大きなまたはほぼ同等の寸法をもつ凹形状の凹部４０ｂを形成している。
本構成により、接合ピン５４の回転進入による摩擦撹拌接合の開始に際して、フランジ部４０の切り屑(バリ)の発生が抑制され、接合ピン５４の挿入性が向上する。従って、摩擦撹拌接合の工程を円滑に開始し、摩擦撹拌接合の開始する始点部６２ｓの仕上がりを良好にすることができる。
【００７７】
そして、始点部６２ｓから、接合ピン５４を回転させて電着塗装膜２０８ａを、フランジ部４０と薄板２０６ａとの接合面の周囲に押し出して壁を作りながら、接合ピン５４を薄板２０６ａに直に接触させて回転させて、フランジ部４０と薄板２０６ａ、２０６ｂとの摩擦撹拌接合を継続し、図２５(ｃ)に示す摩擦撹拌接合を終了する終点部６２ｅに至る。この際、電着塗装膜２０８ａをフランジ部４０と薄板２０６ａとの接合面の周囲に押し出して壁を作りながら、左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０と薄板２０６ａ、２０６ｂとを固着するので、電着塗装膜２０８ａがとぶことがない。また、フランジ部４０と薄板２０６ａとの接合面に電着塗装膜２０８ａが存在しない
【００７８】
次に、図２５(ｂ)、図２５(ｃ)に示すフランジ部４０と薄板２０６ａ、２０６ｂとを摩擦撹拌接合する終了点である終点部６２ｅの構成について以下説明する。
予め、図２４に示す前部サブフレーム１２の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの中央部２４ｂから後方の延出部２０２までの薄板２０６ａ、２０６ｂにおける摩擦撹拌接合を終了する終点部６２ｅの上部に、図２５(ｂ)に示すように、接合ピン５４の先端部より大きな寸法をもつ凹形状の凹部２０２ｈを形成し、終点部６２ｅの薄板２０６ａ、２０６ｂに上から重なるアルミニウム等の軽金属製の左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０にそれぞれ、薄板２０６ａ、２０６ｂの凹部２０２ｈに嵌入される凸形状の凸部４０ｃを形成する。
【００７９】
摩擦撹拌接合の前に、図２５(ｂ)に示すように、前部サブフレーム１２の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの薄板２０６ａ、２０６ｂの上に、アルミニウム等の軽金属製の左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０が、フランジ部４０、４０の凸部４０ｃ、４０ｃをそれぞれ薄板２０６ａの凹部２０２ｈに嵌入して、重ねられる。
そして、回転子５２の底部中心下方に突出する接合ピン５４を回転させて、上側のフランジ部４０に進入させることで、図２５(ｃ)に示すように、後部サブフレーム１４の左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０と前部サブフレーム１２の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの薄板２０６ａ、２０６ｂとが、摩擦撹拌接合される。
【００８０】
図２５(ｂ)に示すように、前部サブフレーム１２の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの薄板２０６ａ、２０６ｂにおける摩擦撹拌接合を終了する終点部６２ｅの上部に接合ピン５４より大きな寸法の凹部２０２ｈを形成し、かつ、終点部６２ｅの薄板２０６ａ、２０６ｂに上から重なるアルミニウム等の軽金属製の左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０に、それぞれ薄板２０６ａ、２０６ｂの凹部２０２ｈに嵌入される凸部４０ｃを形成することにより、終点部６２ｅの薄板２０６ａが摩擦撹拌接合後に剥き出しになることが防止される。
【００８１】
また、薄板２０６ａ、２０６ｂの凹部２０２ｈにフランジ部４０のアルミニウム等の軽金属が充填されるので、終点部６２ｅの薄板２０６ａ、２０６ｂの電食の発生が抑制される。
なお、薄板２０６ａ、２０６ｂに、第３実施形態と同様に、各薄板２０６ａ、２０６ｂの両面に合金亜鉛めっき等のめっきを施してから、電着塗装膜２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃを形成してもよい。
【００８２】
この場合、接合ピン５４を回転させて電着塗装膜２０８ａ、合金亜鉛めっき等のめっき(酸化防止剤)を混ぜて接合ピン５４と薄板２０６ａとの接合面の周囲に押し出して壁を作りながら、接合ピン５４を薄板２０６ａに接触させて回転させて、フランジ部４０と薄板２０６ａ、２０６ｂとを摩擦撹拌接合を行う。この際、電着塗装膜２０８ａ、合金亜鉛めっき等のめっきを接合面の周囲に押し出して壁を作りながら、左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０と薄板２０６ａとを、金属間化合物が形成され固着するので、電着塗装膜２０８ａ、合金亜鉛めっき等のめっきがとぶことがない。また、フランジ部４０と薄板２０６ａとの接合面に電着塗装膜２０８ａ、合金亜鉛めっき等のめっきが存在しない。
【００８３】
なお、図２５(ｃ)に示すように、薄板２０６ａの上にシール材５８(二点鎖線)を塗布して、フランジ部４０を重ねるのが望ましい。この場合、シール材５８、電着塗装膜２０８ａ、合金亜鉛めっき等のめっきを接合面の周囲に押し出して壁を作りながら、接合ピン５４を薄板２０６ａに接触させて回転し、左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０と薄板２０６ａとを固着する。そのため、フランジ部４０と薄板２０６ａとの接合面に、シール材５８、電着塗装膜２０８ａ、合金亜鉛めっき等のめっきが存在しない。
また、第５実施形態の構成は、摩擦撹拌接合の工程の始点部６２ｓと終点部６２ｅとの構成は、第１〜第４実施形態に適用することが可能である。
第１〜第５実施形態の構成によれば、カチオン(ＥＤ)電着塗装等の電着塗装した状態で摩擦撹拌接合を実施するので、接合強度を確保できる。
アルミ部材等の軽金属材と鉄部材を接合する際に、鉄部材に予め電着塗装を施した上で摩擦撹拌接合することにより、溶融溶接のように塗膜が溶け出すことなく、塗装に関する手間が省けて細部まで先に塗装を行うことができる。また、塗膜が外に押し出されることにより、軽金属材と鉄部材とを接合できる。
【００８４】
なお、前記実施形態では、電着塗装としてカチオン電着塗装を例示して説明したが、カチオン電着塗装以外の電着塗装を適用してもよい。
なお、前記実施形態では、後部サブフレーム１４を軽金属で製作する例として、アルミニウム合金（アルミニウム）を例示したが、アルミニウム合金（アルミニウム）以外の軽金属を用いてもよいのは、勿論である。
また、第１〜第５実施形態で様々な構成を説明したが、説明した各構成を適宜任意に組み合わせて構成してもよい。
【００８５】
なお、前記実施形態では、合金亜鉛めっきを例示したが、純亜鉛めっきでもよい。しかし、合金亜鉛めっきの方が、成形性、防食性に優れるので、より望ましい。なお、特許請求の範囲の「亜鉛めっき」とは、合金亜鉛めっき、純亜鉛めっきの両者を含むものとする。
【符号の説明】
【００８６】
１０、１００、２００、３００、４００ サブフレーム構造体（異材接合構造体）
１２ 前部サブフレーム（鋼製部材）
１４ 後部サブフレーム（軽金属材）
２８ フランジ部（鋼製部材）
４０ フランジ部軽金属材）
４０ｂ 凹部(第１凹部)
４０ｃ 凸部
５４ 接合ピン(回転ツール)
５８、２５８ シール材（シール部材）
６２ｓ 始点部
６２ｅ 終点部
２０２ｈ 凹部(第２凹部)
２０６ａ、２０６ｂ 鉄鋼製の薄板(複数枚を重ねた鋼製部材)
Ｓ１ ワークＳＥＴ(塗装工程)
Ｓ４ 摩擦撹拌接合とシール材はみ出し(接合工程)
【特許請求の範囲】
【請求項１】
鋼製部材と軽金属材とを重ね合わせて、非溶融の状態で摩擦により撹拌させて接合する異材接合構造体の接合方法において、
前記鋼製部材に塗装を施す塗装工程と、
前記軽金属材の前記鋼製部材との接合部に回転ツールを回転させながら押し込み、このときに発生する摩擦熱で前記軽金属材の接合部を軟化及び塑性流動させることにより、前記鋼製部材と前記軽金属材とを接合する接合工程とを
含むことを特徴とする異材接合構造体の接合方法。
【請求項２】
前記塗装が電着塗装であって、前記塗装の塗膜が前記接合部の前記軽金属材と前記鋼製部材との接合面の周囲に押出されることにより、当該接合面に前記塗膜が存在しない
ことを特徴とする請求項１に記載の異材接合構造体の接合方法。
【請求項３】
前記鋼製部材には亜鉛めっき加工が施され、前記亜鉛めっき層が前記電着塗装の塗膜とともに前記接合面の周囲に押出される
ことを特徴とする請求項２に記載の異材接合構造体の接合方法。
【請求項４】
前記鋼製部材と前記軽金属材との間にシール部材が設けられ、前記シール部材が前記亜鉛めっき層、前記電着塗装の塗膜とともに前記接合面の周囲に押出される
ことを特徴とする請求項３に記載の異材接合構造体の接合方法。
【請求項５】
前記回転ツールの先端部が前記鋼製部材に接触するまで押し込まれる
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちの何れか一項に記載の異材接合構造体の接合方法。
【請求項６】
前記接合部における前記鋼製部材は、複数枚を重ね合わせて成る
ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちの何れか一項に記載の異材接合構造体の接合方法。
【請求項７】
前記接合工程が開始される始点部における前記軽金属材の前記回転ツールの先端部が押し込れる箇所に、前記回転ツールの先端部より大きいまたはほぼ同等の寸法をもつ凹形状の第１凹部を形成する
ことを特徴とする請求項１から請求項６のうちの何れか一項に記載の異材接合構造体の接合方法。
【請求項８】
前記接合工程が終了される終了部における前記鋼製部材の前記回転ツールの先端部が押し込れる箇所に前記回転ツールの先端部より大きい寸法をもつ凹形状の第２凹部を形成し、かつ、前記軽金属材に前記鋼製部材の第２凹部内に収容される凸形状の凸部を形成する
ことを特徴とする請求項１から請求項７のうちの何れか一項に記載の異材接合構造体の接合方法。
【請求項１】
鋼製部材と軽金属材とを重ね合わせて、非溶融の状態で摩擦により撹拌させて接合する異材接合構造体の接合方法において、
前記鋼製部材に塗装を施す塗装工程と、
前記軽金属材の前記鋼製部材との接合部に回転ツールを回転させながら押し込み、このときに発生する摩擦熱で前記軽金属材の接合部を軟化及び塑性流動させることにより、前記鋼製部材と前記軽金属材とを接合する接合工程とを
含むことを特徴とする異材接合構造体の接合方法。
【請求項２】
前記塗装が電着塗装であって、前記塗装の塗膜が前記接合部の前記軽金属材と前記鋼製部材との接合面の周囲に押出されることにより、当該接合面に前記塗膜が存在しない
ことを特徴とする請求項１に記載の異材接合構造体の接合方法。
【請求項３】
前記鋼製部材には亜鉛めっき加工が施され、前記亜鉛めっき層が前記電着塗装の塗膜とともに前記接合面の周囲に押出される
ことを特徴とする請求項２に記載の異材接合構造体の接合方法。
【請求項４】
前記鋼製部材と前記軽金属材との間にシール部材が設けられ、前記シール部材が前記亜鉛めっき層、前記電着塗装の塗膜とともに前記接合面の周囲に押出される
ことを特徴とする請求項３に記載の異材接合構造体の接合方法。
【請求項５】
前記回転ツールの先端部が前記鋼製部材に接触するまで押し込まれる
ことを特徴とする請求項１から請求項４のうちの何れか一項に記載の異材接合構造体の接合方法。
【請求項６】
前記接合部における前記鋼製部材は、複数枚を重ね合わせて成る
ことを特徴とする請求項１から請求項５のうちの何れか一項に記載の異材接合構造体の接合方法。
【請求項７】
前記接合工程が開始される始点部における前記軽金属材の前記回転ツールの先端部が押し込れる箇所に、前記回転ツールの先端部より大きいまたはほぼ同等の寸法をもつ凹形状の第１凹部を形成する
ことを特徴とする請求項１から請求項６のうちの何れか一項に記載の異材接合構造体の接合方法。
【請求項８】
前記接合工程が終了される終了部における前記鋼製部材の前記回転ツールの先端部が押し込れる箇所に前記回転ツールの先端部より大きい寸法をもつ凹形状の第２凹部を形成し、かつ、前記軽金属材に前記鋼製部材の第２凹部内に収容される凸形状の凸部を形成する
ことを特徴とする請求項１から請求項７のうちの何れか一項に記載の異材接合構造体の接合方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【公開番号】特開２０１２−１４８３３４（Ｐ２０１２−１４８３３４Ａ）
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１０８３１（Ｐ２０１１−１０８３１）
【出願日】平成２３年１月２１日（２０１１．１．２１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年８月９日（２０１２．８．９）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年１月２１日（２０１１．１．２１）
【出願人】（０００００５３２６）本田技研工業株式会社 (23,863)
【Ｆターム（参考）】
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