JP6539325B2

JP6539325B2 - 異種接合構造体

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Publication number: JP6539325B2
Application number: JP2017198879A
Authority: JP
Inventors: 畑　恒久; 恒久畑; 謙一川▲崎▼; 明彦朝見; 彰介大浜; 智之今西
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2017-10-12
Filing date: 2017-10-12
Publication date: 2019-07-03
Anticipated expiration: 2037-10-12
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Description

本発明は、異種材料である鉄製部材とアルミニウム製部材とを摩擦攪拌接合して構成される異種接合構造体に関する。

例えば、特許文献１には、プローブとホルダとを備えた摩擦攪拌接合用工具が開示されている。摩擦攪拌接合法は、プローブの先端に有するピン部を高速で回転させ、ピン部と被接合材との間で発生する摩擦熱によって被接合材を塑性流動させて一体的に接合する接合方法をいう。

この摩擦攪拌接合には、ピン部を有するプローブと、このプローブを保持するホルダとからなる工具が必要となる。また、消耗したプローブを新たなプローブと交換するための交換頻度が高くなるため、ホルダに対してプローブの交換作業を容易に遂行することが好ましい。

国際公開第２０１３／０２７４７４号パンフレット

ところで、特許文献１には、プローブ及びホルダの構造に改良を施して、プローブ及びホルダを容易に交換することが可能な技術的思想が開示されている。

しかしながら、特許文献１において、例えば、プローブの交換頻度を少なくしたり、鉄製部材の部位に対応する高強度化の要請や、摩擦攪拌接合性改善のための被接合材料に関しては、何ら開示乃至示唆されていない。

本発明は、前記の点に鑑みてなされたものであり、高い強度特性が求められる部位と摩擦攪拌接合する部位の鉄製部材の強度特性、接合性を考慮して、高い強度特性と接合コストの低減（摩擦攪拌接合の高速化、接合不良率の低減）とを両立することが可能な異種接合構造体を提供することを目的とする。

前記の目的を達成するために、本発明は、異種材料である鉄製部材とアルミニウム製部材とを摩擦攪拌接合により一体的に接合して構成される異種接合構造体において、前記異種接合構造体は、車両に搭載されるサブフレームであり、前記サブフレームは、車両前後方向に沿ったフレーム前部とフレーム後部とが連結して構成され、前記フレーム前部は、前記フレーム後部と比較して高い強度を有し、前記サブフレームの強度を部分的に変えていると共に、前記フレーム前部と前記フレーム後部との間で前記鉄製部材の表面処理を変えており、前記フレーム前部を構成する前記鉄製部材は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ鋼板）からなり、前記フレーム後部を構成する前記鉄製部材は、溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ鋼板）からなり、前記フレーム後部を構成する前記溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ鋼板）と前記アルミニウム製部材とは、摩擦攪拌接合により一体的に接合されていることを特徴とする。
また、本発明は、異種材料である鉄製部材とアルミニウム製部材とを摩擦攪拌接合により一体的に接合して構成される異種接合構造体において、前記異種接合構造体は、車両に搭載されるサブフレームであり、前記サブフレームは、車両前後方向に沿ったフレーム前部とフレーム後部とが連結して構成され、前記フレーム前部は、前記フレーム後部と比較して高い強度を有し、前記フレーム後部を構成する前記鉄製部材は、溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ鋼板）からなり、前記フレーム後部を構成する前記溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ鋼板）と前記アルミニウム製部材とは、摩擦攪拌接合により一体的に接合されていることを特徴とする。

本発明では、従来と比較して、軽量且つ高強度特性と、摩擦攪拌接合速度の高速化と、耐食信頼性向上とをそれぞれ達成することが可能な異種接合構造体を得ることができる。

本発明の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１に示すサブフレーム構造体の分解斜視図である。摩擦攪拌接合部位を示すサブフレーム構造体の平面図である。４Ａは、接合ツールを用いて摩擦攪拌接合する状態を示す斜視図、４Ｂは、摩擦攪拌接合された状態を示す縦断面図である。５Ａは、アルミニウム等の腐蝕電位の関係を示すグラフ、５Ｂは、本実施形態（ＧＩ鋼板）及び比較例（ＧＡ鋼板）において、鋼板のめっき層の硬さ等を示す説明図である。６Ａは、リヤクロスパネルの側端部に余り部を設けた本実施形態の断面図、６Ｂは、余り部が設けられていない比較例の断面図である。７Ａ及び７Ｂは、それぞれ、図６に示す余り部の変形例を示す断面図である。摩擦攪拌接合速度と接合ツール回転速度との関係を示す特性図である。

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。図１は、本発明の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２は、図１に示すサブフレーム構造体の分解斜視図、図３は、摩擦攪拌接合部位を示すサブフレーム構造体の平面図である。なお、各図中において、「前後」は、車両前後方向、「左右」は、車幅方向（左右方向）、「上下」は、車両上下方向（鉛直上下方向）をそれぞれ示している。

図１に示されるように、本発明の実施形態に係るサブフレーム構造体（サブフレーム、異種接合構造体）１０は、車体前部に配置され、図示しない車体部材（骨格部材）に対して固定されるように設けられ、又は、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るように設けられる。サブフレーム構造体１０が図示しないフローティング機構によって支持される場合、車体から伝達される振動を好適に吸収することができる利点がある。

図１乃至図３に示されるように、サブフレーム構造体１０は、車両前後方向で二つに分割されたフレーム前部１２とフレーム後部１４とから構成されている。フレーム前部１２は、車両後方側から平面視して逆ハの字状からなる鉄鋼製の中空体で構成されている。フレーム後部１４は、平面視して略コ字状からなる軽金属製の中空体で構成されている。フレーム前部１２は、フレーム後部１４と比較して高い強度を有し、本実施形態では、サブフレーム構造体１０の強度を部分的に変えている。また、フレーム前部１２とフレーム後部１４との間で鋼板の表面処理（めっき層）を変えている。この点については、後記で詳細に説明する。

フレーム前部１２は、例えば、鋼板材をプレス成形することによって形成されたプレス成形体からなる。フレーム後部１４（後記するリヤクロスメンバ２２）は、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やアルミニウム合金を固化させるダイカスト成形によって形成されたアルミニウムダイカスト成形体からなる。

フレーム前部１２は、車幅方向に沿った両側にそれぞれ配置され、車両前後方向に沿って延在する左右一対のフロントサイドメンバ１６、１６によって構成されている。

各フロントサイドメンバ１６は、サイドメンバアッパ１８と、サイドメンバロア２０とによって構成されている。サイドメンバアッパ１８、及び、サイドメンバロア２０は、それぞれ、合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ鋼板）によって形成されている。

各フロントサイドメンバ１６は、それぞれ別個にプレス成形された上部側のサイドメンバアッパ１８と、下部側のサイドメンバロア２０とが、例えば、アーク溶接等により中空体で一体的に結合されている。各サイドメンバアッパ１８及び各サイドメンバロア２０は、その軸方向に沿った車両前方端部同士、及び、車両後方端部同士が、一組のカラ―部材２１ａ、２１ｂを介装して一体的に締結されている。各フロントサイドメンバ１６の軸直方向の縦断面は、略矩形状の閉断面に形成されている。

フレーム前部１２の車両後方端部は、フレーム後部１４の車両前方端部（後記するパネル連結部４４）に対して、例えば、アーク溶接等の溶接手段を介して一体的に接合されている。

なお、本実施形態では、フロントサイドメンバ１６の車両前方端部同士を懸架するフロントクロスメンバは設けられておらず、フロントサイドメンバ１６の車両前方端部同士がそれぞれ離間するように構成されている。なお、フロントサイドメンバ１６の車両前方端部同士を図示しないフロントクロスメンバで懸架し、いわゆる井桁構造を採用するようにしてもよい。

フレーム後部１４は、上部側のリヤクロスメンバ２２と、下部側のリヤクロスパネル２４とが一体的に接合されて構成されている。リヤクロスメンバ２２は、例えば、アルミニウム（アルミニウム合金）のダイカスト成形体で形成されている。一方、リヤクロスパネル２４は、溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ鋼板）をプレス成形したプレス成形体で形成されている。このリヤクロスメンバ２２及びリヤクロスパネル２４は、後記するように、摩擦攪拌接合によって一体的に接合されている。

リヤクロスメンバ２２は、リヤクロス本体部２６と、リヤ連結部２８と、リヤ突出部３０とが一体的に構成されている。リヤクロス本体部２６は、平面視して略矩形状を呈し、車幅方向に沿って横長に延在している。リヤ連結部２８は、リヤクロス本体部２６の車幅方向に沿った両側から車両前方に向かって突出している。リヤ突出部３０は、リヤクロス本体部２６の車幅方向に沿った左右の両側部から車両後方に向かって突出している。

リヤクロス本体部２６の略中央部、及び、後記するパネル本体部３２の略中央部には、それぞれ小径孔部同士が重畳して上下方向で貫通する円形状の貫通孔３４（図３参照）が形成されている。この貫通孔３４は、水抜き孔として機能するものである。

図２に示されるように、リヤ連結部２８の車幅方向に沿った左右外側、及び、リヤクロス本体部２６の車幅方向に沿った左右外側の車両前方側の一部には、略車両前後方向に沿って延在する一対の前方外側フランジ部３６、３６が設けられている。また、リヤ突出部３０の車幅方向に沿った左右外側には、一対の後方外側フランジ部３８、３８が設けられている（但し、右側の後方外側フランジ部３８は、図示省略）。さらに、リヤ連結部２８の車幅方向に沿った左右内側には、略車両前後方向に沿って延在する一対の前方内側フランジ部４０、４０が設けられている。

さらにまた、図２及び図３に示されるように、リヤクロス本体部２６の中央部には、略長円状の凹部３３が設けられている。この凹部３３内には、貫通孔３４を跨いだ車幅方向の両側に一対の中央被接合部４２、４２が形成されている。リヤクロスメンバ２２には、車幅方向に沿った両側部及びその中央部に、併せて８つのフランジ部及び被接合部が配置されている。貫通孔３４を間にして一対の中央被接合部４２、４２を設けることで、ジャッキアップポイントとしての所望の剛性・強度を得ることができる。

図２に示されるように、リヤクロスパネル２４は、リヤクロスメンバ２２と略対応する形状からなり、パネル本体部３２と、パネル連結部４４と、パネル突出部４６とが一体的に構成されている。

パネル連結部４４の車幅方向に沿った左右外側、及び、パネル本体部３２の車幅方向に沿った左右外側の車両前方側の一部には、略車両前後方向に沿って延在する一対の前方外側フランジ部４８、４８が設けられている。また、パネル突出部４６の車幅方向に沿った左右外側には、一対の後方外側フランジ部５０、５０が設けられている。さらに、パネル連結部４４の車幅方向に沿った左右内側には、略車両前後方向に沿って延在する一対の前方内側フランジ部５２、５２が設けられている（但し、左側の前方内側フランジ部５２は、図示省略）。さらにまた、パネル本体部３２の中央部には、貫通孔３４を跨いだ車幅方向の両側にそれぞれ一対の中央被接合部５４、５４が形成されている。リヤクロスパネル２４には、車幅方向に沿った両側部及びその中央部に、併せて８つのフランジ部及び被接合部が配置されている。

リヤクロスメンバ２２及びリヤクロスパネル２４に形成された各フランジ部及び被接合部は、リヤクロスメンバ２２とリヤクロスパネル２４とを上下方向に沿って重ね合わせた際、それぞれ上下方向で重畳する位置に配置されている。後記するように、重畳された各フランジ部同士及び各被接合部同士を摩擦攪拌接合することで、各フランジ部同士及び各被接合部同士が一体的に接合される。

なお、図２に示されるように、リヤクロス本体部２６には、図示しない転舵機構のラック軸を搭載するための断面半円状に窪んだ凹部５５が車幅方向に沿って直線状に形成されている。

図３における網掛け部分は、フレーム後部１４における複数の摩擦攪拌接合部位を示したものである。この摩擦攪拌接合部位は、車幅方向に沿った左右両側にそれぞれ配置された一対の左側摩擦攪拌接合用ロボット５７ａ及び右側摩擦攪拌接合用ロボット５７ｂに対応して、左側摩擦攪拌接合部位５６と、右側摩擦攪拌接合部位５８とを有する。

なお、一対の左側摩擦攪拌接合用ロボット５７ａ及び右側摩擦攪拌接合用ロボット５７ｂは、互いに直交する３軸（Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸）を含む多軸に変位可能なロボットアーム６０を有し、ロボットアーム６０の先端に接合ツール６２が連結されている。接合ツール６２については、後記で詳細に説明する。

図３に示されるように、左側摩擦攪拌接合部位５６は、左内側フランジ接合部位Ｌ１と、左中央接合部位Ｌ２と、左外側フランジ前方接合部位Ｌ３と、左外側フランジ後方接合部位Ｌ４とからなる４つの摩擦攪拌接合部位を有する。

一方、右側摩擦攪拌接合部位５８は、右内側フランジ接合部位Ｒ１と、右中央接合部位Ｒ２と、右外側フランジ前方接合部位Ｒ３と、右外側フランジ後方接合部位Ｒ４とからなる４つの摩擦攪拌接合部位を有する。

左右内側フランジ接合部位Ｌ１、Ｒ１は、リヤクロスメンバ２２の一対の前方内側フランジ部４０、４０と、リヤクロスパネル２４の一対の前方内側フランジ部５２、５２とが上下方向で重畳した状態で摩擦攪拌接合することにより形成される。また、左右中央接合部位Ｌ２、Ｒ２は、リヤクロスメンバ２２の一対の中央被接合部４２、４２と、リヤクロスパネル２４の一対の中央被接合部５４、５４とが上下方向で重畳した状態で摩擦攪拌接合することにより形成される。

さらに、左右外側フランジ前方接合部位Ｌ３、Ｒ３は、リヤクロスメンバ２２の一対の前方外側フランジ部３６、３６と、リヤクロスパネル２４の一対の前方外側フランジ部４８、４８とが上下方向に重畳した状態で摩擦攪拌接合することにより形成される。さらにまた、左右外側フランジ後方接合部位Ｌ４、Ｒ４は、リヤクロスメンバ２２の一対の後方外側フランジ部３８、３８と、リヤクロスパネル２４の一対の後方外側フランジ部５０、５０とが上下方向で重畳した状態で摩擦攪拌接合することにより形成される。

左側摩擦攪拌接合部位５６は、左側摩擦攪拌接合用ロボット５７ａの接合ツール６２の制御操作によって、例えば、中央被接合部位Ｌ２→後方外側フランジ接合部位Ｌ４→前方内側フランジ接合部位Ｌ１→前方外側フランジ接合部位Ｌ３の順序で摩擦攪拌接合され、一方、右側摩擦攪拌接合部位５８は、右側摩擦攪拌接合用ロボット５７ｂの接合ツール６２の制御操作によって、例えば、前方外側フランジ接合部位Ｒ３→後方外側フランジ接合部位Ｒ４→前方内側フランジ接合部位Ｒ１→中央被接合部位Ｒ２の順序で摩擦攪拌接合される。

図６Ａに示されるように、フレーム後部１４を構成するリヤクロスメンバ２２の車幅方向に沿った両側の側端部は、余り部６４を有する。この余り部６４は、フレーム後部１４を構成するリヤクロスメンバ２２の車幅方向に沿った両側の側端部２２ａよりも外部に向かって延出している。

この余り部６４は、リヤクロスパネル２４の一対の前方外側フランジ部４８、４８、一対の前方内側フランジ部５２、５２のそれぞれに設けられている。リヤクロスパネル２４の各フランジ部は、リヤクロスメンバ２２の各フランジ部よりも車幅方向に沿って外側に延出して断面略Ｌ字状の余り部６４として形成されている。この余り部６４の作用効果については、後記で詳細に説明する。

本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。

図４Ａは、接合ツールを用いて摩擦攪拌接合する状態を示す斜視図、図４Ｂは、摩擦攪拌接合された状態を示す縦断面図である。

先ず、フレーム後部１４において、アルミニウム合金ダイカスト成形体からなるリヤクロスメンバ２２のフランジ部と、電着塗装を施した溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ鋼板）のプレス成形体からなるリヤクロスパネル２４のフランジ部との重畳部位を、摩擦攪拌接合で一体的に接合する工程について説明する。なお、リヤクロスパネル２４のフランジ部の車幅方向の側端部には、断面略Ｌ字状を呈する余り部６４が設けられている。

図４Ａに示されるように、摩擦攪拌接合に用いられる接合ツール６２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６５と、この回転子６５の底部中心から軸方向に沿って突出する接合ピン（プローブ）６６とを有する。接合ピン６６と回転子６５との環状の段差部分でショルダ部６８が形成されている。

リヤクロスパネル２４を図示しないクランプ台上にセットした後、図示しないシール材塗布機構によってリヤクロスパネル２４のフランジ部上面にシール材７０（例えば、常乾型シール材）を塗布する。シール材７０が塗布されたリヤクロスパネル２４の上面に対してリヤクロスメンバ２２を被せた後、この上下方向に重畳されたリヤクロスメンバ２２及びリヤクロスパネル２４を図示しないクランプ機構を用いてクランプする。

続いて、前記した接合ツール６２を上方から下降させ、リヤクロスメンバ２２及びリヤクロスパネル２４のフランジ部同士を摩擦攪拌接合する。なお、各フランジ部同士の下側には、接合ツール６２によって各フランジ部に付与される加圧力をバックアップするための治具７２が設けられている（図４Ｂ参照）。

回転子６５及び接合ピン６６を一体的に回転させた状態で、リヤクロスメンバ２２の上面に徐々に近接させ、加圧力（押圧力）によって接合ピン６６の先端部をリヤクロスメンバ２２の上面に当接させ回転進入させることによって塑性流動域を生成する。

さらに、回転子６５及び接合ピン６６を一体的に回転させながら加圧進入させ、回転子６５のショルダ部６８がリヤクロスメンバ２２の上面に摺接するまで接合ピン６６を鉛直下方向に向かって挿入する。接合ピン６６の先端がリヤクロスパネル２４の上面に当接するまで回転進入されることにより、リヤクロスメンバ２２に生成される塑性流動域を塑性流動させ、リヤクロスパネル２４の鋼板新生面を露出させてリヤクロスメンバ２２と固相接合される。

このように接合ピン６６の先端がリヤクロスパネル２４の上面に当接した状態を保持しながら、ロボットアーム６０を操作して回転子６５及び接合ピン６６を一体的に変位させることで、摩擦攪拌接合部位が形成される。

以下、摩擦攪拌接合部位について詳細に説明する。
図４Ｂは、アルミニウム合金部材であるリヤクロスメンバ２２と、電着塗装を施した溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ鋼板）２４とが摩擦攪拌接合部７４（網点部分参照）を介して一体化されている状態を示した断面図である。
摩擦攪拌接合部７４近傍の非接合部Ａにおいて、摩擦攪拌接合の熱影響等により、ＧＩ鋼板表面の電着塗装は、劣化している。非接合間隙部には、シール材７０が充填されており、このシール材７０によって、腐蝕因子である、水や電解質の進入（浸入）を防止する構造となっている。これにより、非接合隙間部の電位腐蝕の発生を防止している。
本実施形態で採用された溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ鋼板）の効果としては、摩擦攪拌接合性の他に、シール材７０の劣化若しくは充填不良等を考慮した場合、又は、コスト低減を考慮してシール材７０を廃止した場合、非接合隙間部の耐食信頼性向上を期待することができる。

次に、摩擦攪拌接合部位の耐食性について説明する。
図５Ａは、アルミニウム等の腐蝕電位の関係を示すグラフである。なお、図５Ａ中において、「Ｆｅ」は、鉄、「ＧＡ」は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板、「Ａｌ」は、アルミニウム合金部材、「ＧＩ」は、溶融亜鉛めっき鋼板をそれぞれ示している。

本実施形態では、リヤクロスパネル２４として、溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ鋼板）が用いられている。これに対し、例えば、リヤクロスパネル２４として合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ鋼板）を使用した場合と比較して、本実施形態では、アルミニウムを基準として腐蝕電位が変化し、アルミニウムに対する腐蝕進行を抑制することができる。

また、本実施形態では、リヤクロスパネル２４として、溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ鋼板）を用いることで、アルミニウム合金部材に対する犠牲防食作用を発揮させることができる。なお、リヤクロスパネル２４として合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ鋼板）を用いた場合、アルミニウム合金部材に対する犠牲防食作用を得ることができない。この「犠牲防食作用」とは、例えば、亜鉛めっき層にきずが発生し、素地の鉄が露出した場合であっても、きずの周囲の亜鉛が鉄よりも先に溶けだして電気化学的に保護することにより、鉄の腐蝕を防止する作用をいう。

さらに、リヤクロスメンバ２２とリヤクロスパネル２４との間に介装されたシール材７０が劣化して水及び電解質が進入（浸入）した場合、アルミニウム合金部材であるリヤクロスメンバ２２が腐蝕に至ると、酸化アルミニウム（Ａｌ＋Ｏ→Ａｌ_２Ｏ_３）が発生する。このアルミニウムの酸化による体積膨張が上部側のリヤクロスメンバ２２と、下部側のリヤクロスパネル２４とを剥離させる剥離力が作用する。本実施形態では、リヤクロスパネル２４として、溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ鋼板）を用いることで、この剥離力を抑制することができる。

図６Ａは、リヤクロスパネルの側端部に余り部を設けた本実施形態の断面図、図６Ｂは、余り部が設けられていない比較例の断面図である。

本実施形態では、図６Ａに示されるように、リヤクロスパネル２４の車幅方向に沿った両側の側端部に、余り部６４を設けている。この余り部６４は、リヤクロスメンバ２２の車幅方向に沿った両側の側端部２２ａよりも外部に向かって断面略Ｌ字状に延出している。この余り部６４を設けることで、例えば、摩擦攪拌接合部位への錆の進行を抑制することができる。仮に、余り部６４を設けない場合、図６Ｂの比較例に示されるように、リヤクロスパネル２４の底面側に発生した錆部７４が、リヤクロスメンバ２２とリヤクロスパネル２４との接合界面に進入し（図６Ｂの矢印Ｂ参照）、摩擦攪拌接合部位への錆の進行が速くなる。

本実施形態では、フレーム前部１２に、高強度の鉄製部材を使用することにより、サイドメンバの薄板軽量化が可能となる。すなわち、所定の衝突荷重を受容して、フレーム後部１４側への荷重伝達を好適にコントロールすることができる軽量サイドメンバが可能となる。また、この衝突荷重をコントロールするために、フレーム後部１４については、リヤクロスメンバ２２とリヤクロスパネル２４との接合部を、摩擦攪拌接合によって剥離分離しない構造とすることができる。

また、本実施形態では、サブフレーム構造体１０の鉄製部材の強度を部分的に変えている。すなわち、摩擦攪拌接合されるフレーム後部１４の構造では、リヤクロスパネル２４に対する要求特性が、部材強度よりも部材剛性が重要となる。本実施形態では、軽量化、低コストの観点から、フレーム前部１２と比較してフレーム後部１４の鉄製部材に対する高強度化の要請が弱くなる。このため、フレーム後部１４の鉄製部材としては、低強度の軟鋼板を用いることが可能となる。軟鋼板は、強度が低いため、接合ツール６２（接合ピン６６）に対する負荷を軽減することができる。

図８は、摩擦攪拌接合速度と接合ツール回転速度との関係を示す特性図である。
図８において、「○」は、リヤクロスパネル２４として、溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ鋼板）を用いて摩擦攪拌接合した本実施形態を示し、「●」は、リヤクロスパネル２４として、合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ鋼板）を用いて摩擦攪拌接合した比較例をそれぞれ示している。なお、本実施形成及び比較例のいずれの場合であっても、摩擦攪拌接合されたフレーム後部１４は、所望の接合強度及び所望の品質を有している。また、ＧＩ鋼板、ＧＡ鋼板は、共に２７０級鋼板（ＪＩＣ２７０、ＪＡＣ２７０）を使用している。

図８から諒解されるように、複数の「○」が属する本実施形態の領域は、溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ鋼板）を用いることで、複数の「●」が属する比較例の領域と比較して、図面に向かって右側の領域に位置している。この結果、溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ鋼板）を用いた本実施形態では、合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ鋼板）を用いた比較例と比較して摩擦攪拌接合速度を向上させることができる。
また、図５Ｂは、本実施形態（ＧＩ鋼板）及び比較例（ＧＡ鋼板）において、鋼板に電着塗装されためっき層の硬さ等を示す説明図である。
図５Ｂに示されるように、比較例に係る合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ鋼板）は、アルミニウムの摩擦攪拌時の温度（４００〜５００℃）において、めっき層に鉄亜鉛の硬い合金層が存在しており（図５Ｂ中の合金形態及び硬さ参照）、アルミニウム合金部材と鋼板との摩擦攪拌接合の阻害要因となっている。一方、本実施形態に係る溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ鋼板）のめっき層は、ＧＡ鋼板と比較して軟らかく、且つ、摩擦攪拌時の温度（４００〜５００℃）で、ほぼ融点に到達している。これにより、本実施形態に係る溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ鋼板）は、摩擦攪拌接合の阻害要因とならず、アルミニウム合金部材と鋼板との接合性を向上させることができる。この結果、本実施形態では、鋼板の表面処理を変えることで、アルミニウム合金部材と鋼板との接合性を向上させることができる。

また、本実施形態では、フレーム前部１２を構成する一対のサイドメンバアッパ１８及びサイドメンバロア２０を、合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ鋼板）で形成すると共に、フレーム後部１４を構成するリヤクロスパネル２４を溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ鋼板）で形成している。アルミニウム合金ダイカストのリヤクロスメンバ２２と、溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ鋼板）のリヤクロスパネル２４とを摩擦攪拌接合により一体的に接合している。これにより、本実施形態では、摩擦攪拌接合速度の高速化を達成することができる。この結果、作業時間の短縮及び製造コストの低減を達成することができる。

さらに、本実施形態では、合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ鋼板）を用いて摩擦攪拌接合した場合と比較して、溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ鋼板）を用いて摩擦攪拌接合することで、接合不良率を低減することができる。この結果、本実施形態では、完成品である図示しないサブフレームの歩留りを向上させることができる。

さらにまた、本実施形態では、合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ鋼板）を用いて摩擦攪拌接合した場合と比較して、溶融亜鉛メッキ鋼板（ＧＩ鋼板）を用いて摩擦攪拌接合することで、摩擦攪拌接合部７４近傍の非接合隙間部の耐食信頼性を向上させることができる。

さらにまた、本実施形態では、フレーム後部１４を構成するリヤクロスパネル２４（ＧＩ鋼板）の車幅方向に沿った側端部に断面略Ｌ字状の余り部６４を設けている（図６Ａ参照）。この余り部６４を設けることで、リヤクロスメンバ２２とリヤクロスパネル２４との間に介装されたシール材７０への錆部７４の広がりを防止することができる。また、余り部６４を断面略Ｌ字状とすることで、例えば、曲げ加工等によって余り部６４を容易に製造することができる。

この余り部６４の変形例を図７Ａ及び図７Ｂに示す。
図７Ａに示される第１変形例に係る余り部６４ａでは、リヤクロスメンバ２２の側端２２ａよりもリヤクロスパネル２４の側端をその延在方向に沿って外部に向かって突出させている点に特徴がある。

図７Ｂに示される第２変形例に係る余り部６４ｂでは、図６Ａの余り部６４とは反対にリヤクロスメンバ２２側に向かって屈曲させている点に特徴がある。なお、変形例に係る余り部６４ａ、６４ｂの作用効果は、図６Ａに示す余り部６４と同一であるため、その詳細な説明を省略する。

本実施形態において、フレーム前部１２は、電着塗装を施した合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ鋼板）からなるサイドメンバアッパ１８及びサイドメンバロア２０が組み合わされて構成されている。一方、フレーム後部１４は、電着塗装を施した溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ鋼板）からなるリヤクロスパネル２４と、アルミニウム合金ダイカストのリヤクロスメンバ２２とが摩擦攪拌接合により一体的に接合して構成されている。

これにより、本実施形態では、軽量且つ高強度特性と、摩擦攪拌接合速度の高速化と、耐食信頼性の向上とを、それぞれ達成することができる。

１０サブフレーム構造体（異種接合構造体）
１２フレーム前部
１４フレーム後部
１８サイドメンバアッパ（鉄製部材）
２０サイドメンバロア（鉄製部材）
２２リヤクロスメンバ（アルミニウム製部材）
２４リヤクロスパネル（鉄製部材）
６４、６４ａ、６４ｂ余り部

Claims

異種材料である鉄製部材とアルミニウム製部材とを摩擦攪拌接合により一体的に接合して構成される異種接合構造体において、
前記異種接合構造体は、車両に搭載されるサブフレームであり、
前記サブフレームは、車両前後方向に沿ったフレーム前部とフレーム後部とが連結して構成され、
前記フレーム前部は、前記フレーム後部と比較して高い強度を有し、
前記サブフレームの強度を部分的に変えていると共に、前記フレーム前部と前記フレーム後部との間で前記鉄製部材の表面処理を変えており、
前記フレーム前部を構成する前記鉄製部材は、合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ鋼板）からなり、
前記フレーム後部を構成する前記鉄製部材は、溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ鋼板）からなり、
前記フレーム後部を構成する前記溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ鋼板）と前記アルミニウム製部材とは、摩擦攪拌接合により一体的に接合されていることを特徴とする異種接合構造体。
請求項１記載の異種接合構造体において、
前記フレーム後部を構成する前記溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ鋼板）の車幅方向に沿った端部は、余り部を有し、
前記余り部は、前記フレーム後部を構成する前記アルミニウム製部材の車幅方向に沿った端部よりも外部に向かって延出していることを特徴とする異種接合構造体。
請求項１記載の異種接合構造体において、
前記フレーム前部は、前記合金化溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＡ鋼板）からなる複数の前記鉄製部材が組み合わされて構成され、
前記フレーム後部は、前記溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ鋼板）からなる前記鉄製部材と前記アルミニウム製部材とが摩擦攪拌接合により一体的に接合して構成されていることを特徴とする異種接合構造体。
異種材料である鉄製部材とアルミニウム製部材とを摩擦攪拌接合により一体的に接合して構成される異種接合構造体において、
前記異種接合構造体は、車両に搭載されるサブフレームであり、
前記サブフレームは、車両前後方向に沿ったフレーム前部とフレーム後部とが連結して構成され、
前記フレーム前部は、前記フレーム後部と比較して高い強度を有し、
前記フレーム後部を構成する前記鉄製部材は、溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ鋼板）からなり、
前記フレーム後部を構成する前記溶融亜鉛めっき鋼板（ＧＩ鋼板）と前記アルミニウム製部材とは、摩擦攪拌接合により一体的に接合されていることを特徴とする異種接合構造体。