JP2017064726A - 接合方法、及び、異種材接合体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】材質が異なる第１の金属部材と第２の金属部材とを重ね合わせた部分の接合強度が向上すると共に安定し、電極の寿命も長くする。
【解決手段】第１フレーム部材１１と第２フレーム部材１２とを接合する接合方法は、プレート１３の所定領域にプレス加工で突起１３ｃを形成する突起形成工程と、プレート１３の突起１３ｃの先端をフランジ１１ｂに接触させるとともに、フランジ１１ｂとプレート１３との間にフランジ１２ｂを配置させるように、フランジ１１ｂ，１２ｂ及びプレート１３を積層する積層工程と、一対の電極１２１，１２２で突起１３ｃをフランジ１１ｂに押圧するように積層体を挟み、当該一対の電極１２１，１２２間に溶接電流を流して突起１３ｃをフランジ１１ｂに溶接する溶接工程とを含む。
【選択図】図６

Description

本発明は、材質が異なる二種の金属部材を重ね合わせた部分の接合方法、及び、異種材接合体の製造方法に関する。

特許文献１には、ＡＬ系合金板よりも高い融点を持つ鋼板及び円形ブランクで当該合金板を挟むように積層された積層体を、一対の電極で加圧すると共に一対の電極間に溶接電流を流して、鋼板に円形ブランクをスポット溶接する接合方法について記載されている。この接合方法においては、一対の電極による加圧通電下で生じた円形ブランク中央部分の塑性変形による膨出変形部分が合金板の溶融部分を排除して鋼板にスポット溶接される。こうして、材質が異なる合金板及び鋼板を重ね合わせた部分が接合される。

特許第３４００２０７号公報

しかしながら、上記特許文献１に記載の接合方法においては、円形ブランクを電極で単に押圧して膨出変形部分を形成しているため、円形ブランクの膨出変形部分近傍には膨出変形部分形成時に皺が形成される。また、円形ブランクの膨出変形部分は、電極が円形ブランクに馴染みにくいため、安定した張出し形状とならず凹凸が形成されやすい。このため、円形ブランクの膨出変形部分を鋼板に溶接する際に鋼板と異材の間に空間ができ、スパッタが発生しやすくなる。このため、溶接品質が劣化し、接合強度も低下する。また、膨出変形部分が電極による押圧によって形成されるため、電極の磨耗が大きい。このため、形成された膨出変形部分に形状差が生じ、膨出変形部分毎の鋼板との溶接品質にばらつきが生じる。さらに、電極の磨耗が大きいため、電極の寿命が短くなる。このような溶接品質の低下及びばらつきに伴い、材質が異なる合金板及び鋼板を重ね合わせた部分の接合強度の低下及びばらつきが生じるとともに、電極の寿命が短くなるという問題が生じる。

そこで、本発明の目的は、材質が異なる第１の金属部材と第２の金属部材とを重ね合わせた部分の接合強度が向上すると共に安定し、電極の寿命も長くすることが可能な接合方法及び異種材接合体の製造方法を提供することである。

本発明の接合方法は、第１の金属部材と、前記第１の金属部材と異なる材質の第２の金属部材とを重ね合わせた部分の接合方法において、前記第１の金属部材及び前記第１の金属部材と同じ材質の第３の金属部材のうちの少なくとも前記第３の金属部材の所定領域の周囲をダイ及びブランクホルダで挟み、当該所定領域をパンチで押圧することで前記第３の金属部材に１以上の突起を形成する突起形成工程と、前記突起形成工程で形成された前記第３の金属部材の前記突起の先端を前記第１の金属部材に接触させるとともに、前記第１の金属部材と前記第３の金属部材との間に前記第２の金属部材を配置させるように、前記第１、第２及び第３の金属部材を積層する積層工程と、前記積層工程によって積層された積層体の積層方向において、一対の電極で前記突起を前記第１の金属部材に押圧するように前記積層体を挟み、当該一対の電極間に溶接電流を流して前記突起を前記第１の金属部材に溶接する溶接工程とを備えている。

これによると、第１の金属部材と第３の金属部材との間に第２の金属部材が挟まれた状態で、突起を介して第１の金属部材と第３の金属部材とが溶接される。これにより、材質が異なる第１の金属部材と第２の金属部材とを重ね合わせた部分が接合される。この接合方法における突起形成工程で予め１以上の突起を形成することで、突起形成時の皺が金属部材に形成されにくくなる。このため、突起と第１の金属部材とを溶接する際に、スパッタが発生しにくくなって溶接品質が向上し、接合強度も向上する。また、第３の金属部材に予め形成された１以上の突起を第１の金属部材に接触させて一対の電極から溶接電流を流すことで、突起と第１の金属部材とを溶接しているため、電極で突起を形成する必要がなくなって、電極の寿命が長くなるとともに、突起の形状誤差が生じにくくなって溶接品質が安定する。このように溶接品質が向上すると共に安定するため、材質が異なる第１の金属部材と第２の金属部材とを重ね合わせた部分の接合強度が向上すると共に安定し、電極の寿命も長くなる。

本発明において、前記第２の金属部材の所定領域に１以上の前記突起を挿入することが可能な大きさの１以上の貫通孔を形成する貫通孔形成工程をさらに備えている。そして、前記積層工程において、１以上の前記突起を前記貫通孔に挿入しつつ前記第１、第２及び第３の金属部材を積層することが好ましい。これにより、材質が異なる第１の金属部材と第２の金属部材とを重ね合わせた部分がより強固に接合される。

また、本発明において、前記貫通孔形成工程において、前記第２の金属部材の所定領域の周囲をダイ及びブランクホルダで挟み、当該所定領域をパンチで打ち抜くことで前記貫通孔を形成することが好ましい。これにより、貫通孔形成時に第２の金属部材にバリが形成されにくくなる。このため、材質が異なる第１の金属部材と第２の金属部材とを重ね合わせた部分がより一層強固に接合される。

また、本発明において、前記溶接工程において、前記一対の電極で前記突起及び前記第１の金属部材の前記突起と対向する領域を挟みつつ当該一対の電極間に溶接電流を流すことが好ましい。これにより、第３の金属部材に形成された突起と第１の金属部材との溶接品質がより向上する。

また、本発明において、前記突起形成工程において、前記第３の金属部材に複数の前記突起が形成され、前記溶接工程において、前記一対の電極で前記複数の突起及び前記第１の金属部材の前記複数の突起と対向する領域を挟みつつ当該一対の電極間に溶接電流を流すことが好ましい。これにより、第３の金属部材に形成された複数の突起を第１の金属部材に効果的に溶接することが可能となる。

また、本発明の異種材接合体の製造方法は、第１の金属部材と、前記第１の金属部材と異なる材質の第２の金属部材とを重ね合わせて接合された異種材接合体の製造方法において、前記第１の金属部材及び前記第１の金属部材と同じ材質の第３の金属部材のうちの少なくとも前記第３の金属部材の所定領域の周囲をダイ及びブランクホルダで挟み、当該所定領域をパンチで押圧することで前記第３の金属部材に１以上の突起を形成する突起形成工程と、前記突起形成工程で形成された前記第３の金属部材の前記突起の先端を前記第１の金属部材に接触させると共に、前記第１の金属部材と前記第３の金属部材との間に前記第２の金属部材を配置させるように、前記第１、第２及び第３の金属部材を積層する積層工程と、前記積層工程によって積層された積層体の積層方向において、一対の電極で前記突起を前記第１の金属部材に押圧するように前記積層体を挟み、当該一対の電極間に溶接電流を流して前記突起を前記第１の金属部材に溶接する溶接工程とを備えている。

これによると、第１の金属部材と第３の金属部材との間に第２の金属部材が挟まれた状態で、突起を介して第１の金属部材と第３の金属部材とが溶接される。これにより、材質が異なる第１の金属部材と第２の金属部材とを重ね合わせた部分が接合された異種材接合体を製造することができる。この製造方法における突起形成工程で予め１以上の突起を形成することで、突起形成時の皺が金属部材に形成されにくくなる。このため、突起と第１の金属部材とを溶接する際に、スパッタが発生しにくくなって溶接品質が向上し、接合強度も向上する。また、第３の金属部材に予め形成された１以上の突起を第１の金属部材に接触させて一対の電極から溶接電流を流すことで、突起と第１の金属部材とを溶接しているため、電極で突起を形成する必要がなくなって、電極の寿命が長くなるとともに、突起の形状誤差が生じにくくなって溶接品質が安定する。このように溶接品質が向上すると共に安定するため、材質が異なる第１の金属部材と第２の金属部材とを重ね合わせた部分の接合強度が向上すると共に安定し、電極の寿命も長くなる。

本発明の接合方法によると、第１の金属部材と第３の金属部材との間に第２の金属部材が挟まれた状態で、突起を介して第１の金属部材と第３の金属部材とが溶接される。これにより、材質が異なる第１の金属部材と第２の金属部材とを重ね合わせた部分が接合される。この接合方法における突起形成工程で予め１以上の突起を形成することで、突起形成時の皺が金属部材に形成されにくくなる。このため、突起と第１の金属部材とを溶接する際に、スパッタが発生しにくくなって溶接品質が向上し、接合強度も向上する。また、第３の金属部材に予め形成された１以上の突起を第１の金属部材に接触させて一対の電極から溶接電流を流すことで、突起と第１の金属部材とを溶接しているため、電極で突起を形成する必要がなくなって、電極の寿命が長くなるとともに、突起の形状誤差が生じにくくなって溶接品質が安定する。このように溶接品質が向上すると共に安定するため、材質が異なる第１の金属部材と第２の金属部材とを重ね合わせた部分の接合強度が向上すると共に安定し、電極の寿命も長くなる。
また、本発明の異種材接合体の製造方法によると、第１の金属部材と第３の金属部材との間に第２の金属部材が挟まれた状態で、突起を介して第１の金属部材と第３の金属部材とが溶接される。これにより、材質が異なる第１の金属部材と第２の金属部材とを重ね合わせた部分が接合された異種材接合体を製造することができる。この製造方法における突起形成工程で予め１以上の突起を形成することで、突起形成時の皺が金属部材に形成されにくくなる。このため、突起と第１の金属部材とを溶接する際に、スパッタが発生しにくくなって溶接品質が向上し、接合強度も向上する。また、第３の金属部材に予め形成された１以上の突起を第１の金属部材に接触させて一対の電極から溶接電流を流すことで、突起と第１の金属部材とを溶接しているため、電極で突起を形成する必要がなくなって、電極の寿命が長くなるとともに、突起の形状誤差が生じにくくなって溶接品質が安定する。このように溶接品質が向上すると共に安定するため、材質が異なる第１の金属部材と第２の金属部材とを重ね合わせた部分の接合強度が向上すると共に安定し、電極の寿命も長くなる。

本発明の一実施形態に係る製造方法によって製造されたサブフレームが採用されたフレーム構造体の概略斜視図である。 図１に示すサブフレームの概略斜視図である。 図２に示すIII−III線に沿った断面図である。 （ａ）は図２に示すプレートの所定領域の周囲をダイ及びブランクホルダで挟んだ状況を示す図であり、（ｂ）はパンチでプレートの所定領域に突起を形成したときの状況を示す図である。 （ａ）は図２に示すフランジの所定領域の周囲をダイ及びブランクホルダで挟んだ状況を示す図であり、（ｂ）はパンチでフランジの所定領域に貫通孔を形成したときの状況を示す図である。 （ａ）は貫通孔に突起を挿入するときの状況を示す図であり、（ｂ）は突起の先端とフランジとの接触部分を溶接するときの状況を示す図である。 第１変形例に係るサブフレームの部分斜視図である。 第２変形例に係るルーフサイドレール、サイドフレーム、ルーフフレーム及びプレートの部分断面図である。 （ａ）は第３変形例に係るサブフレームの拡大平面図であり、（ｂ）は図９（ａ）に示すIX−IX線に沿った断面図である。 第４変形例に係る複数の突起の先端とフランジとの接触部分を溶接するときの状況を示す図である。 第５変形例に係るサブフレームの部分断面図である。

以下、本発明の一実施形態に係る製造方法によって製造されたサブフレーム（異種材接合体）が採用されたフレーム構造体１００について、図１〜図３を参照しつつ以下に説明する。

本実施形態におけるフレーム構造体１００は、自動車などの車両のエンジンや減速機などを支え、足回りの支持部品などが取り付けられるものである。フレーム構造体１００は、図１に示すように、前後方向Ａに延在する一対のサイドフレーム１，２と、左右方向Ｂに延在し一対のサイドフレーム１，２間を繋ぐサブフレーム３，４とを有する。本実施形態のサイドフレーム１，２は、鋼製の角パイプから構成されているが、特に限定するものではない。

サブフレーム３，４は、いずれも同じ構成を有しているため、一方のサブフレーム３について説明し、サブフレーム４の説明を省略する。サブフレーム３は、図２に示すように、第１フレーム部材１１と、第１フレーム部材１１の上側に配置された第２フレーム部材１２とを有し、略角パイプ形状を有する。第１フレーム部材１１は、左右方向Ｂに延在する凹部１１ａ及び一対のフランジ１１ｂが形成されるように、鋼板（Ｆｅ系合金板またはＦｅ板）が折り曲げられて構成されている。

第２フレーム部材１２は、左右方向Ｂに延在する凹部１２ａ及び一対のフランジ１２ｂが形成されるように、ＡＬ系合金板（又はＡＬ板）が折り曲げられて構成されている。このように第２フレーム部材１２は、第１フレーム部材１１とは異なる材質から構成されている。第２フレーム部材１２のフランジ１２ｂのそれぞれには、図３に示すように、厚み方向に貫通する複数の貫通孔１２ｃが形成されている。複数の貫通孔１２ｃは、左右方向Ｂに沿って等間隔に配置されている。貫通孔１２ｃは、円形平面形状を有する。

サブフレーム３は、図２に示すように、第２フレーム部材１２のフランジ１２ｂ上にそれぞれ配置された一対のプレート１３を有する。つまり、プレート１３は、第１フレーム部材１１のフランジ１１ｂとの間に第２フレーム部材１２のフランジ１２ｂを挟む位置に配置されている。プレート１３は、第１フレーム部材１１と同じ材質の鋼板（Ｆｅ系合金板またはＦｅ板）からなり、左右方向Ｂに長尺に延在している。プレート１３は、図３に示すように、左右方向Ｂに延在するプレート本体１３ａと、プレート本体１３ａの下面１３ｂから部分的に突出した複数の突起１３ｃと、突起１３ｃの形成によって上面１３ｄに形成された複数の穴１３ｅとを有する。これら複数の突起１３ｃと複数の穴１３ｅは、フランジ１２ｂの貫通孔１２ｃに対応して、左右方向Ｂに沿って等間隔に配置されている。また、複数の突起１３ｃは、円形平面形状を有し、貫通孔１２ｃに挿通可能なサイズに形成されている。つまり、突起１３ｃの直径は、貫通孔１２ｃの直径よりも小さく形成されている。また、プレート１３の下面１３ｂからの突起１３ｃの突出長は、プレート１３をフランジ１２ｂ上に配置したときに突起１３ｃがフランジ１１ｂと接触可能な長さであり、本実施形態においてはフランジ１２ｂの厚みとほぼ同じ長さに形成されている。

プレート１３は、複数の突起１３ｃが第２フレーム部材１２のフランジ１２ｂに形成された貫通孔１２ｃに挿入された状態で、当該突起１３ｃの先端が第１フレーム部材１１のフランジ１１ｂに溶接されている。これにより、第２フレーム部材１２のフランジ１２ｂが第１フレーム部材１１のフランジ１１ｂとプレート１３との間で両者に挟まれる。こうして、第１フレーム部材１１と第２フレーム部材１２との重なり部分であるフランジ１１ｂ，１２ｂ同士が接合され、サブフレーム３が構成されている。

続いて、サブフレーム３の製造方法について、図４〜図６を参照しつつ以下に説明する。サブフレーム３を製造する際は、互いに異なる材質からなる第１フレーム部材１１と第２フレーム部材１２とを接合する必要がある。つまり、サブフレーム３の製造方法には、これら異種材を接合する接合方法も含まれる。本実施形態における接合方法には、後述する、突起形成工程、貫通孔形成工程、第１フレーム部材形成工程、第２フレーム部材形成工程、積層工程、溶接工程などが含まれる。

サブフレーム３を製造するには、図４に示すように、プレート本体１３ａに突起１３ｃをプレス加工で形成する（突起形成工程）。つまり、図４（ａ）に示すように、突起１３ｃが形成される前のプレート本体１３ａをダイ１０１及びブランクホルダ１０２で挟む。ダイ１０１及びブランクホルダ１０２は、プレート本体１３ａの突起１３ｃが形成される所定領域Ｓ１の周囲を挟む。この後、図４（ｂ）に示すように、円柱状のパンチ１０３でプレート本体１３ａの所定領域Ｓ１を押圧する。こうして、プレート１３に突起１３ｃが形成される。このとき、プレート本体１３ａの上面１３ｄには、突起１３ｃの形成によって窪んだ穴１３ｅが形成される。このような工程を繰り返し行うことでプレート１３に複数の突起１３ｃと共に複数の穴１３ｅが形成される。なお、突起形成工程において、複数の突起１３ｃ及び複数の穴１３ｅを、複数のパンチ１０３で一度に形成してもよい。この場合も、突起１３ｃが形成されるプレート本体１３ａの所定領域Ｓ１のそれぞれの周囲は、ダイ１０１及びブランクホルダ１０２によって挟まれていることが好ましい。このような突起形成工程により、プレート１３に複数の突起１３ｃが形成されても、プレート本体１３ａに皺がほとんど形成されない。この結果、後述の溶接工程において、スパッタが生じにくくなる。

また、サブフレーム３を製造するには、図５に示すように、凹部１２ａや一対のフランジ１２ｂが形成される前の第２フレーム部材１２を構成するＡＬ系合金板であってフランジ１２ｂに対応する部分に、複数の貫通孔１２ｃをプレス加工で形成する（貫通孔形成工程）。つまり、図５（ａ）に示すように、ＡＬ系合金板のフランジ１２ｂに対応する部分をダイ１１１及びブランクホルダ１１２で挟む。ダイ１１１及びブランクホルダ１１２は、フランジ１２ｂの貫通孔１２ｃが形成される所定領域Ｓ２の周囲を挟む。この後、図５（ｂ）に示すように、円柱状のパンチ１１４でフランジ１２ｂに対応する部分の所定領域Ｓ２を打ち抜く。パンチ１１４は、突起１３ｃを形成するパンチ１０３の直径よりも若干大きな直径を有している。こうして、フランジ１２ｂに対応する部分に直径が突起１３ｃよりも大きい貫通孔１２ｃが形成される。つまり、後述の積層工程において、突起１３ｃを挿入することが可能な貫通孔１２ｃが形成される。このような工程を繰り返し行うことで、第２フレーム部材１２のフランジ１２ｂに対応する部分に複数の貫通孔１２ｃが形成される。なお、貫通孔形成工程において、複数の貫通孔１２ｃを、複数のパンチ１１４で一度に形成してもよい。この場合も、貫通孔１２ｃが形成されるフランジ１２ｂに対応する部分の所定領域Ｓ２のそれぞれの周囲は、ダイ１１１及びブランクホルダ１１２によって挟まれていることが好ましい。このような貫通孔形成工程により、フランジ１２ｂに対応する部分に複数の貫通孔１２ｃが形成されても、フランジ１２ｂに対応する部分にバリがほとんど形成されない。この結果、後述の積層工程において、フランジ１１ｂ，１２ｂ及びプレート１３を隙間なく積層させた状態で、突起１３ｃと第１フレーム部材１１とを溶接することが可能となる。このため、フランジ１１ｂ、１２ｂの重ね合わせた部分がより一層強固に接合される。なお、貫通孔形成工程は、突起形成工程の前、突起形成工程の後、及び、突起形成工程と同時のいずれのタイミングに行われてもよい。

貫通孔形成工程の後、凹部１２ａ及び一対のフランジ１２ｂを形成するように、複数の貫通孔１２ｃが形成されたＡＬ系合金板を折り曲げる。こうして、第２フレーム部材１２が形成される（第２フレーム部材形成工程）。

第１フレーム部材１１を構成する鋼板を、凹部１１ａ及び一対のフランジ１１ｂが形成されるように折り曲げる。こうして、第１フレーム部材１１が形成される（第１フレーム部材形成工程）。なお、第１フレーム部材形成工程は、後述の積層工程前に行われていればよい。

突起形成工程、第１及び第２フレーム部材形成工程の後に、図６（ａ）に示すように、第１フレーム部材１１のフランジ１１ｂ上に第２フレーム部材１２のフランジ１２ｂを積層して、フランジ１１ｂ，１２ｂ同士を重ね合わせる。その後、図６（ｂ）に示すように、プレート１３をフランジ１２ｂ上に積層する。つまり、フランジ１１ｂとプレート１３との間にフランジ１２ｂが配置されるように、フランジ１１ｂ，１２ｂ及びプレート１３を積層する（積層工程）。このとき、プレート１３の突起１３ｃのそれぞれをフランジ１２ｂの複数の貫通孔１２ｃに挿入し、当該各突起１３ｃの先端をフランジ１１ｂに接触させる。

積層工程の後に、公知のスポット溶接機の円柱状の一対の電極１２１，１２２で、図６（ｂ）に示すように、フランジ１１ｂ，１２ｂ及びプレート１３の積層体を挟む。このとき、電極１２１が突起１３ｃと対向するように穴１３ｅ内に配置され、電極１２２がフランジ１１ｂの突起１３ｃと対向する領域と対向するように配置される。そして、一対の電極１２１，１２２で積層体を積層方向（図６中上下方向）に加圧しつつ、一対の電極１２１，１２２間に溶接電流を流す。つまり、一対の電極１２１，１２２で突起１３ｃをフランジ１１ｂに押圧するように、突起１３ｃ及びフランジ１１ｂの突起１３ｃと対向する領域を挟みつつ一対の電極１２１，１２２間に溶接電流を流す（溶接工程）。これにより、突起１３ｃの先端とフランジ１１ｂとの接触部分が溶融し接合される。このような工程を繰り返し行うことで、プレート１３の複数の突起１３ｃとフランジ１１ｂとが溶接される。なお、複数対の電極１２１，１２２で複数の突起１３ｃをフランジ１１ｂに一度に溶接してもよい。こうして、プレート１３とフランジ１１ｂとの間にあるフランジ１２ｂとフランジ１１ｂとの重なり部分が接合され、サブフレーム３が製造される。

以上のように、サブフレーム３の製造方法及び第１フレーム部材１１と第２フレーム部材１２とを重ね合わせた部分の接合方法によると、第１フレーム部材１１のフランジ１１ｂとプレート１３との間に第２フレーム部材１２のフランジ１２ｂが挟まれた状態で、突起１３ｃを介してフランジ１１ｂとプレート１３とが溶接される。これにより、材質が異なる第１フレーム部材１１と第２フレーム部材１２とを重ね合わせた部分（すなわち、一対のフランジ１１ｂ，１２ｂ同士を重ね合わせた部分）が接合されたサブフレーム３，４（異種材接合体）を製造することができる。この製造方法及び接合方法における突起形成工程で予め突起１３ｃを形成することで、突起形成時の皺がプレート１３に形成されにくくなる。このため、突起１３ｃとフランジ１１ｂとをスポット溶接する際に、スパッタが発生しにくくなって溶接品質が向上し、接合強度も向上する。また、プレート１３に予め形成された突起１３ｃをフランジ１１ｂに接触させて一対の電極１２１，１２２から溶接電流を流すことで、突起１３ｃとフランジ１１ｂとを溶接しているため、突起１３ｃ側に配置された電極１２１で突起１３ｃを形成する必要がなくなって、電極１２１の寿命が長くなる。また、電極１２１ではなく専用のパンチ１０３で突起１３ｃを形成しているため、突起１３ｃの形状誤差が生じにくくなって溶接品質が安定する。このように溶接品質が向上すると共に安定するため、材質が異なる第１フレーム部材１１のフランジ１１ｂと第２フレーム部材１２のフランジ１２ｂとを重ね合わせた部分の接合強度が向上すると共に安定し、電極１２１の寿命も長くなる。

また、サブフレーム３の製造方法及び接合方法においては、第２フレーム部材１２の一対のフランジ１２ｂに、積層工程において、突起１３ｃを挿入するための複数の貫通孔１２ｃを形成する貫通孔形成工程が行われる。これにより、プレート１３の突起１３ｃがフランジ１２ｂの貫通孔１２ｃに挿入された状態でフランジ１１ｂに溶接される。このため、材質が異なる第１フレーム部材１１のフランジ１１ｂと第２フレーム部材１２のフランジ１２ｂとを重ね合わせた部分がより強固に接合される。

また、溶接工程では、一対の電極１２１，１２２で突起１３ｃとフランジ１１ｂの突起１３ｃと対向する領域を挟みつつ一対の電極１２１，１２２間に溶接電流を流すことで、突起１３ｃとフランジ１１ｂとをスポット溶接している。これにより、プレート１３の突起１３ｃとフランジ１１ｂとの溶接品質がより向上する。

上述の実施形態におけるサブフレーム３は、第１フレーム部材１１のフランジ１１ｂと第２フレーム部材１２のフランジ１２ｂとを重ね合わせた部分を、これら部材とは別部材のプレート１３を用いて接合していたが、プレート１３に相当する押さえ部１１３がフランジ１１ｂに一体的に形成されていてもよい。この第１変形例における第１フレーム部材１１のフランジ１１ｂの端部には、図７に示すように、第１フレーム部材１１を構成する鋼板が折り返されてなる押さえ部１１３が形成されている。押さえ部１１３は、フランジ１１ｂとの間においてフランジ１２ｂを挟む位置に配置されている。押さえ部１１３は、上述のプレート１３がフランジ１１ｂの左右方向Ｂに沿う端部に一体的に接続されたものと同様のものである。

第１変形例におけるサブフレーム３の製造方法及び接合方法では、上述の突起形成工程、第１フレーム部材形成工程、積層工程が若干異なるだけでそれ以外はほぼ同様である。つまり、突起形成工程では、第１フレーム部材１１を構成する鋼板の押さえ部１１３に対応する部分に、上述のプレート１３と同様に突起１３ｃをプレス加工で形成する。第１フレーム部材形成工程では、複数の突起１３ｃ及び複数の穴１３ｅが形成された第１フレーム部材１１を構成する鋼板を、凹部１１ａ及び一対のフランジ１１ｂが形成されるように折り曲げる。このとき、押さえ部１１３に対応する部分は、折り曲げずにフランジ１１ｂと同一平面状に配置させておく。積層工程では、第１フレーム部材１１のフランジ１１ｂ上に第２フレーム部材１２のフランジ１２ｂを積層して、フランジ１１ｂ，１２ｂ同士を重ね合わせる。その後、図７に示すように、押さえ部１１３とフランジ１１ｂとの間にフランジ１２ｂが挟まれるように、第１フレーム部材１１を構成する鋼板の押さえ部１１３に対応する部分を折り曲げて、押さえ部１１３，フランジ１１ｂ，１２ｂを積層する。このとき、押さえ部１１３の突起１３ｃのそれぞれをフランジ１２ｂの複数の貫通孔１２ｃに挿入し、当該各突起１３ｃの先端をフランジ１１ｂに接触させる。そして、上述の実施形態と同様に溶接工程が行われることで、押さえ部１１３とフランジ１１ｂとの間にあるフランジ１２ｂとフランジ１１ｂとの重なり部分が接合され、サブフレーム３が製造される。

上述の接合方法は、サブフレーム３以外のものでも採用可能である。図８に示すように、例えば、自動車などの車体側部フレームに含まれるレールルーフサイド２０１に接合されるサイドフレーム２０２と、サイドフレーム２０２と材質の異なるルーフフレーム２０３とを重ね合わせた部分を接合することも可能である。レールルーフサイド２０１は、鋼板（Ｆｅ系合金板またはＦｅ板）で閉断面化し、上側のフランジ２０１ａ及び下側のフランジ２０１ｂを上下方向に重ね合わせて溶接により接合されてなる。

サイドフレーム２０２は、鋼板（Ｆｅ系合金板またはＦｅ板）が折り曲げられて構成されており、レールルーフサイド２０１の外側に配置されている。サイドフレーム２０２は、フランジ２０２ａと、湾曲部２０２ｂと、フランジ２０２ａと湾曲部２０２ｂとを繋ぐ繋ぎ部２０２ｃとを有する。フランジ２０２ａは、レールルーフサイド２０１のフランジ２０１ａと上下方向に重ね合わせて溶接により接合されている。

ルーフフレーム２０３は、ＡＬ系合金板（又はＡＬ板）が折り曲げられて構成されている。ルーフフレーム２０３は、フランジ２０３ａと、湾曲したルーフ部２０３ｂと、フランジ２０３ａとルーフ部２０３ｂとを繋ぐ繋ぎ部２０３ｃとを有する。フランジ２０３ａは、フランジ２０２ａと上下方向に重ね合わせて接合されている。フランジ２０３ａには、厚み方向（上下方向）に貫通する貫通孔２０３ｄが形成されている。貫通孔２０３ｄは、円形平面形状を有する。

ルーフフレーム２０３のフランジ２０３ａ上には、プレート２０４が積層されている。プレート２０４は、サイドフレーム２０２と同じ材質の鋼板（Ｆｅ系合金板またはＦｅ板）からなり、図８中紙面垂直方向に延在している。プレート２０４はプレート本体２０４ａと、プレート本体２０４ａの下面２０４ｂから部分的に突出した突起２０４ｃと、突起２０４ｃの形成によって上面２０４ｄに形成された穴２０４ｅとを有する。突起２０４ｃと穴２０４ｅは、フランジ２０２ａの貫通孔２０２ｄと対向する位置に配置されている。また、突起２０４ｃは、円形平面形状を有し、貫通孔２０３ｄに挿通可能なサイズに形成されている。つまり、突起２０４ｃの直径は、貫通孔２０３ｄの直径よりも小さく形成されている。また、プレート２０４の下面２０４ｂからの突起２０４ｃの突出長は、プレート２０４をフランジ２０３ａ上に配置したときに突起２０４ｃがフランジ２０２ａと接触可能な長さであり、本変形例においてはフランジ２０３ａの厚みとほぼ同じ長さに形成されている。

プレート２０４は、突起２０４ｃが貫通孔２０３ｄに挿入された状態で、当該突起２０４ｃの先端がフランジ２０２ａに溶接されている。これにより、ルーフフレーム２０３のフランジ２０３ａがサイドフレーム２０２のフランジ２０２ａとプレート２０４との間に挟まれる。こうして、サイドフレーム２０２とルーフフレーム２０３との重なり部分であるフランジ２０２ａ，２０３ａ同士が接合される。

サイドフレーム２０２とルーフフレーム２０３との接合方法も上述の実施形態とほぼ同様である。つまり、突起形成工程では、プレート本体２０４ａに突起２０４ｃを上述の実施形態と同様にプレス加工で形成する。貫通孔形成工程では、ルーフフレーム２０３を構成するＡＬ系合金板であってフランジ２０３ａに対応する部分に、貫通孔２０３ｄを上述の実施形態と同様にプレス加工で形成する。貫通孔形成工程の後、当該ＡＬ系合金板を折り曲げてルーフフレーム２０３を形成する（ルーフフレーム形成工程）。また、サイドフレーム２０２を構成する鋼板を折り曲げてサイドフレーム２０２を形成する（サイドフレーム形成工程）

突起形成工程、ルーフフレーム形成工程及びサイドフレーム形成工程の後に、サイドフレーム２０２のフランジ２０２ａ上にルーフフレーム２０３のフランジ２０３ａを積層して、フランジ２０２ａ，２０３ａ同士を重ね合わせる。その後、プレート２０４をフランジ２０３ａ上に積層する。つまり、フランジ２０２ａとプレート２０４との間にフランジ２０３ａが配置されるように、フランジ２０２ａ，２０３ａ及びプレート２０４を積層する（積層工程）。このとき、プレート２０４の突起２０４ｃをフランジ２０３ａの貫通孔２０３ｄに挿入し、当該突起２０４ｃの先端をフランジ２０２ａに接触させる。この後、上述の実施形態と同様に、一対の電極でフランジ２０２ａ，２０３ａ及びプレート２０４の積層体を挟む。つまり、一対の電極で突起２０４ｃがフランジ２０２ａに押圧されるように、突起２０４ｃ及びフランジ２０２ａの突起２０４ｃと対向する領域を挟みつつ一対の電極間に溶接電流を流す（溶接工程）。これにより、突起２０４ｃの先端とフランジ２０２ａとの接触部分が溶融し接合される。こうして、プレート２０４とフランジ２０２ａとの間にあるフランジ２０３ａとフランジ２０２ａとの重なり部分が接合される。この後、フランジ２０２ａとレールルーフサイド２０１のフランジ２０１ａとが溶接されることで、ルーフフレーム２０３と接合されたサイドフレーム２０２と、レールルーフサイド２０１とが接合される。

このような第２変形例においても、上述の実施形態と同様な部分においては、同じ効果を得ることが可能となる。

また、上述の実施形態においては、突起１３ｃを挿入するための貫通孔１２ｃがフランジ１２ｂに形成されていたが、図９（ａ）に示すように、フランジ１２ｂには貫通孔１２ｃに代えて切り欠き部１２ｃ１が形成されていてもよい。切り欠き部１２ｃ１は、左右方向Ｂと直交する方向の外側（図９（ａ）中下方）に向かって解放している。この第３変形例における第１フレーム部材１１と第２フレーム部材１２との接合方法では、貫通孔１２ｃに代えて切り欠き部１２ｃ１をフランジ１２ｂにプレス加工によって形成する切り欠き部形成工程が貫通孔形成工程に代えて行われればよい。そして、積層工程において、図９（ｂ）に示すように、突起１３ｃが切り欠き部１２ｃ１に挿入され、プレート１３、フランジ１１ｂ，１２ｂが積層されればよい。この後、上述の実施形態と同様な溶接工程が行われることで、第１フレーム部材１１と第２フレーム部材１２とが接合され、上述と同様の効果を得ることができる。

また、上述の実施形態における溶接工程では、突起１３ｃ及びフランジ１１ｂの突起１３ｃと対向する領域を一対の電極１２１，１２２で個別に挟んで、突起１３ｃを１つずつフランジ１１ｂに溶接していたが、複数の突起１３ｃをフランジ１１ｂに一度に溶接してもよい。この第４変形例においては、図１０に示すように、複数の突起１３ｃ及びフランジ１１ｂの突起１３ｃと対向する複数の領域を挟むことが可能なように、左右方向Ｂに延在する一対の電極２２１，２２２を採用する。そして、複数の突起１３ｃをフランジ１１ｂに押圧するように、当該一対の電極２２１，２２２で複数の突起１３ｃ及びフランジ１１ｂの突起１３ｃと対向する複数の領域を挟みつつ、一対の電極２２１，２２２間に溶接電流を流す。これにより、複数の突起１３ｃの先端とフランジ１１ｂとの接触箇所が溶融し、複数の突起１３ｃをフランジ１１ｂに効果的に溶接することが可能となる。

また、上述の実施形態においては、突起１３ｃを１つずつ挿入することが可能な複数の貫通孔１２ｃがフランジ１２ｂに形成されていたが、図１１に示すように、フランジ１２ｂには複数の突起１３ｃを挿入することが可能な大きさの貫通孔１２ｃ２が形成されていてもよい。貫通孔１２ｃ２は、左右方向Ｂに沿って長尺な長孔形状を有している。この第５変形例における第１フレーム部材１１と第２フレーム部材１２との接合方法では、貫通孔形成工程において、貫通孔１２ｃに代えて貫通孔１２ｃ２がフランジ１２ｂにプレス加工によって形成されればよい。そして、積層工程において、図１１に示すように、複数の突起１３ｃを貫通孔１２ｃ２に挿入し、プレート１３、フランジ１１ｂ，１２ｂを積層する。この後、上述の実施形態と同様な溶接工程が行われることで、第１フレーム部材１１と第２フレーム部材１２とが接合され、上述と同様の効果を得ることができる。なお、第３変形例の切り欠き部１２ｃ１を上述の貫通孔１２ｃ２と同様に長尺な切り欠き部とし、積層工程において、複数の突起１３ｃを当該切り欠き部に挿入し、プレート１３、フランジ１１ｂ，１２ｂを積層してもよい。

また、上述の実施形態においては、フランジ１１ｂの突起１３ｃと対向する領域が平坦であるが、フランジ１１ｂの当該領域に突起１３ｃに向かって突出する突起が形成されていてもよい。こうすれば、フランジ１２ｂの厚みが大きくても、プレート１３の突起１３ｃの突出長だけを長くする必要がなくなり、突起１３ｃが形成しやすくなる。

以上、本発明の好適な実施の形態について説明したが、本発明は上述の実施の形態に限られるものではなく、特許請求の範囲に記載した限りにおいて様々な変更が可能なものである。上述の実施形態及び各変形例における接合方法及び製造方法においては、第１の金属部材と、第１の金属部材と異なる材質の第２の金属部材とを重ね合わせた部分の接合に採用することができる。つまり、接合方法及び製造方法は、上述のサブフレーム３，４の製造などに限らず、互いに異なる金属部材同士を接合してなるものに採用することが可能である。

また、上述の実施形態においては、第１フレーム部材１１がＦｅ系合金またはＦｅから構成されているが、アルミ合金又はアルミニウムから構成されていてもよい。この場合、プレート１３もアルミ合金又はアルミニウムから構成され、第２フレーム部材１２が、例えばＦｅ系合金またはＦｅから構成されていてもよい。また、第１フレーム部材１１とプレート１３は、溶接可能な同じ材質の金属から構成されていれば、どのような金属から構成されていてもよい。また、第２フレーム部材１２は、第１フレーム部材１１及びプレート１３と異なる金属から構成されていれば、どのような金属から構成されていてもよい。

上述の実施形態及び各変形例における接合方法においては、貫通孔形成工程又は切り欠き部形成工程が含まれているが、貫通孔形成工程又は切り欠き部形成工程が含まれていなくてもよい。要するに、積層工程において、突起１３ｃが貫通孔１２ｃに挿入されずに、単にフランジ１２ｂがフランジ１１ｂとプレート１３との間に配置され、溶接工程で突起１３ｃとフランジ１１ｂとが溶接されることで、フランジ１２ｂがフランジ１１ｂとプレート１３との間に挟まれてフランジ１１ｂ，１２ｂの重なり合う部分が接合されればよい。これにおいても上述と同様な効果を得ることが可能となる。

また、上述の貫通孔形成工程では、プレス加工によって貫通孔１２ｃ，１２ｃ２が形成されているが、ドリルなどで貫通孔が形成されていてもよい。また、突起１３ｃ，２０４ｃ及び貫通孔１２ｃ，１２ｃ２，２０３ｄの形状は、多角形や楕円の平面形状を有していてもよいし、例えば、一方向に長尺な平面形状を有していてもよい。

３，４ サブフレーム（異種材接合体）
１１ 第１フレーム部材（第１の金属部材）
１２ 第２フレーム部材（第２の金属部材）
１２ｃ，１２ｃ２，２０３ｄ 貫通孔
１３，２０４ プレート（第３の金属部材）
１３ｃ，２０４ｃ 突起
１０１，１１１ ダイ
１０２，１１２ ブランクホルダ
１０３，１１４ パンチ
１１３ 押さえ部（第３の金属部材）
１２１，１２２，２２１，２２２ 電極
２０２ サイドフレーム（第１の金属部材）
２０３ ルーフフレーム（第２の金属部材）
Ｓ１，Ｓ２ 所定領域

Claims (6)

1. 第１の金属部材と、前記第１の金属部材と異なる材質の第２の金属部材とを重ね合わせた部分の接合方法において、
   前記第１の金属部材及び前記第１の金属部材と同じ材質の第３の金属部材のうちの少なくとも前記第３の金属部材の所定領域の周囲をダイ及びブランクホルダで挟み、当該所定領域をパンチで押圧することで前記第３の金属部材に１以上の突起を形成する突起形成工程と、
   前記突起形成工程で形成された前記第３の金属部材の前記突起の先端を前記第１の金属部材に接触させるとともに、前記第１の金属部材と前記第３の金属部材との間に前記第２の金属部材を配置させるように、前記第１、第２及び第３の金属部材を積層する積層工程と、
   前記積層工程によって積層された積層体の積層方向において、一対の電極で前記突起を前記第１の金属部材に押圧するように前記積層体を挟み、当該一対の電極間に溶接電流を流して前記突起を前記第１の金属部材に溶接する溶接工程とを備えていることを特徴とする接合方法。
2. 前記第２の金属部材の所定領域に１以上の前記突起を挿入することが可能な大きさの１以上の貫通孔を形成する貫通孔形成工程をさらに備えており、
   前記積層工程において、１以上の前記突起を前記貫通孔に挿入しつつ前記第１、第２及び第３の金属部材を積層することを特徴とする請求項１に記載の接合方法。
3. 前記貫通孔形成工程において、前記第２の金属部材の所定領域の周囲をダイ及びブランクホルダで挟み、当該所定領域をパンチで打ち抜くことで前記貫通孔を形成することを特徴とする請求項２に記載の接合方法。
4. 前記溶接工程において、前記一対の電極で前記突起及び前記第１の金属部材の前記突起と対向する領域を挟みつつ当該一対の電極間に溶接電流を流すことを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の接合方法。
5. 前記突起形成工程において、前記第３の金属部材に複数の前記突起が形成され、
   前記溶接工程において、前記一対の電極で前記複数の突起及び前記第1の金属部材の前記複数の突起と対向する領域を挟みつつ当該一対の電極間に溶接電流を流すことを特徴とする請求項1〜３のいずれか１項に記載の接合方法。
6. 第１の金属部材と、前記第１の金属部材と異なる材質の第２の金属部材とを重ね合わせて接合された異種材接合体の製造方法において、
   前記第１の金属部材及び前記第１の金属部材と同じ材質の第３の金属部材のうちの少なくとも前記第３の金属部材の所定領域の周囲をダイ及びブランクホルダで挟み、当該所定領域をパンチで押圧することで前記第３の金属部材に１以上の突起を形成する突起形成工程と、
   前記突起形成工程で形成された前記第３の金属部材の前記突起の先端を前記第１の金属部材に接触させると共に、前記第１の金属部材と前記第３の金属部材との間に前記第２の金属部材を配置させるように、前記第１、第２及び第３の金属部材を積層する積層工程と、
   前記積層工程によって積層された積層体の積層方向において、一対の電極で前記突起を前記第１の金属部材に押圧するように前記積層体を挟み、当該一対の電極間に溶接電流を流して前記突起を前記第１の金属部材に溶接する溶接工程とを備えていることを特徴とする異種材接合体の製造方法。

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