JP6148955B2 - 異材接合方法及び異材接合体 - Google Patents

Description

本発明は、異材接合方法及び異材接合体に関する。

従来において、例えばスポット溶接で高い接合強度を得ることのできる発明として、マンガン及びケイ素等の元素量、板厚、界面反応層の厚み等を適宜に調整して成る鋼材とアルミニウム材との接合体が知られている（特許文献１の請求項１、［０００５］〜［００１４］、及び図１参照。）。

特開２００５−１５２９５９号公報

しかしながら、材料の組成、板厚、及び反応層の厚み等を改良しても、異種の金属、例えばアルミニウム系材料と鉄系材料との金属を含む部材間には、溶接強度の低下を生じ得る金属間化合物が溶接時に形成されてしまうことがあった。

よって、本発明が解決しようとする課題は、金属間化合物を形成することなく異種の金属を含有する部材同士を接合可能である異材接合方法及び異材接合体を提供することである。

前記課題を解決するための手段として、本発明に係る異材接合方法は、第１材料を含有する第１部材と、第１材料とは異なる第２材料を含有する第２部材とを接合する異材接合方法であって、第２材料に溶接可能な第３材料を含有する補助部材を、第１部材に摩擦接合する摩擦工程と、第１部材と摩擦接合した補助部材と、第２部材とを溶接する溶接工程とを、備え、第１部材は貫通孔又は凹部を有し、摩擦工程において、補助部材を貫通孔内又は凹部内に摩擦接合する。

本発明に係る異材接合方法において、補助部材はテーパ形状を成す外周面を有し、摩擦工程において、補助部材の外周面が貫通孔又は凹部の内周面に接した状態で、補助部材を第１部材に対して相対的に回転させることにより、補助部材を第１部材に摩擦接合する、ことが好ましい。

本発明に係る異材接合方法において、補助部材は、その径が貫通孔又は凹部の径より大きく形成され、摩擦工程において、補助部材を貫通孔の開口部又は凹部上に圧接させた状態で、補助部材を第１部材に対して相対的に回転させることにより、補助部材を第１部材に摩擦接合することが好ましい。

本発明に係る異材接合方法において、補助部材は、その径が貫通孔又は凹部より小さく形成され、摩擦工程において、補助部材を貫通孔内又は凹部内に入れ、補助部材の外周面と貫通孔又は凹部の内周面とが接した状態、又は、補助部材の回転によって接する状態で、補助部材を第１部材に対して相対的に回転させることにより、補助部材を第１部材に摩擦接合することが好ましい。

本発明に係る異材接合方法において、第１部材は貫通孔を有し、補助部材は、円盤形状を成す円盤部を有し、円盤部が挟持されて回転駆動可能であることが好ましい。

本発明に係る異材接合方法において、補助部材は、円盤形状を成す円盤部と、円盤部の一方の側面において中心から離れて形成された孔部、凹部又は凸部と、を有し、孔部、凹部又は凸部に治具が嵌合することにより、補助部材が回転駆動可能であることが好ましい。

本発明に係る異材接合方法において、補助部材は、円盤形状を成す円盤部と、円盤部の一方の側面において中心に形成された孔部、凹部又は凸部と、を有し、孔部、凹部又は凸部に治具が嵌合することにより、補助部材が回転駆動可能であることが好ましい。

前記課題を解決するための手段として、本発明に係る異材接合方法は、第１材料を含有する第１部材と、第１材料とは異なる第２材料を含有する第２部材とを接合する異材接合方法であって、第２材料に溶接可能な第３材料を含有する棒状部材を、第１部材に形成された貫通孔又は凹部に摩擦接合する摩擦工程と、第１部材に摩擦接合した棒状部材の貫通孔又は凹部から突出した部位を切断することにより、補助部材を形成する切断工程と、補助部材と、第２部材とを溶接する溶接工程と、を備える。

前記課題を解決するための手段として、本発明に係る異材接合体は、第１材料を含有し、貫通孔又は凹部を有する第１部材と、第１材料とは異なる第２材料を含有する第２部材と、第２材料に溶接可能な第３材料を含有し、第１部材の前記貫通孔内又は前記凹部内に摩擦接合して成る補助部材と、を備え、第２部材と補助部材とが溶接されている。

本発明によると、第１部材に摩擦接合されて成る補助部材と、補助部材と溶接可能な第２部材とを溶接することによって、第１部材と補助部材との間、及び補助部材と第２部材との間において金属間化合物を形成することなく、それぞれ異種の金属を含有する第１部材及び第２部材を接合可能である異材接合方法及び異材接合体を提供することができる。
また、本発明によると、補助部材は、摩擦工程によって第１部材に摩擦接合されるので、溶接工程に供されるまでに振動、衝撃、傾斜等が作用しても第１部材から脱離しない異材接合方法及び異材接合体を提供することができる。

図１は、本発明に係る異材接合体が用いられる車両の一部を示す概略図である。 図２は、本発明に係る異材接合体が用いられる車両の一部を示す断面概略図である。 図３は、本発明に係る異材接合方法が用いられる車両の製造工程を示すフローチャートである。 図４は、本発明に係る異材接合方法の一実施形態における摩擦工程を示す断面概略図である。 図５は、本発明に係る異材接合方法の一実施形態における溶接工程を示す断面概略図である。 図６は、本発明に係る異材接合体における補助部材の変形例を示す断面概略図である。 図７は、本発明に係る異材接合体における補助部材の変形例を示す断面概略図である。 図８は、本発明に係る異材接合体における補助部材の変形例を示す断面概略図である。 図９は、本発明に係る異材接合体における補助部材の変形例を示す断面概略図である。 図１０は、本発明に係る異材接合方法の他の実施形態を示す断面概略図である。

本発明に係る異材接合体及び異材接合方法の一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。

（１）車両における本発明の適用部位
本発明に係る異材接合体は、例えば車両のボディ部分及びルーフ部分等を製造する際に異なる種類の金属間の溶接が必要となる部位に適用することができる。本発明に係る異材接合体の一実施形態を適用可能な部位の一例として、図１及び図２に車体の上部及び側部となる構造体を示した。

図１に示すように、前後方向に延在する表皮部材のサイドシル１０１と、サイドシル１０１の前端部から上方に延在し、フロントガラスの側方を支持するヒンジピラー１０２と、サイドシル１０１の中央部から上方に延在するセンターピラー１０３とが一体的に形成されている。サイドシル１０１、ヒンジピラー１０２、及びセンターピラー１０３は、車体の上部及び側部の枠体であり、各枠体の間にはボディ部分及びルーフ部分等を形成する金属板、及びガラス等が溶接又は嵌め込まれている。例えばヒンジピラー１０２と、ルーフ部分を形成するルーフパネル１０４とは溶接により固定される。
また、図１のＡ部分の断面斜視図である図２に示すように、ヒンジピラー１０２における車外側の表皮部分と、ルーフパネル１０４とが接合されている。
なお、図１及び図２には図示していないが、ヒンジピラー１０２の内部には、車外側の表皮部材であるアウタパネル、補強用の中間部材であるレインフォースメント、車内側の表皮部材であるインナパネル等が設けられている。

ヒンジピラー１０２の表皮部分と、ルーフパネル１０４とは、溶接によって接合されるが、それぞれが異なる金属で形成されていることが多く、直接溶接しようとしても高い溶接強度を確保することが困難であった。
よって、本実施形態に係る異材接合体は、例えばヒンジピラー１０２及びルーフパネル１０４の溶接される部位に適用することができる。
なお、図２のヒンジピラー１０２とルーフパネル１０４との接合部位には、後述の異材接合体における補助部材３が設けられている。

（２）車両製造時における本発明の適用時期
本発明に係る異材接合方法は、例えば車両のボディ部分及びルーフ部分等に成る部品をプレス成形する前からプレス成形した部品を溶接する時までの間に適用することができる。図３には、車両の製造工程を示すフローチャートを示した。

図３に示すように、車両の製造工程としては、例えば部品プレス成形工程Ｓ１、車体溶接工程Ｓ２、車体塗装工程Ｓ３、及び組付工程Ｓ４を挙げることができる。部品プレス成形工程Ｓ１は、ボディ部分及びルーフ部分となる部品をそれぞれの形状にプレス成形する工程である。車体溶接工程Ｓ２は、部品プレス成形工程Ｓ１でプレス成形された複数の部品を集めて溶接する工程である。車体塗装工程Ｓ３は、溶接されて外形がある程度完成したボディ部分及びルーフ部分等の外面を塗装する工程である。組付工程Ｓ４は、塗装体にエンジン、タイヤ、補機、及び内装材等を取り付ける工程である。

本実施形態に係る異材接合方法は、部品プレス成形工程Ｓ１のプレス成形前から車体溶接工程Ｓ２の溶接時までの間に適用することができる。具体的には、図２に示したヒンジピラー１０２の構成部材及びルーフパネル１０４等をプレス成形する前から、プレス成形された各部品において異なる種類の金属間の溶接をする際までの間において適用することができる。
詳細は後述するが、本発明に係る異材接合方法は摩擦工程と溶接工程とを備えている。なお、例えば摩擦工程と溶接工程とを連続して実行しても良く、部品プレス成形工程Ｓ１を実行するライン上にて摩擦工程を実行した後に、車体溶接工程Ｓ２を実行するライン上に溶接予定部品を移して溶接工程を実行しても良い。
更に詳述すると、例えば各部材が未成形状態の平板状部材において、プレス成形後にどの部位が溶接箇所と成るかが判明している場合は、該溶接箇所と成る部位に対して、プレス成形前に本実施形態に係る異材接合方法における摩擦工程を予め実行しておいても良い。この場合、摩擦工程が実行された後に部品プレス成形工程Ｓ１が実行され、更に車体溶接工程Ｓ２が実行されることによって、本発明に係る異材接合方法における溶接工程が実行されたことになる。

車両の製造工程における部品プレス成形工程Ｓ１で本発明に係る異材接合方法を適用していれば、車体溶接工程Ｓ２に供される部品において、異なる種類の金属間の溶接が必要な部位には補助部材が配置されていることになる。上記溶接が必要な部位に補助部材が配置されていることにより、通常の車体溶接工程Ｓ２を実行するだけで、本実施形態に係る異材接合方法の溶接工程が実行されることになる。

（３）異材接合方法及び異材接合体の概要
図４及び図５には、本発明に係る異材接合方法の一実施形態を断面概略図として示している。なお、図４には本発明に係る異材接合方法の摩擦工程の一実施形態を示し、図５には溶接工程を示している。摩擦工程及び溶接工程で用いる各部材の材料の説明は、溶接工程の説明後に行う。

先ず、図４（Ａ）には第１部材１が示されている。第１部材１は、第１材料を含有する板状部材である。また、第１部材１には、平面視円形で第１部材１の厚み方向に沿った内周面２１を有する貫通孔２が形成されている。以下において、貫通孔２の平面視中心に一致し、第１部材１の厚み方向に沿った仮想線を、貫通孔２の軸線と称する。

続いて、図４（Ｂ）に示すように、補助部材３が第１部材１の貫通孔２内に挿入される。補助部材３は、第３材料を含有する板状部材である。また、補助部材３は、円盤形状を成す円盤部４を有し、円盤部４の外縁部にはその厚み方向に沿った外周面４１が形成されている。補助部材３は、その厚みが第１部材１の厚みと同一又は略同一に形成されている。以下において、補助部材３の平面視中心に一致し、補助部材３の厚み方向に沿った仮想線を、補助部材３の軸線と称する。
貫通孔２の内径と、補助部材３の外径とは一致又は略一致するように形成されている。よって、補助部材３が貫通孔２内に挿入される際には、補助部材３を貫通孔２に対して嵌入又は圧入することとなる。このとき、第１部材１と補助部材３とは厚みが同一又は略同一に形成されているので、第１部材１と貫通孔２に挿入された補助部材３とは面一又は略面一と成る。

摩擦工程において第１部材１と補助部材３とを摩擦溶着させることのできる一態様として、図４（Ｃ）に示す挟持用治具Ｊ１及びｊ２を用いる態様を挙げることができる。該態様について詳述すると、第１部材１の貫通孔２に挿入されて成る補助部材３は、その一方面及び他方面が、第１部材１の表面において露出している。該露出した補助部材３の一方面及び他方面に対して、挟持用治具Ｊ１及びＪ２がそれぞれ当接し、かつそれぞれの当接面を押圧している。これにより、挟持用治具Ｊ１及びＪ２が補助部材３を一方面及び他方面から挟持することができる。
挟持用治具Ｊ１及びＪ２は同一形状を有する棒状の治具であり、各先端部が対向し、かつ各軸線が一致するように配置される。また、挟持用治具Ｊ１及びＪ２の各軸線は、第１部材１の貫通孔２及び補助部材３の各軸線と一致している。なお、挟持用治具Ｊ１及びＪ２は、図示しない適宜の動力源及び回転駆動モータ等を備える補助部材回転装置に接続されている。
更に、挟持用治具Ｊ１及びＪ２は、補助部材３を挟持した時に、各軸線を中心として同一方向に回転可能な部材である。挟持用治具Ｊ１及びＪ２が回転することにより、補助部材３の円盤部４が、挟持用治具Ｊ１及びＪ２により挟持されて回転駆動することができる。このとき、第１部材１は固定されている。よって、補助部材３が、第１部材１の貫通孔２内で、補助部材３及び貫通孔２の各軸線を中心にして回転する。補助部材３は貫通孔２と同径又は略同径に形成されているので、補助部材３が貫通孔２内で回転すると、補助部材３が貫通孔２に対して摺動することとなる。
第１部材１と補助部材３とが摩擦により溶着した時点で、摩擦工程が完了する。

摩擦工程が完了すると、図４（Ｄ）に示す摩擦溶着体５が得られる。
摩擦溶着体５は、上記第１部材１における貫通孔２の内周面２１と、上記補助部材３における円盤部４の外周面４１とが、補助部材３の回転で生じた摩擦熱によって溶着して成る。摩擦溶着体５においては、貫通孔２の内周面２１と円盤部４の外周面４１とが溶着した部位は摩擦溶着部Ｆとして形成されている。
なお、摩擦溶着部Ｆが形成される補助部材３の回転条件は、例えば第１部材１及び補助部材３の材料、補助部材３の回転速度、及び第１部材１と補助部材３との回転時における接触部位の温度等に応じて決定することができる。

本発明に係る異材接合方法において補助部材の円盤部が挟持されて回転駆動可能である実施形態を採用するときに、円盤部を挟持する挟持用部材、例えば上記挟持用治具Ｊ１及びＪ２を用いる場合、挟持用部材と補助部材との摩擦が大きいのが好ましい。挟持用部材と補助部材との摩擦が適宜の大きさ以上であれば問題は生じないが、該摩擦が小さ過ぎると、挟持用部材が回転しても補助部材と挟持用部材との接触面で滑りが生じてしまい、補助部材の回転による摩擦溶接が可能な回転数に達しない可能性がある、したがって、挟持用部材と補助部材との摩擦は、挟持用部材の回転と補助部材における円盤部の回転とが同期可能な程度であると良く、挟持用部材における補助部材との接触部位にエラストマー等の滑り止め部材を付設しておくのが好ましい。

続いて、溶接工程を実行するには、図５（Ａ）に示すように、前記摩擦工程にて得られた摩擦溶着体５と第２部材６とを当接させる。
第２部材６は、第１材料とは異なる第２材料を含有する板状部材であり、第１部材１と接合されることになる。第２部材６に含まれる第２材料と、補助部材３に含まれる第３材料とは、相互に溶接可能な材料である。

次に、図５（Ｂ）に示すように、摩擦溶着体５の補助部材３に対してスポット溶接用の電極Ｅ１を圧接し、第２部材６における補助部材３に当接する部位又は臨む部位の反対側に対して電極Ｅ２を圧接する。
電極Ｅ１及びＥ２を補助部材３及び第２部材６に圧接しつつ通電することにより、補助部材３と第２部材６とが溶着する。
なお、仮に摩擦溶着体５における第２部材６に臨む面において、補助部材３の露出面が第１部材１の表面に対して面一でなく、突出又は陥没している可能性がある。補助部材３の露出面が突出している場合は、補助部材３と第２部材６とが溶接前から接触可能であるので、溶接作業が容易である。また、補助部材３の露出面が陥没している場合は、電極Ｅ１及びＥ２の通電時に圧接する力を大きくすることにより、第２部材６における電極Ｅ２の圧接される部位が第１部材１の貫通孔２内に圧入されるように僅かに変形し、補助部材３に接触するので、溶着が可能である。第２部材６が変形して第１部材１の貫通孔２内に圧入され、更に補助部材３と溶着されることによって、第２部材６の補助部材３に対する溶着状態だけでなく、貫通孔２に対する係合状態も実現されるので、第１部材１と第２部材６との接合強度が高くなる。

溶接作業が完了すると、図５（Ｃ）に示すように、本発明に係る異材接合体の一実施形態である異材接合体７が得られる。これにより、溶接工程が完了し、つまり本実施形態
に係る異材接合方法の全工程が完了したこととなる。
異材接合体７において、補助部材３と第２部材６との溶着部位には、溶接部Ｗが形成されている。第１部材１と補助部材３とは摩擦溶着部Ｆにおいて溶着されており、第２部材６と補助部材３とは溶接部Ｗにおいて溶着されている。結果として、第１部材１と第２部材６とは接合されていることとなる。

（４）各部材の材料
ここで、第１部材１、第２部材６及び補助部材３の各材料について説明する。
第１部材１の材料である第１材料と、第２部材６の材料である第２材料との組合せとしては、溶接が困難な材料の組合せ、又は、溶接しても例えば車両用部品として使用に耐え得る溶接強度を得ることが困難な材料の組合せが挙げられる。具体的には、第１材料及び第２材料の組合せとして、例えば一方がアルミニウム、アルミニウム系材料、マグネシウム又はマグネシウム系材料であり、他方が鉄又は鉄系材料である組合せ等を採用することができる。
補助部材３の材料である第３材料は、第２材料に溶接可能な材料、好ましくは車両用部品としての使用に耐え得る溶接強度を以って第２材料に溶接可能な材料である。第３材料は、第２材料が決定されると、第２材料に応じて適当な材料が決定される。
本発明に係る異材接合体を車両用部品として用いる場合、第１材料、第２材料及び第３材料の組合せとして好ましいのは、第１材料がアルミニウム、アルミニウム系材料、マグネシウム又はマグネシウム系材料であり、第２材料及び第３材料が鉄又は鉄系材料である。
なお、本発明に係る異材接合方法及び異材接合体において、上述の溶接が困難であること、及び、溶接が可能であることは、例えば通電を伴う溶接、具体的には車両用部品の製造に多く用いられるスポット溶接等についての溶接の可否を意味している。つまり、第１材料と第２材料とは、例えば通電を伴う溶接が困難であり、第２材料と第３材料とは例えば通電を伴う溶接が可能である。

従来、車両用部品の製造において、異種の金属を含む板状部材同士を接合する方法としては、例えば、各板状部材に含まれる金属を溶接時に金属間化合物が形成され難い材料に改良し、板状部材同士を直接溶接する方法、異種の金属を含む板状部材以外にリベットを介して接合する方法等が採用されてきた。
材料を改良する方法を採った場合、改良されていても溶接強度の低下を招き得る金属間化合物が溶接時に形成されてしまう可能性が依然として残っていた。また、リベットを用いる方法を採った場合、車両用部品の製造において多く用いられるスポット溶接用の装置等をリベットの溶接には適用することができない。更に、リベットの購入、準備、位置決め及び配置工程、別途専用のリベット打込装置及びかしめ装置等が必要となる。

従来においては異種の金属を含む板状部材以外にリベットを購入、又は、煩雑な製造工程を経てリベットを形成する必要があった。
これに対して、本発明に係る異材接合方法においては、上述したように補助部材が第２部材に対して通電を伴う溶接が可能である材料を含有し、例えば第２材料と第３材料とは同種又は同系の金属材料を採用し得るので、第２部材を製造する際にその一部を切断して補助部材を製造することが可能である。
よって、本発明に係る異材接合方法においては、リベットに拠らない接合態様を採用しており、具体的には補助部材を第１部材に対して回転等による摩擦溶着するので、リベットの購入、準備、位置決め及び配置工程を追加する必要が無い。更に、専用のリベット打込装置及びかしめ装置等も不要である。

本発明に係る異材接合体は、第１部材と補助部材との間の摩擦溶着部、及び、第２部材と補助部材との間の通電を伴う溶接部位において、金属間化合物が形成されていないので、第１部材と第２部材とは良好な接合強度を確保することができる。
また、補助部材は摩擦工程によって第１部材に摩擦接合されるので、摩擦工程後で溶接工程に供されるまでに振動、衝撃、傾斜等が作用しても第１部材から補助部材が脱離することがない。

図４及び図５には第１部材１に補助部材３が挿入される貫通孔２が設けられて成る実施形態を示した。本発明に係る異材接合方法においては、上記貫通孔２に代えて、補助部材と平面形状及び大きさは同一であり、補助部材の一部が挿入可能な凹部を、第１部材が有することとしても良い。
第１部材が凹部を有する場合は、補助部材の一部を凹部内に配置し、例えば補助部材を凹部内で回転させて生じる摩擦熱によって補助部材の外面と凹部の内面とを摩擦溶着することができる。補助部材の外面と凹部の内面とが摩擦溶着している場合、第１部材の片面にしか補助部材が露出しないことがある。この場合、第２材料と補助部材とを溶接する溶接工程においてスポット溶接を用いるのであれば、第１材料が第２材料及び第３材料よりも融点が低い材料であるのが良い。これにより、第１部材における補助部材が露出していない面と第２部材とを当接させてスポット溶接すると、補助部材に通電されて生じる抵抗熱が第１部材を溶融する。第１部材が溶融すると、凹部が第１部材の反対側まで貫通して貫通孔と成り、第２部材と補助部材とが直接溶着することができる。
なお、好ましくは、補助部材を凹部内で回転させる際に、第１部材の凹部に対して補助部材を圧接しつつ回転させるのが良い。補助部材が圧接されつつ回転することにより、補助部材が回転駆動により生じる摩擦熱で第１部材の凹部であった部位を溶融し、補助部材が第１部材を貫通する。結果として、第１部材に貫通孔が形成され、図４に示した実施形態と同様に、貫通孔の内周面と補助部材の外周面とが摩擦溶着することとなる。これにより、補助部材が第１部材の両面に露出し、第１部材と補助部材とを溶接工程に供する際に第１部材のいずれの面を第２部材に当接して溶接しても良いので、溶接工程に係る作業効率の向上を図ることができる。

本発明に係る異材接合方法における摩擦工程、及び、本発明に係る異材接合体における第１部材と補助部材との摩擦接合としては、図４に示した実施形態のように補助部材を回転させて摩擦により生じる摩擦熱を利用する態様以外に、次の態様を採用し得る。
採用可能な実施形態として、例えば、第１部材に形成される貫通孔又は凹部に補助部材を挿入した上で、補助部材と第１部材との接点に超音波を照射して生じる摩擦熱を利用することによって摩擦溶着させる態様が挙げられる。超音波照射による摩擦溶着であれば、第１部材の貫通孔又は凹部及び補助部材の平面形状が、円形以外の例えば三角形、多角形、又は楕円等の様々な形状を有していることにより、回転による摩擦接合が困難であっても溶着可能である。
更に、補助部材を第１部材の貫通孔又は凹部内において回転させつつ、接点に超音波を照射することによって、回転による摩擦溶着、及び超音波照射による摩擦溶着のいずれかを採用した場合よりも、短時間でかつより確実に摩擦溶着が達成される。

以下に、補助部材の様々な変形例について、図面を参照しつつ説明する。

（５）外周面がテーパ形状を成す補助部材を用いる実施形態
図６に示す実施形態においては、補助部材３１がテーパ部８を有している。具体的には、テーパ部８は補助部材３１の外周面であって、補助部材３１の軸線に対して傾斜するテーパ形状を有する。補助部材３１はその外周面にテーパ部８が形成されているので、補助部材３１の一方面及び他方面は各直径が異なる。すなわち、補助部材３１は、貫通孔２の直径Ｈと同じ大きさである直径ｄ１を有する小径面３１２と、直径ｄ１より大きな直径Ｄ１を有する大径面３１１と、テーパ部８とから成る。なお、第１部材１と補助部材３１とは同一の厚みに形成されている。
第１部材１と補助部材３１との摩擦接合は、補助部材３１の小径面３１２を第１部材１の貫通孔２を覆蓋するように配置し、大径面３１１から小径面３１２に向かう方向に補助部材３１を貫通孔２に対して圧接しつつ回転させることにより達成される。
補助部材３１を貫通孔２に対して圧接しつつ回転させると、先ず貫通孔２の縁辺部と小径面３１２の縁辺部との間に摩擦が生じる。貫通孔２の縁辺部と小径面３１２の縁辺部との摩擦により生じる摩擦熱が、貫通孔２の縁辺部を溶融する。補助部材３１は貫通孔２に対して圧接されているので、貫通孔２の縁辺部が溶融すると、補助部材３１が貫通孔２を押し広げつつ貫通孔２内に挿入され始める。補助部材３１が貫通孔２内に挿入され始めると、貫通孔２の内周面２１及び周辺部とテーパ部８との間に摩擦が生じる。貫通孔２の内周面２１及び周辺部とテーパ部８との摩擦により生じる摩擦熱が、貫通孔２の内周面２１及び周辺部を溶融する。補助部材３１は貫通孔２に対して圧接されているので、貫通孔２の内周面２１及び周辺部が溶融すると、補助部材３１が貫通孔２を押し広げつつ第１部材１に埋没する。補助部材３１の小径面３１２及び大径面３１１が第１部材１の両面に対してそれぞれ面一となるまで補助部材３１が第１部材１に埋没した時点で、補助部材３１の回転を止めるのが良い。これにより、補助部材３１が第１部材１に完全に埋没し、かつ補助部材３１が第１部材１に対して摩擦接合されることになり、摩擦工程が完了する。このとき、摩擦工程の実行前には貫通孔２の軸線に沿って形成されていた貫通孔２の内周面２１が、溶融及び補助部材３１との摩擦溶着によって、テーパ部８に沿った形状に変形している。
摩擦工程の完了後、補助部材３１と第２部材（図６には図示せず。）とを、例えばスポット溶接で溶接することによって、溶接工程も完了する。

溶接工程が完了されて得られる異材接合体（図６には図示せず。）は、第１部材１と補助部材３１との間の摩擦溶着部、及び、第２部材と補助部材３１との間の通電を伴う溶接部位において、溶接強度の低下を招き得る金属間化合物が形成されていないので、第１部材１と第２部材とは良好な接合強度を確保することができる。
また、補助部材３１は、摩擦工程によって第１部材１に摩擦接合されるので、摩擦工程後で溶接工程に供されるまでに振動、衝撃、傾斜等が作用しても第１部材１から補助部材３１が脱離することがない。

好ましくは、溶接工程において、第１部材１における小径面３１２が露出した面と第２部材とを当接させてスポット溶接することにより、小径面３１２と第２部材との間に溶接部が形成されるのが良い。摩擦工程の完了後において、大径面３１１から小径面３１２に向かう方向に補助部材３１が押圧力又は衝撃が作用しても、貫通孔２の内周面がテーパ部８を小径面３１２から大径面３１１に向かう方向に支持する状態と成る。したがって、第２部材が小径面３１２に対して溶接されると、補助部材３１が貫通孔２から脱離しない又は脱離し難いので、第１部材１と第２部材との良好な接合強度が確保することができ、好ましい。
もっとも、第２部材と大径面３１１との間に溶接部が形成される場合であっても良い。この場合、摩擦工程によって貫通孔２の内周面２１とテーパ部８とが溶着していることにより、補助部材３１が貫通孔２から脱離しない又は脱離し難いので、第１部材１と第２部材との良好な接合強度を確保することができる。

（６）大径の補助部材を用いる実施形態
図７に示す実施形態においては、補助部材３２が貫通孔２の直径Ｈより大きい直径Ｄ２を有している。補助部材３２は、平面形状が円形を成す円盤状部材である。なお、第１部材１と補助部材３２とは同一の厚みに形成されている。
第１部材１と補助部材３２との摩擦接合は、貫通孔２を覆うようにして補助部材３２を第１部材１に当接させた上で、補助部材３１を第１部材１に対して圧接しつつ回転させることにより達成される。
補助部材３２を第１部材１に対して圧接しつつ回転させると、貫通孔２の周辺部と補助部材３２との間に摩擦が生じる。貫通孔２の周辺部と補助部材３２との摩擦により生じる摩擦熱が、貫通孔２の周辺部を溶融する。補助部材３２は第１部材１に対して圧接されているので、貫通孔２の周辺部が溶融すると、補助部材３２が第１部材１に埋没する。補助部材３２の円形を成す両面が第１部材１の両面に対してそれぞれ面一となるまで補助部材３２が第１部材１に埋没した時点で、補助部材３２の回転を止めるのが良い。これにより、補助部材３２が第１部材１に完全に埋没し、かつ補助部材３２が第１部材１に対して摩擦接合されることになり、摩擦工程が完了する。このとき、摩擦工程の実行前には直径Ｈであった貫通孔２が、その周辺部の溶融及び補助部材３２との摩擦溶着によって、補助部材３２の直径Ｄ２と同一となっている。
摩擦工程の完了後、補助部材３２と第２部材（図７には図示せず。）とを、例えばスポット溶接で溶接することによって、溶接工程も完了する。

溶接工程が完了されて得られる異材接合体（図７には図示せず。）は、第１部材１と補助部材３２との間の摩擦溶着部、及び、第２部材と補助部材３２との間の通電を伴う溶接部位において、金属間化合物が形成されていないので、第１部材１と第２部材とは良好な接合強度を確保することができる。
また、補助部材３２は、摩擦工程によって第１部材１に摩擦接合されるので、摩擦工程後で溶接工程に供されるまでに振動、衝撃、傾斜等が作用しても第１部材１から補助部材３２が脱離することがない。

（７）小径の補助部材を用いる実施形態
図８（Ａ）に示す実施形態においては、補助部材３３が貫通孔２の直径Ｈより小さい直径Ｄ３を有している。補助部材３３は、平面形状が円形を成す円盤状部材である。なお、第１部材１と補助部材３３とは同一の厚みに形成されている。
第１部材１に対して補助部材３３を回転摩擦溶着するには、例えば次の２通りの回転態様を採用することができる。第１の回転態様は、補助部材３３の回転軸と補助部材３３の中心軸線とが一致しない態様である。また、第２の回転態様は、補助部材３３の回転軸と補助部材３３の中心軸線とが一致する態様である。以下に、第１の回転態様及び第２の回転態様について詳述する。

（７−１）補助部材３３の第１の回転態様
図８（Ｂ）に補助部材３３の第１の回転態様を示している。該第１の回転態様において、貫通孔２よりも小径である補助部材３３は、その軸線が貫通孔２の軸線に一致するように貫通孔２内に挿入され、補助部材３３の回転軸と補助部材３３の中心軸線とが一致しない状態で回転が開始される。すなわち、補助部材３３の回転軸が、補助部材３３の中心軸線からずれた状態で、かつ補助部材３３の外周面４１３の一部及び貫通孔２の内周面２１の一部が、接触が生じた状態で回転させる。この場合、補助部材３３の外周面４１３と、貫通孔２の内周面２１との間に接触が生じる。
図８（Ｂ）に示す補助部材３３は、外周面４１３が貫通孔２の内周面２１に接触した状態で、補助部材３３の回転軸を貫通孔２の中心軸線に一致するように設定している。つまり、補助部材３３は貫通孔２内で偏心回転することになる。図８（Ｂ）に示す補助部材３３が回転することによって、補助部材３３の外周面４１３が貫通孔２の内周面２１に接触した状態で回転する。この場合、補助部材３３の外周面４１３と、貫通孔２の内周面２１との間に摩擦が生じる。
また、回転前に補助部材３３の外周面４１３と貫通孔２の内周面２１とが接触しない場合、補助部材３３の回転軸を補助部材３３の中心軸線及び貫通孔２の中心軸線から離れて設定すれば良い。この場合も、補助部材３３は貫通孔２内で偏心回転することになる。補助部材３３の外周面４１３が貫通孔２の内周面２１に接触しない状態で補助部材３３が偏心回転した場合、補助部材３３の回転軸が補助部材３３の中心軸線から離れていることにより、補助部材３３の中心軸線が回転軸を中心にして円軌道上を変位する。補助部材３３の中心軸線が変位することにより、補助部材３３の外周面４１３が様々な方向に振れる。よって、補助部材３３の偏心回転により、補助部材３３の外周面４１３と貫通孔２の内周面２１との接触が生じる。該接触が生じることによって、補助部材３３の外周面４１３と、貫通孔２の内周面２１との間に摩擦が生じる。
以上により、補助部材３３の回転によって補助部材３３と貫通孔２との接触が生じる回転態様において、補助部材３３の外周面４１３と貫通孔２の内周面２１とが摩擦溶着する。更に、該摩擦によって生じる摩擦熱は、補助部材３３、特に摩擦熱が生じている外周面４１３が膨張することがある。よって、摩擦熱により膨張した補助部材３３の外周面４１３が貫通孔２の内周面に全面的に摩擦溶着する。補助部材３３の回転は、補助部材３３が第１部材１に対して溶着状態となった時点で止めると良い。
摩擦工程の完了後、補助部材３３と第２部材（図８（Ｂ）には図示せず。）とを、例えばスポット溶接で溶接することによって、溶接工程も完了する。

（７−２）補助部材３３の第２の回転態様
図８（Ｃ）に補助部材３３の第２の回転態様を示している。該第２の回転態様において、貫通孔２よりも小径である補助部材３３は、貫通孔２内に挿入され、補助部材３３の外周面４１３の一部と貫通孔２の内周面２１の一部とが接触した状態で、補助部材３３の軸線を中心にして回転が開始される。すなわち、補助部材３３の回転軸は、補助部材３３の中心軸線と一致し、貫通孔２の中心軸線から偏心している。
補助部材３３が回転すると、補助部材３３の外周面４１３の一部が貫通孔２の内周面２１の一部に対して摺動するので、摩擦が生じる。補助部材３３の外周面４１３の一部と貫通孔２の内周面２１の一部との摩擦によって生じる摩擦熱が、摺動部位を溶融する。よって、第２の回転態様においては、補助部材３３の外周面４１３の一部と貫通孔２の内周面２１の一部とが溶着することになる。補助部材３３の回転は、補助部材３３が第１部材１に対して溶着状態となった時点で止めると良い。
摩擦工程の完了後、補助部材３３と第２部材（図８（Ｃ）には図示せず。）とを、例えばスポット溶接で溶接することによって、溶接工程も完了する。

第１の回転態様及び第２の回転態様において摩擦工程が実行され、更に溶接工程が完了されて得られる異材接合体（図８には図示せず。）は、いずれも、第１部材１と補助部材３３との間の摩擦溶着部、及び、第２部材と補助部材３３との間の通電を伴う溶接部位において、金属間化合物が形成されていない。したがって、第１部材１と第２部材とは良好な接合強度を確保することができる。
また、補助部材３３は摩擦工程によって第１部材１に摩擦接合されるので、摩擦工程後で溶接工程に供されるまでに振動、衝撃、傾斜等が作用しても第１部材１から補助部材３３が脱離することがない。

（８）棒状部材から形成される補助部材を用いる実施形態
続いて、図９（Ａ）〜図９（Ｃ）に示す実施形態においては、摩擦工程が実行された後に補助部材が形成される。
詳述すると、図９（Ａ）に示すように、先ず第３材料を含有する棒状部材９を、第１部材１の貫通孔２に対して挿通する。棒状部材９は、その直径が貫通孔２の直径と同径又は略同径である円柱形部材である。
次に、該実施形態に係る異材接合方法の摩擦工程を実行する。図９（Ｂ）に示すように、貫通孔２を挿通している棒状部材９をその軸線を中心にして回転させる。棒状部材９と貫通孔２とは各直径が同径又は略同径であるので、棒状部材９が回転すると、棒状部材９の周側面９１と貫通孔２の内周面２１との間に摩擦が生じる。該摩擦によって生じる摩擦熱が、棒状部材９の周側面９と貫通孔２の内周面２１とを溶融し、溶着する。これにより、摩擦工程は完了である。
更に、該実施形態に係る異材接合方法の切断工程を実行する。図９（Ｃ）に示すように、第１部材１に対して摩擦接合した棒状部材９の貫通孔２から突出した部位を切断し、補助部材３４を形成する。該切断工程によって、補助部材３４以外の棒状部材９を形成していた除去部１０は、異材接合方法及び異材接合体には使用しないので、除去される。
なお、除去部１０は、軸線方向に沿った大きさは棒状部材９に比べて小さくなっているが、棒状部材９と同様に円柱形状を有しているので、該実施形態に係る異材接合方法を用いて別の異材接合体を製造する際に、新たな棒状部材として再利用することができる。
切断工程の完了後、補助部材３４と第２部材（図９（Ｃ）には図示せず。）とを、例えばスポット溶接で溶接することによって、溶接工程も完了する。

溶接工程が完了されて得られる異材接合体（図９には図示せず。）は、いずれも、第１部材１と補助部材３４との間の摩擦溶着部、及び、第２部材と補助部材３４との間の通電を伴う溶接部位において、金属間化合物が形成されていない。したがって、第１部材１と第２部材とは良好な接合強度を確保することができる。
また、補助部材３４は摩擦工程によって第１部材１に摩擦接合されるので、摩擦工程後で溶接工程に供されるまでに振動、衝撃、傾斜等が作用しても第１部材１から補助部材３４が脱離することがない。

なお、特に図９（Ｂ）に示されるように、本実施形態においては第１部材１の両面から棒状部材９が突出した状態で摩擦工程を行なっている。もっとも、本発明に係る異材接合方法においては、棒状部材が第１部材の片面からのみ突出するようにした上で、摩擦工程を行なっても良い。これにより、摩擦工程後の切断工程が第１部材の片面から突出する棒状部材を切断するだけで良いので、切断回数の低減を図ることができ、作業効率が向上するので好ましい。更に、棒状部材の軸線方向に沿った大きさが切断工程を経ても第１部材の厚み程度しか減少しないので、該実施形態に係る異材接合方法を用いて別の異材接合体を製造する際に、複数回に亘って新たな棒状部材として再利用することができる。

摩擦工程、切断工程及び溶接工程を備える異材接合方法において、棒状部材を回転させる方法としては、例えば、棒状部材の円形を成す一端面及び他端面において補助部材を挟持して回転させる方法、及び、棒状部材における第１部材から突出する周側面の一部を把持して回転させる方法等を挙げることができる。

以上において様々な補助部材を用いる異材接合方法について説明した。
上述した補助部材３１、３２、３３又は３４を用いる異材接合方法においては、リベットの購入、準備、位置決め及び配置工程を追加する必要が無い。更に、専用のリベット打込装置及びかしめ装置等も不要である。

また、補助部材３１、３２、３３又は３４を用いる異材接合方法において、第１部材１が貫通孔２に代えて凹部を有していても良い。摩擦工程は、補助部材３１、３２、３３又は３４が少なくとも凹部内に摩擦溶着することができるように、補助部材３１、３２若しくは３３又は棒状部材９を第１部材１の凹部に圧接しつつ回転させることにより実行可能である。

（９）回転時における補助部材の保持が挟持以外で行われる実施形態
上記（１）に係る実施形態において、摩擦工程では補助部材３１を挟持して回転させている。摩擦工程における補助部材の回転時に補助部材を保持する態様としては、図４に示した挟持態様以外に、図１０に示す態様を挙げることができる。

図１０（Ａ）に示す回転時の補助部材の保持態様においては、補助部材３５が凸部を有し、該凸部に嵌合可能な凹部を有する治具を用いる。
具体的には、図１０（Ａ）に示すように、補助部材３５は、円盤部４５と、円盤部４５の円形を成す一方の側面において中心から離れて形成された２つの円柱状突起１１１及び１１１とを有している。また、補助部材３５を回転させることのできる嵌合用治具Ｊ３の端面には、円柱状突起１１１に嵌合可能な凹部１２１が形成されている。
摩擦工程において、補助部材３５及び嵌合用治具Ｊ３は、例えば上述した実施形態（１）の補助部材３及び挟持用治具Ｊ１及びＪ２に代えて用いることができる。

図１０（Ｂ）に示す回転時の補助部材の保持態様においては、補助部材３６が凸部を有し、該凸部に嵌合可能な凹部を有する治具を用いる。
具体的には、図１０（Ｂ）に示すように、補助部材３６は、円盤部４６と、円盤部４６の円形を成す一方の側面において中心に形成された１つの角柱状突起１１２とを有している。また、補助部材３６を回転させることのできる嵌合用治具Ｊ４の端面には、角柱状突起１１２に嵌合可能な凹部１２２が形成されている。
摩擦工程において、補助部材３６及び嵌合用治具Ｊ４は、例えば上述した実施形態（１）の補助部材３及び挟持用治具Ｊ１及びＪ２に代えて用いることができる。

円柱状突起１１１及び角柱状突起１１２は、本発明に係る異材接合方法における円盤部に形成される凸部の一例である。
補助部材３５及び挟持用治具Ｊ１、又は、補助部材３６及び挟持用治具Ｊ２の組合せが摩擦工程に供されると、次のようになる。補助部材３５又は３６には凹部１２１又は１２２に嵌合する円柱状突起１１１又は角柱状突起１１２が形成されているので、挟持用治具Ｊ１又はＪ２が回転したときに、挟持用治具Ｊ１又はＪ２のみが空転することがない。すなわち、挟持用治具Ｊ１又はＪ２の回転が、凹部１２１又は１２２から円柱状突起１１１又は角柱状突起１１２を介して補助部材３５又は３６に伝達されることになる。補助部材３５又は３６が回転すると、上記補助部材３と同様に、第１部材に摩擦接合される。
摩擦工程の完了後、補助部材３５又は３６と第２部材（図１０には図示せず。）とを、例えばスポット溶接で溶接することによって、溶接工程も完了する。

本実施形態においては凸部が形成されて成る補助部材３５及び３６を示した。本発明に係る異材接合方法においては、凸部に代えて孔部又は凹部が形成されて成る補助部材を用いる実施形態を採用することもできる。この場合、補助部材を回転させる治具においても、凸部に代えて孔部又は凹部に嵌合可能な形状を採用することができる。
なお、孔部又は凹部が形成された補助部材に対しては、孔部及び凹部のいずれにも嵌合可能な突起部を有する治具を用いることができる。すなわち、摩擦工程において治具が空転しない限り、孔部及び凹部のいずれかが形成される補助部材を用いた場合であっても、嵌合させる治具を共通化することができる。

補助部材３５の円柱状突起１１１及び補助部材３６の角柱状突起１１２は、車両用部品の完成時に他の部品との溶接、組立、塗装等を阻害しないのであれば、除去する必要は無い。しかしながら、阻害が生じるのであれば、溶接工程の前後において円柱状突起１１１及び角柱状突起１１２を切断する等によって除去すれば良い。
なお、本発明に係る異材接合方法においては、補助部材に凸部が形成されている場合、摩擦工程完了後にスポット溶接により該凸部を溶融し、第１部材に対して面一又は略面一と成る程度にまで押し潰すことにより、上記阻害の有無に関わらず、凸部を切断等により除去する必要がなくなる。
摩擦工程が完了すると補助部材と第１部材とが溶着するので、補助部材が回転不能となる。円盤部に凸部が形成される場合、第１部材に溶着して回転不能となった補助部材を、円盤部の凸部に嵌合する治具により更に回転させようとすると、凸部に対して集中的に応力が作用する。このとき、溶接工程の前後において凸部を除去する必要が有る場合、凸部が根元部分から折れる又はねじ切れることによって、補助部材から脱離しても良い。これにより、凸部を切断等により除去する必要がなくなる。なお、摩擦工程を行った治具を用いて凸部が根元部分から折れる又はねじ切れるようにするには、例えば補助部材に含まれる第３材料の適切な選択、治具から凸部に作用させる応力の大きさ、凸部の太さ及び長さ等を調整することにより実現可能である。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、この実施形態による本発明の開示の一部をなす論述及び図面により、本発明は限定されることはない。例えば、補助部材は実施例では円盤形状又は円柱形状としたが、それ以外の形状であっても良い。すなわち、この実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例及び運用技術等は全て本発明の範疇に含まれることは勿論であることを付け加えておく。

１：第１部材、２：貫通孔、３、３１、３２、３３、３４、３５及び３６：補助部材、３１１：大径面、３１２：小径面、４、４５及び４６：円盤部、５：摩擦溶着体、６：第２部材、７：異材接合体、８：テーパ部、９：棒状部材、１０：除去部、２１：内周面、１１１：円柱状突起（凸部）、１１２：角柱状突起（凸部）、１２１及び１２２：凹部、４１及び４１３：外周面、１０１：サイドシル、１０２：ヒンジピラー、１０３：センターピラー、１０４：ルーフパネル、Ｅ１及びＥ２：電極、Ｆ：摩擦溶着部、Ｗ：溶接部、Ｊ１及びＪ２：挟持用治具、Ｊ３及びＪ４：嵌合用治具、Ｈ、Ｄ１、Ｄ２及びＤ３：径、Ｓ１：部品プレス成形工程、Ｓ２：車体溶接工程、Ｓ３：車体塗装工程、Ｓ４：組付工程

Claims (9)

1. 第１材料を含有する第１部材と、該第１材料とは異なる第２材料を含有する第２部材とを接合する異材接合方法であって、
   前記第２材料に溶接可能な第３材料を含有する補助部材を、前記第１部材に摩擦接合する摩擦工程と、
   前記第１部材と摩擦接合した前記補助部材と、前記第２部材とを溶接する溶接工程と、
   を備え、
   前記第１部材は貫通孔又は凹部を有し、
   前記摩擦工程において、前記補助部材を前記貫通孔内又は前記凹部内に摩擦接合する、
   異材接合方法。
2. 前記補助部材はテーパ形状を成す外周面を有し、
   前記摩擦工程において、前記補助部材の前記外周面が前記貫通孔又は前記凹部の内周面に接した状態で前記補助部材を前記第１部材に対して相対的に回転させることにより、前記補助部材を前記第１部材に摩擦接合する、
   請求項１に記載の異材接合方法。
3. 前記補助部材は、その径が前記貫通孔又は前記凹部の径より大きく形成され、
   前記摩擦工程において、前記補助部材を前記貫通孔の開口部又は前記凹部上に圧接させた状態で前記補助部材を前記第１部材に対して相対的に回転させることにより、前記補助部材を前記第１部材に摩擦接合する、
   請求項１に記載の異材接合方法。
4. 前記補助部材は、その径が前記貫通孔又は前記凹部より小さく形成され、
   前記摩擦工程において、前記補助部材を前記貫通孔内又は前記凹部内に入れ、前記補助部材の外周面と前記貫通孔又は前記凹部の内周面とが接した状態、又は、前記補助部材の回転によって接する状態で前記補助部材を前記第１部材に対して相対的に回転させることにより、前記補助部材を前記第１部材に摩擦接合する、
   請求項１に記載の異材接合方法。
5. 前記第１部材は貫通孔を有し、
   前記補助部材は、円盤形状を成す円盤部を有し、該円盤部が挟持されて回転駆動可能である、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の異材接合方法。
6. 前記補助部材は、円盤形状を成す円盤部と、該円盤部の一方の側面において中心から離れて形成された孔部、凹部又は凸部と、を有し、
   該孔部、凹部又は凸部に治具が嵌合することにより、前記補助部材が回転駆動可能である、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の異材接合方法。
7. 前記補助部材は、円盤形状を成す円盤部と、該円盤部の一方の側面において中心に形成された孔部、凹部又は凸部と、を有し、
   該孔部、凹部又は凸部に治具が嵌合することにより、前記補助部材が回転駆動可能である、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載の異材接合方法。
8. 第１材料を含有する第１部材と、該第１材料とは異なる第２材料を含有する第２部材とを接合する異材接合方法であって、
   前記第２材料に溶接可能な第３材料を含有する棒状部材を、前記第１部材に形成された貫通孔又は凹部に摩擦接合する摩擦工程と、
   前記第１部材に摩擦接合した前記棒状部材の前記貫通孔又は前記凹部から突出した部位を切断することにより、補助部材を形成する切断工程と、
   前記補助部材と、前記第２部材とを溶接する溶接工程と、を備える、
   異材接合方法。
9. 第１材料を含有し、貫通孔又は凹部を有する第１部材と、
   前記第１材料とは異なる第２材料を含有する第２部材と、
   前記第２材料に溶接可能な第３材料を含有し、前記第１部材の前記貫通孔内又は前記凹部内に摩擦接合して成る補助部材と、を備え、
   前記第２部材と前記補助部材とが溶接されている、
   異材接合体。

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