(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】公開特許公報(A)
(11)【公開番号】P2022118616
(43)【公開日】2022-08-15
(54)【発明の名称】異種金属接合体および異種金属接合体の製造方法
(51)【国際特許分類】
B23K 9/02 20060101AFI20220805BHJP
B23K 9/23 20060101ALN20220805BHJP
【ＦＩ】
B23K9/02 M
B23K9/23 H
【審査請求】未請求
【請求項の数】5
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2021015267
(22)【出願日】2021-02-02
(71)【出願人】
【識別番号】000163372
【氏名又は名称】近畿車輌株式会社
(74)【代理人】
【識別番号】110001841
【氏名又は名称】特許業務法人梶・須原特許事務所
(72)【発明者】
【氏名】隅川 倫成
(72)【発明者】
【氏名】森戸 大海
【テーマコード（参考）】
4E001
4E081
【Ｆターム（参考）】
4E001AA03
4E001CA01
4E001CB01
4E081BA02
4E081BA08
4E081DA13
4E081FA12
(57)【要約】
【課題】別部材を使用することなく、接合強度が高い異種金属接合体を提供する。
【解決手段】第１部材１と第２部材２とが重ねて配置されている。第２部材２は、第１部材１の第１金属材料の融点より高い融点の第２金属材料からなる。第３部材３は、第１凝固部３Ｘと第２凝固部３Ｙとを有する。第３部材は、第１金属材料の主成分の金属と同じ金属を主成分とする第３金属材料からなる。第１凝固部３Ｘは、第２部材２の貫通孔２ｈに存在する部分を有する。第２凝固部３Ｙは、第１凝固部３Ｘに対して第１部材１と反対側に形成されている。第２凝固部３Ｙは、第１部材１と第２部材２とが重なる方向について、貫通孔２ｈと重なる重複部１３ａと、貫通孔２ｈと重ならない非重複部１３ｂとを有する。非重複部１３ｂは、第２部材２の第２反対面２Ｂ上に形成されている。第２部材２は、非重複部１３ｂと第１部材１とに挟まれている。
【選択図】図２
【解決手段】第１部材１と第２部材２とが重ねて配置されている。第２部材２は、第１部材１の第１金属材料の融点より高い融点の第２金属材料からなる。第３部材３は、第１凝固部３Ｘと第２凝固部３Ｙとを有する。第３部材は、第１金属材料の主成分の金属と同じ金属を主成分とする第３金属材料からなる。第１凝固部３Ｘは、第２部材２の貫通孔２ｈに存在する部分を有する。第２凝固部３Ｙは、第１凝固部３Ｘに対して第１部材１と反対側に形成されている。第２凝固部３Ｙは、第１部材１と第２部材２とが重なる方向について、貫通孔２ｈと重なる重複部１３ａと、貫通孔２ｈと重ならない非重複部１３ｂとを有する。非重複部１３ｂは、第２部材２の第２反対面２Ｂ上に形成されている。第２部材２は、非重複部１３ｂと第１部材１とに挟まれている。
【選択図】図２
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１金属材料からなる第１部材と、前記第１部材に重ねて配置され、前記第１金属材料の融点より高い融点の第２金属材料からなる第２部材とを備えた異種金属接合体であり、
前記第２部材に、前記第１部材と重なる方向に貫通した貫通孔が形成され、
前記貫通孔に存在する部分を有する第１凝固部と、第１凝固部と連続しているとともに前記第１凝固部に対して前記第１部材と反対側に形成された第２凝固部とを有する第３部材を備え、
前記第３部材は、第１金属材料の主成分の金属と同じ金属を主成分とする第３金属材料からなり、
前記第１凝固部と前記第１部材とが融合しており、
前記第２凝固部は、前記第１部材と前記第２部材とが重なる方向について、前記貫通孔と重なる部分と、前記貫通孔と重ならない部分とを有し、
前記貫通孔と重ならない部分は、前記第２部材において前記第１部材と反対側の面上に形成され、
前記貫通孔と重ならない部分と前記第１部材とが、前記第１部材と前記第２部材とが重なる方向に、前記第２部材を挟んでいることを特徴とする異種金属接合体。
前記第２部材に、前記第１部材と重なる方向に貫通した貫通孔が形成され、
前記貫通孔に存在する部分を有する第１凝固部と、第１凝固部と連続しているとともに前記第１凝固部に対して前記第１部材と反対側に形成された第２凝固部とを有する第３部材を備え、
前記第３部材は、第１金属材料の主成分の金属と同じ金属を主成分とする第３金属材料からなり、
前記第１凝固部と前記第１部材とが融合しており、
前記第２凝固部は、前記第１部材と前記第２部材とが重なる方向について、前記貫通孔と重なる部分と、前記貫通孔と重ならない部分とを有し、
前記貫通孔と重ならない部分は、前記第２部材において前記第１部材と反対側の面上に形成され、
前記貫通孔と重ならない部分と前記第１部材とが、前記第１部材と前記第２部材とが重なる方向に、前記第２部材を挟んでいることを特徴とする異種金属接合体。
【請求項2】
前記第１金属材料は、アルミニウム合金であり、
前記第２金属材料は、鋼材であり、
前記第３金属材料の主成分がアルミニウムであることを特徴とする請求項１に記載の異種金属接合体。
前記第２金属材料は、鋼材であり、
前記第３金属材料の主成分がアルミニウムであることを特徴とする請求項１に記載の異種金属接合体。
【請求項3】
複数の前記貫通孔が離れて形成され、
複数の前記第３部材が離れて形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の異種金属接合体。
複数の前記第３部材が離れて形成されていることを特徴とする請求項１または２に記載の異種金属接合体。
【請求項4】
前記貫通孔は、一方向に長い長孔であり、
前記第１凝固部および前記第２凝固部が、一方向に長いことを特徴とする請求項１または２に記載の異種金属接合体。
前記第１凝固部および前記第２凝固部が、一方向に長いことを特徴とする請求項１または２に記載の異種金属接合体。
【請求項5】
第１金属材料からなる第１部材と、前記第１金属材料の融点より高い融点の第２金属材料からなる第２部材とを備えた異種金属接合体の製造方法であり、
前記第１部材と前記第２部材とを重ね合わせた後、前記第２部材において前記第１部材と重なる方向に貫通した貫通孔およびその周囲に、前記第１金属材料の融点より高く且つ前記第２金属材料の融点より低い温度で溶融した溶融金属を流す工程と、
前記貫通孔およびその周囲に流れた溶融金属を凝固させることにより、前記貫通孔に第１凝固部を形成するとともに、前記第１凝固部に対して前記第１部材と反対側に第２凝固部を形成する工程とを有し、
前記溶融金属は、前記第１金属材料の主成分の金属と同じ金属を主成分とした溶融金属であり、
前記第１凝固部は、前記第１部材と融合しており、
前記第２凝固部は、前記第１部材と前記第２部材とが重なる方向について、前記貫通孔と重なる部分と、前記貫通孔と重ならない部分とを有し、
前記貫通孔と重ならない部分は、前記第２部材において前記第１部材と反対側の面上に形成され、
前記貫通孔と重ならない部分と前記第１部材とが、前記第１部材と前記第２部材とが重なる方向に、前記第２部材を挟んでいることを特徴とする異種金属接合体の製造方法。
前記第１部材と前記第２部材とを重ね合わせた後、前記第２部材において前記第１部材と重なる方向に貫通した貫通孔およびその周囲に、前記第１金属材料の融点より高く且つ前記第２金属材料の融点より低い温度で溶融した溶融金属を流す工程と、
前記貫通孔およびその周囲に流れた溶融金属を凝固させることにより、前記貫通孔に第１凝固部を形成するとともに、前記第１凝固部に対して前記第１部材と反対側に第２凝固部を形成する工程とを有し、
前記溶融金属は、前記第１金属材料の主成分の金属と同じ金属を主成分とした溶融金属であり、
前記第１凝固部は、前記第１部材と融合しており、
前記第２凝固部は、前記第１部材と前記第２部材とが重なる方向について、前記貫通孔と重なる部分と、前記貫通孔と重ならない部分とを有し、
前記貫通孔と重ならない部分は、前記第２部材において前記第１部材と反対側の面上に形成され、
前記貫通孔と重ならない部分と前記第１部材とが、前記第１部材と前記第２部材とが重なる方向に、前記第２部材を挟んでいることを特徴とする異種金属接合体の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、異種金属部材が重ね合わされた異種金属接合体および異種金属接合体の製造方法に関する。
【背景技術】
【0002】
異種金属部材が重ね合わされた異種金属接合体は、建物や乗物などの様々な分野で利用されている。例えば、鋼材とアルミニウム合金との接合体がある。鋼材とアルミニウム合金とを一般的な方法で溶接した場合、接合界面に脆い金属間化合物が形成される。金属間化合物は、鋼材とアルミニウム合金との接合強度を低下させる。そこで、これらの接合強度を高める技術が提案されている。
【0003】
特許文献１には、鋼部材と、貫通孔が形成されたアルミニウム合金部材とを重ね合わせ、貫通孔を覆うようにアルミニウム溶加材を移行させて、鋼部材を溶融させずにアルミニウム合金部材を溶融し、アルミニウム合金部材に、アルミニウム合金部材と鋼部材との界面から離れるに従って貫通孔の外側に広がる形状のアルミ溶融金属凝固部を形成する方法が記載されている。この方法によると、鋼部材とアルミ溶融金属凝固部との金属間化合物の発生を低減できるため、異種金属材同士の接合強度が向上する。
【0004】
特許文献２には、アルミニウム合金もしくはマグネシウム合金製の第１の板と鋼製の第２の板との接合に、鋼製の接合補助部材を使用する方法が記載されている。特許文献３には、鋼以外の材料からなる第１の板と鋼製の第２の板との接合に、鋼製の接合補助部材を使用する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２０１８－０２３９９４号公報
【特許文献2】特開２０１９－１５０８３１号公報
【特許文献3】特開２０２０－０７８８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
特許文献１に記載された方法によると、アルミ溶融金属凝固部と鋼部材との界面に金属間化合物が発生することを低減させることができるものの、これらの界面に金属間化合物が発生する。脆い金属間化合物は、鋼部材とアルミニウム合金部材との接合強度を低下させる。また、特許文献２および特許文献３に記載された方法は接合補助部材を使用するが、接合補助部材などの別部材を使用することなく、異種金属材同士の接合強度を向上させることが望ましい。
【0007】
本発明は、別部材を使用することなく、接合強度が高い異種金属接合体を提供することを目的とする。
また、本発明は、別部材を使用することなく、接合強度が高い異種金属接合体の製造方法を提供することを目的とする。
また、本発明は、別部材を使用することなく、接合強度が高い異種金属接合体の製造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】
本発明の異種金属接合体は、第１金属材料からなる第１部材と、前記第１部材に重ねて配置され、前記第１金属材料の融点より高い融点の第２金属材料からなる第２部材とを備えた異種金属接合体であり、前記第２部材に、前記第１部材と重なる方向に貫通した貫通孔が形成され、前記貫通孔に存在する部分を有する第１凝固部と、第１凝固部と連続しているとともに前記第１凝固部に対して前記第１部材と反対側に形成された第２凝固部とを有する第３部材を備え、前記第３部材は、第１金属材料の主成分の金属と同じ金属を主成分とする第３金属材料からなり、前記第１凝固部と前記第１部材とが融合しており、前記第２凝固部は、前記第１部材と前記第２部材とが重なる方向について、前記貫通孔と重なる部分と、前記貫通孔と重ならない部分とを有し、前記貫通孔と重ならない部分は、前記第２部材において前記第１部材と反対側の面上に形成され、前記貫通孔と重ならない部分と前記第１部材とが、前記第１部材と前記第２部材とが重なる方向に、前記第２部材を挟んでいる。
【0009】
第２部材の貫通孔に、第３部材の第１凝固部が存在する。第１凝固部は、第１部材と融合している。第１凝固部は、第１部材に対して動かない。第２部材に対してせん断方向（第２部材の面方向）へ引っ張る力が作用した場合、第２部材の貫通孔に存在する第１凝固部により、第２部材のせん断方向への移動が抑制される。
また、第１部材と第３部材の第２凝固部とが、第１部材と第２部材とが重なる方向について、第２部材を挟んでいる。第２凝固部は、第１凝固部を介して第１部材とつながっている。第２凝固部は、第１部材に対して動かない。第２部材に対して第１部材から剥離させる方向の力が作用した場合、第２凝固部により、第２部材が第１部材から剥離することが抑制される。
上記より、本発明は、引張せん断強度および剥離強度が高い。また、本発明は、接合補助部材といった別部材を使用していない。
したがって、本発明によると、別部材を使用することなく、接続強度が高い異種金属接合体を提供することができる。
また、第１部材と第３部材の第２凝固部とが、第１部材と第２部材とが重なる方向について、第２部材を挟んでいる。第２凝固部は、第１凝固部を介して第１部材とつながっている。第２凝固部は、第１部材に対して動かない。第２部材に対して第１部材から剥離させる方向の力が作用した場合、第２凝固部により、第２部材が第１部材から剥離することが抑制される。
上記より、本発明は、引張せん断強度および剥離強度が高い。また、本発明は、接合補助部材といった別部材を使用していない。
したがって、本発明によると、別部材を使用することなく、接続強度が高い異種金属接合体を提供することができる。
【0010】
また、上記構成において、前記第１金属材料は、アルミニウム合金であってもよい。この場合、前記第２金属材料は、鋼材であってもよい。この場合、前記第３金属材料は、主成分がアルミニウムである金属材料でもよい。
【0011】
上記構成によると、第２部材の鋼材により異種金属接合体の強度を高めつつ、第１部材の軽量なアルミニウム合金により異種金属接合体を軽量化できる。これにより、高強度でありつつ軽量で、且つ、引張せん断強度および剥離強度が高い異種金属接合体を提供することができる。
【0012】
また、上記構成において、複数の前記貫通孔が、離れて形成されていてもよい。複数の前記第３部材が、離れて形成されていてもよい。
【0013】
第２部材の貫通孔に第３部材を形成する際、第２部材において貫通孔の周囲に熱が加えられる。第３部材が離れて形成されている場合、第２部材へ熱が加えられる部分が少なくなるため、第２部材への熱の影響（ひずみなど）を低減できる。
【0014】
また、上記構成において、前記貫通孔は、一方向に長い長孔であってもよい。この場合、前記第１凝固部および前記第２凝固部が、一方向に長くてもよい。
【0015】
第１凝固部が長い場合、第２部材がせん断方向により移動しにくい。
第２凝固部が長い場合、第２部材が第１部材からより剥離しにくい。
これらにより、引張せん断強度および剥離強度がより高い異種金属接合体を提供することができる。
第２凝固部が長い場合、第２部材が第１部材からより剥離しにくい。
これらにより、引張せん断強度および剥離強度がより高い異種金属接合体を提供することができる。
【0016】
本発明の異種金属接合体の製造方法は、第１金属材料からなる第１部材と、前記第１金属材料の融点より高い融点の第２金属材料からなる第２部材とを備えた異種金属接合体の製造方法であり、
前記第１部材と前記第２部材とを重ね合わせた後、前記第２部材において前記第１部材と重なる方向に貫通した貫通孔およびその周囲に、前記第１金属材料の融点より高く且つ前記第２金属材料の融点より低い温度で溶融した溶融金属を流す工程と、
前記貫通孔およびその周囲に流れた溶融金属を凝固させることにより、前記貫通孔に第１凝固部を形成するとともに、前記第１凝固部に対して前記第１部材と反対側に第２凝固部を形成する工程とを有し、
前記溶融金属は、前記第１金属材料の主成分の金属と同じ金属を主成分とした溶融金属であり、
前記第１凝固部は、前記第１部材と融合しており、
前記第２凝固部は、前記第１部材と前記第２部材とが重なる方向について、前記貫通孔と重なる部分と、前記貫通孔と重ならない部分とを有し、
前記貫通孔と重ならない部分は、前記第２部材において前記第１部材と反対側の面上に形成され、
前記貫通孔と重ならない部分と前記第１部材とが、前記第１部材と前記第２部材とが重なる方向に、前記第２部材を挟んでいる。
前記第１部材と前記第２部材とを重ね合わせた後、前記第２部材において前記第１部材と重なる方向に貫通した貫通孔およびその周囲に、前記第１金属材料の融点より高く且つ前記第２金属材料の融点より低い温度で溶融した溶融金属を流す工程と、
前記貫通孔およびその周囲に流れた溶融金属を凝固させることにより、前記貫通孔に第１凝固部を形成するとともに、前記第１凝固部に対して前記第１部材と反対側に第２凝固部を形成する工程とを有し、
前記溶融金属は、前記第１金属材料の主成分の金属と同じ金属を主成分とした溶融金属であり、
前記第１凝固部は、前記第１部材と融合しており、
前記第２凝固部は、前記第１部材と前記第２部材とが重なる方向について、前記貫通孔と重なる部分と、前記貫通孔と重ならない部分とを有し、
前記貫通孔と重ならない部分は、前記第２部材において前記第１部材と反対側の面上に形成され、
前記貫通孔と重ならない部分と前記第１部材とが、前記第１部材と前記第２部材とが重なる方向に、前記第２部材を挟んでいる。
【0017】
上記構成によると、別部材を使用することなく、上述した接続強度が高い異種金属接合体を製造することができる。
【発明の効果】
【0018】
本発明によると、別部材を使用することなく、引張せん断強度および剥離強度が高い異種金属接合体を提供することができる。
本発明によると、別部材を使用することなく、引張せん断強度および剥離強度が高い異種金属接合体を製造する方法を提供することができる。
本発明によると、別部材を使用することなく、引張せん断強度および剥離強度が高い異種金属接合体を製造する方法を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0019】
【発明を実施するための形態】
【0020】
〔第１実施形態〕
ここでは、本発明の第１実施形態に係る異種金属接合体について、図１および図２を参照しつつ以下に説明する。図１に異種金属接合体１００の平面図を示し、図２に図１のII－II線に沿った断面図を示している。
ここでは、本発明の第１実施形態に係る異種金属接合体について、図１および図２を参照しつつ以下に説明する。図１に異種金属接合体１００の平面図を示し、図２に図１のII－II線に沿った断面図を示している。
【0021】
【0022】
第１部材１は、図２に示すように、板状の部材である。第１部材１は、第２部材２に対向した第１対向面１Ａと、第１対向面１Ａと反対側の第１反対面１Ｂとを有する。
【0023】
第２部材２は、板状の部材である。第２部材２は、第１部材１に対向した第２対向面（対向面）２Ａと、第２対向面２Ａと反対側の第２反対面（反対面）２Ｂとを有する。第２部材２には、第１部材１と重なる方向に貫通した貫通孔２ｈが形成されている。
【0024】
貫通孔２ｈは、図１に示すように、異種金属接合体１００の平面視において、略円形状である。図１に示す異種金属接合体１００の平面視は、異種金属接合体１００を、第１部材１と第２部材２とが重なる方向について、第２部材２側から視た図である。
【0025】
第３部材３は、図２に示すように、第１凝固部３Ｘと、第２凝固部３Ｙとを有する。図２には、分かりやすいように第１凝固部３Ｘと第２凝固部３Ｙとの境界を破線で示しているが、第１凝固部３Ｘと第２凝固部３Ｙとの境界は無い。第１凝固部３Ｘと第２凝固部３Ｙとは、連続している。
【0026】
第１凝固部３Ｘは、第２部材２の第２反対面２Ｂの高さから第１部材１側の部分である。第１凝固部３Ｘは、第２部材２の貫通孔２ｈに存在する部分を有する。第１凝固部３Ｘは、第１部材１と第２部材２とが重なる方向について、貫通孔２ｈより長くてもよい。図２には、第１凝固部３Ｘが、第１部材１の第１対向面１Ａの高さより第１反対面１Ｂ側まで存在する。第１凝固部３Ｘは、第１部材１の第１反対面１Ｂの高さまで存在してもよく、第１反対面１Ｂの高さを超えて（図２中の第１反対面１Ｂの高さより低い位置まで）存在してもよい。
【0027】
第１凝固部３Ｘの第１部材１に近い端部は、第１部材１と融合している。本発明における「融合」とは、第１凝固部３Ｘの端部の成分と第１部材１の成分とが、混じり合っていることである。第１凝固部３Ｘの端部と第１部材１とは、つながっている。図２には分かりやすいように、第１凝固部３Ｘの端部と第１部材１との境界を実線で示しているが、第１凝固部３Ｘの端部と第１部材１との境界が明確である場合もあり、第１凝固部３Ｘの端部と第１部材１との境界が明確でない場合もある。例えば、第１凝固部３Ｘの材質と第１部材１の材質が同じ場合、第１凝固部３Ｘの端部と第１部材１との境界が明確でないことがある。
【0028】
第２凝固部３Ｙは、第１凝固部３Ｘに対して、第１部材１と反対側に形成されている。第２凝固部３Ｙは、第１部材１と第２部材２とが重なる方向について、貫通孔２ｈと重なる重複部１３ａと、貫通孔２ｈと重ならない非重複部１３ｂとを有する。非重複部１３ｂは、図中の第１凝固部３Ｘの上に形成されている。非重複部１３ｂは、第２反対面２Ｂの上に形成されている。図２には分かりやすいように、重複部１３ａと非重複部１３ｂとの境界を二点鎖線で示しているが、重複部１３ａと非重複部１３ｂとの境界は無い。重複部１３ａと非重複部１３ｂとは連続している。非重複部１３ｂは、重複部１３ａおよび第１凝固部３Ｘを介して、第１部材１とつながっている。非重複部１３ｂは、第１部材１に対して動かない。
【0029】
図２に示す異種金属接合体１００の断面視において、第２凝固部３Ｙの厚さは、中央付近から外側に向かって低くなっている。第２凝固部３Ｙは、図１に示す異種金属接合体１００の平面視において、略円形状である。非重複部１３ｂは、重複部１３ａの周囲に形成されている。非重複部１３ｂは、重複部１３ａを取り囲んでいる。
【0030】
第２部材２には、図１に示すように、複数の貫通孔２ｈが離れて形成されている。複数の貫通孔２ｈは、第２部材２の長手方向に離れていてもよい。複数の貫通孔２ｈは、第２部材２の長手方向に関係なく、ランダムに離れていてもよい。
【0031】
第２凝固部３Ｙを有する第３部材３は、離れて形成されている。複数の第３部材３は、第２部材２の長手方向に離れていてもよい。複数の第３部材３は、第２部材２の長手方向に関係なく、ランダムに離れていてもよい。
【0032】
次に、第１部材１の材質、第２部材２の材質および第３部材３の材質について説明する。
【0033】
第１部材１は、第１金属材料からなる（図２参照）。第２部材２は、第１部材１の融点より高い融点の第２金属材料からなる。本発明において、「金属材料」とは、例えば、金属でもよく、金属間化合物でもよく、合金でもよい。本発明において、「金属材料」は、１種類の金属でもよい。この場合、「金属材料」は、金属に加え、非金属を含んでいてもよく、非金属を含んでいなくてもよい。本発明において、「金属材料」は、金属間化合物でもよい。金属間化合物とは、２種類以上の金属からなる化合物であり、元の金属と異なる結晶構造を有する化合物である。金属間化合物に、非金属が含まれていてもよく、非金属が含まれていなくてもよい。本発明において、「金属材料」は、１種類の金属を含む合金でもよく、２種類以上の金属を含む合金でもよい。合金に、非金属が含まれていてもよく、非金属が含まれていなくてもよい。
上述した非金属は、例えば、ある特性を高めるために含まれていてもよく、不可避不純物などとして含まれていてもよい。
上述した非金属は、例えば、ある特性を高めるために含まれていてもよく、不可避不純物などとして含まれていてもよい。
【0034】
第１部材１の材質および第２部材２の材質は、上記を満たす限り、特定の材質に限定されない。例えば、第１部材１の材質が、純アルミニウムまたはアルミニウム合金でもよい。第２部材２の材質が、鋼材でもよい。
【0035】
純アルミニウムとは、アルミニウム及び不可避不純物からなる材料である。
アルミニウム合金は、特に限定されるものではない。アルミニウム合金として、例えば、アルミニウム－銅系合金（Ａｌ－Ｃｕ系合金）、アルミニウム－マンガン系合金（Ａｌ－Ｍｎ系合金）、アルミニウム－ケイ素系合金（Ａｌ－Ｓｉ系合金）、アルミニウム－マグネシウム系合金（Ａｌ－Ｍｇ系合金）、アルミニウム－ジルコニウム系合金（Ａｌ－Ｚｒ系合金）アルミニウム－マグネシウム－ケイ素系合金（Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系合金）、アルミニウム－亜鉛－マグネシウム系合金（Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ系合金）、アルミニウム－亜鉛－マグネシウム－銅系合金（Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ－Ｃｕ系合金）、アルミニウム－鉄－ジルコニウム系合金（Ａｌ－Ｆｅ－Ｚｒ系合金）が挙げられる。上記の例として、例えば、ＪＩＳ Ａ１０００系、２０００系、３０００系、４０００系、５０００系が挙げられる。アルミニウム合金は、不可避不純物を含んでいてもよい。
アルミニウム合金は、特に限定されるものではない。アルミニウム合金として、例えば、アルミニウム－銅系合金（Ａｌ－Ｃｕ系合金）、アルミニウム－マンガン系合金（Ａｌ－Ｍｎ系合金）、アルミニウム－ケイ素系合金（Ａｌ－Ｓｉ系合金）、アルミニウム－マグネシウム系合金（Ａｌ－Ｍｇ系合金）、アルミニウム－ジルコニウム系合金（Ａｌ－Ｚｒ系合金）アルミニウム－マグネシウム－ケイ素系合金（Ａｌ－Ｍｇ－Ｓｉ系合金）、アルミニウム－亜鉛－マグネシウム系合金（Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ系合金）、アルミニウム－亜鉛－マグネシウム－銅系合金（Ａｌ－Ｚｎ－Ｍｇ－Ｃｕ系合金）、アルミニウム－鉄－ジルコニウム系合金（Ａｌ－Ｆｅ－Ｚｒ系合金）が挙げられる。上記の例として、例えば、ＪＩＳ Ａ１０００系、２０００系、３０００系、４０００系、５０００系が挙げられる。アルミニウム合金は、不可避不純物を含んでいてもよい。
【0036】
鋼材は、特に限定されるものではない。鋼材として、例えば、ステンレス鋼、ＳＰＣＣ（冷間圧延鋼板（ＪＩＳ Ｇ ３１４１））を使用してもよい。
【0037】
第３部材３は、第１金属材料の主成分の金属と同じ金属を主成分とする第３金属材料からなる。この「金属材料」は、上述した本発明の「金属材料」と同様である。第１金属材料の主成分の金属とは、例えば、第１部材１に７０％以上含まれる金属である。第３部材３の主成分の金属とは、例えば、第３部材３に９０％以上含まれる金属である。第１部材１の主成分の金属と第３部材３の主成分の金属とが同じであることにより、異種金属接合体１００の製造工程において、第１部材１と、第３部材３の第１凝固部３Ｘとが融合する。
【0038】
第３部材３の材質は、上記を満たす限り、特定の材質に限定されない。例えば、第１部材１の第１金属材料が純アルミニウムまたはアルミニウム合金である場合、純アルミニウムおよびアルミニウム合金の主成分はアルミニウム原子であることから、第３部材３の第３金属材料は、アルミニウム原子を主成分とするアルミニウムまたはアルミニウム合金である。第１部材１の材質と第３部材３の材質とは、同じでもよく、異なってもよい。
【0039】
次に、異種金属接合体１００の製造方法を説明する。
【0040】
図２に示すように、第１部材１と第２部材２とを重ね合わせる。第１部材１の第１金属材料の融点より高く且つ第２部材２の第２金属材料の融点より低い温度で溶融させた溶融金属を、第２部材２の貫通孔２ｈおよびその周囲（第２部材２の第２反対面２Ｂ上）に流す。溶融金属は、第１部材１の第１金属材料の主成分である金属と同じ金属を主成分とするものである。溶融金属を流す方法は、特に限定されない。例えば、アーク溶接により、第２部材２の貫通孔２ｈおよびその周囲に溶融金属を流してもよい。
【0041】
溶融金属を貫通孔２ｈに流すことにより、第１部材１において溶融金属と接した部分およびその周囲が溶融する。第１部材１の溶融した部分と溶融金属とが混ざり合う。第１部材１の溶融した部分と溶融金属とは混ざり合った状態で凝固する。
【0042】
溶融金属が凝固することにより、貫通孔２ｈに第１凝固部３Ｘが形成されるとともに、第１凝固部３Ｘに対して第１部材１と反対側に第２凝固部３Ｙが形成される。第１凝固部３Ｘの第１部材１に近い端部と、第１部材１とは、融合している。第２凝固部３Ｙの重複部１３ａは、第１凝固部３Ｘの上に形成されている。第２凝固部３Ｙの非重複部１３ｂは、第２部材２の第２反対面２Ｂの上に形成されている。非重複部１３ｂと第１部材１とは、第１部材１と第２部材２とが重なる方向に、第２部材２を挟んでいる。
【0043】
上記方法によって製造された異種金属接合体１００によると、以下の効果が得られる。
【0044】
図２に示すように、第２部材２の貫通孔２ｈに、第３部材３の第１凝固部３Ｘが存在する。第１凝固部３Ｘは、第１部材１と融合している。第１凝固部３Ｘは、第１部材１に対して動かない。第２部材２に対してせん断方向（第２部材の面方向）へ引っ張る力が作用した場合、第２部材２の貫通孔２ｈに存在する第１凝固部３Ｘにより、第２部材２のせん断方向への移動が抑制される。
【0045】
第１部材１と第２凝固部３Ｙの非重複部１３ｂとが、第１部材１と第２部材２とが重なる方向について、第２部材２を挟でいる。非重複部１３ｂは、重複部１３ａおよび第１凝固部３Ｘを介して第１部材１とつながっている。非重複部１３ｂは、第１部材１に対して動かない。第２部材２に対して第１部材１から剥離させる方向の力が作用した場合、非重複部１３ｂにより、第２部材２が第１部材１から剥離することが抑制される。
【0046】
上記より、第２部材２の引張せん断強度および剥離強度が高い。また、異種金属接合体１００には、接合補助部材といった別部材を使用していない。
したがって、本実施形態に係る異種金属接合体１００は、別部材を使用することなく、接続強度が高い異種金属接合体である。
したがって、本実施形態に係る異種金属接合体１００は、別部材を使用することなく、接続強度が高い異種金属接合体である。
【0047】
本実施形態に係る異種金属接合体１００は、建物、乗物など様々な用途に使用可能である。例えば、異種金属接合体１００を自動車および鉄道車両などの乗物に使用してもよい。
【0048】
第１部材１の材質および第２部材２の材質は特に限定されないが、例えば、第１部材１をアルミニウム合金とし、第２部材２を鋼材とした場合、第２部材２の鋼材により異種金属接合体１００の強度を高めつつ、第１部材１のアルミニウム合金により軽量化を図ることができる。アルミニウム合金と鋼材を直接溶接で接合した場合、これらの界面に金属間化合物が生成するため、接合強度が低くなるが、上記構成によると、高強度でありつつ軽量で、且つ、引張せん断強度および剥離強度が高い異種金属接合体１００を提供することができる。第１部材１がアルミニウム合金である場合、第３部材３は、アルミニウムを主成分とする純アルミニウムまたはアルミニウム合金であることが好ましい。これにより、第１部材１と第３部材３の第１凝固部Ｘが融合しやすい（図２参照）。
【0049】
また、本実施形態では、図１に示すように、第２部材２に、複数の貫通孔２ｈが、離れて形成されている。第３部材３が、離れて形成されている。第３部材３を形成するために貫通孔２ｈに溶融金属を流したとき、第２部材２に熱が加えられるが、本実施形態では、貫通孔２ｈ同士が離れているため、第２部材２への熱の影響（ひずみなど）を低減できる。
【0050】
〔第２実施形態〕
次に、本発明の第２実施形態について、図３を参照しつつ説明する。第２実施形態において第１実施形態と異なる点は、（１）第２部材２０２の貫通孔２０２ｈの形状、および、（２）第３部材２０３の形状である。なお、上述した第１実施形態と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を適宜省略する。
次に、本発明の第２実施形態について、図３を参照しつつ説明する。第２実施形態において第１実施形態と異なる点は、（１）第２部材２０２の貫通孔２０２ｈの形状、および、（２）第３部材２０３の形状である。なお、上述した第１実施形態と同一の構成については同一の符号を用い、その説明を適宜省略する。
【0051】
図３に、異種金属接合体２００の平面図を示している。図３に示すように、第２部材２０２に、貫通孔２０２ｈが形成されている。貫通孔２０２ｈは、一方向に長い長孔である。貫通孔２０２ｈは、第２部材２０２の長手方向に長くてもよい。貫通孔２０２ｈは、第２部材２０２の長手方向に交差する方向に長くてもよい。
【0052】
図３に、第３部材２０３の第２凝固部２０３Ｙを示している。図３に示す平面図は、第１部材２０１と第２部材２０２とが重なる方向について、異種金属接合体２００を第２部材２０２側から視た図である。第２凝固部２０３Ｙは、異種金属接合体２００の平面視において、貫通孔２０２ｈと重複した重複部２１３ａと、貫通孔２０２ｈと重複していない非重複部２１３ｂとを有する。非重複部２１３ｂは、第２部材２０２の第２反対面２０２Ｂの上に形成されている。
【0053】
異種金属接合体２００の平面視において、重複部２１３ａの奥に、図示しない第１凝固部２０３Ｘが存在する。第１凝固部２０３Ｘ（図示せず）は、貫通孔２０２ｈに存在する。第１凝固部２０３Ｘ（図示せず）と図３に示す第２凝固部２０３Ｙとは、連続している。
【0054】
第１凝固部２０３Ｘ（図示せず）は、貫通孔２０２ｈと同じ方向に長い。第２凝固部２０３Ｙの重複部２１３ａおよび非重複部２１３ｂは、貫通孔２０２ｈと同じ方向に長い。
【0055】
第１部材２０１の材質、第２部材２０２の材質および第３部材２０３の材質は、第１実施形態の第１部材１（図示せず）の材質、第２部材２０２の材質および第３部材２０３の材質と同様である。第１部材２０１の材質、第２部材２０２の材質および第３部材２０３の材質として、例えば、第１実施形態で例示した第１部材１、第２部材２および第３部材３の材質を採用してもよい。
【0056】
第２実施形態に係る異種金属接合体２００によると、第１実施形態に係る異種金属接合体１００と同様に、貫通孔２０２ｈに存在する図示しない第１凝固部２０３Ｘにより、第２部材２０２がせん断方向に移動することが抑制される。また、第２凝固部２０３Ｙの非重複部２１３ｂにより、第２部材２０２が第１部材２０１から剥離されることが抑制される。したがって、別部材を使用することなく、接続強度が高い異種金属接合体２００を提供することができる。
【0057】
また、貫通孔２０２ｈに存在する図示しない第１凝固部２０３Ｘが、一方向に長いため、第２部材２０２が、せん断方向に、より移動しにくい。また、第２凝固部２０３Ｙの非重複部２１３ｂが一方向に長いため、第２部材２が第１部材１から、より剥離しにくい。
上記より、引張せん断強度および剥離強度がより高い異種金属接合体２００を提供することができる。
上記より、引張せん断強度および剥離強度がより高い異種金属接合体２００を提供することができる。
【0058】
以上、本発明の実施形態について図面に基づいて説明したが、具体的な構成は、これらの実施形態に限定されるものでないと考えられるべきである。本発明の範囲は上記した説明ではなく特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味及び範囲内でのすべての変更が含まれる。
【0059】
例えば、上述の第１実施形態において、図１に示すように、異種金属接合体１００の平面視において、第２部材２に形成された貫通孔２ｈは、略円形状である。異種金属接合体１００の平面視において、貫通孔２ｈに存在する第１凝固部３Ｘと、第２凝固部３Ｙとは、略円形状である。
上述の第２実施形態において、図３に示すように、異種金属接合体２００の平面視において、第２部材２０２に形成された貫通孔２０２ｈは、一方向に長い長孔である。異種金属接合体１００の平面視において、貫通孔２０２ｈに存在する第１凝固部２０３Ｘ（図示せず）と、第２凝固部２０３Ｙとは、一方向に長い。
しかし、第２部材の貫通孔の形状、貫通孔に存在する第１凝固部の形状、および、第２凝固部の形状は、上記に限定されない。第２部材の貫通孔は、例えば、多角形状でもよく、曲がっていてもよい。
上述の第２実施形態において、図３に示すように、異種金属接合体２００の平面視において、第２部材２０２に形成された貫通孔２０２ｈは、一方向に長い長孔である。異種金属接合体１００の平面視において、貫通孔２０２ｈに存在する第１凝固部２０３Ｘ（図示せず）と、第２凝固部２０３Ｙとは、一方向に長い。
しかし、第２部材の貫通孔の形状、貫通孔に存在する第１凝固部の形状、および、第２凝固部の形状は、上記に限定されない。第２部材の貫通孔は、例えば、多角形状でもよく、曲がっていてもよい。
【0060】
また、上述の第１実施形態において、図１に示すように、第２凝固部３Ｙの非重複部１３ｂは、重複部１３ａを取り囲んでいる。上述の第２実施形態において、図３に示すように、第２凝固部２０３Ｙの非重複部２１３ｂは、重複部２１３ａを取り囲んでいる。しかし、第２凝固部の非重複部は、重複部を取り囲んでいなくてもよい。非重複部が、重複部の周囲に、部分的に形成されていてもよい。第２凝固部、重複部および非重複部の形状は、限定されない。
【0061】
また、上述の第１実施形態では、図２に示す異種金属接合体１００の断面視において、第２凝固部３Ｙの厚さが、中央付近から外側に向かって厚さが低くなっている。しかし、第２凝固部３Ｙの厚さは、全て同じでもよく、中央付近から外側に向かって厚くなってもよい。
【0062】
また、上述の第１実施形態において、図１に示すように、第１部材１は第２部材２よりやや大きい。第２実施形態において、図３に示すように、第１部材２０１は第２部材２０２よりやや大きい。しかし、第１部材と第２部材の大きさの大小は限定されない。例えば、第１部材が第２部材より小さくてもよい。第１部材と第２部材とが同じ大きさでもよい。第１部材と第２部材の形状、大きさ、厚さなどは変更可能である。
【0063】
また、上述の第１実施形態および第２実施形態において、異種金属接合体に別の部材が重ね合わされていてもよい。例えば、図２に示す第１部材１の第１反対面１Ｂに、他の部材が重ね合わされていてもよい。
【符号の説明】
【0064】
１、２０１ 第１部材
１Ａ 第１対向面
１Ｂ 第１反対面
２、２０２ 第２部材
２ｈ、２０２ｈ 貫通孔
２Ａ 第２対向面（対向面）
２Ｂ、２０２Ｂ 第２反対面（反対面）
３ 第３部材
３Ｘ 第１凝固部
３Ｙ、２０３Ｙ 第２凝固部
１３ａ、２１３ａ 重複部
１３ｂ、２１３ｂ 非重複部
１００、２００ 異種金属接合体
１Ａ 第１対向面
１Ｂ 第１反対面
２、２０２ 第２部材
２ｈ、２０２ｈ 貫通孔
２Ａ 第２対向面（対向面）
２Ｂ、２０２Ｂ 第２反対面（反対面）
３ 第３部材
３Ｘ 第１凝固部
３Ｙ、２０３Ｙ 第２凝固部
１３ａ、２１３ａ 重複部
１３ｂ、２１３ｂ 非重複部
１００、２００ 異種金属接合体
【図1】
【図2】
【図3】