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(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】P2024145996
(43)【公開日】2024-10-15
(54)【発明の名称】異種金属材の接合方法及び異種金属接合構造体
(51)【国際特許分類】
B23K 9/23 20060101AFI20241004BHJP
B23K 9/007 20060101ALI20241004BHJP
【ＦＩ】
B23K9/23 H
B23K9/007
B23K9/23 J
B23K9/23 Z
【審査請求】未請求
【請求項の数】9
【出願形態】ＯＬ
(21)【出願番号】P 2023058650
(22)【出願日】2023-03-31
(71)【出願人】
【識別番号】000001199
【氏名又は名称】株式会社神戸製鋼所
(74)【代理人】
【識別番号】110002000
【氏名又は名称】弁理士法人栄光事務所
(72)【発明者】
【氏名】下田 陽一朗
【テーマコード（参考）】
4E001
【Ｆターム（参考）】
4E001AA03
4E001BB09
4E001CA02
4E001CB01
4E001DD02
4E001DD04
4E001EA01
4E001EA03
4E001EA04
4E001EA08
(57)【要約】
【課題】異種材同士を容易に高品質で接合することができ、特に、一方が融点の低い材料からなる部材であっても損傷することなく接合することができる、異種金属材の接合方法を提供する。
【解決手段】異種金属材の接合方法は、鋼板（第１部材）１の上に、第１の貫通穴２ａを有するＣＦＲＰ板（第２部材）２を配置する母材配置工程と、第２の貫通穴３ａを有する接合補助部材３を第１の貫通穴２ａに挿入する接合補助部材配置工程と、アーク溶接により第２の貫通穴３ａに溶接金属８を形成し、接合補助部材３と鋼板１とを接合する接合工程と、を有する。接合補助部材配置工程において、ＣＦＲＰ板２と接合補助部材３のフランジ部４とが点又は線で接触する第１部分接触領域６と、第１の貫通穴２ａの内側面と軸部５とが点又は線で接触する第２部分接触領域７とを形成し、その他の領域において、接合補助部材３をＣＦＲＰ板２に接触させない。
【選択図】図１Ｃ
【解決手段】異種金属材の接合方法は、鋼板（第１部材）１の上に、第１の貫通穴２ａを有するＣＦＲＰ板（第２部材）２を配置する母材配置工程と、第２の貫通穴３ａを有する接合補助部材３を第１の貫通穴２ａに挿入する接合補助部材配置工程と、アーク溶接により第２の貫通穴３ａに溶接金属８を形成し、接合補助部材３と鋼板１とを接合する接合工程と、を有する。接合補助部材配置工程において、ＣＦＲＰ板２と接合補助部材３のフランジ部４とが点又は線で接触する第１部分接触領域６と、第１の貫通穴２ａの内側面と軸部５とが点又は線で接触する第２部分接触領域７とを形成し、その他の領域において、接合補助部材３をＣＦＲＰ板２に接触させない。
【選択図】図１Ｃ
【特許請求の範囲】
【請求項1】
第１部材の上に、前記第１部材と異なる材質からなり、板厚方向に貫通する第１の貫通穴を有する板状の第２部材を配置する母材配置工程と、
第２の貫通穴を有し、前記第１部材と等しい主成分を有する接合補助部材を前記第１の貫通穴に挿入する接合補助部材配置工程と、
アーク溶接により、前記第２の貫通穴を介して前記第１部材の少なくとも一部及び前記接合補助部材の少なくとも一部を溶融させるとともに、前記第１部材と等しい主成分を有する溶接金属を形成する接合工程と、を有する異種金属材の接合方法であって、
前記接合補助部材は、前記第２部材における前記第１部材との接触面と反対側の面上に配置されるフランジ部と、前記第１の貫通穴内に挿入される軸部と、を備え、
前記接合補助部材配置工程において、前記第２部材と前記フランジ部とが点又は線で接触する第１部分接触領域と、前記第１の貫通穴の内周面と前記軸部とが点又は線で接触する第２部分接触領域と、を形成し、前記第１部分接触領域及び前記第２部分接触領域を除く領域において、前記接合補助部材を前記第２部材に接触させないことを特徴とする、異種金属材の接合方法。
第２の貫通穴を有し、前記第１部材と等しい主成分を有する接合補助部材を前記第１の貫通穴に挿入する接合補助部材配置工程と、
アーク溶接により、前記第２の貫通穴を介して前記第１部材の少なくとも一部及び前記接合補助部材の少なくとも一部を溶融させるとともに、前記第１部材と等しい主成分を有する溶接金属を形成する接合工程と、を有する異種金属材の接合方法であって、
前記接合補助部材は、前記第２部材における前記第１部材との接触面と反対側の面上に配置されるフランジ部と、前記第１の貫通穴内に挿入される軸部と、を備え、
前記接合補助部材配置工程において、前記第２部材と前記フランジ部とが点又は線で接触する第１部分接触領域と、前記第１の貫通穴の内周面と前記軸部とが点又は線で接触する第２部分接触領域と、を形成し、前記第１部分接触領域及び前記第２部分接触領域を除く領域において、前記接合補助部材を前記第２部材に接触させないことを特徴とする、異種金属材の接合方法。
【請求項2】
第１部材の上に、前記第１部材と異なる材質からなり、板厚方向に貫通する第１の貫通穴を有する板状の第２部材を配置する母材配置工程と、
第２の貫通穴を有し、前記第１部材と等しい主成分を有する接合補助部材を前記第１の貫通穴に挿入する接合補助部材配置工程と、
アーク溶接により、前記第２の貫通穴を介して前記第１部材の少なくとも一部及び前記接合補助部材の少なくとも一部を溶融させるとともに、前記第１部材と等しい主成分を有する溶接金属を形成する接合工程と、を有する異種金属材の接合方法であって、
前記接合補助部材は、前記第２部材における前記第１部材との接触面と反対側の面上に配置されるフランジ部と、前記第１の貫通穴内に挿入される軸部と、を備え、
前記接合補助部材配置工程において、前記第２部材と前記フランジ部とが点又は線で接触する第１部分接触領域を形成し、前記第１部分接触領域を除く領域において、前記接合補助部材を前記第２部材に接触させないことを特徴とする、異種金属材の接合方法。
第２の貫通穴を有し、前記第１部材と等しい主成分を有する接合補助部材を前記第１の貫通穴に挿入する接合補助部材配置工程と、
アーク溶接により、前記第２の貫通穴を介して前記第１部材の少なくとも一部及び前記接合補助部材の少なくとも一部を溶融させるとともに、前記第１部材と等しい主成分を有する溶接金属を形成する接合工程と、を有する異種金属材の接合方法であって、
前記接合補助部材は、前記第２部材における前記第１部材との接触面と反対側の面上に配置されるフランジ部と、前記第１の貫通穴内に挿入される軸部と、を備え、
前記接合補助部材配置工程において、前記第２部材と前記フランジ部とが点又は線で接触する第１部分接触領域を形成し、前記第１部分接触領域を除く領域において、前記接合補助部材を前記第２部材に接触させないことを特徴とする、異種金属材の接合方法。
【請求項3】
前記第２部材を構成する材料の融点は、前記第１部材を構成する材料の融点よりも低いことを特徴とする、請求項１又は２に記載の異種金属材の接合方法。
【請求項4】
前記第２部材は、樹脂からなることを特徴とする、請求項１又は２に記載の異種金属材の接合方法。
【請求項5】
前記接合補助部材の熱伝導率は、前記第１部材の熱伝導率よりも低いことを特徴とする、請求項１又は２に記載の異種金属材の接合方法。
【請求項6】
前記接合補助部材における前記軸部の外径は、前記フランジ部側の端部から他方の端部に向かって小さくなるテーパ形状を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の異種金属材の接合方法。
【請求項7】
前記接合補助部材における前記第２の貫通穴の内径は、前記フランジ部側の端部から他方の端部に向かって小さくなるテーパ形状を有することを特徴とする、請求項１又は２に記載の異種金属材の接合方法。
【請求項8】
第１部材と、
前記第１部材の上に重ねて配置され、前記第１部材と異なる材質からなり、第１の貫通穴を有する第２部材と、
軸部とフランジ部とを有するとともに前記軸部の軸方向に平行な第２の貫通穴を有し、前記軸部が前記第１の貫通穴に挿入された接合補助部材と、
前記第２の貫通穴の内部に形成され、前記第１部材の少なくとも一部及び前記接合補助部材の少なくとも一部が溶融した溶融部を含む溶接金属と、を有し、
前記接合補助部材及び前記溶接金属は、それぞれ前記第１部材と等しい主成分を有し、前記接合補助部材及び前記溶接金属によって前記第１部材と前記第２部材とが接合された異種金属接合構造体であって、
前記第２部材と前記フランジ部とが点又は線で接触する第１部分接触領域と、前記第１の貫通穴の内周面と前記軸部とが点又は線で接触する第２部分接触領域と、が形成されており、前記第１部分接触領域及び前記第２部分接触領域を除く領域において前記接合補助部材と前記第２部材とが接触していないことを特徴とする、異種金属接合構造体。
前記第１部材の上に重ねて配置され、前記第１部材と異なる材質からなり、第１の貫通穴を有する第２部材と、
軸部とフランジ部とを有するとともに前記軸部の軸方向に平行な第２の貫通穴を有し、前記軸部が前記第１の貫通穴に挿入された接合補助部材と、
前記第２の貫通穴の内部に形成され、前記第１部材の少なくとも一部及び前記接合補助部材の少なくとも一部が溶融した溶融部を含む溶接金属と、を有し、
前記接合補助部材及び前記溶接金属は、それぞれ前記第１部材と等しい主成分を有し、前記接合補助部材及び前記溶接金属によって前記第１部材と前記第２部材とが接合された異種金属接合構造体であって、
前記第２部材と前記フランジ部とが点又は線で接触する第１部分接触領域と、前記第１の貫通穴の内周面と前記軸部とが点又は線で接触する第２部分接触領域と、が形成されており、前記第１部分接触領域及び前記第２部分接触領域を除く領域において前記接合補助部材と前記第２部材とが接触していないことを特徴とする、異種金属接合構造体。
【請求項9】
第１部材と、
前記第１部材の上に重ねて配置され、前記第１部材と異なる材質からなり、第１の貫通穴を有する第２部材と、
軸部とフランジ部とを有するとともに前記軸部の軸方向に平行な第２の貫通穴を有し、前記軸部が前記第１の貫通穴に挿入された接合補助部材と、
前記第２の貫通穴の内部に形成され、前記第１部材の少なくとも一部及び前記接合補助部材の少なくとも一部が溶融した溶融部を含む溶接金属と、を有し、
前記接合補助部材及び前記溶接金属は、それぞれ前記第１部材と等しい主成分を有し、前記接合補助部材及び前記溶接金属によって前記第１部材と前記第２部材とが接合された異種金属接合構造体であって、
前記第２部材と前記フランジ部とが点又は線で接触する第１部分接触領域が形成されており、前記第１部分接触領域を除く領域において前記接合補助部材と前記第２部材とが接触していないことを特徴とする、異種金属接合構造体。
前記第１部材の上に重ねて配置され、前記第１部材と異なる材質からなり、第１の貫通穴を有する第２部材と、
軸部とフランジ部とを有するとともに前記軸部の軸方向に平行な第２の貫通穴を有し、前記軸部が前記第１の貫通穴に挿入された接合補助部材と、
前記第２の貫通穴の内部に形成され、前記第１部材の少なくとも一部及び前記接合補助部材の少なくとも一部が溶融した溶融部を含む溶接金属と、を有し、
前記接合補助部材及び前記溶接金属は、それぞれ前記第１部材と等しい主成分を有し、前記接合補助部材及び前記溶接金属によって前記第１部材と前記第２部材とが接合された異種金属接合構造体であって、
前記第２部材と前記フランジ部とが点又は線で接触する第１部分接触領域が形成されており、前記第１部分接触領域を除く領域において前記接合補助部材と前記第２部材とが接触していないことを特徴とする、異種金属接合構造体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、互いに異なる材料からなる板材を高強度で接合することができる異種金属材の接合方法、及び上記接合方法により接合された異種金属接合構造体に関する。
【背景技術】
【0002】
自動車を代表とする輸送機器には、（１）有限資源である石油燃料消費、（２）燃焼に伴って発生する地球温暖化ガスであるＣＯ２、（３）走行コストといった各種の抑制を目的として、走行燃費の向上が常に求められている。その手段としては、電気駆動の利用など動力系技術の改善の他に、車体重量の軽量化も改善策の一つである。軽量化には現在の主要材料となっている鋼を、軽量素材であるアルミニウム又はアルミニウム合金、マグネシウム又はマグネシウム合金、炭素繊維、樹脂、炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ：Ｃａｒｂｏｎ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）等に置換する手段がある。しかし、全てをこれら軽量素材に置換するには、高コスト化や強度不足になる、といった課題があり、解決策として鋼と軽量素材を適材適所に組み合わせた、いわゆるマルチマテリアルと呼ばれる設計手法が注目を浴びている。
【0003】
ところで、特許文献１には、例えば鋼材と、鋼材と溶接困難な非鉄金属材とが接合された接合構造が開示されている。上記接合構造は、突起部を有し第１の同種系金属材である第１の材料と、突起部を有し第２の同種系金属材である第３の材料とが、突起部同士が対向するように配置されており、これらの間に貫通部を有する異種材の第２の材料が挟まれ、突起部同士が溶融接合されたものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【特許文献1】特許第６８１１３８０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
しかしながら、上記特許文献１に記載の接合構造を形成するためには、下板となる第３の材料に突起を形成する必要があり、製造工程が増加するとともに、下板の形状が制限される。また、上記特許文献１には、突起を形成しない構造も記載されているが、この方法を使用する場合に、第１の材料、第２の材料及び第３の材料の厚さ等も制限される。さらに、異種材の第２の材料として樹脂等の低融点材料を選択した場合に、溶接時の熱によって第２の材料が損傷するという問題が発生する。このような問題は、従来のリベットを使用した溶接方法によっても発生する。したがって、鋼材等の高強度の部材と、樹脂等の低融点材料からなる部材とを、損傷を発生させることなく接合する方法については、未だ確立されていない。
【0006】
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたものであって、異種材同士を容易に高品質で接合することができ、特に、一方が融点の低い材料からなる部材であっても損傷することなく接合することができる、異種金属材の接合方法、及び上記接合方法により接合された異種金属材の接合構造体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】
【0007】
本発明の上記目的は、異種金属材の接合方法に係る下記［１］又は［２］の構成により達成される。
【0008】
［１］ 第１部材の上に、前記第１部材と異なる材質からなり、板厚方向に貫通する第１の貫通穴を有する板状の第２部材を配置する母材配置工程と、
第２の貫通穴を有し、前記第１部材と等しい主成分を有する接合補助部材を前記第１の貫通穴に挿入する接合補助部材配置工程と、
アーク溶接により、前記第２の貫通穴を介して前記第１部材の少なくとも一部及び前記接合補助部材の少なくとも一部を溶融させるとともに、前記第１部材と等しい主成分を有する溶接金属を形成する接合工程と、を有する異種金属材の接合方法であって、
前記接合補助部材は、前記第２部材における前記第１部材との接触面と反対側の面上に配置されるフランジ部と、前記第１の貫通穴内に挿入される軸部と、を備え、
前記接合補助部材配置工程において、前記第２部材と前記フランジ部とが点又は線で接触する第１部分接触領域と、前記第１の貫通穴の内周面と前記軸部とが点又は線で接触する第２部分接触領域と、を形成し、前記第１部分接触領域及び前記第２部分接触領域を除く領域において、前記接合補助部材を前記第２部材に接触させないことを特徴とする、異種金属材の接合方法。
第２の貫通穴を有し、前記第１部材と等しい主成分を有する接合補助部材を前記第１の貫通穴に挿入する接合補助部材配置工程と、
アーク溶接により、前記第２の貫通穴を介して前記第１部材の少なくとも一部及び前記接合補助部材の少なくとも一部を溶融させるとともに、前記第１部材と等しい主成分を有する溶接金属を形成する接合工程と、を有する異種金属材の接合方法であって、
前記接合補助部材は、前記第２部材における前記第１部材との接触面と反対側の面上に配置されるフランジ部と、前記第１の貫通穴内に挿入される軸部と、を備え、
前記接合補助部材配置工程において、前記第２部材と前記フランジ部とが点又は線で接触する第１部分接触領域と、前記第１の貫通穴の内周面と前記軸部とが点又は線で接触する第２部分接触領域と、を形成し、前記第１部分接触領域及び前記第２部分接触領域を除く領域において、前記接合補助部材を前記第２部材に接触させないことを特徴とする、異種金属材の接合方法。
【0009】
［２］ 第１部材の上に、前記第１部材と異なる材質からなり、板厚方向に貫通する第１の貫通穴を有する板状の第２部材を配置する母材配置工程と、
第２の貫通穴を有し、前記第１部材と等しい主成分を有する接合補助部材を前記第１の貫通穴に挿入する接合補助部材配置工程と、
アーク溶接により、前記第２の貫通穴を介して前記第１部材の少なくとも一部及び前記接合補助部材の少なくとも一部を溶融させるとともに、前記第１部材と等しい主成分を有する溶接金属を形成する接合工程と、を有する異種金属材の接合方法であって、
前記接合補助部材は、前記第２部材における前記第１部材との接触面と反対側の面上に配置されるフランジ部と、前記第１の貫通穴内に挿入される軸部と、を備え、
前記接合補助部材配置工程において、前記第２部材と前記フランジ部とが点又は線で接触する第１部分接触領域を形成し、前記第１部分接触領域を除く領域において、前記接合補助部材を前記第２部材に接触させないことを特徴とする、異種金属材の接合方法。
第２の貫通穴を有し、前記第１部材と等しい主成分を有する接合補助部材を前記第１の貫通穴に挿入する接合補助部材配置工程と、
アーク溶接により、前記第２の貫通穴を介して前記第１部材の少なくとも一部及び前記接合補助部材の少なくとも一部を溶融させるとともに、前記第１部材と等しい主成分を有する溶接金属を形成する接合工程と、を有する異種金属材の接合方法であって、
前記接合補助部材は、前記第２部材における前記第１部材との接触面と反対側の面上に配置されるフランジ部と、前記第１の貫通穴内に挿入される軸部と、を備え、
前記接合補助部材配置工程において、前記第２部材と前記フランジ部とが点又は線で接触する第１部分接触領域を形成し、前記第１部分接触領域を除く領域において、前記接合補助部材を前記第２部材に接触させないことを特徴とする、異種金属材の接合方法。
【0010】
また、異種金属材の接合方法に係る本発明の好ましい実施形態は、以下の［３］～［７］に関する。
【0011】
［３］ 前記第２部材を構成する材料の融点は、前記第１部材を構成する材料の融点よりも低いことを特徴とする、［１］又は［２］に記載の異種金属材の接合方法。
【0012】
［４］ 前記第２部材は、樹脂からなることを特徴とする、［１］～［３］のいずれか１つに記載の異種金属材の接合方法。
【0013】
［５］ 前記接合補助部材の熱伝導率は、前記第１部材の熱伝導率よりも低いことを特徴とする、［１］～［４］のいずれか１つに記載の異種金属材の接合方法。
【0014】
［６］ 前記接合補助部材における前記軸部の外径は、前記フランジ部側の端部から他方の端部に向かって小さくなるテーパ形状を有することを特徴とする、［１］～［５］のいずれか１つに記載の異種金属材の接合方法。
【0015】
［７］ 前記接合補助部材における前記第２の貫通穴の内径は、前記フランジ部側の端部から他方の端部に向かって小さくなるテーパ形状を有することを特徴とする、［１］～［６］のいずれか１つに記載の異種金属材の接合方法。
【0016】
本発明の上記目的は、異種金属接合構造体に係る下記［８］又は［９］の構成により達成される。
【0017】
［８］ 第１部材と、
前記第１部材の厚さ方向に直交する面上に配置され、前記第１部材と異なる材質からなり、第１の貫通穴を有する第２部材と、
軸部とフランジ部とを有するとともに前記軸部の軸方向に平行な第２の貫通穴を有し、前記軸部が前記第１の貫通穴に挿入された接合補助部材と、
前記第２の貫通穴の内部に形成され、前記第１部材の少なくとも一部及び前記接合補助部材の少なくとも一部が溶融した溶融部を含む溶接金属と、を有し、
前記接合補助部材及び前記溶接金属は、それぞれ前記第１部材と等しい主成分を有し、前記接合補助部材及び前記溶接金属によって前記第１部材と前記第２部材とが接合された異種金属接合構造体であって、
前記第２部材と前記フランジ部とが点又は線で接触する第１部分接触領域と、前記第１の貫通穴の内周面と前記軸部とが点又は線で接触する第２部分接触領域と、が形成されており、前記第１部分接触領域及び前記第２部分接触領域を除く領域において前記接合補助部材と前記第２部材とが接触していないことを特徴とする、異種金属接合構造体。
前記第１部材の厚さ方向に直交する面上に配置され、前記第１部材と異なる材質からなり、第１の貫通穴を有する第２部材と、
軸部とフランジ部とを有するとともに前記軸部の軸方向に平行な第２の貫通穴を有し、前記軸部が前記第１の貫通穴に挿入された接合補助部材と、
前記第２の貫通穴の内部に形成され、前記第１部材の少なくとも一部及び前記接合補助部材の少なくとも一部が溶融した溶融部を含む溶接金属と、を有し、
前記接合補助部材及び前記溶接金属は、それぞれ前記第１部材と等しい主成分を有し、前記接合補助部材及び前記溶接金属によって前記第１部材と前記第２部材とが接合された異種金属接合構造体であって、
前記第２部材と前記フランジ部とが点又は線で接触する第１部分接触領域と、前記第１の貫通穴の内周面と前記軸部とが点又は線で接触する第２部分接触領域と、が形成されており、前記第１部分接触領域及び前記第２部分接触領域を除く領域において前記接合補助部材と前記第２部材とが接触していないことを特徴とする、異種金属接合構造体。
【0018】
［９］ 第１部材と、
前記第１部材の上に重ねて配置され、前記第１部材と異なる材質からなり、第１の貫通穴を有する第２部材と、
軸部とフランジ部とを有するとともに前記軸部の軸方向に平行な第２の貫通穴を有し、前記軸部が前記第１の貫通穴に挿入された接合補助部材と、
前記第２の貫通穴の内部に形成され、前記第１部材の少なくとも一部及び前記接合補助部材の少なくとも一部が溶融した溶融部を含む溶接金属と、を有し、
前記接合補助部材及び前記溶接金属は、それぞれ前記第１部材と等しい主成分を有し、前記接合補助部材及び前記溶接金属によって前記第１部材と前記第２部材とが接合された異種金属接合構造体であって、
前記第２部材と前記フランジ部とが点又は線で接触する第１部分接触領域が形成されており、前記第１部分接触領域を除く領域において前記接合補助部材と前記第２部材とが接触していないことを特徴とする、異種金属接合構造体。
前記第１部材の上に重ねて配置され、前記第１部材と異なる材質からなり、第１の貫通穴を有する第２部材と、
軸部とフランジ部とを有するとともに前記軸部の軸方向に平行な第２の貫通穴を有し、前記軸部が前記第１の貫通穴に挿入された接合補助部材と、
前記第２の貫通穴の内部に形成され、前記第１部材の少なくとも一部及び前記接合補助部材の少なくとも一部が溶融した溶融部を含む溶接金属と、を有し、
前記接合補助部材及び前記溶接金属は、それぞれ前記第１部材と等しい主成分を有し、前記接合補助部材及び前記溶接金属によって前記第１部材と前記第２部材とが接合された異種金属接合構造体であって、
前記第２部材と前記フランジ部とが点又は線で接触する第１部分接触領域が形成されており、前記第１部分接触領域を除く領域において前記接合補助部材と前記第２部材とが接触していないことを特徴とする、異種金属接合構造体。
【発明の効果】
【0019】
本発明によれば異種材同士を容易に高品質で接合することができ、特に、一方が融点の低い材料からなる部材であっても損傷することなく接合することができる、異種金属材の接合方法、及び上記接合方法により接合された異種金属材の接合構造体を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【0020】
【発明を実施するための形態】
【0021】
本願発明者は、異種金属材の接合において、特に一方が低融点の部材である場合に、低融点の部材が損傷する原因について、種々検討を行った。まず、一般的なリベットを使用した方法により、鋼製の下板の上に樹脂からなる上板を配置し、上板に形成された穴に鋼製の接合補助部材を挿入して、この接合補助部材と下板とを、アーク溶接により接合した。
その結果、本願発明者は、アーク溶接時のアーク熱が接合補助部材を介して上板に熱伝導することから、低融点の上板が損傷し、接合不良を引き起こすことを見出した。すなわち、接合補助部材と上板との接合面積を可能な限り低減し、アーク熱を上板に伝導させないように接合補助部材を配置した状態で溶接を実施することにより、上板の損傷を防止し、高品質で接合することができる。
本発明は、これら知見に基づいてなされたものである。
その結果、本願発明者は、アーク溶接時のアーク熱が接合補助部材を介して上板に熱伝導することから、低融点の上板が損傷し、接合不良を引き起こすことを見出した。すなわち、接合補助部材と上板との接合面積を可能な限り低減し、アーク熱を上板に伝導させないように接合補助部材を配置した状態で溶接を実施することにより、上板の損傷を防止し、高品質で接合することができる。
本発明は、これら知見に基づいてなされたものである。
【0022】
以下、本発明を実施するための形態（以下、「本実施形態」という。）について、図面を参照して詳細に説明する。なお、本発明は、以下で説明する実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、任意に変更して実施することができる。
【0023】
［異種金属材の接合方法］
（第１実施形態）
図１Ａ～図１Ｃは、本発明の第１実施形態に係る異種金属材の接合方法を工程順に示す断面図である。なお、以下に示す実施形態は、鋼板（第１部材）１と、ＣＦＲＰ板（第２部材）２とをエレメントアークスポット溶接により接合する方法である。
（第１実施形態）
図１Ａ～図１Ｃは、本発明の第１実施形態に係る異種金属材の接合方法を工程順に示す断面図である。なお、以下に示す実施形態は、鋼板（第１部材）１と、ＣＦＲＰ板（第２部材）２とをエレメントアークスポット溶接により接合する方法である。
【0024】
＜母材配置工程＞
図１Ａに示すように、ＣＦＲＰ板２の鋼板１との接合予定位置に、この板厚方向に貫通する第１の貫通穴２ａを形成する。次に、鋼板１の板厚方向に直交する面上に、ＣＦＲＰ板２を配置する。
図１Ａに示すように、ＣＦＲＰ板２の鋼板１との接合予定位置に、この板厚方向に貫通する第１の貫通穴２ａを形成する。次に、鋼板１の板厚方向に直交する面上に、ＣＦＲＰ板２を配置する。
【0025】
＜接合補助部材配置工程＞
その後、図１Ｂに示すように、鋼製の接合補助部材３を第１の貫通穴２ａに挿入する。接合補助部材３は、円板形状のフランジ部４と、この円板形状の中心軸と同一軸方向に軸を有する軸部５とを有する。また、接合補助部材３には、軸部５と同一軸方向に貫通する第２の貫通穴３ａが形成されている。なお、接合補助部材３を第１の貫通穴２ａに挿入するということは、接合補助部材３の軸部５を第１の貫通穴２ａに挿入することを示し、このとき、フランジ部４は、ＣＦＲＰ板２における鋼板１との接触面と反対側の面、すなわち上面２ｂの上に配置される。
その後、図１Ｂに示すように、鋼製の接合補助部材３を第１の貫通穴２ａに挿入する。接合補助部材３は、円板形状のフランジ部４と、この円板形状の中心軸と同一軸方向に軸を有する軸部５とを有する。また、接合補助部材３には、軸部５と同一軸方向に貫通する第２の貫通穴３ａが形成されている。なお、接合補助部材３を第１の貫通穴２ａに挿入するということは、接合補助部材３の軸部５を第１の貫通穴２ａに挿入することを示し、このとき、フランジ部４は、ＣＦＲＰ板２における鋼板１との接触面と反対側の面、すなわち上面２ｂの上に配置される。
【0026】
本実施形態において、接合補助部材３のフランジ部４は、その径方向の端部に近づくにつれて軸部５側に傾斜している。また、軸部５の外径Ｄｏは、フランジ部４側から他方の端部に向かって小さくなるように形成されており、テーパ形状を構成している。同様に、接合補助部材３における第２の貫通穴３ａの内径Ｄｉも、フランジ部４側の端部から他方の端部に向かって小さくなるように形成されており、テーパ形状を構成している。
【0027】
したがって、本実施形態において、接合補助部材３を第１の貫通穴２ａに挿入した場合に、ＣＦＲＰ板２の上面２ｂとフランジ部４の外径側端部とが、フランジ部４の周方向に沿って線接触し、第１部分接触領域６が形成されている。また、第１の貫通穴２ａの内周面におけるＣＦＲＰ板２の上面２ｂ側の端部と、接合補助部材３の軸部５とが、軸部５の周方向に沿って線接触し、第２部分接触領域７が形成されている。このように、接合補助部材配置工程においては、第１部分接触領域６と第２部分接触領域７とを除く部分においては、接合補助部材３をＣＦＲＰ板２に接触させず、空隙部９が形成されるように配置する。
【0028】
＜接合工程＞
その後、図１Ｃに示すように、アーク溶接により、第２の貫通穴３ａを介して鋼板１の少なくとも一部と、接合補助部材３の少なくとも一部とを溶融させるとともに、不図示の溶接用ワイヤを溶融させて溶接金属８を形成する。なお、溶接金属８によって、接合補助部材３と鋼板１とを接合するため、接合補助部材３及び溶接用ワイヤは、鋼板１に接合可能な材料、すなわち鋼板１と等しい主成分を有するものとする。
その後、図１Ｃに示すように、アーク溶接により、第２の貫通穴３ａを介して鋼板１の少なくとも一部と、接合補助部材３の少なくとも一部とを溶融させるとともに、不図示の溶接用ワイヤを溶融させて溶接金属８を形成する。なお、溶接金属８によって、接合補助部材３と鋼板１とを接合するため、接合補助部材３及び溶接用ワイヤは、鋼板１に接合可能な材料、すなわち鋼板１と等しい主成分を有するものとする。
【0029】
本実施形態に係る接合方法によると、接合補助部材３、鋼板１及び溶接金属８が全て等しい主成分を有するものであるため、これらが溶接により強固に固定される。また、ＣＦＲＰ板２は、接合補助部材３のフランジ部４により物理的に鋼板１に固定される。したがって、鋼板１とＣＦＲＰ板２とが接合された異種金属接合構造体１０を得ることができる。
【0030】
また、本実施形態においては、接合補助部材３とＣＦＲＰ板２とが、第１部分接触領域６及び第２部分接触領域７のみで接触しており、接触領域が極めて小さいため、溶接時の熱伝導によるＣＦＲＰ板２の損傷を抑制することができる。さらに、接合補助部材３における第２の貫通穴３ａの内径部がテーパ形状に形成されているため、少量の溶接金属のみで接合補助部材３と鋼板１とを接合することができる。したがって、溶接時の熱量をより一層小さくすることができ、ＣＦＲＰ板２の損傷をより一層抑制することができる。その結果、異種材同士を容易に高品質で接合することができる。
【0031】
（第２実施形態）
図２を参照して、本発明の第２実施形態に係る異種金属材の接合方法を以下に説明する。なお、第２実施形態において、接合補助部材３とＣＦＲＰ板２との接触領域が第１実施形態と異なるため、上記図１Ｂに代わる図として図２を示し、その他の工程を示す図面は省略する。
図２を参照して、本発明の第２実施形態に係る異種金属材の接合方法を以下に説明する。なお、第２実施形態において、接合補助部材３とＣＦＲＰ板２との接触領域が第１実施形態と異なるため、上記図１Ｂに代わる図として図２を示し、その他の工程を示す図面は省略する。
【0032】
＜母材配置工程＞
第１実施形態と同様に、鋼板１の板厚方向に直交する面上に、第１の貫通穴２ａを有するＣＦＲＰ板２を配置する。図２に示すように、第２実施形態において、ＣＦＲＰ板２の上面２ｂには、第１の貫通穴２ａよりも径方向外側に、接合補助部材３の位置決めをする輪環状の溝２２を設けている。
第１実施形態と同様に、鋼板１の板厚方向に直交する面上に、第１の貫通穴２ａを有するＣＦＲＰ板２を配置する。図２に示すように、第２実施形態において、ＣＦＲＰ板２の上面２ｂには、第１の貫通穴２ａよりも径方向外側に、接合補助部材３の位置決めをする輪環状の溝２２を設けている。
【0033】
＜接合補助部材配置工程＞
次に、鋼製の接合補助部材３を第１の貫通穴２ａに挿入する。第１実施形態と同様に、接合補助部材３は、円板形状のフランジ部４と軸部５とを有し、第２の貫通穴３ａが形成されている。接合補助部材３のフランジ部４は、その径方向の端部に近づくにつれて軸部５側に傾斜している。ただし、軸部５の外径及び第２の貫通穴３ａの内径は、フランジ部４側から他方の端部に向かって、同一のサイズとなるように形成されている。
次に、鋼製の接合補助部材３を第１の貫通穴２ａに挿入する。第１実施形態と同様に、接合補助部材３は、円板形状のフランジ部４と軸部５とを有し、第２の貫通穴３ａが形成されている。接合補助部材３のフランジ部４は、その径方向の端部に近づくにつれて軸部５側に傾斜している。ただし、軸部５の外径及び第２の貫通穴３ａの内径は、フランジ部４側から他方の端部に向かって、同一のサイズとなるように形成されている。
【0034】
第２実施形態においては、接合補助部材３を第１の貫通穴２ａに挿入した場合に、フランジ部４の下面における外径側端部がＣＦＲＰ板２の溝２２に嵌り、接合補助部材３が位置決めされる。このとき、接合補助部材３のフランジ部４とＣＦＲＰ板２とは、溝２２が形成されている領域において周方向に線接触し、第１部分接触領域２６ａ、２６ｂが形成されるが、接合補助部材３の軸部５とＣＦＲＰ板２とは接触させず、空隙部９が形成される。
【0035】
＜接合工程＞
その後、アーク溶接により、第２の貫通穴３ａを介して鋼板１の少なくとも一部と、接合補助部材３の少なくとも一部とを溶融させるとともに、不図示の溶接用ワイヤを溶融させて、図１Ｃと同様に溶接金属８を形成する。
その後、アーク溶接により、第２の貫通穴３ａを介して鋼板１の少なくとも一部と、接合補助部材３の少なくとも一部とを溶融させるとともに、不図示の溶接用ワイヤを溶融させて、図１Ｃと同様に溶接金属８を形成する。
【0036】
第２実施形態に係る接合方法においても、鋼板１とＣＦＲＰ板２とが接合された異種金属接合構造体を得ることができる。また、本実施形態においては、接合補助部材３とＣＦＲＰ板２とが、第１部分接触領域２６ａ、２６ｂのみで接触しており、接触領域が極めて小さいとともに、高い溶接熱を与えられる領域から第１部分接触領域２６ａ、２６ｂが離隔しているため、溶接時の熱伝導によるＣＦＲＰ板２の損傷をより一層抑制することができる。その結果、異種材同士を容易に高品質で接合することができる。
【0037】
なお、接合補助部材３を位置決めする方法としては、ＣＦＲＰ板２に溝２２を形成する方法に限定されず、他の部材や装置を使用する等、種々の方法を利用することができる。また、第２実施形態においては、２つの第１部分接触領域２６ａ、２６ｂが形成されているが、フランジ部４とＣＦＲＰ板２とが接触する第１部分接触領域は、１つでも３以上でもよく、両者が点又は線で接触していればよい。さらに、本実施形態において、接合補助部材３の軸部５の形状は、フランジ部４側から他方の端部に向かって、同一のサイズとなるように形成されている必要はなく、第１実施形態と同様に、テーパ形状であってもよい。
【0038】
上記第１及び第２実施形態においては、第１部材として鋼板１、第２部材としてＣＦＲＰ板２を使用するとともに、鋼製の接合補助部材３を使用した例を示したが、本発明はこのような組合せに限定されない。第１部材及び接合補助部材３としては、種々の金属材料からなるものを採用することができる。第１部材の材料として、具体的には、鋼、アルミニウム、マグネシウム等を採用することができる。また、接合補助部材３の材料として、具体的には、鋼、アルミニウム、マグネシウム等を採用することができる。
【0039】
なお、本発明は、融点が低い材料からなる第２部材を使用した場合であっても、第２部材に損傷が発生することを防止することができるという効果を有する。したがって、第２部材を構成する材料として、第１部材を構成する材料よりも低い融点を有する材料を使用することにより、本発明の効果を十分に発揮することができる。第２部材の材料として、例えば、アルミダイキャスト、樹脂等を使用することができる。本発明による効果をより一層発揮するためには、第２部材の材料として樹脂を選択することがより好ましく、樹脂の中でも、軽量で優れた強度を有する炭素繊維強化樹脂（ＣＦＲＰ）を使用することがさらに好ましい。
【0040】
なお、接合補助部材３は、第１部材よりも低い熱伝導率を有する材料からなるものとすることがより好ましい。接合補助部材３が小さい熱伝導率を有するものであると、溶接時の熱量が接合補助部材３に伝わりにくくなるため、第２部材への熱影響を低減することができ、損傷の発生をより一層抑制することができる。
【0041】
また、本発明において、接合補助部材３の形状も特に限定されない。軸部５の外形については、下端部に近づくにつれて小さくなるテーパ形状である必要はない。第１実施形態に示すように、軸部５とＣＦＲＰ板２の第１の貫通穴２ａの内周面とが、点又は線で接触するように、軸部５の外径を設計することができる。例えば、接合補助部材３の軸部５の外周面に突起を形成し、突起と第１の貫通穴２ａとを接触させるようにしてもよい。また、第２実施形態に示すように、接合補助部材３の軸部５とＣＦＲＰ板２とが接触していなくてもよい。
【0042】
接合補助部材３のフランジ部４についても、図１Ｂや図２に示す傾斜した形状に限定されず、フランジ部４における第２部材に対向する面に突起を形成し、突起と第２部材とを接触させるようにしたり、突起を溝に嵌めるように形成してもよい。
【0043】
接合補助部材３に形成する第２の貫通穴３ａについても、下端部に近づくにつれて小さくなるテーパ形状である必要はないが、上述のとおり、第２の貫通穴３ａの内径が小さい方が溶接時の熱によるＣＦＲＰ板への損傷を防止することができる。一方、第２の貫通穴３ａの内径が小さすぎると、図１Ｃに示す溶接金属８が小さくなってしまうため、接合強度が低下する可能性がある。したがって、第２部材を構成する材料や要求される接合強度に応じて、第２の貫通穴３ａの内径の大きさや形状を選択することが好ましい。
【0044】
さらに、第１部材の形状は板状である必要はなく、種々の形状のものを使用することができる。第２部材の形状については、第１部材との接合部分は平板状であることが好ましいが、一部で屈曲した形状や、部分的に厚さが異なる形状のもの等、自由に選択することができる。すなわち、本願明細書において「板状の第２部材」とは、接合部分のみが板状であればよい。
【0045】
また、本願明細書において、「点又は線で接触する」とは、接合補助部材３のフランジ部４及び軸部５と第２部材とが、実質的に点形状又は線形状で接触していればよいことを表す。具体的には、接合補助部材３のフランジ部４が第２部材の上面に完全に接触する場合や、接合補助部材３の軸部５が第２部材の第１の貫通穴２ａの内周面に完全に接触する場合と比較して、小さい面積で両者を接触させる必要がある。例えば、本実施形態においては、フランジ部４と第２部材の上面とが完全に接触している場合の面積に対して、第１部分接触領域６の合計の面積は３０％以下であることが好ましく、１０％以下であることがより好ましい。また、軸部５と第２部材の第１の貫通穴２ａの内周面とが完全に接触する場合の面積に対して、第２部分接触領域７の面積は３０％以下であることが好ましく、１０％以下であることがより好ましい。
【0046】
第１部分接触領域６及び第１部分接触領域２６ａ、２６ｂや第２部分接触領域７は、それぞれ複数の点接触部及び線接触部を含んでいてもよい。線接触の場合は、必ずしもフランジ部４又は軸部５の周方向に連続して接触している必要はなく、部分的に接触していない領域があったり、点接触部と線接触部とが混在していてもよい。
【0047】
次に、上記本実施形態に係る異種金属材の接合方法により接合された異種金属接合構造体について説明する。
【0048】
［異種金属接合構造体］
（第１実施形態）
第１実施形態に係る異種金属接合構造体は、例えば、上記第１実施形態に係る異種金属材の接合方法により製造することができる。図１Ｃに示すように、第１実施形態に係る異種金属接合構造体１０は、第１部材（鋼板１）と、板状の第２部材（ＣＦＲＰ板２）と、接合補助部材３と、溶接金属８とを有する。第２部材は、第１部材と異なる材質からなり、第１部材の上に重ねて配置されている。また、第２部材は、板厚方向に貫通する第１の貫通穴２ａを有する。接合補助部材３は、軸部５とフランジ部４とを有するとともに、軸部５の軸方向に平行な第２の貫通穴３ａを有し、軸部５が第１の貫通穴２ａに挿入されている。溶接金属８は、第２の貫通穴３ａの内部に形成されており、第１部材の少なくとも一部及び接合補助部材３の少なくとも一部が溶融した溶融部を含む。接合補助部材３及び溶接金属８は、それぞれ第１部材と等しい主成分を有し、前記接合補助部材及び前記溶接金属によって前記第１部材と前記第２部材とが接合されている。
（第１実施形態）
第１実施形態に係る異種金属接合構造体は、例えば、上記第１実施形態に係る異種金属材の接合方法により製造することができる。図１Ｃに示すように、第１実施形態に係る異種金属接合構造体１０は、第１部材（鋼板１）と、板状の第２部材（ＣＦＲＰ板２）と、接合補助部材３と、溶接金属８とを有する。第２部材は、第１部材と異なる材質からなり、第１部材の上に重ねて配置されている。また、第２部材は、板厚方向に貫通する第１の貫通穴２ａを有する。接合補助部材３は、軸部５とフランジ部４とを有するとともに、軸部５の軸方向に平行な第２の貫通穴３ａを有し、軸部５が第１の貫通穴２ａに挿入されている。溶接金属８は、第２の貫通穴３ａの内部に形成されており、第１部材の少なくとも一部及び接合補助部材３の少なくとも一部が溶融した溶融部を含む。接合補助部材３及び溶接金属８は、それぞれ第１部材と等しい主成分を有し、前記接合補助部材及び前記溶接金属によって前記第１部材と前記第２部材とが接合されている。
【0049】
本実施形態において、異種金属接合構造体１０には、第２部材とフランジ部４とが点又は線で接触する第１部分接触領域６と、第１の貫通穴２ａの内周面と軸部５とが点又は線で接触する第２部分接触領域７と、が形成されている。また、第１部分接触領域６及び第２部分接触領域７を除く領域において、接合補助部材３と第２部材とは接触していない。
【0050】
（第２実施形態）
第２実施形態に係る異種金属接合構造体は、例えば、上記第２実施形態に係る異種金属材の接合方法により製造することができる。第２実施形態において、第１実施形態と同様の部分については、説明を省略又は簡略化する。なお、図２は、第２実施形態に係る異種金属接合構造体の製造途中の図であるが、図２を参照して第２実施形態の構成について説明する。第２実施形態に係る異種金属接合構造体は、ＣＦＲＰ板２とフランジ部４とが点又は線で接触する第１部分接触領域２６ａ、２６ｂが形成されている。また、第１部分接触領域２６ａ、２６ｂを除く領域において、接合補助部材３とＣＦＲＰ板２とは接触していない。また、第２実施形態に係る異種金属接合構造体は、図１Ｃに示す第１実施形態に係る異種金属接合構造体１０と同様に、第２の貫通穴３ａの内部に、不図示の溶接金属が形成されており、この溶接金属及び接合補助部材３により、鋼板１とＣＦＲＰ板２とが接合されている。
第２実施形態に係る異種金属接合構造体は、例えば、上記第２実施形態に係る異種金属材の接合方法により製造することができる。第２実施形態において、第１実施形態と同様の部分については、説明を省略又は簡略化する。なお、図２は、第２実施形態に係る異種金属接合構造体の製造途中の図であるが、図２を参照して第２実施形態の構成について説明する。第２実施形態に係る異種金属接合構造体は、ＣＦＲＰ板２とフランジ部４とが点又は線で接触する第１部分接触領域２６ａ、２６ｂが形成されている。また、第１部分接触領域２６ａ、２６ｂを除く領域において、接合補助部材３とＣＦＲＰ板２とは接触していない。また、第２実施形態に係る異種金属接合構造体は、図１Ｃに示す第１実施形態に係る異種金属接合構造体１０と同様に、第２の貫通穴３ａの内部に、不図示の溶接金属が形成されており、この溶接金属及び接合補助部材３により、鋼板１とＣＦＲＰ板２とが接合されている。
【0051】
このように構成された上記第１実施形態及び第２実施形態に係る異種金属接合構造体は、その製造工程において第２部材（ＣＦＲＰ板２）に対して溶接熱による損傷が与えられることが抑制されるため、優れた外観及び所望の強度を有するものとなる。
【実施例0052】
以下、本実施形態に係る異種金属材の接合方法の実施例について、その比較例と比較して具体的に説明する。
【0053】
＜実施例＞
図１Ａ～図１Ｃに示すように、鋼板１の上面に第１の貫通穴２ａを有するＣＦＲＰ板２を載置し、さらに第１の貫通穴２ａに、第２の貫通穴３ａを有する接合補助部材３の軸部５を挿入した。このとき、接合補助部材３のフランジ部４とＣＦＲＰ板２とが、フランジ部４の外周面に沿って線接触するとともに、軸部５とＣＦＲＰ板２の第１の貫通穴２ａの内周面とが、この内周面に沿って線接触するように、接合補助部材３の形状を設計した。その後、アークスポット溶接により鋼板１の一部と接合補助部材３の一部とを溶融させ、第２の貫通穴３ａ内に溶接金属８を形成することにより、鋼板１とＣＦＲＰ板２とを接合した。実施例において使用した接合補助部材の形状及びサイズを図３で示すとともに、以下に説明する。また、その他の溶接条件を以下に示す。
図１Ａ～図１Ｃに示すように、鋼板１の上面に第１の貫通穴２ａを有するＣＦＲＰ板２を載置し、さらに第１の貫通穴２ａに、第２の貫通穴３ａを有する接合補助部材３の軸部５を挿入した。このとき、接合補助部材３のフランジ部４とＣＦＲＰ板２とが、フランジ部４の外周面に沿って線接触するとともに、軸部５とＣＦＲＰ板２の第１の貫通穴２ａの内周面とが、この内周面に沿って線接触するように、接合補助部材３の形状を設計した。その後、アークスポット溶接により鋼板１の一部と接合補助部材３の一部とを溶融させ、第２の貫通穴３ａ内に溶接金属８を形成することにより、鋼板１とＣＦＲＰ板２とを接合した。実施例において使用した接合補助部材の形状及びサイズを図３で示すとともに、以下に説明する。また、その他の溶接条件を以下に示す。
【0054】
（接合補助部材のサイズ）
フランジ部４の外径Ｄｆ：１１ｍｍ
第２の貫通穴３ａの内径（フランジ部側の端部）Ｄｉ１：６ｍｍ
第２の貫通穴３ａの内径（他方の端部）Ｄｉ２：４ｍｍ
軸部５の外径（フランジ部側の端部）Ｄｏ１：７ｍｍ
軸部５の外径（他方の端部）Ｄｏ２：６ｍｍ
軸部５の外周面の傾斜角度（鉛直方向に対する角度）θ：２１°
フランジ部４の傾斜（フランジ部４の下面と軸部５の外周面との境界部から、フランジ部４の下面における径方向端部までの高さの差）Ｈｆ：０．２ｍｍ
フランジ部４の厚さ（径方向端部の厚さ）Ｔ：１．２ｍｍ
接合補助部材３の軸方向高さＨｅ：２．６ｍｍ
軸部５における傾斜が形成されている部分の軸方向高さＨｓ：１．１ｍｍ
フランジ部４の外径Ｄｆ：１１ｍｍ
第２の貫通穴３ａの内径（フランジ部側の端部）Ｄｉ１：６ｍｍ
第２の貫通穴３ａの内径（他方の端部）Ｄｉ２：４ｍｍ
軸部５の外径（フランジ部側の端部）Ｄｏ１：７ｍｍ
軸部５の外径（他方の端部）Ｄｏ２：６ｍｍ
軸部５の外周面の傾斜角度（鉛直方向に対する角度）θ：２１°
フランジ部４の傾斜（フランジ部４の下面と軸部５の外周面との境界部から、フランジ部４の下面における径方向端部までの高さの差）Ｈｆ：０．２ｍｍ
フランジ部４の厚さ（径方向端部の厚さ）Ｔ：１．２ｍｍ
接合補助部材３の軸方向高さＨｅ：２．６ｍｍ
軸部５における傾斜が形成されている部分の軸方向高さＨｓ：１．１ｍｍ
【0055】
（その他の溶接条件）
鋼板１の材質・板厚：９８０ＭＰａ級の鋼板、１．４ｍｍ
ＣＦＲＰ板２の板厚：２．０ｍｍ
第１の貫通穴２ａの直径：７．０ｍｍ
接合補助部材３の材質：軟鋼
溶接用ワイヤの種類・ワイヤ径：ＪＩＳ Ｚ３３１２Ｇ５９Ｊ３Ｍ１Ｔ、１．２ｍｍ
シールドガスの種類・流量：８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ２、２５リットル／分
溶接電流・溶接電圧：１２０Ａ、２３Ｖ
アークタイム：０．８秒
鋼板１の材質・板厚：９８０ＭＰａ級の鋼板、１．４ｍｍ
ＣＦＲＰ板２の板厚：２．０ｍｍ
第１の貫通穴２ａの直径：７．０ｍｍ
接合補助部材３の材質：軟鋼
溶接用ワイヤの種類・ワイヤ径：ＪＩＳ Ｚ３３１２Ｇ５９Ｊ３Ｍ１Ｔ、１．２ｍｍ
シールドガスの種類・流量：８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ２、２５リットル／分
溶接電流・溶接電圧：１２０Ａ、２３Ｖ
アークタイム：０．８秒
【0056】
＜比較例＞
上記実施例と同様にして、鋼板１とＣＦＲＰ板２とを配置し、第１の貫通穴２ａに接合補助部材３の軸部５を挿入した。ただし、比較例において使用した接合補助部材３は、フランジ部４の傾き及び軸部のテーパ形状がないものを使用し、フランジ部４とＣＦＲＰ板２の上面、及び軸部５とＣＦＲＰ板２の第１の貫通穴２ａの内周面とは、面接触となるように配置した。その後、上記実施例と同様にしてアークスポット溶接を行い、鋼板１の一部と接合補助部材３の一部とを溶融させるとともに、溶接金属を形成して、鋼板１とＣＦＲＰ板２とを接合した。比較例において使用した接合補助部材３のサイズの一部を以下に示す。その他のサイズ及び溶接条件については、実施例と同様とした。
上記実施例と同様にして、鋼板１とＣＦＲＰ板２とを配置し、第１の貫通穴２ａに接合補助部材３の軸部５を挿入した。ただし、比較例において使用した接合補助部材３は、フランジ部４の傾き及び軸部のテーパ形状がないものを使用し、フランジ部４とＣＦＲＰ板２の上面、及び軸部５とＣＦＲＰ板２の第１の貫通穴２ａの内周面とは、面接触となるように配置した。その後、上記実施例と同様にしてアークスポット溶接を行い、鋼板１の一部と接合補助部材３の一部とを溶融させるとともに、溶接金属を形成して、鋼板１とＣＦＲＰ板２とを接合した。比較例において使用した接合補助部材３のサイズの一部を以下に示す。その他のサイズ及び溶接条件については、実施例と同様とした。
【0057】
（接合補助部材のサイズ）
第２の貫通穴３ａの内径Ｄｉ：６．０ｍｍ
軸部５の外径Ｄｏ：７．０ｍｍ
なお、第２の貫通穴３ａの内径Ｄｉ及び軸部５の外径Ｄｏは、いずれもフランジ部側の端部から他方の端部まで同一サイズである。
第２の貫通穴３ａの内径Ｄｉ：６．０ｍｍ
軸部５の外径Ｄｏ：７．０ｍｍ
なお、第２の貫通穴３ａの内径Ｄｉ及び軸部５の外径Ｄｏは、いずれもフランジ部側の端部から他方の端部まで同一サイズである。
【0058】
図４Ａは、実施例の異種金属材の接合方法により製造された異種金属接合構造体の断面を示す図面代用写真であり、図４Ｂは、そのフランジ部を拡大して示す図面代用写真である。なお、図４Ａ及び図４Ｂにおいて、図１Ｃと同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略又は簡略化する。図４Ａに示すように、実施例においては、接合補助部材３とＣＦＲＰ板２とは、第１部分接触領域６及び第２部分接触領域７のみで接触しており、その他の部分で接触していない。したがって、ＣＦＲＰ板２に損傷を与えることなく、鋼板１とＣＦＲＰ板２とを接合することができた。また、図４Ｂに示すように、異種金属接合構造体の上面を観察しても、ＣＦＲＰ板２の損傷は見られなかった。
【0059】
図５Ａは、比較例の異種金属材の接合方法により製造された異種金属接合構造体の断面を示す図面代用写真であり、図５Ｂは、そのフランジ部を拡大して示す図面代用写真である。また、図６Ａは、図５Ａにおける領域（ａ）を拡大して示す図面代用写真であり、図６Ｂは、図５Ａにおける領域（ｂ）を拡大して示す図面代用写真である。なお、比較例においては、接合補助部材の形状が実施例と異なるが、フランジ部及び軸部の構成は同様であるため、図５Ａ及び図５Ｂにおいて、図４Ａ及び図４Ｂと同一物には同一符号を付して、その詳細な説明は省略又は簡略化する。
【0060】
比較例は、接合補助部材３とＣＦＲＰ板２とは、少なくとも一部で面接触した状態で接合を実施した例である。ただし、図５Ａに示すように、溶接金属８と接合補助部材３とは完全に接合されておらず、未接合部１４が形成されている。図５Ｂに示すように、比較例の異種金属接合構造体の上面を観察しても、ＣＦＲＰ板２の損傷は見られなかった。また、図６Ａに示すように、接合補助部材３から離隔した領域（ａ）においては、ＣＦＲＰ板２の内部における複数の繊維が左右方向に配列された第１層１１と、この左右方向に直交する方向に配列された第２層１２とが交互に積層された構造となっており、損傷は観測されなかった。
【0061】
しかし、図６Ｂに示すように、比較例は、未接合部１４が形成される程度の入力熱であったにもかかわらず、接合補助部材３に接近した領域（ｂ）においては、一部が溶融した損傷部１３が観察された。
【0062】
このように、実施例の異種金属材の接合方法を用いることにより、上板（第２部材）が樹脂のように低い融点を有する材質で形成されたものであっても、上板に損傷を与えることなく、下板（第１部材）と上板とを高い品質で接合することができることが示された。
【符号の説明】
【0063】
１ 鋼板（第１部材）
２ ＣＦＲＰ板（第２部材）
２ａ 第１の貫通穴
３ 接合補助部材
３ａ 第２の貫通穴
４ フランジ部
５ 軸部
６ 第１部分接触領域
７ 第２部分接触領域
８ 溶接金属
９ 空隙部
１０ 異種金属接合構造体
１３ 損傷部
２ ＣＦＲＰ板（第２部材）
２ａ 第１の貫通穴
３ 接合補助部材
３ａ 第２の貫通穴
４ フランジ部
５ 軸部
６ 第１部分接触領域
７ 第２部分接触領域
８ 溶接金属
９ 空隙部
１０ 異種金属接合構造体
１３ 損傷部
【図1A】
【図1B】
【図1C】
【図2】
【図3】
【図4A】
【図4B】
【図5A】
【図5B】
【図6A】
【図6B】
