WO2012077690A1 - サブフレーム構造体 - Google Patents

Abstract

車両前後方向に分割された鉄鋼製の前部サブフレーム（１２）と、アルミニウム合金等の軽金属製の後部サブフレーム（１４）とから構成され、前部サブフレーム（１２）は、プレス成形によって成形されたプレス成形体からなり、後部サブフレーム（１４）は、ダイカスト成形によって成形されたダイカスト成形体からなり、前部サブフレーム（１２）の薄板部（２６）の上面に後部サブフレーム（１４）の左右リヤサイド部（３６ａ、３６ｂ）が重ね合わせられた状態で、摩擦撹拌接合によって接合される。

Description

サブフレーム構造体

　本発明は、自動車等の車両の前部に組み込まれるサブフレーム構造体に関する。

　自動車等の車両には、車体部材としてのフロントサイドフレームに固定され、例えば、サスペンションアームやスタビライザ等のサスペンション構成部品が取り付けられると共に、前記サスペンション構成部品を支持するためのサブフレーム構造体が用いられている。

　この種のサブフレーム構造体として、例えば、特許文献１には、サスペンション構成部品が取り付けられる軽金属製のリヤメンバと、前記リヤメンバの２つの側辺部のそれぞれの前端部に接合されて車両前方に向かって延びる２つの鉄鋼製のサイドメンバと、前記２つのサイドメンバ同士を車幅方向に連結するクロスメンバとを備えたサブフレーム構造体が開示されている。

　また、特許文献２には、井桁形状のダイカスト製サブフレームを２分割で構成し、その分割接合部位における形状の自由度を高めることが可能な車両のサブフレームが開示されている。

　さらに、特許文献３には、センタピラーに関する自動車用構造体の接合構造に関し、アルミニウム合金製からなる箱型構造部材の開口側端縁のフランジと、亜鉛鋼板製からなる平板状のカバーとを摩擦撹拌接合することが開示されている。

　さらにまた、特許文献４には、異種金属からなる両材料をシール材を介して重ね合わせた後、接合部に介在するシール材を、例えば、加熱によって変形抵抗を低減させて接合界面から排出し、両材料を直接接触させた状態で、抵抗溶接やレーザビームの照射によって接合する異種金属の接合方法が記載されている。さらにまた、特許文献５には、異種金属間の摩擦接合方法が記載されている。

特開２００７－３０２１４７号公報 特開２００６－３４７４６４号公報 特開２００９－１２６４７２号公報 特開２００８－２３５８３号公報 特許４１３４８３７号公報

　ところで、車両の前部に配設されるサブフレーム構造体は、サスペンション構成部品が取り付けられるために、その取付部における所望の剛性を確保する必要がある。また、車両前部に配置されるため、車両衝突時における衝撃を吸収して、客室内へ衝撃が伝達されることを回避する必要がある。さらに、省エネルギ等の観点から車両全体の軽量化を達成する必要がある。

　また、例えば、特許文献１に開示された異種金属製部材同士を、特許文献３に開示された接合方法を適用して一体的に結合することが考えられる。すなわち、軽金属製のリヤメンバの側辺部の端面にフランジを設け、また、鉄鋼製のサイドメンバの端面にフランジを設け、リヤメンバ側のフランジとサイドメンバ側のフランジとを相互に摩擦撹拌接合して、サブフレーム構造体を構築することが考えられる。しかしながら、特許文献１の構造に特許文献３の接合方法を適用したサブフレーム構造体では、接合部位における閉断面を大きく設定することができないと共に、サスペンション構成部品を支持するために所望の剛性・強度を確保することが難しいという問題がある。

　さらに、特許文献１の構造に特許文献３の接合方法を適用した異種金属製部材同士の接合では、摩擦撹拌接合部位における温度が上昇し、摩擦撹拌接合部位の裏面（異種金属同士の接合面とは反対側の面）に電着塗装された電着塗装膜が剥離するという問題がある。

　さらにまた、サブフレーム構造体を前部サブフレームと後部サブフレームとを塗装せずに溶融溶接を行った後、一体化した前部サブフレーム及び後部サブフレームに塗装を行う場合、一体化した前部サブフレーム及び後部サブフレームは複雑な構造になるため、接合界面の際の電着塗装が困難となる。

　本発明の一般的な目的は、所望の剛性・強度を確保すると共に、衝撃吸収性能を向上させ、しかも、軽量化を達成することが可能なサブフレーム構造体を提供することにある。

　本発明の主たる目的は、接合部位における閉断面を大きく設定することができると共に、所望の剛性・強度を確保することが可能なサブフレーム構造体を提供することにある。

　本発明の他の目的は、異種金属同士を摩擦撹拌接合した場合であっても、接合部位の裏面における電着塗装膜の剥離を防止することが可能なサブフレーム構造体を提供することにある。

　本発明の他の目的は、接合界面の際まで塗装を行うことが可能なサブフレーム構造体を提供することにある。

　前記の目的を達成するために、本発明は、車両の前部に配置され、車体部材に対し固定され又は前記車体部材に対してフローティング可能に支持された車両用のサブフレーム構造体において、車両前後方向に分割された鉄鋼製の前部サブフレームと、軽金属製の後部サブフレームとから構成され、前記前部サブフレームの上に前記後部サブフレームが重ね合わせられた状態で、摩擦撹拌接合によって接合されることを特徴とする。

　本発明によれば、前部サブフレームを鉄鋼製で形成すると共に、後部サブフレームを軽金属製で形成し、両者を摩擦撹拌接合することにより、サスペンションアーム等のサスペンション構成部品の取り付け等で所望の剛性・強度を確保することができると共に、衝突時における衝撃吸収性能を向上させることができる。

　また、本発明によれば、後部サブフレームが、例えば、アルミニウム合金等のアルミニウムダイカスト成形体で形成されるため、サブフレーム構造体全体で軽量化を達成することができる。さらに、本発明では、従来、アッパメンバとロアメンバとの２つの部材から構成されていたリヤメンバを一体化し、中空のリヤメンバ内に設けられていた種々の補強部品をダイカスト成形によって一体成形することにより、部品点数を削減してより一層軽量化を達成することができる。

　さらに、本発明によれば、鉄鋼製の前部サブフレームに形成された延出部の上面に、例えば、アルミニウム合金等の軽金属製の後部サブフレームの左右リヤサイド部を重ね合わせてフランジ部同士を接合することにより、サスペンションアーム等のサスペンション構成部品の取り付け等で所望の剛性・強度を確保することができると共に、衝突時における衝撃吸収性能を向上させることができる。

　さらにまた、本発明によれば、一対の左右リヤサイド部及びリヤクロス部を有する後部サブフレームが、例えば、アルミニウム合金等の軽金属製材料で形成されることにより、従来と比較して軽量化を達成することができる。

　さらにまた、本発明によれば、閉断面を貫通するボルトの締結部位は、前部サブフレームと後部サブフレームとが接合されていない非接合部位に位置し、溶接することができない非接合部位をボルト締結によって補強することができる。前部サブフレームと後部サブフレームとは、その重畳部位における各フランジ部を接合することによって強固に固定されると共に、接合されていない非溶接部位で前部サブフレームと後部サブフレームとをボルトで締結することによって、サブフレーム構造体の全体において、より一層剛性・強度を増大させることができる。この結果、鉄鋼製の前部サブフレームと軽金属製の後部サブフレームとからなる異種金属同士を相互に接合した場合であっても、接合部位における閉断面を大きく設定することができると共に、非接合部位であるボルト締結部位との協働作用によって所望の剛性・強度を確保することができる。

　さらにまた、本発明によれば、摩擦撹拌接合するときに発生する摩擦熱が積層された下層側の薄板の下面に形成された電着塗装膜まで到達することを回避し下層側の薄板の下面に形成された電着塗装膜部位の裏面の温度を抑制することにより、摩擦撹拌接合部位の裏面に形成された電着塗装膜の剥離を防止して前記電着塗装膜を保護することができる。

　さらにまた、本発明によれば、前部サブフレームの左右サイドメンバが、鉄鋼製の２枚以上の薄板同士を接合し、前記接合された鉄鋼製の薄板同士間に閉断面を形成することで、より一層剛性・強度を増大させることができる。

　本発明では、所望の剛性・強度を確保すると共に、衝撃吸収性能を向上させ、しかも、軽量化を達成することが可能なサブフレーム構造体を得ることができる。
　また、本発明では、接合部位における閉断面を大きく設定することができると共に、所望の剛性・強度を確保することが可能なサブフレーム構造体を得ることができる。
　さらに、本発明では、異種金属同士を摩擦撹拌接合した場合であっても、接合部位の裏面における電着塗装膜の剥離を防止することが可能なサブフレーム構造体を得ることができる。
　さらにまた、本発明では、接合界面の際まで塗装を行うことが可能なサブフレーム構造体を得ることができる。

本発明の第１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。 第１実施形態に係るサブフレーム構造体の分解斜視図である。 （ａ）は、第１実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図、（ｂ）は、前記サブフレーム構造体から後部サブフレームを外した前部サブフレームの部分平面図である。 図３（ａ）のＡ－Ａ線に沿った縦断面図である。 図３（ａ）のＢ－Ｂ線に沿った縦断面図である。 （ａ）は、接合ツールを用いて摩擦撹拌接合する状態を示す斜視図、（ｂ）は、摩擦撹拌接合状態を示す縦断面図である。 （ａ）～（ｃ）は、シール材が凹部内に溜まる状態を示す説明図である。 本発明の第２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。 第２実施形態に係るサブフレーム構造体の分解斜視図である。 （ａ）は、第２実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図、（ｂ）は、前記サブフレーム構造体から後部サブフレームを外した前部サブフレームの部分平面図である。 図１０（ａ）のＣ－Ｃ線に沿った縦断面図である。 図１０（ａ）のＤ－Ｄ線に沿った縦断面図である。 本発明の第３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。 第３実施形態に係るサブフレーム構造体の分解斜視図である。 （ａ）は、第３実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図、（ｂ）は、前記サブフレーム構造体から後部サブフレームを外した前部サブフレームの部分平面図である。 図１５（ａ）のＥ－Ｅ線に沿った縦断面図である。 図１５（ａ）のＦ－Ｆ線に沿った縦断面図である。 （ａ）は、第３実施形態に係るサブフレーム構造体において、前部サブフレーム及び後部サブフレームの各フランジ部を摩擦撹拌接合する状態を示す縦断面図、（ｂ）は、摩擦撹拌接合部位の裏面の温度を測定した特性図、（ｃ）は、摩擦撹拌接合後の状態を示す縦断面図である。 第４実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図である。 第１実施形態のサブフレーム構造体を構成する前部サブフレームと後部サブフレームとを摩擦撹拌接合する工程の流れを示す図である。 第１実施形態の前部サブフレームと後部サブフレームとを摩擦撹拌接合する工程を示す図であり、（ａ）は、ワークセット工程を示す図、（ｂ）は、シール材塗布工程を示す図、（ｃ）は、ワーク重ね工程を示す図である。 （ａ）～（ｃ）は、前部サブフレームと後部サブフレームとを摩擦撹拌接合する際の接合界面の詳細を模式的に表した断面図である。 接合ツールを用いて摩擦撹拌接合する状態を示す斜視図である。 前部サブフレームのフランジ部と後部サブフレームのフランジ部との接合部を示す横断面図である。 （ａ）は、第３実施形態に係るサブフレーム構造体において、前部サブフレーム及び後部サブフレームの各フランジ部を摩擦撹拌接合する状態の具体例を示す断面図、（ｂ）は、摩擦撹拌接合部位の裏面の温度を測定した特性図、（ｃ）は、摩擦撹拌接合後の状態を示す断面図である。 第５実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図である。 第５実施形態に係るサブフレーム構造体の摩擦撹拌接合の工程を示す図であり、(ａ)は、摩擦撹拌接合を開始する箇所の始点部の状態を示す断面図、(ｂ)は、摩擦撹拌接合を終了する箇所の終点部の摩擦撹拌接合前の状態を示す断面図、(ｃ)は、摩擦撹拌接合を終了する箇所の終点部の摩擦撹拌接合後の状態を示す断面図である。

　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、本発明の第１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、第１実施形態に係るサブフレーム構造体の分解斜視図、図３（ａ）は、第１実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図、図３（ｂ）は、前記サブフレーム構造体から後部サブフレームを外した前部サブフレームの部分平面図、図４は、図３（ａ）のＡ－Ａ線に沿った縦断面図、図５は、図３（ａ）のＢ－Ｂ線に沿った縦断面図である。

　図１に示されるように、本発明の第１実施形態に係るサブフレーム構造体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、車体部材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（ａ）、（ｂ）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、鉄鋼製の前部サブフレーム１２と、軽金属製の後部サブフレーム１４とから構成されている。前部サブフレーム１２は、例えば、図示しない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り、後部サブフレーム１４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合金（アルミニウム）を固化させるダイカスト成形によって形成されたダイカスト成形体からなる。

　なお、各図中において、「前」、「後」は、車両前後方向における車両１１（図１参照）の前側及び後側をそれぞれ示し、「左」、「右」は、車幅方向における車両１１の左側及び右側をそれぞれ示している。

　図２に示されるように、前部サブフレーム１２は、マウント部（台座）１６に装着される図示しないフロントエンジンマウントを介してエンジン１８（図１参照）の車両前側を支持し、車幅方向に沿って延在するフロントクロスメンバ２０と、前記フロントクロスメンバ２０の軸方向に沿った両端部に結合され、前記フロントクロスメンバ２０から車両後方に向かって略平行に延在する一対の左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂとを有する。

　なお、フロントクロスメンバ２０と一対の左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂとを、例えば、鋳造成形又は鍛造成形等によって一体成形してもよいし、又は、フロントクロスメンバ２０の軸方向に沿った両端部に、一対の左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの前端部を溶接で接合するようにしてもよい。

　フロントクロスメンバ２０は、鉄鋼製材料からなる中空部材によって形成される。また、一対の左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの軸方向に沿った中央部（中間部）２４ｂより前側の前方部２４ａは、鉄鋼製材料からなる中空部材で形成される。さらに、一対の左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの軸方向に沿った中央部２４ｂ、及び、前記中央部２４ｂより後側の後方部２４ｃは、前方部２４ａと比較して薄肉に形成された薄板部２６が形成される。

　この場合、一対の左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの薄板部２６は、従来の左右サイドメンバと比較して、後方側に向かって所定長だけ延出（伸長）した延出部として形成されている。また、一対の左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの中央部２４ｂ及び薄板部２６は、図４に示されるように、１枚の薄板で縦断面が略ハット状に形成され、左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂ（但し、図４中では、右サイドメンバ２２ｂの図示を省略）の左右両側で、軸方向に沿って延在するフランジ部２８が形成される。

　一対の左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの軸方向に沿った中央部２４ｂには、ボルト３０が挿通されるボルト挿通孔３２が形成される。この場合、図４に示されるように、一対のボルト３０を、左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのボルト挿通孔３２に沿って下側から貫通させ、前記ボルト３０のねじ部３０ａを後部サブフレーム１４の前端部に設けられた有底のねじ穴３４に締結することができる。この結果、前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４とは、車幅方向に沿った左右両側の位置で、一対のボルト３０によって固定される。

　後部サブフレーム１４は、図示しないリヤエンジンマウントを介して、エンジン１８の車両後方側を支持し車幅方向に沿って延在するリヤメンバからなる。前記リヤメンバは、左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの中央部２４ｂ及び前記中央部２４ｂよりも後側の薄板部２６の上面にそれぞれ被せられ、前記左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの上面の一部を被覆（重畳）する一対の左右リヤサイド部３６ａ、３６ｂと、前記一対の左右リヤサイド部３６ａ、３６ｂを連結するリヤクロス部３８とから構成される。前記リヤメンバは、例えば、アルミニウム、マグネシウムやこれらの合金等からなる軽金属製材料によって形成される。

　左右リヤサイド部３６ａ、３６ｂの両側部にはフランジ部４０が設けられ、前記フランジ部４０は、左右リヤサイド部３６ａ、３６ｂの軸方向に沿った一端部から他端部まで延在するように形成される。この場合、左右リヤサイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０の側縁部４０ａは、左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２８と比較して、車幅方向に沿った左右両側に向かって僅かに突出して形成される（図５参照）。この突出した左右リヤサイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０の側縁部４０ａには、上側に向かって窪んで形成された天井面４２ａ（図７参照）を有する凹部４２が設けられ、前記凹部４２は、左右リヤサイド部３６ａ、３６ｂの軸方向に沿って延在する。

　換言すると、左右リヤサイド部３６ａ、３６ｂ（後部サブフレーム１４）のフランジ部４０の側縁部４０ａを、左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂ（前部サブフレーム１２）のフランジ部２８と比較して、車幅方向に沿って左右両側に向かって僅かに突出させ、この突出した部分を鉛直下方向に向かって垂れ下がるようにすることにより、左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２８の側端面２８ａとの間で天井面４２ａを有する凹部４２が形成される。

　なお、鉛直下方向に向かって垂らされた左右リヤサイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０の側縁部４０ａの下面は、左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２８の下面と水平方向に沿って同一又は略同一となるように設定されるとよい（図７（ｃ）参照）。

　この場合、左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの左右両側にそれぞれ設けられたフランジ部２８が下側に位置し、左右リヤサイド部３６ａ、３６ｂの左右両側にそれぞれ設けられたフランジ部４０が上側に位置し、それぞれ重畳された状態で摩擦撹拌接合によって一体的に接合されることにより、閉断面４４が形成される（図４及び図５参照）。

　また、左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂとリヤメンバの左右リヤサイド部３６ａ、３６ｂとは、中央部に設けられたボルト挿通孔３２を挿通させたボルト３０が前記左右リヤサイド部３６ａ、３６ｂ側に設けられたねじ穴３４に螺入されて、閉断面４４を貫通して締結される。

　前記閉断面４４内には、ボルト３０の外周面を囲繞する円筒体からなり、ボルト３０を締結したときに左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂと左右リヤサイド部３６ａ、３６ｂとの接合強度を補強するカラー部材４６が設けられる。ボルト締結部位は、後記する摩擦撹拌接合によって前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４とが接合されていない非接合部位に位置し、溶接することができない非接合部位をボルト締結によって補強することができる。この結果、鉄鋼製の前部サブフレーム１２と軽金属製の後部サブフレーム１４とを相互に摩擦撹拌接合した場合であっても、非接合部位であるボルト締結部位との協働作用によって所望の剛性・強度を確保することができる。

　従って、前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４とは、その重畳部位における各フランジ部２８、４０を摩擦撹拌接合することによって強固に固定（接合）されると共に、摩擦撹拌接合されていない非溶接部位で前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４とをボルト３０で締結することによって、サブフレーム構造体１０の全体において、より一層剛性・強度を増大させることができる。なお、左右リヤサイド部３６ａ、３６ｂにおける前記ボルト３０の締結部位よりも後方位置に雌ねじのねじ穴（図示せず）をそれぞれ形成し、左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの後方部２４ｃの下方から図示しない補強用ボルトを挿通孔にそれぞれ差し込んで前記雌ねじのねじ穴に締結することにより、より一層剛性・強度を増大させることができる。

　第１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６（ａ）は、接合ツールを用いて摩擦撹拌接合する状態を示す斜視図、図６（ｂ）は、摩擦撹拌接合状態を示す縦断面図である。

　先ず、鉄鋼製材料で形成された前部サブフレーム１２側のフランジ部２８と、アルミニウム合金製材料で形成された後部サブフレーム１４側のフランジ部４０との重畳部位を、摩擦撹拌接合で一体的に接合する工程について説明する。

　図６（ａ）、（ｂ）に示されるように、摩擦撹拌接合に用いられる接合ツール５０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（Ｓｔｉｒ　Ｒｏｄ）５２と、前記回転子５２の底部中心から軸方向に沿って突出する接合ピン（Ｐｒｏｂｅ）５４とを有する。接合ピン５４の直径は、回転子５２の直径よりも小さく設定され、接合ピン５４と回転子５２との環状の段差部分でショルダ部５６が形成される。

　次に、前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４との接合工程について説明する。なお、前部サブフレーム１２は、予め鋼板材がプレス成形されたプレス成形体で構成され、一方、後部サブフレーム１４は、予めアルミニウム合金を用いてダイカスト成形されたダイカスト成形体で構成されている。

　先ず、前部サブフレーム１２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前部サブフレーム１２の上面にシール材５８（例えば、常乾型シール材）を塗布する。シール材５８が塗布された前部サブフレーム１２の上面（中央部２４ｂよりも後側の薄板部２６）に対して後部サブフレーム１４を被せた後、この上下方向に重畳された前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４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５０を用いて、前部サブフレーム１２のフランジ部２８と後部サブフレーム１４のフランジ部４０とを摩擦撹拌接合する。なお、前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４の各フランジ部２８、４０の下側には、接合ツール５０によって各フランジ部２８、４０に付与される加圧力をバックアップするための治具６０が設けられている。

　次に、摩擦撹拌接合工程は、概略以下のとおりである。なお、摩擦撹拌接合工程の詳細については、後記で説明する。
　図示しない回転駆動源を用いて回転子５２及び接合ピン５４を一体的に回転させた状態で、アルミニウム合金等の軽金属製材料で形成された後部サブフレーム１４の上面に徐々に近接させ、加圧力（押込力）によって接合ピン５４の先端部を後部サブフレーム１４の上面に当接（接触）させ回転進入させることにより、後部サブフレーム１４に塑性流動域を生成する。

　さらに、回転子５２及び接合ピン５４を一体的に回転させながら加圧進入させ、回転子５２のショルダ部５６が後部サブフレーム１４の上面に摺接するまで接合ピン５４を鉛直下方向に向かって挿入する。その際、接合ピン５４の先端部が鉄鋼材料で形成された前部サブフレーム１２の上面に当接するまで加圧力が付与される。

　接合ピン５４が前部サブフレーム１２の上面に当接するまで回転進入されることにより、軽金属製材料の後部サブフレーム１４に生成される塑性流動域を塑性流動させ、鉄鋼材料からなる前部サブフレーム１２の鋼板新生面を露出させて後部サブフレーム１４と固相接合される。

　このように、回転子５２及び接合ピン５４が回転進入して、接合ピン５４の先端部が前部サブフレーム１２の上面に当接した状態を保持しながら、重畳されたフランジ部２８、４０の軸方向に沿って回転子５２及び接合ピン５４を変位させることによって摩擦撹拌接合部位６２（図３（ａ）中の網状部分参照）が形成される。なお、摩擦撹拌接合部位６２において、上側の後部サブフレーム１４（アルミニウム合金等の軽金属材料）と、下側の前部サブフレーム１２（鉄鋼材料）との間の接合界面には、金属間化合物が生成される。この金属間化合物は、接合界面全域にわたる連続した層状形態ではなく、粒状形態又は分断された層状形態で接合界面内に分散した状態で生成される。

　第１実施形態では、前部サブフレーム１２を鉄鋼製のプレス成形体で形成すると共に、後部サブフレーム１４を、軽金属製のダイカスト成形体で形成することにより、図示しないサスペンションアーム等のサスペンション構成部品の取り付け等で所望の剛性・強度を確保することができると共に、衝突時における衝撃吸収性能を向上させることができる。

　また、第１実施形態では、後部サブフレーム１４が、例えば、アルミニウム合金等のアルミニウムダイカスト成形体で形成されるため、サブフレーム構造体１０全体で軽量化を達成することができる。さらに、第１実施形態では、従来、アッパメンバとロアメンバとの２つの部材から構成されていたリヤメンバを一体化し、中空のリヤメンバ内に設けられていた種々の補強部品をダイカスト成形によって一体成形することにより、部品点数を削減してより一層軽量化を達成することができる。

　さらに、第１実施形態では、鉄鋼製の前部サブフレーム１２に形成された縦断面略ハット状の薄板部（延出部）２６の上面に、例えば、アルミニウム合金等の軽金属製の後部サブフレーム１４の左右リヤサイド部３６ａ、３６ｂを重ね合わせてフランジ部２８、４０同士を接合することにより、図示しないサスペンションアーム等のサスペンション構成部品の取り付け等で所望の剛性・強度を確保することができると共に、衝突時における衝撃吸収性能を向上させることができる。

　さらにまた、第１実施形態では、一対の左右リヤサイド部３６ａ、３６ｂ及びリヤクロス部３８を有する後部サブフレーム１４が、例えば、アルミニウム合金等の軽金属製材料で形成されることにより、従来と比較して軽量化を達成することができる。

　図７（ａ）～（ｃ）は、シール材が凹部内に溜まる状態を示す説明図である。
　前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４との間に介装されたシール材５８が左右両側からはみ出して凹部４２内に溜まるシール溜まり構造について、以下、図７に基づいて説明する。

　上面にシール材５８が塗布された前部サブフレーム１２に対して後部サブフレーム１４が重畳された後（図７（ａ）参照）、図示しないクランプ機構によってクランプすることにより、前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４の左右両側から僅かにシール材５８がはみ出す（図７（ｂ）参照）。

　重畳された前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４の左右両側からはみ出されたシール材５８は、天井面４２ａを有する凹部４２内に溜まる。さらに、前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４がクランプされた状態で摩擦撹拌接合されることにより、シール材５８がさらに左右両側からはみ出して必要十分な量のシール材５８が凹部４２内に保持される（図７（ｃ）参照）。

　この凹部４２内に保持されたシール材５８は、例えば、常乾型シール材で構成されることにより、所定時間経過後に固化されて前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４の左右両側の間隙がシールされる。この結果、本実施形態では、摩擦撹拌接合された前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４の左右両側からはみ出されたシール材５８が散らばることを防止しつつ、前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４の左右両側の間隙から水が浸入することを回避して、高い防錆性能を確保することができる。

　また、凹部４２内におけるシール材５８の溜まり具合（溜まり量）は、作業者が外部から視認することができるため、シール材５８の塗布量を確認して前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４との間にシール材５８が確実に介装されたか否かを判断することができる。

　さらに、フランジ部２８、４０同士が摩擦撹拌接合されて、前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４との間で閉断面４４が形成されるが、この閉断面４４が形成されたフランジ部２８、４０の内側においても、シール材５８がはみ出して固化されてシール機能が発揮される（図６（ｂ）参照）。このため、例えば、水滴（水）が後部サブフレーム１４の内壁面を伝わって流下する場合であっても、前記水滴が各フランジ部２８、４０間の間隙に留まることがない滞水防止構造とすることができる。

　さらにまた、鉄鋼製部材からなる前部サブフレーム１２とアルミニウム製部材からなる後部サブフレーム１４との異種材料同士を摩擦撹拌接合した場合、各金属のイオン化傾向の違いによって各金属間に電位差が生じ、腐食電流が流れることによって異種金属同士の接触によって腐食が発生することが懸念される。しかしながら、本実施形態では、摩擦撹拌接合されたフランジ部２８、４０からはみ出したシール材５８が固化することによって、腐食電流が流れることを回避することができる。この結果、本実施形態では、異種金属間の接触による耐食性を向上させることができる。

　次に、本発明の第２実施形態に係るサブフレーム構造体１００について、以下説明する。なお、以下に示される実施形態において、図１に示す第１実施形態に係るサブフレーム構造体１０と同一の構成要素には、同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。

　図８は、本発明の第２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９は、第２実施形態に係るサブフレーム構造体の分解斜視図、図１０（ａ）は、第２実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図、図１０（ｂ）は、前記サブフレーム構造体から後部サブフレームを外した前部サブフレームの部分平面図、図１１は、図１０（ａ）のＣ－Ｃ線に沿った縦断面図、図１２は、図１０（ａ）のＤ－Ｄ線に沿った縦断面図である。

　この第２実施形態に係るサブフレーム構造体１００では、図１１に示されるように、前部サブフレーム１２の左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの中央部２４ｂにおけるボルト締結部位が２枚の鉄鋼材料からなる薄板１０２ａ、１０２ｂを接合して形成された閉断面４４を有している。従って、第２実施形態に係るサブフレーム構造体１００は、左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのボルト締結部位が１枚の鉄鋼板からなり前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４との間で閉断面４４（図４参照）が形成された第１実施形態に係るサブフレーム構造体１０と相違している。

　この場合、左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂを構成する２枚の薄板１０２ａ、１０２ｂには、ボルト３０が挿通されるボルト挿通孔３２、３２がそれぞれ形成され、前記ボルト挿通孔３２、３２に沿って挿通されたボルト３０のねじ部３０ａが後部サブフレーム１４のねじ穴３４に螺入されることにより、２枚の薄板１０２ａ、１０２ｂで形成された閉断面４４を貫通するように設けられる。

　なお、閉断面４４中には、ボルト３０の外周面を囲繞する円筒体からなり、軸方向に沿った一端部が一方の薄板１０２ａに連結され、軸方向に沿った他端部が他方の薄板１０２ｂに連結されるカラー部材１０４が設けられる。このカラー部材１０４は、ボルト３０を締結したときの薄板１０２ａ、１０２ｂ同士の変形を回避して、ボルト締結部位における接合強度を補強するために設けられる。この場合、前記カラー部材１０４を下側の薄板１０２ｂと一体成形し、又は、薄板１０２ｂの上面にカラー部材１０４を予め溶接して固定することができる。また、２枚の薄板１０２ａ、１０２ｂで形成された閉断面４４を貫通するボルト３０を締結する際、アルミニウム合金製材料で形成された後部サブフレーム１４と、鉄鋼製材料で形成された上側の薄板１０２ａとが積層される、ボルト締結周辺部位を溶接するようにするとよい（図１１参照）。

　第２実施形態では、左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂを２枚の鉄鋼材料からなる薄板１０２ａ、１０２ｂを接合して閉断面４４を形成することにより、その閉断面積を大きく設定することができる利点がある。この結果、剛性・強度をより一層増大させることができる。

　次に、本発明の第３実施形態に係るサブフレーム構造体２００について、以下説明する。
　図１３は、本発明の第３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１４は、第３実施形態に係るサブフレーム構造体の分解斜視図、図１５（ａ）は、第３実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図、図１５（ｂ）は、前記サブフレーム構造体から後部サブフレームを外した前部サブフレームの部分平面図、図１６は、図１５（ａ）のＥ－Ｅ線に沿った縦断面図、図１７は、図１５（ａ）のＦ－Ｆ線に沿った縦断面図、図１８（ａ）は、第３実施形態に係るサブフレーム構造体において、前部サブフレーム及び後部サブフレームの各フランジ部を摩擦撹拌接合する状態を示す縦断面図、図１８（ｂ）は、摩擦撹拌接合部位の裏面の温度を測定した特性図、図１８（ｃ）は、摩擦撹拌接合後の状態を示す縦断面図である。

　第３実施形態に係るサブフレーム構造体２００では、図１４に示されるように、前部サブフレーム１２を構成する左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの中央部２４ｂより後方の延出部２０２（フランジ部２０４ａ、２０４ｂを含む）までを鉄鋼材料からなる２枚の薄板２０６ａ、２０６ｂを積層して薄肉に形成し、前記延出部２０２を含む左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂ全体を２枚の薄板２０６ａ、２０６ｂで構成している点で第１実施形態及び第２実施形態のサブフレーム構造体１０、１００と異なっている。

　この場合、前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４との摩擦撹拌接合前において、左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２０４ａ、２０４ｂの表裏両面及び表裏両面の間の結合面（積層面）には、それぞれ電着塗装処理によって電着塗装膜２０８ａ～２０８ｃが予め形成されている（図１８（ａ）参照）。

　このように２枚の薄板２０６ａ、２０６ｂが積層された左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２０４ａ、２０４ｂと、後部サブフレーム１４の左右サイド部３６ａ、３６ｂとを接合ツール５０を用いて摩擦撹拌接合する。その際、接合ツール５０の接合ピン５４が左右サイド部３６ａ、３６ｂを回転進入して左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２０４ａ、２０４ｂまで当接し、左右サイド部３６ａ、３６ｂに対して摩擦熱が与えられるが、摩擦撹拌接合部位の裏面２１０は、２枚の鉄鋼製の薄板２０６ａ、２０６ｂが積層されて構成されているため、電着塗装膜２０８ｃを分解可能とする所定温度（閾値温度）まで到達することなく（図１８（ｂ）参照）、電着塗装膜２０８ｃの剥がれを回避することができる（図１８（ｃ）参照）。

　換言すると、摩擦撹拌接合する際に被接合物側に向かって回転進入される接合ピン５４によって摩擦熱が発生し、この摩擦熱が積層された２枚の鉄鋼製の薄板２０６ａ、２０６ｂの内の下層側の薄板２０６ｂの下面に形成された電着塗装膜２０８ｃを剥離させるおそれがある。この第３実施形態では、前部サブフレーム１２を構成する左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの中央部２４ｂから後方の延出部２０２までを鉄鋼材料からなる２枚の薄板２０６ａ、２０６ｂを積層して薄肉に形成し、前記摩擦熱が下層側の薄板２０６ｂの下面に形成された電着塗装膜２０８ｃまで到達することを回避し下層側の薄板２０６ｂの下面に形成された電着塗装膜部位の温度を抑制することにより、摩擦撹拌接合部位の裏面２１０に形成された電着塗装膜２０８ｃを保護している。

　図１８（ｂ）は、図示しない温度センサを用いて摩擦撹拌接合部位の裏面２１０（積層された２枚の鉄鋼製の薄板２０６ａ、２０６ｂの内の下層側の薄板２０６ｂの下面）の温度を測定した特性図である。この場合、摩擦撹拌接合によって下層側の薄板２０６ｂの下面の温度が僅かに上昇するが、下層側の薄板２０６ｂの下面に形成された電着塗装膜２０８ｃを分解する所定温度（閾値温度）まで到達しないため、電着塗装膜２０８ｃの剥離を阻止して、前記電着塗装膜２０８ｃを安定して保護することができる。

　なお、前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４の接合面において、摩擦撹拌接合によって、積層された２枚の鉄鋼製の薄板２０６ａ、２０６ｂの内の上層側の薄板２０６ａとアルミニウム合金等の軽金属製の後部サブフレーム１５との間に形成された電着塗装膜２０８ａを確実に前記接合面の外方へ出すことができる。

　また、第３実施形態では、前部サブフレーム１２を構成する左右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの中央部２４ｂから後方の延出部２０２（フランジ部２０４ａ、２０４ｂを含む）までを鉄鋼材料からなる２枚の薄板２０６ａ、２０６ｂを積層した構造を例示しているが、これに限定されるものではなく、薄板の積層数は２枚以上であればよい。

　図１９は、第４実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図である。
　この第４実施形態に係るサブフレーム構造体３００は、アルミニウム合金製材料で形成された左右リヤサイド部３６ａ、３６ｂの前端部３０２の形状を、リヤクロス部３８の軸線Ｇに対して交差するように傾斜させている点に特徴がある。このように前端部３０２を傾斜した形状とすることにより、摩擦撹拌接合部位６２の長さや断面積を増減させて自在に調整することができる利点がある。なお、前端部３０２の傾斜形状は、各リヤサイド部３６ａ、３６ｂの内側が外側よりも前方に向かって長くなり、又は、外側が内側よりも前方に向かって長くなる形状のいずれであってもよい。

　次に、各実施形態における接合方法について、以下詳細に説明する。
　図２０は、第１実施形態において、サブフレーム構造体１０を構成する前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４とを摩擦撹拌接合する工程の流れを示す図である。
　先ず、鉄鋼製材料で形成された前部サブフレーム１２側のフランジ部２８と、アルミニウム合金等の軽金属材料で形成された後部サブフレーム１４側のフランジ部４０との重畳部位を、摩擦撹拌接合で一体的に接合する工程について図２０に従って説明する。

　図２１は、前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４とを摩擦撹拌接合する工程を示す図であり、図２１（ａ）は、ワークセット工程(図２０のＳ１)を示す図、図２１（ｂ）は、シール材塗布工程(図２０のＳ２)を示す図、図２１（ｃ）は、ワーク重ね工程(図２０のＳ３)を示す図である。図２２（ａ）～（ｃ）は、前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４とを摩擦撹拌接合する際の接合界面の詳細を模式的に表した断面図である。
　まず、鉄鋼製材料で前部サブフレーム１２の形状にプレス成形された成形品１２´(図２２（ａ）参照)に合金亜鉛めっき１２ｍを施した後、カチオン電着塗装１２ｄを行い、図２２（ａ）に示すように、合金亜鉛めっき１２ｍ、カチオン電着塗装１２ｄを行ったワークの前部サブフレーム１２をクランプ台などの治具６０にセットする(図２０のＳ１)。

　続いて、図２１（ｂ）に示すように、前部サブフレーム１２のフランジ部２８の上面に、図示しないシール材塗布機構によってシール材５８、例えば、常乾型シール材を塗布する(図２２（ａ）参照)(図２０のＳ２)。
　そして、図２１（ｃ）に示すように、前部サブフレーム１２における上面にシール材５８を塗布したフランジ部２８の上に、ダイカスト成型されたアルミニウム合金材料などの軽金属製のワークの後部サブフレーム１４のフランジ部４０を重ね、図示しないクランプ機構を用いてクランプする(図２０のＳ３)。このとき、図２２（ｂ）に示すように、シール材５８が前部サブフレーム１２のフランジ部２８と後部サブフレーム１４のフランジ部４０との間に広がる。

　続いて、図２０のＳ４の前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４との接合工程(摩擦撹拌接合とシール材５８のはみ出しの工程)は、以下の通り行われる。
　接合ツール５０を用いて、前部サブフレーム１２のフランジ部２８と後部サブフレーム１４のフランジ部４０とを摩擦撹拌接合する。なお、前記したように、前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４の各フランジ部２８、４０の下側には、接合ツール５０によって各フランジ部２８、４０に付与される加圧力を受けるための治具６０が設けられている。

　図２１（ｃ）に示すように、図示しない回転駆動源を用いて回転子５２及び接合ピン５４を一体的に回転させた状態で、アルミニウム合金等の軽金属製材料で形成された後部サブフレーム１４のフランジ部４０の上面に徐々に近接させ、加圧力（押込力）によって接合ピン５４の先端部を後部サブフレーム１４のフランジ部４０の上面に当接（接触）させ回転進入させることにより、後部サブフレーム１４のフランジ部４０に塑性流動域ｓｒを生成する（図２２（ｃ）参照）。塑性流動によって、軽金属(例えば、アルミニウム)と鉄との化合物である金属間化合物ｋｃが形成される。

　図２３は、接合ツールを用いて摩擦撹拌接合する状態を示す斜視図である。
　さらに、回転子５２及び接合ピン５４を一体的に回転させながら後部サブフレーム１４のフランジ部４０に加圧進入させ、図２３に示すように、回転子５２のショルダ部５６が後部サブフレーム１４のフランジ部４０の上面に摺接するまで接合ピン５４を鉛直下方向に向かって挿入する。

　その際、接合ピン５４の先端部は、図２２（ｃ）に示すように、後部サブフレーム１４のフランジ部４０を貫通した後、塗布されたシール材５８の層、カチオン電着塗装１２ｄの層、及び前部サブフレーム１２のフランジ部２８の上面に形成される合金亜鉛めっき１２ｍの層を突き抜け、シール材５８の層、カチオン電着塗装１２ｄの層、合金亜鉛めっき１２ｍの層を、フランジ部４０、２８間の接合面の周囲に押し出し、前部サブフレーム１２のフランジ部２８の上面に直接、当接するまで加圧力が付与される。

　このように、接合ピン５４が前部サブフレーム１２の上面に当接するまで回転進入されることにより、軽金属製材料の後部サブフレーム１４のフランジ部４０に生成される塑性流動域ｓｒを塑性流動させ、シール材５８の層、カチオン電着塗装１２ｄの層、合金亜鉛めっき１２ｍの層を外側にはね除けた後に鉄鋼材料からなる前部サブフレーム１２の鋼板新生面を露出させて金属間化合物ｋｃが形成されて、後部サブフレーム１４と固相接合される。
　すなわち、合金亜鉛めっき１２ｍ等のめっきの酸化防止剤とカチオン電着塗装１２ｄの塗膜とシール材５８とを接合面の周囲に押し出し混ぜ合わせて壁を作りながら、軽金属製材料の後部サブフレーム１４と前部サブフレーム１２のフランジ部２８とを固着するので、塗料等が剥離することがない。また、フランジ部４０とフランジ部２８との接合面には、シール材５８、カチオン電着塗装１２ｄの層、合金亜鉛めっき１２ｍの層は存在しない。なお、前記したように、接合ピン５４の周りの合金亜鉛めっき１２ｍの層、カチオン電着塗装１２ｄの層、及びシール材５８の部分には、これらの混合物ｍが壁のように形成される。

　このように、回転子５２及び接合ピン５４が後部サブフレーム１４のフランジ部４０から回転進入して、接合ピン５４の先端部が前部サブフレーム１２のフランジ部２８の上面に当接した状態を保持しながら、重畳されたフランジ部２８、４０の延在方向に沿って回転子５２及び接合ピン５４を変位させることによって摩擦撹拌接合部位６２（図３（ａ）中の網状部分参照）が形成される。

　なお、摩擦撹拌接合部位６２において、上側の後部サブフレーム１４（アルミニウム合金等の軽金属材料）と、下側の前部サブフレーム１２（鉄鋼材料）との間の接合界面には、図２２（ｃ）に示すように、金属間化合物ｋｃが生成される。この金属間化合物ｋｃは、接合界面全域にわたる連続した層状形態ではなく、粒状形態又は分断された層状形態で接合界面内に分散した状態で生成される。

　図２４は、前部サブフレーム１２のフランジ部２８と後部サブフレーム１４のフランジ部４０との接合部を示す横断面図である。
　この凹部４２内に保持されたシール材５８は、例えば、常乾型シール材で構成されることにより、所定時間経過後に固化されて、図２４に示すように、前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４の左右両側のフランジ部２８、４０間の間隙が確実にシールされる。

　この結果、本実施形態では、摩擦撹拌接合された前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４の左右両側からはみ出されたシール材５８が凹部４２内に溜まることにより散らばることを防止して、シール材５８の充填の信頼性を図ることができる。
　また、前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４の左右両側の間隙から水等の腐食因子が浸入することを抑制して、高い防錆性能を確保することができる。

　また、凹部４２内におけるシール材５８の溜まり具合（溜まり量）は、作業者が外部から視認することができるため、シール材５８の塗布量を確認して前部サブフレーム１２及び後部サブフレーム１４との間にシール材５８が確実に介装されたか否かを判断することができる。

　さらに、フランジ部２８、４０同士が摩擦撹拌接合されて、前部サブフレーム１２と後部サブフレーム１４との間で閉断面４４をもつ閉空間が形成されるが、この閉断面４４をもつ閉空間が形成されたフランジ部２８、４０の内側においても、シール材５８がはみ出して固化されてシール機能が発揮される。このため、例えば、水滴（水）が、図２４の矢印α１のように、上側の後部サブフレーム１４の内壁面を伝わって、流下する場合であっても、流下する水滴が、各フランジ部２８、４０間のはみ出したシール材５８上を流れてフランジ部２８、４０間の間隙に留まることがない滞水防止構造とすることができる。

　また、鉄鋼製部材からなる前部サブフレーム１２とアルミニウム等の軽金属製部材からなる後部サブフレーム１４との異種材料の金属同士を摩擦撹拌接合した場合、各金属のイオン化傾向の違いによって各金属間に電位差が生じ、腐食電流が流れることによって異種金属同士の接触によって腐食が発生することが懸念される。しかしながら、本実施形態では、摩擦撹拌接合されたフランジ部２８、４０からはみ出したシール材５８が固化することによって、腐食電流が流れることを回避することができる。これにより、異種金属間の接触による耐食性を向上させることができる。
　しかも、前部サブフレーム１２が単体時に塗装を行えるので、塗装が容易で塗装に関する手間が大幅に省ける。また、前部サブフレーム１２の塗り損いがない。

　次に、第３実施形態における接合方法について、以下詳細に説明する。
　図２５（ａ）に示すように、２枚の薄板２０６ａ、２０６ｂが積層された左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２０４ａ、２０４ｂと、後部サブフレーム１４の左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０とを、接合ツール５０を用いて摩擦撹拌接合する。その際、接合ツール５０の接合ピン５４が左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０を回転進入して塑性流動域ｓｒを生成して、左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの電着塗装膜２０８ａ及びシール材２５８を、フランジ部２０４ａ、２０４ｂとフランジ部４０、４０との各接合面の周囲に押し出して電着塗装膜２０８ａとシール材２５８との混合物ｍの壁を作りながら、フランジ部２０４ａ、２０４ｂまで当接し、接触する。

　この際、電着塗装膜２０８ａ及びシール材２５８を接合面の周囲に押し出して混合物ｍの壁を作りながら、左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０と左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２０４ａ、２０４ｂとを、塑性流動によって軽金属(例えば、アルミニウム)と鉄との化合物である金属間化合物ｋｃが形成されて固着するので、電着塗装膜２０８ａが剥離することがない。また、フランジ部４０、４０と薄板２０６ａ、２０６ｂとの各接合面に電着塗装膜２０８ａ、シール材２５８が存在しない。

　また、左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０に対して摩擦熱が与えられるが、摩擦撹拌接合部位の裏面２１０(フランジ部２０４ａ、２０４ｂの裏面)は、２枚の鉄鋼製の薄板２０６ａ、２０６ｂが積層されて構成されているため、熱伝達率が低下する。そのため、フランジ部２０４ａ、２０４ｂの裏面の電着塗装膜２０８ｃを分解可能とする所定温度（閾値温度）まで到達することなく（図２５（ｂ）参照）、電着塗装膜２０８ｃのフランジ部２０４ａ、２０４ｂの裏面からの剥がれを回避することができる（図２５（ｃ）参照）。

　換言すると、摩擦撹拌接合する際に被接合物側に向かって回転進入される接合ピン５４によって摩擦熱が発生し、この摩擦熱が積層された鉄鋼製の薄板の下面に形成された電着塗装膜を剥離させるおそれがある。
　そこで、第３実施形態では、図２５に示すように、前部サブフレーム１２を構成する左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの中央部２４ｂから後方の延出部２０２までを鉄鋼材料からなる２枚の薄板２０６ａ、２０６ｂを薄肉に形成して積層し空気層を形成し、熱伝達率を低下させる。
　これにより、接合ピン５４の回転進入に起因する摩擦熱が下層側の薄板２０６ｂの下面に形成された電着塗装膜２０８ｃまで到達することを抑制することにより、摩擦撹拌接合部位の裏面２１０(フランジ部２０４ａ、２０４ｂの裏面)に形成された電着塗装膜２０８ｃを保護している。

　なお、第３実施形態では、各左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２０４ａ、２０４ｂの表裏両面及び表裏両面の間の結合面（積層面）に、それぞれ電着塗装処理によって電着塗装膜２０８ａ～２０８ｃが予め形成された場合を例示しているが、フランジ部２０４ａ、２０４ｂの表裏両面及び表裏両面の間の結合面（積層面）に、それぞれ合金亜鉛めっき等のめっきを施した後に電着塗装処理によって電着塗装膜２０８ａ～２０８ｃを形成してもよい。

　この場合、電着塗装膜２０８ａと合金亜鉛めっき等のめっきとシール材２５８とを混ぜ合わせて、左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０と左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２０４ａ、２０４ｂとの各接合面の周囲に押し出して電着塗装膜２０８ａと合金亜鉛めっき等のめっきとシール材２５８との混合物ｍからなる壁が作られる。この壁を作りながら、左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０と左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂのフランジ部２０４ａ、２０４ｂとを、塑性流動によって軽金属と鉄との化合物である金属間化合物が形成されて固着(固相接合)する。そのため、電着塗装膜２０８ａ、合金亜鉛めっき等のめっきが剥離することがない。また、フランジ部４０、４０と薄板２０６ａ、２０６ｂとの各接合面に、電着塗装膜２０８ａ、合金亜鉛めっき等のめっき、シール材２５８が存在しない。なお、第３実施形態において、シール材２５８は用いなくともよいが、シール材２５８は防錆性を有するので、シール材２５８は用いる方がより望ましい。

　図２６は、第５実施形態に係るサブフレーム構造体の平面図である。なお、図２６中の参照符号６２ｓ(始点部)は、摩擦撹拌接合を開始する箇所を示し、参照符号６２ｅ(終点部)は、摩擦撹拌接合を終了する箇所を示し、また、参照符号６２ｓ、６２ｅ間の白抜き矢印は摩擦撹拌接合の工程の作業の進行を示す。

　図２７は、第５実施形態に係るサブフレーム構造体の摩擦撹拌接合の工程を示す図であり、図２７(ａ)は、摩擦撹拌接合を開始する箇所の始点部の状態を示す断面図、図２７(ｂ)は、摩擦撹拌接合を終了する箇所の終点部の摩擦撹拌接合前の状態を示す断面図、図２７(ｃ)は、摩擦撹拌接合を終了する箇所の終点部の摩擦撹拌接合後の状態を示す断面図である。
　第５実施形態のサブフレーム構造体４００は、第３実施形態のサブフレーム構造体２００を、図２５に示す摩擦撹拌接合するに際して、摩擦撹拌接合を開始する始点部６２ｓの形状と終点部６２ｅの形状とを変更したものである。

　図２７(ａ)に示すように、始点部６２ｓのアルミニウム等の軽金属製の左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０に、回転子５２の底部中心下方に突出する接合ピン５４の先端部が入るような接合ピン５４の先端部より大きな又は略同等の寸法をもつ凹形状の凹部４０ｂを形成している。
　本構成により、接合ピン５４の回転進入による摩擦撹拌接合の開始に際して、フランジ部４０の切り屑(バリ)の発生が抑制され、接合ピン５４の挿入性が向上する。従って、摩擦撹拌接合の工程を円滑に開始し、摩擦撹拌接合の開始する始点部６２ｓの仕上がりを良好にすることができる。

　そして、始点部６２ｓから、接合ピン５４を回転させて電着塗装膜２０８ａを、フランジ部４０と薄板２０６ａとの接合面の周囲に押し出して壁を作りながら、接合ピン５４を薄板２０６ａに直に接触させて回転させて、フランジ部４０と薄板２０６ａ、２０６ｂとの摩擦撹拌接合を継続し、図２７(ｃ)に示す摩擦撹拌接合を終了する終点部６２ｅに至る。この際、電着塗装膜２０８ａをフランジ部４０と薄板２０６ａとの接合面の周囲に押し出して壁を作りながら、左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０と薄板２０６ａ、２０６ｂとを固着するので、電着塗装膜２０８ａが剥離することがない。また、フランジ部４０と薄板２０６ａとの接合面に電着塗装膜２０８ａが存在しない

　次に、図２７(ｂ)、図２７(ｃ)に示すフランジ部４０と薄板２０６ａ、２０６ｂとを摩擦撹拌接合する終了点である終点部６２ｅの構成について以下説明する。
　予め、図２６に示す前部サブフレーム１２の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの中央部２４ｂから後方の延出部２０２までの薄板２０６ａ、２０６ｂにおける摩擦撹拌接合を終了する終点部６２ｅの上部に、図２７(ｂ)に示すように、接合ピン５４の先端部より大きな寸法をもつ凹形状の凹部２０２ｈを形成しておく。同時に、終点部６２ｅの薄板２０６ａ、２０６ｂに上から重なるアルミニウム等の軽金属製の左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０には、それぞれ、薄板２０６ａ、２０６ｂの凹部２０２ｈに嵌入される凸形状の凸部４０ｃを形成しておく。

　摩擦撹拌接合の前に、図２７(ｂ)に示すように、前部サブフレーム１２の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの薄板２０６ａ、２０６ｂの上に、アルミニウム等の軽金属製の左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０が、フランジ部４０、４０の凸部４０ｃ、４０ｃをそれぞれ薄板２０６ａの凹部２０２ｈに嵌入して、重ねられる。
　そして、回転子５２の底部中心下方に突出する接合ピン５４を回転させて、上側のフランジ部４０に進入させることで、図２７(ｃ)に示すように、後部サブフレーム１４の左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０と前部サブフレーム１２の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの薄板２０６ａ、２０６ｂとが、摩擦撹拌接合される。

　図２７(ｂ)に示すように、前部サブフレーム１２の左・右サイドメンバ２２ａ、２２ｂの薄板２０６ａ、２０６ｂにおける摩擦撹拌接合を終了する終点部６２ｅの上部に接合ピン５４より大きな寸法の凹部２０２ｈを形成し、かつ、終点部６２ｅの薄板２０６ａ、２０６ｂに上から重なるアルミニウム等の軽金属製の左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０、４０に、それぞれ薄板２０６ａ、２０６ｂの凹部２０２ｈに嵌入される凸部４０ｃを形成することにより、終点部６２ｅの薄板２０６ａが摩擦撹拌接合後に剥き出しになることが防止される。

　また、薄板２０６ａ、２０６ｂの凹部２０２ｈにフランジ部４０のアルミニウム等の軽金属が充填されるので、終点部６２ｅの薄板２０６ａ、２０６ｂの電食の発生が抑制される。
　なお、薄板２０６ａ、２０６ｂに、第３実施形態と同様に、各薄板２０６ａ、２０６ｂの両面に合金亜鉛めっき等のめっきを施してから、電着塗装膜２０８ａ、２０８ｂ、２０８ｃを形成してもよい。

　この場合、接合ピン５４を回転させて電着塗装膜２０８ａ、合金亜鉛めっき等のめっき(酸化防止剤)を混ぜて接合ピン５４と薄板２０６ａとの接合面の周囲に押し出して壁を作りながら、接合ピン５４を薄板２０６ａに接触させて回転させて、フランジ部４０と薄板２０６ａ、２０６ｂとを摩擦撹拌接合を行う。この際、電着塗装膜２０８ａ、合金亜鉛めっき等のめっきを接合面の周囲に押し出して壁を作りながら、左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０と薄板２０６ａとを、金属間化合物が形成され固着するので、電着塗装膜２０８ａ、合金亜鉛めっき等のめっきが剥離することがない。また、フランジ部４０と薄板２０６ａとの接合面に電着塗装膜２０８ａ、合金亜鉛めっき等のめっきが存在しない。

　なお、図２７(ｃ)に示すように、薄板２０６ａの上にシール材５８(二点鎖線)を塗布して、フランジ部４０を重ねるのが望ましい。この場合、シール材５８、電着塗装膜２０８ａ、合金亜鉛めっき等のめっきを接合面の周囲に押し出して壁を作りながら、接合ピン５４を薄板２０６ａに接触させて回転し、左・右サイド部３６ａ、３６ｂのフランジ部４０と薄板２０６ａとを固着する。そのため、フランジ部４０と薄板２０６ａとの接合面に、シール材５８、電着塗装膜２０８ａ、合金亜鉛めっき等のめっきが存在しない。
　また、第５実施形態の構成は、摩擦撹拌接合の工程の始点部６２ｓと終点部６２ｅとの構成は、第１～第４実施形態に適用することが可能である。
　第１～第５実施形態の構成によれば、カチオン(ＥＤ)電着塗装等の電着塗装した状態で摩擦撹拌接合を実施するので、所望の接合強度を確保できる。
　アルミニウム部材等の軽金属材と鉄部材を接合する際に、鉄部材に予め電着塗装を施した上で摩擦撹拌接合することにより、溶融溶接のように塗膜が溶け出すことなく、塗装に関する手間が省けて細部まで先に塗装を行うことができる。また、塗膜が外に押し出されることにより、軽金属材と鉄部材とを接合できる。

　なお、前記実施形態では、電着塗装としてカチオン電着塗装を例示して説明したが、カチオン電着塗装以外の電着塗装を適用してもよい。
　なお、前記実施形態では、後部サブフレーム１４を軽金属で製作する例として、アルミニウム合金（アルミニウム）を例示したが、アルミニウム合金（アルミニウム）以外の軽金属を用いてもよいのは、勿論である。
　また、第１～第５実施形態で様々な構成を説明したが、説明した各構成を適宜任意に組み合わせて構成してもよい。

　なお、前記実施形態では、合金亜鉛めっきを例示したが、純亜鉛めっきでもよい。しかし、合金亜鉛めっきの方が、成形性、防食性に優れるので、より望ましい。なお、後記する「亜鉛めっき」は、合金亜鉛めっき、純亜鉛めっきの両者を含むものとする。

　次に、上述したような接合方法を用いることで、以下に示されるような利点乃至効果が得られる。
　鋼製部材と軽金属材とを重ね合わせて、非溶融の状態で摩擦により撹拌させて接合する接合方法において、前記鋼製部材に塗装を施す塗装工程と、前記軽金属材の前記鋼製部材との接合部に回転ツールを回転させながら押し込み、このときに発生する摩擦熱で前記軽金属材の接合部を軟化及び塑性流動させることにより、前記鋼製部材と前記軽金属材とを接合する接合工程と、を有するとよい。
　この接合方法によれば、溶融溶接のように塗膜が溶け出すことなく、細部まで先に容易に塗装を行うことができる。また、塗膜を外に押出すことができるので、先に塗装できる。また、塑性流動によって、金属間化合物が形成されている。

　また、前記塗装が電着塗装であって、前記塗装の塗膜が前記接合部の前記軽金属材と前記鋼製部材との接合面の周囲に押出されることにより、当該接合面に前記塗膜が存在しないようにするとよい。この接合方法によれば、塗膜が接合面の外に押出されることにより、軽金属材と鋼製部材との接合ができる。

　さらに、前記鋼製部材には亜鉛めっき加工が施され、前記亜鉛めっき層が前記電着塗装の塗膜とともに前記接合面の周囲に押出されるようにするとよい。この接合方法によれば、亜鉛めっき層が押出されることにより、軽金属材と鋼製部材との接合ができる。

　さらにまた、前記鋼製部材と前記軽金属材との間にシール部材が設けられ、前記シール部材が前記亜鉛めっき層、前記電着塗装の塗膜とともに前記接合面の周囲に押出されるようにするとよい。この接合方法によれば、シール部材が塗膜、鋼製部材の亜鉛めっきの酸化防止剤とともに混ざりあって、防錆効果を発揮できる。また、シール部材とその他の物質が混ざりあったものが、接合界面の外へ押し出され、鋼製部材と軽金属材との接合が可能になる。

　さらにまた、前記回転ツールの先端部が前記鋼製部材に接触するまで押し込まれるようにするとよい。この接合方法によれば、軽金属材を確実に撹拌でき、鋼製部材に亜鉛めっき層、塗膜等が施された場合には亜鉛めっき層、塗膜等を押出すことができる。

　さらにまた、前記接合部における前記鋼製部材は、複数枚を重ね合わせて構成されるとよい。この接合方法によれば、鋼製部材と軽金属材との接合工程において、鋼製部材の下面の温度上昇を抑制できる。

　さらにまた、前記接合工程が開始される始点部における前記軽金属材の前記回転ツールの先端部が押し込れる箇所に、前記回転ツールの先端部より大きい又は略同等の寸法をもつ凹形状の第１凹部を形成するとよい。この接合方法によれば、回転ツールの先端部の鋼製部材への挿入性が向上し、切り屑の発生を抑制できる。

　さらにまた、前記接合工程が終了される終了部における前記鋼製部材の前記回転ツールの先端部が押し込れる箇所に前記回転ツールの先端部より大きい寸法をもつ凹形状の第２凹部を形成し、かつ、前記軽金属材に前記鋼製部材の第２凹部内に収容される凸形状の凸部を形成するとよい。この接合方法によれば、接合工程が終了される終了部で鋼製部材が露出するのを防止でき、終了部の鋼製部材を軽金属材で被覆できるために電食の発生を抑制できる。

　１０、１００、２００、３００、４００　サブフレーム構造体
　１１　　車両
　１２　　前部サブフレーム（鉄鋼製部材、鋼製部材）
　１４　　後部サブフレーム（アルミニウム部材、軽金属材）
　２０　　フロントクロスメンバ
　２２ａ、２２ｂ　左右サイドメンバ
　２６　　薄板部（延出部）
　２８　　フランジ部（鋼製部材）
　３０　　ボルト
　３２　　ボルト挿通孔
　３６ａ、３６ｂ　左右リヤサイド部
　３８　　リヤクロス部
　４０　　フランジ部（軽金属材）
　４０ｂ　凹部(第１凹部)
　４０ｃ　凸部
　４４　　閉断面
　５４　　接合ピン(摩擦撹拌接合用回転工具、回転ツール)
　５８、２５８　シール材（シール部材）
　６２ｓ　始点部
　６２ｅ　終点部
　１０２ａ、１０２ｂ　薄板
　２０２ｈ　凹部(第２凹部)
　２０４ａ、２０４ｂ　フランジ部
　２０６ａ、２０６ｂ　鉄鋼製の薄板(複数枚を重ねた鋼製部材)
　２０８ａ～２０８ｃ　電着塗装膜
　２１０　裏面
　Ｓ１　　ワークＳＥＴ(塗装工程)
　Ｓ４　　摩擦撹拌接合とシール材はみ出し(接合工程)

Claims (6)

1. 　車両の前部に配置され、車体部材に対し固定され又は前記車体部材に対してフローティング可能に支持された車両用のサブフレーム構造体において、
   　車両前後方向に分割された鉄鋼製の前部サブフレームと、軽金属製の後部サブフレームとから構成され、
   　前記前部サブフレームの上に前記後部サブフレームが重ね合わせられた状態で、摩擦撹拌接合によって接合されることを特徴とするサブフレーム構造体。
2. 　前記前部サブフレームは、プレス成形によって成形されたプレス成形体からなり、
   　前記後部サブフレームは、ダイカスト成形によって成形されたダイカスト成形体からなり、
   　前記前部サブフレームの上に前記後部サブフレームが重ね合わせられた状態で、摩擦撹拌接合によって接合されることを特徴とする請求項１に記載のサブフレーム構造体。
3. 　前記前部サブフレームは、車幅方向に沿って延在するフロントクロスメンバと、前記フロントクロスメンバから車両後方に向かって略平行に延在する一対の左右サイドメンバとを有し、
   　前記後部サブフレームは、一対の左右リヤサイド部と、前記一対の左右リヤサイド部を連結するリヤクロス部とを有し、
   　前記前部サブフレームの左右サイドメンバには、車両後方側に延出した延出部が設けられ、
   　前記前部サブフレームの延出部と前記後部サブフレームの左右リヤサイド部には、それぞれフランジ部が形成され、
   　前記前部サブフレームの延出部の上面に前記後部サブフレームの左右リヤサイド部を重ね合わせて前記フランジ部同士を接合することを特徴とする請求項１に記載のサブフレーム構造体。
4. 　前記前部サブフレームの左右サイドメンバと前記後部サブフレームの左右リヤサイド部とによって閉断面が形成され、
   　前記前部サブフレームの左右サイドメンバ側にボルト挿通孔を形成し、前記前部サブフレームの左右サイドメンバと前記後部サブフレームの左右リヤサイド部とを前記閉断面を貫通するボルトで締結することを特徴とする請求項３に記載のサブフレーム構造体。
5. 　前記前部サブフレームの延出部は、薄板状の鉄鋼製部材からなり、
   　前記前部サブフレームの延出部には、薄板状のアルミニウム製部材との接合前に電着塗装が施されることにより、前記アルミニウム製部材との接合面、前記薄板同士の積層面、及び、前記アルミニウム製部材との接合面と反対側の前記薄板の裏面に、それぞれ電着塗装膜が形成され、
   　前記鉄鋼製部材と前記アルミニウム製部材とが重ね合わせられ、前記重ね合わせ面の垂直方向で、且つ、前記アルミニウム製部材側から前記鉄鋼製部材側に向かって摩擦撹拌接合用回転工具を回転挿入して前記フランジ部同士を接合することを特徴とする請求項３に記載のサブフレーム構造体。
6. 　前記前部サブフレームの左右サイドメンバは、鉄鋼製の２枚以上の薄板同士を接合し、前記接合された鉄鋼製の薄板同士間に閉断面が形成されることを特徴とする請求項３に記載のサブフレーム構造体。

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