CN111356609B - 接合体以及汽车用座椅框架 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及的接合体，包括：薄板，沿其外周形成有多个贯通孔；第1部件，其具有基部和突出部，所述基部的一部分与薄板接触，所述突出部相对于基部的表面即与薄板接触的一侧的表面突出，且插通于贯通孔；以及第2部件，其隔着薄板配置于基部的相反侧，且由与第1部件相同种类的材料形成，其中，薄板由比重比构成第1部件及第2部件的材料小的材料形成，第2部件与突出部的连接于基部的一侧的相反侧的端部，其各自一部分被熔融固化而接合，并且以第2部件与突出部的接合界面为中心，与该接合界面正交的方向上的30%的范围内的接合后硬度差为接合前硬度差的90%以下。

Description

接合体以及汽车用座椅框架
技术领域
本发明涉及一种接合体以及汽车用座椅框架。
背景技术
近年来，以汽车用各种部件的轻量化为目的，研究将铁基材料置换成铝基材料的技术。铝基材料适合轻量化，但是如果都采用铝基材料，则难以得到足够的产品强度。因此，对将部分铁基材料置换成铝基材料的方案进行过研究。在将铁基材料置换成铝基材料时，需要对铁基材料和铝基材料进行接合。
现已提出有在将铁基材料与铝基材料通过焊接接合时，抑制引起接合强度下降的金属间化合物生成的多种技术(例如，参见专利文献1、2)。在专利文献1中，在铝基材料上按压铆钉，以使该铆钉的一部分贯通铝基材料，之后对该铆钉与铁基材料进行点焊。在专利文献2中，对于细长的部件(紧固件)通过使其多个部位凹进而形成突起部，并在将该突起部插通于在彼此材料不同的两个部件其中一个部件上所形成的孔中且使其与另一个部件的基部接触的状态下，进行焊接。
专利文献1：日本特表2017-510464号公报
专利文献2：日本特开2017-64726号公报
发明内容
另外，在汽车用座椅框架中，采用了如下技术：在由铝基材料形成的板状的板材上，接合由铁基材料形成的管状部件，来确保座椅框架的强度。然而，专利文献1所公开的接合技术，在使铆钉贯通铝基材料时，用于焊接的电流会导通至铝基材料而产生分流，因此为了得到足够的接合强度需要大电流。进一步地，在铝基材料上形成有绝缘性被膜等时，由于在铆钉贯通时绝缘性被膜被剥离，导致铆钉与铝基材料之间发生电蚀，结果使接合部的强度下降。此外，专利文献1存在需要使铆钉贯通铝基材料的工序而增加作业工时的问题。因此，专利文献1所公开的接合技术不适合板状部件与管状部件的接合。
此外，专利文献2需要在紧固件上与其中一个部件中所形成的孔的间隔配合地来形成突出部，对突出部的形成要求较高的加工精度。
本发明是鉴于上述问题而完成的，其目的在于提供一种能够简单且牢固地接合板状部件与管状部件并且实现轻量化的接合体以及汽车用座椅框架。
为了解决上述问题而达成目的，本发明涉及的接合体，包括：薄板，沿其外周形成有多个贯通孔；第1部件，其具有基部和突出部，所述基部的一部分与所述薄板接触，所述突出部相对于所述基部的表面即与所述薄板接触的一侧的表面突出，且插通于所述贯通孔；以及第2部件，其隔着所述薄板配置于所述基部的相反侧，且由与所述第1部件相同种类的材料形成，其中，所述薄板由比重比构成所述第1部件及所述第2部件的材料小的材料形成，所述第2部件与所述突出部的连接于所述基部的一侧的相反侧的端部，其各自一部分被熔融固化而接合，并且接合后硬度差为接合前硬度差的90％以下，其中，所述接合后硬度差是指以所述第2部件与所述突出部的接合界面为中心，与该接合界面正交的方向上的30％的范围内的硬度的最大值与最小值之差，且所述接合前硬度差是指接合前的所述第1部件的硬度与接合前的所述第2部件的硬度之差。
此外，本发明涉及的接合体，在上述的发明中，所述接合后硬度差为所述接合前硬度差的80％以下。
此外，本发明涉及的汽车用座椅框架，包括：上述的发明涉及的接合体。
根据本发明，具有能够简单且牢固地接合板状部件与管状部件并且实现轻量化的效果。
附图说明
图1为本发明的一实施方式涉及的汽车用座椅框架的主视图。
图2为图1的汽车用座椅框架的后视图。
图3为图2的沿A-A线的部分放大截面图。
图4为表示本发明的一实施方式涉及的汽车用座椅框架的后面板的结构的后视图。
图5为表示本发明的一实施方式涉及的汽车用座椅框架的紧固销的结构的截面图。
图6A为说明本发明的一实施方式涉及的汽车用座椅框架的接合方法(其一)的图。
图6B为说明本发明的一实施方式涉及的汽车用座椅框架的接合方法(其二)的图。
图6C为说明本发明的一实施方式涉及的汽车用座椅框架的接合方法(其三)的图。
图7为用于说明作用于本发明的一实施方式涉及的汽车用座椅框架的载荷的图。
图8为用于说明作用于本发明的一实施方式涉及的汽车用座椅框架的载荷的图。
图9为本发明的实施方式的变形例涉及的汽车用座椅框架的部分放大截面图。
图10为说明本发明的实施方式的变形例涉及的汽车用座椅框架的紧固销的结构的图。
图11为说明本发明的实施方式的变形例涉及的汽车用座椅框架的接合方法的图。
具体实施方式
下面，参照附图来对用于实施本发明的方式进行详细说明。另外，本发明并不限于以下实施方式。此外，在以下说明中参照的各图，仅是以能够理解本发明内容的程度来示意性地表示形状、大小以及位置关系。也即是说，本发明并不仅限于各图中示出的形状、大小以及位置关系。
实施方式
首先，参照附图对本发明的一实施方式涉及的汽车用座椅框架进行详细说明。图1为本发明的一实施方式涉及的汽车用座椅框架的主视图。图2为图1的汽车用座椅框架的后视图。图3为沿图2的A-A线的部分放大截面图。
汽车用座椅框架1包括：由铝或铝合金形成的后面板2；由铁或铁基合金形成的框架管3；以及紧固后面板2与框架管3的紧固销4。汽车用座椅框架1中，通过在紧固销4贯通后面板2的状态下接合紧固销4与框架管3，使框架管3固定于后面板2。
图4为表示本发明的实施方式涉及的汽车用座椅框架的后面板的结构的后视图。后面板2是通过冲压加工等而成型的铝或铝合金薄板。作为铝合金，理想的是强度高的铝合金，但从容易进行冲压加工等的观点来看，优选使用5000系列(Al-Mg基)、6000系列(Al-Mg-Si基)、7000系列(Al-Zn-Mg基)。
在后面板2上，沿着后面板2的外周形成有在板厚方向上贯通的多个贯通孔20。从简化制造工序的观点来看，优选在用于形成后面板2的外形的冲压加工中，同时形成贯通孔20。
框架管3是由铁或铁基合金形成且截面形状为圆形的管。作为铁基合金可以使用具有980MPa以上且1600MPa以下的抗拉强度的钢材，具体地有碳钢、高强度钢、超高强度钢、不锈钢等。从提高汽车用座椅框架1的强度的观点来看，优选框架管3由高强度钢形成。框架管3的截面形状可以呈椭圆形、矩形或多边形。另外，框架管3可以是实心或板状的框架。
图5为表示本发明的一实施方式涉及的汽车用座椅框架的紧固销的结构的截面图。图5表示紧固于框架管3之前的紧固销4。紧固销4具有：基部41，其呈圆板状；以及突出部42，其设于基部41的内周，且相对于该基部41向一侧突出。突出部42设于基部41的与后面板2接触的接触面P1，且呈相对于该接触面P1突出成半球状的形状。紧固销4由与框架管3相同种类的材料、例如由上述的铁或铁基合金构成的部件形成。另外，从可焊性和接合后的可淬硬性的观点来看，紧固销4更优选为含有在0.1％以上且0.5％以下的范围内的碳素。
紧固销4的基部41的最大厚度TA与后面板2的厚度TB之比(TA/TB)优选为1≤TA/TB≤1.50(参见图3)。
在本实施方式中，设后面板2的贯通孔20的直径为DA，紧固销4的基部41的、与紧固销4的轴N垂直的方向上的直径为DB，紧固销4的突出部42的、与轴N垂直的方向上的直径为DC，框架管3的直径为DD时，直径DA～DD具有以下关系：DC<DA<DB、DA<DD。例如，直径DA与直径DB具有1.5≤DB/DA≤2.5的关系。在框架管3与紧固销4接合的状态下，突出部42与贯通孔20的内壁隔开距离(参见图3)。此外，后面板2与基部41接触。另外，在本实施方式中，直径DD对应于框架管3的外周的直径。
框架管3与紧固销4的接合部分(参见图3)中，以接合界面为中心且厚度方向(例如轴N方向)的30％的范围中的硬度的最大值与最小值之差(接合后硬度差)，为接合前的框架管3的硬度与接合前的紧固销4的硬度之差(接合前硬度差)的90％以下，优选为80％以下。这里，以接合界面为中心且厚度方向的30％的范围，是指以自接合界面起整体厚度的15％的位置为端点的范围。此外，接合界面是假设作为接合前框架管3与紧固销4的分界的假想的面，在设接合前的框架管3的壁厚为ta，接合前的紧固销4的高度为tb，且接合后的厚度为tc时，作为紧固销4(突出部42)的、自未与框架管3连接一侧的表面起的位置，设为由tc×tb/(ta+tb)定义的位置。另外，上述的壁厚ta、高度tb、厚度tc在接合前与接合后，均在通过对应位置的同一轴上。图3中，框架管3与紧固销4的接合部分所示虚线是接合前的框架管3的外缘，与接合界面不同。
接着，参照图6A～图6C对紧固销4与框架管3的接合方法进行说明。图6A～图6C为说明本发明的一实施方式涉及的汽车用座椅框架的接合方法的图。首先，如图6A所示，对预先形成有贯通孔20的后面板2，与该贯通孔20配合地配置框架管3。
在后面板2上配置框架管3后，如图6B所示，将紧固销4的突出部42插通于贯通孔20而与框架管3抵接(抵接步骤)。在图6A及图6B的状态下，通过使用未图示的夹具，使框架管3及紧固销4的相对于后面板2的位置固定。另外，也可以在配置框架管3之前，将紧固销4插通于贯通孔20。
然后，在框架管3的径向上，通过用两个电极夹住框架管3与紧固销4，并进行通电，来实施电阻点焊(参见图6C：接合步骤)，以使框架管3与紧固销4抵接的分界部分熔融固化。由此，能够获得图3所示的接合体。此外，通过对由相同种类的材料形成的框架管3与紧固销4进行电阻点焊，能够进行抑制了金属间化合物的生成的接合。
通过使用如本实施方式般的上表面呈平面的紧固销4，相比于例如上表面呈曲面的紧固销，可以使用粗直径的电极。由此，电极的持续使用耐久性提高。
图7及图8为用于说明作用于本发明的一实施方式涉及的汽车用座椅框架的载荷的图。以上述方式接合的汽车用座椅框架1兼具对在后面板2的板厚方向上的载荷(剥离方向上的载荷F1：参见图7)的耐久强度、以及对在与后面板2的板面平行的方向上的载荷(剪切方向上的载荷F2：参见图8)的耐久强度。
在以上说明的实施方式中，在将紧固销4的突出部42插通于后面板2的贯通孔20，并使突出部42与框架管3抵接的状态下，进行电阻点焊，由此能够制作出以框架管3与基部41夹住后面板2并机械地紧固的汽车用座椅框架1。此时，汽车用座椅框架1中，在框架管3与紧固销4的接合部分，以接合界面为中心且厚度方向的30％的范围中的硬度差，为接合前的框架管3的硬度与接合前的紧固销4的硬度之差的90％以下。根据本实施方式，通过电阻点焊抑制金属间化合物生成，从而确保接合强度，由此能够简单且牢固地接合板状部件与管状部件，并且实现轻量化。
以往，除焊接、MIG钎焊(熔化极惰性气体保护焊)、激光钎焊以外，还已知有通过铆钉的固定方法。例如，使用铆钉来对本实施方式涉及的后面板2与框架管3进行固定时，先通过铆钉对未形成有贯通孔20的后面板形成贯通孔，之后通过电阻点焊等进行接合。此时，由于使用铆钉来穿孔，该铆钉的轴部与后面板以紧贴的方式接触，因此在进行电阻点焊时，电流会被分流，从而有可能无法充分接合。
另外，虽然在上述的实施方式中说明的是突出部42与贯通孔20的内壁隔开距离，但突出部42的一部分也可以与贯通孔20的内壁的一部分接触。
此外，在上述的实施方式中，可以在后面板2的表面形成绝缘性被膜，也可以在汽车用座椅框架1的外表面形成绝缘性被膜。
实施方式的变形例
图9为本发明的实施方式的变形例涉及的汽车用座椅框架的部分放大截面图。本实施方式的变形例涉及的汽车用座椅框架包括上述的后面板2、框架管3、以及将后面板2与框架管3紧固的紧固销4A。以下，对于与上述的实施方式相同的结构(后面板2和框架管3)将省略说明。
紧固销4A是使用与框架管3相同种类的材料，例如上述的铁或铁基合金，通过冲压加工而形成的。紧固销4A具有与后面板2接触的基部41A、以及相对于该基部41A向一侧突出的突出部42A。基部41A呈从突出部42A的外周延伸成放射状的圆环状。突出部42A连接于基部41A的内周，设于基部41A的与后面板2接触的接触面P2，呈相对于该接触面P2突出的形状。突出部42A具有：平板状的平板部42a，其设于与基部41A错开的位置；以及锥状部42b，其连接于基部41A和平板部42a。
图10为说明本发明的实施方式的变形例涉及的汽车用座椅框架的紧固销的结构的图。图10的(a)为在轴N方向上从突出部42A侧观察紧固销4A时的俯视图。图10的(b)为图10的(a)所示的B-B线截面图。紧固销4A具有均匀的厚度。紧固销4A的厚度TC与后面板2的厚度TB之比(TC/TB)优选为1≤TC/TB≤1.50。
紧固销4A中，突出部42A焊接至框架管3而接合。此时的焊接为上述的电阻电焊。
这里，设后面板2的贯通孔20的直径为DA，紧固销4A的基部41A的、与紧固销4A的轴N垂直的方向上的直径为DE，紧固销4A的突出部42A的、与轴N垂直的方向上的直径为DF，且框架管3的直径为DD时，直径DA、DD～DF具有以下关系：DF<DA<DE、DA<DD。在框架管3与紧固销4A接合的状态下，突出部42A与贯通孔20的内壁隔开距离(参见图9)。此外，后面板2与基部41A接触。
接下来，参照图6A及图11对紧固销4A与框架管3的接合方法进行说明。图11为说明本发明的实施方式的变形例涉及的汽车用座椅框架的接合方法的图。
首先，对预先形成有贯通孔20的后面板2，与该贯通孔20配合地配置框架管3(参见图6A)。在后面板2上配置框架管3后，将紧固销4A的突出部42A插通于贯通孔20而与框架管3抵接(抵接步骤)。在该状态下，通过使用未图示的夹具，使框架管3及紧固销4A相对于后面板2的位置固定。另外，也可以在配置框架管3之前，将紧固销4A插通于贯通孔20。
然后，如图11所示，在框架管3的径向上，通过用两个电极(图11中仅图示出一个电极100)夹住框架管3及紧固销4A，并进行通电，来实施电阻点焊(接合步骤)，以使框架管3与紧固销4A抵接的分界部分熔融固化。由此，能够获得图9所示的接合体。此外，通过对由相同种类的材料形成的框架管3及紧固销4A进行电阻点焊，能够进行抑制了金属间化合物的生成的接合。
本变形例中，在框架管3与紧固销4A的接合部分(参见图9)，以接合界面为中心且厚度方向(例如轴N方向)的30％的范围中的硬度的最大值与最小值之差(接合后硬度差)，也为接合前的框架管3的硬度与接合前的紧固销4A的硬度之差(接合前硬度差)的90％以下，优选为80％以下。另外，本变形例中的接合界面，在设接合前的框架管3的壁厚为ta，接合前的紧固销4A的平板部42a的板厚为td，且接合后的厚度为te时，作为紧固销4A(平板部42a)的、自未与框架管3连接一侧的表面起的位置，设为由te×td/(ta+td)定义的位置。
用于对框架管3与紧固销4A进行焊接的电阻点焊的电极100中，前端具有平面，且侧面呈锥状，该锥状的侧面的相对于长度方向上的中心轴的倾斜角度θ1，为锥状部42b的相对于紧固销4A的轴N的倾斜角度θ2以下。由此，电极100的前端平面与平板部42a对置，能够使电流在框架管3与平板部42a之间高效地流动。
在上述的变形例中，在将紧固销4A的突出部42A插通于后面板2的贯通孔20，并使突出部42A的基部41A侧的相反侧的端部与框架管3抵接的状态下，进行电阻点焊，由此能够制作出以框架管3与基部41A夹住后面板2并机械地紧固的汽车用座椅框架。根据本变形例，通过电阻点焊抑制金属间化合物，从而确保接合强度，由此能够牢固地接合板状部件与管状部件，且能够实现轻量化。
此外，根据上述的本变形例，相比于上述的实施方式涉及的紧固销4，能够实现轻量化，且由于是通过冲压可容易成型的形状，因此能够低价制造紧固销4A。
另一方面，上述的实施方式涉及的紧固销4由于无需将电极的前端面对准紧固销4A的部位(突出部42A)，所以不要求较高的定位精度。因此，紧固销4相比于紧固销4A具有较高的生产率。
如上所述，本发明可以包含在此没有记载的各种实施方式等，在不脱离由本申请权利要求书所确定的技术思想的范围内，可以进行各种设计变更等。在本说明书中，虽然是以汽车用座椅框架为例进行了说明，但例如也可以将如下接合体应用于汽车用座椅框架以外的产品，该接合体是使用由铝或铝合金形成的薄板、由铁或铁合金形成的中空管、以及具有基部和突出部的紧固销，并对中空管与紧固销进行电阻点焊来制造的。此外，薄板与中空管及紧固销不限于铝和铁的组合，只要是比重比构成中空管及紧固销的材料小的材料，都可以作为薄板使用。例如，当构成中空管及紧固销的材料为铁时，作为薄板可以使用聚丙烯、碳纤维增强塑料(Carbon Fiber Reinforced Plastic；CFRP)、玻璃纤维增强塑料(Glass Fiber Reinforced Plastic；GFRP)等树脂，或以钛为主成分的合金，或以镁为主成分的合金等。
实施例
以下，对本发明涉及的汽车用座椅框架的实施例进行说明。另外，本发明并不限于这些实施例。
实施例1
使用由铝合金(A5182)形成、且形成有贯通孔(对应于贯通孔20)并且进一步在其表面进行了阳离子涂装的铝面板(对应于后面板2)，板厚为1.6mm、抗拉强度为1470MPa左右且维氏硬度为HV478的框架管(STAM(汽车结构用电阻焊碳钢管)：对应于框架管3)，以及用板厚为0.8mm的板材形成的且维氏硬度为HV92的紧固销(对应于紧固销4A)，来进行电流值为5.0kA、通电时间为100毫秒且紧固销对框架管的焊接压力为0.5kN的电阻点焊，由此制造出如图9所示的接合体并将其作为试验片。另外，紧固销的突出部的直径比铝面板的贯通孔的直径小。在实施例1中，接合前的硬度差为386。
实施例2
实施例2的试验片中，设框架管的壁厚为1.0mm，抗拉强度为980MPa左右且维氏硬度为HV352，并且设接合时的电流值为4.0kA，除此之外与实施例1相同。在实施例2中，接合前的硬度差为260。
实施例3
实施例3的试验片中，设框架管的壁厚为1.0mm，抗拉强度为980MPa左右且维氏硬度为HV352，并且设接合时的电流值为4.0kA，且通电时间为140毫秒，除此之外与实施例1相同。在实施例3中，接合前的硬度差为260。
实施例4
实施例4的试验片中，设铝面板没有接受过阳离子涂装，除此之外与实施例1相同。在实施例4中，接合前的硬度差为386。
实施例5
实施例5的试验片中，设框架管的壁厚为1.0mm，抗拉强度为980MPa左右且维氏硬度为HV352，并且设接合时的电流值为4.5kA，除此之外与实施例1相同。在实施例5中，接合前的硬度差为260。
比较例1
比较例1的试验片中，设紧固销的板厚为0.4mm，并且设接合时的电流值为7.0kA，且焊接压力为2.5kN，除此之外与实施例1相同。在比较例1中，接合前的硬度差为386。
比较例2
比较例2的试验片中，设框架管的壁厚为1.0mm，抗拉强度为980MPa左右且维氏硬度为HV352，并且设接合时的电流值为7.0kA，且焊接压力为1.0kN，除此之外与实施例1相同。在比较例2中，接合前的硬度差为260。
对实施例1～5以及比较例1、2涉及的各接合体，进行了剥离试验。在剥离试验中，使图7所示的剥离载荷F1逐渐变大，测量断裂时的耐剥离载荷，并对是否满足规定的耐剥离载荷进行了评价。在剥离试验中，若满足规定的耐剥离载荷则评价为“OK”，而若不满足则评价为“NG”。剥离试验结果与接合前的框架管3的壁厚ta、接合前的紧固销的平板部(对应于紧固销4A的平板部42a)的板厚td、以及接合后的厚度te(参见图9、图10)一并示于表1。如表1所示，实施例1～5涉及的接合体获得了理想的结果，而比较例1、2涉及的接合体未获得理想的结果。
表1
Figure GDA0002491651720000121
此外，对实施例1～5以及比较例1、2涉及的各接合体，测量了接合后的维氏硬度。具体而言，对各接合体，沿着通过紧固销的中心并在厚度方向上延伸的轴，自紧固销的表面起每隔0.1mm测量维氏硬度。测量结果示于表2中。
表2
Figure GDA0002491651720000131
以接合界面为中心的30％的范围(表2中阴影线所示范围)中维氏硬度的硬度差(最大值与最小值之差：接合后硬度差)，与接合前的框架管的硬度和接合前的紧固销的硬度之差(接合前硬度差)之比，如下所示。
实施例1：(479.4-347.9)/386≈0.341
实施例2：(409.4-219.4)/260≈0.731
实施例3：(391.7-194.5)/260≈0.758
实施例4：(461.4-303.9)/386≈0.408
实施例5：(424.4-267.7)/260≈0.603
比较例1：(470.3-102.4)/386≈0.953
比较例2：(428.3-186.4)/260≈0.930
实施例1～5涉及的接合体的接合后硬度差与接合前硬度差之比为90％(0.900)以下。而相对于此，比较例1、2涉及的接合体的接合后硬度差与接合前硬度差之比大于90％(0.900)。
虽然上述的实施例中所说明的是如图9所示接合体，但可认为图3所示接合体也具有相同的硬度差。
如以上说明的，本发明涉及的接合体以及汽车用座椅框架适合于简单且牢固地接合板状部件与管状部件并且实现轻量化。
符号说明
1 汽车用座椅框架
2 后面板
3 框架管
4 紧固销
20 贯通孔
41、41A 基部
42、42A 突出部
42a 平板部
42b 锥状部

Claims (3)

1.一种接合体，其特征在于，包括：
薄板，沿其外周形成有多个贯通孔；
第1部件，其具有基部和突出部，所述基部的一部分与所述薄板接触，所述突出部相对于所述基部的表面即与所述薄板接触的一侧的表面突出，且插通于所述贯通孔；以及
第2部件，其隔着所述薄板配置于所述基部的相反侧，且由与所述第1部件相同种类的材料形成，其中，
所述薄板由比重比构成所述第1部件及所述第2部件的材料小的材料形成，
所述第2部件与所述突出部的连接于所述基部的一侧的相反侧的端部，其各自一部分被熔融固化而接合，
接合后硬度差为接合前硬度差的90%以下，其中，所述接合后硬度差是指以所述第2部件与所述突出部的接合界面为中心，与该接合界面正交的方向上的30%的范围内的硬度的最大值与最小值之差，所述接合前硬度差是指接合前的所述第1部件的硬度与接合前的所述第2部件的硬度之差。
2.根据权利要求1所述的接合体，其特征在于，
所述接合后硬度差为所述接合前硬度差的80%以下。
3.一种汽车用座椅框架，其特征在于，包括：
权利要求1或2所述的接合体。
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