JP2016083694A - 金属接合体及び金属接合体の製造方法 - Google Patents

金属接合体及び金属接合体の製造方法 Download PDF

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Abstract

【課題】シール性に優れると共に熱歪みが少ない金属接合体及びその製造方法を提供する。
【解決手段】第１の金属部材と第２の金属部材とで継手を形成し、該継手の継ぎ目に、ろう材で断続的に設けられたろう付け接合部と、前記ろう材よりも融点が低いはんだで前記ろう付け接合部間に充填されたはんだ接合部とを形成する。これにより、シール性に優れ、熱歪みが少ない金属接合体を得ることが可能となる。
【選択図】図２

Description

本発明は、金属接合体及び金属接合体の製造方法に関する。より詳しくは、本発明は、継手の継ぎ目にろう付け接合部とはんだ接合部とを有する金属接合体及びその製造方法に関する。
自動車の車体におけるルーフパネルとルーフサイドレールとの接合などのルーフ部材の接合には、一般的にスポット接合による手法が用いられている。ルーフパネル及びルーフサイドレールなどの複数の部材の接合により、車体においては一般的に、その形状からモヒカン部と称される、断面凹状の接合部を有することが多い。この接合部の美観の観点から、通常、スポット溶接痕をルーフモール部材で覆うという措置がとられている。
一方、このようなルーフモール部材を省略する、いわゆるモヒカンレス構造に対応するため、ルーフ部材とその周辺の部材とを点接合ではなく、連続的に接合するという方法も検討されており、入熱量が比較的小さいレーザブレージングによる接合の実用化が検討されている。また、低い入熱でのＭＩＧブレージングによる接合も検討されている。
前記レーザブレージングによる接合として、例えば特許文献１には、レーザによるブレージング継手における接合強度の低下を抑制し、継手強度の安定化を可能とすべくなされたレーザブレージング方法に関する発明が開示されている。また、例えば特許文献２には、車体の部材をＭＩＧ溶接にて接合する手法が開示されている。
上述のブレージング接合方法では、スポット溶接のように溶接後に溶接用シーラーで隙間を埋める必要がなくなるというメリットがある。しかし、ブレージング接合方法では、通常の溶接と比較して熱歪みが小さくなるものの、精度よく構造体を組み立てることは困難であった。
このため、ブレージング接合において、被接合材であるルーフ部材の構造自体を熱歪みの出にくい構造にする技術（特許文献３参照）や、溶接ビードを形成する方向を検討する技術（特許文献４参照）なども提案されている。
特開２００５−５９００９号公報 特開２０１０−１２４８４号公報 特開２０１３−１４７１４６号公報 特開２００９−５６５０８号公報
しかし、特許文献３に開示された技術では、構造体のデザインの制約が出てくる場合がある。また、特許文献４に開示されたような技術を採用しても、熱歪みの吸収が十分でない場合がある。
そこで本発明は、シール性に優れると共に熱歪みが少ない金属接合体、及びその製造方法を提供することを主目的とする。
本発明に係る金属接合体は、第１の金属部材と第２の金属部材とで継手が形成され、該継手の継ぎ目に、ろう材で断続的に設けられたろう付け接合部と、前記ろう材よりも融点が低いはんだで前記ろう付け接合部間に充填されたはんだ接合部とが形成されているものである。
前記ろう付け接合部は、前記継手の継ぎ目において、ステッチ状に又は点状に若しくはそれらの組み合わせで形成されていてもよい。
前記ろう付け接合部の表面は、前記はんだで覆われていてもよい。
前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とは、融点の異なる異種材であってもよい。
また、本発明に係る金属接合体の製造方法は、第１の金属部材と第２の金属部材とで継手を形成する工程と、前記継手の継ぎ目に、ろう材を用いたブレーズ接合により、断続的にろう付け接合部を形成する工程と、前記ろう付け接合部間にはんだ接合部が充填されるように、前記ろう材よりも融点が低いはんだを用いて前記ろう付け接合部間にはんだ接合部を形成する工程と、を有する。
前記ろう材を用いたブレーズ接合として、レーザブレージング又はＭＩＧブレージングにより、前記ろう付け接合部を形成してもよい。
前記はんだとしてワイヤ状のはんだを用い、該ワイヤ状のはんだを前記継手に供給しながら、前記ワイヤ状のはんだにレーザビームを照射することにより、前記はんだ接合部を形成してもよい。
前記ろう付け接合部を形成する工程により、前記継手の継ぎ目に断続的に形成されたろう付け接合部の間に、前記はんだを配置し、該はんだにレーザビームを照射することにより、前記はんだ接合部を形成してもよい。
前記ろう付け接合部を形成する工程により、前記継手の継ぎ目に断続的に形成されたろう付け接合部の間に、前記はんだを配置し、誘導加熱により加熱して前記はんだを溶融させることにより、前記はんだ接合部を形成してもよい。
本発明によれば、シール性に優れると共に熱歪みが少ない金属接合体、及びその製造方法を提供することが可能となる。
本発明の実施形態に係る金属接合体が車体に供される例を説明するための当該車体におけるルーフパネル側の概略構造を示す図である。 図１中のＡ−Ａ線断面における拡大斜視図である。 本発明の実施形態に係る金属接合体における第１の金属部材と第２の金属部材との接合部の構成例を示し、ろう付け接合部がステッチ状に形成された構成例を示す、図２相当の斜視図である。 本発明の実施形態の金属接合体における第１の金属部材と第２の金属部材との接合部の構成例を示し、ろう付け接合部が点状に形成された構成例を示す、図２相当の斜視図である。 本発明の実施形態の金属接合体における第１の金属部材と第２の金属部材との接合部の構成例を示し、ろう付け接合部の表面がはんだで覆われた構成例を示す、図２相当の斜視図である。 本発明の実施形態に係る金属接合体の製造方法の第１例を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る金属接合体の製造方法の第２例を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る金属接合体の製造方法の第３例を説明するための図である。 本発明の実施形態に係る金属接合体の製造方法の第４例を説明するための図である。
以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施形態では、自動車における車体の部材を例示して説明するが、本発明は、シール性に優れ、熱歪みの少ない金属接合体とその製造方法の提供を目的とすることから、車体の部材以外の用途にも広く適用し得り、以下の実施形態に限定されるものではない。
本発明の実施形態に係る金属接合体について説明する。
本実施形態の金属接合体は、第１の金属部材と第２の金属部材とで継手が形成され、その継手の継ぎ目に、ろう材で断続的に設けられたろう付け接合部と、前記ろう材よりも融点が低いはんだで前記ろう付け接合部間に充填されたはんだ接合部とが形成されているものである。
以下、本実施形態の金属接合体が自動車の車体の構成部に適用される場合を例示し、その金属接合体における第１の金属部材及び第２の金属部材がそれぞれ車体におけるルーフパネル及びルーフサイドレールである場合を例に、図１〜図３を参照しながら説明する。
図１は、本実施形態に係る金属接合体が車体１に供される例を説明するための当該車体１におけるルーフパネル２側の概略構造を示す図である。図２は、図１中のＡ−Ａ線断面における拡大斜視図である。図３Ａ〜Ｃは、本実施形態に係る金属接合体における第１の金属部材と第２の金属部材との接合部の構成例を示す、図２に対応する斜視図である。
まず、本実施形態に係る金属接合体が供される車体の構成例を図１及び図２を参照しながら説明する。
図１に示されるように、自動車の車体１は、車体１の屋根を構成するルーフパネル（第１の金属部材）２、及び図１中の矢印Ｗで表される車体幅方向の両サイドに設けられたルーフサイドレール（第２の金属部材）３を有している。ルーフサイドレール３は、車体１の左右両サイドに一対で、図１中の矢印Ｌで表される車体前後方向に沿って設けられている。
図２に示されるように、ルーフサイドレール３は、サイドアウタパネル４、ルーフレインフォース５及びサイドインナパネル６を備えて構成されている。
サイドアウタパネル４は、ルーフレインフォース５よりも車体外側に配置され、サイドインナパネル６は、ルーフレインフォース５よりも車体内側に配置されている。サイドアウタパネル４とルーフレインフォース５とで閉断面が形成されていると共に、サイドインナパネル６とルーフレインフォース５とで閉断面が形成されている。
なお、ルーフパネル２は好適には鋼板材又はアルミニウム系合金材で形成され、サイドアウタパネル４、ルーフレインフォース５及びサイドインナパネル６は、いずれも好適には鋼板材で形成される。
サイドアウタパネル４、ルーフレインフォース５及びサイドインナパネル６はいずれもそれぞれ、本体部４ａ、５ａ、６ａと、本体部４ａ、５ａ、６ａの内端部から車体幅方向Ｗの内側へ屈曲された内側フランジ部４ｂ、５ｂ、６ｂと、本体部４ａ、５ａ、６ａの外端部から斜め下方外向きに屈曲された外側フランジ部４ｃ、５ｃ、６ｃとを備えている。サイドアウタパネル４の本体部４ａは、ルーフレインフォース５の本体部５ａを車体外側から覆うことが可能な膨らみを有して形成されている。ルーフレインフォース５の本体部５ａは、断面がやや開いたハット状に形成され、サイドインナパネル６の本体部６ａと対向するように配置されている。サイドインナパネル６の本体部６ａは、車体内側に凸となるように屈曲して形成されている。
サイドアウタパネル４、ルーフレインフォース５及びサイドインナパネル６のそれぞれの内側フランジ部４ｂ、５ｂ、６ｂは、重ね合わされて接合されている。同様に、サイドアウタパネル４、ルーフレインフォース５及びサイドインナパネル６のそれぞれの外側フランジ部４ｃ、５ｃ、６ｃは、重ね合わされて接合されている。各内側フランジ部４ｂ、５ｂ、６ｂ及び各外側フランジ部４ｃ、５ｃ、６ｃが接合されていることにより、ルーフサイドレール３には、車体前後方向Ｌに沿って閉断面が延在する。各内側フランジ部４ｂ、５ｂ、６ｂ及び各外側フランジ部４ｃ、５ｃ、６ｃの接合手法は、特に限定されず、例えば、スポット溶接などが採用され得る。
ルーフパネル２は、車体１の屋根部分となる本体部２ａと、本体部２ａの端部から車体内側に屈曲した屈曲部２ｂとを備える。このルーフパネル２の屈曲部２ｂは、サイドアウタパネル４の本体部４ａにおける内側フランジ部４ｂからの立ち上がり部分に沿って重なるように形成されている。そして、第１の金属部材であるルーフパネル２と第２の金属部材であるルーフサイドレール３（サイドアウタパネル４）とで継手が形成され、その継手の継ぎ目に接合部１２を有する。継手の形状は特に限定されないが、本実施形態では、フレア継手が形成されている。
次に第１の金属部材２であるルーフパネル２と第２の金属部材３であるルーフサイドレール３（サイドアウタパネル４）との接合部１２の構成例について、図２及び図３Ａ〜Ｃを参照しながら説明する。
前述したように、本発明に係る金属接合体１１は、車体１の構成部材以外の用途にも広く適用可能であることから、以下の説明では、ルーフパネル２及びルーフサイドレール３（サイドアウタパネル４）をそれぞれ第１の金属部材２及び第２の金属部材３と一般化して称する。
なお、上述では、サイドアウタパネル４、ルーフレインフォース５及びサイドインナパネル６を含むルーフサイドレール３を第２の金属部材３と称したが、サイドアウタパネル４が第１の金属部材２であるルーフパネル２と接合する部材であることから、サイドアウタパネル４を第２の金属部材と称してもよいこととする。
図２に示されるように、本実施形態の金属接合体１１は、第１の金属部材２と第２の金属部材３とのフレア継手の継ぎ目に、ろう材で断続的に設けられたろう付け接合部１４と、ろう材よりも融点が低いはんだでろう付け接合部１４間に充填されたはんだ接合部１６とを有する。
ろう付け接合部１４は、ろう材を用いたブレーズ接合により形成することができる。断続的なろう付け接合部１４の形態としては、図２に示される形態以外にも、例えば、図３Ａに示されるように、図２に示されるろう付け接合部１４よりも数が多く、ステッチ状に形成されたろう付け接合部２４とすることができる。このステッチ状のろう付け接合部２４に伴い、図３Ａに示される金属接合体２１における接合部２２は、図２に示される金属接合体１１における接合部１２に比べて、ろう付け接合部２４間が短く、その各ろう付け接合部２４の間に、はんだ接合部１６よりも短いはんだ接合部２６を有している。この金属接合体２１では、ステッチ状のろう付け接合部２４を有することから、接合強度を高め易い。
また、例えば図３Ｂ及び図３Ｃに示される金属接合体３１、４１のように、これらの金属接合体３１、４１における接合部３２、４２では、１つ当たりのろう付け接合部３４、４４の大きさが小さく、点状に形成されたろう付け接合部３４、４４とすることもできる。さらに、図示しないが、点状のろう付け接合部３４、４４と、上述のステッチ状のろう付け接合部２４とを組み合わせて、接合部を構成することも可能である。
このように、第１の金属部材２と第２の金属部材３との継手に断続的にろう付け接合部１４、２４、３４、４４を設けることで、元々低いブレーズ接合の入熱量を更に低くすることができる。ろう付けによるブレーズ接合の方法として、ＭＩＧスポット溶接、レーザスポット溶接が好適に用いられる。
第１の金属部材２と第２の金属部材３との接合部１２、２２、３２、４２の端は、ろう付け接合部１４、２４、３４、４４で構成されていることが好ましく、第１の金属部材２と第２の金属部材３とで形成される継手の端部に、ろう付け接合部１４、２４、３４、４４が配置されることがより好ましい。このように構成することで、第１の金属部材２と第２の金属部材３との接合強度をより高めることが可能となる。
継手の継ぎ目において、断続的に設けられるろう付け接合部１４、２４、３４、４４の数、大きさ、及び配置位置などは特に限定されず、第１の金属部材２と第２の金属部材３とを確実に接合できるように適宜設定される。
ろう付け接合部１４、２４、３４、４４に用いられるろう材の素材は、特に限定されず、第１の金属部材２と第２の金属部材３とを接合可能なものであればよい。ろう材の素材は、従来からろう付けで用いられているろう材の中から、第１の金属部材２及び第２の金属部材３の素材などに応じて適宜選択して用いることができる。
例えば、第１の金属部材２及び第２の金属部材３が共にアルミニウム系合金材である場合、それらのろう付け接合に用いられるろう材（溶加材）としては、ＪＩＳ又はＡＡ規格で規定される４０４３及び４０４７のほか、１０００系、５０００系の溶加材を適用することができる。この場合のろう付け接合に用いられるろう材（溶加材）としては、ソリッドワイヤ、フラックスコアードワイヤ（ＦＣＷ）が適宜用いられる。
また、例えば第１の金属部材２及び第２の金属部材３が共に鋼材である場合、それらのろう付け接合に用いられるろう材（溶加材）としては、Ｃｕ系の溶加材を用いることができる。この場合もろう付け接合に用いられるろう材（溶加材）として、フラックスコアードワイヤ（ＦＣＷ）が施工性の面で好ましい。
さらに、本実施形態の金属接合体１１、２１、３１、４１は、ろう付け接合部１４、２４、３４、４４と、後述するはんだ接合部１６、２６、３６、４６とにより、シール性を高め易いことから、第１の金属部材２と第２の金属部材３とが融点の異なる異種材である場合にも好適である。例えば、アルミニウム系合金材と鋼材との接合の場合、それらのろう付け接合に用いられるろう材（溶加材）として、４０４３に加えて、Ｓｉ：１.５〜２．５質量％、Ｔｉ：０．１５〜０．２５質量％、残部が実質的にＡｌからなるアルミニウム合金を皮材とし、芯材にフラックスを充填するフラックスコアードワイヤが好適に用いられる。なお、フラックスの種類は、特に限定されるものではないが、接合強度の観点から、フッ化アルミニウム（ＡｌＦ３）やフッ化セシウム（ＣｓＦ）を主成分とするフラックスが好適である。具体的には、ＭＩＧ溶接を行う場合は、主成分としてＡｌＦ３：７〜１５質量％、残部が実質的にＫＡｌＦ（フッ化カリウムアルミニウム）系フラックスとし、レーザ溶接を行う場合は、主成分としてＣｓＦ：２０〜６０質量％を含有し、残部が実質的にＫＡｌＦ（フッ化カリウムアルミニウム）系フラックスとするのが好適である。
図２及び図３Ａ〜Ｃに示されるように、断続的に設けられたろう付け接合部１４、２４、３４、４４の間には、はんだ接合部１６、２６、３６、４６が充填されている。
このはんだ接合部１６、２６、３６、４６により、第１の金属部材２と第２の金属部材３との継手の全体が金属で接合されることとなる。その結果、第１の金属部材２と第２の金属部材３との継手の隙間に溶接用シーラーを別途充填する必要なく、第１の金属部材２と第２の金属部材３との接合強度を高めることが可能となる。
はんだ接合部がろう付け接合部間に充填されていることとは、継手方向（車体前後方向Ｌ）の平面視において、はんだ接合部が、１つのろう付け接合部からその次のろう付け接合部まで連続して設けられていることをいう。
ろう付け接合部１４、２４、３４、４４が断続的に形成された後に、はんだ接合部１６、２６、３６、４６を形成することで隙間に効率よく充填される。
はんだ接合部１６、２６、３６、４６には、ろう付け接合部１４、２４、３４、４４に用いられるろう材よりも融点が低いはんだが用いられる。ろう材の融点が４８０〜５６０℃程度であるのに対して、はんだの融点は、１８０〜４３０℃程度であり、ろう材の融点よりも低い。このため、線状に連続したはんだ接合部１６、２６、３６、４６を形成しても、ろう材でブレーズ接合する場合に比べて、入熱量が著しく減少する。
はんだ接合部１６、２６、３６、４６に用いられるはんだの素材は、特に限定されず、例えば、Ｓｎ-Ａｇ-Ｃｕ系、Ｓｎ-Ｚｎ系、Ｚｎ-Ｓｎ系、Ｚｎ-Ｓｉ系など各種はんだを用いることができる。はんだは、ソリッドワイヤ、フラックスコアードワイヤ（ＦＣＷ）が適宜用いられる。フラックスコアードワイヤの場合は、上記はんだ合金を皮材として、芯材のフラックスにはトリエタノールアミン（低温域：１８０〜２６０℃）、塩化第一錫（中温域：２６０〜３７０℃）、塩化亜鉛（高温域：３７０〜４３０℃）を用いることが好ましい。
はんだ接合部１６、２６、３６、４６の形成方法は、特に限定されない。例えば、継手にワイヤ状のはんだを供給しつつレーザ溶接を行う方法、若しくは継手の所定位置にはんだを配置し、レーザ溶接又は誘導加熱によりはんだを溶融して接合する方法が好適である。これらのはんだ接合部１６、２６、３６、４６の形成方法は、接合スピードが格段に速くなり、これにより、金属接合体の生産性を高めることが可能となる。
また、前述の通り、はんだ接合部１６、２６、３６、４６を設ける前に、ブレーズ接合により、ろう付け接合部１４、２４、３４、４４を部分的に設けることが好ましい。これにより、はんだ接合の際の熱による歪みを生じ難くすることが可能となる。
はんだは研磨性が良好なため、はんだ接合部１６、２６、３６、４６は、研磨されていることが好ましい。研磨されたはんだ接合部１６、２６、３６、４６は、接合部分が目立たなく、美麗な外観となる点で好ましい。この観点から、図３Ｃに示されるように、はんだ接合部４６は、ろう付け接合部４４の表面を覆うように設けられていることが好ましく、継手の継ぎ目の略全体に亘って設けられていることがより好ましい。なお、図２に示される比較的間隔が長く形成されたろう付け接合部１４や、図３Ａに示されるステッチ状のろう付け接合部２４の表面が、はんだ接合部１４、２４で用いられるはんだで覆われていてもよい。
被接合材である第１の金属部材２及び第２の金属部材３の素材は、上述の通り、種々の組み合わせが可能である。被接合材の素材としては、例えば、アルミニウム系合金材、鋼材が好適に用いられる。
アルミニウム系合金材としては、ＪＩＳ又はＡＡ規格で規定される５０８２等の５０００系合金、６０２２及び６０１１等の６０００系合金、３１０４等の３０００系合金、７０００系合金、並びに２０００系合金などを適宜用いることができる。
鋼材としては、裸鋼板（めっきのない鋼板）のほか、ＧＡ鋼板及びＧＩ鋼板等の亜鉛めっき鋼板、並びにアルミめっき鋼板などを適宜用いることができ、鋼材の母材も普通鋼から高張力鋼といった高強度のものも用いることができる。
さらにこれらの被接合材の形態として、板状の部材のほか、押出材、並びに板状部材と押出材の組み合わせの被接合材を用いることができる。
以上詳述したように、本実施形態の金属接合体１１、２１、３１、４１は、第１の金属部材２と第２の金属部材３との継手の継ぎ目に、ろう付け接合部１４、２４、３４、４４と、そのろう付け接合部間に充填されたはんだ接合部１６、２６、３６、４６とが形成されている。そのため、接合強度が高く、シール性に優れると共に、熱歪みが極めて少ない金属接合体１１、２１、３１、４１を得ることができる。
また、ろう付け接合部４４の表面がはんだ接合部４６に用いられるはんだで覆われている構成をとることで、より美麗なビードを形成することができる。そして、はんだは、研磨性及び研削性が優れているため、継手の継ぎ目を目立たなくすることができ、デザイン性に優れた金属接合体４１を得ることも可能となる。
次に、本実施形態に係る金属接合体の製造方法について説明する。以下では、上述の金属接合体１１、２１、３１、４１の説明と重複するため、被金属材の構造例や各種素材の説明等を省略する。
本実施形態に係る金属接合体の製造方法は、第１の金属部材と第２の金属部材とで継手を形成する工程（以下、「継手形成工程」と称することがある。）と、継手の継ぎ目に、ろう材を用いたブレーズ接合により、断続的にろう付け接合部を形成する工程（以下、「ろう付け工程」と称することがある。）と、ろう付け接合部の間にはんだ接合部が充填されるように前記ろう材よりも融点が低いはんだでろう付け接合部間に充填しながら接合し、はんだ接合部を形成する工程（以下、「はんだ接合工程」と称することがある。）と、を有する。
本実施形態の金属接合体の製造方法では、ろう付け工程とはんだ接合工程とは、どちらを先に行ってもよく、また、同時進行的に行ってもよい。好ましくは、ろう付け接合工程により、断続的にろう付け接合部を形成した後に、はんだ接合工程により、ろう付け接合部間にはんだ接合部を形成する。
前記継手形成工程では、第１の金属部材と、第２の金属部材とを合わせて、継手を形成する。本実施形態では、前述したように、フレア継手を例示している。ここで、第１の金属部材と第２の金属部材とは、同種の金属材料で形成されていてもよく、融点の異なる異種の金属材料で形成されていてもよい。また、第１の金属部材と第２の金属部材とが同種の金属材料で形成されている場合、これらは同一組成の金属材料であってもよく、同種であるが組成が異なる金属材料であってもよい。
さらに、第１の金属部材及び第２の金属部材は板状であってもよく、その一方又は両方が各種形状に成形されていてもよい。第１の金属部材及び第２の金属部材に、予め成形されている部材を用いる場合、その成形方法は特に限定されるものではなく、プレス成形品や押出成形品の他、鋳物などでもよく、種々の成形品を用いることができる。
前記ろう付け工程では、ろう材を用いたブレーズ接合として、レーザブレージング又はＭＩＧブレージングにより、ろう付け接合部を形成することができる。
前記はんだ接合工程では、継手にワイヤ状のはんだを供給しながら、そのワイヤ状のはんだにレーザビームを照射することにより、はんだ接合部を形成することができる。
また、前記ろう付け工程で継手の継ぎ目に断続的に形成されたろう付け接合部の間に、はんだを配置し、そのはんだにレーザビームを照射することにより、はんだ接合部を形成することもできる。
さらには、前記ろう付け工程で継手の継ぎ目に断続的に形成されたろう付け接合部の間に、はんだを配置し、誘導加熱により加熱してはんだを溶融させることにより、はんだ接合部を形成することもできる。
ろう付け工程及びはんだ接合工程について、図４〜図７を参照しながら具体的に説明する。図４〜図７は、金属接合体の製造方法の代表例を説明する図であり、以下に説明する代表例の製造方法は、上述の実施形態に係る各金属接合体１１、２１、３１、４１の製造に適用できる。
なお、図４〜図７では、ルーフサイドレール（第２の金属部材）３について、サイドアウタパネル、ルーフレインフォース及びサイドインナパネルを示さずに簡略化して、１つの第２の金属部材３として表している。また、その第２の金属部材３及びルーフパネル（第１の金属部材）２の形状も簡略化して表している。
図４は、本実施形態に係る金属接合体の製造方法の第１例の説明図であり、上述の実施形態に係る金属接合体１１の場合を例示する図である。図４に示されるように、第１例の製造方法では、ろう付け接合部１４とはんだ接合部１６とをタンデムで行う。すなわち、本例の製造方法では、ろう付け接合部１４の形成とはんだ接合部１６の形成を同時進行的に行い、一本の接合部１２を形成する。より好ましくは、継手の継ぎ目に、ろう付け接合部１４に用いるワイヤ状のろう材１３を供給しつつ、そのろう材１３の供給に続けて、ろう材１３の後から追うように、はんだ接合部１６に用いるワイヤ状のはんだ１５を供給する。
本例の製造方法におけるろう付け工程では、ワイヤ状のろう材１３を用いたブレーズ接合として、継手にワイヤ状のろう材１３を供給しながら、溶接トーチ７を用いたＭＩＧスポット溶接（ＭＩＧブレージング）でろう付け接合部１４を形成する。ＭＩＧスポット溶接の手法として、通常のＭＩＧ溶接、ＣＭＴ（Ｃｏｌｄ Ｍｅｔａｌ Ｔｒａｎｓｆｅｒ）溶接のどちらを採用してもよい。
本例の製造方法におけるはんだ接合工程では、継手の継ぎ目におけるろう付け接合部１４間にはんだ接合部１６が形成されるように、ろう付け接合部１４に続いて、ワイヤ状のはんだ１５を供給しながら、そのはんだ１５にレーザビーム８を照射して、はんだ接合部１６を形成する。
はんだ接合工程で用いられるレーザビーム８には、ファイバーレーザ、ディスクレーザ、半導体レーザ、ＹＡＧレーザ、ＣＯ２レーザ等の各種方式を用いることができる。また、スキャナーを用いたリモート方式を用いると、極めて高速に効率よく接合することができる。レーザ接合を行う場合は、はんだに対してレーザビーム８をデフォーカスして行うことが好ましい。これにより、はんだのみでなく被接合材も加熱されるため、はんだの回りが良くなり、接合強度を高めることが可能となる。
図５は、本実施形態に係る金属接合体の製造方法の第２例の説明図であり、上述の実施形態に係る金属接合体１１の場合を例示する図である。図５に示されるように、本例の製造方法においては、ろう付け接合部１４及びはんだ接合部１６共に、レーザビームを照射して形成する方法である。より具体的には、第１の金属部材２と第２の金属部材３との継手にワイヤ状のろう材１３を供給しながら、ろう材１３に第１のレーザビーム８ａを照射して、ろう付け接合部１４を形成する。また、ろう付け接合部１４に続けて、継手にワイヤ状のはんだ１５を供給しながら、はんだ１５に第２のレーザビーム８ｂを照射して、はんだ接合部１６を形成する。レーザビーム８ａ、８ｂは、上記と同様にデフォーカスする方が好ましい。
図６は、本実施形態に係る金属接合体の製造方法の第３例の説明図である。図６に示されるように、本例の製造方法においては、まず、第１の金属部材２と第２の金属部材３との継手の継ぎ目における所定位置に線状のろう材２３及び線状のはんだ２５を配置する。次に継手の継ぎ目における所定位置にろう材２３及びはんだ２５を配置した状態で、ろう材２３及びはんだ２５にそれぞれ第１のレーザビーム８ａ及び第２のレーザビーム８ｂを照射する。これにより、ろう材２３及びはんだ２５がレーザビームにより溶けて、ろう付け接合部及びはんだ接合部が形成される。
第３例の製造方法では、施工条件に合わせてワイヤ（ワイヤ状のろう材やはんだ）を供給するようなワイヤの供給装置を設けなくてもよいため、より簡素な設備で金属接合体を製造することができる。
また、本例の製造方法では、第１の金属部材２と第２の金属部材３との継手の継ぎ目における所定位置にろう材２３及びはんだ２５を配置した状態で、レーザビーム８ａ、８ｂを照射すればよいため、この製造方法でもろう付け接合部及びはんだ接合部を同時進行的に形成することが可能となる。これにより、金属接合体の生産性を高めることが可能となる。
図７は、本実施形態に係る金属接合体の製造方法の第４例の説明図である。図７に示されるように、本例の製造方法においては、第１の金属部材２と第２の金属部材３との継手の継ぎ目にろう付け接合部１４を形成した後、線状のはんだ２５をろう付け接合１４間に配置し、誘導加熱器９によりはんだ２５を加熱して溶かし、はんだ接合部を形成する。なお、図７では、ろう付け接合部１４がすでに形成された状態を表しているが、このろう付け接合部１４は、本例におけるはんだ接合部の形成と同様に、線状のろう材と誘導加熱器９を用いて形成することができ、また、上記第１〜第３例の製造方法と同様の方法で形成することもできる。
第４例の製造方法では、簡易な誘導加熱器９により、接合箇所を一括して加熱し、はんだ接合部２５を形成することができ、生産性をより高めることが可能となる。
以上の各例の製造方法において、ろう付け接合部を形成した後、そのろう付け接合の上にワイヤ状のはんだを供給しながら、又はろう付け接合部の上にはんだを配置して、上述のようにレーザビームを照射してはんだを溶かし、はんだ接合部を形成することも可能である。このようにすることで、ろう付け接合部の表面をはんだで覆うことができ、美麗なビードを形成することができる（図３Ｃ参照）。さらにこのはんだ接合部を形成した後、そのはんだ接合部の表面を研磨することで、より美麗な外観を得ることが可能である。
以上の製造方法において、溶接やレーザの条件は特に限定されず、第１の金属部材２及び第２の金属部材３の形状、寸法、構造及び素材等に応じて適宜設定し得る。
アルミニウム系合金材とアルミニウム系合金材との接合、又は鋼材と鋼材との接合の場合、ろう付け接合部の形成をＭＩＧスポット溶接で行う際の条件としては、例えば溶接電流は６０〜１２０Ａの範囲（好適な一例として９０Ａ）、電圧は１０〜３０Ｖの範囲（好適な一例として１９Ｖ）で設定可能である。また、この場合において、ろう付け接合部の形成をレーザビーム（レーザスポット溶接）にて行う際の条件としては、例えば電力１〜５ｋＷ程度（好適な一例として３．５ｋＷ）、ビーム径０．５〜５ｍｍ程度（好適な一例として２ｍｍ）の範囲で設定可能である。さらにこの場合において、はんだ接合部をレーザビームにて行う際の条件としては、電力１〜５ｋＷ程度（好適な一例として１．５ｋＷ）、送り速度１〜５ｍ／ｍ程度（好適な一例として２ｍ／ｍ）、ビーム径０．５〜５ｍｍ程度（好適な一例として２ｍｍ）の範囲で設定可能である。
アルミニウム系合金材と鋼材との異材接合の場合に、ろう付け接合部の形成をＭＩＧスポット溶接で行う際の条件としては、例えば溶接電流は５０〜１１０Ａの範囲（好適な一例として８０Ａ）、電圧は１０〜３０Ｖの範囲（好適な一例として１７Ｖ）で設定可能である。また、この場合において、ろう付け接合部の形成をレーザビーム（レーザスポット溶接）にて行う際の条件としては、例えば電力１〜５ｋＷ程度（好適な一例として３ｋＷ）、ビーム径０．５〜５ｍｍ程度（好適な一例として２ｍｍ）の範囲で設定可能である。さらにこの場合において、はんだ接合部をレーザビームにて行う際の条件としては、電力１〜５ｋＷ程度（好適な一例として１．５ｋＷ）、送り速度１〜５ｍ／ｍ程度（好適な一例として２ｍ／ｍ）、ビーム径０．５〜５ｍｍ程度（好適な一例として２ｍｍ）の範囲で設定可能である。
以上詳述したように、本実施形態の金属接合体の製造方法では、第１の金属部材と第２の金属部材との継手の継ぎ目に、ろう付け工程によりろう付け接合部を形成すると共に、はんだ接合工程により、継ぎ目におけるろう付け接合部間にはんだ接合部を形成する。この製造方法では、ブレージング接合でろう材を用いて部分的に点止めし、その点止めによるろう付け接合部間をろう材より融点の低いはんだで補充しているため、熱歪みが極めて少なく、接合強度及びシール性の高い金属接合体を得ることが可能となる。
また、本実施形態の製造方法では、レーザビームを用いてはんだ接合部を形成するため、低入熱で高速の接合ができるため、接合時間が短縮されるとともに、歪の手直しも少なく、金属接合体の生産性を飛躍的に向上することが可能となる。
なお、本実施形態に係る金属接合体及び金属接合体の製造方法は、上述した構成に変えて、次のような構成をとることも可能である。
・上記実施形態では、第１の金属部材２と第２の金属部材３とで形成される継手形状が、フレア継手である場合を例示したが、当該継手形状はこれに限定されない。例えば、本発明に係る金属接合体においては、第１の金属部材と第２の金属部材との継手形状として、突合せ継手、重ね継手、角継手、へり継手、Ｔ字継手などの継手形状を適用することも可能である。
・上記実施形態では、自動車の車体におけるルーフ部材に用いられる金属接合体を例示したが、自動車におけるドアやフェンダーなどの部材にも本発明に係る金属接合体を適用することができる。また、自動車産業のみならず、建設産業、造船産業、鉄道産業、航空宇宙産業など種々の産業分野における金属接合に、本発明を適用することが可能である。
１ 車体
２ ルーフパネル（第１の金属部材）
３ ルーフサイドレール（第２の金属部材）
４ サイドアウタパネル
５ ルーフレインフォース
６ サイドインナパネル
１１、２１、３１、４１ 金属接合体
１２、２２、３２、４２ 接合部
１３、２３ ろう材
１４、２４、３４、４４ ろう付け接合部
１５、２５ はんだ
１６、２６、３６、４６ はんだ接合部
７ 溶接トーチ
８、８ａ、８ｂ レーザービーム
９ 誘導加熱器

Claims (9)

  1. 第１の金属部材と第２の金属部材とで継手が形成され、
    該継手の継ぎ目に、ろう材で断続的に設けられたろう付け接合部と、前記ろう材よりも融点が低いはんだで前記ろう付け接合部間に充填されたはんだ接合部とが形成されている金属接合体。
  2. 前記ろう付け接合部は、前記継手の継ぎ目において、ステッチ状に又は点状に若しくはそれらの組み合わせで形成されている請求項１に記載の金属接合体。
  3. 前記ろう付け接合部の表面が、前記はんだで覆われている請求項１又は２に記載の金属接合体。
  4. 前記第１の金属部材と前記第２の金属部材とが融点の異なる異種材である請求項１〜３のいずれか一項に記載の金属接合体。
  5. 第１の金属部材と第２の金属部材とで継手を形成する工程と、
    前記継手の継ぎ目に、ろう材を用いたブレーズ接合により、断続的にろう付け接合部を形成する工程と、
    前記ろう付け接合部間にはんだ接合部が充填されるように、前記ろう材よりも融点が低いはんだを用いて前記ろう付け接合部間にはんだ接合部を形成する工程と、
    を有する金属接合体の製造方法。
  6. 前記ろう材を用いたブレーズ接合として、レーザブレージング又はＭＩＧブレージングにより、前記ろう付け接合部を形成する請求項５に記載の金属接合体の製造方法。
  7. 前記はんだとしてワイヤ状のはんだを用い、該ワイヤ状のはんだを前記継手に供給しながら、前記ワイヤ状のはんだにレーザビームを照射することにより、前記はんだ接合部を形成する請求項５又は６に記載の金属接合体の製造方法。
  8. 前記ろう付け接合部を形成する工程により、前記継手の継ぎ目に断続的に形成されたろう付け接合部の間に、前記はんだを配置し、該はんだにレーザビームを照射することにより、前記はんだ接合部を形成する請求項５又は６に記載の金属接合体の製造方法。
  9. 前記ろう付け接合部を形成する工程により、前記継手の継ぎ目に断続的に形成されたろう付け接合部の間に、前記はんだを配置し、誘導加熱により加熱して前記はんだを溶融させることにより、前記はんだ接合部を形成する請求項５又は６に記載の金属接合体の製造方法。
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