JP6424264B2 - 接合体、自動車用シートフレームおよび接合方法 - Google Patents
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Description
本発明は、接合体、自動車用シートフレームおよび接合体の接合方法に関するものである。
近年、自動車用途において各種部品の軽量化を目的として、鉄系材料のアルミニウム系材料への置き換えが検討されている。アルミニウム系材料は、軽量化に適する一方、すべてをアルミニウム系材料とすると、十分な製品強度を得ることは難しい。そこで、鉄系材料の一部をアルミニウム系材料へ置き換えることが検討されている。鉄系材料をアルミニウム系材料に置き換える際、鉄系材料とアルミニウム系材料との接合が必要となる。
鉄系材料とアルミニウム系材料とを溶接して接合する際、接合強度の低下を引き起こす金属間化合物の生成を抑制する技術が種々提案されている（例えば、特許文献１を参照）。特許文献１では、リベットをアルミニウム系材料にプレスすることによって、このリベットの一部をアルミニウム系材料に貫通させた後、このリベットと鉄系材料とをスポット溶接している。
ところで、自動車用のシートフレームでは、アルミニウム系材料からなる板状のパネルに、鉄系材料からなるパイプ部材を接合してシートフレームの強度を確保する技術が採用される。しかしながら、特許文献１が開示する接合技術は、リベットをアルミニウム系材料に貫通させる際、アルミニウム系材料に溶接のための電流が導通して分流が生じるため、十分な接合強度を得るために大電流が必要となる。さらに、アルミニウム系材料に絶縁性の被膜等が施されている場合には、貫通時に当該絶縁性被膜が剥離し、リベットとアルミニウム系材料との間で電蝕が生じるため、結果として接合部の強度が低下する。また、特許文献１は、リベットをアルミニウム系材料に貫通させる工程が必要となり作業工数が増加するという課題があった。したがって、特許文献１が開示する接合技術は、板状の部材と、パイプ状の部材とを接合するには不向きであった。
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、板状の部材とパイプ状の部材とを強固に接合することができ、かつ軽量化することができる接合体、自動車用シートフレームおよび接合方法を提供することを目的とする。
上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明にかかる接合体は、外周に沿って複数の貫通孔が形成される薄板と、一部が前記薄板に接する基部と、前記基部の前記薄板と接する接触面に対して突出し、前記貫通孔に挿通されている突出部とを有する第１部材と、前記薄板を介して前記基部と反対側に配置され、前記第１部材と同じ材料からなる第２部材と、を備え、前記薄板は、前記第１部材および前記第２部材を構成する材料よりも比重の小さい材料からなり、前記第２部材と、前記突出部の前記基部に連なる側と反対側の端部とは、各々の一部が溶融固化して連なっていることを特徴とする。
また、本発明にかかる接合体は、上記の発明において、前記貫通孔の径をＤA、前記接触部の径をＤB、前記突出部の径をＤCとしたとき、ＤC＜ＤA＜ＤBの関係を有していることを特徴とする。
また、本発明にかかる接合体は、上記の発明において、前記薄板は、少なくとも表面が絶縁性の材料で形成されていることを特徴とする。
また、本発明にかかる接合体は、上記の発明において、当該接合体の表面に絶縁性の被膜が形成されていることを特徴とする。
また、本発明にかかる接合体は、上記の発明において、前記薄板は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、前記第１部材および前記第２部材は、鉄または鉄合金からなることを特徴とする。
また、本発明にかかる自動車用シートフレームは、上記の発明にかかる接合体を備えることを特徴とする。
また、本発明にかかる接合方法は、基部と、前記基部に対して突出してなる突出部とを有する複数の第１部材の各突出部を、前記第１部材を構成する材料よりも比重が小さい材料からなる薄板に形成された複数の貫通孔にそれぞれ挿通し、前記突出部の前記基部に連なる側と反対側の端部を、前記第１部材と同じ材料からなる第２部材に当接させる当接ステップと、前記第２部材を、前記突出部の前記端部に当接させた状態で、抵抗スポット溶接により、前記第２部材と、前記突出部の前記基部に連なる側と反対側の端部との各々の一部を溶融固化して接合する接合ステップと、を含むことを特徴とする。
本発明によれば、板状の部材とパイプ状の部材とを強固に接合することができ、かつ軽量化することができるという効果を奏する。
以下、本発明を実施するための形態を図面と共に詳細に説明する。なお、以下の実施の形態により本発明が限定されるものではない。また、以下の説明において参照する各図は、本発明の内容を理解し得る程度に形状、大きさ、および位置関係を概略的に示してあるに過ぎない。すなわち、本発明は各図で例示された形状、大きさ、および位置関係のみに限定されるものではない。
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１にかかる自動車用シートフレームについて、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかる自動車用シートフレームの正面図である。図２は、図１の自動車用シートフレームの裏面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線の一部拡大断面図である。
まず、本発明の実施の形態１にかかる自動車用シートフレームについて、図面を参照して詳細に説明する。図１は、本発明の実施の形態１にかかる自動車用シートフレームの正面図である。図２は、図１の自動車用シートフレームの裏面図である。図３は、図２のＡ−Ａ線の一部拡大断面図である。
自動車用シートフレーム１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなるバックパネル２と、鉄または鉄系合金からなるフレーム管３と、バックパネル２とフレーム管３とを締結する締結ピン４と、を備える。自動車用シートフレーム１は、締結ピン４がバックパネル２を貫通した状態で、締結ピン４とフレーム管３とを接合することによって、フレーム管３がバックパネル２に固定される。
図４は、本発明の実施の形態１にかかる自動車用シートフレームのバックパネルの構成を示す裏面図である。バックパネル２は、アルミニウムまたはアルミニウム合金の薄板であり、プレス加工等により成形される。アルミニウム合金としては、強度の高いものが好ましいが、プレス加工のしやすさ等の観点から、５０００系（Ａｌ−Ｍｇ系）、６０００系（Ａｌ−Ｍｇ−Ｓｉ）系、７０００系（Ａｌ−Ｚｎ−Ｍｇ系）を使用することが好ましい。
バックパネル２には、板厚方向に貫通する複数の貫通孔２０が、バックパネル２の外周に沿って形成されている。貫通孔２０は、バックパネル２の外形を形成するプレス加工の際に同時に形成されることが、製造工程の簡略化の点で好ましい。
フレーム管３は、断面形状が円形の鉄または鉄系合金からなるパイプである。鉄系合金としては、２７０ＭＰａ以上１６００ＭＰａ以下の引張強度を有する軟鋼や、炭素鋼、高張力鋼、超高張力鋼、ステンレス鋼等を使用することができる。自動車用シートフレーム１の強度向上の点から、フレーム管３は高張力鋼から形成されることが好ましい。フレーム管３は、断面形状が矩形状や多角形状をなしていてもよい。なお、フレーム管３は、中実または板状のフレームであってもよい。
図５は、本発明の実施の形態１にかかる自動車用シートフレームの締結ピンの構成を示す断面図である。図３はフレーム管３に接合した後の締結ピン４を示し、図５はフレーム管３に締結する前の締結ピン４を示している。締結ピン４は、平板状をなす頭部４１と、頭部４１の中央部から円柱状に延びる軸部４２と、を有する。軸部４２は、頭部４１のバックパネル２と接する接触面Ｐ1に対して突出した形状をなしている。締結ピン４は、フレーム管３と同じ材料、例えば、上述した鉄または鉄系合金を用いて形成される。締結ピン４では、頭部４１が基部、軸部４２が突出部に相当する。
本実施の形態１において、バックパネル２の貫通孔２０の径をＤA、締結ピン４の頭部４１における、締結ピン４の軸Ｎと垂直な方向の径をＤB、締結ピン４の軸部４２における軸Ｎと垂直な方向の径をＤC、フレーム管３の径をＤDとしたとき、径ＤA〜ＤDは、ＤC＜ＤA＜ＤB、ＤA＜ＤDの関係を有している。例えば、径ＤAと径ＤBとは、１．５≦ＤB／ＤA≦２．５の関係を有している。フレーム管３と締結ピン４とが接合されている状態において、軸部４２と貫通孔２０の内壁とは離間している（図３参照）。また、バックパネル２と頭部４１とは接している。
なお、締結ピン４は、頭部４１のバックパネル２と接する面に凹部を形成してもよい。この凹部の形成によって、締結ピン４の軽量化をはかることができる。
次に、締結ピン４とフレーム管３との接合方法について、図６Ａ〜図６Ｃを参照して説明する。図６Ａ〜図６Ｃは、本発明の実施の形態１にかかる自動車用シートフレームの接合方法を説明する図である。まず、図６Ａに示すように、予め貫通孔２０が形成されたバックパネル２に対し、この貫通孔２０に合わせてフレーム管３を配置する。
バックパネル２にフレーム管３を配置した後、図６Ｂに示すように、締結ピン４の軸部４２を貫通孔２０に挿通してフレーム管３に当接させる（当接ステップ）。図６Ａおよび図６Ｂの状態では、図示しない治具を用いることによって、バックパネル２に対するフレーム管３および締結ピン４の位置が固定されている。なお、フレーム管３の配置より前に、締結ピン４を貫通孔２０に挿通させてもよい。
その後、フレーム管３の径方向において、二つの電極によりフレーム管３と締結ピン４とを挟み込んで、導通させることによって、抵抗スポット溶接が施され（図６Ｃ参照：接合ステップ）、フレーム管３と締結ピン４とが当接する境界部分を溶融固化させる。これにより、図３に示すような接合体を得ることができる。また、同じ材料からなるフレーム管３と締結ピン４とを抵抗スポット溶接することにより、金属間化合物の生成を抑制した接合を行うことができる。
図７および図８は、本発明の実施の形態１にかかる自動車用シートフレームに加わる荷重を説明するための図である。上述したようにして接合される自動車用シートフレーム１は、バックパネル２の板厚方向の荷重（以下、剥離方向の荷重Ｆ1という）に対する耐久強度と、バックパネル２の板面と平行な方向の荷重（以下、せん断方向の荷重Ｆ2という）に対する耐久強度と、を併せ持つ。
以上説明した実施の形態１では、バックパネル２の貫通孔２０に締結ピン４の軸部４２を挿通し、軸部４２の頭部４１側と反対側でフレーム管３と当接した状態で、抵抗スポット溶接を行うことによって、フレーム管３と頭部４１とでバックパネル２を挟み込んで機械的に締結した自動車用シートフレーム１を作製することができる。本実施の形態１によれば、抵抗スポット溶接によって金属間化合物の生成を抑制して接合強度を確保することによって、板状の部材とパイプ状の部材とを強固に接合することができ、かつ軽量化することができる。
従来、溶接や、ＭＩＧ（Metal Inert Gas）ブレージング、レーザーブレージングのほか、リベットによる固定方法も知られている。例えば、本実施の形態にかかるバックパネル２とフレーム管３とを、リベットを用いて固定しようとする場合は、貫通孔２０が形成されていないバックパネルに対し、リベットにより貫通孔を形成した後、抵抗スポット溶接などによって接合することになる。この際、リベットによる穿孔によって、該リベットの軸部がバックパネルと密着するように接するため、抵抗スポット溶接時に電流が分流してしまい、適切に接合できないおそれがある。
なお、上述した実施の形態１では、軸部４２と貫通孔２０の内壁とは離間しているものとして説明したが、軸部４２の一部と貫通孔２０の内壁の一部とが接していてもよい。
（実施の形態１の変形例１）
図９は、本発明の実施の形態１の変形例１にかかる自動車用シートフレームの一部拡大断面図である。本変形例１にかかるバックパネル２の貫通孔２１は、縁部が貫通方向に屈曲して形成される。貫通孔２１において、バックパネル２とフレーム管３との間にクリアランスが生じた場合であっても、貫通孔２１の縁部とフレーム管３とが接触するため、バックパネル２に対するフレーム管３のガタツキを抑えることができる。
図９は、本発明の実施の形態１の変形例１にかかる自動車用シートフレームの一部拡大断面図である。本変形例１にかかるバックパネル２の貫通孔２１は、縁部が貫通方向に屈曲して形成される。貫通孔２１において、バックパネル２とフレーム管３との間にクリアランスが生じた場合であっても、貫通孔２１の縁部とフレーム管３とが接触するため、バックパネル２に対するフレーム管３のガタツキを抑えることができる。
（実施の形態１の変形例２）
図１０は、本発明の実施の形態１の変形例２にかかる自動車用シートフレームの一部拡大断面図である。本変形例２にかかるバックパネル２は、締結ピン４の頭部４１の周囲を囲う凸部２０１を有する。凸部２０１は、エンボス加工を施すことにより成形される。このような凸部２０１を設けることによって、貫通孔２０の周囲のバックパネル２の強度を向上することができる。
図１０は、本発明の実施の形態１の変形例２にかかる自動車用シートフレームの一部拡大断面図である。本変形例２にかかるバックパネル２は、締結ピン４の頭部４１の周囲を囲う凸部２０１を有する。凸部２０１は、エンボス加工を施すことにより成形される。このような凸部２０１を設けることによって、貫通孔２０の周囲のバックパネル２の強度を向上することができる。
（実施の形態１の変形例３）
図１１は、本発明の実施の形態１の変形例３にかかる自動車用シートフレームの一部拡大断面図である。本変形例３にかかるバックパネル２は、締結ピン４の頭部４１を収容する凹部２０２を有する。凹部２０２は、エンボス加工を施すことにより成形される。凹部２０２の中央には、貫通孔２０が形成される。このような凹部２０２を設けることによって、貫通孔２０の周囲のバックパネル２の強度を向上するとともに、バックパネル２の表面から締結ピン４が突出することを抑制できる。
図１１は、本発明の実施の形態１の変形例３にかかる自動車用シートフレームの一部拡大断面図である。本変形例３にかかるバックパネル２は、締結ピン４の頭部４１を収容する凹部２０２を有する。凹部２０２は、エンボス加工を施すことにより成形される。凹部２０２の中央には、貫通孔２０が形成される。このような凹部２０２を設けることによって、貫通孔２０の周囲のバックパネル２の強度を向上するとともに、バックパネル２の表面から締結ピン４が突出することを抑制できる。
（実施の形態１の変形例４）
図１２は、本発明の実施の形態１の変形例４にかかる自動車用シートフレームの一部拡大断面図である。本変形例４にかかるバックパネル２は、締結ピン４の頭部４１を収容する切欠き部２０３を有する。切欠き部２０３は、バックパネル２の表面の一部を削ることにより成形される。切欠き部２０３の中央には、貫通孔２０が形成される。このような切欠き部２０３を設けることによって、バックパネル２の表面から締結ピン４が突出することを抑制するとともに、裏面におけるバックパネル２の突出を防止できる。
図１２は、本発明の実施の形態１の変形例４にかかる自動車用シートフレームの一部拡大断面図である。本変形例４にかかるバックパネル２は、締結ピン４の頭部４１を収容する切欠き部２０３を有する。切欠き部２０３は、バックパネル２の表面の一部を削ることにより成形される。切欠き部２０３の中央には、貫通孔２０が形成される。このような切欠き部２０３を設けることによって、バックパネル２の表面から締結ピン４が突出することを抑制するとともに、裏面におけるバックパネル２の突出を防止できる。
（実施の形態１の変形例５）
図１３は、本発明の実施の形態１の変形例５にかかる自動車用シートフレームのバックパネルの一部拡大図である。上述した実施の形態では、貫通孔２０の開口が円をなすものとして説明したが、本変形例５のように、開口が縁部側に延びる長穴をなす貫通孔２２であってもよい。
図１３は、本発明の実施の形態１の変形例５にかかる自動車用シートフレームのバックパネルの一部拡大図である。上述した実施の形態では、貫通孔２０の開口が円をなすものとして説明したが、本変形例５のように、開口が縁部側に延びる長穴をなす貫通孔２２であってもよい。
（実施の形態１の変形例６）
図１４は、本発明の実施の形態１の変形例６にかかる自動車用シートフレームのバックパネルの一部拡大図である。本変形例６にかかる貫通孔２３は、開口が円をなし、板厚方向に貫通する第１貫通部２３１と、第１貫通部２３１からバックパネル２の縁部に連なる第２貫通部２３２とを有する。本変形例６にかかる貫通孔２３のように、開口の一部が切り欠かれた形状であっても適用可能である。
図１４は、本発明の実施の形態１の変形例６にかかる自動車用シートフレームのバックパネルの一部拡大図である。本変形例６にかかる貫通孔２３は、開口が円をなし、板厚方向に貫通する第１貫通部２３１と、第１貫通部２３１からバックパネル２の縁部に連なる第２貫通部２３２とを有する。本変形例６にかかる貫通孔２３のように、開口の一部が切り欠かれた形状であっても適用可能である。
上述した変形例５、６は、貫通孔の変形例の一例であり、締結ピン４を挿通可能であれば、その他の孔形状を適用することが可能である。
（実施の形態１の変形例７）
図１５は、本発明の実施の形態１の変形例７にかかる自動車用シートフレームのバックパネルの裏面図である。本変形例７にかかるバックパネル２には、上述した貫通孔２０と、板厚方向に貫通するとともに、一端がバックパネル２の縁部に達する貫通孔２４とが形成される。貫通孔２０と貫通孔２４とは、バックパネル２において、矩形をなす貫通孔形成位置のうち、対向する一対の辺にそれぞれ設けられる。本変形例７によれば、スポット溶接時の加熱によるパイプとバックパネル２の熱膨張差に起因する位置ずれが起こる場合であっても、貫通孔２４によってその誤差を吸収することができる。これにより、製造誤差等によりフレーム管３の配設位置がずれた場合であっても、上述した自動車用シートフレーム１を作製することが可能である。
図１５は、本発明の実施の形態１の変形例７にかかる自動車用シートフレームのバックパネルの裏面図である。本変形例７にかかるバックパネル２には、上述した貫通孔２０と、板厚方向に貫通するとともに、一端がバックパネル２の縁部に達する貫通孔２４とが形成される。貫通孔２０と貫通孔２４とは、バックパネル２において、矩形をなす貫通孔形成位置のうち、対向する一対の辺にそれぞれ設けられる。本変形例７によれば、スポット溶接時の加熱によるパイプとバックパネル２の熱膨張差に起因する位置ずれが起こる場合であっても、貫通孔２４によってその誤差を吸収することができる。これにより、製造誤差等によりフレーム管３の配設位置がずれた場合であっても、上述した自動車用シートフレーム１を作製することが可能である。
なお、バックパネル２は、少なくとも締結ピン４と接触する部分において、絶縁膜等による絶縁処理が施されていてもよい。また、バックパネル２とフレーム管３とを接合した後に、接合部全体を絶縁材でコーティングする等して絶縁処理が施されてもよい。このほか、バックパネル２を形成する材料として、絶縁性の材料、例えば樹脂を用いてもよい。
（実施の形態１の変形例８）
図１６は、本発明の実施の形態１の変形例８にかかる自動車用シートフレームのバックパネルの一部拡大図である。本変形例８にかかるバックパネル２Ａは、アルミニウムなどの導電性材料からなる本体部２０ａと、本体部２０ａの表面を被覆する絶縁性の被膜２０ｂとを有する。なお、バックパネル２Ａには、上述した貫通孔２０が形成されている。本変形例８にかかるバックパネル２Ａのように、表面を絶縁性の材料により形成してもよい。
図１６は、本発明の実施の形態１の変形例８にかかる自動車用シートフレームのバックパネルの一部拡大図である。本変形例８にかかるバックパネル２Ａは、アルミニウムなどの導電性材料からなる本体部２０ａと、本体部２０ａの表面を被覆する絶縁性の被膜２０ｂとを有する。なお、バックパネル２Ａには、上述した貫通孔２０が形成されている。本変形例８にかかるバックパネル２Ａのように、表面を絶縁性の材料により形成してもよい。
（実施の形態１の変形例９）
図１７は、本発明の実施の形態１の変形例９にかかる自動車用シートフレームのバックパネルの一部拡大図である。本変形例９にかかる自動車用シートフレームは、上述したバックパネル２、フレーム管３および締結ピン４からなる構造体の外表面が、絶縁性の被膜５によって被覆されてなる。本変形例９にかかる自動車用シートフレームのように、シートフレームの外表面全体にわたって絶縁性の被膜を設けてもよい。
図１７は、本発明の実施の形態１の変形例９にかかる自動車用シートフレームのバックパネルの一部拡大図である。本変形例９にかかる自動車用シートフレームは、上述したバックパネル２、フレーム管３および締結ピン４からなる構造体の外表面が、絶縁性の被膜５によって被覆されてなる。本変形例９にかかる自動車用シートフレームのように、シートフレームの外表面全体にわたって絶縁性の被膜を設けてもよい。
（実施の形態２）
図１８は、本発明の実施の形態２にかかる自動車用シートフレームの一部拡大断面図である。本実施の形態２にかかる自動車用シートフレームは、上述したバックパネル２、フレーム管３と、バックパネル２とフレーム管３とを締結する締結ピン４Ａと、を備える。以下、上述した実施の形態１と同様の構成（バックパネル２およびフレーム管３）については説明を省略する。
図１８は、本発明の実施の形態２にかかる自動車用シートフレームの一部拡大断面図である。本実施の形態２にかかる自動車用シートフレームは、上述したバックパネル２、フレーム管３と、バックパネル２とフレーム管３とを締結する締結ピン４Ａと、を備える。以下、上述した実施の形態１と同様の構成（バックパネル２およびフレーム管３）については説明を省略する。
締結ピン４Ａは、平板状をなす頭部４１Ａと、頭部４１Ａの中央に設けられ、ドーム状をなして突出する突出部４２Ａと、を有する。突出部４２Ａは、頭部４１Ａのバックパネル２と接する接触面Ｐ2に対して突出した形状をなしている。締結ピン４Ａは、フレーム管３と同じ材料、例えば、上述した鉄または鉄系合金を用いて、プレス加工により形成される。締結ピン４Ａは、突出部４２Ａが、フレーム管３に溶接されて接合している。この際の溶接は、上述した抵抗スポット溶接である。締結ピン４Ａでは、頭部４１Ａが基部に相当する。
図１９は、本発明の実施の形態２にかかる自動車用シートフレームの締結ピンの構成を説明する図である。図１９の（ａ）は、締結ピン４Ａを突出部４２Ａ側から軸Ｎ方向にみた際の平面図である。図１９の（ｂ）は、図１９の（ａ）に示すＢ−Ｂ線断面図である。バックパネル２の貫通孔２０の径をＤA、締結ピン４Ａの頭部４１Ａにおける、締結ピン４Ａの軸Ｎと垂直な方向の径をＤB、締結ピン４Ａの突出部４２Ａにおける軸Ｎと垂直な方向の径をＤC、フレーム管３の径をＤDとしたとき、径ＤA〜ＤDは、ＤC＜ＤA＜ＤB、ＤA＜ＤDの関係を有している。フレーム管３と締結ピン４Ａとが接合されている状態において、突出部４２Ａと貫通孔２０の内壁とは離間している（図１８参照）。また、バックパネル２と頭部４１Ａとは接している。
以上説明した実施の形態２では、バックパネル２の貫通孔２０に締結ピン４Ａの突出部４２Ａを挿通し、突出部４２Ａの頭部４１Ａ側と反対側の端部がフレーム管３と当接した状態で、抵抗スポット溶接を行うことによって、フレーム管３と頭部４１Ａとでバックパネル２を挟み込んで機械的に締結した自動車用シートフレームを作製することができる。本実施の形態２によれば、抵抗スポット溶接によって金属間化合物の生成を抑制して接合強度を確保することによって、板状の部材とパイプ状の部材とを強固に接合することができ、かつ軽量化することができる。
また、実施の形態２では、頭部４１Ａを板状とすることによって、電極と対向する面が平面となり、電極の形状の制約がなく、高精度な位置決めが要求されることもない。また、電極の形状に制約がないため、例えば先端部まで一様な径を有する耐久性の高い電極を用いて抵抗スポット溶接を行うことができる。
（実施の形態３）
図２０は、本発明の実施の形態３にかかる自動車用シートフレームの一部拡大断面図である。本実施の形態３にかかる自動車用シートフレームは、上述したバックパネル２、フレーム管３と、バックパネル２とフレーム管３とを締結する締結ピン４Ｂと、を備える。以下、上述した実施の形態１と同様の構成（バックパネル２およびフレーム管３）については説明を省略する。
図２０は、本発明の実施の形態３にかかる自動車用シートフレームの一部拡大断面図である。本実施の形態３にかかる自動車用シートフレームは、上述したバックパネル２、フレーム管３と、バックパネル２とフレーム管３とを締結する締結ピン４Ｂと、を備える。以下、上述した実施の形態１と同様の構成（バックパネル２およびフレーム管３）については説明を省略する。
締結ピン４Ｂは、フレーム管３と同じ材料、例えば、上述した鉄または鉄系合金を用いて、プレス加工により形成される。締結ピン４Ｂは、中空円板状をなすフランジ部４１Ｂと、フランジ部４１Ｂの内周に設けられ、該フランジ部４１Ｂに対して一方に突出する突出部４２Ｂと、を有する。突出部４２Ｂは、フランジ部４１Ｂのバックパネル２と接する接触面Ｐ3に対して突出した形状をなしている。突出部４２Ｂは、フランジ部４１Ｂとはオフセットした位置に設けられる平板状の平板部４２ａと、フランジ部４１Ｂと平板部４２ａとに連なる錘状部４２ｂとを有する。
締結ピン４Ｂは、均一な厚さを有している。締結ピン４Ｂの厚さＴAは、バックパネル２の厚さＴBとの比（ＴA／ＴB）が、１≦ＴA／ＴB≦１．３５であることが好ましい。
締結ピン４Ｂは、突出部４２Ｂが、フレーム管３に溶接されて接合している。この際の溶接は、上述した抵抗スポット溶接である。締結ピン４Ｂでは、フランジ部４１Ｂが基部に相当する。
図２１は、本発明の実施の形態３にかかる自動車用シートフレームの締結ピンの構成を説明する図である。図２１の（ａ）は、締結ピン４Ｂを突出部４２Ｂ側から軸Ｎ方向にみた際の平面図である。図２１の（ｂ）は、図２１の（ａ）に示すＣ−Ｃ線断面図である。バックパネル２の貫通孔２０の径をＤA、締結ピン４Ｂのフランジ部４１Ｂにおける、締結ピン４Ｂの軸Ｎと垂直な方向の径をＤB、締結ピン４Ｂの突出部４２Ｂにおける軸Ｎと垂直な方向の径をＤC、フレーム管３の径をＤDとしたとき、径ＤA〜ＤDは、ＤC＜ＤA＜ＤB、ＤA＜ＤDの関係を有している。フレーム管３と締結ピン４Ｂとが接合されている状態において、突出部４２Ｂと貫通孔２０の内壁とは離間している（図２０参照）。また、バックパネル２とフランジ部４１Ｂとは接している。
次に、締結ピン４Ｂとフレーム管３との接合方法について、図６Ａや図２２を参照して説明する。図２２は、本発明の実施の形態３にかかる自動車用シートフレームの接合方法を説明する図である。
まず、予め貫通孔２０が形成されたバックパネル２に対し、この貫通孔２０に合わせてフレーム管３を配置する（図６Ａ参照）。バックパネル２にフレーム管３を配置した後、締結ピン４Ｂの突出部４２Ｂを貫通孔２０に挿通してフレーム管３に当接させる（当接ステップ）。この状態では、図示しない治具を用いることによって、バックパネル２に対するフレーム管３および締結ピン４Ｂの位置が固定されている。なお、フレーム管３の配置より前に、締結ピン４Ｂを貫通孔２０に挿通させてもよい。
その後、図２２に示すように、フレーム管３の径方向において、二つの電極（図２２では一方の電極１００のみ図示）によりフレーム管３と締結ピン４Ｂとを挟み込んで、導通させることによって、抵抗スポット溶接が施され（接合ステップ）、フレーム管３と締結ピン４Ｂとが当接する境界部分を溶融固化させる。これにより、図２０に示すような接合体を得ることができる。また、同じ材料からなるフレーム管３と締結ピン４Ｂとを抵抗スポット溶接することにより、金属間化合物の生成を抑制した接合を行うことができる。
フレーム管３と締結ピン４Ｂとを溶接する抵抗スポット溶接に用いる電極１００は、先端が平面を有し、かつ側面が錘状をなしており、この錘状の側面の長手方向の中心軸に対する傾斜角度θ1は、締結ピン４Ｂの軸Ｎに対する錘状部４２ｂの傾斜角度θ2以下である。これにより、電極１００の先端平面と平板部４２ａとが対向し、フレーム管３と平板部４２ａとの間に対して、効率的に電流を流すことができる。
以上説明した実施の形態３では、バックパネル２の貫通孔２０に締結ピン４Ｂの突出部４２Ｂを挿通し、突出部４２Ｂのフランジ部４１Ｂ側と反対側の端部がフレーム管３と当接した状態で、抵抗スポット溶接を行うことによって、フレーム管３とフランジ部４１Ｂとでバックパネル２を挟み込んで機械的に締結した自動車用シートフレームを作製することができる。本実施の形態３によれば、抵抗スポット溶接によって金属間化合物を抑制して接合強度を確保することによって、板状の部材とパイプ状の部材とを強固に接合することができ、かつ軽量化することができる。
また、上述した実施の形態３によれば、上述した実施の形態１や実施の形態２に係る締結ピン４、４Ａと比して軽量化が可能であり、プレスにより容易に成形可能な形状であるため締結ピン４Ｂを安価に作製することができる。
なお、実施の形態２、３において、上述した実施の形態１の変形例１〜９の構成を適用することが可能である。
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施の形態等を含みうるものであり、特許請求の範囲により特定される技術的思想を逸脱しない範囲内において種々の設計変更等を施すことが可能である。本明細書では、自動車用シートフレームの例を用いて説明したが、例えば、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる薄板と、鉄または鉄合金からなる中空管と、頭部および軸部を有する締結ピンとを用いて、中空管と締結ピンとを抵抗スポット溶接することにより作製した接合体を、自動車用シートフレーム以外の製品に適用してもよい。また、薄板と、中空管および締結ピンとは、アルミニウムと鉄との組合せに限らず、中空管および締結ピンを構成する材料よりも比重が小さい材料であれば、薄板として適用可能である。例えば中空管および締結ピンを構成する材料が鉄の場合、薄板として、ポリプロピレン、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、ガラス繊維強化プラスチック（ＧＦＲＰ）などの樹脂、チタンを主成分とする合金、マグネシウムを主成分とする合金等が適用できる。
以下、本発明にかかる自動車用シートフレームの実施例について説明する。なお、本発明は、これらの実施例に限定されるものではない。
（実施例１）
図２３は、本発明の実施例における試験片の構成を説明するための図である。アルミニウム合金（Ａ５１８２）からなり、貫通孔２０１が形成され、さらに表面がカチオン塗装されているアルミニウムパネル２００（バックパネル２に対応）と、引張り強さが１４７０ＭＰａ程度のフレーム管３００（ＳＴＡＭ（自動車構造用電気抵抗溶接炭素鋼鋼管）：フレーム管３に対応）と、貫通孔２０１の径がφ４．０ｍｍ、頭部４０１の径がφ１５．０ｍｍの締結ピン４００（締結ピン４に対応）とを用いて、電流値を４．０ｋＡ、フレーム管３００に対する締結ピン４００の加圧力を２．５ｋＮとする抵抗スポット溶接により、図２３に示すような接合体を試験片として作製した。締結ピン４００は、平板状をなす頭部４０１と、頭部４０１の中央部から円柱状に延びる軸部４０２とを有する。なお、アルミニウムパネル２００の軸部４０２の径は、貫通孔２０１の径よりも小さい。
図２３は、本発明の実施例における試験片の構成を説明するための図である。アルミニウム合金（Ａ５１８２）からなり、貫通孔２０１が形成され、さらに表面がカチオン塗装されているアルミニウムパネル２００（バックパネル２に対応）と、引張り強さが１４７０ＭＰａ程度のフレーム管３００（ＳＴＡＭ（自動車構造用電気抵抗溶接炭素鋼鋼管）：フレーム管３に対応）と、貫通孔２０１の径がφ４．０ｍｍ、頭部４０１の径がφ１５．０ｍｍの締結ピン４００（締結ピン４に対応）とを用いて、電流値を４．０ｋＡ、フレーム管３００に対する締結ピン４００の加圧力を２．５ｋＮとする抵抗スポット溶接により、図２３に示すような接合体を試験片として作製した。締結ピン４００は、平板状をなす頭部４０１と、頭部４０１の中央部から円柱状に延びる軸部４０２とを有する。なお、アルミニウムパネル２００の軸部４０２の径は、貫通孔２０１の径よりも小さい。
（実施例２）
実施例２の試験片は、貫通孔の径をφ６．０ｍｍにした以外は実施例１と同じである。実施例２では、電流値を６．０ｋＡとして抵抗スポット溶接を行った。
実施例２の試験片は、貫通孔の径をφ６．０ｍｍにした以外は実施例１と同じである。実施例２では、電流値を６．０ｋＡとして抵抗スポット溶接を行った。
（実施例３）
実施例３の試験片は、貫通孔の径をφ８．０ｍｍにした以外は、実施例１と同じである。実施例３では、電流値を８．０ｋＡとして抵抗スポット溶接を行った。
実施例３の試験片は、貫通孔の径をφ８．０ｍｍにした以外は、実施例１と同じである。実施例３では、電流値を８．０ｋＡとして抵抗スポット溶接を行った。
（比較例１）
比較例１の試験片は、アルミニウムパネルに対する締結ピンの加圧力を４．２ｋＮとするプレスにより締結ピンをアルミニウムパネルに貫通させた後、電流値を１３ｋＡ、フレーム管に対する締結ピンの加圧力を１．９ｋＮとする抵抗スポット溶接により、締結ピンとフレーム管とを接合したこと以外は、実施例１と同じである。
比較例１の試験片は、アルミニウムパネルに対する締結ピンの加圧力を４．２ｋＮとするプレスにより締結ピンをアルミニウムパネルに貫通させた後、電流値を１３ｋＡ、フレーム管に対する締結ピンの加圧力を１．９ｋＮとする抵抗スポット溶接により、締結ピンとフレーム管とを接合したこと以外は、実施例１と同じである。
比較例１にかかる締結ピンとフレーム管との接合方法について、図２４Ａ〜図２４Ｃを参照して説明する。図２４Ａ〜図２４Ｃは、本発明の比較例１にかかる試験片の接合方法を説明する図である。比較例１にかかるバックパネル２１０には、貫通孔が形成されていない。また、締結ピン４１０は、平板状をなす頭部４１１と、頭部４１１の中央部から円柱状に延びる軸部４１２とを有し、軸部４１２の頭部４１１側と反対側の端部が、先細形状をなしている。
まず、図２４Ａに示すように、予め貫通孔が形成されていないバックパネル２１０に対し、フレーム管３００を配置する。バックパネル２１０にフレーム管３００を配置した後、図２４Ｂに示すように、締結ピン４１０の軸部４１２をバックパネル２１０に突き刺して、軸部４１２の先端をフレーム管３００に当接させる。なお、フレーム管３００の配置より前に、締結ピン４１０をバックパネル２１０に貫通させてもよい。
その後、二つの電極によりフレーム管３００と締結ピン４１０とを挟み込んで、導通させることによって、抵抗スポット溶接が施され、フレーム管３００と締結ピン４１０とが当接する境界部分を溶融固化させる。これにより、図２４Ｃに示すような、バックパネル２１０に形成された貫通孔２１１に軸部４１２が圧入され、かつ該軸部４１２がフレーム管３００に接合された接合体を得ることができる。比較例１にかかる接合体は、バックパネル２１０と軸部４１１とが接触した状態、すなわちバックパネル２１０と軸部４１１との間には隙間のない状態となっている。
図２５は、本発明の実施例における試験片の接合について説明するための図である。図２６は、本発明の比較例における試験片の接合について説明するための図である。図２５、図２６に示す矢印は、電流の流れを示している。上述した実施例１〜３の構成は、図５に示すような締結ピン４に対応する締結ピンを使用しているため、スポット溶接時におけるフレーム管３００と締結ピン４００（軸部４０２）との溶融面積を確保することができる（図２５参照）。一方で、比較例１の構成は、フレーム管３００に対し、軸部４１２の先端しか接触していないため、実施例１〜３と比して、溶接開始時の溶融面積が小さい。比較例１では、徐々に溶融部分が大きくなっていく（図２６参照）。
実施例１〜３および比較例１について、剥離試験を行った。剥離試験では、図２３に示す剥離荷重Ｆ101を徐々に大きくし、破断した際の剥離耐荷重を測定した。本剥離試験では、各実施例の試験片を三つ用意して剥離耐荷重を三回測定した。この剥離試験においてシートフレームとして十分な剥離強度を１００として正規化した結果を、図２７示す。剥離試験の結果、実施例１の剥離強度（相対強度）は１５０であり、実施例２の剥離強度（相対強度）は２５４であり、実施例３の剥離強度（相対強度）は２０６であった。これに対し、比較例１の剥離強度（相対強度）は２１８であった。
また、実施例１〜３および比較例１について、せん断試験を行った。せん断試験では、図２３に示すせん断荷重Ｆ102を徐々に大きくし、破断した際のせん断耐荷重を測定した。本せん断試験では、各実施例の試験片を三つ用意してせん断耐荷重を三回測定した。このせん断試験においてシートフレームとして十分なせん断強度を１００として正規化した結果を、図２８示す。せん断試験の結果、実施例１のせん断強度（相対強度）は１０８．５であり、実施例２のせん断強度（相対強度）は１１６であり、実施例３のせん断強度（相対強度）は１１１であった。これに対し、比較例１のせん断強度（相対強度）は８２であった。せん断試験では、図２８に示すように、実施例１〜３が、十分なせん断耐荷重を有していた一方で、比較例１はせん断強度が低いことが分かる。
以上のように、本発明に係る接合体、自動車用シートフレームおよび接合方法は、板状の部材とパイプ状の部材とを強固に接合することができ、かつ軽量化するのに好適である。
１ 自動車用シートフレーム
２、２Ａ バックパネル
３ フレーム管
４、４Ａ、４Ｂ 締結ピン
５、２０ｂ 被膜
２０、２１、２２ 貫通孔
２０ａ 本体部
４１、４１Ａ 頭部
４１Ｂ フランジ部
４２ 軸部
４２Ａ，４２Ｂ 突出部
４２ａ 平板部
４２ｂ 錘状部
２、２Ａ バックパネル
３ フレーム管
４、４Ａ、４Ｂ 締結ピン
５、２０ｂ 被膜
２０、２１、２２ 貫通孔
２０ａ 本体部
４１、４１Ａ 頭部
４１Ｂ フランジ部
４２ 軸部
４２Ａ，４２Ｂ 突出部
４２ａ 平板部
４２ｂ 錘状部
Claims (6)
- 外周に沿って複数の貫通孔が形成される薄板と、
一部が前記薄板に接する基部と、前記基部の前記薄板と接する接触面に対して突出し、前記貫通孔に挿通されている突出部とを有する第１部材と、
前記薄板を介して前記基部と反対側に配置され、前記第１部材と同じ材料からなる第２部材と、
を備え、
前記薄板は、前記第１部材および前記第２部材を構成する材料よりも比重の小さい材料からなり、
前記第２部材と、前記突出部の前記基部に連なる側と反対側の端部とは、各々の一部が溶融固化して連なっており、
前記貫通孔の径をＤ A 、前記基部の径をＤ B 、前記突出部の径をＤ C としたとき、Ｄ C ＜Ｄ A ＜Ｄ B の関係を有している
ことを特徴とする接合体。 - 前記薄板は、少なくとも表面が絶縁性の材料で形成されていることを特徴とする請求項１に記載の接合体。
- 当該接合体の表面には、絶縁性の被膜が形成されていることを特徴とする請求項１に記載の接合体。
- 前記薄板は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、
前記第２部材および前記第１部材は、鉄または鉄合金からなる
ことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一つに記載の接合体。 - 請求項１〜４のいずれか一つに記載の接合体を備えることを特徴とする自動車用シートフレーム。
- 基部と、前記基部に対して突出してなる突出部とを有する複数の第１部材の各突出部を、前記第１部材を構成する材料よりも比重が小さい材料からなる薄板に形成された複数の貫通孔にそれぞれ挿通し、前記突出部の前記基部に連なる側と反対側の端部を、前記第１部材と同じ材料からなる第２部材に当接させる当接ステップと、
前記第２部材を、前記突出部の前記端部に当接させた状態で、抵抗スポット溶接により、前記第２部材と、前記突出部の前記基部に連なる側と反対側の端部との各々の一部を溶融固化して接合する接合ステップと、
を含み、
前記接合ステップは、前記貫通孔の径をＤ A 、前記基部の径をＤ B 、前記突出部の径をＤ C としたとき、Ｄ C ＜Ｄ A ＜Ｄ B の関係を有する接合体を生成する
ことを特徴とする接合方法。
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