(57)【要約】【課題】製造工程を簡易化しうるとともに、軽量化、および鉄系材料とアルミニウム系材料との接合強度を向上しうる、接合継手、自動車用シートフレーム、および接合継手の製造方法を提供する。【解決手段】本発明にかかる接合継手１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる板状部材２と、鉄または鉄合金からなる鉄系部材３と、板状部材２の側面と鉄系部材３とを接合するアルミニウム系ろう材からなるビード４と、を備え、ビード４の最大高さｔ１は板状部材２の厚さｔ２の１．０倍以上２．０倍以下であることを特徴とする。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる板状部材と、
鉄または鉄合金からなる鉄系部材と、
前記板状部材の側面と前記鉄系部材とを接合するアルミニウム系ろう材からなるビードと、
を備え、前記ビードの最大高さは前記板状部材の厚さの１．０倍以上２．０倍以下であることを特徴とする接合継手。
【請求項２】
前記ビード中に生成する金属間化合物層の最大厚さが、１．４μｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の接合継手。
【請求項３】
前記板状部材と前記鉄系部材は、レーザーブレージングにより接合されていることを特徴とする請求項１に記載の接合継手。
【請求項４】
前記鉄系部材は、高張力鋼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継手。
【請求項５】
前記板状部材は、少なくとも一部が直線をなす外周を有し、前記外周にそって各辺と平行に１以上のスリットが形成されており、
前記鉄系部材は、前記板状部材のスリットに重ねて配置され、
前記板状部材と前記鉄系部材とは、少なくとも前記スリットの内周側で前記アルミニウム系ろう材により接合されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれか一つに記載の接合継手。
【請求項６】
前記板状部材と前記鉄系部材は、前記スリットの外周側および内周側で接合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の接合継手。
【請求項７】
前記鉄系部材は、中空管であることを特徴とする請求項６に記載の接合継手。
【請求項８】
請求項１〜７のいずれか一つに記載の接合継手を備えることを特徴とする自動車用シートフレーム。
【請求項９】
鉄または鉄合金からなる鉄系部材上に、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる板状部材を重ねて配置し、前記板状部材の側面にアルミニウム系ろう材を供給するとともに、レーザーブレージングにより前記アルミニウム系ろう材を溶融して、前記板状部材の厚さの１．０倍以上２．０倍以下のビードを形成して前記板状部材と前記鉄系部材とを接合することを特徴とする接合継手の製造方法。
【請求項１０】
外周にそって各辺と平行に１以上のスリットが形成されたアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる板状部材の下部に、鉄または鉄合金からなる鉄系部材を前記スリットに重ねて配置し、前記スリットの内周側の側面にアルミニウム系ろう材を供給するとともに、レーザーブレージングにより前記アルミニウム系ろう材を溶融して、前記板状部材の厚さの１．０倍以上２．０倍以下のビードを形成して前記板状部材と前記鉄系部材とを接合することを特徴とする接合継手の製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、接合継手、自動車用シートフレーム、および接合継手の製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
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、鉄系材料の一部のアルミニウム系材料への置き換えが検討されている。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。
【０００３】
鉄系材料とアルミニウム系材料とを溶接する際、強度的に劣る金属間化合物（IMC：Intermetallic  compound）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１〜４参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１５９２５３号公報
【特許文献２】特開２００６−１５０４３９号公報
【特許文献３】特開２００８−２２１３２２号公報
【特許文献４】特開２００６−２１２４９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、特許文献１〜４では、鉄系材料の穴あけ加工が必要であり、加工に手間を要するという問題を有する。更なる軽量化と強度向上のために鉄系材料を高張力鋼とすることも考えられるが、特に高張力鋼においては加工自体が容易ではない。
【０００６】
本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、軽量化を可能とし、加工が容易な、接合継手、自動車用シートフレーム、および接合継手の製造方法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】
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継手は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる板状部材と、鉄または鉄合金からなる鉄系部材と、前記板状部材の側面と前記鉄系部材とを接合するアルミニウム系ろう材からなるビードと、
を備え、前記ビードの最大高さは前記板状部材の厚さの１．０倍以上２．０倍以下であることを特徴とする。
【０００８】
また、本発明にかかる接合継手は、上記発明において、前記ビード中に生成する金属間化合物層の最大厚さが、１．４μｍ未満であることを特徴とする。
【０００９】
また、本発明にかかる接合継手は、上記発明において、前記板状部材と前記鉄系部材は、レーザーブレージングにより接合されていることを特徴とする。
【００１０】
また、本発明にかかる接合継手は、上記発明において、前記鉄系部材は、高張力鋼からなることを特徴とする。
【００１１】
また、本発明にかかる接合継手は、上記発明において、前記板状部材は、少なくとも一部が直線をなす外周を有し、前記外周にそって各辺と平行に１以上のスリットが形成されており、前記鉄系部材は、前記板状部材のスリットに重ねて配置され、前記板状部材と前記鉄系部材とは、少なくとも前記スリットの内周側で前記アルミニウム系ろう材により接合されていることを特徴とする。
【００１２】
また、本発明にかかる接合継手は、上記発明において、前記板状部材と前記鉄系部材は、前記スリットの外周側および内周側で接合されていることを特徴とする。
【００１３】
また、本発明にかかる接合継手は、上記発明において、前記鉄系部材は、中空管であることを特徴とする。
【００１４】
また、本発明にかかる自動車用シートフレームは、上記のいずれか一つに記載の接合継手を備えることを特徴とする。
【００１５】
また、本発明にかかる接合継手の製造方法は、鉄または鉄合金からなる鉄系部材上に、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる板状部材を重ねて配置し、前記板状部材の側面にアルミニウム系ろう材を供給するとともに、レーザーブレージングにより前記アルミニウム系ろう材を溶融して、前記板状部材の厚さの１．０倍以上２．０倍以下のビードを形成して前記板状部材と前記鉄系部材とを接合することを特徴とする。
【００１６】
また、本発明にかかる接合継手の製造方法は、外周にそって各辺と平行に１以上のスリットが形成されたアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる板状部材の下部に、鉄または鉄合金からなる鉄系部材を前記スリットに重ねて配置し、前記スリットの内周側の側面にアルミニウム系ろう材を供給するとともに、レーザーブレージングにより前記アルミニウム系ろう材を溶融して、前記板状部材の厚さの１．０倍以上２．０倍以下のビードを形成して前記板状部材と前記鉄系部材とを接合することを特徴とする。
【発明の効果】
【００１７】
本発明によれば、アルミニウム系材料への置き換えにより軽量化を可能とし、鉄系材料とアルミニウム系材料との接合強度を向上するとともに、簡易に接合継手、および自動車用シートフレームを得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】図１は、本発明の実施の形態１にかかる接合継手の側面図である。
【図２】図２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正面図である。
【図３】図３は、図２の自動車用シートフレームの裏面図である。
【図４】図４は、図３のＡ−Ａ線の一部拡大断面図である。
【図５】図５は、本発明の実施の形態２の変形例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。
【図６】図６は、実施例１の試験片の鉄系部材とビードとの接合部の拡大断面図（５００倍）である。
【図７】図７は、比較例３の試験片の鉄系部材とビードとの接合部の拡大断面図（５００倍）である。
【発明を実施するための形態】
【００１９】
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。
【００２０】
（実施の形態１）
まず、本発明の実施の形態１にかかる接合継手について、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にかかる接合継手の側面図である。
【００２１】
接合継手１は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる板状部材２と、鉄または鉄合金からなる板状の鉄系部材３と、板状部材２の側面と鉄系部材３の表面Ｓとを接合するアルミニウム系ろう材からなるビード４と、を備える。
【００２２】
板状部材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、鉄系部材３との接合部が板状であればよい。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）を好適に使用することができる。
【００２３】
鉄系部材３は、鉄または鉄合金からなる。鉄合金としては、軟鋼、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。また、各種メッキ処理が施されたものも好適に使用できる。
【００２４】
アルミニウム系ろう材は、ワイヤ径が１．２ｍｍ〜１．６ｍｍのものを好適に使用することができる。アルミニウム系ろう材は、フラックスを含有するＡｌ−Ｓｉ系ろう材を好適に使用することができる。
【００２５】
アルミニウム系ろう材のワイヤ供給量を変化させることにより、ビード４の最大高さｔ１等の形状を調整し、接合強度を向上させることができる。ビード４の最大高さｔ１は、板状部材２の厚さｔ２の１．０倍以上２．０倍以下であることが好ましい。
【００２６】
ワイヤ供給量が少なく、ビード４の最大高さｔ１が板状部材２の厚さｔ２の１．０倍より小さくなる場合、接合面積が小さくなるため、せん断耐荷重や剥離耐荷重が小さくなる。一方で、ワイヤ供給量が多すぎ、ビード４の最大高さｔ１が板状部材２の厚さｔ２の２．０倍より大きくなる場合、溶融させるために多くのエネルギーが必要となり、レーザ出力を高くする必要がある。そのため金属間化合物層が成長しやすく、脆性的な破壊が生じやすい。また、ワイヤ供給量が多い場合はビード４の最大高さｔ１が大きくなるが、ビード４の形状が大きな接合継手に剥離荷重を加えると、接合部の剛性が高いため、界面に生じる最大主応力が高くなる。よって低い荷重で脆性的な破断に至る可能性がある。
【００２７】
ビード４の最大高さｔ１を、板状部材２の厚さｔ２の１．０倍以上２．０倍以下とすることにより、高いレーザ出力が必要なく、ＦｅとＡｌの界面に生じる金属間化合物層の成長を抑制できる。また、ビード４の最大高さｔ１が所定範囲の場合、接合継手１に剥離荷重を加えた際も、接合部の剛性が低く、接合部が良く変形する。その結果、接合界面に生じる最大主応力が低くなり、耐荷重に優れる接合継手を得ることができる。
【００２８】
板状部材２と鉄系部材３とのアルミニウム系ろう材による接合は、レーザーブレージングで行うことができる。特にレーザーブレージングは、照射するエネルギー量を低く制御でき、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる板状部材２への影響を低減できるため好ましい。
【００２９】
また、接合継手１において、ビード４中に生成する金属間化合物層の最大厚さが、１．４μｍ未満であることが好ましい。ビード４中に生成する金属間化合物層の最大厚さを１．４μｍ未満に制御することにより、せん断耐荷重や剥離耐荷重に優れる接合継手１を得ることができる。
【００３０】
（実施の形態２）
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について、図面を参照して詳細に説明する。図２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正面図である。図３は、図２の自動車用シートフレームの裏面図である。図４は、図３のＡ−Ａ線の一部拡大断面図である。
【００３１】
自動車用シートフレーム１０は、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなり、外周にそって各辺と平行に複数のスリット１１ａが形成されたバックパネル１１と、鉄または鉄合金からなり、バックパネル１１のスリット１１ａ下部に配置されるフレーム管１２と、を備える。バックパネル１１とフレーム管１２とは、スリット１１ａの長辺の内周側および外周側に供給されたアルミニウム系ろう材が溶融されて形成されたビード１３により重ねすみ肉溶接されて接合されている。なお、本明細書において、スリット１１ａの内周側はバックパネル１１の中心側、スリット１１ａの外周側はバックパネル１１の外周側である。
【００３２】
バックパネル１１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。スリット１１ａは、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。
【００３３】
スリット１１ａの幅ｒ１は、使用するアルミニウム系ろう材のワイヤ径により適宜選択すればよいが、スリット１１ａの両端（内周側および外周側）で接合する場合には、ワイヤ径の２．５倍〜５．０倍とすることが好ましい。スリット１１ａの片側のみを接合する場合には、スリット１１ａの幅ｒ１はワイヤ径の１．６倍〜５．０倍とすることが好ましい。また、図４に示すように、フレーム管１２として断面形状が円形のパイプを使用する場合、接合強度を保持する観点から、スリット１１ａの幅ｒ１は、フレーム管１２の外径ｒ３の２８％以下とすることが好ましい。なお、スリット１１ａの片側のみを接合する場合、自動車用シートフレーム１０の強度向上の観点から、スリット１１ａの内周側を接合することが好ましい。自動車用シートフレーム１０は、中心方向、すなわちスリット１１ａの内周側に応力が加わるため、内周側を接合した方が高い接合強度が得られる。
【００３４】
フレーム管１２は、図４に示すように、断面形状が円形の鉄または鉄合金からなるパイプである。鉄合金としては、軟鋼、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。また、各種メッキ処理が施されたものも好適に使用できる。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１２は高張力鋼から形成されることが好ましい。フレーム管１２は、図５に示すように、断面形状が矩形状をなしていてもよいし、多角形であってもよい。また、フレーム管１２の代わりに板状の部材を使用してもよい。
【００３５】
アルミニウム系ろう材は、実施の形態１と同様に、ワイヤ径が１．２ｍｍ〜１．６ｍｍのものを好適に使用することができる。アルミニウム系ろう材は、フラックスを含有するＡｌ−Ｓｉ系ろう材を好適に使用することができる。ビード１３の最大高さｔ３は、バックパネル１１の厚さｔ４の１．０倍以上２．０倍以下であることが好ましい。
【００３６】
バックパネル１１とフレーム管１２とのアルミニウム系ろう材による接合は、レーザーブレージングで行うことができる。特にレーザーブレージングは、照射するエネルギー量を低く制御でき、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１１への影響を低減できるため好ましい。
【００３７】
自動車用シートフレーム１０において、ビード１３中に生成する金属間化合物層の最大厚さは、１．４μｍ未満であることが好ましい。ビード１３中に生成する金属間化合物層の最大厚さを１．４μｍ未満に制御することにより、せん断耐荷重や剥離耐荷重に優れる接合継手１を得ることができる。
【実施例】
【００３８】
アルミニウムの板状部材２（Ａ５１８２−Ｏ、８０×１６０×ｔ０．６ｍｍ）と、高張力鋼の鉄系部材３（８０×６０×ｔ１．０ｍｍ）とを、ＣｓＦを添加したＫＡｌＦ系フラックス成分を含むアルミニウム系ろう材（Ａｌ−２Ｓｉ−０．３Ｆｅ−０．２Ｔｉ、径１．２ｍｍ）を使用して、レーザーブレージングにより接合試験を行った。接合条件は、レーザの焦点距離１２ｍｍ、送り速度１０００ｍｍ/ｍｉｎで固定し、レーザ出力、およびアルミニウム系ろう材供給速度を表１に示すように変更して接合した。得られた接合継手を幅５ｍｍおよび7．５ｍｍの試験片形状に切断し、それぞれの試験片でせん断耐荷重および剥離耐荷重を測定した。また、試験片の鉄系部材３とビード４との接合部の断面を電子顕微鏡で観察して、金属間化合物５の最大厚さを計測した。結果を表１に示す。図６は、実施例１の試験片の鉄系部材３とビード４との接合部の拡大断面図（５００倍）である。図７は、比較例３の試験片の鉄系部材３とビード４との接合部の拡大断面図（５００倍）である。
【００３９】
【表１】
2019042740.tif 000003
【００４０】
表１に示すように、ビード４の最大高さｔ１が板状部材２’の厚さｔ２の１．０倍以上２．０倍以下である実施例１〜４において、ビード４の最大高さｔ１が板状部材２’の厚さｔ２の１．０倍より小さく、または２．０倍より大きい比較例１および２よりも非常に高いせん断耐荷重および剥離耐荷重の接合継手が得られることが確認できた。
【符号の説明】
【００４１】
１  接合継手
２  板状部材
３  鉄系部材
５  金属間化合物
１０  自動車用シートフレーム
１１  バックパネル
１１ａ  スリット
１２  フレーム管
４、１３  ビード
【図１】
2019042740.tif 000004
【図２】
2019042740.tif 000005
【図３】
2019042740.tif 000006
【図４】
2019042740.tif 000007
【図５】
2019042740.tif 000008
【図６】
2019042740.tif 000009
【図７】
2019042740.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成30年12月27日(2018.12.27)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一部が直線をなす外周を有し、前記外周にそって各辺と平行に１以上のスリットが形成されている、アルミニウムまたはアルミニウム合金からなる板状部材と、
前記板状部材のスリットに重ねて配置され、鉄または鉄合金からなる鉄系部材と、
前記板状部材の側面と前記鉄系部材とを接合するアルミニウム系ろう材からなるビードと、
を備え、前記ビードの最大高さは前記板状部材の厚さの１．０倍以上２．０倍以下であり、
前記板状部材と前記鉄系部材とは、少なくとも前記スリットの内周側で前記アルミニウム系ろう材により接合されていることを特徴とする接合継手。  
【請求項２】
前記ビード中に生成する金属間化合物層の最大厚さが、１．４μｍ未満であることを特徴とする請求項１に記載の接合継手。  
【請求項３】
前記板状部材と前記鉄系部材は、レーザーブレージングにより接合されていることを特徴とする請求項１に記載の接合継手。  
【請求項４】
前記鉄系部材は、高張力鋼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継手。  
【請求項５】
前記板状部材と前記鉄系部材は、前記スリットの外周側および内周側で接合されていることを特徴とする請求項１に記載の接合継手。  
【請求項６】
前記鉄系部材は、中空管であることを特徴とする請求項５に記載の接合継手。  
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか一つに記載の接合継手を備えることを特徴とする自動車用シートフレーム。  
【請求項８】
外周にそって各辺と平行に１以上のスリットが形成されたアルミニウムまたはアルミニウム合金からなる板状部材の下部に、鉄または鉄合金からなる鉄系部材を前記スリットに重ねて配置し、前記スリットの内周側の側面にアルミニウム系ろう材を供給するとともに、レーザーブレージングにより前記アルミニウム系ろう材を溶融して、前記板状部材の厚さの１．０倍以上２．０倍以下のビードを形成して前記板状部材と前記鉄系部材とを接合することを特徴とする接合継手の製造方法。