JP2019064133A - 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 - Google Patents

Abstract

【課題】軽量化を可能とし、簡易に接合可能な異種材料の接合継手、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、表面の一部に微細凹凸部２ａを有する金属または合金からなる金属部材２と、金属部材２より軽量な金属、合金、樹脂、または繊維強化樹脂からなり、穴部３ａを有する板状部材３と、金属部材２の微細凹凸部２ａに接合されるベース部４ａと、円柱状をなし、ベース部４ａより突出して板状部材３の穴部３ａに挿入される軸部４ｂと、を有する熱可塑性樹脂からなるボルト４と、板状部材３の穴部３ａに挿入されたボルト４の軸部３ｂに係合させて、金属部材２と板状部材３とを固定するリング状部材５と、を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

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。

近年、自動車用途や、電気機器、その他製造分野一般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、樹脂、繊維強化樹脂等への置き換えが検討されている。アルミニウム系材料、樹脂、繊維強化樹脂等は、軽量化に適する一方、すべてをアルミニウム系材料、樹脂、繊維強化樹脂等とすると、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、樹脂、繊維強化樹脂等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、樹脂、繊維強化樹脂等に置き換える際、鉄系材料とアルミニウム系、樹脂、繊維強化樹脂等材料との接合が必要となる。

異種材料の接合方法として、リベットを使用する技術が種々提案されている（例えば、特許文献１〜６参照）。

特開２０１６−５６９５２号公報 特許第６００９００４号公報 特開２０１６−１７５１２８号公報 特許第６０１０７３９号公報 特許第５７２２４７９号公報 特許第５７０４７９８号公報

しかしながら、特許文献１〜６では、プレス工程でリベットを第１の部材にかしめ固定した後、第２の部材とスポット溶接を行うものであり、接続工程が複雑となり生産性に劣るという問題を有している。また、接続する部材の構造により適用できない場合があり、電食対策も十分ではない。

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、簡易に接合可能な異種材料の接合継手、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。

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、金属または合金からなる金属部材と、前記金属部材より軽量な金属、合金、樹脂、または繊維強化樹脂からなり、穴部を有する板状部材と、前記金属部材の微細凹凸部に接合されるベース部と、柱状をなし、前記ベース部より突出して前記板状部材の穴部に挿入される軸部と、を有する樹脂からなる係合部と、前記板状部材の穴部に挿入された前記軸部に係合させて、前記金属部材と前記板状部材とを固定するリング状部材と、を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる接合継手は、上記発明において、前記軸部は、外周部にネジ部を有し、前記リング状部材は、内周部にネジ部を有し、前記軸部と螺合されていることを特徴とする。

また、本発明にかかる接合継手は、上記発明において、前記係合部は熱可塑性樹脂からなり、前記リング状部材から突出する前記軸部の径は、前記リング状部材の穴部の径より大きいことを特徴とする。

また、本発明にかかる接合継手は、表面に微細凹凸部を有する金属または合金からなる金属部材と、前記金属部材より軽量な金属、合金、樹脂、または繊維強化樹脂からなり、穴部を有する板状部材と、前記金属部材の微細凹凸部に接合されるベース部と、前記ベース部より突出して前記板状部材の穴部に挿入される第一軸部と、前記板状部材からから突出し、径が前記穴部の径より大きい第二軸部と、を有する熱可塑性樹脂からなる係合部と、を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる接合継手は、上記発明において、前記金属部材は、表面の一部に微細凹凸部を有し、前記微細凹凸部に前記ベース部が接合されることを特徴とする。

また、本発明にかかる接合継手は、上記発明において、前記微細凹凸部は、化学エッチングまたはレーザ処理により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継手は、上記発明において、前記金属部材は鉄または鉄合金からなり、前記板状部材はアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする。

また、本発明にかかる接合継手は、上記発明において、前記金属部材は、中空管であ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、上記に記載の接合継手を備えることを特徴とする。

また、本発明にかかる接合継手の製造方法は、金属または合金からなる金属部材の表面の一部に、化学エッチングまたはレーザ処理により微細凹凸部を形成する表面処理工程と、前記微細凹凸部上に、ベース部と、柱状をなし、前記ベース部より突出する軸部と、を有する樹脂からなる係合部を係合する係合工程と、前記金属部材より軽量な金属、合金、樹脂、または繊維強化樹脂からなる板状部材の穴部に前記軸部を挿入する板状部材配置工程と、前記ボルトにリング状部材を係合して、前記金属部材と前記板状部材とを固定する係合工程と、を含むことを特徴とする。

また、本発明にかかる接合継手の製造方法は、上記発明において、前記ボルトは熱可塑性樹脂からなり、前記係合工程後、前記リング状部材から突出する前記軸部を加熱し、前記.穴部の径より大きくなるように溶融変形する溶融変形工程を行うことを特徴とする。

また、本発明にかかる接合継手の製造方法は、上記発明において、金属または合金からなる金属部材の表面の一部に、化学エッチングまたはレーザ処理により微細凹凸部を形成する表面処理工程と、前記微細凹凸部上に、ベース部と、柱状をなし、前記ベース部より突出する軸部と、を有する熱可塑性樹脂からなる係合部を係合する係合工程と、前記金属部材より軽量な金属、合金、樹脂、または繊維強化樹脂からなる板状部材の穴部に前記軸部を挿入する板状部材配置工程と、前記穴部から突出する前記軸部を加熱し、前記板状部材の穴部の径より大きくなるように溶融変形する溶融変形工程と、を含むことを特徴とする。

本発明によれば、軽量化を可能とし、異種材料を簡易に接合可能な接合継手、および自動車用シートフレームを得ることができる。

図１は、本発明の実施の形態１にかかる接合継手の断面図である。 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。 図５は、図２の自動車用シートフレームの製造方法を説明する図である。 図６は、実施の形態３にかかる接合継手の製造方法を説明する図である。

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１の断面図である。

接合継手１は、金属または合金からなる金属部材２と、金属部材２より軽量な金属、合金、樹脂または繊維強化樹脂からなる板状部材３と、ベース部４ａと、円柱状をなし、ベース部４ａより突出する軸部４ｂと、を有する熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂等の樹脂からなり、係合部として機能するボルト４と、ボルト４の軸部４ｂに係合させて、金属部材２と、板状部材３とを固定するナット５と、を備える。

金属部材２は、表面の一部に微細凹凸部２ａが形成されている。微細凹凸部２ａは、化学エッチングまたはレーザ処理により形成されている。化学エッチングは、水溶性アミン系化合物により金属表面をエッチングする技術（例えば、特開２００４−２１６４２５号等参照）、過酸化水素水でエッチングした後、さらに金属表面を酸化処理する技術（例えば、国際公開２００８／０６９２５２号、国際公開２００８／０４７８１１号、国際公開２００７／０７４７４９号等参照）、非酸化性強酸によりエッチングした後、アンモニア等の水溶液で表面処理する技術（例えば、国際公開２００９／０１１３９８号等参照）、ハロゲンイオンにより金属表面をエッチングする技術（例えば、国際公開２００９／１５１０９９号、特開２０１０−１７４３７２号等参照）により行うことができる。レーザ処理は、例えば、特許第５７０１４１４号公報、特開２０１３−５２６６９号公報、特開２０１７−１９１８９号公報等に記載の方法により行うことができる。微細凹凸部２ａ上に配置された型枠内に熱可塑性樹脂を流し込みボルト４を成形する。微細な凹凸内に熱可塑性樹脂が入り込んで硬化することにより、アンカー効果が得られ、金属部材２とボルト４との接合強度を向上することができる。

ボルト４は、外形が円形のベース部４ａが微細凹凸部２ａ上に配置されることにより、金属部材２と接合されている。軸部４ｂは、ベース部４ａより径が小さい円柱状をなし、外周部にネジ部４ｃが形成されている。ベース部４ａの外径を軸部４ｂより大きくすることができるので、金属部材２との接触面積を大きくすることができ、接合強度を向上することができる。なお、ベース部４ａの外形は、矩形等でもよく、円形に限定されるものではない。

板状部材３は、金属部材２より軽量な金属、合金、樹脂または繊維強化樹脂から形成される。金属部材２より軽量な材料を使用することにより、接合継手１を軽量化することができる。なお、軽量化を目的としない接合継手１においては、板状部材３の材料は、金属部材２と異なる材料であれば、金属部材２より軽量な材料に限定されるものではない。板状部材３は、金属部材２の微細凹凸部２ａの形成位置に合わせて穴部３ａが形成されている。微細凹凸部２ａ上に接合されたボルト４の軸部４ｂが、穴部３ａに挿入されて金属部材２と板状部材３とが位置合わせされる。金属部材２と板状部材３との間には樹脂製のベース部４ａが介在し、接触することがないため、板状部材３の材料として金属または合金を採用した場合にも、電食を生じることがない。

ナット５は、リング状部材として機能し、内周部にネジ部５ａを有する。ネジ部５ａと軸部４ｂの外周部に形成されたネジ部４ｃとを螺合することにより、金属部材２と板状部材３とを固定する。ナット５の材料は、金属、合金または樹脂等から適宜選択することができる。樹脂または板状部材３と同種の材料を使用することにより、電食を防止することができる。

（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１０の正面図である。図３は、図２の自動車用シートフレーム１０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。

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穴部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の穴部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、フレーム管１２上に接合されたボルト１３’とナット１４を介して固定されている。バックパネル１１、フレーム管１２、ボルト１３’（１３）およびナット１４は、それぞれ板状部材、金属部材、係合部およびリング状部材として機能する。

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。穴部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。

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１０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、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。

フレーム管１２は、表面の一部に微細凹凸部１２ａが形成されている。微細凹凸部１２ａは、化学エッチングまたはレーザ処理により形成されている。微細凹凸部１２ａ上に配置された型枠内に熱可塑性樹脂を流し込みボルト１３（１３’）を成形する。微細な凹凸内に熱可塑性樹脂が入り込んで硬化することにより、アンカー効果が得られ、フレーム管１２とボルト１３（１３’）との接合強度を向上することができる。

ボルト１３’は、ベース部１３ａと、円柱状をなし、ベース部１３ａより突出する軸部１３’と、を有する。軸部１３ｂ’は、バックパネル１１、および後述するナット１４に挿入される第一軸部１３ｂ−１と、リング状部材１４から突出する第２軸部１３ｂ−２’と、から構成されている。ボルト１３’は、外形が円形のベース部１３ａが微細凹凸部１２ａ上に配置されることにより、フレーム管１２と接合されている。第一軸部１３ｂ−１は、ベース部１３ａより径が小さい円柱状をなしている。また、第二軸部１３ｂ−２’の径は、溶融してナット１４の穴部１４ａの径より大きくなっている。ベース部１３ａの外径を軸部１３ｂ’より大きくすることができるので、フレーム管１２との接触面積を大きくすることができ、接合強度を向上することができる。さらに、第二軸部１３ｂ−２’の径が溶融によりナット１４の穴部１４ａの径より大きくなっているため、ナット１４の落脱を防止し、フレーム管１２とバックパネル１１とを固定することができる。なお、第一軸部１３ｂ−１の外周にネジ部が形成されていてもよい。

次に、自動車用シートフレーム１０の製造方法について説明する。図５は、図２の自動車用シートフレーム１０の製造方法を説明する図である。

図５（ａ）に示すように、フレーム管１２の微細凹凸部１２ａ上に接合されたボルト１３の軸部１３ｂを、バックパネル１１の穴部１１ａに挿入して、フレーム管１２上にバックパネル１１を配置する。微細凹凸部１２ａは、フレーム管１２の表面に、化学エッチングまたはレーザ処理により形成されたものであり、ボルト１３は、微細凹凸部１２ａ上に配置された型枠内に熱可塑性樹脂を流し込み成形されている。

その後、図５（ｂ）に示すように、ナット１４の穴部１４ａ内にボルト１３の軸部１３ｂを挿入する。

ナット１４に軸部１３ｂを挿入後、図５（ｃ）に示すように、ナット１４から突出する第二軸部１３ｂ−２を上方から加熱し、溶融させて、穴部１４ａの径より大きくなるように溶融変形させる。

実施の形態２では、第二軸部１３ｂ−２を溶融して、穴部１４ａの径より大きくなるように変形するため、ナット１４がゆるむことなく、フレーム管１２とバックパネル１１とを固定することができる。なお、実施の形態２では、第二軸部１３ｂ−２を溶融変形させてナット１４を固定しているが、第２軸部１３ｂ−２を溶融することなく、接着剤等を使用してボルト１３、ナット１４およびバックパネル１１とを接合してもよい。

（実施の形態３）
図６は、実施の形態３にかかる接合継手１Ｂの製造方法を説明する図である。接合継手１Ｂは、図６（ｂ）に示すように、表面に微細凹凸部２ａを有する金属または合金からなる金属部材２Ｂと、金属部材２Ｂより軽量な金属、合金、樹脂、または繊維強化樹脂からなり、穴部３ａを有する板状部材３と、金属部材２Ｂの微細凹凸部２ａに接合されるベース部４ａと、ベース部４ａより突出して柱状をなし、熱可塑性樹脂からなる軸部４ｂ’と、を有するボルト４’と、を備える。軸部４ｂ’は、板状部材３に挿入される第一軸部４ｂ−１と、板状部材３から突出する第２軸部４ｂ−２’と、から構成されている。第一軸部４ｂ−１は、ベース部４ａより径が小さい円柱状をなしている。また、第二軸部４ｂ−２’の径は、溶融して板状部材３の穴部３ａの径より大きくなっている。軸部４ｂ’は穴部３ａの外形と同形状の柱状であればよく、円柱状のほか、矩形柱状であってもよい。金属部材２Ｂは、円柱状の中空管である。金属部材２Ｂは、角柱状の中空管でもよい。

接合継手１Ｂは、図６（ａ）に示すように、金属部材２Ｂの微細凹凸部２ａ上に接合されたボルト４の軸部４ｂを、板状部材３の穴部３ａに挿入して、金属部材２Ｂ上に板状部材３を配置する。微細凹凸部２ａは、金属部材２Ｂの表面に、化学エッチングまたはレーザ処理により形成されたものであり、ボルト４は、微細凹凸部２ａ上に配置された型枠内に熱可塑性樹脂を流し込み成形されている。

その後、図６（ｂ）に示すように、板状部材３から突出する第二軸部４ｂ−２を上方から加熱し、溶融させて、穴部３ａの径より大きくなるように溶融変形させる。

実施の形態３では、第２軸部４ｂ−２を溶融して、穴部３ａの径より大きくなるように溶融変形させるため、簡易に金属部材２Ｂと板状部材３とを固定することができる。なお、第２軸部４ｂ−２を溶融変形するのに変えて、軸部４ｂを溶融することなく、接着剤等を使用して板状部材３およびボルト４とを接合してもよい。

なお、上記の実施の形態１〜３では、金属部材（フレーム管）に接合した係合部（ボルト）を、板状部材（バックパネル）の穴部に挿入し、リング状部材であるナットの係合または軸部の溶融変形により、金属部材（フレーム管）と板状部材（バックパネル）を固定するが、係合部の軸部にリング状部材を圧入して、金属部材（フレーム管）と板状部材（バックパネル）を固定してもよい。

１、１Ｂ 接合継手
２、２Ｂ 金属部材
２ａ、１２ａ 微細凹凸部
３ 板状部材
３ａ、１１ａ 穴部
４、４’、１３、１３’ ボルト
４ａ、１３ａ ベース部
４ｂ、４ｂ’、１３ｂ、１３ｂ’ 軸部
４ｃ、５ａ ネジ部
５、１４ ナット
１０ 自動車用シートフレーム
１１ バックパネル
１２ フレーム管

Claims (12)

1. 金属または合金からなる金属部材と、
   前記金属部材より軽量な金属、合金、樹脂、または繊維強化樹脂からなり、穴部を有する板状部材と、
   前記金属部材に接合されるベース部と、柱状をなし、前記ベース部より突出して前記板状部材の穴部に挿入される軸部と、を有する樹脂からなる係合部と、
   前記板状部材の穴部に挿入された前記軸部に係合させて、前記金属部材と前記板状部材とを固定するリング状部材と、
   を備えることを特徴とする接合継手。
2. 前記軸部は、外周部にネジ部を有する円柱状をなし、
   前記リング状部材は、内周部にネジ部を有し、前記軸部と螺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。
3. 前記係合部は熱可塑性樹脂からなり、前記リング状部材から突出する前記軸部の径は、前記リング状部材の穴部の径より大きいことを特徴とする請求項１または２に記載の接合継手。
4. 金属または合金からなる金属部材と、
   前記金属部材より軽量な金属、合金、樹脂、または繊維強化樹脂からなり、穴部を有する板状部材と、
   前記金属部材に接合されるベース部と、前記ベース部より突出して前記板状部材の穴部に挿入される第一軸部と、前記板状部材から突出し、径が前記穴部の径より大きい第二軸部と、を有する熱可塑性樹脂からなる係合部と、
   を備えることを特徴とする接合継手。
5. 前記金属部材は、表面の一部に微細凹凸部を有し、前記微細凹凸部に前記ベース部が接合され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。
6. 前記微細凹凸部は、化学エッチングまたはレーザ処理により形成されていることを特徴とする請求項５に記載の接合継手。
7. 前記金属部材は鉄または鉄合金からなり、前記板状部材はアルミニウムまたはアルミニウム合金からなることを特徴とする請求項１〜６のいずれか一つに記載の接合継手。
8. 前記金属部材は、中空管であることを特徴とする請求項７に記載の接合継手。
9. 請求項８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。
10. 金属または合金からなる金属部材の表面の一部に、化学エッチングまたはレーザ処理により微細凹凸部を形成する表面処理工程と、
    前記微細凹凸部上に、ベース部と、柱状をなし、前記ベース部より突出する軸部と、を有する樹脂からなる係合部を係合する係合工程と、
    前記金属部材より軽量な金属、合金、樹脂、または繊維強化樹脂からなる板状部材の穴部に前記軸部を挿入する板状部材配置工程と、
    前記係合部にリング状部材を係合して、前記金属部材と前記板状部材とを固定する係合工程と、
    を含むことを特徴とする接合継手の製造方法。
11. 前記係合部は熱可塑性樹脂からなり、
    前記係合工程後、前記リング状部材から突出する前記軸部を加熱し、前記穴部の径より大きくなるように溶融変形する溶融変形工程と、を行うことを特徴とする請求項１０に記載の接合継手の製造方法。
12. 金属または合金からなる金属部材の表面の一部に、化学エッチングまたはレーザ処理により微細凹凸部を形成する表面処理工程と、
    前記微細凹凸部上に、ベース部と、柱状をなし、前記ベース部より突出する軸部と、を有する熱可塑性樹脂からなる係合部を係合する係合工程と、
    前記金属部材より軽量な金属、合金、樹脂、または繊維強化樹脂からなる板状部材の穴部に前記軸部を挿入する板状部材配置工程と、
    前記穴部から突出する前記軸部を加熱し、前記板状部材の穴部の径より大きくなるように溶融変形する溶融変形工程と、
    を含むことを特徴とする接合継手の製造方法。

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