JP2007185690A - 車体部材のヘミング接合方法およびヘミング接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】異種材料の組み合わせからなる車体部材の接合において、塗装工程の入熱による変形を抑制しつつ、接合強度および剛性を効率的に向上させ、耐電食性を確保することができる車体部材のヘミング接合方法およびヘミング接合構造を提供することを課題とする。
【解決手段】異種材料の組合せからなるスキン材１１とフレーム材１２を接合して構成される車体部材のヘミング接合方法であって、スキン材１１とフレーム材１２の相対向する部位の少なくとも一方に熱硬化性接着剤１３を塗布する工程と、フレーム材１２の端縁部１２ａとの間に熱硬化性接着剤１３を挟むようにスキン材１１の端縁部１１ａを折り返す工程と、スキン材１１とフレーム材１２をスキン材１１の端縁部１１ａ側から摩擦攪拌接合する工程と、を有し、前記接合工程では、摩擦攪拌接合時の余熱によって熱硬化性接着剤１３を予備加熱して、スキン材１１をフレーム材１２に仮止めする。
【選択図】図１

Description

本発明は、ドア、エンジンフード、トランクリッド等の車体部材のヘミング接合方法及びヘミング接合構造に関するものである。

一般に、ドア、エンジンフード、トランクリッド等の車体部材の製造において、アウタパネルとその裏面側に配置するインナパネルとを組み合わせ、アウタパネルの端縁部をインナパネルの端縁部を挟み込むように折り返し（ヘミング加工）、その端縁部同士を接合（ヘミング接合）する技術が知られている。

従来、ヘミング接合に関しては、様々な技術が提案されている。
例えば、端縁部間に塗布した熱硬化性接着剤（構造用接着剤）を焼付塗装工程で硬化させて、パネル同士を固定するものがある。この熱硬化性接着剤は、車体部材の剛性、強度、耐食性の確保にも供する。このように熱硬化性接着剤で固定する場合、端縁部同士を組み合わせた後、焼付の熱で熱硬化性接着剤が完全に硬化するまでの間に、アウタパネルとインナパネルがずれ動くことを防止するための仮止めが行われている。仮止めの方法としては、熱硬化性接着剤に添加された球状体をヘミング加工時に食い込ませるものや（特許文献１参照）、スポット溶接、リベット接合、クリンチ接合等によるものが挙げられる。

また、スポット溶接等による仮止めが行われない場合、誘導過熱ヒータ等を用いて、予め端縁部間の熱硬化性接着剤を硬化させ、パネル間のズレを防止するものもある（特許文献２参照）。

さらに、近年、摩擦攪拌接合によるヘミング接合方法も提案されている（例えば、特許文献３参照）。摩擦攪拌接合は、重ね合わせたパネルの端縁部を受け台に載置し、高速回転させた接合ツールを押圧することによって行う。具体的には、接合ツールの先端部のピンが、上側のパネルに達すると、パネルが摩擦によって加熱されて軟化する。パネルが軟化することで、ピンが徐々に挿入され、下側のパネルとの境界近傍まで達すると、この境界近傍がさらに加熱されて塑性流動を生じる。これにより、パネル同士が接合される。
特開平１０−２５８３３１号公報（請求項１、段落０００５〜０００７、図２） 特開平２−２５４０７０号公報（特許請求の範囲（１）、第１図） 特開２００４−１６７５２５号公報（請求項１、図５）

ところで、前記した種々のヘミング接合方法は、同種材料同士を接合する技術であり、異種材料を接合する場合については触れられていない。異種材料の組合せ（例えば、アルミ材からなるスキン材と軟鋼からなるフレーム材の組合せ）の接合に、従来技術を適用すると以下の問題を生じる。

熱硬化性接着剤で固定する場合、各材料の線膨張係数の違いから熱硬化性接着剤を硬化させるときの入熱で部材の変形が生じるおそれがある。そこで、前記したパネル同士のズレ防止とは異なる目的で、塗装工程における入熱によって完全硬化させる前に、仮止めをしておく必要がある。しかしながら、前記した球状体を食い込ませる方法では、材料の硬度の違いによって仮止めが充分にできないという問題がある。また、スポット溶接、リベット接合、クリンチ接合等では、フランジ幅の確保等といった素材や形状の制約が大きく、スポット打痕、リベット打抜き痕、クリンチによる外観の凹凸形状等外観の商品性でも問題がある。誘導過熱ヒータ等で予め硬化させる場合は、加熱硬化のみのための工程が増加するとともに、その加熱装置のための設備コストがかかるという問題がある。

一方、摩擦攪拌接合によれば、塗装工程における入熱の前に接合することができる。しかしながら、異種材料の接合である場合、電食を防止するためのシール剤を塗布しておく必要があり、これにより工程が増加するという問題がある。さらに、接合強度および剛性は、より高められることが好ましい。

そこで本発明は、異種材料の組み合わせからなる車体部材の接合において、塗装工程の入熱による変形を抑制しつつ、接合強度および剛性を効率的に向上させ、耐電食性を確保することができる車体部材のヘミング接合方法およびヘミング接合構造を提供することを課題とする。

前記課題を解決するため、請求項１に係る発明は、異種材料の組合せからなる第１部材と第２部材を接合して構成される車体部材のヘミング接合方法であって、前記第１部材と前記第２部材の相対向する部位の少なくとも一方に熱硬化性接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、前記第２部材の端縁部との間に前記熱硬化性接着剤を挟むように前記第１部材の端縁部を折り返すヘミング加工工程と、前記第１部材と前記第２部材を前記第１部材の端縁部側から摩擦攪拌接合する接合工程と、を有し、前記接合工程では、摩擦攪拌接合時の余熱によって前記熱硬化性接着剤を予備加熱して、前記第１部材を前記第２部材に仮止めすることを特徴とする。

請求項１に係る発明によれば、異種材料の組合せである第１部材と第２部材が摩擦攪拌接合によって接合される際に、その摩擦攪拌接合時の余熱によって熱硬化性接着剤が予備加熱されて第１部材が第２部材に仮止めされる。このように各部材が接合および仮止めされることで、その後の焼付塗装工程において熱硬化性接着剤を完全に硬化させる際、各部材の線膨張係数の違いによって発生する変形を防止することができる。また、焼付塗装工程前の熱硬化性接着剤の予備加熱に、摩擦攪拌接合時の余熱を利用するため、予備加熱のみのための工程や加熱装置が不要になり、コストを抑えることができる。さらに、摩擦攪拌接合に加えて熱硬化性接着剤で仮止め、接合することができるため、接合強度および剛性を効率的に向上させることができる。そして、このように第１部材と第２部材の間に熱硬化性接着剤が介在することで、シール機能を発揮し、耐電食性を確保することができる。これにより、シール剤を改めて塗布する必要がなく工数を削減することができる。なお、摩擦攪拌接合による入熱は、部材を溶融させて接合する溶接等による入熱よりも小さいため、入熱による部材自体の変形は最小限に抑えることができる。

請求項２に係る発明は、請求項１に記載の車体部材のヘミング接合方法において、前記熱硬化性接着剤と摩擦攪拌接合部位とは前記第２部材を介して表裏に位置することを特徴とする。

請求項２に係る発明によれば、ヘミング加工によって形成される第１部材の端縁部、第２部材の端縁部、第１部材の内側部位（端縁部より内側の部分）の積層構造において、第１部材の端縁部と第２部材の端縁部は摩擦攪拌接合され、第２部材の端縁部と第１部材の内側部位は熱硬化性接着剤により接合される。熱硬化性接着剤は、摩擦攪拌接合による入熱を受けやすい位置にあることから充分に予備加熱され、第１部材が第２部材に確実に仮止めされる。また、第１部材に挟み込まれた第２部材の端縁部は表裏で第１部材に確実に接合されるため、その接合強度を向上させることができる。さらに、第１部材の内側と第２部材の間の耐電食性を確保することができる。

請求項３に係る発明は、請求項１または請求項２に記載の車体部材のヘミング接合方法において、前記第１部材はアルミニウムまたはアルミニウム合金であり、前記第２部材は鉄または鉄合金であることを特徴とする。

請求項３に係る発明によれば、異種材料の組合せであるアルミニウムまたはアルミニウム合金と、鉄または鉄合金を、摩擦攪拌接合と熱硬化性接着剤を併用することにより、容易に接合することができる。

請求項４に係る発明は、請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車体部材のヘミング接合方法により接合された車体部材のヘミング接合構造であって、前記第１部材の端縁部が前記第２部材の端縁部との間に前記熱硬化性接着剤を挟んで折り返された状態で、前記熱硬化性接着剤と摩擦攪拌接合部位とは前記第２部材を介して表裏に位置し、前記熱硬化性接着剤が予備硬化した状態で前記第１部材を前記第２部材に仮止めしていることを特徴とする。

請求項４に係る発明によれば、ヘミング加工によって形成される第１部材の端縁部、第２部材の端縁部、第１部材の内側（端縁部より内側の部分）の積層構造において、第１部材の端縁部と第２部材の端縁部は摩擦攪拌接合されており、第２部材の端縁部と第１部材の内側は熱硬化性接着剤によって仮止めされている。このように、積層構造において、第２部材の表裏が第１部材に固定されていることで、その後の焼付塗装工程における変形を効果的に抑制することができる。

本発明に係る車体部材のヘミング接合方法およびヘミング接合構造によれば、塗装工程の入熱による変形を抑制しつつ、接合強度および剛性を効率的に向上させるとともに、耐電食性を確保することができる。

次に、本発明の実施の形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図１は、車両用のフロントドアのドア本体を示す斜視図である。
図１に示すように、ドア本体１（車体部材）は、車外側に面するスキン材１１と、その裏側（車室側）に位置するフレーム材１２とをヘミング接合して構成される。ドア本体１は、異種材料の組合せで構成されるものであり、この組合せとしては、例えば、スキン材１１としてアルミニウムまたはアルミニウム合金、フレーム材１２として鉄または鉄合金等の組合せが挙げられる。なお、本発明のヘミング接合方法およびヘミング接合構造は、本実施形態で説明するドアのほか、エンジンフード、トランクリッド等、種々の車体部材に適用することができる。

図２（ａ）〜（ｄ）は、ヘミング接合工程を説明するためのドア本体の端縁部を示す断面図であり、図３は、ドア本体を示す側面図である。以下、図２（ａ）〜（ｄ）を参照しながら、ドア本体１のヘミング接合方法について説明する。

図２（ａ）は、接着剤塗布工程を示す図である。図２（ａ）に示すように、スキン材１１とフレーム材１２を組み合わせる前に、フレーム材１２に相対向するスキン材１１の内側部位１１ｂに熱硬化性接着剤１３を塗布する。このとき、図３に示すように、熱硬化性接着剤１３は、スキン材１１の周縁部全体を囲むように塗布される。通常は、ドア本体が組まれた後にシール剤を塗布するので、シール剤が必要な場所と不要な場所を分けるように、塗布場所を予めプログラミングする手間等がかかっていたが、本実施形態では、塗布場所を特定しないで済むので、前記したような特定の管理が不要となった。なお、熱硬化性接着剤１３としては、エポキシ樹脂系接着剤、ポリエステル樹脂接着剤、フェノール樹脂接着剤等が挙げられる。

図２（ｂ）は、ヘミング加工工程を示す図である。図２（ｂ）に示すように、スキン材１１の端縁部１１ａをフレーム材１２側に折り返す。具体的には、スキン材１１とフレーム材１２の間に予め塗布している熱硬化性接着剤１３を挟むようにして、端縁部１１ａを折り返すヘミング加工を行う。これにより、スキン材１１の端縁部１１ａ、フレーム材１２の端縁部１２ａ、スキン材１１の内側部位１１ｂが組み合わされた積層構造が形成される。

図２（ｃ），（ｄ）は、摩擦攪拌接合による接合工程を示す図である。図２（ｃ）に示すように、摩擦攪拌接合には、ネジが切られたピン部２１を先端側に有する回転プローブ２を用いる。この回転プローブ２を高速回転させながら、スキン材１１の端縁部１１ａ側に押圧する。端縁部１１ａは、ピン部２１との間に発生する摩擦熱により軟化するので、これにより、回転プローブ２がフレーム材１２の端縁部１２ａに当接するまで挿入される。なお、フレーム材１２は、スキン材１１よりも融点の高い鉄または鉄合金からなるものなので、摩擦熱ではほとんど軟化はしない。

続けて、この状態で、回転プローブ２を端縁部１１ａに沿って送り出す。具体的には、図３に示すように、ドア本体１の周縁部のうち、二点鎖線で囲った複数の部分Ａ（摩擦攪拌接合部位）のみをなぞるように回転プローブ２を送り出す。これらの複数の部分Ａは、スキン材１１をフレーム材１２に仮止めするために必要充分な接合部位であり、これにより、効率的な接合を行うことができる。

そして、図２（ｄ）に示すように、回転プローブ２の回転により、回転プローブ２の周辺を塑性流動させて攪拌することで、スキン材１１とフレーム材１２の端縁部１１ａ，１２ａ同士が摩擦攪拌接合される。また、この際、摩擦攪拌接合時に発生する余熱を受けて、熱硬化性接着剤１３が部分的に硬化（予備硬化）する（図３参照）。特に、摩擦攪拌接合された部分Ａの下側は余熱が伝播しやすく、硬化を促進させることができる。これにより、スキン材１１がフレーム材１２の表裏面において仮止めされる。つまり、スキン材１１の端縁部１１ａとフレーム材１２の端縁部１２ａとは摩擦攪拌接合され、フレーム材１２の端縁部１２ａとスキン材１１の内側部位１１ｂとは熱硬化性接着剤１３により部分的に仮止めされたドア本体１のヘミング接合構造が形成される。なお、摩擦攪拌接合による入熱は、部材を溶融させて接合する溶接等による入熱よりも小さいため、入熱によるスキン材１１およびフレーム材１２自体の変形は最小限に抑えることができる。

このようにスキン材１１とフレーム材１２とが仮止めされたドア本体１は、その後の焼付塗装工程で入熱されることで、熱硬化性接着剤１３が完全に硬化し、完全に接合される。この際、フレーム材１２の表裏でスキン材１１が仮止めされていることで、互いに線膨張係数が異なるスキン材１１とフレーム材１２が入熱されても、互いの熱膨張を抑制し合い、ドア本体１の変形が防止される。

以上によれば、本実施の形態において以下の効果を得ることができる。
本実施形態のドア本体１は、フレーム材１２の表裏にスキン材１１が仮止めされていることで、その後の焼付塗装工程において熱硬化性接着剤１３を完全に硬化させる際、スキン材１１とフレーム材１２の線膨張係数の違いによって発生する変形を防止することができる。

また、焼付塗装工程前の熱硬化性接着剤１３の予備加熱に、摩擦攪拌接合時の余熱を利用するため、予備加熱のみのための工程や加熱装置が不要になり、コストを抑えることができる。さらに、摩擦攪拌接合に加えて熱硬化性接着剤１３で仮止め、接合することができるため、接合強度および剛性を効率的に向上させることができる。

本実施形態では、熱硬化性接着剤１３を摩擦攪拌接合の部分Ａの下側に塗付したため、特に、摩擦攪拌接合時の余熱が伝播しやすく、熱硬化性接着剤１３を充分に予備加熱することができ、スキン材１１をフレーム材１２に確実に仮止めすることができる。

そして、このように、完成されたドア本体１において、スキン材１１とフレーム材１２の間に熱硬化性接着剤１３が介在することで、シール機能を発揮し、耐電食性を確保することができる。これにより、シール剤を改めて塗布する必要がなく、その分の工数を削減することができる。

以上、本実施形態について説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、種々の形態で実施することができる。

本実施形態では、スキン材１１とフレーム材１２の材質を、アルミニウムまたはアルミニウム合金、鉄または鉄合金としたが、これらの材質は、適宜変更可能である。

本実施形態では、摩擦攪拌接合の部分Ａを部分的に設けたが、ドア本体１の周縁部全体に亘って、摩擦攪拌接合するものであってもよい。

本実施形態では、スキン材１１に熱硬化性接着剤１３を塗付する形態としたが、フレーム材１２側に塗付するものでも、スキン材１１およびフレーム材１２の双方に塗付するものであってもよい。

車両用のフロントドアのドア本体を示す斜視図である。 （ａ）〜（ｄ）は、ヘミング接合工程を説明するためのドア本体の端縁部を示す断面図である。 ドア本体を示す側面図である。

符号の説明

１ ドア本体
２ 回転プローブ
１１ スキン材
１１ａ 端縁部
１１ｂ 内側部位
１２ フレーム材
１２ａ 端縁部
１３ 熱硬化性接着剤
Ａ 部分

Claims (4)

1. 異種材料の組合せからなる第１部材と第２部材を接合して構成される車体部材のヘミング接合方法であって、
   前記第１部材と前記第２部材の相対向する部位の少なくとも一方に熱硬化性接着剤を塗布する接着剤塗布工程と、
   前記第２部材の端縁部との間に前記熱硬化性接着剤を挟むように前記第１部材の端縁部を折り返すヘミング加工工程と、
   前記第１部材と前記第２部材を前記第１部材の端縁部側から摩擦攪拌接合する接合工程と、を有し、
   前記接合工程では、摩擦攪拌接合時の余熱によって前記熱硬化性接着剤を予備加熱して、前記第１部材を前記第２部材に仮止めすることを特徴とする車体部材のヘミング接合方法。
2. 前記熱硬化性接着剤と摩擦攪拌接合部位とは前記第２部材を介して表裏に位置することを特徴とする請求項１に記載の車体部材のヘミング接合方法。
3. 前記第１部材はアルミニウムまたはアルミニウム合金であり、前記第２部材は鉄または鉄合金であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の車体部材のヘミング接合方法。
4. 請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の車体部材のヘミング接合方法により接合された車体部材のヘミング接合構造であって、
   前記第１部材の端縁部が前記第２部材の端縁部との間に前記熱硬化性接着剤を挟んで折り返された状態で、前記熱硬化性接着剤と摩擦攪拌接合部位とは前記第２部材を介して表裏に位置し、前記熱硬化性接着剤が予備硬化した状態で前記第１部材を前記第２部材に仮止めしていることを特徴とする車体部材のヘミング接合構造。

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