JP2005103617A - 金属部材の接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２つの金属部材の重ね合わせ部に接着剤を介在させて両金属部材どうしを接合するに際して、金属部材の変形を抑制した上で確実に仮接合でき、また、仮接合強度を高めることで、より少ない仮接合箇所で２つの金属部材の重ね合わせ部の位置ズレによる不具合発生を防止する。
【解決手段】 ２つの金属部材の重ね合わせ部に接着剤を介在させて両金属部材どうしを接合する接合方法であって、第１金属部材１０と第２金属部材２０の重ね合わせ部に、熱硬化性接着剤Ａを介在させる工程と、上記重ね合わせ部の所定箇所を、所定工具Ｋにより発熱を伴って塑性変形させることにより、上記所定箇所で重ね合わせ部を接合するとともに、上記所定箇所近傍の熱硬化性接着剤Ａを硬化させる工程と、を備えたことを特徴とする。
【選択図】図３

Description

この発明は、金属部材の接合方法、特に、２つの金属部材の重ね合わせ部に接着剤を介在させて両金属部材どうしを接合する接合方法に関する。

従来、２つの金属部材どうしを接合する接合方法としては、少なくとも互いの一部分どうしを重ね合わせ、この重ね合わせ部を、スポット溶接やカシメ接合などにより局所的に接合する方法が幅広く採用されている。例えば特許文献１には、カシメ接合法の一種として、相手材の孔部に嵌挿された突起部などの被カシメ部を通電加熱して軟化させることにより、加圧時の塑性変形を促進させてより高い接合強度を得るようにした、所謂、通電カシメ法による接合方法が開示されている。

また、近年では、このような局所的な接合法として、アルミニウム（Ａｌ）やマグネシウム（Ｍｇ）或いはその合金等の軽金属を対象に、２つの金属部材の重ね合わせ部の所定箇所に対して、回転工具を回転させながら押し込むことにより、摩擦熱を発生させて上記所定箇所に塑性流動を生じさせ、当該所定箇所で両金属部材を接合するようにした「回転工具を用いた方法」が知られている。かかる方法によれば、回転工具の押し込み量や押し込み後の保持時間等を制御することで、比較的容易かつ確実に所要の接合強度を得ることができ、また、金属部材の変形もより抑制することができる。

ところで、自動車の車体構成部材には、複数の金属部材を組み合わせて構成されるものが数多くあり、このような車体構成部材を製作する場合には、上述のような各種の接合法が適用されている。例えば自動車のドアインナ部材としては、ドアヒンジ取付部やドアロック取付部が設けられる部分を例えばＡｌ又はその合金等のダイカスト鋳物で形成し、これら軽金属鋳物部材どうしを例えば押出成形した軽金属部材で掛け渡すように接合して構成されたものが知られている。かかる構成を採用することにより、高い強度および剛性が求められ、且つ、形状が複雑となる部分のみを鋳物で形成し、他の部分はより軽量な押出成形品で形成することができ、全体を鋳物製とした場合に比して、インナ部材の全体重量を低減することができる。

このようなドアインナ部材で、鋳物部材と押出成形部材とを接合する場合にも、一般には上述の各種の局所的な接合法を適用することができるのであるが、この代わりに或いはこれに加えて、接着剤による接合法を適用すれば、重ね合わせ部の略全域について接合が得られるので、局所的な接合法に比してより均一で高強度の接合が得られる。
このような接着法では、特に、熱硬化性の接着剤を適用し、両金属部材の重ね合わせ部に接着剤を介在させた上で、所定温度範囲に加熱することで高強度の接合が得られる。
特開平１１−７７１９２号公報

上述のような熱硬化性接着剤を用いて接合する場合、接着剤を塗布して両金属部材の重ね合わせ部を貼り合わせた後、加熱工程に移行するまでの間について、中間の工程での取扱時あるいは加熱装置内への搬入時などに、接着部に外力が加わるなどの理由により、重ね合わせ部に位置ズレ（接着面に沿った方向あるいは剥離方向の位置ズレ）が生じ、加熱硬化後の接着力が低下する等の不具合が発生する惧れがある。

従って、接着剤を適用しても、加熱による本接合を行うまでの間、両金属部材の重ね合わせ部を固定するために仮接合（仮止め）が必要である。この仮接合についても、接合強度が低い場合には、接合箇所をそれだけ多く設定する必要があり、金属部材に過度の変形を招く惧れもある。

そこで、この発明は、２つの金属部材の重ね合わせ部に接着剤を介在させて両金属部材どうしを接合するに際して、金属部材の変形を抑制した上で確実に仮接合できるようにすること、また、仮接合強度を高めることで、より少ない仮接合箇所で２つの金属部材の重ね合わせ部の位置ズレによる不具合発生を防止できるようにすること、を目的としてなされたものである。

このため、本願の第１発明に係る接合方法は、２つの金属部材の重ね合わせ部に接着剤を介在させて両金属部材どうしを接合する接合方法であって、（イ）第１金属部材と第２金属部材の重ね合わせ部に、熱硬化性接着剤を介在させる工程と、（ロ）上記重ね合わせ部の所定箇所を、所定工具により発熱を伴って塑性変形させることにより、上記所定箇所で重ね合わせ部を接合するとともに、上記所定箇所近傍の熱硬化性接着剤を硬化させる工程と、を備えたことを特徴としたものである。

また、本願の第２発明は、上記第１発明において、上記第１金属部材が重ね合わせ部の上記所定箇所に突起部を設けた軽金属部材であり、上記第２金属部材には重ね合わせ部の上記所定箇所に貫通穴が形成されており、該貫通穴に上記突起部を嵌挿させて重ね合わせ、該突起部を塑性変形させることにより、上記所定箇所で重ね合わせ部を接合することを特徴としたものである。

更に、本願の第３発明は、上記第１又は第２発明において、上記所定工具は回転工具であり、該回転工具を回転させながら上記所定箇所に押し込むことにより、摩擦熱を発生させて上記所定箇所に塑性流動を生じさせることを特徴としたものである。

また更に、本願の第４発明は、上記第１〜第３発明の何れか一において、上記第１金属部材と第２金属部材とは自動車の車体構成部材であり、上記重ね合わせ部の所定箇所を上記所定工具により接合した後に、上記車体構成部材の塗装後の乾燥工程において、未硬化の熱硬化性接着剤を硬化させることを特徴としたものである。

また更に、本願の第５発明は、上記第４発明において、上記車体構成部材がドアのインナ部材であり、上記第１金属部材は、ドアヒンジ取付部および／またはドアロック取付部が設けられる軽金属製鋳物部材であることを特徴としたものである。

本願の第１発明によれば、２つの金属部材の重ね合わせ部に接着剤を介在させて両金属部材どうしを接合するに際して、第１金属部材と第２金属部材の重ね合わせ部に熱硬化性接着剤を介在させ、この重ね合わせ部の所定箇所を、所定工具により発熱を伴って塑性変形させることにより、上記所定箇所で重ね合わせ部を接合するとともに、上記所定箇所近傍の熱硬化性接着剤を硬化させるので、上記所定箇所を塑性変形させることによる接合力だけでなく、これに加えて、所定箇所近傍の熱硬化性接着剤を硬化させることによる接合力（接着力）も得られるので、金属部材の変形を抑制した上で確実に仮接合でき、２つの金属部材の重ね合わせ部の位置ズレによる不具合発生の防止を図ることができる。

また、本願の第２発明によれば、基本的には上記第１発明と同様の効果を奏することができ、特に、軽金属製の第１金属部材に設けた突起部を第２金属部材に形成した貫通穴に嵌挿させた状態で、上記突起部を塑性変形させることにより、重ね合わせ部の所定箇所を塑性変形させることによる接合力をより高めることができる。

更に、本願の第３発明によれば、基本的には上記第１又は第２発明と同様の効果を奏することができ、特に、上記所定工具として回転工具を用い、この回転工具を回転させながら上記所定箇所に押し込むことにより、摩擦熱を発生させて上記所定箇所に塑性流動を生じさせるので、回転工具の押し込み量や押し込み後の保持時間等を制御することで、比較的容易かつ確実に所要の接合強度を得ることができ、また、金属部材の変形もより抑制することができる。

また更に、本願の第４発明によれば、上記第１金属部材と第２金属部材とが自動車の車体構成部材である場合について、基本的には上記第１〜第３発明の何れか一と同様の効果を奏することができる。特に、上記重ね合わせ部の所定箇所を上記所定工具により接合した後に、車体構成部材の塗装後の乾燥工程において、未硬化の熱硬化性接着剤を硬化させるので、接着剤硬化のための工程を特別に設ける必要なしに、後工程の加熱作用を利用して未硬化の熱硬化性接着剤を硬化させることができる。

また更に、本願の第５発明によれば、上記車体構成部材がドアのインナ部材であり、上記第１金属部材は、ドアヒンジ取付部および／またはドアロック取付部が設けられる軽金属製鋳物部材である場合について、基本的には上記第４発明と同様の効果を奏することができる。

以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照しながら詳細に説明する。
図１は、本実施形態に係る自動車用ドアの内側部材をなすインナ部材１（ドアインナ）の正面説明図である。この図に示すように、上記ドアインナ１は、ドアヒンジ取付部（不図示）が設けられるフロント部材２と、ドアロック取付部（不図示）が設けられるリヤ部材３と、両者２，３を上下において掛け渡して連結する上下の連結部材４，５と、これら連結部材４，５とフロント部材２及びリヤ部材３とで囲まれる領域を覆うように配設されたベース板６とで構成されている。

上記フロント部材２及びリヤ部材３は、好ましくは、例えばアルミニウム（Ａｌ）合金を材料としてダイカスト法により鋳造された軽金属製鋳物部材である。また、上下の連結部材４，５は、好ましくは、Ａｌ合金を材料として押出成形法により成形されている。尚、上記ベース板６もＡｌ合金製である。

このように、鋳物部材と押出成形品および板材を組み合わせて接合することにより、ドアヒンジ取付部（不図示）が設けられるフロント部材２及びドアロック取付部（不図示）が設けられるリヤ部材３のように、高い強度および剛性が求められ、且つ、形状が複雑となる部分のみを鋳物で形成し、他の部分（連結部材４，５及びバース板６）はより軽量な押出成形品や板材で形成することができ、全体を鋳物で製作する場合に比して、ドアインナ１の全体重量を低減することができる。

本実施形態では、上記各部材２〜６を相互に接合することでドアインナ１が組み立てられるが、この接合に際して、基本的には、２つの部材の重ね合わせ部に接着剤（特に、熱硬化性接着剤）を介在させて両金属部材どうしを接合するようにしている。
このように、接着剤による接合法を適用することにより、重ね合わせ部の略全域について接合が得られるので、局所的な接合法に比してより均一で高強度の接合が得られる。特に、熱硬化性の接着剤を適用し、両金属部材の重ね合わせ部に接着剤を介在させた上で、所定温度範囲に加熱することで、より高強度の接合が得られる。

自動車用ドアを製作する場合、ドア内板を構成するドアインナ１とドア外板を構成するドアアウタ（不図示）とを組み立てた後に塗装し、その塗装後に乾燥させるので、その乾燥時の熱を利用して熱硬化性接着剤を硬化させ、ドアインナ１の各部材の接合を行うことが可能である。

但し、前述のように、接着剤を塗布してドアインナ１の各部材の重ね合わせ部を貼り合わせた後、加熱工程（つまり乾燥工程）に移行するまでの間について、中間の工程（つまり、アウタパネルとの組立工程および塗装工程）での取扱時あるいは乾燥装置内への搬入時などに、接着部に外力が加わるなどの理由により、重ね合わせ部に位置ズレ（接着面に沿った方向あるいは剥離方向の位置ズレ）が生じ、加熱硬化後の接着力が低下する等の不具合が発生する惧れがある。

従って、接着剤を適用しても、加熱による本接合を行うまでの間、ドアインナ１の各部材どうしの重ね合わせ部を固定するために仮接合（仮止め）が必要である。
本実施形態では、後で詳しく説明するように、この仮接合の接合強度を高めることにより、より少ない仮接合箇所で２つの金属部材の重ね合わせ部の位置ズレによる不具合発生を防止するようにしている。

図２は、本実施形態に係るドアインナ１を用いた自動車用ドアの製造工程の概略を示す工程説明図である。この図に示すように、上記自動車用ドアを製造する際には、まず、工程＃１で、ドアインナ１の各部材２〜６の重ね合わせ部に接着剤を塗布し、その後、これら重ね合わせ部を貼り合わせる（重ね合わせる）。本実施形態では、上記接着剤として、硬化温度が１５０℃以上（３００℃以下）のエポキシ系熱硬化性接着剤を用いた。そして、各重ね合わせ部を後述する方法で仮止め接合する（工程＃３）。尚、後述するように、この仮止め接合により、接合箇所近傍の熱硬化性接着剤が硬化させられる。

その後、工程＃４で、このドアインナ１をドアアウタパネル（ドアアウタ：不図示）と組み立て、工程＃５でドア全体の塗装を行う。そして、この塗装したドアを乾燥室にて乾燥させる（工程＃６）。本実施形態では、この乾燥温度を１９０〜２３０℃に設定した。
この塗装後の乾燥工程において、未硬化の熱硬化性接着剤が硬化する。すなわち、ドアインナ１の各部材２〜６の重ね合わせ部が本接合される。従って、接着剤硬化のための工程を特別に設ける必要なしに、後工程の加熱作用を利用して未硬化の熱硬化性接着剤を硬化させることができるのである。

次に、上記仮止め接合（工程＃３）の詳細について説明する。
本実施形態では、金属部材の変形を抑制した上で確実に仮接合できるようにし、また、仮止め接合の強度を高めることで、より少ない仮接合箇所で２つの金属部材の重ね合わせ部の位置ズレによる不具合発生を防止できるようにするために、上記重ね合わせ部の所定箇所（仮止め箇所）を、所定工具により発熱を伴って塑性変形させることにより、上記仮止め箇所で重ね合わせ部を接合するとともに、この仮止め箇所近傍の熱硬化性接着剤を硬化させるようにしている。

このため、本実施形態では、上記所定工具として、図８にその要部を示すような回転工具Ｋを用いた。かかる回転工具Ｋは、従来公知のものと同様のもので、円筒状の工具本体をホルダに保持させ、このホルダを回転駆動手段（共に不図示）で回転駆動することにより、工具Ｋをその軸線Ｌｋ回りに回転させるもので、上記ホルダは更に工具Ｋをその軸線Ｌｋに沿って進退動させる進退動手段（不図示）に連係している。
尚、上記回転工具Ｋは、その先端がテーパ状に形成され、テーパ部の先端が工具径Ｄｋを規定している。

２つの金属部材１０，２０の重ね合わせ部に接着剤Ａ（熱硬化性接着剤）を介在させ、所定箇所（仮止め箇所）に対して、上記回転工具Ｋを回転させながら押し込むことにより（押し込み量Ｅｋ）、摩擦熱を発生させて当該仮止め箇所に塑性流動を生じさせ、当該箇所で両金属部材１０，２０が仮止め接合される。

このような「回転工具を用いた方法」を適用することにより、回転工具Ｋの押し込み量Ｅｋや押し込み後の保持時間等を制御することで、比較的容易かつ確実に所要の接合強度を得ることができ、また、金属部材１０，２０の変形もより抑制することができる。
特に、上記重ね合わせ部では、後述するように、両金属部材１０，２０間に介在した熱硬化性接着剤Ａのうち、仮止め接合箇所の近傍の接着剤が、回転工具Ｋの回転／押し込みにより発生した摩擦熱で硬化するので、上記仮止め接合箇所を塑性変形させることによる接合力だけでなく、これに加えて、当該仮止め接合箇所近傍の熱硬化性接着剤を硬化させることによる接合力（接着力）も得られる。その結果、仮接合強度がより高められ、より少ない仮接合箇所で２つの金属部材１０，２０の重ね合わせ部の位置ズレによる不具合発生を防止できるのである。

次に、本実施形態の具体例について説明する。
図３（ａ）及び（ｂ）は、第１具体例を示す接合部の断面説明図で、図３（ａ）は接合前の状態を示し、図３（ｂ）は接合後の状態を示している。
これらの図に示すように、本具体例では、第１金属部材１０の重ね合わせ部の所定箇所には突起部１１が設けられている。一方、第２金属部材２０の重ね合わせ部には、上記突起部１１に対応した箇所に貫通穴２１が形成されている。尚、前述のドアインナ１の場合と対応させて説明すれば、上記第１金属部材１０が例えば軽合金鋳物製のフロント部材２又はリヤ部材３に相当し、第２金属部材２０が例えば軽合金押出成形品の上側連結部材４又は下側連結部材５に相当する。

上記第１金属部材１０と第２金属部材２０とをその重ね合わせ部で接合（仮止め接合）する際には、当該重ね合わせ部に熱硬化性接着剤Ａを介在させた上で、図３（ａ）に示されるように、上記貫通穴２１に上記突起部１１を嵌挿させて両金属部材１０，２０を重ね合わせる。このとき、より好ましくは、突起部１１の先端が第２金属部材２０よりも所定量だけ突出するように、上記突起部１１の高さが設定されている。

そして、第１金属部材１０の上記突起部１１に対応する裏面側を受け具Ｊで支持した上で、突起部１１の先端側から回転工具Ｋを回転させながら押し込むことにより、発生した摩擦熱により突起部１１の母材に塑性流動が生じ、図３（ｂ）に示されるように、該突起部１１が塑性変形し、突起部１１の先端側が第２金属部材２０の貫通穴２１を埋め尽くし、その周囲にまではみ出すように変形する。これにより、上記突起部１１を設けた箇所で、両金属部材１０，２０の重ね合わせ部が仮止め接合される。

このように、軽金属製の第１金属部材１０に設けた突起部１１を第２金属部材２０に形成した貫通穴２１に嵌挿させた状態で、上記突起部１１を塑性変形させることにより、重ね合わせ部の所定箇所を塑性変形させることによる接合力をより高めることができる。つまり、突起部１１及び貫通穴２１が設けられていない場合（後述する第４具体例参照）に比して、より高い接合強度が得られ、仮止め接合箇所を削減することができる。
このとき、この仮止め接合箇所近傍の熱硬化性接着剤Ａが、回転工具Ｋの適用による摩擦熱で硬化する。すなわち、上記突起部１１を塑性変形させることによる接合力だけでなく、これに加えて、当該仮止め接合箇所近傍の熱硬化性接着剤Ａを、摩擦熱で硬化させながら押し込み圧を作用させることによる接合力（接着力）も得られる。

図４（ａ）及び（ｂ）は、第２具体例を示す接合部の断面説明図で、図４（ａ）は接合前の状態を示し、図４（ｂ）は接合後の状態を示している。
これらの図に示すように、本具体例では、第１金属部材１０の重ね合わせ部の所定箇所には裏面側に突出する突起部１２が設けられている。一方、第２金属部材２０の重ね合わせ部には、上記突起部１２に対応した箇所に貫通穴２２が形成されている。

上記第１金属部材１０と第２金属部材２０とをその重ね合わせ部で接合（仮止め接合）する際には、当該重ね合わせ部に熱硬化性接着剤Ａを介在させた上で、図４（ａ）に示されるように、上記貫通穴２２に上記突起部１２が対応するように位置合わせして両金属部材１０，２０を重ね合わせる。

そして、第２金属部材２０の上記貫通穴２２に対応する表面側を受け具Ｊで支持した上で、突起部１２の先端側から回転工具Ｋを回転させながら押し込むことにより、発生した摩擦熱により突起部１２の母材に塑性流動が生じ、図４（ｂ）に示されるように、該突起部１１が塑性変形し、その母材が貫通穴２２内に流入して埋め尽くし、更に、第２金属部材２０の表面側まではみ出すように変形する。これにより、上記突起部１１を設けた箇所で、両金属部材１０，２０の重ね合わせ部が仮止め接合される。
尚、この第２具体例では、回転工具Ｋの先端面に突状部Ｋｔが設けられ、突起部１２の塑性変形を促進するようにしている。この具体例においても、突起部１２及び貫通穴２２が設けられていない場合（後述する第４具体例参照）に比して、より高い接合強度が得られ、仮止め接合箇所を削減することができる。

このとき、上記貫通穴２２に対応する部分の熱可塑性接着剤Ａは、貫通穴２２の外側に押し出され、仮止め接合箇所近傍の熱硬化性接着剤Ａと共に、回転工具Ｋの適用による摩擦熱で硬化する。すなわち、上記突起部２１を塑性変形させることによる接合力だけでなく、第１具体例の場合と同様に、これに加えて、当該仮止め接合箇所近傍の熱硬化性接着剤Ａを摩擦熱で硬化させながら押し込み圧を作用させることによる接合力（接着力）も得られる。

図５（ａ）及び（ｂ）は、第３具体例を示す接合部の断面説明図で、図５（ａ）は接合前の状態を示し、図５（ｂ）は接合後の状態を示している。
これらの図に示すように、本具体例では、第１具体例の場合と同様に、第１金属部材１０の重ね合わせ部の所定箇所には突起部１３が設けられ、第２金属部材２０の重ね合わせ部には、上記突起部１３と組み合される貫通穴２３が形成されているが、本具体例の場合には、突起部１３の周囲に所定高さの段部１４が形成されている。

この段部１４は、仮止め接合後の接着剤層Ａの厚さを調整するものである。すなわち、具体例１及び２では、回転工具Ｋの押し込みにより、その押し込み圧で、熱硬化性接着剤Ａは実際には外側へはみ出すように押圧され、接着剤層Ａの厚さは減少する。
本具体例では、図５（ａ）に示されるように、接着剤Ａは段部１４の外側に塗布されており、回転工具Ｋが押し込まれた際には、主として上記段部１４が回転工具Ｋの押し込み圧力を受け止めるので、図５（ｂ）に示されるように、その外側の接着剤層Ａの厚さが段部１４の高さを下回ることはない。つまり、この段部１４の高さに等しい厚さの接着剤層Ａを確保することができるのである。

この具体例においても、第１金属部材１０の上記突起部１３に対応する裏面側を受け具Ｊで支持した上で、貫通穴２３に嵌挿された突起部１３の先端側から回転工具Ｋを回転させながら押し込むことにより、発生した摩擦熱により突起部１３の母材に塑性流動が生じ、図５（ｂ）に示されるように、該突起部１１が塑性変形し、突起部１１の先端側が第２金属部材２０の貫通穴２３の周囲にまではみ出すように変形する。これにより、上記突起部１３を設けた箇所で、両金属部材１０，２０の重ね合わせ部が仮止め接合される。

このように、軽金属製の第１金属部材１０に設けた突起部１３を第２金属部材２０に形成した貫通穴２３に嵌挿させた状態で、上記突起部１１を塑性変形させることにより、重ね合わせ部の所定箇所を塑性変形させることによる接合力をより高めることができる。つまり、この場合についても、突起部１３及び貫通穴２３が設けられていない場合（後述する第４具体例参照）に比して、より高い接合強度が得られ、仮止め接合箇所を削減することができる。
このとき、この仮止め接合箇所近傍の熱硬化性接着剤Ａが、回転工具Ｋの適用による摩擦熱で硬化する。すなわち、上記突起部１３を塑性変形させることによる接合力だけでなく、これに加えて、当該仮止め接合箇所近傍の熱硬化性接着剤Ａを硬化させることによる接合力（接着力）も得られる。

図６（ａ），（ｂ）及び（ｃ）は、第４具体例を示す接合部の説明図で、図６（ａ）は接合前の断面を示し、図６（ｂ）は接合後の断面を示している。また、図６（ｃ）は接合後の接着剤層の平面状態を模式的に示している。
これらの図に示すように、本具体例では、従前の具体例と違って、第１及び第２の金属部材１０及び２０に突起部や貫通穴は設けられておらず、図６（ａ）に示されるように、平坦な重ね合わせ部に熱硬化性接着剤Ａが適用されている。

この状態で、第１金属部材１０の裏面側を受け具Ｊで支持した上で、第２金属部材２０の表面側から回転工具Ｋを回転させながら押し込むことにより、発生した摩擦熱により第２金属部材２０の母材に塑性流動が生じ、図６（ｂ）に示されるように、第２金属部材２０の母材が塑性変形する（塑性変形部２４）。これにより、塑性変形部２４で両金属部材１０，２０の重ね合わせ部が仮止め接合される。
このとき、この仮止め接合箇所近傍の熱硬化性接着剤Ａが、回転工具Ｋの適用による摩擦熱で硬化する。すなわち、第２金属部材２０を塑性変形させることによる接合力だけでなく、これに加えて、当該仮止め接合箇所近傍の熱硬化性接着剤Ａを硬化させることによる接合力（接着力）も得られる。

但し、この場合には、回転工具Ｋの押し込みにより、塑性変形部２４が形成されることで、熱硬化性接着剤Ａは外側へはみ出すように押し出され、回転工具Ｋの押し込み圧で薄くなるとともに、図６（ｃ）においてクロスハッチングで示されるように、仮止め接合部（塑性変形部２４）近傍の接着剤層Ａはドーナツ状を呈することになる。

また、この具体例においては、回転工具Ｋの回転および押し込みによる母材の塑性流動は、その過程の少なくとも一部が接着剤層Ａを介して行われることになるので、仮止め接合部で十分な塑性変形を得ることは一般に難しく、上述の各具体例に比して接合強度は低くなるものと推測できる。

図７（ａ）及び（ｂ）は、第３具体例を示す接合部の説明図で、図７（ａ）は接合前の断面を示し、図７（ｂ）は接合後の接着剤層の平面状態を示している。
これらの図に示すように、本具体例では、第２金属部材２０の重ね合わせ面は平坦であるが、第１金属部材１０の重ね合わせ面には、平面視で格子状に形成された所定高さの多数の突起部１５が設けられている。

この場合には、第２金属部材２０の表面側から回転工具Ｋを回転させながら押し込むことにより、発生した摩擦熱により第２金属部材２０が塑性流動すると共に、第１金属部材１０の突起部１５の母材に塑性流動が生じ、突起部１５が塑性変形する。これにより、これら突起部１５で両金属部材１０，２０の重ね合わせ部が仮止め接合される。
このとき、この仮止め接合箇所近傍の熱硬化性接着剤Ａが、回転工具Ｋの適用による摩擦熱で硬化する。すなわち、第２金属部材２０の塑性流動と第１金属部材１０の格子状突起部１５を塑性変形させることによる接合力だけでなく、これに加えて、当該仮止め接合箇所近傍の熱硬化性接着剤Ａを硬化させることによる接合力（接着力）も得られる。

この場合には、回転工具Ｋが押し込まれた際に、図７（ｂ）においてクロスハッチングで示されるように、熱硬化性接着剤Ａは格子状突起部１５の各桝目内に保持されるので、突起部１５の高さと同等の厚さを維持できる。また、仮止め接合部およびその近傍の接着剤層Ａがドーナツ状を呈することもなく、塑性変形による仮止め部分を除く略前面で接着できるので、より高い接着力を確保することができる。従って、第１〜第３具体例と同様に、第４具体例の場合に比して、より少ない仮止め数で２つの金属部材の重ね合わせ部の位置ズレによる不具合発生の防止を図ることができる。

以上の具体例で例示された本発明の接合方法による接合強度を確認する接合強度試験を行った。次に、この接合強度試験について説明する。
この試験は、以上の具体例中で最も接合強度が低くなると推測される第４具体例の構造を本発明実施例とし、比較例としては、第４具体例と同様に突起や貫通穴が設けられていない平坦な２枚の金属板どうしを、仮止め接合することなく接着剤のみで（つまり、本接合のみで）接合する場合を設定した。

この試験では、図９及び１０に示すように、幅Ｗが２５ｍｍ，長さＬが１００ｍｍ，厚さｔが１．０ｍｍの矩形平板状の試験片を２枚用意し、この２枚の試験片の端部どうしを長さＦ（＝１２．５ｍｍ）だけ重ね合わせ、この重ね合わせ部の中央部分Ｇに、図８で示される回転工具Ｋを回転しながら押し込むことで接合を行った。
試験片の材質はアルミニウム合金とし、本発明実施例で用いる接着剤は、硬化温度が１５０℃以上（３００℃以下）のエポキシ系熱硬化性接着剤とした。

本試験では、各サンプルについて、仮接合を行った直後、および熱硬化性接着剤を加熱硬化処理（焼付処理）を行った後に、接合した試験片を長手方向に引張荷重を加えて（図９における矢印参照）せん断させた際の引張せん断強度をそれぞれ求め、これを比較することで評価した。
本試験における各試験サンプルの試験条件および試験結果を表１に示す。尚、表１において、「工具径」は回転工具Ｋの先端面の直径Ｄｋ（図８参照）を示し、「押込み量」は回転工具Ｋの先端面が金属部材２０の表面から押し込まれる際の最大押し込み量を示している。また、「保持時間」は、押込み量に到達した時点からの回転の保持時間を示している。

表１に示すように、１つの比較例（サンプル０）と６つの本発明実施例（サンプル１〜６）について接合強度試験を実施した。
表１の試験結果から良くわかるように、熱硬化性接着剤を加熱硬化処理（焼付処理）を行った後について、最も接合強度が低いと思われる第４具体例の構造（サンプル１〜６）でも、仮止め接合を行わない場合（サンプル０）に比して遜色のない接合強度（つまり、本接合後の接合強度）が得られることが確認できた。
また、仮接合を行った直後については、他の条件が同じであれば、「保持時間」が長くなるほど仮接合強度が高くなっている。これは、「保持時間」が長いほど発生摩擦熱が多いなり、母材の塑性流動および熱硬化性接着剤の硬化がより促進されることによるものと推測できる。

以上の接合強度試験により、本実施形態によれば、最も接合強度が低いと思われる第４具体例の構造でさえも、条件設定に応じて十分な仮止め強度を確保でき、且つ、仮止め接合を行わない場合に比して遜色のない接合強度（つまり、本接合後の接合強度）が得られることが確認できた。

尚、以上の実施形態では、第１および第２金属部材は共に軽合金製であったが、必ずしも塑性流動を生じさせる必要がない側の金属部材（例えば、第１〜第３具体例において貫通穴２１，２２，２３が設けられる第２金属部材２０）については、特に軽合金製に限定されることはない。
また、以上の実施形態では、仮止め接合に用いる「所定工具」として回転工具を用いたものであったが、本発明は、かかる場合に限定されるものではなく、例えば、所謂「通電カシメ」の工具を用いる場合にも、有効に適用できるものである。

更に、以上の実施形態は、主として自動車用ドアのインナ部材（ドアインナ）を例にとって説明したものであったが、本発明は、かかる場合に限定されるものではなく、他の種々の製品もしくは半製品等の接合においても、有効に適用できるものである。
このように、本発明は、上記実施態様に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において、種々の変更や改良等が可能であることは言うまでもない。

本発明の実施形態に係る自動車用ドアのドアインナの正面説明図である。 上記ドアインナを用いた自動車用ドアの製造工程の概略を示す工程説明図である。 上記実施形態の第１具体例を示す接合部の断面説明図である。 上記実施形態の第２具体例を示す接合部の断面説明図である。 上記実施形態の第３具体例を示す接合部の断面説明図である。 上記実施形態の第４具体例を示す接合部の説明図である。 上記実施形態の第５具体例を示す接合部の説明図である。 上記実施形態で用いた回転工具の要部を示す断面説明図である。 接合強度試験に用いた試験片の平面説明図である。 上記試験片の側面説明図である。

符号の説明

１ ドアインナ
２ フロント部材
３ リヤ部材
４，５ 連結部材
１０ 第１金属部材
１１，１２ 突起部
２０ 第２金属部材
２１，２２ 貫通穴
Ａ 熱硬化性接着剤
Ｅｋ 回転工具の押し込み量
Ｋ 回転工具

Claims (5)

1. ２つの金属部材の重ね合わせ部に接着剤を介在させて両金属部材どうしを接合する接合方法であって、
   第１金属部材と第２金属部材の重ね合わせ部に、熱硬化性接着剤を介在させる工程と、
   上記重ね合わせ部の所定箇所を、所定工具により発熱を伴って塑性変形させることにより、上記所定箇所で重ね合わせ部を接合するとともに、上記所定箇所近傍の熱硬化性接着剤を硬化させる工程と、
   を備えたことを特徴とする金属部材の接合方法。
2. 上記第１金属部材が重ね合わせ部の上記所定箇所に突起部を設けた軽金属部材であり、上記第２金属部材には重ね合わせ部の上記所定箇所に貫通穴が形成されており、該貫通穴に上記突起部を嵌挿させて重ね合わせ、該突起部を塑性変形させることにより、上記所定箇所で重ね合わせ部を接合することを特徴とする請求項１記載の金属部材の接合方法。
3. 上記所定工具は回転工具であり、該回転工具を回転させながら上記所定箇所に押し込むことにより、摩擦熱を発生させて上記所定箇所に塑性流動を生じさせることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属部材の接合方法。
4. 上記第１金属部材と第２金属部材とは自動車の車体構成部材であり、上記重ね合わせ部の所定箇所を上記所定工具により接合した後に、上記車体構成部材の塗装後の乾燥工程において、未硬化の熱硬化性接着剤を硬化させることを特徴とする請求項１〜３の何れか一に記載の金属部材の接合方法。
5. 上記車体構成部材がドアのインナ部材であり、上記第１金属部材は、ドアヒンジ取付部および／またはドアロック取付部が設けられる軽金属製鋳物部材であることを特徴とする請求項４記載の金属部材の接合方法。
   

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