JP2006167764A - 金属板接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】 金属板の曲成部にも接着剤を充填させて各金属板の接合強度を向上させる。
【解決手段】 上側金属板１０の上側フランジ部１２と下側金属板２０の下側フランジ部２２が、接着剤３０を介在させて重ね合わせた状態で挟圧して溶接することにより接合され、上壁部１１と下壁部２１が連続的に縦壁３１を形成する金属板接合構造において、下壁部２１を上壁部１１に対して上側フランジ部１２と反対側にずらし、挟圧によりはみ出した接着剤３０が上側曲成部１３と下側フランジ部２２の間に貯留するようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、２つの金属板が互いのフランジ部にて接着剤及び溶接により接合される金属板接合構造に関する。

自動車車両、鉄道車両等の大型製品における金属板同士の接合には、スポット溶接が用いられる。スポット溶接は、重ね合わせた２枚の金属板を一対の電極チップで挟み込み、挟圧しながら板厚方向に電流を流すことにより、両金属板に溶接ナゲットと呼ばれる溶融した部分を形成し、このナゲットにより両金属板を点状に溶接するものである。

このスポット溶接を施す際に、各金属板の接合部分に予め接着剤を充填しておくウエルドボンド接合と呼ばれる接合工法がある（例えば、特許文献１参照。）。この接合工法によれば、スポット溶接による接合強度に接着剤による接合強度が加わるので、スポット溶接の打点の位置及び数が同一である場合には接着剤が凝固した分だけ接合強度を向上させることができる。

特許文献１に記載の金属板接合構造では、２枚の金属板が連続的に１つの壁部をなし、各金属板の境界部に壁部と略直角なフランジ部が形成される。そして、各フランジ部の間に接着剤が充填された状態で、各フランジ部を重ね合わせてスポット溶接が施される。各金属板とも、壁部とフランジ部は湾曲した曲成部を介して連続的に形成されている。このように、車両のアウタパネルとインナパネルのような２枚の金属板により袋状に形成される部位では、各金属板にフランジ部を形成してスポット溶接を施すものが一般的である。
特開２００４−８２１３６号公報

ところで、各金属板のフランジ部の間のみならず、曲成部側にも接着剤を凝固させることができれば、接合強度が飛躍的に向上する。しかしながら、各金属板が袋状構造をなす場合は、各フランジ部を重ね合わせる前にフランジ部に接着剤を予め塗布しておく必要があり、各曲成部の間に接着剤を充填させることはできない。そして、スポット溶接の挟圧時に接着剤がフランジ部からはみ出しても、一方の金属板の壁部と他方の金属板の壁部が面一であることから接着剤が凝固する前に、接着剤が壁部を伝って流れ落ちてしまう。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、金属板の曲成部にも接着剤を充填させて各金属板の接合強度を向上させることのできる金属板接合構造を提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、略上下に延びる上壁部と略水平に延びる上側フランジ部が、湾曲形成された上側曲成部を介して連続して形成される上側金属板と、略上下に延びる下壁部と略水平に延びる下側フランジ部が、湾曲形成された下側曲成部を介して連続して形成される下側金属板と、を備え、前記上側金属板の前記上側フランジ部と前記下側金属板の前記下側フランジ部が、接着剤を介在させて重ね合わせた状態で挟圧して溶接することにより接合され、前記上壁部と前記下壁部が連続的に縦壁を形成する金属板接合構造において、前記下壁部が前記上壁部に対して前記上側フランジ部と反対側にずれていることを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、下壁部が上壁部に対して上側フランジ部と反対側にずれているため、上壁部の直下に下側金属板の下側フランジ部が位置することとなる。
これにより、合わせ面に接着剤を塗布した状態で上側フランジ部と下側フランジ部を重ね合わせると、溶接時に挟圧されて各フランジ部からはみ出した接着剤が下側金属板の下側フランジ部上に貯留する。そして、上側金属板の上側曲成部と下側金属板の下側フランジ部の間で接着剤が凝固することとなる。
従って、上側曲成部と下側フランジ部の間でも上側金属板と下側金属板とが接着されることとなり、フランジ部同士のみで上側金属板と下側金属板を接着する従来のものに比して飛躍的に接合強度を向上させることができる。また、従来は下壁部を伝って流れ落ちていた接着剤を利用することにより、接合に要する接着剤が増すことはなく、実用に際して極めて有利である。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の金属板接合構造において、前記下側金属板における前記上壁部よりも前記下壁部側に、上方に凹の接着剤貯留部を形成したことを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１の作用に加え、溶接時に挟圧された各フランジ部からはみ出した接着剤が、下側金属板に形成された接着剤貯留部に流れ込む。これにより、下側フランジ部に的確に接着剤を貯留させることができ、接着剤の粘度や下側フランジ部の表面粗さ等によらず、接着剤を確実に上側金属板の上側曲成部と下側金属板の下側フランジ部の間で凝固させることができる。

請求項３に記載の発明では、略上下に延びる上壁部と略水平に延びる上側フランジ部が、湾曲形成された上側曲成部を介して連続して形成される上側金属板と、略上下に延びる下壁部と略水平に延びる下側フランジ部が、湾曲形成された下側曲成部を介して連続して形成される下側金属板と、を備え、前記上側金属板の前記上側フランジ部と前記下側金属板の前記下側フランジ部が、接着剤を介在させて重ね合わせた状態で挟圧して溶接することにより接合され、前記上壁部と前記下壁部が連続的に縦壁を形成する金属板接合構造において、前記上側曲成部の曲率を前記下側曲成部の曲率よりも大きくしたことを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、上側曲成部は下側曲成部より曲率が大きいので、上側曲成部と下側曲成部が対向した状態では、下側フランジ部と下側曲成部との接続部分は、上側フランジ部と上側曲成部との接続部分よりも縦壁寄りとなる。すなわち、上側曲成部と下側フランジ部の縦壁側の間にスペースが形成されることとなる。
これにより、合わせ面に接着剤を塗布した状態で上側フランジ部と下側フランジ部を重ね合わせると、溶接時に挟圧されて各フランジ部からはみ出した接着剤が上側金属板の上側曲成部と下側金属板の下側フランジ部の間に貯留し、上側曲成部と下側フランジ部の間で接着剤が凝固することとなる。
従って、上側曲成部と下側フランジ部の間でも上側金属板と下側金属板とが接着されることとなり、フランジ部同士のみで上側金属板と下側金属板を接着する従来のものに比して飛躍的に接合強度を向上させることができる。また、従来は下壁部を伝って流れ落ちていた接着剤を利用することにより、接合に要する接着剤が増すことはなく、実用に際して極めて有利である。

請求項４に記載の発明では、請求項３に記載の金属板接合構造において、前記下側金属板における前記下側フランジ部の前記下壁部側に、上方に凹の接着剤貯留部を形成したことを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、請求項３の作用に加え、溶接時に挟圧された各フランジ部からはみ出した接着剤が、下側金属板に形成された接着剤貯留部に流れ込む。これにより、下側フランジ部に的確に接着剤を貯留させることができ、接着剤の粘度や下側フランジ部の表面粗さ等によらず、接着剤を確実に上側金属板の上側曲成部と下側金属板の下側フランジ部の間で凝固させることができる。

このように、本発明によれば、上側金属板の上側曲成部と下側金属板の下側フランジ部の間に接着剤を充填させて凝固させることができ、各金属板の接合強度を飛躍的に向上させることができる。

図１及び図２は本発明の第１の実施形態を示すもので、図１は自動車車体のサイドメンバの模式的な斜視図、図２はサイドメンバの模式的な断面図である。

図１に示すように、この金属板接合構造は、自動車車体における略前後へ延びるサイドメンバに用いられ、断面が略ハット状に形成された上側金属板１０と、断面が略逆ハット状に形成された下側金属板２０が接合されたものである。上側金属板１０と下側金属板２０は、合わせ面に接着剤３０を塗布した状態でスポット溶接により接合され、上側金属板１０の上壁部１１と下側金属板２０の下壁部２１が連続的に縦壁３１を形成するものである。上側金属板１０は略水平に延びる上側フランジ部１２を有し、下側金属板２０は略水平に延びる下側フランジ部２２を有し、上側フランジ部１２の下面と下側フランジ部２２の上面が合わせ面をなしている。

図１に示すように、上側金属板１０は、略上下に延びる上壁部１１と略水平に延びる上側フランジ部１２が、湾曲形成された上側曲成部１３を介して連続して形成される。また、下側金属板２０は、略上下に延びる下壁部２１と略水平に延びる下側フランジ部２２が、湾曲形成された下側曲成部２３を介して連続して形成される。図２に示すように、上側曲成部１３と下側曲成部２３は、ほぼ同じ曲率で形成され、それぞれ各金属板１０，２０により形成される閉断面内部へ凸に形成されている。これにより、縦壁３１と各フランジ部１２，２２が滑らかに接続されている。各フランジ部１２，２２の間には凝固した接着剤３０が介在する。

図２に示すように、下壁部２１は上壁部１１に対して上側フランジ部１２と反対側にずれている。これにより、上壁部１１の直下に下側金属板２０の下側フランジ部２２が位置することとなる。下側金属板２０の下側フランジ部２２における上壁部１１よりも下壁部２１側に、上方に凹の接着剤貯留部２４が形成される。本実施形態においては、図１に示すように、この接着剤貯留部２４は断面が略円弧状であり、前後に延びる溝状に形成され、閉断面内側に露出する。

この金属板接合構造では、上側金属板１０の上側フランジ部１２と下側金属板２０の下側フランジ部２２が、接着剤３０を介在させて重ね合わせた状態で挟圧して溶接することにより接合される。半流動体状態の接着剤３０は上側フランジ部１２と下側フランジ部２２の少なくとも一方の合わせ面に塗布され、各フランジ部１２，２２を重ね合わせて挟圧することにより、各フランジ部１２，２２に接着剤３０が行き渡るようになっている。本実施形態においては、この挟圧は、スポット溶接時に一対の電極チップで各フランジ部１２，２２を挟み込むことにより行われる。スポット溶接は、前後方向に間隔をおいて施され、各フランジ部１２，２２に前後に並ぶ複数のナゲット３２が形成される（図１参照）。

ここで、上壁部１１の直下に下側金属板２０の下側フランジ部２２が位置しているので、図２に示すようにスポット溶接時に挟圧された各フランジ部１２，２２からはみ出した接着剤３０が下側金属板２０の下側フランジ部２２上に貯留する。本実施形態においては、各フランジ部１２，２２から流出した接着剤３０は、まず下側金属板２０に形成された接着剤貯留部２４に流れ込み、接着剤貯留部２４から上側フランジ部１２に貯留して上側曲成部１３と下側フランジ部２２の間を塞ぐ。そして、上側金属板１０の上側曲成部１３と下側金属板２０の下側フランジ部２２の間で接着剤３０が凝固することとなる。

このように、上側曲成部１３と下側フランジ部２２の間に接着剤３０が充填されて、上側曲成部１３と下側フランジ部２２の間でも上側金属板１０と下側金属板２０とが接着されることとなり、フランジ部１２，２２同士のみで上側金属板１０と下側金属板２０を接着する従来のものに比して飛躍的に接合強度を向上させることができる。また、従来は下壁部２１を伝って流れ落ちていた接着剤を利用することにより、接合に要する接着剤が増すことはなく、実用に際して極めて有利である。

また、本実施形態の金属板接合構造によれば、溶接時に挟圧されて各フランジ部１２，２２からはみ出した接着剤３０が、下側金属板２０に形成された接着剤貯留部２４に流れ込むようにしてので、下側フランジ部２２に的確に接着剤３０を貯留させることができ、接着剤３０の粘度や下側フランジ部２２の表面粗さ等によらず、接着剤３０を確実に上側金属板１０の上側曲成部１３と下側金属板２０の下側フランジ部２２の間で凝固させることができる。

ここで、図３に、図４及び図５に示すように上側金属板１１０の上壁部１１１と下側金属板１２０の下壁部１２１が略面一のものを用いて、接着剤３０の塗布状態により接合強度がどのように変化するか計測した実験データを示す。実験は、各フランジ部１１２，１２２をスポット溶接のみで接合したもの（以下、サンプル１という）と、図４に示すようにスポット溶接に加えて各フランジ部１１２，１２２の間で接着剤３０を凝固させたもの（以下、サンプル２という）と、図５に示すようにスポット溶接に加えて各フランジ部１１２，１２２及び各曲成部１１３，１２３の間で接着剤３０を凝固させたもの（以下、サンプル３という）とに分けて行った。サンプル１〜３は、それぞれ実際の自動車車体に用いられているサイドメンバと同形状のものとした。

図３に示すように、各フランジ部１１２，１２２の接合強度は、サンプル３、サンプル２、サンプル１の順に高い値が得られた。尚、図３においては、各フランジ部１１２，１２２の開口変位を横軸とし、この開口変位に必要な荷重を縦軸としている。サンプル２とサンプル３を比較すると、同じ開口変位では、サンプル３の方が約１．５倍以上の荷重を加えなければならないことが実験的に証明されている。このように、実験的にも、各フランジ部１１２，１２２のみならず上側曲成部１１３または下側曲成部１２３にも接着剤３０が充填されて凝固すると、接合強度が飛躍的に向上することが確認されている。

尚、第１の実施形態においては、接着剤貯留部２４を前後に延びる溝状に形成したものを示したが、この接着剤貯留部２４は必ずしも連続的に形成されている必要はなく、前後に所定の間隔をおいて複数形成されているものであってもよい。また、接着剤貯留部２４の断面が円弧状であるものを示したが、矩形状であってもよい。尚、図６に示すように接着剤貯留部２４を形成せずとも、接着剤３０を下側フランジ部２２上に貯留させることができることは勿論である。

また、第１の実施形態においては、上側曲成部１３と下側曲成部２３の曲率がほぼ同じものを示したが、下側曲成部２３の曲率を上側曲成部１３の曲率よりも大きくしてもよい。

図７及び図８は本発明の第２の実施形態を示すもので、図７は自動車車体のサイドメンバの模式的な斜視図、図８はサイドメンバの模式的な断面図である。

この金属板接合構造もまた、第１の実施形態と同様に、断面が略ハット状に形成された上側金属板２１０と、断面が略逆ハット状に形成された下側金属板２２０を接合するものである。図７に示すように、この金属板接合構造では、上壁部２１１と下壁部２２１とが略面一に形成されている。そして、図８に示すように、上側曲成部２１３の曲率が下側曲成部２２３の曲率よりも大きくなっている。この結果、上側曲成部２１３と下側曲成部２２３が対向した状態で、下側フランジ部２２２と下側曲成部２２３との接続部分は、上側フランジ部２１２と上側曲成部２１３との接続部分よりも縦壁２３１寄りとなる。すなわち、上側曲成部２１３と下側フランジ部２２２の縦壁２３１側の間にスペースが形成されることとなる。

また、下側フランジ部２２２に第１の実施形態のような接着剤貯留部２４は形成されておらず、下側フランジ部２２２は水平方向にわたって平坦となっている。尚、その他の構造は、第１の実施形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。

以上のように構成された金属板接合構造では、図８に示すように、合わせ面に接着剤３０を塗布した状態で上側フランジ部２１２と下側フランジ部２２２を重ね合わせると、溶接時に挟圧されて各フランジ部２１２，２２２からはみ出した接着剤３０が、上側金属板２１０の上側曲成部２１３と下側金属板２２０の下側フランジ部２２２の間に貯留し、上側曲成部２１３と下側フランジ部２２２の間で接着剤３０が凝固することとなる。

このように、本実施形態の金属板接合構造によれば、フランジ部２１２，２２２同士以外でも上側金属板２１０と下側金属板２２０とが接着されることとなり、フランジ部２１２，２２２同士のみで上側金属板２１０と下側金属板２２０を接着する従来のものに比して飛躍的に接合強度を向上させることができる。また、従来は下壁部２２１を伝って流れ落ちていた接着剤３０を利用することにより、接合に要する接着剤３０が増すことはなく、実用に際して極めて有利である。

尚、第２の実施形態においては、上壁部２１１と下壁部２２１が略面一であるものを示したが、図９に示すように第１の実施形態と同様に下壁部２２１を上壁部２１１に対して上側フランジ部２１２と反対側にずらしてもよい。この場合、より確実に下側フランジ部２１２上に接着剤３０を貯留させることができる。

また、図９に示すように、第２の実施形態においても、第１の実施形態のような接着剤貯留部２２４を形成してもよい。これにより、接着剤３０の粘度や下側フランジ部２２２の表面粗さ等によらず、接着剤３０を確実に上側金属板２１０の上側曲成部２１３と下側金属板２２０の下側フランジ部２２２の間で凝固させることができる。

さらに、第１及び第２の実施形態においては、本発明の金属板接合構造が自動車車体に用いられるものを示したが、鉄道車体、航空機等に用いることもできる。また、自動車車体のサイドメンバに用いられるものを示したが、クロスメンバやピラーのような他の部分に用いられるものであってもよい。ここで、ピラーのように上下に延び前後または左右に金属板が分割構成されるものであっても、一方の金属板を上側とし他方の金属板を下側として接合を行い、接着剤が凝固した後に他の部分に組み付ければよい。

さらにまた、第１及び第２の実施形態においては、略ハット状の金属板と略逆ハット状の金属板とを接合するものを示したが、上側金属板が上壁部、上側湾曲部及び上側フランジ部を有し、下側金属板が下壁部、下側湾曲部及び下側フランジ部を有するものであれば、上側金属板及び下側金属板の形状は問わない。

また、第１及び第２の実施形態においては、スポット溶接により上側フランジ部１２，２１２と下側フランジ部２２，２２２を溶着するものを示したが、例えばシーム溶接により溶着するものであってもよい。すなわち、溶接とともに各フランジ部１２，２２，２１２，２２２の挟圧が行われれば、どのような溶接方式であっても前記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

また、第１及び第２の実施形態においては、上側金属板１０と下側金属板２０が鉄からなるものを示したが、例えばアルミニウムなど他の金属からなるものであってもよい。また、接着剤３０が貯留しやすいように、下側フランジ部２２，２２２の表面粗さを上側フランジ部１２，２１２等よりも粗くしてもよいし、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明の第１の実施形態を示す自動車車体のサイドメンバの模式的な斜視図である。 サイドメンバの模式的な断面図である。 フランジ部の開口変位と荷重の関係を示すグラフである。 上壁部と下壁部を略面一に形成し各フランジ部のみに接着剤を充填させたサイドメンバの模式的な断面図である。 上壁部と下壁部を略面一に形成し各フランジ部及び各曲成部に接着剤を充填させたサイドメンバの模式的な断面図である。 第１の実施形態の変形例を示すサイドメンバの模式的な断面図である。 本発明の第２の実施形態を示す自動車車体のサイドメンバの模式的な斜視図である。 サイドメンバの模式的な断面図である。 第２の実施形態の変形例を示すサイドメンバの模式的な断面図である。

符号の説明

１０ 上側金属板
１１ 上壁部
１２ 上側フランジ部
１３ 上側曲成部
２０ 下側金属板
２１ 下壁部
２２ 下側フランジ部
２３ 下側曲成部
２４ 接着剤貯留部
３０ 接着剤
３１ 縦壁
２１０ 上側金属板
２１１ 上壁部
２１２ 上側フランジ部
２１３ 上側曲成部
２２０ 下側金属板
２２１ 下壁部
２２２ 下側フランジ部
２２３ 下側曲成部
２２４ 接着剤貯留部
２３１ 縦壁

Claims (4)

1. 略上下に延びる上壁部と略水平に延びる上側フランジ部が、湾曲形成された上側曲成部を介して連続して形成される上側金属板と、
   略上下に延びる下壁部と略水平に延びる下側フランジ部が、湾曲形成された下側曲成部を介して連続して形成される下側金属板と、を備え、
   前記上側金属板の前記上側フランジ部と前記下側金属板の前記下側フランジ部が、接着剤を介在させて重ね合わせた状態で挟圧して溶接することにより接合され、
   前記上壁部と前記下壁部が連続的に縦壁を形成する金属板接合構造において、
   前記下壁部が前記上壁部に対して前記上側フランジ部と反対側にずれていることを特徴とする金属板接合構造。
2. 前記下側金属板における前記上壁部よりも前記下壁部側に、上方に凹の接着剤貯留部を形成したことを特徴とする請求項１に記載の金属板接合構造。
3. 略上下に延びる上壁部と略水平に延びる上側フランジ部が、湾曲形成された上側曲成部を介して連続して形成される上側金属板と、
   略上下に延びる下壁部と略水平に延びる下側フランジ部が、湾曲形成された下側曲成部を介して連続して形成される下側金属板と、を備え、
   前記上側金属板の前記上側フランジ部と前記下側金属板の前記下側フランジ部が、接着剤を介在させて重ね合わせた状態で挟圧して溶接することにより接合され、
   前記上壁部と前記下壁部が連続的に縦壁を形成する金属板接合構造において、
   前記上側曲成部の曲率を前記下側曲成部の曲率よりも大きくしたことを特徴とする金属板接合構造。
4. 前記下側金属板における前記下側フランジ部の前記下壁部側に、上方に凹の接着剤貯留部を形成したことを特徴とする請求項３に記載の金属板接合構造。

Images