JP2006198675A

JP2006198675A - 自動車用の鋼製部材とアルミニウム合金製部材の取付構造

Info

Publication number: JP2006198675A
Application number: JP2005041374A
Authority: JP
Inventors: Satoru Iwase; 哲岩瀬; Hiroyuki Yamashita; 浩之山下; Fumihiro Sato; 文博佐藤; Seiji Sasabe; 誠二笹部
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2004-12-24
Filing date: 2005-02-17
Publication date: 2006-08-03

Abstract

【課題】自動車のドアの鋼板製インナーパネルに、インサートを介してアルミニウム合金押出材からなるドアビームを取り付ける場合に、スポット溶接の電流値を低く抑え、塗装がはげた場合でも腐食環境下でインサートが腐食しないようにする。
【解決手段】インナーパネル７とドアビーム１の間に、両面にアルミニウムめっきが施されたアルミニウムめっき鋼板をインサート材８として介在させ、前記ドアビーム１とインナーパネル７をスポット溶接する。インサート材８のアルミニウムめっきは、片面の厚さが５μｍ以上であるのが望ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、自動車の鋼製部材とアルミニウム合金製部材の取付構造に関し、特に自動車のドアの鋼板製インナーパネルと、アルミニウム合金押出材からなるドアビームとの取付構造に関する。

自動車のドア内には、側面からの衝突時にその衝突エネルギーを吸収するためのドアビームが取り付けられている。ドアビームとして、従来、高強度を有する抗張力鋼からなるパイプ材やプレス成形体が用いられていたが、近年、自動車の軽量化の観点から、アルミニウム合金押出材が適用されるようになってきた。
アルミニウム合金押出材製のドアビーム１（図４参照）は、一般的に、一対の平行なフランジ部２，３とそれらを垂直に連結する一対のウエブ４，５からなる中空断面を有し、ドア内において前記フランジ部２，３が車体内外側に位置し、かつ前記ウエブ４，５が略水平になるように配置され、両端がドアのインナーパネルに取り付けられている。

アルミニウム合金押出材製のドアビームは、鋼板製のインナーパネルとの溶接が難しいため、インナーパネルへの取り付けは、前記ドアビームの端部を直接又はブラケットを介してインナーパネルに対しボルト締結することが多かった。しかし、ボルト締結は工程数や部品数が増え、また、溶接による自動化された組立ラインに対応できないという問題がある。
一方、下記特許文献１では、鋼板とアルミニウム板からなる複合材（クラッド材）をブラケットとして用いることで、スポット溶接によるインナーパネルへの取り付けを可能としている。
なお、アルミニウム板と鋼板の抵抗スポット溶接に関する従来技術として、下記特許文献２〜５が例示できる。

特開平８−３２４２４３号公報特開２００３−１４５２７８号公報特開平７−１７８５６３号公報特開平４−５５０６６号公報特開昭６４−６６０７６号公報

特許文献１では、鋼板とアルミニウム板からなるクラッド材をブラケットに成形し、そのアルミニウム側をドアビームのフランジ部に対向させ、該フランジ部にスポット溶接し、さらに鋼板側をインナーパネル側に対向させ、該インナーパネルにスポット溶接している。これにより、アルミニウム合金押出材製のドアビームを、スポット溶接によりインナーパネルへの取り付けることができるが、この方法には次のような問題がある。
（１）クラッド材の厚みはほぼ１〜２ｍｍまでが限度であり、それ以上薄くすると信頼性に問題が出てくる。また、クラッド材の厚みの大部分はアルミニウム板であり、アルミニウム板はその電気的、熱伝導的特性から溶接熱の散逸が大きくなるため、これを接合するために必要な電流値が高くなり（同一板厚で鋼の３〜５倍）、過大発熱、散り、割れ、変色、クラッド界面での脆い金属間化合物の生成の促進等の問題が生じる。
（２）クラッド材は高コストである。
（３）クラッド材の一面側は鋼板がむき出しであるので、ブラケットの耐食性が劣り、塗装がはげた状態で腐食環境下におかれたようなとき、腐食が促進され、それが前記取付構造を脆弱とし、衝撃エネルギー吸収性を阻害する可能性がある。

本発明は、自動車用の鋼製部材とアルミニウム合金製部材の取付構造、特に自動車のドアのインナーパネルとドアビームの取付構造に関し、このような従来技術の問題点に鑑みてなされたもので、スポット溶接の電流値を低く抑えることができ、また高価なクラッド材を使用する必要のない前記取付構造を得ることを主たる目的とする。さらに、本発明は、塗装がはげた場合でも、腐食環境下で腐食が促進されない前記取付構造を得ることを付加的な目的とする。

本発明（請求項１）は、自動車用の鋼製部材とアルミニウム合金製部材の取付構造において、前記鋼製部材とアルミニウム合金製部材の間に、両面にアルミニウムめっきが施されたアルミニウムめっき鋼板がインサート材として介在し、前記鋼製部材とアルミニウム合金製部材が、前記インサート材を介してスポット溶接されていることを特徴とする。インサート材として、片面にのみアルミニウムめっきが施されたアルミニウムめっき鋼板を用いることもでき、その場合は、アルミニウムめっきをアルミニウム合金製部材側に向ける必要がある。

本発明（請求項４）は、自動車のドアの鋼板製インナーパネルとアルミニウム合金押出材からなるドアビームの取付構造において、前記ドアビームの端部とインナーパネルの間に、両面にアルミニウムめっきが施されたアルミニウムめっき鋼板がインサート材として介在し、前記ドアビームとインナーパネルが、前記インサート材を介してスポット溶接されていることを特徴とする。インサート材として、片面にのみアルミニウムめっきが施されたアルミニウムめっき鋼板を用いることもでき、その場合は、アルミニウムめっきをドアビーム側に向ける必要がある。

本発明（請求項６）は、ドアビームの端部に、両面にアルミニウムめっきが施されたアルミニウムめっき鋼板からなるブラケットがスポット溶接され、前記ブラケットの一端が前記インナーパネルにスポット溶接されていることを特徴とする。ブラケットとして、片面にのみアルミニウムめっきが施されたアルミニウムめっき鋼板を用いることもでき、その場合は、アルミニウムめっきをドアビーム側に向ける必要がある。ブラケットとインナーパネルのスポット溶接については、アルミニウムめっきはインナーパネル側に向ける必要はない。

また、本発明（請求項９）は、インナーパネルが両面にアルミニウムめっきが施されたアルミニウムめっき鋼板からなり、前記ドアビームの端部とインナーパネルが直接スポット溶接されていることを特徴とする。インナーパネルとして、片面にのみアルミニウムめっきが施されたアルミニウムめっき鋼板を用いることもでき、その場合は、アルミニウムめっきをドアビーム側に向ける必要がある。
なお、本発明（請求項１〜７）において、アルミニウムめっき鋼板のアルミニウムめっき層厚さは片面５μｍ以上であることが望ましい。

本発明によれば、自動車のドアの鋼板製インナーパネルにアルミニウム合金押出材からなるドアビームをスポット溶接により取り付けるに際し、インサートやブラケット、あるいはインナーパネル用鋼板として、アルミニウムめっき鋼板を用いることにより、スポット溶接を低い電流値で行うことができ、しかも、従来例のように高価なクラッド材を使用する必要がない。インサートを用いる本発明の方法は、ドアとドアビーム以外にも、自動車用の鋼製部材とアルミニウム合金製部材をスポット溶接により取り付ける場合に一般的に利用できる。
特に両面にアルミニウムめっきが施されたアルミニウムめっき鋼板を用いる場合、塗装がはげた場合でも、鋼板の両面がアルミニウムめっき層に覆われているので、腐食環境下において腐食が進行せず、長期間にわたり錆の発生を抑えることができる利点がある。
また、インサートを用い（請求項４，５）又は用いず（請求項９，１０）に、インナーパネルにドアビームをスポット溶接する場合、ドアビーム取り付けのための工数を削減でき、かつブラケットの分の重量を低減できる利点がある。

以下、図１及び図２を参照して、本発明に係る取付構造をより具体的に説明する。
図１において、１はドアビーム（図４参照）、６はドアのアウターパネル、７はインナーパネルである。ドアビーム１は、一方の端部において、内側フランジ２とインナーパネル７がインサート８を介してスポット溶接され、他方の端部において、内側フランジ２とブラケット９の一端がスポット溶接され、かつ前記ブラケット９の他端とインナーパネル７がスポット溶接されている（スポット溶接箇所を対向矢印で示す）。
ここで、ドアビーム１はアルミニウム合金押出材からなり、インナーパネル７は亜鉛めっき鋼板からなり、インサート８及びブラケット９はいずれも両面がアルミニウムめっきされたアルミニウムめっき鋼板からなる。

前記一方の端部の溶接箇所において、インサート８は、内側フランジ２側（アルミニウム）とインナーパネル７側（鉄）の両方に接合する。図２に模式的に示すように、内側フランジ２側では、インサート８のアルミニウムめっき層８ａと内側フランジ２のアルミニウムが溶融して溶融部（ナゲット）１１を形成し（特許文献２の図１参照）、該溶融部１１がインサート８の鋼板８ｃと接して金属結合する。一方、インナーパネル７側では、インサート８のアルミニウムめっき層８ｂと鋼板８ｃの一部、及びインナーパネル７が溶融して溶融部１２を形成する。
前記他方の端部の溶接箇所において、ブラケット９は、一端が内側フランジ２（アルミニウム）に、他端がインナーパネル９（鉄）に接合する。内側フランジ２との溶接箇所では、図２に示す内側フランジ２側の溶融部１１とほぼ同様の形態で溶融部が形成され、インナーパネル７との溶接箇所では、図２に示すインナーパネル７側の溶融部１２とほぼ同様の形態で溶融部が形成される。

インサート８の両面はアルミニウムめっき層８ａ，８ｂで覆われ、スポット溶接後も鋼板８ｃが表面に露出しないため耐食性が優れ、腐食環境下において、防錆塗装がはげた場合でも腐食が防止される。また、アルミニウムめっき層８ａ，８ｂは、クラッド材のアルミニウム層に比べ格段に薄いため、クラッド材を用いた場合（特許文献１）に比べ、スポット溶接の電流値を大幅に低下させることができる。
インサート８及びブラケット９に使用するアルミニウムめっき鋼板の鋼板厚さは特に限定されないが、アルミニウムめっき層の厚さは、スポット溶接性及び耐食性の観点から片面５μｍ以上であることが望ましい。しかし、余りに厚くしても無駄であり、またスポット溶接の電流値が大きくなるので、片面１００μｍ以下であることが望ましい。

なお、上記の例では、ドアビーム１の一方の端部がブラケットレス、他方の端部がブラケット付きであったが、両方の端部をブラケットレスにしたり、両方の端部をブラケット付きにしたりすることも可能である。

図３において、ドアビーム１は、両方の端部において、インナーパネル７とスポット溶接されている（スポット溶接箇所を対向矢印で示す）。ドアビーム１はアルミニウム合金押出材からなり、インナーパネル７は両面がアルミニウムめっきされたアルミニウムめっき鋼板からなる。
両方の溶接箇所において、図２に示す内側フランジ２側の溶融部１１とほぼ同様の形態で溶融部が形成され、ドアビーム１とインナーパネル７が接合する。

図５及び図６は、ルーフパネルとルーフレール又はサイドルーフレールの取付構造を示す。
図５において、ルーフパネル１１の端部が、ルーフレール１２の端部に、インサート１３を介してスポット溶接されている（スポット溶接箇所を対向矢印で示す）。１４はフロントガラスである。ルーフパネル１１はアルミニウム合金板からなり、ルーフレールは２枚の亜鉛めっき鋼板を組み付けたものである。インサート１３は両面がアルミニウムめっきされたアルミニウムめっき鋼板からなる。スポット溶接箇所において、図２に示したと同様の形態で溶融部が形成され、ルーフパネル１１とルーフレール１２が接合する。

図６において、ルーフパネル１１の端部が、サイドルーフレール１５の上面に、インサート１６を介してスポット溶接されている（スポット溶接箇所を対向矢印で示す）。ルーフパネル１１はアルミニウム合金板からなり、サイドルーフレール１５は２枚の亜鉛めっき鋼板を組み付けたものである。インサート１６は両面がアルミニウムめっきされたアルミニウムめっき鋼板からなる。サイドルーフレール１５の板面には適所に穴開けがなされ、そこからサイドルーフレール１５の中空内部に一方の電極を導入して、スポット溶接が行われる。スポット溶接箇所において、図２に示したと同様の形態で溶融部が形成され、ルーフパネル１１とサイドルーフレール１５が接合する。

（実施例１）
７０００系アルミニウム合金中空押出材の溶接箇所の板厚（図４に示す内側フランジ２の肉厚）が１．５〜５．５ｍｍのドアビームと、板厚１．８ｍｍの亜鉛めっき鋼板からなるインナープレートを、両面にアルミニウムめっきされた板厚０．５ｍｍのアルミニウムめっき鋼板（めっき厚さ：片面１５μｍ）をインサート材として、単相交流式溶接機で抵抗スポット溶接した。続いて、試験材の溶接部から試験片を切り出し、溶接部の引張剪断強度を測定した。スポット溶接条件及び引張剪断強度の測定結果を表１に示す。

表１に示すように、前記特許文献１の実施例に比べて低い電流値で、同程度の優れた引張剪断強度が得られた。

（実施例２）
両面にアルミニウムめっきされた板厚１．０ｍｍのアルミニウムめっき鋼板（めっき厚さ：片面１５μｍ）からなるブラケットと、実施例１と同じドアビーム及び板厚１．５ｍｍの亜鉛めっき鋼板からなるインナープレートを、それぞれ単相交流式溶接機で抵抗スポット溶接した。続いて、試験材の各溶接部から試験片を切り出し、溶接部の引張剪断強度を測定した。スポット溶接条件及び引張剪断強度の測定結果を表２及び表３に示す。

表２に示すように、ブラケットとドアビームのスポット溶接は、実施例１とほぼ同様の結果が得られた。
また、表３に示すように、ブラケットとインナープレートのスポット溶接は、前記特許文献１の実施例に比べて低い電流値で、同程度の優れた引張剪断強度が得られた。

なお、以上の実施例では単相交流式溶接機を用いたが、インバータ式溶接機でも抵抗スポット溶接は可能で、同様に所期の目的を達成し得る。

本発明に係るインナーパネルとドアビームの取付構造を模式的に示す平面断面図である。溶接箇所の形態を模式的に示す断面図である。本発明に係るインナーパネルとドアビームの別の取付構造を模式的に示す平面断面図である。ドアビームの構造を示す斜視図である。本発明に係る取付構造の他の例（ルーフパネルとルーフレール）を示す断面図である。本発明に係る取付構造の他の例（ルーフパネルとサイドルーフレール）を示す断面図である。

符号の説明

１ドアビーム
６ドアのアウタープレート
７ドアのインナープレート
８インサート
８ａ，８ｂアルミニウムめっき層
８ｃ鋼板
９ブラケット

Claims

自動車用の鋼製部材とアルミニウム合金製部材の取付構造において、前記鋼製部材とアルミニウム合金製部材の間に、両面にアルミニウムめっきが施されたアルミニウムめっき鋼板がインサート材として介在し、前記鋼製部材とアルミニウム合金製部材が、前記インサート材を介してスポット溶接されていることを特徴とする自動車用部材の取付構造。
自動車用の鋼製部材とアルミニウム合金製部材の取付構造において、前記鋼製部材とアルミニウム合金製部材の間に、片面にアルミニウムめっきが施されたアルミニウムめっき鋼板がアルミニウムめっきをアルミニウム合金製部材側に向けてインサート材として介在し、前記鋼製部材とアルミニウム合金製部材が、前記インサート材を介してスポット溶接されていることを特徴とする自動車用部材の取付構造。
前記鋼製部材が亜鉛めっき鋼板からなることを特徴とする請求項１又は２に記載された自動車用部材の取付構造。
自動車のドアの鋼板製インナーパネルとアルミニウム合金押出材からなるドアビームの取付構造において、前記ドアビームの端部とインナーパネルの間に、両面にアルミニウムめっきが施されたアルミニウムめっき鋼板がインサート材として介在し、前記ドアビームとインナーパネルが、前記インサート材を介してスポット溶接されていることを特徴とする自動車のドアのインナーパネルとドアビームの取付構造。
自動車のドアの鋼板製インナーパネルとアルミニウム合金押出材からなるドアビームの取付構造において、前記ドアビームの端部とインナーパネルの間に、片面にアルミニウムめっきが施されたアルミニウムめっき鋼板がアルミニウムめっきをドアビーム側に向けてインサート材として介在し、前記ドアビームとインナーパネルが、前記インサート材を介してスポット溶接されていることを特徴とする自動車のドアのインナーパネルとドアビームの取付構造。
自動車のドアの鋼板製インナーパネルとアルミニウム合金押出材からなるドアビームの取付構造において、前記ドアビームの端部に、両面にアルミニウムめっきが施されたアルミニウムめっき鋼板からなるブラケットがスポット溶接され、前記ブラケットの一端が前記インナーパネルにスポット溶接されていることを特徴とする自動車のドアのインナーパネルとドアビームの取付構造。
自動車のドアの鋼板製インナーパネルとアルミニウム合金押出材からなるドアビームの取付構造において、前記ドアビームの端部に、片面にアルミニウムめっきが施されたアルミニウムめっき鋼板からなるブラケットがアルミニウムめっきを前記ドアビーム側に向けてスポット溶接され、前記ブラケットの一端が前記インナーパネルにスポット溶接されていることを特徴とする自動車のドアのインナーパネルとドアビームの取付構造。
前記鋼板製インナーパネルが亜鉛めっき鋼板からなることを特徴とする請求項４〜７のいずれかに記載された自動車のドアのインナーパネルとドアビームの取付構造。
自動車のドアの鋼板製インナーパネルとアルミニウム合金押出材からなるドアビームの取付構造において、前記インナーパネルが両面にアルミニウムめっきが施されたアルミニウムめっき鋼板からなり、前記ドアビームの端部とインナーパネルが直接スポット溶接されていることを特徴とする自動車のドアのインナーパネルとドアビームの取付構造。
自動車のドアの鋼板製インナーパネルとアルミニウム合金押出材からなるドアビームの取付構造において、前記インナーパネルが片面にアルミニウムめっきが施されたアルミニウムめっき鋼板からなり、前記インナーパネルはアルミニウムめっきを前記ドアビーム側に向け、前記ドアビームの端部とインナーパネルが直接スポット溶接されていることを特徴とする自動車のドアのインナーパネルとドアビームの取付構造。