JP2006258205A - 部材接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】異なる材質の部材を接合する部材接合構造において、異なる材質の部材同士を精度よく接合できるようにする。
【解決手段】本発明の部材接合構造は、第１部材１を第２部材２および第３部材３によって挟み込み、これらの部材をリベット１０で接合してなる部材接合構造であって、第１部材１を第２部材２のフランジ２１と第３部材３のフランジ３１とでそれぞれ挟み込んだときに、第１部材１とフランジ２１同士、および第１部材１とフランジ３１同士がそれぞれ異なるリベット１０で接合されるように構成した。
【選択図】 図１

Description

本発明は、異なる材質の部材を接合する部材接合構造に関し、詳しくは、アルミ部品とスチール部品とを組み合わせた車両用ボディの製造技術に関する。

従来より、アルミ部品とスチール部品とを組み合わせて各種フレームやボディなどの構造体とする技術が知られている。一般にアルミ部品とスチール部品とは溶接による接合ができないため、セルフピアスリベットのような機械的接合が広く用いられている。ただし、異種金属を接合した場合は接合面で電食が発生する危険性があるため、液状の接着剤をアルミとスチールの間に塗布してからセルフピアスリベットで接合するようにしている。ここで使用される接着剤としては熱硬化型の構造用接着剤があり、電食防止だけではなく強度並びに剛性を結合部に与える役割を果たしている。特に、熱硬化型接着剤では通常１液型のエポキシ系接着剤が用いられ、１７０℃〜２００℃の電着塗装オーブンで反応硬化させることにより、機能を発揮させている。

このような異なる材質の部材をリベットで接合し、それら部材の間の電食を接着剤によって防止する技術の従来例として、日経メカニカルＤ＆Ｍ２００３年６月号２５ページに半アルミ半鉄のホワイトボディが開示されている（特許文献１参照）。
日経メカニカルＤ＆Ｍ、２００３年６月号（第２５頁、図３）

上述した特許文献１に開示された製造技術は、加熱されて硬化した接着剤が冷却過程においてアルミとスチールの両方の部材を接着して拘束するようにしている。しかし、アルミとスチールとでは線膨張率が異なるために、加熱硬化後において、硬化前のアルミ−スチールの接合状態にまで戻ることができずに、その結果として接合体が反ったり、捩れたり、曲がったりする変形が生じてしまうという問題点があった。

とくに、接合するアルミとスチールの接合長が短い場合や板厚が薄い場合には変形量を無視できるほど小さくしたり、局部的に変形を吸収させたりすることも可能ではあるが、接着長が長くなればなるほど、板厚が厚くなればなるほど、熱による変形は大きな問題となる。

また、セルフピアスリベットは下穴を開けずに締結できるので、穴から水が入って電食を起こす可能性を小さくできるという利点があり、これによって異なる部材を接合する場合にはよく使用される接合工法であるが、スチールがハイテン材の場合に１枚のアルミを２枚のスチールで挟み込んで、それら３枚をセルフピアスリベットで接合しようとすると、リベットがハイテン材に刺さらず、リベット自体の破損やリベットの足の部分にクラックが生じて接合することができないという問題点があった。

上述した課題を解決するために、本発明の部材接合構造は、 第１部材を第２部材と第３部材とで挟み込み、これら部材同士をリベットで接合してなる部材接合構造であって、前記第２部材および第３部材は、前記第１部材とは異なる材質で形成され、且つ前記第１部材を挟み込むためのフランジを備え、前記第１部材と前記第２部材のフランジおよび前記第１部材と前記第３部材のフランジがそれぞれ異なるリベットにより接合されていることを特徴とするものである。

本発明に係る部材接合構造では、第２部材と第３部材がそれぞれフランジを備え、各フランジがそれぞれ異なるリベットによって第１部材と接合されているので、３枚の部材を接合するのに各フランジで接合する枚数を２枚にすることができ、これによって第２部材および第３部材がハイテン材のような強度ある部材であってもリベットによる接合が可能となる。

以下、本発明に係わる部材接続構造の実施例を添付の図面を参照しながら説明する。

まず、本実施例による部材の接合構造を図１および図２に基づいて説明する。図１は本実施例に係る部材接合構造を示す斜視図であり、図２はその側面図である。

図１および図２に示すように、本実施例の部材接合構造は、アルミ部品の第１部材１を、スチール部品の第２部材２および第３部材３で挟み込んだサンドイッチ構造となっている。

第２部材２および第３部材３には、第１部材１を挟み込むためのフランジ２１、３１が上部と下部に設けられ、このうち上部に設けられた各フランジ２１、３１には複数の切り欠き部２１ａ、３１ａが所定間隔で形成されている。この切り欠き部２１ａ、３１ａは、第１部材１を第２部材２のフランジ２１と第３部材３のフランジ３１とで挟み込んだときに、第１部材１とフランジ２１、および第１部材１とフランジ３１が交互に接合されるように配置されている（以下、第１部材１と各フランジとの接合面を接合部という）。

そして、フランジ２１とフランジ３１は、それぞれ異なるリベット１０を打ち込むことによって第１部材１と接合されている。また、第２部材２と第３部材３は下部のフランジにおいても接合されている、この部分の接合は、同じスチール部品同士の接合となるため、図２に示すようにリベット１１による接合でもよいし、スポット溶接による接合であってもよい。

ここで、第１部材１はアルミ板材や押出し材、アルミ鋳物などである。

第２部材２および第３部材３は、普通鋼板やハイテン材などである。また亜鉛メッキ鋼板などの防錆鋼板を使用してもよい。

リベット１０は、２枚の部材を接合できるものであればよいが、セルフピアスリベットを使用することによって、下穴を開けずに締結できるので穴から水が入って電食を起こすことを防ぐことができる。

上記のような接合構造によれば、フランジ２１では第１部材１と第２部材２とがリベット１０で接合され、またフランジ３１では第１部材１と第３部材３とが別のリベット１０で接合されている。したがって、接合される部材は第１部材１、第２部材２および第３部材３の３枚となるが、フランジ２１、３１において接合される枚数はそれぞれ２枚となるため、第２部材２および第３部材３がハイテン材のような強度のある部材であっても、リベット１０によって接合することが可能となる。

また、フランジ２１とフランジ３１は、第１部材１と接合したときに、第１部材１との接合部が交互に配置されるので、塗装オーブンの熱によって接合部が変形しても、変形方向が互いに逆方向になるため、変形による影響がキャンセルされて精度の良い組み付け部品を得ることができる。

さらに、フランジ２１、３１に打ち込むリベット１０の数について制約はなく、物理的に可能な数だけ打ち込むことが可能である。ただし、熱を加えたときの接合部の変形による影響をキャンセルさせるため、各フランジと第１部材１との接合部において同一本数のリベット１０を打ち込むことが好ましく、とくにリベット１０の塑性変形を考慮すると、点数が少ないほうが熱変形に対して有利なので、各フランジと第１部材１との接合位置にリベットを１本ずつ打ち込むようにすることが最も効果的である。

さらに、リベット１０の打ち込み方法について制約はなく、種々の方法を用いることができるが、打ち込み方向についてはスチール側からアルミ側へ、またはその逆方向に統一されていたほうが、熱による変形量を小さくすることができ、より精度の良い接合が可能となる。

ここで、本実施例に係る接合構造の上面図（図１の平面図）を図３に示す。図３に示すように、第１部材１と第２部材２あるいは第３部材３との接合面には接着剤１２が塗布されている。この接着剤１２としては熱硬化型１液エポキシ構造用接着剤を用いており、性状はペースト状であっても成形タイプであってもよい。また、第１部材１と第２部材２の接着長と、第１部材１と第３部材３の接着長を同一にすることによって熱変形を防止することができる。

次に、本実施例の部材接合構造によって部材を接合するときの組み立て手順について説明する。

まず、スチール製の第２部材２を治具にセットし、アルミ製の第１部材１と接合する部分に接着剤１２を塗布する。この接着剤１２の塗布は手動で行ってもよいし、自動で一定幅のビードを塗布してもよい。次に、第１部材１を第２部材２の上にセットし、接着部を塗り広げる。その状態で今度は第１部材１の第３部材３との接合面に接着剤を塗布する。塗布方法は上述したのと同じである。最後に第３部材３をセットして接着部を塗り広げる。なお、予め第１部材１の両方の接合面に接着剤を塗布しておき、第２部材２、第１部材１、第３部材３の順番で治具にセットするようにしてもよい。

このようにして治具への部材のセットが完了したら、セルフピアスリベットの設備において、第１部材１と第２部材２同士、および第１部材１と第３部材３同士を、それぞれ異なるリベット（セルフピアスリベット）１０で接合する。ただし、スチール部材である第２部材２および第３部材３同士の接合は、リベット１０でもよいし、スポット溶接で接合してもよい。この場合、リベット１０の打ち込みとスポット溶接とを行う順番にとくに制約はない。

また、リベット１０を打ち込む方向についてもとくに制約はないが、長手方向に対して交互に打ち込まれていたほうが熱変形に対して有利となる。

さらに、上述した組み立て手順の他にも、予め第２部材２と第３部材３のスチール部品同士を接合あるいは溶接しておいて、後から接着剤１２を塗布した第１部材１を接合部に挿入し、リベット１０で接合するようにしてもよい。ただし、この場合には接着剤１２がそぎ落ちてしまう可能性があるので注意して組み立てる必要がある。

このように第１部材１と第２部材２および第３部材３の接合面に接着剤１２を塗布したことにより、異なる材質が接触することによる電食を防止するとともに、強度並びに剛性を結合部に付与させることができる。

また、図４に示すように、１つのフランジ３１（および図示しない２１）に対して２本（またはそれ以上）のリベット１０を打ち込むようにしてもよい。この場合も、各フランジ毎に同一本数のリベット１０で接合することが望ましい。

次に、本実施例の部材接合構造の作用を説明する。

車体工程では接着およびセルフピアスリベットによる接合を行うが、本実施例ではフランジ２１とフランジ３１はそれぞれ第１部材１のみと接合されるので、３枚打ちではなく２枚打ちにすることができる。これによって、スチール部品がハイテン材であってもリベットの種類やダイスの形状を最適な組み合わせに選定することにより、リベットの破損やクラックを生じることなく接合することが可能になる。

また、塗装工程では電着塗装の工程で部品全体が１７０℃〜２００℃の温度に加温され、通常３０分程度その状態に保たれる。したがって、塗装オーブンではアルミ部材もスチール部材もそれぞれ熱膨張するが、線膨張係数の違いからアルミ部材のほうがより大きく伸びることになる。ところが、フランジはリベットで締結、拘束されており、さらに塗装オーブンの熱で接着剤が硬化してリベット周辺だけでなく、接着してあるフランジ全体が拘束される。そして、塗装オーブンから出ると、各部材の全体は室温まで冷却されていき、その過程でアルミ部材、スチール部材の収縮も起こる。

しかし、フランジ３１、２１には切り欠き部２１ａ、３１ａがそれぞれ形成されていて、また第２部材２のフランジ２１と第３部材３のフランジ３１は、それぞれ第１部材１と交互に接合されるように配置されているので、収縮に伴う変形の力はフランジ毎に逆方向に働くことになり、組み立て部品全体が一方向に変形してしまうことはない。

したがって、スチール材同士やアルミ材同士を接合した場合と同程度の精度で異なる部材を接合することができ、組み立て部品の精度を確保することができる。

このように、本実施例の部材接合構造では、各フランジ２１、３１がそれぞれ異なるリベット１０によって第１部材１と接合されているので、３枚の部材を接合するのに各フランジで接合する枚数を２枚にすることができ、これによって第２部材および第３部材がハイテン材であってもリベットによる接合を可能にすることができる（請求項１の効果）。

また、本実施例の部材接合構造では、フランジ２１、３１が切り欠き部２１ａ、３１ａを備えており、これらの切り欠き部は、第２部材２のフランジ２１および第３部材３のフランジ３１がそれぞれ第１部材１と交互に接合されるように配置されているので、塗装オーブンの熱によって接合部が変形しても、その影響がキャンセルされて精度の良い組み付け部品を得ることができる（請求項２の効果）。

さらに、本実施例の部材接合構造では、リベット１０の打ち込み方向を交互に反対方向にしたので、リベットにより接合部のアルミ板が塑性変形して伸ばされても接合部が交互に形成されることによって塑性変形に伴う線膨張の影響を最小限に抑えることができる（請求項３の効果）。

また、本実施例の部材接合構造では、リベット１０にセルフピアスリベットを使用したので、下穴を開けずに締結することができ、これにより穴から水が入って電食を起こすことを防ぐことができる（請求項４の効果）。

さらに、本実施例の部材接合構造では、第１部材１と第２部材２および第３部材３の接合面に接着剤１２を塗布したので、異なる材質が接触することによる電食を防止するとともに、強度並びに剛性を結合部に付与することができる（請求項５の効果）。

また、本実施例の部材接合構造では、第１部材１と第２部材２の接着長と、第１部材１と第３部材３の接着長とを同一にしたので、熱によって接着部が変形しても、その影響がキャンセルされて精度の良い組み付け部品を得ることができる（請求項６の効果）。

また、本実施例の部材接合構造では、各フランジと第１部材１との接合部を同一本数のリベット１０で接合するようにしたので、熱を加えたときの接合部の変形による影響がキャンセルされて精度の良い組み付け部品を得ることができる（請求項７の効果）。

さらにまた、本実施例の部材接合構造では、各フランジにリベット１０を１本ずつ打ち込むようにしたので、各フランジの塑性変形を最小限に抑えることができる（請求項８の効果）。

以上、本発明の部材接合構造について、図示した実施例に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、各部の形状や構成は同様の機能を有する任意の形状や構成のものに置き換えることができる。

異なる材質の部材を接合するための部材接合構造に係り、車両用ボディの製造技術だけでなく、異なる材質の部材を精度よく接合するための製造技術として極めて有用である。

実施例の部材接合構造を示す斜視図である。 図１の側面図である。 図１の上面図である。 各フランジに２本のリベットを打ち込んだ例を示す側面図である。

符号の説明

１…第１部材（アルミ部材）
２…第２部材（スチール部材）
３…第３部材（スチール部材）
１０、１１…リベット
１２…接着剤
２１、３１…フランジ
２１ａ、３１ａ…切り欠き部

Claims (8)

1. 第１部材を第２部材と第３部材とで挟み込み、これら部材同士をリベットで接合してなる部材接合構造であって、
   前記第２部材および第３部材は、前記第１部材とは異なる材質で形成され、且つ前記第１部材を挟み込むためのフランジを備え、前記第１部材と前記第２部材のフランジおよび前記第１部材と前記第３部材のフランジがそれぞれ異なるリベットにより接合されていることを特徴とする部材接合構造。
2. 前記各フランジは切り欠き部を有し、この切り欠き部は、前記第１部材を前記第２部材のフランジと前記第３部材のフランジとで挟み込んだときに、前記第１部材と前記第２部材のフランジ、および前記第１部材と前記第３部材のフランジとが交互に接合するように配置されていることを特徴とする請求項１に記載の部材接合構造。
3. 前記リベットの打ち込み方向を交互に反対方向とすることを特徴とする請求項１または２のいずれかに記載の部材接合構造。
4. 前記リベットはセルフピアスリベットであることを特徴とする請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の部材接合構造。
5. 前記第１部材と前記第２部材との接合面、および前記第１部材と前記第３部材との接合面にそれぞれ接着剤を塗布することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか１項に記載の部材接合構造。
6. 前記第１部材と前記第２部材の接着長と、前記第１部材と前記第３部材の接着長とを同一とすることを特徴とする請求項５に記載の部材接合構造。
7. 前記第１部材と前記第２部材のフランジ、および前記第１部材と前記第３部材のフランジをそれぞれ同一本数のリベットで接合することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の部材接合構造。
8. 前記第１部材と前記第２部材のフランジ、および前記第１部材と前記第３部材のフランジをそれぞれ１本のリベットで接合することを特徴とする請求項７に記載の部材接合構造。
   

Images