JP2009007400A - ワークの接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接着剤の厚み寸法精度を高め、なおかつクランプによる熱影響を回避して確実に所期の硬化反応を得ること。
【解決手段】接着剤４によって接合される一組のワークＷの少なくとも何れか一つの接着要部に、当該ワークＷの相手方となるワークＷへ突出して互いの接合間隔ｄを維持する中空の突出部２ｂを形成する。突出部２ｂの裏面に形成された窪みに位置決め用部材１２を嵌合させることにより、当該突出部２ｂを有するワークＷを位置決めする。位置決めされたワークＷと該ワークＷの相手方となるワークＷとの間に接着剤４を介在させた状態で、これらのワークＷを位置決め用部材１２と協働するクランプ部材２１によってクランプする。ワークＷがクランプされている状態で位置決め用部材１２から接着剤４にトリガーを付与する。
【選択図】図７

Description

本発明はワークの接合方法に関する。

例えば、自動車製造工場において、車体を構成する板金部材を接合する手段として、スポット溶接やレーザ溶接等の溶接技術、或いは接着剤による接着方法が採用されている。

特に、近年では、特許文献１に開示されているように、外部から一部に付与されたトリガーとなるエネルギーによって硬化することにより内部エネルギーを自己発生し、この内部エネルギーが自己発生した部位に隣接する部分が当該内部エネルギーによって硬化反応を起こすことにより連鎖的に硬化する連鎖反応型の接着剤が注目されている。
特開平１１−１９３３２２号公報

上述のような連鎖反応型の接着剤を用いて、ワークを接合する接合方法を実用化するに当たり、ワークの間に配置される接着剤の厚みが均一であることが必要である。接着剤の厚みが厚過ぎる場合、接着強度（特に剪断強度）が低下するおそれがあり、薄過ぎる場合、接着剤の連鎖反応を維持するための熱量を確保できなくなるおそれがあるからである。

また、ワークによっては、接着剤が配置される接着要部をクランプする必要が多々生じるが、そのようなクランプ自身が、接着剤の連鎖反応に必要な熱を奪う要因となる場合もある。

本発明は上記不具合に鑑みてなされたものであり、接着剤の厚み寸法精度を高め、なおかつクランプによる熱影響を回避して確実に所期の硬化反応を得ることのできるワークの接合方法を提供することを課題としている。

上記課題を解決するために本発明は、外部から一部に付与されたトリガーとなるエネルギーによって硬化することにより内部エネルギーを自己発生し、この内部エネルギーが自己発生した部位に隣接する部分が当該内部エネルギーによって硬化反応を起こすことにより連鎖的に硬化する連鎖反応型の接着剤を用いたワークの接合方法において、前記接着剤によって接合される一組のワークの少なくとも何れか一つの接着要部に、当該ワークの相手方となるワークに向けて突出して互いの接合間隔を維持する中空の突出部を形成する突出部形成工程と、前記突出部の裏面に形成された窪みに位置決め用部材を嵌合させることにより、当該突出部を有するワークを位置決めする位置決め工程と、前記位置決め工程において位置決めされた、前記突出部を有するワークと該ワークの相手方となるワークとの間に前記接着剤を介在させた状態で、これらのワークを前記位置決め用部材と協働するクランプ部材によってクランプするクランプ工程と、前記ワークがクランプされている状態で前記位置決め用部材から前記トリガーを付与するトリガー付与工程とを備えていることを特徴とするワークの接合方法である。この態様では、突出部が一組のワークの何れかに形成されることにより、各ワークが組み付けられた際、突出部が相手方のワークに当接して、接合部分に所定の接合間隔を維持することができるので、簡単な方法により、ワーク間に配置された接着剤を所期の厚みに維持することができる。この種の連鎖反応型の接着剤は、光重合性樹脂、光・熱重合開始剤、および光重合開始剤を主成分とする樹脂組成物であり、紫外線、電子線、Ｘ線、赤外線、太陽光線、可視光線、レーザビーム（エキシマレーザ、ＣＯ₂ レーザ等）、熱線（放射や輻射熱等）等のエネルギー線、或いは熱等の所定量のエネルギーが付与されると、内部にカチオンと硬化反応熱とを積極的に発生させ、これらカチオンと硬化反応熱とによって、連鎖的に硬化反応するものである。また、突出部が中空に形成されているとともに、突出部の裏側に形成された窪みに位置決め用部材を嵌合させてワークの位置決めを図っているので、組付精度が向上する。更に、ワークを位置決めしている位置決め用部材から接着剤にトリガーを付与しているので、クランプによる熱影響を可及的に回避し、確実にトリガーとなるエネルギーを接着剤に付与することができる。本発明において「一組の金属製ワーク」は、接合される金属製ワークが２部材だけでなく、例えば、３部材若しくはそれ以上であってもよい。また「突出部」は、一つのワークのみに形成されていてもよく、各ワークに形成されていてもよい。さらに、「位置決め用部材」から出力されるトリガーは、主として熱エネルギーが好適であるが、可能であれば、レーザビーム等のエネルギー線であってもよい。また、接着剤の「配置」は、固形の接着剤の貼着の他、液状の接着剤の塗布や充填等の態様を含む概念である。さらに、「接着要部」は、接着剤が配置される箇所をいい、その態様は、線状であってもよく、或いは面状であってもよい。

好ましい態様において、前記突出部の裏面は、円形の凹部底面と、前記凹部底面の外周に連続し、且つテーパ状に当該突出部の反突出側に拡がる円周面とを有し、前記位置決め用部材は、前記凹部底面に面接触する先端面を有し、前記クランプ工程は、前記位置決め用部材の前記先端面を前記突出部の前記凹部底面に面接触状態で嵌合させる工程を含んでいる。この態様では、クランプ工程において、エネルギーの出力部材を兼ねる位置決め用部材が少なくとも突出部裏側の凹部底面と面接触状態で接合しているので、突出部の凹部底面に位置決め用部材の先端面を嵌合させることにより、位置決め用部材によるワークの位置決め性を簡単に確保することができるとともに、位置決め用部材からのエネルギー入力面積を確保し、所期のエネルギーを接着剤に入力することができる。

好ましい態様において、前記突出部形成工程では、前記接着要部に複数の突出部を点在させ、前記位置決め工程では、各突出部に前記位置決め用部材を嵌合させ、前記トリガー付与工程では、各位置決め用部材から一斉に前記トリガーを付与している。この態様では、トリガー付与工程において、複数の位置決めポイントから一斉にトリガーを付与することができるので、局所的な接着剤の硬化収縮や、これに伴うワークの変形を防止することができる。

以上説明したように、本発明は、簡単な方法でワーク間に配置された接着剤を所期の厚みに維持することができるので、接着剤の厚み寸法精度を高めることができるとともに、位置決め用部材から直接硬化反応のトリガーとなるエネルギーを付与しているので、クランプによる熱影響を回避して確実に所期の硬化反応を得ることができるという顕著な効果を奏する。

以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の形態について説明する。

図１は、本発明の実施の一形態に係るワークＷの正面図、図２は、図１のワークＷの裏面側（サイドフレームアウタパネルのみ）の一部箇所を示す斜視図、図３は、図１のワークＷのＡ−Ａ線に沿った分解断面図である。

図１〜図３を参照して、各図に例示しているワークＷは、自動車のセンタピラーインナパネル１等とサイドフレームアウタパネル２とを接合したアッセンブリであり、全体として車体のサイドフレームアッセンブリを構成するものである。

ワークＷを構成するセンタピラーインナパネル１とサイドフレームアウタパネル２は、図３に示すように、それぞれ断面ハット状に形成され、それぞれの接合部分にフランジ１ａ、２ａを有している。これらフランジ１ａ、２ａ間には、連鎖反応型の接着剤４が配置されており（図７参照）、この接着剤４によって、両フランジ１ａ、２ａが接合されることにより、センタピラーインナパネル１とサイドフレームアウタパネル２とが一体化されている。

接着剤４は、光重合性樹脂（主としてエポキシ樹脂、特に好ましくは脂環式エポキシ樹脂）、光・熱重合開始剤（芳香族スルホニウム塩等）、および光重合開始剤（スルホニウム塩等）を主成分とする樹脂組成物であり、紫外線、電子線、Ｘ線、赤外線、太陽光線、可視光線、レーザビーム（エキシマレーザ、ＣＯ₂ レーザ等）、熱線（放射や輻射熱等）等のエネルギー線、或いは熱等の所定量のエネルギーが付与されると、内部にカチオンと硬化反応熱とを積極的に発生させ、これらカチオンと硬化反応熱とによって、連鎖的に硬化反応する。この接着剤４の好ましい塗布厚さは、０．０１ｍｍから１０ｍｍ、塗布幅は、１．０ｍｍから３０ｍｍであり、接着剤４の硬化条件は、「１００℃以上の熱を与えること」である。

図示の実施形態の場合、センタピラーインナパネル１とサイドフレームアウタパネル２は、それぞれ厚みが０．８ｍｍに設定されており、両者間に配置される接着剤４の厚みは、０．５ｍｍに設定される。接着剤４の厚みを０．５ｍｍ程度に維持することは、従来技術欄に記載した理由により、センタピラーインナパネル１とサイドフレームアウタパネル２とを結合する上で、重要な管理項目となる。

そこで、本実施形態では、図１に示すように、接着剤４が配置される経路に沿って、複数の位置決めポイントＰを設定するとともに、サイドフレームアウタパネル２の当該位置決めポイントＰに該当する箇所に中空の突出部２ｂを形成している。

図２および図３を参照して、突出部２ｂは、サイドフレームアウタパネル２のフランジ２ａ部にプレス加工によって窪みを形成することにより、センタピラーインナパネル１の方へ突出している。この突出部２ｂの内部には、円形の凹部底面２ｃと、凹部底面２ｃに連続して、下側が広くなるテーパ状の円周面２ｄとが形成されている。詳しくは後述するように、この突出部２ｂの裏面（内側の窪み部分）は、位置決め用部材としてのダボ１２が嵌合する部位として利用される。

図４から図６は、本実施形態に係るワークの接合過程を示す斜視図であり、図７は、同接合過程を示す断面略図である。

各図を参照して、接合過程が実施される場所には、ワークＷを受ける載置台１０と、載置台１０の周囲に配設された複数のクランプ装置２０とが配置されている。

図４を参照して、載置台１０は、サイドフレームアウタパネル２のフランジ２ａを受ける複数の凸部１１を有している。凸部１１には、図１のワークＷの位置決めポイントＰ（図１参照）に対応する箇所に配置されたダボ１２が突設されている。

図３および図７を参照して、ダボ１２は、熱伝導率の高い導電性部材（例えば、銅）で構成されており、概ね円柱形の中実部材である。図示の実施形態において、ダボ１２には、サイドフレームアウタパネル２の突出部２ｂ内に形成された凹部底面２ｃに面接触する平面視円形の先端面１２ａと、この先端面１２ａに連続するテーパ面１２ｂとが形成されており、突出部２ｂ内への嵌合時に、凹部底面２ｃと円周面２ｄに対し、これら先端面１２ａとテーパ面１２ｂとが面接触するように構成されている（図７参照）。そして、ダボ１２に突出部２ｂの裏面を嵌合させることにより、載置台１０にサイドフレームアウタパネル２を精緻に位置決めすることができるようになっている。

図７を参照して、各ダボ１２には、高周波供給装置１４のコイル１５が巻回されており、ダボ１２は、高周波供給装置１４によって高温（例えば１２０℃）に加熱可能に構成されている。これにより、ダボ１２は、センタピラーインナパネル１とサイドフレームアウタパネル２との間に介在する接着剤４に対し、硬化反応のトリガーとなるエネルギーを付与するエネルギー付与手段としても機能することになる。

図４〜図６を参照して、クランプ装置２０は、熱伝導性を有する金属製部材の押圧部材２１（クランプ部材の一例）を図略のトグル機構で回動させることにより、図４および図５に示す開放姿勢と図６に示すクランプ姿勢との間で回動可能に構成されている。各クランプ装置２０は、サイドフレームアウタパネル２とセンタピラーインナパネル１とをクランプするのに必要充分な個数だけ配置されているが、その配置箇所は、クランプ装置２０の押圧部材２１がクランプ姿勢にあるときに、何れかのダボ１２との間でセンタピラーインナパネル１を挟圧できるところに設定されている。これにより、組付時において、センタピラーインナパネル１とサイドフレームアウタパネル２とを堅固にクランプすることができる。

次に、位置決め工程以降の工程について説明する。

まず、図４を参照して、突出部形成工程の後、上述した載置台１０の上に、サイドフレームアウタパネル２を、突出部２ｂの凹部底面２ｃが載置台１０のダボ１２に対向する姿勢で載置することにより、突出部２ｂ内にダボ１２を嵌合させ、サイドフレームアウタパネル２を載置台１０上に位置決めする位置決め工程が施される。上述したように、ダボ１２の上部には、サイドフレームアウタパネル２の突出部２ｂの凹部底面２ｃと円周面２ｄに面接触する先端面１２ａとテーパ面１２ｂとが形成されている（図７参照）。このため、サイドフレームアウタパネル２は、載置台１０に対して、精緻に位置決めされた状態で突出部２ｂを上方に突出させた姿勢で載置される。

次に、図５を参照して、クランプ工程に移行するのに先立って、載置台１０上に載置されたセンタピラーインナパネル１には、接着剤４が配置される。接着剤４の配置方法としては、図略のロボットで液状の接着剤４を塗布する方法が効率的である。無論、接着剤４を配置する方法としては、これに限らず、固形の接着剤を貼着する方法を採用してもよい。また、接着剤４は、センタピラーインナパネル１に配置する方法に限らず、サイドフレームアウタパネル２に配置する方法を採用してもよい。

次に、図６を参照して、センタピラーインナパネル１とサイドフレームアウタパネル２との間に接着剤４を介在させた後、載置台１０の上に位置決めされているサイドフレームアウタパネル２に対し、センタピラーインナパネル１を組み付ける。この組付作業の後、クランプ装置２０を開放姿勢からクランプ姿勢に変位し、センタピラーインナパネル１とサイドフレームアウタパネル２とを堅固クランプするクランプ工程が施される。このクランプ工程では、図６に示すように、各位置決めポイントＰに形成された突出部２ｂがセンタピラーインナパネル１のフランジ１ａの底面に当接することにより、均等な接合間隔ｄ（図７参照）を確保することができる。

図７を参照して、クランプ工程の後、高周波供給装置１４を作動して、トリガー付与工程が施される。このトリガー付与工程では、高温に加熱されたダボ１２からサイドフレームアウタパネル２の突出部２ｂを介してトリガーとしての熱が入力され、その周辺の接着剤４が加熱される。この熱の入力により、接着剤４の硬化が開始され、カチオンと硬化反応熱が発生する。これらカチオンと硬化反応熱は、クランプ装置２０の押圧部材２１とダボ１２とが協働してワークＷを挟圧している部位から未硬化反応部分に伝播し、この熱の伝播によって未硬化反応部分でさらなる硬化反応が連鎖的に生じる。

本実施形態においては、接着要部に突出部２ｂを図１に示した位置決めポイントＰにおいて点在させ、各突出部２ｂに嵌合するダボ１２からトリガーとなるエネルギーとしての熱を入力しているので、上述のような硬化反応は、各位置決めポイントＰから接着要部全体に概ね均等に進行する。このため、接着剤４の局所的な硬化収縮を防止し、ワークＷの変形や接合部分の開きを防止することができる。

硬化反応時間が経過した後、クランプ装置２０の押圧部材２１を再び開放姿勢に変位し、ワークＷを取り外す。これにより、接合工程が完了する。

以上説明したように、本実施形態では、接着剤４によって接合される一組のワークＷ（図示の例では、センタピラーインナパネル１とサイドフレームアウタパネル２）の少なくとも何れか一つ（図示の例では、サイドフレームアウタパネル２）の接着要部に、当該ワークＷの相手方となるワークＷへ突出して互いの接合間隔ｄを維持する中空の突出部２ｂを形成する突出部形成工程と、突出部２ｂの裏面に形成された窪みに位置決め用部材としてのダボ１２を嵌合させることにより、当該突出部２ｂを有するワークＷを位置決めする位置決め工程と、前記位置決め工程によって位置決めされた、突出部２ｂを有するワークＷと該ワークＷの相手方となるワークＷとの間に接着剤４を介在させた状態で、これらのワークＷをダボ１２と協働するクランプ部材によってクランプするクランプ工程と、ワークＷがクランプされている状態でダボ１２から接着剤４にトリガーを付与するトリガー付与工程とを備えている。このため本実施形態では、突出部２ｂがサイドフレームアウタパネル２に形成されることにより、該サイドフレームアウタパネル２とセンタピラーインナパネル１とが組み付けられた際、突出部２ｂがセンタピラーインナパネル１に当接して、接合部分に所定の接合間隔ｄを維持することができるので、ワークＷ間に配置された接着剤４を所期の厚みに維持することができる。この結果、接合間隔ｄが大きくなり過ぎたり、小さくなり過ぎたりすることがない。また、突出部２ｂが中空に形成されているとともに、突出部２ｂの裏側に形成された窪みにダボ１２を嵌合させてサイドフレームアウタパネル２の位置決めを図っているので、組付精度が向上する。更に、サイドフレームアウタパネル２を位置決めしているダボ１２から接着剤４にトリガーを付与しているので、クランプ工程の際にクランプ装置２０の押圧部材２１に反応熱が奪われるといった熱影響を可及的に回避し、確実にトリガーとなるエネルギーを接着剤４に付与することができる。

また本実施形態において、突出部２ｂの裏面は、円形の凹部底面２ｃと、凹部底面２ｃの外周に連続し、且つテーパ状に当該突出部２ｂの反突出側に拡がる円周面２ｄとを有し、ダボ１２は、凹部底面２ｃに面接触する先端面１２ａを有し、クランプ工程は、ダボ１２の先端面１２ａを突出部２ｂの凹部底面２ｃに面接触状態で嵌合させる工程を含んでいる。このため本実施形態では、クランプ工程において、エネルギーの出力部材を兼ねるダボ１２が少なくとも突出部２ｂ裏側の凹部底面２ｃと面接触状態で接合しているので、突出部２ｂの凹部底面２ｃにダボ１２の先端面１２ａを嵌合させることにより、ダボ１２によるワークＷの位置決め性を確保することができるとともに、ダボ１２からのエネルギー入力面積を確保し、所期のエネルギーを接着剤４に入力することができる。

また本実施形態において、突出部形成工程では、図１の位置決めポイントＰで示したように、接着要部に複数の突出部２ｂを点在させ、位置決め工程では、各突出部２ｂにダボ１２を嵌合させ、トリガー付与工程では、各ダボ１２から一斉にトリガーを付与している。このため本実施形態では、トリガー付与工程において、複数の位置決めポイントから一斉にトリガーを付与することができるので、局所的な接着剤４の硬化収縮や、これに伴うワークＷの変形を防止することができる。

上述した実施形態は、本発明の好ましい具体例に過ぎず、本発明は上述した実施形態に限定されない。

ワークＷとしては、センタピラーインナパネル１とサイドフレームアウタパネル２とを例示したが、これに限らず、例えば、ヒンジピラーとサイドシルであってもよい。また、「一組の金属製ワークＷ」は、接合される金属製ワークＷが２部材だけでなく、例えば、３部材若しくはそれ以上であってもよい。

本発明の「突出部」は、一つのワークＷのみに形成されていてもよく、各ワークＷに形成されていてもよい。

さらに、「位置決め用部材」から出力されるエネルギーは、主として熱エネルギーが好適であるが、可能であれば、レーザビーム等のエネルギー線であってもよい。

また、接着剤の「配置」として塗布を例示したが、これに限らず、固形の接着剤４の貼着であってもよい。またワークの形状に応じて液状の接着剤を充填する態様であってもよい。

接着要部の態様としては、線状であってもよく、或いは面状であってもよい。

その他、本発明の特許請求の範囲内で種々の変更が可能であることはいうまでもない。

本発明の実施の一形態に係るワークの正面図である。 図１のワークの裏面側の一部箇所を示す斜視図である。 図１のワークのＡ−Ａ線に沿った分解断面図である。 本実施形態に係るワークの接合過程（載置台にワークを載置する過程）を示す斜視図である。 本実施形態に係るワークの接合過程（クランプ装置によってワークをクランプするクランプ前の過程）を示す斜視図である。 本実施形態に係るワークの接合過程（クランプ装置によってワークをクランプするクランプ後の過程）を示す斜視図である。 本実施形態に係るワークの接合過程を示す断面略図である。

符号の説明

１ センタピラーインナパネル（ワークの要素例）
２ サイドフレームアウタパネル（ワークの要素例）
２ｂ 突出部
２ｃ 凹部底面
２ｄ 円周面
４ 接着剤
１２ ダボ（位置決め用部材の一例）
１２ａ 先端面
１２ｂ テーパ面
１４ 高周波供給装置
２０ クランプ装置
２１ 押圧部材（クランプ部材の一例）
ｄ 接合間隔
Ｐ 位置決めポイント
Ｗ ワーク

Claims (3)

1. 外部から一部に付与されたトリガーとなるエネルギーによって硬化することにより内部エネルギーを自己発生し、この内部エネルギーが自己発生した部位に隣接する部分が当該内部エネルギーによって硬化反応を起こすことにより連鎖的に硬化する連鎖反応型の接着剤を用いたワークの接合方法において、
   前記接着剤によって接合される一組のワークの少なくとも何れか一つの接着要部に、当該ワークの相手方となるワークに向けて突出して互いの接合間隔を維持する中空の突出部を形成する突出部形成工程と、
   前記突出部の裏面に形成された窪みに位置決め用部材を嵌合させることにより、当該突出部を有するワークを位置決めする位置決め工程と、
   前記位置決め工程において位置決めされた、前記突出部を有するワークと該ワークの相手方となるワークとの間に前記接着剤を介在させた状態で、これらのワークを前記位置決め用部材と協働するクランプ部材によってクランプするクランプ工程と、
   前記ワークがクランプされている状態で前記位置決め用部材から前記トリガーを付与するトリガー付与工程と
   を備えている
   ことを特徴とするワークの接合方法。
2. 請求項１記載のワークの接合方法において、
   前記突出部の裏面は、円形の凹部底面と、前記凹部底面の外周に連続し、且つテーパ状に当該突出部の反突出側に拡がる円周面とを有し、
   前記位置決め用部材は、前記凹部底面に面接触する先端面を有し、
   前記クランプ工程は、前記位置決め用部材の前記先端面を前記突出部の前記凹部底面に面接触状態で嵌合させる工程を含んでいる
   ことを特徴とするワークの接合方法。
3. 請求項１または２記載のワークの接合方法において、
   前記突出部形成工程では、前記接着要部に複数の突出部を点在させ、
   前記位置決め工程では、各突出部に前記位置決め用部材を嵌合させ、
   前記トリガー付与工程では、各位置決め用部材から一斉に前記トリガーを付与する
   ことを特徴とするワークの接合方法。

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