JP2013184198A - 異材パネル構造体およびその製造方法 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アルミニウム合金製アウタパネル1と鋼製インナパネル2とがヘム加工部21によって一体化されたパネル構造体のコーナー部のうち、長さが長く、アウタパネル熱膨張時の荷重が作用しているコーナー部のみのヘム加工部21を、斜線領域に亘って点状に溶接接合して拘束し、アウタパネル1のヘムずれや反りの発生を抑制する。
【選択図】図1
Description
図1、図2は、本発明の異材パネル構造体の一例として、自動車車体部材であるフード、トランクなどの四周囲にヘム加工部を有する自動車パネルを各々示す斜視図である。この図1、2に示すように、異材パネル構造体は、本体としてアルミニウム合金製アウタパネル1と、鋼製インナパネル2とを備え、これらが周縁部でヘム加工により接合されて一体化されている。この図1、2において、アルミニウム合金製アウタパネル1は、各図の向こう側(車体外側)に位置し、ヘム加工された周縁6しか見えていない。また、鋼製インナパネル2は、各図の手前側(車体内側)に位置し、ヘム加工により折り込まれた周縁部を除く本体が見えている。
図3、4に示すパネル周縁部のヘム加工によって、アルミニウム合金製アウタパネル1と鋼製インナパネル2とを接合し、図1、2の異材パネル構造体として一体化する。すなわち、図3、4に示す通り、アウタパネル1の周縁部6を折り返し、接着樹脂層20を介して、インナパネル2のフランジ5の周縁部7を挟み込むヘム加工によって一体化する。これにより、アウタパネル1周縁部6、インナパネル2のフランジ5の周縁部7が、接着樹脂層20を介して組み合わされた、積層構造のヘム加工部21が形成され、異材パネル構造体として一体化される。
異材パネル構造体のようなハイブリッド構造では、前記図11で説明した通り、塗装焼付硬化時のアルミ/鋼の線膨張差に起因する、アルミニウム合金製アウタパネルのヘムずれと、それに伴い、拘束されたこのアウタパネルに熱変形が生じることが問題となる。したがって、このアウタパネルの熱変形を抑制するためには、このアウタパネルのヘムずれの防止が有効であることが、前記特許文献1、2などで分かっている。
図3に示すようなコーナー部(ヘム加工部)が、本発明で言う、インナパネルの縦壁4からの前記距離(長さ)が長い、ヘム加工部を溶接して、アウタパネルを拘束して前記熱膨張を抑制すべきコーナー部である。この図3は図1の左下側に示すコーナー部11のAA断面であるが、この図3のコーナー部は、図の下側からの平面視で、このコーナー部の先端(角部)Aから、インナパネル2の縦壁4までの最短距離L1が、図1における、パネル構造体の各辺の中央部におけるインナパネル2の縦壁4の各E点から、このパネル構造体の周縁部の各D点までの各最短距離l5、l6、l7、l8のうちの最も大きい(長い)ものの2倍以上であるコーナー部である。
また、パネル構造体のコーナー部の先端(角部)Aからインナパネル2の縦壁4までの最短距離L1とは、コーナー部の先端(角部)Aから縦壁4の交点Bまでが最短距離となる法線あるいは垂線l(l1、l2、l3、l4)の長さとも言える。
この図3や図4(あるいは図1、2)を平面視した場合は、縦壁4の途中や頂部などではなく、縦壁4の下端側の平坦なフランジ5との境界線にある点(交点)Bの、コーナー部の先端(角部)Aとの距離が最短となる。
また、パネル構造体の各辺の中央部とは、パネル構造体の各辺の両端にある各コーナー部の前記先端Aあるいは角部A同士の距離(長さ)の中央部(真ん中)の点であり、図1〜4で言う、インナパネル3の縦壁位置E(E1、E2、E3、E4)と、パネル構造体の周縁部位置D(D1、D2、D3、D4)の点である。ここで、各辺中央部の縦壁3の位置Eや、パネル構造体の周縁部位置Dは、前記各辺中央部において、縦壁3とパネル構造体の周縁部とが最短距離となる各位置である。この各辺中央部の縦壁3の位置Eは、前記Bと同様に、平面視した場合は、縦壁4の途中や頂部などではなく、縦壁4の下端側の平坦なフランジ5との境界線にある点(交点)である。また、パネル構造体の周縁部位置Dは周縁の(肉厚の)外側の点である。
そして、これら各辺の中央部におけるインナパネル3の縦壁位置Eから周縁部位置Dまでの長さlとは、図1、2における、図の上側(手前側)からの平面視で、パネル構造体の各4辺の各々の中央部における、インナパネル3の各縦壁位置E1、E2、E3、E4から、各周縁部位置D1、D2、D3、D4までの各最短距離l5、l6、l7、l8である。
また、図2の異材パネル構造体では、図3と同様、図の下側の左右のコーナー部8、11の2箇所と、更に、図の左上側のコーナー部10の、合計3箇所が、前記図3で示した前記垂線長さ条件に合致する。このため、これらのコーナー部8、10、11の、異材パネル構造体の4辺にまで各々至る、斜線を引いたヘム加工部領域を溶接接合して、アウタパネル1の周縁部6を拘束している。そして、前記図3で示した前記垂線長さ条件から外れる、図の右上側のコーナー部9の1箇所のヘム加工部領域と、異材パネル構造体の矩形の4辺(図の上下左右の各辺)の前記コーナー部8、10、11において溶接接合されるヘム加工領域を除くヘム加工領域は、溶接接合していない。
前記図12のようなガラスが装着される上辺側はヘムされない(三周囲にヘム加工部を有する)ドアパネルのような異材パネル構造体の場合には、上辺のヘム加工部や上辺の左右側のコーナー部が無く、左右側の両辺の上端側近くまでヘム加工部のみが残ることが多い。このようなヘム加工部や、本発明で溶接対象とする「縦壁までの最短距離が大きな(長い)」コーナー部以外のヘム加工部位を、パネル構造体の形状や構造による強度確保などのために、溶接の熱影響による変形や強度低下をさせない範囲で、溶接線を短くするなどして点溶接あるいは線溶接することは許容される。また、ヘム加工部位以外のパネル部位におけるアウタパネルとインナパネルとの接合のための溶接も、必要があれば、前記した溶接熱影響による変形や強度低下をさせない範囲で当然許容される。
異材パネル構造体のコーナー部におけるヘム加工部で、溶接して拘束すべき施工範囲は、図1、2で選択した各コーナー部において、前記した通り、各々斜線で示した。この斜線で示した範囲は、後述するFEM解析の通り、アルミニウム合金製アウタパネルの熱膨張時の荷重が作用して、前記面外曲げ変形が生じる範囲である。この範囲を定量的に表すと、図1、2の上からの平面視で、前記各コーナー部先端Aからの最短距離となる前記垂線あるいは法線lに対するインナパネルの縦壁4との交点Bを通る接線のパネル構造体の周縁部との交点C1、C2にまで至る範囲である。
先ず、図1、2の上側からの平面視で、溶接すべく選定した各コーナー部8、9、10、11の各先端A1、A2、A3、A4から、インナパネルの縦壁4までの距離が最短となる垂線あるいは法線lをそれぞれ引き、この垂線あるいは法線l1、l2、l3、l4に対するインナパネル2側の縦壁4の前記最短距離となる各交点B1、B2、B3、B4を決める。
次に、同じく平面視で、この交点B1、B2、B3、B4を通る、前記垂線l1、l2、l3、l4に対する接線(平面Rに対する接線)をそれぞれ引き、パネル構造体の各4辺の周縁部(ヘム加工部)との交点C1、C2を各々決める。
そして、前記各コーナー部8、9、10、11の各先端A1、A2、A3、A4から、このパネル構造体の各4辺の周縁部(ヘム加工部)の交点C1、C2までのヘム加工部範囲(前記斜線領域)A〜C1およびA〜C2を溶接によって拘束すべき範囲(領域)とする。
以上のように溶接するコーナー部を前記垂線長さ条件で選択し、かつ、溶接する斜線部のヘム加工部の範囲を決めた根拠につき、以下に説明する。図1、2に示した、実際の異材パネル構造体を模擬したが、平面形状は、図6に示す単純な矩形形状とした異材パネル構造体を対象にして、FEM解析による熱変形解析を行った。
溶接されるコーナー部のヘム加工部の溶接接合は、アーク溶接またはレーザ溶接によって点状に接合されていることが好ましい。点状の溶接接合ができる点でスポット溶接があるが、軟質なアルミニウム合金製アウタパネル側に、特にスポット電極による打痕がつきやすく、外観、美観が要求されるアウタパネルでは実用できない。また、特許文献1に開示されたようなFSWでは、前記した通り、拘束による折り返しフランジ部が破断する虞がある。
アウタパネル用のアルミニウム合金板としては、強度や成形、あるいは耐食性など、適用する車体構造の要求特性に応じて、JISあるいはAA規格で規定される、5000系、6000系などのアルミニウム合金が使用できる。自動車などの車体軽量化のための薄肉化の観点からは、高強度で成形性にも優れたアルミニウム合金が好ましく、組成におけるSi/Mg が1 以上の、Mg含有量に対しSiが過剰に含有されている、6N01、6016、6111、6022などの、Si過剰型の6000系アルミニウム合金が好ましい。これらの6000系アルミニウム合金は、アウタパネルへの成形時には強度(耐力)を低くして成形性を確保して、その後の前記した塗装焼付け処理時の150〜180 ℃の低温、10〜50分の短時間の人工時効処理によって、時効硬化して強度(耐力)が高くなる特性(ベークハード性、BH性)を有する。これらアルミニウム合金材は、冷間圧延や熱間押出後に、溶体化処理および焼き入れ処理 (質別記号T4) やその後の時効処理(質別記号T6) 、過時効処理 (質別記号T7) されて、アウタパネルへのプレス成形素材として用いられる。
インナパネル用の鋼板は、その表面に、汎用される亜鉛系やアルミニウム系の被覆層がめっきなどで被覆されていても良いし、裸であってもよい。鋼材としては、従来の鋼製インナパネルと同様に、安価な軟鋼板が用いられるが、高張力鋼(ハイテン)、ステンレス鋼などの冷延鋼板も適用できる。鋼板の厚さ(板厚)も、自動車車体の軽量化、強度、剛性、あるいは成形性などのインナパネルとしての要求特性の兼ね合いから、0.3〜3mmの範囲で選択する。
鋼板の厚さが薄すぎる場合、自動車部材としての必要な強度や剛性を確保できず不適正である一方、厚さが厚すぎる場合、自動車車体の軽量化が犠牲になり、また、後述する溶接接合自体が難しくなる。
Claims (3)
- 所定形状に成形されたアルミニウム合金製アウタパネルと、このアウタパネルに対向した内壁と、この内壁の外周側にて前記アウタパネル側へ屈曲された縦壁と、この縦壁周囲に亘って前記アウタパネルに対向して延在するフランジとを有する断面ハット状に成形された鋼製インナパネルとを備え、前記アウタパネルの周縁部を折り返し、接着樹脂層を介して、前記インナパネルのフランジ周縁部を挟み込むヘム加工部によって一体化されたパネル構造体であって、このパネル構造体の各コーナー部のうち、平面視で、このコーナー部先端から前記インナパネルの縦壁までの最短距離が、パネル構造体の各辺の中央部における前記インナパネルの縦壁からこのパネル構造体の周縁部までの最短距離のうちの最も大きいものの2倍以上であるコーナー部における前記ヘム加工部のみが溶接接合されており、かつ、この溶接接合されるヘム加工部が、平面視で、前記コーナー部先端から最短距離となる前記インナパネルの縦壁の点を通る接線のパネル構造体の周縁部との交点にまで至ることを特徴とする異材パネル構造体。
- 前記溶接接合されるヘム加工部がアーク溶接またはレーザ溶接によって点状に接合されている請求項1に記載の異材パネル構造体。
- 所定形状に成形したアルミニウム合金製アウタパネルと、このアウタパネルに対向した内壁と、この内壁の外周側にて前記アウタパネル側へ屈曲された縦壁と、この縦壁周囲に亘って前記アウタパネルに対向して延在するフランジとを有する断面ハット状に成形した鋼製インナパネルとを組み合わせて、前記アウタパネルの周縁部を折り返し、接着樹脂層を介して、前記インナパネルのフランジ周縁部を挟み込むヘム加工によって、パネル構造体として一体化するに際して、このパネル構造体の各コーナー部のうち、平面視で、このコーナー部先端から前記インナパネルの縦壁までの最短距離が、パネル構造体の各辺の中央部における前記インナパネルの縦壁からこのパネル構造体の周縁部までの最短距離のうちの最も大きいものの2倍以上であるコーナー部における前記ヘム加工部のみが溶接接合されており、かつ、この溶接接合されるヘム加工部が、平面視で、前記コーナー部先端から最短距離となる前記インナパネルの縦壁の点を通る接線のパネル構造体の周縁部との交点にまで至るものとすることを特徴とする異材パネル構造体の製造方法。
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