JP2014188548A - 部材接合方法および部材接合構造 - Google Patents

部材接合方法および部材接合構造 Download PDF

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Abstract

【課題】切り欠き部を有することなく部材を含む３枚以上の板組溶接を容易に行うことできる部材接合方法及び部材接合構造を提供する。
【解決手段】一枚若しくは重ね合わされる少なくとも二枚の中間部材５に孔部１０を形成する工程と、前記孔部１０に金属からなるインサート部材１１を埋め込む工程と、前記中間部材５の外表面に前記中間部材５を挟むように金属からなる表皮部材１を配置する工程と、前記表皮部材１を前記インサート部材１１に対して接合する工程と、を備えた部材接合方法。
【選択図】図３

Description

本発明は、部材接合方法および部材接合構造に係り、特に抵抗スポット溶接工法を用いた部材接合方法および部材接合構造に関するものである。
自動車の車体溶接ラインなどで用いられる接合方法ないし接合構造においては、安定した抵抗スポット溶接の品質を確保するため、通常、３枚以内の板組溶接構造とされている（特許文献１参照）。このため、４枚以上の板組溶接構造を採用する場合、例えば所定の接合部分を切り欠いて３枚の板組溶接構造を確保する工夫がなされている。
一方、部材接合構造においては、基本的に材質の異なる金属を溶接する場合が多く、異なる材質間で金属間化合物が生成されてしまう場合があるため、十分な強度を有する部材接合方法ないし部材接合構造を得ることが難しかった。このため、部材接合構造においては、リベット等の機械的締結に頼っているのが実情である。
特開２０１２−６６７９５号公報
しかしながら、従来の接合構造ないし接合方法においては、所定の接合部分を切り欠いた切り欠き部を有する場合、衝突等により外力を受けて、その切り欠き部を基点とする変形が生じるなどの不具合が発生し易い。そのため、不具合を改善するための材料の板厚や材質の変更を余儀なくされている。
一方、接合方法の一つであるリベット工法においては、専用装置や消費材であるリベットが必要となるため、製造ライン上やコスト上の新たな問題が生じている。
本発明の目的は、３枚以上の板組溶接を容易に行うことできる部材接合方法および部材接合構造を提供することである。
本発明の一態様に係る部材接合方法は、一枚若しくは重ね合わされる少なくとも二枚の中間部材に孔部を形成する工程と、前記孔部に金属からなるインサート部材を埋め込む工程と、前記中間部材の外表面に前記中間部材を挟むように金属からなる表皮部材を配置する工程と、前記表皮部材を前記インサート部材に対して接合する工程と、を備えている。
前記インサート部材が前記表皮部材の端材からなることが好ましい。
本発明の他の態様に係る部材接合構造は、一枚若しくは重ね合わされる少なくとも二枚の中間部材と、前記中間部材の外表面に前記中間部材を挟むように配置される金属からなる表皮部材と、前記中間部材に形成された孔部と、前記孔部に埋め込まれた、金属からなるインサート部材と、を備え、前記表皮部材が前記インサート部材に対して接合されている。
前記インサート部材が前記表皮部材の端材からなることが好ましい。
本発明によれば、３枚以上の板組溶接を容易に行うことできる部材接合方法および部材接合構造を提供することが可能となる。
本発明が適用される自動車の側部車体構造の実施形態を示す斜視図である。 図１のＡ部の断面構造を示す断面図である。 部材接合構造の一例を示す要部拡大断面図である。 部材接合構造の他の例を示す要部拡大断面図である。 部材接合方法を説明する説明図である。 部材接合構造の更に他の例を示す要部拡大断面図である。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１に示すように、自動車の側部車体構造は、車体の側辺部において前後方向に延びる表皮部材であるサイドシル１と、サイドシル１の前端部から上方に延びるヒンジピラー２と、サイドシル１の中央部から上方に延びるセンタピラー３とを有している。サイドシル１、ヒンジピラー２及びセンタピラー３内には、それぞれ中間部材であるサイドシルレインフォースメント５（図２参照）、ヒンジピラーレインホースメント（図示省略）及びセンタピラーレインホースメント（図示省略）が配設されている。
図２に示すように、表皮部材であるサイドシル１は、サイドシルインナ１ａと、サイドシルアウタ１ｂとから構成されている。また、サイドシル１内に設けられた中間部材であるサイドシルレインフォースメント５は、インナレインフォースメント５ａと、アウタレインフォースメント５ｂとから構成されている。
この場合、車体構造における強度の向上及び軽量化を図るために、サイドシルインナ１ａ及びサイドシルアウタ１ｂが鋼板により形成されているのに対し、インナレインフォースメント５ａ及びアウタレインフォースメント５ｂがアルミニウム合金又は炭素繊維強化複合材料等の軽量高強度材料により形成されている。
そして、このように本実施の形態では４枚の部材であるサイドシルインナ１ａ、サイドシルアウタ１ｂ、インナレインフォースメント５ａ、アウタレインフォースメント５ｂの接合をリベット等の機械的締結ではなく、抵抗スポット溶接工法により行うために、次のような部材接合構造が採用されている。
すなわち、この部材接合構造は、図３に示すように、重ね合わされる少なくとも二枚の金属（例えばアルミニウム合金）又は非金属（例えば炭素繊維強化複合材料）からなる中間部材であるインナレインフォースメント５ａ及びアウタレインフォースメント５ｂには円形の穴ないし開口部である孔部１０が設けられ、この孔部１０には表皮部材であるサイドシル１と同じ金属（例えば鋼材）からなる円板状ないしコイン状のインサート部材１１が埋め込まれている。
この場合、インサート部材１１の厚さは、基本的には、サイドシルレインフォスースメント５のインナレインフォースメント５ａの厚さにアウタレインフォースメント５ｂの厚さを加えた寸法とされていることが好ましい。但し、インサート部材１１の厚さは、サイドシルレインフォスースメント５のインナレインフォースメント５ａの厚さにアウタレインフォースメント５ｂの厚さを加えた寸法より若干厚く設定され、インナレインフォースメント５ａ及びアウタレインフォースメント５ｂの外表面から突出したインサート部材１１の突出部分を図５の（ａ）に示すようにハンマー１３で叩くことにより、突出部分を無くすようにしてもよい。
単に円形の孔部１０にインサート部材１１を嵌め込んだだけでは、孔部１０からインサート部材１１が外れるおそれがある。インサート部材１１の外径を孔部１０の内径よりも少し大きめにし、図５の（ａ）に示すように、金敷１２上にインナレインフォースメント５ａ及びアウタレインフォースメント５ｂを重ねた状態で置き、これらインナレインフォースメント５ａ及びアウタレインフォースメント５ｂのそれぞれの円形の孔部１０、１０に対して跨って一枚のインサート部材１１をハンマー１３で打ち込み、インサート部材１１に塑性変形力を加え、圧縮応力でインサート部材１１を孔部１０に嵌合保持させることが好ましい（図５の（ｂ）参照）。
そして、図５の（ｃ）に示すように、中間部材であるインナレインフォースメント５ａ及びアウタレインフォースメント５ｂの外表面にインナレインフォースメント５ａ及びアウタレインフォースメント５ｂを挟むように金属例えば鋼板からなるサイドシルインナ１ａ及びサイドシルアウタ１ｂを当接させ、これらを図５の（ｃ）に示すように、抵抗スポット溶接装置１４の対向する電極１４ａ，１４ｂ間に配置し、電極１４ａ，１４ｂ間でサイドシルインナ１ａ及びサイドシルアウタ１ｂの外表面を挟み込み、電極１４ａ，１４ｂ間に電圧を印加して抵抗スポット溶接を行う。
この場合、抵抗スポット溶接装置１４の電極１４ａ，１４ｂ間の中心線上にインサート部材１１の中心が位置するように設定し、サイドシルインナ１ａ及びサイドシルアウタ１ｂの外面を電極１４ａ，１４ｂで挟み込み、電極１４ａ．１４ｂ間に高圧の電圧を印加して抵抗スポット溶接を行う。抵抗スポット溶接は、インサート部材１１に対してサイドシルインナ１ａ及びサイドシルアウタ１ｂを接合するように行われる。
これにより、図３に示すように、サイドシルインナ１ａ及びサイドシルアウタ１ｂがインサート部材１１に対して溶接部１５により一体的に固着されるため、切り欠き部を有することなく部材を含む３枚以上（実施例では４枚）の板組溶接を容易に行うことできる部材接合構造を提供することができる。
この場合、インサート部材１１は、サイドシル１の端材からなっている。このようにインサート部材１１として、サイドシル１の端材を用いることができるため、サイドシル１の端材を有効活用することができ、コストの低減を図ることができる。
次に、部材接合方法について説明する。この部材接合方法は、先ず、一枚若しくは重ね合わされる少なくとも二枚の金属又は非金属からなる中間部材５であるインナレインフォースメント５ａ及びアウタレインフォースメント５ｂに円形の孔部１０を形成する（第１工程）。
この第１工程後に、図５（ａ）ないし（ｂ）に示すように円形の孔部１０に金属からなる円形のインサート部材１１をハンマー１３で叩いて埋め込む（第２工程）。
この第２工程後に、インナレインフォースメント５ａ及びアウタレインフォースメント５ｂの外表面に中間部材５を挟むように金属からなる表皮部材であるサイドシルインナ１ａ及びサイドシルアウタ１ｂを配置する（第３工程）。
この第３工程後に、表皮部材であるサイドシルインナ１ａ及びサイドシルアウタ１ｂをインサート部材１１に対して抵抗スポット溶接により接合する（第４工程）。
このように第１工程〜第４工程からなる部材接合方法によれば、切り欠き部を有することなく部材を含む３枚以上（図示例では４枚）の板組溶接を容易に行うことできる。従って、リベット工法とは異なり、専用装置や消費材であるリベットが必要とならず、既存の溶接装置を用いることができるため、製造ラインの変更が不要であり、既存の製造ラインを利用することができ、設備コストの低減を図ることができる。
なお、本発明は、前記実施の形態に限定されるものでなく、本発明の範囲内で種々の設計変更が可能である。例えば、図３の実施の形態では、サイドシルレインフォースメント５が２枚の中間部材５ａ，５ｂからなっているが、３枚の中間部材からなっていてもよく、或いは図４に示すように４枚の中間部材なっていてもよく、枚数は限定されるものではない。また、孔部１０は、実施の形態では円形であるが、円形に限定されず、例えば楕円形、三角形、四角形、多角形等であってもよい。
図４の実施の形態における表皮部材であるサイドシル１は、サイドシルインナ１ａとサイドシルアウタ１ｂに、それぞれインナレインフォースメント５ａ及びアウタレインフォースメント５ｂが積層されており、且つ、サイドシルインナ１ａとサイドシルアウタ１ｂが相反する方向（左方と右方）に延出されている。なお、図４において図３と同様の部分は同一参照符号を付して説明を省略する。
図６は部材接合構造の更に他の例を示す要部拡大断面図である。図６に示すように、表皮部材であるサイドシル１は、必ずしも２枚である必要はなく、１枚のサイドシル１を断面Ｕ字状ないし断面コ字状に折り返すことにより、対向するサイドシルインナ１ａ及びサイドシルアウタ１ｂを有するように形成されていてもよい。
表皮部材とインサート部材を接合する方法としては、抵抗スポット溶接が好ましいが、抵抗スポット溶接に限定されるものではなく、他の接合方法、例えばレーザ溶接や摩擦かくはん接合等であってもよい。
前記実施の形態では、中間部材５であるインナレインフォースメント５ａ及びアウタレインフォースメント５ｂがアルミニウム合金又は炭素繊維強化複合材料等の軽量高強度材料により形成されているが、中間部材５であるインナレインフォースメント５ａ及びアウタレインフォースメント５ｂはサイドシルインナ１ａ及びサイドシルアウタ１ｂと同じ鋼板からなっていてもよい。この場合、インナレインフォースメント５ａ及びアウタレインフォースメント５ｂに孔部１０を形成して鋼板からなるインサート材１０を埋め込むことが好ましい。すなわち、多層の鋼板を両外側に配置したスポット溶接機１４の電極１４ａ，１４ｂで挟んでスポット溶接を行う場合、中間部の鋼板のスポット溶接が不十分になる場合があるが、このようにインサート部材１１を埋め込むことにより、未溶接部の発生を解消することができ、溶接接合部の信頼性の向上を図ることができる。
１ サイドシル（表皮部材）
２ ヒンジピラー
３ センタピラー
５ サイドシルレインフォースメント（中間部材）
１０ 孔部
１１ インサート部材
１２ 金敷
１３ ハンマー
１４ 抵抗スポット溶接装置
１４ａ，１４ｂ 電極
１５ 溶接部

Claims (4)

  1. 一枚若しくは重ね合わされる少なくとも二枚の中間部材に孔部を形成する工程と、
    前記孔部に金属からなるインサート部材を埋め込む工程と、
    前記中間部材の外表面に前記中間部材を挟むように金属からなる表皮部材を配置する工程と、
    前記表皮部材を前記インサート部材に対して接合する工程と、
    を備えた部材接合方法。
  2. 請求項１に記載の部材接合方法において、
    前記インサート部材が前記表皮部材の端材からなる、部材接合方法。
  3. 一枚若しくは重ね合わされる少なくとも二枚の中間部材と、
    前記中間部材の外表面に前記中間部材を挟むように配置される金属からなる表皮部材と、
    前記中間部材に形成された孔部と、
    前記孔部に埋め込まれた、金属からなるインサート部材と、を備え、
    前記表皮部材が前記インサート部材に対して接合された、
    部材接合構造。
  4. 請求項３に記載の部材接合構造において、
    前記インサート部材が前記表皮部材の端材からなる、部材接合構造。
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