JP2015078722A

JP2015078722A - 異種金属板の接合方法および同方法による自動車用部品

Info

Publication number: JP2015078722A
Application number: JP2013214888A
Authority: JP
Inventors: 健太郎小針; Kentaro Kobari
Original assignee: Suzuki Motor Corp
Current assignee: Suzuki Motor Corp
Priority date: 2013-10-15
Filing date: 2013-10-15
Publication date: 2015-04-23

Abstract

【課題】腐食を防止しつつ異種金属を機械的手段で点接合する方法を提供する。
【解決手段】異種金属板のうち相対的に標準電極電位が高い第一の金属板（１１）に絶縁性皮膜（１３）を形成する第一の被覆工程と、前記第一の金属板の前記絶縁性皮膜が形成された面に、前記異種金属板のうち相対的に標準電極電位が低い第二の金属板（１２）を重ね合わせ、かしめ接合（１４）、リベット打ち込み接合（２４）、または、摩擦撹拌接合（３５）により前記第一、第二の金属板（１１，１２）を機械的に接合する工程と、前記第一、第二の金属板に防食性皮膜を形成する第二の被覆工程とを含む。前記第一の被覆工程は、前記第一の金属板（１１）の前記第二の金属板（１２）との合せ面に限定して前記絶縁性皮膜（１３）を形成することが好ましい。
【選択図】図１

Description

本発明は、異種金属板の接合方法および同方法による自動車用部品に関する。

自動車の軽量化による燃費向上を達成するための基本戦略として、鉄鋼材料からアルミニウムやマグネシウムなどの非鉄軽金属へ材料置換することが挙げられる。このような材料置換が行われる部品として、フード（ボンネット）やドアなどがある。部品の機能を満足するために、すべての鉄鋼材料を軽金属に材料置換することが難しい場合があり、その場合には、鉄鋼材料と軽金属の異種金属同士を接合する必要がある。

異種金属同士を接合する部位の多くは板形状であるため、接合方法としては、かしめ接合やリベット打ち込み接合など、被接合部材同士を重ね合わせて材料を塑性変形させる点接合が用いられている（特許文献１参照）。

特開２００１−９９１１３号公報

ところで、異種金属同士が接触した部位に海水や雨水などの電解質溶液が接触すると、電池作用により標準電極電位が低い（イオン化傾向が大きい）金属が選択的に腐食する異種金属接触腐食（電食）が発生する。例えば、鉄とアルミニウムの組合せでは、標準電極電位が低いアルミニウムが陽極、鉄が陰極となり、アルミニウムが選択的に腐食する。

一般的な異種金属同士の接合では、異種金属同士を接合してから全体塗装するので、接合面には塗膜が形成されていない。そのため、外力などにより接合面に隙間が生じると、水が侵入して電食が発生する。特許文献１には、塗装鋼板やめっき鋼板の点接合が記載されているが、これらの皮膜が、接合時における母材の塑性変形に追従できずに割れや剥離を生じると、その部分の耐食性が失われ、腐食により外観品質および接合強度が低下する虞がある。

本発明はこのような実状に鑑みてなされたものであって、その目的は、腐食を防止しつつ異種金属を機械的手段で点接合する方法を提供することにある。

上記課題を解決するために、本発明に係る異種金属板の接合方法は、
前記異種金属板のうち相対的に標準電極電位が高い第一の金属板に絶縁性皮膜を形成する第一の被覆工程と、
前記第一の金属板の前記絶縁性皮膜が形成された面に、前記異種金属板のうち相対的に標準電極電位が低い第二の金属板を重ね合わせ、かしめ接合、リベット打ち込み接合、または、摩擦撹拌接合により前記第一、第二の金属板を機械的に接合する工程と、
前記第一、第二の金属板に防食性皮膜を形成する第二の被覆工程と、を含む。

本発明に係る異種金属板の接合方法は、上述のような工程を採用したことにより、以下に記載されるような効果を有する。
第一の被覆工程により、標準電極電位が高い第一の金属板に絶縁性皮膜が形成されているので、後に接合部に隣接した合せ面に雨水等が浸入した場合でも、第一の金属板と直接接触することがなく、合せ面における電食の発生を防止できる。
仮に、機械的な接合工程で、接合部における絶縁性皮膜の一部が損傷したとしても、合せ面内における第一の金属板の露出範囲は小さいのに対し、第二の金属板は被覆されていない。したがって、合せ面に雨水が浸入した場合でも、雨水と接する第二の金属板の面積が、第一の金属板の露出範囲に比べてはるかに大きく、電食の進行が抑制される。

本発明において、前記第一の被覆工程は、前記第一の金属板の前記第二の金属板との合せ面にのみ前記絶縁性皮膜を形成することを含む態様では、さらに以下のような効果を有する。
第二の被覆工程の際には、第一、第二の金属板の接合体の実質的に全ての外周面に皮膜が存在しないので、良好な塗装の皮膜を形成することができる。
均一な防食性皮膜が形成されるので、部位による耐食性のバラツキがない。
接合により第一の皮膜に割れや剥離が生じても、それらが外周面に表れることがないため、第二の皮膜が、割れや剥離が生じた第一の皮膜上に形成されることがなく、それにより、高い耐食性が得られる。

本発明において、前記第一の被覆工程における前記絶縁性皮膜は、塗装、絶縁層の転写、または、絶縁性のフィルムの貼付によって形成されることが好適である。また、本発明において、前記第二の被覆工程における前記防食性皮膜は塗装により形成されることが好適である。

本発明は、前記第一の金属板の材質は鉄鋼材料であり、前記第二の金属板の材質は非鉄軽金属である場合に特に好適に実施できる。本発明に係る接合方法による接合部を含む自動車用部品に特に好適に実施可能である。

本発明に係る異種金属板の接合方法（かしめ接合）を示す模式的断面図である。絶縁性皮膜の塗布範囲を示す模式的断面図である。接合部の近傍に絶縁性皮膜の損傷を生じた場合を示す模式的断面図である。本発明に係る異種金属板の接合方法（打ち込み式リベット接合）を示す模式的断面図である。本発明に係る異種金属板の接合方法（摩擦攪拌接合）を示す模式的断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。なお、以下の説明において、金属板（上板、下板）という用語は、金属平板の他に、立体的に成形された金属部品の平坦部やフランジ部、延出片など、部分的な板状部を包含する。

図１は、本発明に係る異種金属板の接合方法をかしめ接合として実施した第１実施形態を示しており、（ａ）は接合前、（ｂ）は接合後を示している。これらの図において、上板１２は、相対的に標準電極電位が低い第二の金属板としてアルミニウム板（厚さ０．８ｍｍ）が選択され、下板１１は、相対的に標準電極電位が高い第一の金属板として鋼板（厚さ１．０ｍｍ）が選択されており、下板１１の上面（合せ面）には事前に絶縁性皮膜１３が形成されている。

絶縁性皮膜１３は、例えば、合成樹脂塗料やラッカーなどの塗料の塗布により形成された絶縁性の塗膜が好適であるが、絶縁性のフィルムの貼付や、絶縁層をプリント（転写）することによって絶縁性皮膜が形成されても良い。

上板１２と下板１１とのかしめ接合に際しては、図１（ａ）に示すように、下板１１の絶縁性皮膜１３が塗布された上面の上に上板１２を重ねた状態で、接合装置２のパンチ３とダイ４の間に挿入し、この状態から、図１（ｂ）に示すように、パンチ３をダイ４のキャビティ４０内に押し込み、上板１２と下板１１を塑性変形させることでかしめ接合１４する。実施例では直径８ｍｍのかしめ接合を実施した。その後、かしめ接合された接合体１０には全面塗装（防食性皮膜）が施される。

全面塗装が施された接合体１０は、後に自動車部品などとして使用される際に、合せ面に作用する応力などで全面塗装に亀裂を生じ、合せ面に雨水等が浸入する虞がある。しかし、上述した通り、下板１１（鋼板）が絶縁性皮膜１３で被覆されているため、合せ面に雨水等が浸入した場合にも、絶縁性皮膜１３により鋼板と水の接触が防止され、異種金属接触腐食の進行が抑制される。

絶縁性皮膜１３は下板１１の上面全体に形成することもできるが、図２に示されるように、合せ面１５を含む領域１３ａに形成することもできる。図示例のように合せ面１５に対して領域１３ａがやや広く設定されているのは、上板１２と下板１１が近接した領域では表面張力によって雨水が付着する可能性があるからであるが、上板１２が合せ面１５で終端しているか、下板１１から急角度で立ち上がるような場合には、絶縁性皮膜１３を合せ面１５の領域に限定して形成することもできる。

また、図３に示されるように、かしめ接合１４を実施した際に、下板１１の絶縁性皮膜１３の一部１３ｂが損傷していれば、この部分では鋼板（下板１１）が合せ面内で露出し、異種金属接触接合となる。その場合、後に接合体１０が自動車部品などとして使用される際に、合せ面に作用する応力などで隙間を生じ、合せ面に雨水Ｗが浸入すれば、露出部分１３ｂでは鋼板（下板１１）が雨水Ｗと接することになる。しかし、被覆を施されていないアルミニウム板（上板１２）が雨水Ｗと接する面積Ｗ２は、鋼板（下板１１）が雨水Ｗと接する面積Ｗ１に比べてはるかに大きいため、異種金属接触腐食する範囲が分散されて緩和され、局所的な腐食による悪影響を抑えることができる。

次に、図４は、本発明に係る異種金属板の接合方法を打ち込み式リベット接合として実施した第２実施形態を示している。この図において、上面に絶縁性皮膜２３を形成した下板２１（鋼板、厚さ１．０ｍｍ）の上に上板２２（アルミニウム板、厚さ０．８ｍｍ）を重ねた状態でリベット２４（直径８ｍｍ）を打ち込み、上板２２と下板２１を塑性変形させて機械的に点接合している。この場合もリベット２４の周囲で絶縁性皮膜２３が損傷する虞があるが、上述したように、異種金属接触腐食する範囲が分散され局所的な腐食による悪影響を抑えることができる。なお、下板２１が亜鉛めっき鋼板のように表面に耐食性皮膜が形成されている場合でも、リベット２４を打ち込んだ部分の裏面側では、塑性変形により皮膜が損傷しているので、第１実施形態の場合と同様に全面塗装を施す必要がある。

次に、図５は、本発明に係る異種金属板の接合方法を摩擦攪拌スポット接合として実施した第３実施形態を示しており、上面に絶縁性皮膜３３を形成した下板３１（鋼板、厚さ１．０ｍｍ）の上に上板３２（アルミニウム板、厚さ０．８ｍｍ）を重ねた状態で、高速回転するツール５（ショルダー直径１５ｍｍ、ピン直径６ｍｍ）を圧接し、摩擦熱により上板３２と下板３１を部分的に溶融させナゲット３５を形成することで点接合している。この場合もナゲット３５の周囲では熱影響で絶縁性皮膜３３が損傷する虞があるが、異種金属接触腐食する範囲が分散され局所的な腐食による悪影響を抑えることができる。

以上、本発明の実施の形態について述べたが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではなく、本発明の技術的思想に基づいてさらに各種の変形および変更が可能である。

例えば、上記各実施形態では、第一の金属板（下板）として鋼板、第二の金属板（上板）としてアルミニウム板が選択される場合を示したが、アルミニウムの代わりにジュラルミンなどのアルミニウム合金、マグネシウムやマグネシウム合金など、各種非鉄軽金属を選択可能であり、標準電極電位（イオン化傾向）に差がある各種金属板の接合、特に、鉄鋼材料から非鉄軽金属への材料置換による部品の軽量化に好適である。

２接合装置
３パンチ
４ダイ
５ツール
１０，２０，３０接合体
１１，２１，３１下板（第一の金属板）
１２，２２，３２上板（第二の金属板）
１３，２３，３３絶縁性皮膜
１４かしめ接合
１５合せ面
２４打ち込みリベット
３５ナゲット

Claims

異種金属板の接合方法であって、
前記異種金属板のうち相対的に標準電極電位が高い第一の金属板に絶縁性皮膜を形成する第一の被覆工程と、
前記第一の金属板の前記絶縁性皮膜が形成された面に、前記異種金属板のうち相対的に標準電極電位が低い第二の金属板を重ね合わせ、かしめ接合、リベット打ち込み接合、または、摩擦撹拌接合により前記第一、第二の金属板を機械的に接合する工程と、
前記第一、第二の金属板に防食性皮膜を形成する第二の被覆工程と、
を含む、異種金属板の接合方法。
前記第一の被覆工程は、前記第一の金属板の前記第二の金属板との合せ面に限定して前記絶縁性皮膜を形成することを含む、請求項１に記載の異種金属板の接合方法。
前記第一の被覆工程における前記絶縁性皮膜は、塗装、絶縁層の転写、または、絶縁性のフィルムの貼付によって形成される、請求項１または２の何れか一項に記載の異種金属板の接合方法。
前記第二の被覆工程における前記防食性皮膜は塗装により形成される、請求項１〜３の何れか一項に記載の異種金属板の接合方法。
前記第一の金属板の材質は鉄鋼材料であり、前記第二の金属板の材質は非鉄軽金属である、請求項１〜４の何れか一項に記載の異種金属板の接合方法。
請求項１〜５の何れか一項に記載の接合方法による接合部を含む自動車用部品。