JP2015196326A - 接合パネルの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】アウターパネルとインナーパネルとを外縁部で接着剤を介して接着した状態で、アウターパネルの表面に塗装・焼付を行った場合であっても、常温状態でアウターパネルの変形を抑制することができる接合パネルの製造方法を提供する。【解決手段】アウターパネル２０の外縁部２１に接着剤４０を塗布し、アウターパネル２０とインナーパネル３０とを接合する接合工程と、アウターパネル２０とインナーパネル３０とを接合した接合パネル１のアウターパネル２０の表面２２に電着塗装を行う塗装工程と、電着塗装によりアウターパネル２２の表面に形成された塗膜５０をアウターパネル２０に焼き付ける焼付工程と、を含み、接着剤４０に、常温硬化型の接着剤であって焼付工程において流動しない接着剤を用いる。【選択図】図１

Description

本発明は、金属材料からなるアウターパネルと、金属材料と線膨張係数が異なる材料からなるインナーパネルを接合した接合パネルの製造方法に関する。

近年から、自動車用のフードなどのパネルは、金属材料からなるアウターパネルと、金属材料とは異なる材料からなるインナーパネルとを接合した接合パネルとして製造される。アウターパネルを構成する金属材料には、アルミニウム合金、ハイテンなどの鋼板が用いられ、インナーパネルを構成する材料には、アウターパネルとは異なる金属材料や、繊維強化プラスチックが用いられている。

アウターパネルとインナーパネルとは、異種材料からなるため線膨張係数が異なり、その線膨張係数により、接着面に発生するせん断応力（熱応力）で接着剥がれが生じるおそれがあった。そこで、たとえば特許文献１には、アウターパネルとインナーパネルとを接着固定し、アウターパネルの外縁部からインナーパネルのアウターパネルの外縁部側の少なくとも一部を覆うようにインナーパネルとアウターパネルの双方にブラケットを接着固定した接合パネルの製造方法が提案されている。

アウターパネルとインナーパネルとの線膨張係数の差に起因して接着面に発生するせん断応力（熱応力）で接着剥がれが生じたとしても、ブラケットによりアウターパネルがインナーパネルから脱落することを防止できる。

特開２００７−１１８８５２号公報

しかしながら、上述したアウターパネルとインナーパネルとを接着する接着剤は、アウターパネルとインナーパネルとを組み立てる際に塗布され、その後、電着塗装により被覆された塗膜をアウターパネルに焼き付ける際に硬化させているのが一般的である。このため塗膜を焼き付ける際には、アウターパネルは焼付けによる熱により弾性変形の範囲で伸び、この伸びた状態でアウターパネルの外縁部が、硬化した接着剤を介してインナーパネルに拘束される。

この結果、塗膜の焼き付け後の冷却（放冷）により収縮変形（復元）しようとしたアウターパネルは、その外縁部で硬化した接着剤によりインナーパネルに拘束されているため、焼き付け時のアウターパネルの変形は保持されてしまう。これによりアウターパネルの美観が損なわれることがあった。

本発明は、このような点を鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、アウターパネルとインナーパネルとを外縁部で接着剤を介して接着した状態で、アウターパネルの表面に塗装・焼付を行った場合であっても、常温状態でアウターパネルの変形を抑制することができる接合パネルの製造方法を提供することにある。

前記課題を鑑みて、本発明に係る接合パネルの製造方法は、金属材料からなるアウターパネルと、前記金属材料と線膨張係数が異なる材料からなるインナーパネルとのいずれか一方の外縁部に接着剤を塗布し、該接着剤を硬化させることにより前記アウターパネルと前記インナーパネルとを接合する接合工程と、前記アウターパネルと前記インナーパネルとを接合した接合パネルのアウターパネルの表面に電着塗装を行う塗装工程と、該電着塗装によりアウターパネルの表面に形成された塗膜を前記アウターパネルに焼き付ける焼付工程と、を含み、前記接着剤に常温硬化型の接着剤であり、前記焼付工程において流動しない接着剤を用いることを特徴とする。

本発明によれば、接合工程において、アウターパネルとインナーパネルとを接合する際に、常温硬化型の接着剤を用いるので、アウターパネルとインナーパネルとに熱を作用させることなく、接着剤を硬化させてこれらを接合し接合パネルとすることができる。

得られた接合パネルは塗装工程において電着塗装され、さらに焼付工程において塗膜をアウターパネルに焼き付ける際、一時的にアウターパネルとインナーパネルとの熱膨張差によりアウターパネルに熱応力が作用する。

しかしながら、この焼付工程では接着剤は流動せずに、硬化した状態が維持されているので、焼付工程後にアウターパネルが常温まで冷却されて収縮したとしても、アウターパネルに作用していた熱応力が除荷される。これにより、アウターパネルは、元の形状に戻り、その塗装表面の美観が損なわれることがない。

このように、焼付工程後の接合パネルにおいて、アウターパネルとインナーパネルとの接着面には、常温において熱応力に起因したせん断応力がほとんど作用しないため、接着剤によるアウターパネルおよびインナーパネルの信頼性を確保することができる。

特に、アウターパネルとインナーパネルとの内部をシールするように接着剤が設けられている場合、そのシール性を確保することができる。これにより、金属材料からなるアウターパネルの腐食を抑制することができる。

なお「常温硬化型接着剤」とは、自然乾燥のみで加熱することなく硬化して、２つの部材を接着することができる接着剤のことをいい、２液常温硬化型の接着剤が一般的に知られている。

より好ましい態様としては、前記アウターパネルを構成する金属材料は、アルミニウム合金であり、インナーパネルを構成する材料は、繊維強化プラスチックである。繊維強化プラスチックの線膨張係数に比べてアルミニウム合金の線膨張係数は極めて大きい。このため、アウターパネルにアルミニウム合金を用い、インナーパネルに繊維強化プラスチックを用いた場合、焼付工程時には、他の材料を組み合わせた場合よりもこれらの熱膨張差が大きいが、上述した如く接着剤は硬化した状態を保持しているので、焼付工程後のアウターパネルの変形を抑制することができる。これにより、アルミニウム合金を用いたアウターパネルの本来有する塗装光沢による意匠性を十分に発揮することができる。

より好ましい態様としては、前記接合工程において、アウターパネルの外縁部に前記接着剤を塗布し、アウターパネルの外縁部をインナーパネルの外縁部に向かって折り込んでヘミング加工を行う。

この態様によれば、ヘミング加工を行ったアウターパネルの外縁部とインナーパネルの外縁部の間に接着剤が配置されるので、接着剤のはみ出しを抑えることができる。さらに、焼付工程時に、剥がれたとしても、インナーパネルの外縁部は、アウターパネルの折り込み部分内（外縁部内）に収容されているので、アウターパネルからインナーパネルが脱落することはない。

本発明によれば、アウターパネルとインナーパネルとを外縁部で接着剤を介して接着した状態で、アウターパネルの表面に塗装・焼付を行った場合であっても、常温状態でアウターパネルの変形を抑制することができる。

本発明の実施形態に係る接合パネルを製造する各工程を示した図。 アウターパネルとインナーパネルを示した模式的斜視図。 アウターパネルとインナーパネルとを接合した接合パネルの模式的斜視図。 アウターパネルとインナーパネルとの外縁部のヘミング構造を示した模式的断面図。 前記アウターパネルと前記インナーパネルとを接合した接合パネルのアウターパネルの表面に電着塗装の説明をするための模式的斜視図。

以下に本発明に係る実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の実施形態に係る接合パネルを製造する各工程を示した図であり、図２は、アウターパネルとインナーパネルを示した模式的斜視図である。図３は、アウターパネルとインナーパネルとを接合した接合パネルの模式的斜視図であり、図４は、アウターパネルとインナーパネルとの外縁部のヘミング構造を示した模式的断面図である。図５は、接合パネルのアウターパネルの表面に電着塗装の説明をするための模式的斜視図である。

まず、アウターパネル（アウターフード）２０とインナーパネル（インナーフード）３０とを準備する。アウターパネル２０は、金属材料からなるアルミニウム合金製のパネルであり、図２に示すよう形状にプレス成形されたパネルである。アウターパネル２０の表面は、インナーパネル３０と接合後、電着塗装が施される。本実施形態では、アウターパネル２０を構成する金属材料として、パネルの軽量化の観点からアルミニウム合金を用いたが、たとえば鋼鈑などであってもよい。

インナーパネル３０は、金属材料と線膨張係数が異なる材料からなり、たとえば、アウターパネル２０とは異なる金属材料、樹脂材料、繊維強化プラスチックなどを挙げることができる。これらの中でも、軽量かつ高強度を有する材料である繊維強化プラスチックが好ましい。

繊維強化プラスチックは、強化繊維により強化された樹脂のことをいい、強化繊維としては、例えば、ガラス繊維、炭素繊維、アラミド繊維、アルミナ繊維、ボロン繊維、スチール繊維、ＰＢＯ繊維、又は高強度ポリエチレン繊維などの繊維を挙げることができる。

樹脂としては、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂いずれの樹脂であってもよく、例えば、エポキシ系樹脂、フェノール系樹脂、メラミン系樹脂、尿素系樹脂、シリコーン系樹脂、マレイミド系樹脂、ビニルエステル系樹脂、不飽和ポリエステル系樹脂、不飽和ポリエチレン系樹脂、ポリウレタン系樹脂、シアネート系樹脂、又はポリイミド系樹脂等の樹脂などを挙げることができる。

本実施形態では、このような強化繊維を有した樹脂を、図２に示す形状に成形する。低コストの観点から、インナーパネル３０を、熱硬化性樹脂の炭素を強化繊維としたシート・モールディング・コンパウンド（Ｃ−ＳＭＣ）により成形される。

まず、図１のＳ１１において、図２に示すように、準備したアウターパネル２０の外縁部２１に接着剤を塗布し、アウターパネル２０とインナーパネル３０とを重ねあわせる。接着剤には、常温硬化型の接着剤であって、後述する塗膜を焼き付ける工程（焼付工程）において流動しない接着剤を用いる。

このような接着剤としては、２液エポキシ系接着剤を挙げることができ、ビスフェノールＡ型エポキシ樹脂、ビスフェノールＦ型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂等を主剤とし、アミン系、ポリアミン系、メルカプタン系の硬化剤を適用した２液エポキシ樹脂が好ましい。２液エポキシ樹脂は無溶剤系でも有機溶剤系でもよく、水系であってもよい。

次に、図１のＳ１２おいて、図３に示すように、アウターパネル２０の外縁部２１をインナーパネル３０の外縁部３１に対してヘミング加工を行う。具体的には、アウターパネル２０の外縁部２１をインナーパネル３０の外縁部３１に向かって折り込む。これにより、図４に示すように、アウターパネル２０の外縁部２１がインナーパネル３０の外縁部３１を囲うように配置され、アウターパネル２０の外縁部２１とインナーパネル３０の外縁部３１との間に、接着剤４０が配置される。

次に、図１のＳ１３において、接着剤４０を乾燥させる。本実施形態では、接着剤４０に常温硬化型の接着剤を用いたので、アウターパネル２０およびインナーパネル３０を加熱することなく、接着剤を硬化させ、アウターパネル２０とインナーパネル３０とを接合することができる（接合工程）。このようにして、接合パネル１を得ることができる。

次に、図１のＳ１４において、アウターパネル２０とインナーパネル３０とを接合した接合パネル１のアウターパネル２０の表面２２に電着塗装を行う。これにより、アウターパネル２０の表面に塗膜５０が形成される。

電着塗装工程において、アウターパネル２０の表面に形成された樹脂製の塗膜５０は、硬化していないため、図１のＳ１５において、電着塗装によりアウターパネル２０の表面２２に形成された塗膜５０をアウターパネル２０に焼き付ける（焼付工程）。具体的には、接合パネル１を一定時間、一定温度で加熱し、塗膜５０を硬化させ、アウターパネル２０の表面に塗膜５０を密着させる。本実施形態では、接着剤４０に、焼付工程において流動しない接着剤を用いたので、焼付工程時に、接着剤４０を硬化した状態に維持することができる。

このようにして、本実施形態によれば、接合工程において、アウターパネル２０とインナーパネル３０とを接合する際に、常温硬化型の接着剤４０を用いるので、アウターパネル２０とインナーパネル３０とに熱を作用させることなく、接着剤４０を硬化させてこれらを接合し、接合パネル(フード）１とすることができる。

得られた接合パネル１は塗装工程において電着塗装され、さらに焼付工程においてアウターパネル２０の表面２２に塗膜５０を焼き付ける際に、一時的にアウターパネル２０とインナーパネル３０との熱膨張差によりアウターパネル２０に熱応力が作用する。

しかしながら、この焼付工程では接着剤４０は流動せずに、塗布された位置に留まり、被着体と接着した状態が維持されているので、焼付工程後にアウターパネル２０が常温まで冷却されて収縮したとしても、アウターパネル２０に作用していた熱応力が除荷される。これにより、アウターパネル２０は元の形状に戻り、その塗装表面の美観が損なわれることがない。

また、焼付工程後、常温ではアウターパネル２０とインナーパネル３０とを接着する接着剤４０には、熱応力が起因したせん断応力がほとんど作用しないため、接着剤４０によるアウターパネル２０およびインナーパネル３０の接着の信頼性を確保することができる。

さらに、本実施形態では、アウターパネル２０にアルミニウム合金を用い、インナーパネル３０に繊維強化プラスチック（特に炭素繊維強化プラスチック）を用いた場合、焼付工程時には、他の材料を組み合わせた場合よりもこれらの熱膨張差が大きいが、上述した如く接着剤は接合時に硬化した状態が維持されているので、焼付工程後のアウターパネル２０の変形を抑制することができる。これにより、アルミニウム合金を用いたアウターパネル２０の本来の有する塗装光沢による意匠性を十分に発揮することができる。

またアウターパネル２０にヘミング加工を行ったことにより、焼付工程時に、せん断力により接着剥がれたとしても、インナーパネル３０の外縁部は、アウターパネルの折り込み部分内（外縁部内）に収容されているので、アウターパネルからインナーパネルが脱落することはない。

以下の本発明の実施例を説明する。
（実施例１）
図２に示す形状のアルミニウム合金（ＪＩＳ規格：６０００系アルミニウム合金）製のアウターパネル（アウターフード）と、炭素繊維強化プラスチック（Ｃ−ＳＭＣ）からなるインナーパネル（インナーフード）と、２液エポキシ系接着剤（ロード・ファー・イースト・インコーポレイテッド社製：Ｆｕｓｏｒ ３２０／３１０Ｂ Ｂｌａｃｋ、主剤と硬化剤とを１：１で配合）からなる接着剤を準備した。

次に、アウターパネルの外縁部に２液エポキシ系接着剤を塗布し、ヘミング加工により、図４に示すように、アウターパネルの外縁部をインナーパネルの外縁部に向かって折り曲げた。その後、３０℃（室温）、７０分の条件で２液エポキシ系接着剤を硬化させた。次に、アウターパネルの表面に電着塗装を行い、加熱温度１８０℃、加熱時間２０分の条件で、アウターパネルの表面に電着塗装された塗膜を焼き付けた。

焼付前後の接合パネルの全面を撮影し、焼付前の接合パネルを基準として、焼付け後の接合パネルのアウターパネルの変位量を測定した。この結果を表１に示す。表１に示す（Ａ）〜（Ｆ）は、図３に示す測定点における変位量を示している。

（実施例２）
実施例１と同じようにして、接合パネルを作製した。実施例１と相違する点は、接着剤に、２液エポキシ系接着剤（ロード・ファー・イースト・インコーポレイテッド社製：Ｆｕｓｏｒ ３２０／３２２、主剤と硬化剤とを１：１で配合）からなる接着剤を用いた点である。そして、実施例１と同じように、焼付前後の接合パネルの全面を撮影し、焼付前の接合パネルを基準として、焼付け後の接合パネルのアウターパネルの変位量を測定した。この結果を表１に示す。

（実施例３）
実施例１と同じようにして、接合パネルを作製した。実施例１と相違する点は、接着剤に、２液エポキシ系接着剤（ロード・ファー・イースト・インコーポレイテッド社製：Ｆｕｓｏｒ ３９０／３９１、主剤と硬化剤とを１：１で配合）からなる接着剤を用いた点である。実施例１と同じように、焼付前後の接合パネルの全面を撮影し、焼付前の接合パネルを基準として、焼付け後の接合パネルのアウターパネルの変位量を測定した。この結果を表１に示す。

（比較例）
実施例１と同じようにして、接合パネルを作製した。実施例１と相違する点は、接着剤に、１液エポキシ系接着剤からなる接着剤を用いた点であり、焼付時に、加熱温度１８０℃、加熱時間４０分の条件で、アウターパネルの表面に電着塗装された塗膜を焼き付けるとともに接着剤を硬化させた。実施例１と同じように、焼付前後の接合パネルの全面を撮影し、焼付前の接合パネルを基準として、焼付け後の接合パネルのアウターパネルの変位量を測定した。この結果を表１に示す。

＜結果１および考察１＞
実施例１〜３の接合パネルの場合、接合工程において乾燥により接着剤が予め硬化したことにより、焼付工程で膨張して弾性変形したアウターパネルが、冷却後、元の状態に復元したので、（Ｄ）点における面歪である変位量が、比較例に比べて小さくなったと考えられる。一方、比較例の接合パネルの場合、焼付工程でアウターパネルが膨張して弾性変形した時点で、接着剤が硬化したため、その変形が維持されてしまい、（Ｄ）点における面歪である変位量が、実施例１〜３に比べて大きくなったと考えられる。

（参考例１〜３）
アウターパネルに相当するアルミニウム合金板（ＪＩＳ規格：６０００系アルミニウム合金）２５ｍｍ×７０ｍｍ×０．９ｍｍと、インナーパネルに相当する炭素繊維強化プラスチック板（Ｃ−ＳＭＣ）２５ｍｍ×７０ｍｍ×２．０ｍｍとを準備した。実施例１〜３に係る接着剤を参考例１〜３の接着剤として準備した。

準備したアルミニウム合金板をイソプロピルアルコール（ＩＰＡ）で脱脂し、炭素繊維強化プラスチック板をドライワイプで脱脂し、これらを、防錆油（杉村化学工業製、プレトン３０３ＰＸ２）にディッピングし、２４時間以上放置した。

ディッピング後のアルミニウム合金板と炭素繊維強化プラスチック板に対して、各接着剤を接着厚み０．２５ｍｍ、接着面積２５ｍｍ×１２．５ｍｍで塗布し、硬化条件３０℃（室温）、７０分で接着剤を硬化させ、さらに焼付工程に相当する加熱温度１８０℃、加熱時間２０分の熱処理を行った。

参考例１〜３の接着剤を介してアルミニウム合金板と炭素繊維強化プラスチック板とが接合された接合パネルを、以下に示す各試験に対してそれぞれ３水準測定すべく試験片を準備した。

具体的には、引張速度５ｍｍ／分、チャック間距離９０ｍｍ、試験温度２５℃の条件で、せん断試験（ＪＩＳ Ｋ ６８５０）を行い、アルミニウム合金板と炭素繊維強化プラスチック板との間のせん断強度を測定した。この結果を表２に示す。表２は、参考例１〜３それぞれに対して３回測定したせん断強度の平均値である。

さらに、引張速度５ｍｍ／分、試験温度２５℃でクロスピール試験を行い、アルミニウム合金板と炭素繊維強化プラスチック板と破壊強度を測定した。この結果を表２に示す。表２は、参考例１〜３それぞれに対して３回測定した破壊強度の平均値である。

さらに、各試験において、その時のアルミニウム合金板側の破壊モードも観察した。この結果を表２示す。なお、表２に示すＡＦは界面破壊、ＣＦは接着凝集破壊、ＴＣＦは薄層接着剤凝集破壊であり、そのあとに示した数値は、面積率である。

＜結果２および考察２＞
参考例１〜３の結果から、参考例１、２の接着剤を用いた場合、接着凝集破壊（ＣＦ）の破壊の割合が大きく、アルミニウム合金板と炭素繊維強化プラスチック板とは特に良好な接着状態にあったと考えられる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。

２０：アウターパネル、２１：外縁部、２２：表面、３０：インナーパネル、３１：外縁部、４０：接着剤、５０：塗膜

Claims (3)

1. 金属材料からなるアウターパネルと、前記金属材料と線膨張係数が異なる材料からなるインナーパネルとのいずれか一方の外縁部に接着剤を塗布し、該接着剤を硬化させることにより前記アウターパネルと前記インナーパネルとを接合する接合工程と、
   前記アウターパネルと前記インナーパネルとを接合した接合パネルのアウターパネルの表面に電着塗装を行う塗装工程と、
   該電着塗装によりアウターパネルの表面に形成された塗膜を前記アウターパネルに焼き付ける焼付工程と、を含み、
   前記接着剤に、常温硬化型の接着剤であって前記焼付工程において流動しない接着剤を用いることを特徴とする接合パネルの製造方法。
2. 前記アウターパネルを構成する金属材料はアルミニウム合金であり、インナーパネルを構成する材料は繊維強化プラスチックであることを特徴とする請求項１に記載の接合パネルの製造方法。
3. 前記接合工程において、アウターパネルの外縁部に前記接着剤を塗布し、アウターパネルの外縁部をインナーパネルの外縁部に向かって折り込んでヘミング加工を行うことを特徴とする請求項１または２に記載の接合パネルの製造方法。

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