JP2015205320A - 金属板の修理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】金属板の凹部に引き出し治具を容易に取り付けることができる金属板の修理方法を提供する。【解決手段】車体パネル（金属板の一例）の修理方法は次の工程を備える。まず、Sn系金属粉末からなる第１成分と、Sn系金属粉末の溶融温度では溶融しない有機系または無機系の第２成分とからなる固定用ペースト２２を、車体パネル１１の凹部１３に塗布する。次に、固定用ペースト２２を塗布した部分に引き出し治具３１を当てて、Sn系金属粉末の溶融温度以上で熱処理することで、引き出し治具３１を固定する。【選択図】図１

Description

本発明は、金属板の凹部を修理する修理方法に関する。

自動車の車体パネル等の金属板に凹みが生じた際の修理方法として、例えば、特許文献１，２に記載のものがある。特許文献１には、金属板の凹み部に引き出し部材をはんだ付けや溶接により接合し、引き出し部材を外方向に引っ張ることで凹み部を引き出して修復する方法が開示されている。特許文献２には、車体パネルの凹んだ損傷領域に孔部を穿孔し、その孔部に引っかけた引き出し具を引っ張ることにより、凹んだ損傷領域を引き出す方法が開示されている。

特開２００６−１３０５５９号公報 特開２００９−９６３７３号公報

特許文献１のように、はんだにより引き出し部材を金属板に接合する場合、凹み部に引き出し部材を当接させ、はんだ付け具で当接部を加熱した状態ではんだを流し込み、引き出し部材を保持したまま冷却することによりはんだを固化させる。このため、加熱終了後も、しばらく引き出し部材を保持しておく必要がある。また、冷却時のはんだの収縮により、引き出し部材が傾き、位置ずれを起こしてしまうおそれがある。また、ドアのような車体の側面等に凹み部がある場合、加熱中にはんだが垂れて、引き出し部材の位置ずれや非修理部の損傷をもたらすことがある。

また、溶接により引き出し部材と金属板とを接合する場合、一般に危険な作業が伴う。また、特許文献２に記載の方法では、引き出し具を車体パネルに取り付けるために、車体パネルに孔部を開ける必要があって、車体パネルの裏面に影響を及ぼす。

本発明の目的は、金属板の凹部に引き出し治具を容易に取り付けることができる金属板の修理方法を提供することにある。

本発明の金属板の修理方法は次の工程を備える。Sn系金属粉末からなる第１成分と、Sn系金属粉末の溶融温度では溶融しない有機系または無機系の第２成分とからなる固定用ペーストを、金属板の凹部に塗布する。固定用ペーストを塗布した部分に引き出し治具を当てて、Sn系金属粉末の溶融温度以上で熱処理することで、引き出し治具を固定する。引き出し治具を引っ張ることにより金属板の凹部を引き出す。引き出し完了後に衝撃を与えることにより引き出し治具を取り外す。

上記構成では、固定用ペーストの第２成分によりSn系金属の流動性が抑制されるので、引き出し治具の取り付けが容易となる。車体の側面等に凹部がある場合でも、加熱中に固定用ペーストが垂れて、引き出し治具の位置ずれや非修理部の損傷をもたらすことがない。また、引き出し治具を取り付ける際、危険を伴う溶接を行う必要がなく、金属板に孔を開ける必要もない。

本発明の金属板の修理方法では、引き出し治具を取り外す工程で、引き出し治具と金属板との接合部を再加熱してもよい。この構成では、接合強度が弱まるので、引き出し治具の取り外しが容易となる。

本発明の金属板の修理方法では、第２成分はCu-Ni合金粉末またはCu-Mn合金粉末からなることが好ましい。

上記構成では、低温で短時間熱処理すれば固定用ペーストが固化するので、引き出し治具の金属板への取り付けが容易となる。また、加熱しながら引き出し治具を固定できるので、加熱終了後も引き出し治具を保持しておく必要がなく、また、引き出し治具と金属板との接合部が冷えたときに、引き出し治具が傾いて位置ずれを起こすこともない。

また、引き出し治具と金属板との接合部において、引張強度が強いので、金属板の凹部を引き出す際に金属板から引き出し治具が外れることがない。一方、接合部においてせん断強度が弱いので、引き出し治具に衝撃を与えることで、引き出し治具を簡単に取り外すことができる。

本発明の金属板の修理方法では、第２成分は、熱処理の温度で溶融しない樹脂粉末からなってもよい。この構成では、樹脂粉末によりSn系金属の流動性が抑制されるので、引き出し治具の取り付けが容易となる。

本発明の金属板の修理方法では、金属板は車体パネルでもよい。

本発明によれば、金属板の凹部に引き出し治具を容易に取り付けることができる。

第１の実施形態に係る車体パネルの修理方法を示す断面図である。 第１の実施形態に係る車体パネルの修理方法を示す断面図である。 第２の実施形態に係る車体パネルの修理方法の一部を示す断面図である。 図４（Ａ）は、引き出し治具３１と固定用ペースト２２との当接部の拡大断面図である。図４（Ｂ）は、車体パネル１１と引き出し治具３１との接合部の拡大断面図である。図４（Ｃ）は、接合部材２３を再加熱した後における車体パネル１１と引き出し治具３１との接合部の拡大断面図である。

《第１の実施形態》
本発明の第１の実施形態に係る車体パネルの修理方法について説明する。車体パネルの修理方法は本発明の「金属板の修理方法」の一例である。図１および図２は、車体パネルの凹部を修理する方法を示す断面図である。図１（Ａ）に示すように、表面に塗装膜１２が施された車体パネル１１に凹部１３が生じている。車体パネル１１は、例えば、高張力鋼、ステンレス鋼（SUS）等の鋼材やアルミニウム合金等からなる。車体パネル１１は本発明の「金属板」の一例である。

まず、図１（Ｂ）に示すように、車体パネル１１の凹部１３を研磨してその部分の塗装膜１２を剥がす。次に、図１（Ｃ）に示すように、車体パネル１１の塗装膜１２を剥がした面に、無機系のフラックス２１を塗布し、その面の酸化膜を除去する。フラックス２１として、鋼材等の表面の酸化膜を除去することに適した、Br系、Cl系等のハロゲン系の無機酸を用いる。そして、車体パネル１１のフラックス２１を塗布した面に固定用ペースト２２を塗布する。固定用ペースト２２は、図４（Ａ）に示すように、Sn系金属粉末２２ｍとCu-Ni合金粉末２２ｓを主成分とし、バインダ、フラックスおよび溶剤を混練してなる。例えば、固定用ペースト２２は、平均粒径５μｍ（本明細書において「平均粒径」はすべてレーザ回折法による平均粒径D50である。）のSn粉末；６３．７重量％、平均粒径１５μｍのCu-Ni合金粉末；２７．３重量％、ロジン；２．５重量部、活性剤（アジピン酸）；１．５重量％、有機溶剤（ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル）；５．０重量％を混合してなる。

なお、Sn系金属粉末として、Sn単金属粉末やSn系合金粉末（例えばSn-Ag-Cu合金粉末）を用いることができる。また、Cu-Ni合金粉末の代わりにCu-Mn合金粉末を用いてもよい。

Cu-Ni合金粉末は、Sn系金属粉末に対して５．０〜５５．０体積％であることが好ましい。Cu-Ni合金粉末がSn系金属粉末に対して５．０体積％未満の場合、溶融したSn系金属の流動を抑制しにくくなる。一方、Cu-Ni合金粉末がSn系金属粉末に対して５５．０体積％を超える場合、流動可能なSn系金属がなくなり、後述の接合部材２３と被接合材との接着が困難となることがある。

Cu-Ni合金粉末の平均粒径は０．５〜５０μｍであることが好ましい。Cu-Ni合金粉末の平均粒径が０．５μｍ未満の場合、Sn系金属粉末とCu-Ni合金粉末との反応が急激に起こる。このため、接合部材２３と被接合材との接着に寄与するSn系金属がなくなってしまうことがある。一方、Cu-Ni合金粉末の平均粒径が５０μｍを超える場合、Sn系金属粉末とCu-Ni合金粉末との反応が著しく遅くなる。このため、溶融したSn系金属の流動を抑制できないことがある。

次に、図１（Ｄ）に示すように、固定用ペースト２２を塗布した部分に棒状の引き出し治具３１を当てる。引き出し治具３１の素体として、どんな材料を用いてもよく、例えば黄銅等を用いることができる。但し、引き出し治具３１のうち固定用ペースト２２との接続部分には、Sn、Cu、Ni、AgのようなSnと接合可能な材料を用いることが好ましい。

次に、図１（Ｅ）に示すように、熱処理により車体パネル１１の凹部１３に引き出し治具３１を固定する。具体的には、はんだごて、ヒートガン（ホットエアガン）等により、固定用ペースト２２と引き出し治具３１とが当接した部分を加熱する。この際、Sn系金属粉末の融点（溶融温度）以上、Cu-Ni合金粉末の融点未満、例えば２５０〜３００℃で、数分間熱処理する。これにより、図４（Ａ）および図４（Ｂ）に示すように、Sn系金属粉末２２ｍが溶融するとともに、Sn系金属とCu-Ni合金とが反応し、Sn-Cu相、Sn-Ni相、Sn-Cu-Ni相等の反応相が形成される。その結果、固定用ペースト２２が金属化および固化して、車体パネル１１と引き出し治具３１とを接合する接合部材２３が形成される。接合部材２３は緻密かつ高強度に構成されており、接合部材２３の空孔率は０〜２０体積％である。

次に、図２（Ａ）に示すように、車体パネル１１の面に垂直な方向に引き出し治具３１を引っ張る。これにより、図２（Ｂ）に示すように、車体パネル１１の凹部１３が引き出され、車体パネル１１が平らになる。

次に、図２（Ｃ）に示すように、引き出し治具３１に、車体パネル１１に対して平行方向に衝撃を与える。すなわち、接合部材２３と車体パネル１１との接合面にせん断応力を加える。これにより、図２（Ｄ）に示すように、車体パネル１１から接合部材２３が剥がれ、車体パネル１１から引き出し治具３１を取り外すことができる。

最後に、図２（Ｅ）に示すように、塗装膜１２を剥がした部分を再度塗装する。以上により、車体パネル１１の凹部１３を修理することができる。

第１の実施形態では、２５０〜３００℃で数分間熱処理をすれば、固定用ペースト２２が固化する。すなわち、低温で短時間熱処理すれば接合部材２３が形成されるので、引き出し治具３１の車体パネル１１への取り付けが容易となる。なお、高張力鋼板の強度は４００℃以上で低下するので、車体パネル１１が高張力鋼板からなる場合、本発明は特に有用である。

また、上述のように、加熱により固定用ペースト２２が固化するので、加熱しながら引き出し治具３１を固定することができる。このため、引き出し治具３１の取り付けにSn系はんだを用いる場合と異なり、加熱終了後も引き出し治具３１を保持しておく必要がなく、また、接合部材２３が冷えたときに引き出し治具３１が傾いて位置ずれを起こすこともない。

また、上述のように、加熱により固定用ペースト２２が固化するので、加熱によるSn系金属の流動が抑制される。このため、ドアのような車体の側面に凹部１３がある場合でも、加熱中に固定用ペースト２２が垂れて、引き出し治具３１の位置ずれや非修理部の損傷をもたらすことがない。

また、被接合材である車体パネル１１（高張力鋼、ステンレス鋼、アルミニウム合金等）とSn系金属との金属間化合物はほとんど生じない。また、車体パネル１１に対する接合部材２３の濡れ性も小さいので、車体パネル１１側に接合部材２３の材料はほとんど残らない。

また、引き出し治具３１を取り付ける際、危険を伴う溶接を行う必要がなく、車体パネル１１に孔を開ける必要もない。

また、接合部材２３と引き出し治具３１との接合面において、その引張強度が強いので、車体パネル１１の凹部１３を引き出す際に車体パネル１１から引き出し治具３１が外れることがない。一方、上記接合面においてせん断強度が弱いので、引き出し治具３１に衝撃を与えることで、引き出し治具３１を簡単に取り外すことができる。なお、通常の金属材料では、せん断強度と引張強度の間には、理論的に次の関係式が成立するといわれている。せん断強度 τB ＝ 引張強度 σB /√3 ≒ 0.58 × σB。

《第２の実施形態》
第２の実施形態に係る車体パネルの修理方法について説明する。以下では、第１の実施形態に係る車体パネルの修理方法と異なる点について説明する。図３は、車体パネルの凹部を修理する方法の一部を示す断面図である。

図３（Ａ）に示すように、車体パネル１１のフラックス２１を塗布した面に、Sn系金属粉末と樹脂粉末とを主成分とし、バインダおよびフラックスと共に混練した固定用ペースト４２を塗布する。樹脂粉末は、Sn系金属粉末の融点および後述の熱処理の温度で溶融しない。樹脂粉末として、１００℃以上の耐熱性を有する樹脂、例えば、スーパーエンプラと呼ばれているポリエーテルエーテルケトン（PEEK）、ポリフェニレンサルファイド（PPS）、ポリアミドイミド（PAI）、ポリテトラフルオロエチレン（PTFE）、ポリフッ化ビニリデン（PVDF）、エンプラと呼ばれているポリカーボネート（PC）、ポリブチレンテレフタレート（PBT）などの熱可塑性樹脂が好ましい。これらの樹脂粉末は、Sn系金属粉末の融点以上の射出成型温度を有し、Sn系金属粉末が加熱溶融されても劣化しない。

樹脂粉末は、Sn系金属粉末に対して４．０〜２０．０体積％であることが好ましい。樹脂粉末がSn系金属粉末に対して４．０体積％未満の場合、Snの表面張力によりSnが一体化してしまい、樹脂が存在したとしても、Snの流動性を抑制することができない。一方、樹脂粉末がSn系金属粉末に対して２０．０体積％を超える場合、樹脂粉末がSn系金属粉末の一体化を阻害してしまい、後述の接合部材４３と被接合材との接着力が著しく低下してしまうことがある。

樹脂粉末の平均粒径は１〜１００μｍであることが好ましい。樹脂粉末の平均粒径が１μｍ未満の場合、樹脂粉末が、Sn系金属粉末の表面を覆ってしまい、Sn系金属粉末の一体化を阻害してしまう可能性がある。一方、樹脂粉末の平均粒径が１００μｍを超える場合、Sn系金属粉末が溶融した際に、Sn系金属と樹脂とが完全に分離してしまい、Sn系金属の流動性を全く抑制できなくなる可能性がある。

次に、図３（Ｂ）および図３（Ｃ）に示すように、はんだごて、ヒートガン（ホットエアガン）等により、固定用ペースト４２と引き出し治具３１とが当接した部分を加熱する。この際、Sn系金属粉末の融点以上、樹脂粉末の融点未満、例えば２５０〜３００℃で熱処理をする。そして、引き出し治具３１を保持しつつ、加熱した部分を冷やすことで、車体パネル１１と引き出し治具３１とを接合する接合部材４３が形成される。

第２の実施形態では、樹脂粉末によりSn系金属の流動性が抑制されるので、引き出し治具３１の取り付けが容易となる。

《第３の実施形態》
第３の実施形態に係る車体パネルの修理方法について説明する。第３の実施形態では、車体パネル１１から引き出し治具３１を取り外す際（図２（Ｃ）および図２（Ｄ）参照）、接合部材２３を３５０〜４００℃で数分間再加熱する。その他の構成は第１の実施形態と同様である。

図４（Ｂ）および図４（Ｃ）に示すように、接合部材２３を再加熱すると、Sn-Cu相、Sn-Ni相、Sn-Cu-Ni相等の反応相を含む接合部材２３から、金属間化合物２２ｃからなる金属部材５３が形成される。金属部材５３は、空孔率が１０〜６０体積％であり、接合強度の弱い構造となるため、第３の実施形態では、車体パネル１１からの引き出し治具３１の取り外しが容易となる。第３の実施形態において、第２成分にSn系金属と反応しやすいCu-Ni合金粉末またはCu-Mn合金粉末を用いた場合、急速に金属間化合物２２ｃを形成することができる。

《他の実施形態》
以上の各実施形態で示したように、本発明の固定用ペーストはバインダ、フラックスおよび溶剤を含むが、バインダとして、天然ロジン、水素化ロジン、不均化ロジン、重合ロジン、不飽和二塩基酸変性ロジンやアクリル酸変性ロジンなどのロジン誘導体等を用いることができ、フラックスとして、モノカルボン酸（例えば、ギ酸、酢酸、ラウリン酸、パルミチン酸、ステアリン酸、安息香酸など）、ジカルボン酸（例えば、シュウ酸、マロン酸、コハク酸、グルタル酸、アジピン酸、スベリン酸、アゼライン酸、セバシン酸、フタル酸など）、ブロモアルコール類（例えば、１−ブロモ−２−ブタノールなど）、有機アミンのハロゲン化水素酸塩類、ブロモアルカン類、ブロモアルケン類、ベンジルブロマイド類、ポリアミン類、塩素系活性剤等を用いることができる。溶剤としては、エーテル系アルコール類（例えば、ジエチレングリコールモノヘキシルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルなど）、非エーテル系アルコール類（例えば、ターピネオール、ベンジルアルコールなど）、エステル類（例えば、安息香酸ブチル、アジピン酸ジエチルなど）、炭化水素類（例えば、テトラデカン、ｎ−ヘキサンなど）、ピロリドン類（例えば、Ｎ−メチル−２−ピロリドンなど）などを用いることができる。

また、本発明の固定用ペーストは次の成分もしくは材料を含有してもよい。この場合でも、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。

固定用ペーストには、微量添加成分として、Ag、Au、Al、Bi、C、Co、Cu、Fe、Ga、Ge、In、Mn、Mo、Ni、P、Pb、Pd、Pt、Si、Sb、Zn等が含まれていても良い。これらの添加形態は、金属粉末に含有する不純物にとどまらず、添加剤として金属錯体、金属化合物などで用いても良い。

また、固定用ペーストに、必要に応じて、樹脂、チクソ材、熱硬化樹脂、酸化防止剤、難燃剤、分散剤、レベリング剤、消泡剤、艶消し剤、可塑剤などの有機系添加剤を配合しても良い。上記樹脂として、アクリル樹脂、セルロース系樹脂、ポリウレタン樹脂、ポリエステル樹脂、エポキシ樹脂、シリコーン樹脂等が挙げられる。上記チクソ材として、ひまし油、水添ひまし油、蜜ロウ、カルナバワックス、ステアリン酸アミド、１２−ヒドロキシステアリン酸エチレンビスアミド、脂肪酸アマイド等が挙げられる。上記熱硬化樹脂として、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、アミノ樹脂、シリコーン樹脂、ポリウレタン樹脂、不飽和ポリエステル樹脂等が挙げられる。上記酸化防止剤として、フェノール系酸化防止剤（例えば、ペンタエリスリチル−テトラキス［３−（３，５−ジ−ｔ−ブチル−４−ヒドロキシフェニル）プロピオネート］など）、リン系酸化防止剤、硫黄系酸化防止剤等が挙げられる。上記難燃剤として、ブロモ化合物、リン化合物、金属水酸化物（例えば、水酸化マグネシウム、水酸化アルミニウム）、赤リンおよびその修飾性生物等が挙げられる。上記分散剤として、リン酸系分散剤（例えば、リン酸エステル系分散剤など）、アミン系分散剤等が挙げられる。

１１…車体パネル（金属板）
１２…塗装膜
１３…凹部
２１…フラックス
２２，４２…固定用ペースト
２２ｍ…Sn系金属粉末、Sn系金属
２２ｓ…Cu-Ni合金粉末
２２ｃ…金属間化合物
２３，４３…接合部材
３１…引き出し治具
５３…金属部材

Claims (5)

1. Sn系金属粉末からなる第１成分と、前記Sn系金属粉末の溶融温度では溶融しない有機系または無機系の第２成分とからなる固定用ペーストを、金属板の凹部に塗布する工程と、
   前記固定用ペーストを塗布した部分に引き出し治具を当てて、前記Sn系金属粉末の溶融温度以上で熱処理することで、前記引き出し治具を固定する工程と、
   前記引き出し治具を引っ張ることにより前記金属板の凹部を引き出す工程と、
   引き出し完了後に衝撃を与えることにより前記引き出し治具を取り外す工程と、を備える、金属板の修理方法。
2. 前記引き出し治具を取り外す工程で、前記引き出し治具と前記金属板との接合部を再加熱する、請求項１に記載の金属板の修理方法。
3. 前記第２成分はCu-Ni合金粉末またはCu-Mn合金粉末からなる、請求項１または２に記載の金属板の修理方法。
4. 前記第２成分は、熱処理の温度で溶融しない樹脂粉末からなる、請求項１または２に記載の金属板の修理方法。
5. 前記金属板は車体パネルである、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の金属板の修理方法。

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