JP2016142296A - 板材同士の接合構造 - Google Patents

Abstract

【課題】第１板材の接合用の端部と第２板材の接合用の端部とを重ね合せて機械的に接合する構造において、双方の接合部の剥離を抑制し、接合強度を向上させる。【解決手段】第１板材１０の接合部１６の接合面Ｕ１は、傾斜面とされている。また、第２板材１２の接合部２２の接合面Ｕ２は、接合面Ｕ１と同一の傾斜角度とされた傾斜面とされている。第１板材１０の接合部１６と第２板材１２の接合部２２は、傾斜面１６Ａ、２２Ａ同士が重なるように重ね合わせれて、セルフピアスリベット３０によって接合されている。【選択図】図１

Description

本発明は、板材同士の接合構造に関する。

下記特許文献１には、セルフピアスリベットを用いた接合方法が開示されている。具体的には、鉄板とダイキャスト製のアルミニウム板とをセルフピアスリベットで接合している。セルフピアスリベットは鉄又は鋼材で構成されており、表面全体がアルミニウムでコーティングされている。

特開２００８−２６７５９４号公報

しかしながら、上記先行技術に記載された方法で、一方の板材と他方の板材とを一部重ねて、その重ねた部分をセルフピアスリベットで接合した場合、一方の板材と他方の板材の両端部に互いに離間する方向へ引張力を加えたときに、接合部分に反りが発生する。詳細に説明すると、一方の板材と他方の板材との接合部分（二枚の板材を重ね合わせた部分）では、一方の板材の図心を通る中心線に対して他方の板材の図心を通る中心線がオフセットしているため、双方の板材の端部を互いに離間する方向へ引っ張ると、接合部分にセルフピアスリベット回りの回転モーメントが発生する。特に、アルミニウムの弾性率は鉄の弾性率の１／３であることから、一般にアルミニウム板の板厚を鉄板の板厚よりも厚くすることが多いため、図心を通る中心線のオフセット量が増加する。上記理由から接合部分がセルフピアスリベット回りに回転し、接合部分に反りが発生すると、引張力が作用したときにセルフピアスリベットに剥離方向の分力が発生する。このため、接合強度が低下する可能性がある。

本発明は上記事実を考慮し、第１板材の接合用の端部と第２板材の接合用の端部とを重ね合せて機械的に接合する構造において、双方の接合部の剥離を抑制し、接合強度を向上させることができる板材同士の接合構造を得ることが目的である。

請求項１記載の本発明に係る板材同士の接合構造は、請求項１の発明は、接合部となる端部が本体部に対して同一平面方向へ延設された金属製の第１板材と、接合部となる端部が本体部に対して同一平面方向へ延設された金属製の第２板材と、前記第１板材の接合部と第２板材の接合部とを重ね合わせた状態で双方の接合部を板厚方向に機械的に接合する接合部材と、を有し、前記第１板材の本体部の図心を通る中心線は前記第２板材の本体部の図心を通る中心線に対して平行に位置され、かつ、前記第１板材の接合部及び前記第２板材の接合部は各々端末に向けて板厚が薄くなる薄肉部とされている。

請求項２記載の本発明に係る板材同士の接合構造は、請求項１に記載の発明において、前記第１板材の本体部の図心を通る中心線は、前記第２板材の本体部の板厚の範囲に位置されている。

請求項３記載の本発明に係る板材同士の接合構造は、請求項１又は請求項２に記載の発明において、前記第１板材の接合部は、接合面と当該接合面と反対側の非接合面とを有し、当該接合面のみが傾斜面とされている。

請求項４記載の本発明に係る板材同士の接合構造は、請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の発明において、前記第２板材の接合部は、接合面と当該接合面と反対側の非接合面とを有し、当該接合面のみが傾斜面とされている。

請求項５記載の本発明に係る板材同士の接合構造は、請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の発明において、前記第１板材及び前記第２板材の少なくとも一方は、アルミニウム合金製とされている。

請求項６記載の本発明に係る板材同士の接合構造は、請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の発明において、前記接合部材は、リベットである。

請求項１記載の本発明によれば、金属製の第１板材の接合部と金属製の第２板材の接合部とが重ね合された状態で、双方の接合部が接合部材によって板厚方向に機械的に接合される。接合された状態では、第１板材の本体部の図心を通る中心線が第２板材の本体部の図心を通る中心線に対して平行に配置される。なお、ここでいう「平行」とは完全な平行のみならず、略平行な場合を含むものとする。

ここで、本発明では、第１板材の接合部及び第２板材の接合部は各々端末に向けて板厚が薄くなる薄肉部とされている。このため、第１板材の本体部の図心を通る中心線の第２板材の本体部の図心を通る中心線に対するオフセット量が少なくなる。これにより、第１板材の接合部及び第２板材の接合部に作用する回転モーメントが小さくなり、第１板材の接合部及び第２板材の接合部の反りが低減される。その結果、第１板材及び第２板材の両端が互いに離間する方向へ引っ張られたときに、第１板材の接合部及び第２板材の接合部に作用する剥離方向の分力が小さくなる。すなわち、第１板材の接合部及び第２板材の接合部の剥離が抑制される。

請求項２記載の本発明によれば、第１板材の本体部の図心を通る中心線は、第２板材の本体部の板厚の範囲に位置されているため、第１板材の本体部の図心を通る中心線が第２板材の本体部の板厚の範囲外に位置される場合に比べ、第１板材の本体部の図心を通る中心線の第２板材の本体部の図心を通る中心線に対するオフセット量がより少なくなる。

請求項３記載の本発明によれば、第１板材の接合部の接合面のみが傾斜面とされているので、非接合面側から接合部材を挿入すれば、接合部材による接合作業を円滑に行うことができる。例えば、接合部材がリベットである場合、リベットの頭部が非接合面に対して平行に配置されるので、打鋲機を用いてリベットを適切に打鋲することができる。

請求項４記載の本発明によれば、第２板材の接合部の接合面のみが傾斜面とされているので、非接合面側から接合部材を挿入すれば、接合部材による接合作業を円滑に行うことができる。

請求項５記載の本発明の作用は以下の通りである。アルミニウムの弾性率は鉄の弾性率の約１／３であるため、仮にアルミニウム板と鉄板とを接合する場合、アルミニウム板の方を鉄板よりも厚板にすることが多い。このため、第１板材の本体部の図心を通る中心線と第２板材の本体部の図心を通る中心線とのオフセット量は増加する。従って、第１板材の接合部及び第２板材の接合部に反りが発生し易い。しかし、本発明によれば、上記の不利が効果的に解消される。

請求項６記載の本発明によれば、第１板材の接合部及び第２板材の接合部の合計の板厚が薄くなるので、リベット長を短くすることができる。また、第１板材の接合部及び第２板材の接合部の合計の板厚が薄くなるので、打鋲時の加圧力を減らすことができる。

請求項１記載の本発明に係る板材同士の接合構造は、第１板材の接合用の端部と第２板材の接合用の端部とを重ね合せて機械的に接合する構造において、双方の接合部の剥離を抑制し、接合強度を向上させることができるという優れた効果を有する。

請求項２記載の本発明に係る板材同士の接合構造は、第１板材の接合部及び第２板材の接合部の剥離をより一層抑制することができると共に、第１板材と第２板材の接合強度を向上させることができるという優れた効果を有する。

請求項３及び請求項４記載の本発明に係る板材同士の接合構造は、接合部材による接合作業の信頼性を確保することができるという優れた効果を有する。

請求項５記載の本発明に係る板材同士の接合構造は、第１板材及び第２板材の少なくとも一方がアルミニウム合金製である場合に、第１板材の接合部及び第２板材の接合部の剥離を効果的に抑制し、接合強度を効果的に向上させることができるという優れた効果を有する。

請求項６記載の本発明に係る板材同士の接合構造は、リベット長の短縮による軽量化及び打鋲機のフレームの小型化を図ることができるという優れた効果を有する。

本実施形態に係る板材同士の接合構造を示す板厚方向に切った縦断面図である。 （Ａ）は対比例に係る板材同士の接合構造を示す板厚方向に切った縦断面図であり、（Ｂ）は引張力を加えて接合部に反りが発生した状態を示す縦断面図である。

以下、図１及び図２を用いて、本発明の一実施形態に係る板材同士の接合構造について説明する。

まず、第１板材１０及び第２板材１２の概要を説明する。図１に示されるように、第１板材１０は、平板状の本体部１４と、この本体部１４から一体に形成されると共に本体部１４に対して同一平面方向へ延設された接合部１６と、を含んで構成されている。つまり、本体部１４に隣接して接合部１６が配置されている。また、第１板材１０の端部が接合部１６とされている。本体部１４の板厚は一定（板厚ｔ１）とされており、板厚を二等分する中心線が図心を通る中心線Ｐ１とされている。

第１板材１０は、アルミニウム合金製とされており、アルミダイキャスト又は押出し成形によって製作されている。但し、第１板材１０は、金属製であればよく、鋼板等であってもよい。

第１板材１０の接合部１６は、その板厚方向の一方の面（図１では下面）に接合面Ｕ１を有し、板厚方向の他方の面に非接合面Ｓ１を有している。接合面Ｕ１は、所定角度傾斜した傾斜面１６Ａとされている。傾斜面１６Ａは、本体部１４の板厚方向の一方の面（図１では下面）である一般面Ｗ１と連続して形成されている。この傾斜面１６Ａが形成されたことにより、接合部１６は、その端末に向けて板厚が徐々に薄くなる薄肉部とされている。また、第１板材１０を板厚側から見ると、接合部１６は、台形状に形成されている。上記傾斜面１６Ａが、第２板材１２の接合部２２との接合面とされている。

一方、第２板材１２は、平板状の本体部２０と、この本体部２０から一体に形成されると共に本体部２０に対して同一平面方向へ延設された接合部２２と、を含んで構成されている。つまり、本体部２０に隣接して接合部２２が配置されている。また、第１板材１０の端部が接合部２２とされている。本体部２０の板厚は一定（板厚ｔ２）とされており、板厚を二等分する中心線Ｐ２が図心を通る中心線Ｐ２とされている。本体部２０の図心を通る中心線Ｐ２は、第１板材１０の本体部１４の図心を通る中心線Ｐ１に対して平行に位置されている。

第２板材１２は、アルミニウム合金製とされており、アルミダイキャスト又は押出し成形によって製作されている。但し、第２板材１２は、金属製であればよく、鋼板等であってもよい。

第２板材１２の接合部２２は、その板厚方向の一方の面（図１では上面）に接合面Ｕ２を有し、板厚方向の他方の面に非接合面Ｓ２を有している。接合面Ｕ２は、第１板材１０の接合部１６の傾斜面１６Ａの傾斜角度と同一の傾斜角度に設定された傾斜面２２Ａとされている。傾斜面２２Ａは、本体部２０の板厚方向の一方の面（図１では上面）である一般面Ｗ２と連続して形成されている。この傾斜面２２Ａが形成されたことにより、接合部２２は、その端末に向けて板厚が徐々に薄くなる薄肉部とされている。さらに、第２板材１２の接合部２２の非接合面Ｓ２側には、第１板材１０の接合部１６に対して離間する方向へ膨出された膨出部２４が形成されている。但し、この膨出部２４は必須ではない。また、第２板材１２を板厚側から見ると、接合部２２は、略台形状に形成されている。上記傾斜面２２Ａが、第１板材１０の接合部１６との接合面とされている。

上述した第２板材１２の接合部２２の傾斜面２２Ａ上に第１板材１０の接合部１６の傾斜面１６Ａが重ね合わされて、接合部材としてのセルフピアスリベット３０によって機械的に接合されている。セルフピアスリベット３０は、円板状の頭部３０Ａと、頭部３０Ａから円筒状に延出された脚部３０Ａと、によって構成されている。セルフピアスリベット３０は、第１板材１０の接合部１６側から双方の接合部１６、２２の板厚方向へ打鋲されている。

また、第１板材１０の接合部１６と第２板材１２の接合部２２とが接合された状態では、第１板材１０の本体部１４の図心を通る中心線Ｐ１は、第２板材１２の本体部１４の板厚ｔ２の範囲に位置されている。

次に、本実施形態に係る車両後部構造の作用並びに効果について説明する。

図２（Ａ）には、比較例としての板材同士の接合構造が図示されている。この比較例では、第１板材４０は、板厚が同一に設定された本体部４２及び接合部４４を備えている。接合部４４の接合面Ｕ３には、本実施形態における傾斜面１６Ａが形成されていない。一方、第２板材４６も、本体部４８及び接合部５０を備えている。接合部５０には膨出部５２が形成されているが、板厚は略一定とされている。第２板材４６の接合部５０の接合面Ｕ４にも、本実施形態における傾斜面２２Ａは形成されていない。そして、第１接合部４４と第２接合部５０とはセルフピアスリベット３０によって接合されている。

上記板材同士の接合構造において、第１板材４０及び第２板材４６の両端に引張力Ｑを加えると、第１板材４０の図心を通る中心線Ｐ３と第２板材４６の図心を通る中心線Ｐ４とのオフセット量δ２が大きくなるため、図２（Ｂ）に示されるように、セルフピアスリベット３０回りに回転モーメントＭが生じる。このため、接合部４４、５０に反りが発生し、接合部４４、５０の剥離方向への分力Ｒが作用する。

これに対し、本実施形態では、アルミニウム合金製の第１板材１０の接合部１６とアルミニウム合金製の第２板材１２の接合部２２とが重ね合された状態で、双方の接合部１６、２２がセルフピアスリベット３０によって板厚方向に機械的に接合される。接合された状態では、第１板材１０の本体部１４の図心を通る中心線Ｐ１が第２板材１２の本体部２０の図心を通る中心線Ｐ２に対して平行に配置される。

ここで、本実施形態では、第１板材１０の接合部１６及び第２板材１２の接合部２２は各々端末に向けて板厚が薄くなる薄肉部とされている。このため、第１板材１０の本体部１４の図心を通る中心線Ｐ１の第２板材１２の本体部２０の図心を通る中心線Ｐ２に対するオフセット量δ（図１参照）が少なくなる。これにより、第１板材１０の接合部１６及び第２板材１２の接合部２２に作用する回転モーメントＭが小さくなり、第１板材１０の接合部１６及び第２板材１２の接合部２２の反りが低減される。その結果、第１板材１０及び第２板材１２の両端に互いに離間する方向への引張力Ｑを加えたときに、第１板材１０の接合部１６及び第２板材１２の接合部２２に作用する剥離方向の分力が小さくなる。すなわち、第１板材１０の接合部１６及び第２板材１２の接合部２２の剥離が抑制される。

また、第１板材１０の本体部１４の図心を通る中心線Ｐ１の第２板材１２の本体部２０の図心を通る中心線Ｐ２に対するオフセット量δ｛＝（ｔ１＋ｔ２）／２｝が少なくなることにより、セルフピアスリベット３０の挿入方向側に位置する第２板材１２へのセルフピアスリベット３０の掛かり代（図１の矢印Ｙで示した範囲）が増加する。このため、第１板材１０と第２板材１２との接合強度が向上される。

上記より、本実施形態に係る板材同士の接合構造は、第１板材１０の接合用の端部（接合部１６）と第２板材１２の接合用の端部（接合部２２）とを重ね合せて機械的に接合する構造において、双方の接合部１６、２２の剥離を抑制し、接合強度を向上させることができる。

また、本実施形態では、第１板材１０の本体部１４の図心を通る中心線Ｐ１は、第２板材１２の本体部２０の板厚ｔ２の範囲に位置されているため、第１板材１０の本体部１４の図心を通る中心線Ｐ１が第２板材１２の本体部２０の板厚ｔ２の範囲外に位置される場合に比べ、第１板材１０の本体部１４の図心を通る中心線Ｐ１の第２板材１２の本体部２０の図心を通る中心線Ｐ２に対するオフセット量δがより少なくなる。また、セルフピアスリベット３０の挿入方向側に位置する第２板材１２へのセルフピアスリベット３０の掛かり代Ｙも増加する。このため、第１板材１０と第２板材１２との接合強度が向上される。その結果、本実施形態によれば、第１板材１０の接合部１６及び第２板材１２の接合部２２の剥離をより一層抑制することができると共に、第１板材１０と第２板材１２の接合強度を向上させることができる。

さらに、本実施形態では、第１板材１０の接合部１６の接合面Ｕ１のみが傾斜面１６Ａとされているので、非接合面Ｓ１側からセルフピアスリベット３０を打鋲すれば、セルフピアスリベット３０による接合作業を円滑に行うことができる。つまり、セルフピアスリベット３０の場合、セルフピアスリベット３０の頭部３０Ａが非接合面Ｓ１に対して平行に配置されるので、打鋲機を用いてセルフピアスリベット３０の頭部３０Ａを適切に打鋲することができる。その結果、本実施形態によれば、セルフピアスリベット３０による接合作業の信頼性を確保することができる。このことは、第２板材１２（膨出部２４は形成されていないものとする）側からセルフピアスリベット３０を打鋲する場合にも、同様に当てはまる。

また、本実施形態では、第１板材１０及び第２板材１２をいずれもアルミニウム合金製としたが、異種材料の板材同士を接合することもできる。例えば、第１板材をアルミニウム合金製とし、第２板材を鉄板とすることも可能である。この場合、アルミニウムの弾性率は鉄の弾性率の約１／３であるため、仮にアルミニウム板と鉄板とを接合する場合、アルミニウム板の方を鉄板よりも厚板にすることが多い。つまり、第１板材に対し、第２板材が１／３程度の板厚になる。このため、第１板材の本体部の図心を通る中心線Ｐ１と第２板材の本体部の図心を通る中心線とのオフセット量は増加する。従って、第１板材の接合部及び第２板材の接合部に反りが発生し易い。また、セルフピアスリベットの第２板材に対するセルフピアスリベットの掛かり代も減少するので、接合強度が低下する。しかし、本実施形態によれば、上記の不利が効果的に解消される。その結果、本実施形態によれば、第１板材及び第２板材の少なくとも一方がアルミニウム合金製である場合に、第１板材の接合部及び第２板材の接合部の剥離を効果的に抑制し、接合強度を効果的に向上させることができる。

さらに、本実施形態では、第１板材１０の接合部１６に傾斜面１６Ａを形成すると共に第２板材１２の接合部２２にも傾斜面２２Ａを形成したので、双方の接合部１６、２４の合計の板厚が薄くなる。このため、セルフピアスリベット３０のリベット長を短くすることができ、その分、軽量化を図ることができる。また、第１板材１０の接合部１６及び第２板材１２の接合部２２の合計の板厚が薄くなるので、打鋲時の加圧力を減らすことができる。その結果、打鋲機のフレームの小型化を図ることができる。また、フレームの小型化を図ることにより、大型フレームを使用する場合のスペース上の打鋲制約を緩和することができる。さらに、接合部１６、２４の断面形状を傾斜付きの形状にすることにより、セルフピアスリベット３０の長さの共通化を図ることができ、ひいては打鋲機の種類の削減、工程の簡素化を図ることができ、生産性の向上を図ることができる。

〔上述した実施形態の補足説明〕
上述した実施形態では、接合部材としてセルフピアスリベット３０を用いたが、これに限らず、ブラインドリベット等、他のリベットを用いてもよいし、ボルト及びナットを用いてもよい。

また、上述した本実施形態では、接合対象となる部材を第１板材１０、第２板材１２と称して説明したが、アルミダイキャスト製又はアルミ押出し成形品の車体構成部材と鋼板製の車体構成部材との接合に好適である。例えば、アルミダイキャスト製のサスペンションタワーと鋼板製のホイールハウスアウタとの接合に好適である。

１０ 第１板材
１２ 第２板材
１４ 本体部
１６ 接合部
１６Ａ 傾斜面
２０ 本体部
２２ 接合部
２２Ａ 傾斜面
３０ セルフピアスリベット（接合部材）
Ｐ１ 第１板材の本体部の図心を通る中心線
Ｐ２ 第２板材の本体部の図心を通る中心線
δ オフセット量
ｔ２ 第２板材の板厚

Claims (6)

1. 接合部となる端部が本体部に対して同一平面方向へ延設された金属製の第１板材と、
   接合部となる端部が本体部に対して同一平面方向へ延設された金属製の第２板材と、
   前記第１板材の接合部と第２板材の接合部とを重ね合わせた状態で双方の接合部を板厚方向に機械的に接合する接合部材と、
   を有し、
   前記第１板材の本体部の図心を通る中心線は前記第２板材の本体部の図心を通る中心線に対して平行に位置され、
   かつ、前記第１板材の接合部及び前記第２板材の接合部は各々端末に向けて板厚が薄くなる薄肉部とされている、
   板材同士の接合構造。
2. 前記第１板材の本体部の図心を通る中心線は、前記第２板材の本体部の板厚の範囲に位置されている、
   請求項１に記載の板材同士の接合構造。
3. 前記第１板材の接合部は、接合面と当該接合面と反対側の非接合面とを有し、
   当該接合面のみが傾斜面とされている、
   請求項１又は請求項２に記載の板材同士の接合構造。
4. 前記第２板材の接合部は、接合面と当該接合面と反対側の非接合面とを有し、
   当該接合面のみが傾斜面とされている、
   請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の板材同士の接合構造。
5. 前記第１板材及び前記第２板材の少なくとも一方は、アルミニウム合金製とされている、
   請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載された板材同士の接合構造。
6. 前記接合部材は、リベットである、
   請求項１〜請求項５のいずれか１項に記載の板材同士の接合構造。

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