JP2020183078A - 金属板部材の製造方法及び自動車車体の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接着剤によって互いに接合される重ね合わせ面の隙間のばらつきを抑制し、所望の接合強度が安定して得られる金属板部材の製造方法の提供。【解決手段】樹脂接着剤を介して第１及び第２の金属板を重ね合わせる工程と、重ね合わせた第１及び第２の金属板をプレス成形する工程と、プレス成形する工程の後に、樹脂接着剤を硬化させる工程と、を備える金属板部材の製造方法。【選択図】図１

Description

本発明は金属板部材の製造方法及び自動車車体の製造方法に関し、特に、複数の金属板部材同士が接着剤によって互いに接合された金属板部材の製造方法、及び当該金属板部材を用いた自動車車体の製造方法に関する。

例えば自動車車体を構成するセンターピラー（「Ｂピラー」とも呼ばれる）等の金属板部材では、軽量化と高強度化とを両立させるため、主たる金属板部材の一部に補強用の金属板部材が接合されている。例えばセンターピラーでは、主たる金属板部材であるセンターピラーアウターの内側に、補強用の金属板部材であるセンターピラーリインフォースメントが接合されている。

鋼板やアルミニウム板等の金属板部材同士の接合としては、抵抗スポット溶接等の溶接や接着剤による接合が知られている。例えば、特許文献１には、自動車車体を製造する際、成形された鋼板部材とアルミニウム板部材とを接着剤によって接合した後、当該金属板部材同士を抵抗スポット溶接する技術が開示されている。

特開平５−５０２５８号公報

発明者らは、複数の金属板部材同士が接着剤によって互いに接合された金属板部材の製造方法に関し、以下の問題点を見出した。
既に成形された金属板部材同士を接着剤によって接合する場合、金属板部材の寸法公差等によって、接着剤によって互いに接合される重ね合わせ面の隙間（すなわち間隔）がばらつき易い。重ね合わせ面の隙間が大きくなると、所望の接合強度が得られないため、重ね合わせ面の隙間のばらつきに伴い、所望の接合強度が安定して得られないという問題があった。

本発明は、このような事情に鑑みなされたものであって、接着剤によって互いに接合される重ね合わせ面の隙間のばらつきを抑制し、所望の接合強度が安定して得られる金属板部材の製造方法を提供するものである。

本発明の一態様に係る金属板部材の製造方法は、
複数の金属板部材同士が樹脂接着剤によって互いに接合された金属板部材の製造方法であって、
樹脂接着剤を介して第１及び第２の金属板を重ね合わせる工程と、
重ね合わせた前記第１及び第２の金属板をプレス成形する工程と、
プレス成形する工程の後に、前記樹脂接着剤を硬化させる工程と、を備えたものである。

本発明の一態様に係る金属板部材の製造方法では、未硬化の樹脂接着剤を介して重ね合わせた金属板をプレス成形する。そのため、プレス成形時の加圧によって、金属板の重ね合わせ面の隙間が安定して小さくなり、樹脂接着剤を重ね合わせ面全体に均一に広げることができる。その結果、既に成形された金属板部材同士を樹脂接着剤で接合する場合に比べ、重ね合わせ面の隙間のばらつきを抑制し、所望の接合強度が安定して得られる。

前記樹脂接着剤が、エポキシ樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤のいずれかであってもよい。所望の接合強度が得られる。

本発明の一態様に係る自動車車体の製造方法は、
樹脂接着剤を介して重ね合わせた第１及び第２の金属板をプレス成形した後、前記樹脂接着剤を硬化させた金属板部材を用いた自動車車体の製造方法であって、
前記樹脂接着剤は、第１の接着剤と、前記第１の接着剤よりも硬化後の剪断強度が小さい第２の接着剤と、を含み、
前記金属板部材は、前記第１の接着剤によって接着された第１の金属板部材と、前記第２の接着剤によって接着された第２の金属板部材と、を含み、
前記第１の金属板部材を当該自動車車体におけるキャビンに用い、前記第２の金属板部材を当該自動車車体におけるクラッシャブルゾーンに用いるものである。

本発明の一態様に係る自動車車体の製造方法では、第１の接着剤によって接着された第１の金属板部材をキャビンに用い、第１の接着剤よりも硬化後の剪断強度が小さい第２の接着剤によって接着された第２の金属板部材をクラッシャブルゾーンに用いる。このように、部位に応じて硬化後の剪断強度が異なる樹脂接着剤を用いることによって、簡易に自動車車体を製造することができる。

前記第１の接着剤が、エポキシ樹脂系接着剤であり、前記第２の接着剤が、ウレタン樹脂系接着剤又はアクリル樹脂系接着剤であってもよい。

本発明により、接着剤によって互いに接合される重ね合わせ面の隙間のばらつきを抑制し、所望の接合強度が安定して得られる金属板部材の製造方法を提供できる。

第１の実施形態に係る金属板部材の製造方法を示すフローチャートである。 重ね合わせ工程（ステップＳＴ１）の一例を示す斜視図である。 プレス成形工程（ステップＳＴ２）の一例を示す斜視図である。 プレス成形された金属板部材４０の模式断面図である。 プレス成形された金属板部材４０の具体例の断面図である。 樹脂接着剤の硬化後の伸び（％）及び剪断強度の関係を示すグラフである。 自動車車体の斜視図である。 実施例及び比較例に係る製造方法によって製造された金属板部材からなる試験片を示す断面図である。 ３点曲げ試験装置の模式側面図である。 実施例１、２及び比較例に係る各試験片の３点曲げ試験結果を示すグラフである。

以下、本発明を適用した具体的な実施形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。ただし、本発明が以下の実施形態に限定される訳ではない。また、説明を明確にするため、以下の記載及び図面は、適宜、簡略化されている。

（第１の実施形態）
＜金属板部材の製造方法＞
まず、図１を参照して、第１の実施形態に係る金属板部材の製造方法について説明する。第１の実施形態に係る金属板部材の製造方法は、自動車車体用の金属板部材の製造方法として好適である。製造される金属板部材は、複数の金属板部材同士が樹脂接着剤によって互いに接合されている。このような構成によって、例えば軽量化と高強度化とを両立させることができる。

図１は、第１の実施形態に係る金属板部材の製造方法を示すフローチャートである。
図１に示すように、まず、樹脂接着剤を介して金属板同士を重ね合わせる（ステップＳＴ１）。ここで、図２は、重ね合わせ工程（ステップＳＴ１）の一例を示す斜視図である。図２に示すように、ステップＳＴ１では、樹脂接着剤３０を介してｙ軸方向に延びた平板状の金属板（第１の金属板）１０及び金属板（第２の金属板）２０を重ね合わせる。

なお、当然のことながら、図２及び他の図面に示した右手系ｘｙｚ直交座標は、構成要素の位置関係を説明するための便宜的なものである。通常、ｚ軸正向きが鉛直上向き、ｘｙ平面が水平面である。

図２に示すように、例えば、重ね合わせる前に、金属板１０よりも小型の金属板２０の表面に樹脂接着剤３０を塗布しておく。金属板１０、２０は、何ら限定されず、例えば鋼板やアルミニウム板である。金属板１０、２０は、同種金属であってもよく、異種金属であってもよい。例えば、金属板１０、２０が鋼板同士やアルミニウム板同士であってもよく、金属板１０、２０の一方が鋼板、他方がアルミニウム板などであってもよい。

樹脂接着剤３０としては、例えば、熱硬化性樹脂接着剤を用いることができる。具体的には、例えば、エポキシ樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤等が挙げられる。
樹脂接着剤３０の塗布方法は、何ら限定されない。例えば、金属板２０の表面に、ノズル塗布や滴下塗布等によって部分塗布してもよく、スプレー塗布やロール塗布等によって全面塗布してもよい。

図２の例では、ノズル塗布によって樹脂接着剤３０が金属板２０の表面に部分塗布されている。具体的には、樹脂接着剤３０が、金属板２０の表面の複数箇所（図２では４箇所）において、ｙ軸方向に直線状に延びるように塗布されている。
なお、金属板２０の表面に樹脂接着剤３０を塗布する代わりに、金属板１０の表面において金属板２０を接合する領域に樹脂接着剤３０を塗布してもよい。さらに、金属板１０及び金属板２０の両方の表面に樹脂接着剤３０を塗布してもよい。

次に、図１に示すように、樹脂接着剤３０を介して重ね合わせた金属板１０、２０をプレス成形する（ステップＳＴ２）。プレス成形工程（ステップＳＴ２）により、金属板部材４０が成形される。樹脂接着剤３０は未硬化であるが、金属板１０、２０は樹脂接着剤３０によってある程度接着されているため、プレス成形時に金属板１０、２０の位置ずれは発生しない。

ここで、図３は、プレス成形工程（ステップＳＴ２）の一例を示す斜視図である。図３は、重ね合わせた金属板１０、２０をプレス成形した後、上型５１と下型５２とが離れた状態を示している。図３では、樹脂接着剤３０は省略されている。図３に示すように、樹脂接着剤３０を介して重ね合わせた金属板１０、２０を、金属板１０を上にして下型５２の上面に載置し、上型５１と下型５２とによって挟んでプレス成形する。

図３の例では、上型５１の下面には、断面台形状に窪んだ凹部５１ａが軸方向（ｙ軸方向）に延設されている。同様に、下型５２の上面には、断面台形状に突出した凸部５２ａが軸方向（ｙ軸方向）に延設されている。

そのため、プレス成形された金属板部材４０は、ｙ軸方向に延設された天板４１、側壁４２、及びフランジ部４３を備えた断面ハット型形状を有している。より詳細には、ｙ軸方向に延設された天板４１の幅方向（ｘ軸方向）の端部から一対の側壁４２が下向きに形成されている。さらに、それぞれの側壁４２の下側（ｚ軸負方向側）の端部からフランジ部４３が外側に張り出している。

ここで、図４は、プレス成形された金属板部材４０の模式断面図である。図４に示すように、金属板部材４０は、断面ハット型形状に成形された金属板１０の内側に、断面Ｕ字形状の金属板２０が嵌合された構造を有している。すなわち、天板４１及び側壁４２において、金属板１０が金属板２０によって補強されている。そして、金属板１０、２０の重ね合わせ面の隙間には、未硬化の樹脂接着剤３０が充填されている。
なお、図４では、金属板１０、２０の重ね合わせ面の隙間が大きく描かれており、樹脂接着剤３０が強調されている。

最後に、図１に示すように、樹脂接着剤３０を硬化させる（ステップＳＴ３）。これによって、金属板１０、２０が樹脂接着剤３０によって互いに接合される。例えば、樹脂接着剤３０に１液型の熱硬化性樹脂接着剤を用い、樹脂接着剤３０を加熱して硬化させる。あるいは、樹脂接着剤３０に２液混合型の熱硬化性樹脂接着剤を用い、非加熱で樹脂接着剤３０を硬化させてもよい。その場合、樹脂接着剤３０を塗布してからプレス成形までの間に硬化が完了しない樹脂接着剤３０を選択すればよい。熱硬化性樹脂接着剤としては、例えば、エポキシ樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤等を用いることができる。

なお、プレス成形工程（ステップＳＴ２）よりも前に樹脂接着剤３０を硬化させると、プレス成形工程（ステップＳＴ２）において、硬化した樹脂接着剤３０が破壊され、所望の接合強度が得られない。

＜金属板部材の具体例＞
ここで、図５は、プレス成形された金属板部材４０の具体例の断面図である。図５に示した金属板部材４０は、自動車車体用のセンターピラーである。金属板部材４０は、金属板１０からなるセンターピラーアウター、及び金属板２０からなる補強用のセンターピラーリインフォースメントを備えている。

模式化された図４に示した金属板部材４０に対し、図５に示したセンターピラー（金属板部材４０）では、天板４１の幅方向両端部に、上側（ｚ軸正方向側）に張り出した凸部４１ａ、４１ｂが成形されている。さらに、一方の側壁４２に、段差部４２ａが成形されている。

なお、図５でも、金属板１０、２０の重ね合わせ面の隙間が大きく描かれており、樹脂接着剤３０が強調されている。また、金属板部材４０は、センターピラーに限定されない。さらに、図５に示したセンターピラーの断面形状はあくまでも一例であって、何ら限定されない。

＜効果の説明＞
ここで、図４、図５を参照して、本実施形態ではなく、既に成形された金属板部材同士を樹脂接着剤で接合する場合について説明する。既に成形された金属板１０、２０同士を嵌合し、樹脂接着剤で接合する場合、例えば図５に示した凸部４１ａ、４１ｂや段差部４２ａの寸法公差によって、重ね合わせ面の隙間がばらつき易い。また、図４、図５に示した側壁４２における樹脂接着剤３０は、成形された金属板１０、２０を互いに嵌合する際に掻き取られてしまい、天板４１における樹脂接着剤３０のみによって、金属板１０、２０が接合される。

これに対し、本実施形態に係る金属板部材の製造方法では、未硬化の樹脂接着剤３０を介して重ね合わせた金属板１０、２０をプレス成形する。そのため、プレス成形時の加圧によって、金属板１０、２０の重ね合わせ面の隙間が安定して小さくなり、樹脂接着剤３０を重ね合わせ面全体に均一に広げることができる。その結果、既に成形された金属板部材同士を樹脂接着剤で接合する場合に比べ、重ね合わせ面の隙間のばらつきを抑制し、所望の接合強度が安定して得られる。

また、図４、図５に示すように、金属板１０、２０の重ね合わせ面において、天板４１だけでなく側壁４２にも樹脂接着剤３０を充填できる。そのため、既に成形された金属板部材同士を樹脂接着剤で接合する場合よりも、樹脂接着剤３０による接合面の面積が大きくなり、接合強度が向上する。さらに、金属板１０、２０の重ね合わせ面の隙間全体が樹脂接着剤３０によって充填されるため、防錆性能が向上すると共に、金属板１０、２０同士の接触による異音発生を抑制できる。

また、既に成形された金属板部材同士を樹脂接着剤で接合する場合、複数の金属板部材を別々にプレス成形するため、複数セットの金型が必要になる。これに対し、本実施形態に係る金属板部材の製造方法では、金属板１０、２０を別々にプレス成形せずに、金属板１０、２０を重ね合わせて一緒にプレス成形する。そのため、プレス成形工程を短縮することができると共に、金型のセット数も削減することができる。

＜金属板部材の製造方法＞
次に、図６、図７を参照して、第１の実施形態に係る自動車車体の製造方法について説明する。図６は、熱硬化性樹脂接着剤の硬化後の伸び（％）及び剪断強度の関係を示すグラフである。図７は、自動車車体の斜視図である。

第１の実施形態に係る自動車車体の製造方法は、第１の実施形態に係る金属板部材の製造方法によって製造された金属板部材４０を用いた自動車車体の製造方法である。すなわち、例えば図２〜図４などに示しように、樹脂接着剤３０を介して重ね合わせた金属板１０、２０をプレス成形した後、樹脂接着剤３０を硬化させた金属板部材４０を用いた自動車車体の製造方法である。

第１の実施形態に係る自動車車体の製造方法では、金属板部材４０を用いる部位に応じて、硬化後の剪断強度が異なる樹脂接着剤３０を用いる。
具体的には、図６に示すように、自動車車体におけるキャビンには、硬化後の剪断強度がクラッシャブルゾーンに用いられる接着剤と比較して大きい樹脂接着剤（第１の接着剤）３０によって接合された金属板部材（第１の金属板部材）４０を用いる。すなわち、キャビン用の金属板部材４０には、搭乗者を保護するためにできる限り変形しないように、剪断強度が大きい樹脂接着剤３０を用いる。例えば、樹脂接着剤３０として、図６に示した１液型もしくは２液型エポキシ樹脂系接着剤を用いる。
なお、図６に一点鎖線で示した境界線は、便宜的なものであって、明確な境界を示すものではない。

図７に示すように、キャビン用の金属板部材４０としては、図５に示したセンターピラーの他に、例えば、フロントピラー（「Ａピラー」とも呼ばれる）、ロッカー、ルーフリインフォースメント（Ｒ／Ｆ）を挙げることができる。キャビンを構成するフロントピラー、センターピラー、ロッカー、及びルーフＲ／Ｆは、いずれも車両幅方向両側に設けられている。

ロッカーは、車両下部において車両前後方向に延設されている。ルーフＲ／Ｆは、車両上部において車両前後方向に延設されている。フロントピラーは、ロッカー及びルーフＲ／Ｆの前端部を接続するように車両上下方向に延設されている。センターピラーは、ロッカー及びルーフＲ／Ｆの略中央部を接続するように車両上下方向に延設されている。

他方、図６に示すように、自動車車体におけるクラッシャブルゾーンには、硬化後の剪断強度がキャビンに用いられる接着剤と比較して小さい樹脂接着剤（第２の接着剤）３０によって接合された金属板部材（第２の金属板部材）４０を用いる。すなわち、クラッシャブルゾーン用の金属板部材４０には、キャビン用の金属板部材４０よりも先に変形して衝撃を吸収するように、剪断強度が小さい樹脂接着剤３０を用いる。例えば、樹脂接着剤３０として、図６に示した１液型もしくは２液型ウレタン樹脂接着剤やアクリル樹脂接着剤を用いる。
また、樹脂接着剤３０の伸びが小さいと、金属板部材４０が変形した際に樹脂接着剤３０が早期に破断してしまい、衝撃を充分に吸収できない。そのため、樹脂接着剤３０の伸びが大きい方が好ましい。ここで、図６に示すように、剪断強度が小さい樹脂接着剤は、伸びも大きい傾向にある。

図７に示すように、クラッシャブルゾーンは、キャビンの前方及び後方に位置する。クラッシャブルゾーン用の金属板部材４０としては、例えば、フロント及びリヤのバンパーリインフォースメント（Ｒ／Ｆ）、クラッシュボックス、ロアバックを挙げることができる。フロントバンパーＲ／Ｆは、車両の前端に取り付けられている。クラッシュボックスは、フロントバンパーＲ／Ｆの幅方向両端部から後方に延設されている。リヤバンパーＲ／Ｆは、車両の後端において、ロアバックに取り付けられている。

このように、第１の実施形態に係る自動車車体の製造方法では、硬化後の剪断強度が比較的大きい樹脂接着剤３０によって接合された金属板部材４０をキャビンに用い、硬化後の剪断強度が比較的小さい樹脂接着剤３０によって接合された金属板部材４０をクラッシャブルゾーンに用いる。部位に応じて硬化後の剪断強度が異なる樹脂接着剤３０を用いることによって、簡易に自動車車体を製造することができる。

以下に、第１の実施形態に係る金属板部材の製造方法の実施例及び比較例について説明する。ここで、図８は、実施例及び比較例に係る製造方法によって製造された金属板部材からなる試験片を示す断面図である。
以下に、実施例及び比較例に係る各試験片の製造方法について説明する。

＜実施例１＞
まず、上述の通り、樹脂接着剤３０を介して重ね合わせた金属板１０、２０をプレス成形し、図４に示した金属板部材４０を得た。その後、図８上側に示すように、金属板部材４０のフランジ部４３の下側に樹脂接着剤３０を塗布し、底板を貼り付けた。樹脂接着剤３０としては、１液型エポキシ樹脂系接着剤（アイシン化工社製構造用接着剤）を用いた。その後、１７０℃で２０分間加熱し、樹脂接着剤３０を硬化させ、実施例１に係る試験片を得た。

金属板１０、２０、及び底板には、いずれも厚さ０．７ｍｍ、長さ６００ｍｍの溶融亜鉛めっき鋼板（ＳＣＧＡ２７０−４５）を用いた。図８上側に示すように、底板及びプレス成形後の金属板１０の幅は８０ｍｍとした。天板４１の幅及び側壁４２の高さをいずれも４０ｍｍとした。天板４１と側壁４２との接続部及び側壁４２とフランジ部４３との接続部はいずれもＲ５とした。

＜実施例２＞
樹脂接着剤３０としては、２液型ウレタン樹脂系接着剤（ＬＯＲＤ社製ＬＯＲＤ７５４５）を用い、非加熱で樹脂接着剤３０を硬化させた。
それ以外の条件については、実施例１と同様に試験片を製造した。

＜比較例＞
まず、平板状の金属板１０、２０を、樹脂接着剤を介さずに重ね合わせ、抵抗スポット溶接した。接合した金属板１０、２０をプレス成形し、図８下側に示した金属板部材４００を得た。その後、金属板部材４００のフランジ部４３の下側に底板を重ね合わせ、金属板部材４００と底板とを抵抗スポット溶接した。

図８下側に示すように、ｘｚ断面において、金属板１０、２０は天板４１の幅方向（ｘ軸方向）中央部及び側壁４２の高さ方向（ｚ軸方向）中央部の３点で接合されている。また、金属板１０と底板とは、両側のフランジ部４３の２点で接合されている。他方、長手方向（ｙ軸方向）の溶接隙間はいずれも８０ｍｍとした。溶接ナゲット径は、いずれも４．２ｍｍとした。
金属板１０、２０、及び底板の材質及び寸法については、実施例１と同様とした。

＜試験方法＞
実施例１、２及び比較例に係る各試験片について、３点曲げ試験を行い、最大荷重を測定した。図９は、３点曲げ試験装置の模式側面図である。図８に示すように、全長６００ｍｍの試験片を２つの支持部で下側から支持し、試験片の長手方向（ｙ軸方向）中央部に対して上側から荷重を加えた。支持部間の距離は５００ｍｍとした。支持部及び圧子の先端部の半径はいずれも２５ｍｍとした。

＜試験結果＞
図１０は、実施例１、２及び比較例に係る各試験片の３点曲げ試験結果を示すグラフである。図１０の縦軸は、比較例に係る試験片の最大荷重を１とした場合の最大荷重すなわち最大荷重比率を示している。１液型エポキシ樹脂系接着剤によって接合した実施例１は、抵抗スポット溶接によって接合した比較例よりも最大荷重が４１％も向上した。また、２液型ウレタン樹脂系接着剤によって接合した実施例２でも、比較例よりも最大荷重が１７％向上した。このように、第１の実施形態に係る金属板部材の製造方法によって、充分な強度を有する金属板部材を製造できた。

また、１液型エポキシ樹脂系接着剤によって接合した実施例１は、２液型ウレタン樹脂系接着剤によって接合した実施例２よりも最大荷重が２０％高かった。そのため、例えば１液型エポキシ樹脂系接着剤によって接合した金属板部材（実施例１に対応）をキャビンに用い、２液型ウレタン樹脂系接着剤によって接合した金属板部材（実施例２に対応）をクラッシャブルゾーンに用いることができる。

なお、本発明は上記実施形態に限られたものではなく、趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更することが可能である。

１０、２０ 金属板
３０ 樹脂接着剤
４０ 金属板部材
４１ 天板
４１ａ、４１ｂ 凸部
４２ 側壁
４２ａ 段差部
４３ フランジ部
５１ 上型
５１ａ 凹部
５２ 下型
５２ａ 凸部

Claims (4)

1. 複数の金属板部材同士が樹脂接着剤によって互いに接合された金属板部材の製造方法であって、
   樹脂接着剤を介して第１及び第２の金属板を重ね合わせる工程と、
   重ね合わせた前記第１及び第２の金属板をプレス成形する工程と、
   プレス成形する工程の後に、前記樹脂接着剤を硬化させる工程と、を備えた、
   金属板部材の製造方法。
2. 前記樹脂接着剤が、エポキシ樹脂系接着剤、ウレタン樹脂系接着剤、アクリル樹脂系接着剤のいずれかである、
   請求項１に記載の金属板部材の製造方法。
3. 樹脂接着剤を介して重ね合わせた第１及び第２の金属板をプレス成形した後、前記樹脂接着剤を硬化させた金属板部材を用いた自動車車体の製造方法であって、
   前記樹脂接着剤は、第１の接着剤と、前記第１の接着剤よりも硬化後の剪断強度が小さい第２の接着剤と、を含み、
   前記金属板部材は、前記第１の接着剤によって接着された第１の金属板部材と、前記第２の接着剤によって接着された第２の金属板部材と、を含み、
   前記第１の金属板部材を当該自動車車体におけるキャビンに用い、前記第２の金属板部材を当該自動車車体におけるクラッシャブルゾーンに用いる、
   自動車車体の製造方法。
4. 前記第１の接着剤が、エポキシ樹脂系接着剤であり、
   前記第２の接着剤が、ウレタン樹脂系接着剤又はアクリル樹脂系接着剤である、
   請求項３に記載の自動車車体の製造方法。