JP4591284B2 - 異種金属パネルの接合構造 - Google Patents

Description

本発明は、例えばアルミニウム板と鋼板との組み合わせに代表されるような異種金属パネル同士の接合構造に関し、特にセルフピアスリベットにて締結・接合するのに好適な異種金属パネルの接合構造に関する。

アルミニウム板と鋼板との接合のように異種金属パネル同士をセルフピアスリベットにて締結・接合するにあたり、異種金属パネルの電位差による電食防止、ひいてはその電食に起因する錆の発生防止を目的として、両者の間に接着剤を介在させて異種金属パネル同士を直接接触させないようにした接合方法が特許文献１等にて提案されている。
特開２００５−１５５６７１号公報

しかしながら、特許文献１に代表されるような従来の技術では、例えば異種金属パネルのうち少なくともいずれか一方のパネルの周縁部にフランジ部を形成してこのフランジ部を接合部として接合した場合、接合部からの接着剤のはみ出しが不可避であることから、はみ出した接着剤がリベット打ち込み工具であるダイスやポンチに付着したり周囲に垂れ落ちて作業環境を悪化させることになるほか、パネルの他の部位にまで接着剤が付着してパネルの汚染を招くこととなって好ましくない。

また、上記接合構造を例えば自動車の車体構造に採用した場合、塗装後に上記接合部の外側からペイントシールを塗布して完全な防錆仕様とすることが行われるが、上記のように接着剤のはみ出しが残っているとペイントシールが接着剤と密着しないため、十分な防錆性を付与することができないことになる。

このようなことから、従来ではセルフピアスリベットによる接合後に接合部からはみ出した接着剤の拭き取り作業が必須であり、その拭き取り作業に多大な工数を要し、生産性を大きく阻害する要因となっている。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、接着剤の使用を前提として異種金属パネル同士をセルフピアスリベットにて締結・接合するにあたり、その接合部からの接着剤のはみ出しを極力少なくすることができるようにした接合構造を提供しようとするものである。

請求項１に記載の発明は、一方のパネルに対し他方のパネルを重ね合わせてその重合部を接合部として当該接合部に接着剤を介在させた異種金属パネル同士をその接合部に打ち込まれるセルフピアスリベットをもって締結・接合した異種金属パネルの接合構造であって、上記接合部を構成することになるいずれか一方のパネルの接合面のうち少なくともセルフピアスリベット締結時に加圧される部分を他のパネル着座面よりも一段低い凹状部として形成してあるとともに、上記凹状部を接合部以外の外部に開放してあることを特徴とする。

異種金属パネルの組み合わせは、例えば請求項７に記載のように、一方のパネルがアルミニウム板で、他方のパネルが鋼板である場合を想定している。

また、セルフピアスリベット締結時に加圧される部分とは、単にセルフピアスリベットの投影面積に相当する部分だけでなく、セルフピアスリベットの打ち込みに先立ってパッド等の工具にて加圧拘束される部分や、セルフピアスリベット結合後にそのセルフピアスリベットの投影面積に相当する部分からの波及的効果により加圧される部分をも含むものとする。

この場合、上記凹状部は、請求項２に記載のように、締結後のセルフピアスリベットの投影面積を含みつつその周囲側を接着剤受容空間として拡張することによって形成したものであることが、接着剤受容空間の容積増大化の上で好ましい。

したがって、少なくとも請求項１に記載の発明では、セルフピアスリベットの投影面積に相当する部分では実質的に双方のパネル同士が直接接触して接着剤がその周囲に押し出されるものの、セルフピアスリベットの投影面積の周囲では上記凹状部によって所定の隙間が確保されているために、この隙間が接着剤受容空間として機能して、接着剤の押し出しによる塗り広がりを積極的に許容する。その結果として、セルフピアスリベットによる締結後に接合部にて保有できる接着剤の量が多くなり、接合部からの接着剤のはみ出しを大幅に抑制することが可能となる。

請求項１に記載の発明によれば、接合部からの接着剤のはみ出し量が従来に比べて大幅に少なくなるため、その拭き取り作業に必要な工数を減らして、生産性向上に寄与できるほか、拭き取りにより無駄となる接着剤が少なくなることによって材料歩留まりの向上も併せて達成できる効果がある。

図１以下の図面は本発明に係る接合構造のより具体的な実施の形態を示す図であり、特に図１は異種金属パネルであるアルミニウム合金パネル（アルミニウム合金板）２とスチールパネル（鋼板）３とを複数のセルフピアスリベット４をもって締結・接合し、閉断面構造の長尺な車体構造部品として組み立てたパネル部品１の一例を示している。

図１に示すように、このパネル部品１は、アルミニウム合金鋳物として鋳造された溶製材としてのアルミニウム合金パネル（以下、単に「アルミパネル」と称する）２と、一端に予めフランジ部３ａを曲折成形してあるスチールパネル３とを組み合わせたもので、アルミパネル２とスチールパネル３のフランジ部３ａとの間に熱硬化型の構造用接着剤５を介在させながら両者を重ね合わせて、フランジ部３ａ側から例えば３０〜５０ｍｍピッチで複数のセルフピアスリベット４を打ち込むことにより、アルミパネル２とフランジ部３ａとの重合部を接合部としていわゆるリベット継ぎ手の形態をもって締結・接合してある。

なお、熱硬化型の構造用接着剤としては、例えば一液型エポキシ系接着剤を用いている。

セルフピアスリベット４の打ち込みに際しては、例えば図２の（Ａ），（Ｂ）に示すように、接着剤５を介在させたアルミパネル２とスチールパネル３のフランジ部３ａとをダイス６とパッド７とで加圧拘束した上で、パッド７に案内されているセルフピアスリベット４をポンチ８にて打撃力を与えて打ち込むものである。打撃力を受けたセルフピアスリベット４は、スチールパネル３のフランジ部３ａを貫通した上で、それらのフランジ部３ａやアルミパネル２とともに塑性変形しながら下側のアルミパネル２については貫通しないまでも所定深さまで圧入されて、最終的には図１のほか図２の（Ｂ）に示すように頭部がフランジ部３ａとほぼ面一となる状態をもってその打ち込みが完了する。

こうしてセルフピアスリベット４にて締結・接合されて組み立てたパネル部品１は、脱脂、化成処理の各工程を経た上で電着塗装を施し、その後に乾燥を目的としたオーブンにて例えば１７０〜２００℃の温度条件で例えば３０分間程度加熱処理を施すことにより、アルミパネル２とスチールパネル３との間に介在している接着剤５が反応硬化することになる。

ここで、図１に示すように、アルミパネル２の端縁とスチールパネル３側のフランジ部３ａの先端縁とはわずかにオフセットさせて段差部を形成してあり、上記接着剤５の反応硬化後にその段差部にペイントシール１８をビード状に塗布してある。このように、アルミパネル２とスチールパネル３側のフランジ部３ａとの接合部の全面に接着剤を介在させた上で、さらに接合部の外側からペイントシール１８を塗布することにより、水密性を向上させてより完全な防錆仕様としてある。

このペイントシール１８の塗布後に例えば１２０℃程度の温度条件で硬化させ、さらに中塗り、上塗りの塗装を施すことになる。

なお、図１に示すように、接合部たるアルミパネル２とフランジ部３との重合部のうちフランジ部３ａの根元部に相当する位置から接着剤５ａがはみ出すことがあるが、パネル部品１が閉断面構造であるためにはみ出し接着剤５ａが外部に露出することもなければ部品機能の上で支障をきたすこともなく、したがって、はみ出し接着剤５ａの存在は許容される。

ここで、図３は図１の要部の分解斜視図を、図４，５は図３の要部の詳細をそれぞれ示しており、本実施の形態ではアルミパネル２が溶製材である点を利用して、そのアルミパネル２側の接合面としてスチールパネル３側のフランジ部３ａとの重合部となる位置には、各リベット打ち込み位置９毎にその周囲を取り囲むような略半円凹状の逃げ部１０ａを形成し、隣り合う逃げ部１０ａ，１０ａ同士を両者の間のパネル着座面１１側の円弧状部１１ａをもって略波形状に滑らかに連続させつつアルミパネル２の一般面２ａ側に向かって幅広に拡張して、縦壁面２ｂとパネル着座面１１との間にそのパネル着座面１１よりも一段低い凹状部１０を形成してある。また、パネル着座面１１の端縁にはそのパネル着座面１１よりも一段高い凸状部としての凸状ビード部１２を長手方向に沿って形成してある。

ここで、パネル着座面１１自体もアルミパネル２の一般面２ａよりも一段低くなるように設定してあり、図５から明らかなように、このパネル着座面１１は凸状ビード部１２に向かって上り勾配となる傾斜面をもって形成してある。

上記凹状部１０は、セルフピアスリベット４の締結時に加圧されることになる部分を中心として締結後のセルフピアスリベット４の投影面積の外周側に所定量だけ予め円形状に拡張して略半円状の逃げ部１０ａを形成し、それぞれの逃げ部１０ａ，１０ａ同士が連続するようにさらに一般面２ａ側に向けて幅広に拡張形成したものであり、セルフピアスリベット４の打ち込みに先立ってパネル着座面１１にフランジ部３ａを着座させてアルミパネル２とフランジ部３ａとを重ね合わせたときには、凹状部１０に相当する位置ではパネル着座面１１との高さの差に相当する隙間が確保され、その結果として後述するように凹状部１０をもって形成された空間の一部が積極的に接着剤５を受容するいわゆる接着剤溜まり、すなわち接着剤受容空間として機能することになる。

なお、上記のようにセルフピアスリベット４の締結時に加圧されることになる部分とは、単にセルフピアスリベット４の投影面積に相当する部分だけでなく、セルフピアスリベット４の打ち込みに先立って図２のパッド７等の工具にて加圧拘束される部分や、セルフピアスリベット締結後にそのセルフピアスリベット４の投影面積に相当する部分からの波及的効果により加圧される部分をも含むものとする。

また、凹状部１０のうち最も凸状ビード部１２寄りに頂部相当位置からその凸状ビード部１２にかけて、それらの凸状ビード部１２やパネル着座面１１の一部を切り欠くようにして逃がし溝１３を形成してあるとともに、隣接する逃がし溝１３，１３同士の中間位置においても同様に凸状ビード部１２を切り欠くようにして逃がし溝１４を形成してある。そして、逃がし溝１３があることによって、凹状部１０をもって形成される空間を凸状ビード部１２から外部に開放してある。同時に、逃がし溝１４があることによってパネル着座面１１の上面を凸状ビード部１２から外部に開放してある。

さらに、図３から明らかなように、上記凸状ビード部１２から縦壁面２ｂまでの距離に対してスチールパネル２のフランジ部２ａの幅寸法を小さく設定してあることから、結果として図７に示すように上記凹状部１０をもって形成される空間がフランジ部３ａの根元部から外部に開放されることになる。

したがって、このような接合構造によれば、アルミパネル２とスチールパネル３をセルフピアスリベット４をもって締結・接合するには、最初に図６の（Ａ）に示すように、アルミパネル２側の接合面においてその長手方向に沿って接着剤５（同図にハッチングを付した部分）を所定幅で且つビード状に塗布しておく。接着剤５の塗布位置としては同図に示すように少なくともリベット打ち込み位置９を覆うように塗布することが望ましい。また、接着剤５は室温において液状またはペースト状のものを使用するものとし、その塗布方法としては手作業でも自動塗布方式でもよい。

続いて、接着剤５が塗布されたアルミパネル２側の接合面に対してスチールパネル３のフランジ部３ａを重ね合わせて相対位置決めを行い、接着剤５をサンドウィッチ状に挟み込む。この時には、図３に示すように、凹状部１０の底面がパネル着座面１１よりも一段低くなっており、しかもパネル着座面１１自体が傾斜面として形成されているので、フランジ部３ａはパネル着座面１１の一部において密着するだけである（図７の（Ａ）参照）。

この状態で、図２のようにしてリベット打ち込み位置９にセルフピアスリベット４を打ち込んで両者を機械的に締結・接合する。セルフピアスリベット４の打ち込みの直前に図２のパッド７にて双方のパネル２，３を加圧拘束した際、あるいはセルフピアスリベット４の打ち込み初期段階では、図６の（Ｂ）に矢印Ｆで示すように加圧力を受けてパネル２，３相互間に介在している接着剤５が押し広げられて塗り広がる。特にスチールパネル３側のフランジ部３ａを重ね合わせた瞬間に相互接触することになるパネル着座面１１上の接着剤５が押し広げられて、その多くが凹状部１０に追いやられ、また一部の接着剤５が逃がし溝１３からはみ出すことになる（このはみ出し接着剤を図７に符号５ｂにて示す）。

この時、図４，５から明らかなようにパネル着座面１１が傾斜面となっていて、しかも凹状部１０のうちでも縦壁面２ｂ寄りの方が空間的に広くなっている故に、そのパネル着座面１１とフランジ部３ａとの間に接着剤５を保有しやすくなるだくでなく、加圧力を受けることによってパネル着座面１１上の接着剤５は凸状ビード部１２とは反対側の縦壁面２ｂ側に向かって逃げやすく、上記のように多くの接着剤５が凹状部１０に集められることになる。

そして、セルフピアスリベット４による締結が完了した状態では、図７に示すようにリベット締結力を受けてセルフピアスリベット４の周囲において凹状部１０の底面とフランジ部３ａとが実質的に密着する状態となるので、図６の（Ｃ）に示すように接着剤５が一段と広範囲に押し広げられて塗り広がるとともに、凹状部１０のうちでも上記密着部以外の部分に接着剤５が追いやられて、図７に示すように、一部の接着剤５がはみ出し接着剤５ｂとして逃がし溝１３，１４から、同様に一部の接着剤５がはみ出し接着剤５ａとしてフランジ部３ａの根元部から外部にそれぞれはみ出すことになる。

なお、逃がし溝１３，１４は接着剤５が押し広げられる際に接合部に封じ込められた空気を追い出す上でも有効に作用する。空気が封じ込められたままであると接着剤５の塗膜の連続性が途切れて、電食や錆の発生を招く可能性があるからである。

また、上記のように逃がし溝１３，１４から積極的に接着剤５をはみ出させ、その逃がし溝１３，１４からのはみだし接着剤５ｂを目視確認することによって、アルミパネル２とスチールパネル３のフランジ部３ａとの接合部の全領域にわたって満遍なく接着剤５が塗り広げられたことを間接的に確認することができる。

こうしてセルフピアスリベット４による締結・接合が完了したならば、先に述べたようにパネル部品１に脱脂、化成処理の各処理を施した上で電着塗装を施し、それに続いて乾燥を目的としたオーブンにて加熱処理を施すことにより、アルミパネル２とスチールパネル３との間に介在している接着剤５を反応硬化させる。

そして、接着剤５の硬化後に、逃がし溝１３，１４からはみ出したまま硬化しているはみだし接着剤５ｂを除去した上で、図１および図６の（Ｄ）に示すように、フランジ部３ａの先端縁と凸状ビード部１２とのなすコーナー部にペイントシール１８を塗布して加熱硬化させて、完全な防錆仕様とする。なお、この後に中塗り、上塗りの各塗装を施す。

上記の逃がし溝１３，１４からの接着剤５のはみ出しはその除去が必要になるが、従来と異なりはみ出し位置が限定されていてそのはみ出し量もごく少量であり、しかも反応硬化後の除去で済むためにその除去をきわめて容易に行うことができ、ペイントシール１８を塗布する際の作業性が良好で、従来と異なりそのペイントシール１８と接着剤５との密着不良の問題も生じない。

図８は本発明の第２の実施の形態を示す説明図で、図４〜６と共通する部分には同一符号を付してある。

この第２の実施の形態では、第１の実施の形態の凹状部１０をもって構成される空間を凸状ビード部１２側から外部の開放するための逃がし溝２３の位置を変更するとともに、その数を増やしたものである。

すなわち、図４と図８とを比較すると明らかなように、図８に示した第２の実施の形態では、凹状部１０を凸状ビード部１２側から外部に開放するための逃がし溝２３を一つの逃げ部１０ａにつき二つ付帯させた上で、それぞれの逃がし溝２３を斜めに形成してある。

この実施の形態によれば、逃がし溝２３が凸状ビード部１２の外側にて実際に臨むことになる開口部２３ａの位置からリベット打ち込み位置９（セルフピアスリベット４の位置）までの距離を第１の実施に形態のものより大きく確保することができ、その結果として逃がし溝２３からはみ出したはみ出し接着剤５ｂがセルフピアスリベット４の打ち込み作業を司る図２のポンチ８やダイス６に付着しにくくなり、ひいては各パネル２，３への接着剤５の付着を回避する上で一段と有利となる。しかも、逃がし溝２３の長さが長くなることによってその接着剤５の保有量が多くなり、実際に外部にはみ出すはみ出し接着剤５ｂの量を減らすことができる。

本発明の第１の実施の形態として当該接合構造をもって組み立てられたパネル部品の一例を示す要部斜視図。 図１におけるセルフピアスリベットの打ち込み手順を示す工程説明図。 図１の分解斜視図。 図３におけるアルミパネル側の接合面の要部平面図。 （ａ），（ｂ），（ｃ），（ｄ）は図４のＡ−Ａ線、Ｂ−Ｂ線、Ｃ−Ｃ線およびＤ−Ｄ線に沿うそれぞれの断面図。 図３の構造をもってセルフピアスリベットを打ち込む際の接着剤の段階的な塗り広がり状態を示す説明図。 セルフピアスリベットの打ち込み後の断面図で、（Ａ）は図４のＤ−Ｄ線に沿う断面図、（Ｂ）は図４のＢ−Ｂ線に沿う断面図。 本発明の第２の実施の形態を示す図で、（Ａ）はアルミパネル側の接合面の平面図、（Ｂ）はセルフピアスリベット打ち込み後の同部位の平面図。

符号の説明

１…パネル部品
２…アルミニウム合金パネル（異種金属パネル）
３…スチールパネル（異種金属パネル）
３ａ…フランジ部
４…セルフピアスリベット
５…接着剤
９…リベット打ち込み位置
１０…凹状部
１０ａ…逃げ部
１１…パネル着座面
１２…凸状ビード部（凸状部）
１３…逃がし溝
１４…逃がし溝
２３…逃がし溝

Claims (7)

1. 一方のパネルに対し他方のパネルを重ね合わせてその重合部を接合部として当該接合部に接着剤を介在させた異種金属パネル同士をその接合部に打ち込まれるセルフピアスリベットをもって締結・接合した異種金属パネルの接合構造であって、
   上記接合部を構成することになるいずれか一方のパネルの接合面のうち少なくともセルフピアスリベット締結時に加圧される部分を他のパネル着座面よりも一段低い凹状部として形成してあるとともに、
   上記凹状部を接合部以外の外部に開放してあることを特徴とする異種金属パネルの接合構造。
2. 上記凹状部は、締結後のセルフピアスリベットの投影面積を含みつつその周囲側を接着剤受容空間として拡張することによって形成したものであることを特徴とする請求項１に記載の異種金属パネルの接合構造。
3. 凹状部を形成してある一方のパネルの周縁部に対し他方のパネルを重ね合わせた上でその重合部を接合部として異種金属パネル同士を締結・接合してあって、
   上記接合部を構成することになる一方のパネルの接合面には、凹状部とそれよりも一段高いパネル着座面とを形成してあるとともに、一方のパネルの接合面の先端縁には上記パネル着座面よりも一段高い凸状部を形成してあり、
   上記凹状部は接合部のうちフランジ部の根元部に相当する位置から外部に開放してあることを特徴とする請求項２に記載の異種金属パネルの接合構造。
4. 上記凸状部に形成した溝によりパネル着座面を外部に開放してあることを特徴とする請求項３に記載の異種金属パネルの接合構造。
5. 上記パネル着座面および凸状部に形成した溝により凹状部を外部に開放してあることを特徴とする請求項４に記載の異種金属パネルの接合構造。
6. 上記パネル着座面は凸状部に向かって上り勾配となる傾斜面としてあることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の異種金属パネルの接合構造。
7. 一方のパネルがアルミニウム板で、他方のパネルが鋼板であることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の異種金属パネルの接合構造。

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