JP5240027B2

JP5240027B2 - 金属板接合構造

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Publication number: JP5240027B2
Application number: JP2009095139A
Authority: JP
Inventors: 元康麻川; 貢深堀; 俊行玄道; 耕二郎田中
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 2009-04-09
Filing date: 2009-04-09
Publication date: 2013-07-17
Anticipated expiration: 2029-04-09
Also published as: JP2010242943A

Description

本発明は、金属板部材のフランジ部及び該フランジ部の基端側に形成した曲率部と相手部材との間の接着剤によって、上記金属板部材をそのフランジ部で上記相手部材に接合した金属板接合構造に関するものである。

金属板接合構造に関しては、金属板部材のフランジ部及びこのフランジ部の基端側に形成した曲率部と相手部材との間の接着剤によって、金属板部材をそのフランジ部で相手部材に接合するものが一般に知られている。

特許文献１に示すものは、断面が略ハット状に形成された上側金属板部材を、断面が略逆ハット状に形成された相手部材としての下側金属板部材に接合したものである。上側金属板部材では、上下方向に延びる上下壁部と水平に延びる上側フランジ部とが上側曲率部を介して連続形成されている。一方、下側金属板部材では、上下方向に延びる上下壁部と水平に延びる下側フランジ部とが下側曲率部を介して連続形成されている。そして、上側金属板部材は、その上側フランジ部及び上側曲率部と下側金属板部材の下側フランジ部及び下側曲率部との間の接着剤並びにスポット溶接によって、その上側フランジ部で下側金属板部材の下側フランジ部にウエルドボンド接合している。

特開２００６−１６７７５３号公報

しかしながら、特許文献１に示すものでは、継手強度（接合強度）が不足していた。特に、金属板部材の表面に溶融亜鉛合金めっきなどのめっきが施されている場合、継手に高荷重を印加すると、めっきは脆性に劣るため、脆性破壊して、これにより、接着剤がめっきから剥離して、十分な継手強度を確保することができなかった。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、金属板部材のフランジ部及び該フランジ部の基端側に形成した曲率部と相手部材との間の接着剤によって、上記金属板部材をそのフランジ部で上記相手部材に接合した金属板接合構造において、継手強度を高くすることにある。

第１の発明は、金属板部材のフランジ部及び該フランジ部の基端側に形成した曲率部と相手部材との間の接着剤によって、上記金属板部材をそのフランジ部で上記相手部材に接合した金属板接合構造であって、上記曲率部は、第１曲率部と、該第１曲率部と上記フランジ部の長手方向に隣接して設けられ、上記第１曲率部よりも曲率半径が大きい第２曲率部とを有していることを特徴とするものである。

これにより、簡単な構造で、継手強度を高くすることができる。以下、その詳細について説明する。

本発明によれば、曲率部に、曲率半径が相対的に小さい第１曲率部と、曲率半径が相対的に大きい第２曲率部とを、フランジ部の長手方向に隣接して配設しているため、継手剛性が高くなる。

また、第２曲率部と相手部材との間に接着剤が充填されるため、第１曲率部の側壁部の分、接着面積が広くなり、曲率部の曲率半径をフランジ部の長手方向に亘って一定の大きさにした単純な曲げフランジ継手と比較して、衝撃吸収エネルギーが大きくなる。

また、曲率部に、曲率半径が相対的に小さい第１曲率部と、曲率半径が相対的に大きい第２曲率部とを、フランジ部の長手方向に隣接して配設しているため、曲率部に、フランジ部の長手方向に凹凸が形成される。このため、曲率部の曲率半径をフランジ長手方向に亘って一定の大きさにした単純な曲げフランジ継手と比較して、曲率部と相手部材との間の接着剤がその加熱硬化前に脱落することが抑制され、継手強度が高くなる。

また、金属板部材に、曲率半径が相対的に小さい第１曲率部と、曲率半径が相対的に大きい第２曲率部とをプレス成形で形成すると、金属板部材が加工硬化を受けて、耐力が高くなり、せん断接着強度が高くなる。

第２の発明は、上記第１の発明において、上記第１及び第２曲率部は、上記フランジ部の長手方向に交互に配設されていることを特徴とするものである。

これにより、第１及び第２曲率部をフランジ部の長手方向に交互に配設しているため、継手強度をより一層高くすることができる。

第３の発明は、上記第１又は２の発明において、上記金属板部材の表面には、めっきが施されていることを特徴とするものである。

これにより、金属板部材の表面に脆性が劣るめっきが施されていても、継手強度を高くすることができる。以下、その詳細について説明する。

本発明によれば、曲率部に、曲率半径が相対的に小さい第１曲率部と、曲率半径が相対的に大きい第２曲率部とを、フランジ部の長手方向に隣接して配設しているため、継手剛性が高くなる。そして、フランジ部の接合面に発生する剥離力は、その全面で均一な大きさで単純引張りに近いため、応力集中が緩和されて、めっきに剥離起点が発生しにくく、高い衝撃荷重に耐えることができる。

また、曲率部と相手部材との間の粘弾性材料としての接着剤によって、継手への非衝撃荷重の印加後に応力緩和が発生して、曲率部の曲率半径をフランジ部の長手方向に亘って一定の大きさにした単純な曲げフランジ継手と比較して、継手への繰返荷重の印加時に高い減衰性が得られる。そして、その応力緩和によって、フランジ部の接合面に発生する引張り応力は、暫時増加してていくため、急激なめっきへの荷重の印加が抑制され、破壊起点が発生しにくい。

また、第２曲率部と相手部材との間に接着剤が充填されるため、第１曲率部の側壁部の分、接着面積が広くなり、たとえめっきが剥離したとしても、曲率部の曲率半径をフランジ長手方向に亘って一定の大きさにした単純な曲げフランジ継手と比較して、衝撃吸収エネルギーが大きくなる。

また、第２曲率部は、曲率半径が相対的に大きいため、その成形時にめっき損傷を受けにくく、継手への荷重の印加時に破壊起点となりにくい。一方、第１曲率部は、曲率半径が相対的に小さいため、その成形時にめっき損傷を集中的に受けるように意図的に仕向けることができる。そして、そのような第１曲率部が継手への荷重の印加時に破壊起点となると、常に破壊起点となるため、継手強度の特性ばらつきが抑制される。以上のように、破壊起点を制御することができる。

第４の発明は、上記第３の発明において、上記めっきは、溶融亜鉛合金めっきであることを特徴とするものである。

これにより、金属板部材の表面に脆性がより一層劣る溶融亜鉛合金めっきが施されていても、継手強度を高くすることができる。

第５の発明は、上記第１〜４のいずれか１つの発明において、上記相手部材は、フランジ部を有する第２金属板部材であり、上記金属板部材は、そのフランジ部及び曲率部と上記第２金属板部材のフランジ部との間の接着剤並びに溶接によって、そのフランジ部で上記第２金属板部材のフランジ部に接合されていることを特徴とするものである。

これにより、金属板部材同士をそのフランジ部で接着剤及び溶接によって接合する場合において、継手強度を高くすることができる。

本発明の実施形態に係る金属板接合構造をフランジ部の基端縁側から見た斜視図である。金属板接合構造をフランジ長手方向と直角をなす平面に沿って切った断面図である。上側金属板部材と下側金属板部材との接着工程の一例を示す図２相当図であり、（ａ）は、スポット溶接による加圧前の状態を示す図であり、（ｂ）は、スポット溶接による加圧後の状態を示す図である。上側金属板部材と下側金属板部材との接着工程の別の例を示す図２相当図であり、（ａ）は、上側金属板部材の移動前の状態を示す図であり、（ｂ）は、上側金属板部材の移動後の状態を示す図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

本発明の実施形態に係る金属板接合構造Ａは、図１及び図２に示すように、横断面略Ｌ字状の上側金属板部材１を横断面略逆Ｌ字状の下側金属板部材２（相手部材、第２金属板部材）に接合したものである。上側及び下側金属板部材１，２は、その全表面に溶融亜鉛合金めっきが施された鋼板部材である。上側金属板部材１は、上下方向に延びる上側上下壁部１０と、水平方向に延びる上側フランジ部１１とを有しており、これらの上側上下壁部１０及び上側フランジ部１１が、斜め下側に突出するように所定の曲率形状に湾曲形成された上側曲率部１２を介して連続形成されている。つまり、この上側曲率部１２は、上側フランジ部１１における先端縁（図２では右端縁）とは反対側の基端縁側に形成されている。上側フランジ部１１の下面は、下側金属板部材２の下側フランジ部２１と接合する平坦な接合面をなしている。上側曲率部１２は、プレス成形で形成されている。尚、上側金属板部材１は本発明の金属板部材に対応する。

上記下側金属板部材２は、上下方向に延びる下側上下壁部２０と、水平方向に延びる下側フランジ部２１とを有しており、これらの下側上下壁部２０及び下側フランジ部２１が、斜め上側に突出するように所定の曲率形状に湾曲形成された下側曲率部２２を介して連続形成されている。つまり、この下側曲率部２２は、下側フランジ部２１における先端縁（図２では右端縁）とは反対側の基端縁側に形成されている。下側フランジ部２１の上面は、上側金属板部材１の上側フランジ部１１と接合する平坦な接合面をなしている。下側曲率部２２は、プレス成形で形成されている。

そして、上側金属板部材１は、その上側フランジ部１１及び上側曲率部１２と下側金属板部材２の下側フランジ部２１及び下側曲率部２２との間に介在する高靭性の接着剤ｂと、スポット溶接とによって、その上側フランジ部１１で下側金属板部材２の下側フランジ部２１にウエルドボンド接合されている。接着剤ｂは、上側フランジ部１１及び上側曲率部１２と下側フランジ部２１及び下側曲率部２２との間に挟んだ後、加熱硬化されている。スポット溶接は、その間に接着剤ｂを介在させた状態で重ね合わせた上側及び下側フランジ部１１，２１に対して、その上下から電極で挟んで電流を流すとともにその電極で加圧することによって行われており、スポット溶接部（図示せず）が、フランジ部１１，２１の長手方向（以下、フランジ長手方向という）に並列形成されている。尚、図１では、図を見易くするため、接着剤ｂの図示を省略している。

上記上側曲率部１２は、第１曲率部１３と、この第１曲率部１３とフランジ長手方向に隣接形成され、第１曲率部１３よりも曲率半径が大きい第２曲率部１４とを有しており、これらの第１及び第２曲率部１３，１４が、フランジ長手方向に交互に形成されている（図１では、第１曲率部１３を３つ、第２曲率部１４を４つ、それぞれ図示）。つまり、相隣り合う第１曲率部１３，１３の間に第２曲率部１４が、相隣り合う第２曲率部１４，１４の間に第１曲率部１３が、それぞれ形成されている。

第１曲率部１３は、第２曲率部１４よりも曲率半径方向の外側（斜め下側）に突出していて、上下方向に延びる上下壁部１３ａと、水平方向に延びる水平壁部１３ｂとを有しており、これらの上下壁部及び水平壁部１３ａ，１３ｂが、第２曲率部１４よりも小さい曲率半径で形成された曲率部本体１３ｃを介して連続形成されている。また、第１曲率部１３は、上下壁部１３ａ、水平壁部１３ｂ、及び曲率部本体１３ｃに対してこれらと直角をなすように連続形成された、上下方向に延びる一対の側壁部１３ｄ，１３ｄをさらに有している。これらの側壁部１３ｄ，１３ｄは、第２曲率部１４に対してこれと直角をなすように連続形成されている。

各第１曲率部１３の曲率半径は均一であり、各第２曲率部１４の曲率半径も均一である。第１及び第２曲率部１３，１４の幅（フランジ長手方向の長さ）は同じ大きさである。相隣り合う第１曲率部１３，１３の、互いに対向する側壁部１３ｄ，１３ｄと第２曲率部１４とで囲まれた空間には、接着剤ｂが充填されるようになっている。

上記下側曲率部２２の曲率半径は、フランジ長手方向に亘って一定の大きさであり、上側曲率部１２の第２曲率部１４の曲率半径と同じ大きさである。

以下、図３を参照しながら、上側金属板部材１と下側金属板部材２との接着工程の一例について説明する。まず、上側フランジ部１１と下側フランジ部２１との間に接着剤ｂを入れる。そして、上側及び下側フランジ部１１，２１を第２曲率部１４に対応する箇所でスポット溶接する。このスポット溶接の加圧によって、上側フランジ部１１と下側フランジ部２１との間の接着剤ｂがその間からはみ出し、そのはみ出した接着剤ｂが、上側曲率部１２の第２曲率部１４と下側曲率部２２との間や、上側曲率部１２の第１曲率部１３と下側曲率部２２との間に充填される。その後、接着剤ｂを加熱硬化する。

以下、図４を参照しながら、上側金属板部材１と下側金属板部材２との接着工程の別の例について説明する。まず、下側フランジ部２１の上面に接着剤ｂビードを塗布する。そして、上側フランジ部１１の基端縁側が下側フランジ部２１の先端縁側から基端縁側に移動するように、上側フランジ部１１を下側フランジ部２１に近接させた状態で、上側金属板部材１を下側金属板部材２に対して水平方向に平行移動させる。この平行移動によって、下側フランジ部２１に塗布した接着剤ｂが、上側曲率部１２の第２曲率部１４や第１曲率部１３に引っ掛かり、その引っ掛かった接着剤ｂが、上側曲率部１２の第２曲率部１４と下側曲率部２２との間や、上側曲率部１２の第１曲率部１３と下側曲率部２２との間に充填される。その後、接着剤ｂを加熱硬化する。

以下、図示は省略するが、上側金属板部材１と下側金属板部材２との接着工程のまた別の例について説明する。まず、上側フランジ部１１と下側フランジ部２１との間に接着剤ｂを入れる。そして、上側曲率部１２と下側曲率部２２との間に、接着剤ｂをフランジ部１１，２１の基端縁側からフランジ長手方向に連続塗布する。それから、その塗布した接着剤ｂのうち余分な部分をへらで除去する。この除去によって接着剤ｂが、上側曲率部１２の第２曲率部１４と下側曲率部２２との間や、上側曲率部１２の第１曲率部１３と下側曲率部２２との間に充填される。その後、接着剤ｂを加熱硬化する。

−効果−
以上により、本実施形態によれば、上側曲率部１２に、曲率半径が相対的に小さい第１曲率部１３と、曲率半径が相対的に大きい第２曲率部１４とを、フランジ長手方向に隣接形成しているため、継手剛性が高くなる。そして、上側フランジ部１１の平坦接合面に発生する剥離力は、その全面で均一な大きさで単純引張りに近いため、応力集中が緩和されて、めっきに剥離起点が発生しにくく、高い衝撃荷重に耐えることができる。

また、上側曲率部１２と下側曲率部２２との間の粘弾性材料としての接着剤ｂによって、継手への非衝撃荷重の印加後に応力緩和が発生して、上側曲率部１２の曲率半径をフランジ長手方向に亘って一定の大きさにした単純な曲げフランジ継手と比較して、継手への繰返荷重の印加時に高い減衰性が得られる。そして、その応力緩和によって、上側フランジ部１１の平坦接合面に発生する引張り応力は、暫時増加してていくため、急激なめっきへの荷重の印加が抑制され、破壊起点が発生しにくい。

また、第２曲率部１４と下側曲率部２２との間に接着剤ｂが充填されるため、第１曲率部１３の側壁部１３ｄの分、接着面積が広くなり、たとえめっきが剥離したとしても、上側曲率部１２の曲率半径をフランジ長手方向に亘って一定の大きさにした単純な曲げフランジ継手と比較して、衝撃吸収エネルギーが大きくなる。

また、第２曲率部１４は、曲率半径が相対的に大きいため、その成形時にめっき損傷を受けにくく、継手への荷重の印加時に破壊起点となりにくい。一方、第１曲率部１３は、曲率半径が相対的に小さいため、その成形時にめっき損傷を集中的に受けるように意図的に仕向けることができる。そして、そのような第１曲率部１３が継手への荷重の印加時に破壊起点となると、常に破壊起点となるため、継手強度の特性ばらつきが抑制される。以上のように、破壊起点を制御することができる。

また、上側曲率部１２に、曲率半径が相対的に小さい第１曲率部１３と、曲率半径が相対的に大きい第２曲率部１４とを、フランジ長手方向に隣接形成しているため、上側曲率部１２に、フランジ長手方向に凹凸が形成される。このため、上側曲率部１２の曲率半径をフランジ長手方向に亘って一定の大きさにした単純な曲げフランジ継手と比較して、上側曲率部１２と下側曲率部２２との間の接着剤ｂがその加熱硬化前に脱落することが抑制され、継手強度が高くなる。

また、上側金属板部材１に、曲率半径が相対的に小さい第１曲率部１３と、曲率半径が相対的に大きい第２曲率部１４とをプレス成形で形成しているため、上側金属板部材１が加工硬化を受けて、耐力が高くなり、せん断接着強度（荷重の、曲率面のせん断方向成分に対する接着強度）が高くなる。

以上により、上側金属板部材１の表面に脆性が劣る溶融亜鉛合金めっきが施されていても、簡単な構造で、継手強度を高くすることができる。

（その他の実施形態）
上記実施形態の金属板接合構造Ａは、幅広い用途に適しており、例えば、十分な継手強度が要求される、サイドメンバやサイドシルなどの車体用部材に用いることができる。勿論、車体用部材以外の部材に用いてもよい。

また、上記実施形態では、第１及び第２曲率部１３，１４を交互に配設しているが、第１及び第２曲率部１３，１４を少なくとも１つずつ配設すればよい。

また、上記実施形態では、各第１曲率部１３の曲率半径を均一にしているが、第２曲率部１４の曲率半径よりも小さい限り、相違させてもよい。同様に、第１曲率部１３の曲率半径よりも大きい限り、各第２曲率部１４の曲率半径も相違させてもよい。

また、上記実施形態では、第１曲率部１３の幅を第２曲率部１４の幅と同じ大きさにしているが、第１曲率部１３の幅を第２曲率部１４の幅よりも大きくしてもよく、或いは、第１曲率部１３の幅を第２曲率部１４の幅よりも小さくしてもよい。

また、上記実施形態では、金属板部材１，２の表面に溶融亜鉛合金めっきを施しているが、溶融亜鉛合金めっき以外のめっきを施してもよい。

また、上記実施形態では、下側金属板部材２を、下側曲率部２２の曲率半径をフランジ長手方向に亘って一定の大きさにした単純な曲げフランジ継手としているが、上側金属板部材１と同様、下側曲率部２２に第１及び第２曲率部を形成したものとしてもよい。この場合、上側及び下側曲率部１２，２２の第１曲率部（上側及び下側曲率部１２，２２の第２曲率部）の、フランジ長手方向の位置を一致させてもよいし（同一位相）、或いは、上側曲率部１２の第１曲率部及び下側曲率部２２の第２曲率部（上側曲率部１２の第２曲率部及び下側曲率部２２の第１曲率部）の、フランジ長手方向の位置を一致させてもよい（半位相ずれ）。

また、上記実施形態では、相手部材を下側金属板部材２としているが、これに限らず、例えば、金属以外の材料の板部材やブロック状の部材などとしてもよい。

また、上記実施形態では、接着剤ｂ及びスポット溶接によって、上側金属板部材１を下側金属板部材２に接合しているが、接着剤ｂのみによって、上側金属板部材１を下側金属板部材２に接合してもよい。但し、前者の方が、継手強度は高い。

本発明は、実施形態に限定されず、その精神又は主要な特徴から逸脱することなく他の色々な形で実施することができる。

このように、上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書には何ら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明にかかる金属板接合構造は、継手強度を高くすることが必要な用途等に適用できる。

Ａ金属板接合構造
ｂ接着剤
１上側金属板部材（金属板部材）
１１上側フランジ部
１２上側曲率部
１３第１曲率部
１４第２曲率部
２下側金属板部材（相手部材、第２金属板部材）
２１下側フランジ部

Claims

金属板部材のフランジ部及び該フランジ部の基端側に形成した曲率部と相手部材との間の接着剤によって、上記金属板部材をそのフランジ部で上記相手部材に接合した金属板接合構造であって、
上記曲率部は、第１曲率部と、該第１曲率部と上記フランジ部の長手方向に隣接して設けられ、上記第１曲率部よりも曲率半径が大きい第２曲率部とを有していることを特徴とする金属板接合構造。
請求項１記載の金属板接合構造において、
上記第１及び第２曲率部は、上記フランジ部の長手方向に交互に配設されていることを特徴とする金属板接合構造。
請求項１又は２記載の金属板接合構造において、
上記金属板部材の表面には、めっきが施されていることを特徴とする金属板接合構造。
請求項３記載の金属板接合構造において、
上記めっきは、溶融亜鉛合金めっきであることを特徴とする金属板接合構造。
請求項１〜４のいずれか１つに記載の金属板接合構造において、
上記相手部材は、フランジ部を有する第２金属板部材であり、
上記金属板部材は、そのフランジ部及び曲率部と上記第２金属板部材のフランジ部との間の接着剤並びに溶接によって、そのフランジ部で上記第２金属板部材のフランジ部に接合されていることを特徴とする金属板接合構造。