JP6274450B2 - 自動車用外板パネルの面ヒケ評価方法および面ヒケ評価装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車用外板パネルにおける表面品質の課題の１つである表面のヒケを評価するための面ヒケ評価方法および面ヒケ評価装置に関し、特には面ヒケ対策技術の評価検討が容易な面ヒケ評価方法および面ヒケ評価装置に関するものである。

自動車の燃費向上や車体軽量化のため、車体を構成する鋼板の薄肉高張力化が推進されているが、薄肉高張力化に伴い、自動車の外板品質に悪影響を及ぼす面ヒケと呼ばれる現象が問題となっている。面ヒケとは、焼付け塗装処理後に自動車外板パネルが車体内方へ凹むように歪むことで、外観品質を損ねてしまう不具合である。

例えば、自動車用ドアの構造は一般に、ドアの外観品質を左右する外板パネルとしてのドアアウターパネルと、ドアの剛性を確保するとともにヒンジや窓ガラス昇降機構等のドア部品を支持するドアインナーパネルとが、ドアアウターパネルの周辺部を内向きにはぜ折りすることによって結合され、また、ドアの剛性および安全性を高めるために例えば厚板製チャンネル材からなる補強部材が、ドアアウターパネルとドアインナーパネルとの間に概略車体の前後方向へ延在するように配置されてその両端部をスポット溶接等でドアインナーパネルに結合され、そしてドアアウターパネルの中間部の強度を確保するためにドアアウターパネルの中間部と補強部材とがマスチック接着剤で互いに接着されて、構成されている。

このため、面ヒケの発生要因の一つとして、ドアアウターパネルと補強部材とを接着するマスチック接着剤がドア表面への焼付け塗装のための熱処理時にその熱で変形することでドアアウターパネルの変形が引き起こされるということが考えられる。なお、マスチック接着剤とは、合成ゴムを主成分とする弾性接着剤である（例えば特許文献１参照）。

この面ヒケの対策技術としては、構造接着剤とマスチック接着剤との併用で内部応力を緩和する方法などが挙げられる（例えば特許文献２参照）。

特公平０７−０５３８５１号公報 特開平０６−０７３３４２号公報

従来技術では、この面ヒケの評価は、製造現場における実部品の目視あるいは触感による官能評価で実施しているため容易でなかった。そこで、開発段階で性能評価あるいは対策技術を検討するために、簡便な評価手法が必要となってきた。

それゆえ本発明は、前記従来技術の課題を有利に解決した面ヒケ評価方法および面ヒケ評価装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決する本発明の自動車用外板パネルの面ヒケ評価方法は、被評価対象の自動車用外板パネルに近似した凸曲面になるように湾曲させて周辺部を拘束した被評価サンプルに対し熱処理を実施し、熱処理の前後の被評価サンプルの表面の形状変化を測定することで表面のヒケを評価することを特徴とするものである。

なお、本発明の自動車用外板パネルの面ヒケ評価方法においては、好ましくは、前記被評価サンプルの構造が少なくとも、外板パネルと、補強部材と、前記外板パネルと前記補強部材とを接着するマスチック接着剤と、を備えてなる。

また、本発明の自動車用外板パネルの面ヒケ評価方法においては、好ましくは、前記被評価サンプルの前記外板パネルと前記補強部材との間隔を変更する。

さらに、本発明の自動車用外板パネルの面ヒケ評価方法においては、好ましくは、前記熱処理の条件を、１００℃以上２００℃以下の温度に１０分以上１時間以内曝すものとする。

一方、上記自動車用外板パネルの面ヒケ評価方法に使用される本発明の自動車用外板パネルの面ヒケ評価装置は、
前記被評価対象の自動車用外板パネルに近似した凸曲面になるように前記被評価サンプルを湾曲させた状態で前記被評価サンプルの周辺部を支持する支持枠と、
前記被評価サンプルの周辺部を前記支持枠上に拘束する拘束部材と、
を備えることを特徴とするものである。

さらに、本発明の自動車用外板パネルの面ヒケ評価装置は、前記被評価サンプルの構造が少なくとも、外板パネルと、補強部材と、前記外板パネルと前記補強部材とを接着するマスチック接着剤と、を備えてなり、
前記支持枠が、前記外板パネルと前記補強部材との間隔を変更可能にしつつ前記補強部材を支持する補強部材支持部を有することを特徴とするものである。

本発明の自動車用外板パネルの面ヒケ評価方法によれば、被評価対象の自動車用外板パネルに近似した凸曲面になるように湾曲させて周辺部を拘束した被評価サンプルに対し、例えば焼付け塗装のための熱処理と同様の熱処理を実施し、熱処理の前後の被評価サンプルの表面の形状変化を測定することで表面のヒケを評価するので、実際の自動車の外板パネルを模擬した構造サンプルあるいは試作品を用いて、自動車の開発段階から面ヒケに対する表面品質を評価することができ、また面ヒケにおよぼす影響因子を明確化することができるので、面ヒケ対策技術の検討およびその効果検証を的確に行うことができる。

また、本発明の自動車用外板パネルの面ヒケ評価装置によれば、被評価対象の自動車用外板パネルに近似した凸曲面になるように被評価サンプルを湾曲させた状態で前記被評価サンプルの周辺部を支持する支持枠と、前記被評価サンプルの周辺部を前記支持枠に拘束する拘束部材とを備えているので、本発明の自動車用外板パネルの面ヒケ評価方法に従って熱処理を実施することにより被評価サンプルの表面のヒケを適切に評価することができ、また面ヒケにおよぼす影響因子を明確化することができるので、面ヒケ対策技術の検討およびその効果検証を的確に行うことができる。

本発明の自動車用外板パネルの面ヒケ評価方法の一実施形態に使用される、本発明の自動車用外板パネルの面ヒケ評価装置の一実施形態を示す外観写真である。 上記実施形態の自動車用外板パネルの面ヒケ評価装置を被評価サンプルとともに模式的に示す分解斜視図である。 上記実施形態の自動車用外板パネルの面ヒケ評価装置の支持枠における補強部材支持部を模式的に示す説明図である。 上記実施形態の自動車用外板パネルの面ヒケ評価装置で被評価サンプルを拘束した場合の熱処理前後の被評価サンプルの外板パネルの変形状態を示すグラフである。 （ａ）は、無拘束での熱処理後の被評価サンプルの外板パネルにゼブラパターンを投影してその変形状態を示す外観写真であり、（ｂ）は、図４に対応する条件での熱処理後の被評価サンプルの外板パネルにゼブラパターンを投影してその変形状態を示す外観写真である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づき詳細に説明する。ここに、図１は、本発明の自動車用外板パネルの面ヒケ評価方法の一実施形態に使用される、本発明の自動車用外板パネルの面ヒケ評価装置の一実施形態を示す外観写真であり、図２は、上記実施形態の自動車用外板パネルの面ヒケ評価装置を被評価サンプルとともに模式的に示す分解斜視図である。

被評価サンプルＳは例えば図２に示すように、外板パネルＰと、補強部材Ｒと、それら外板パネルＰと補強部材Ｒとを接着するマスチック接着剤Ｍとを備えてなり、この実施形態の自動車用外板パネルの面ヒケ評価装置は、被評価対象の自動車用外板パネルに近似した凸曲面になるように被評価サンプルＳの外板パネルＰを湾曲させた状態でその外板パネルＰの周辺部を支持する支持枠１１と、被評価サンプルＳの外板パネルＰの各辺の周辺部を支持枠１１との間で挟持して外板パネルＰの周辺部を拘束する拘束部材１２と、その拘束部材１２に設けられた貫通孔およびそれに対応して外板パネルＰの周辺部に設けられた図示しない貫通孔を通って支持枠１１の上端面の図示しないねじ孔に螺合し、その拘束部材１２と外板パネルＰの周辺部とを支持枠１１の上端面にそれぞれ締着固定する複数本の取付けボルト１３と、を備えている。

支持枠１１は、外板パネルＰの例えば縦３００ｍｍ×横３００ｍｍの寸法に対応するように、例えば外形寸法を平面視で縦３００ｍｍ×横３１０ｍｍとされ、長さ３００ｍｍの互いに対向する２枚の厚板状の縦壁部１１ａと長さ３１０ｍｍの互いに対向する２枚の厚板状の横壁部１１ｂとが枠状に組み合わされて構成されており、２枚の縦壁部１１ａの上端面は概略平坦に形成される一方、２枚の横壁部１１ｂの上端面はその横壁部１１ｂの正面から見て上方に突出する例えば曲率半径Ｒが５０００ｍｍの円弧状に形成され、その横壁部１１ｂの円弧状の上端面の長手方向（周方向）中央部には上向きに開いたコ字状の切欠き部１１ｃが設けられている。なお、上記５０００ｍｍの曲率半径は、自動車用ドアのアウターパネルの曲率半径に概略対応するように定められたものであり、支持枠１１の上端面の曲率半径はこれに限られず、エンジンフードやトランクリッド等の他の種類の自動車用外板パネルに近似した凸曲面になるように任意に選択することができる。

拘束部材１２は例えば、支持枠１１の２枚の縦壁部１１ａの上端面に３本の取付けボルト１３でそれぞれ固定される２本の直線状の拘束片１２ａと、支持枠１１の２枚の横壁部１１ｂの円弧状の上端面に５本の取付けボルト１３でそれぞれ固定される２本の円弧状に湾曲した拘束片１２ｂとからなる。拘束部材１２はこれに限られず、支持枠１１と同様に枠状をなすものでも良い。

図３は、上記実施形態の自動車用外板パネルの面ヒケ評価装置の支持枠１１における補強部材支持部１４を模式的に示す説明図であり、補強部材支持部１４は、上記横壁部１１ｂの上端面のコ字状の切欠き部１１ｃと、その切欠き部１１ｃ内に補強部材Ｒの端部と一緒に配置される複数のスペーサーブロック１５とで構成され、例えば補強部材Ｒが、板厚が２．３ｍｍで端部の幅が５０ｍｍの４４０ＭＰａ鋼板から形成されており、また切欠き部１１ｃの幅が５０ｍｍで深さが７．３ｍｍとされている場合に、何れも幅が５０ｍｍで、厚さが２ｍｍの上端スペーサーブロック１５ａと、厚さが１ｍｍの中間スペーサーブロック１５ｂと、厚さが２ｍｍの中間スペーサーブロック１５ｃと、補強部材Ｒの端部とをその順で重ねて切欠き部１１ｃ内に配置し、それらを拘束部材１２で外板パネルＰの周辺部と一緒に支持枠１１に固定すれば、外板パネルＰと補強部材Ｒとの間には厚さ５ｍｍ分のスペーサーブロック１５が介在するので外板パネルＰと補強部材Ｒとの間隔は５ｍｍとなる。

そして、それらのスペーサーブロック１５のうち厚さが１ｍｍの中間スペーサーブロック１５ｂを抜き出して補強部材Ｒの端部の下に配置すれば外板パネルＰと補強部材Ｒとの間隔は４ｍｍとなり、代わりに厚さが２ｍｍの中間スペーサーブロック１５ｃを抜き出して補強部材Ｒの端部の下に配置すれば外板パネルＰと補強部材Ｒとの間隔は３ｍｍとなり、厚さが１ｍｍの中間スペーサーブロック１５ｂと厚さが２ｍｍの中間スペーサーブロック１５ｃとを抜き出して補強部材Ｒの端部の下に配置すれば外板パネルＰと補強部材Ｒとの間隔は２ｍｍとなる。従って補強部材支持部１４は、外板パネルＰと補強部材Ｒとの間隔を変更可能に、補強部材Ｒの両端部を支持することができ、また、補強部材Ｒの代りに厚さが２．３ｍｍの下端スペーサーブロック１５ｄを切欠き部１１ｃ内に配置すれば、補強部材Ｒがない状態で外板パネルＰの周辺部を支持することができる。

なお、上端スペーサーブロック１５ａはその上端面を横壁部１１ｂの円弧状の上端面と概略同じ曲率半径の円弧状面とされるとともに下端面を平坦面とされ、この一方、中間スペーサーブロック１５ｂ，１５ｃおよび下端スペーサーブロック１５ｄはそれぞれその上端面および下端面を互いに平行な平坦面とされている。また、各スペーサーブロック１５ａ〜１５ｄの中央部には、取付けボルト１３の挿通用の貫通穴が形成されている。

この実施形態の自動車用外板パネルの面ヒケ評価方法では、上述の如くしてこの実施形態の自動車用外板パネルの面ヒケ評価装置で、被評価サンプルＳの外板パネルＰを自動車用ドアアウターパネルに近似した曲率５０００ｍｍの凸曲面になるように湾曲させた状態で外板パネルＰの各辺の周辺部と補強部材Ｒとを固定支持するとともに、その補強部材Ｒの中央部に配置した通常のマスチック接着剤Ｍで外板パネルＰと補強部材Ｒとを接着し、次いでこの実施形態の自動車用外板パネルの面ヒケ評価装置に、自動車用ドアパネルの焼付け塗装のための熱処理と同様の例えば１７０℃の温度に２０分間曝す熱処理を実施し、熱処理の前後の被評価サンプルＳの表面の形状変化を目視やライン形状測定あるいは例えば本願出願人が先に特開２００７−１４７５８７号公報で開示した面ひずみ測定装置を用いたゼブラパターン投影により測定することで、外板パネルＰの表面のヒケを評価する。

（実施例）
以下に、上記実施形態の面ヒケ評価方法の一実施例について説明する。図４は、上記実施形態の自動車用外板パネルの面ヒケ評価装置の拘束部材１２の取付けボルト１３を工具で締め付けて被評価サンプルＳの外板パネルＰの周辺部を拘束した場合の熱処理前後の被評価サンプルＳの外板パネルＰの変形状態を示すグラフである。

また図５（ａ）は、無拘束での熱処理後の被評価サンプルＳの外板パネルＰにゼブラパターンを投影してその変形状態を示す外観写真であり、図５（ｂ）は、図４に対応する条件での熱処理後の被評価サンプルＳの外板パネルＰにゼブラパターンを投影してその変形状態を示した外観写真である。

この実施例では先ず、板厚０．６ｍｍの４４０ＭＰａ高張力鋼板からなる被評価サンプルＳの外板パネルＰを平板状のまま３枚準備し、それら３枚の外板パネルＰの裏面中央部にそれぞれ１ｇ、３ｇおよび５ｇのマスチック接着剤を付着させ、それら３枚の外板パネルＰにオーブンで上述した１７０℃×２０ｍｉｎ．の熱処理を実施した。

この熱処理後、それら３枚の外板パネルＰの表面に上述のゼブラパターンを投影してその変形状態を調査したところ、図５（ａ）にマスチック接着剤を３ｇ付着させた場合について代表で示すように、無拘束の平板状のままの外板パネルＰでは何れもパネル面形状の変化は観察されなかった。

次いで、実際のドア構造を模した上記実施形態の自動車用外板パネルの面ヒケ評価装置を用い、上記板厚０．６ｍｍの４４０ＭＰａ高張力鋼板からなる被評価サンプルＳの外板パネルＰを支持枠１１の上端面に沿わせて曲率半径５０００ｍｍで湾曲させた状態で、その外板パネルＰの周辺部を拘束部材１２により支持枠１１との間で挟持し、拘束部材１２の取付けボルト１３を工具で締め付けて外板パネルＰの周辺部を拘束した。

さらに、補強部材支持部１４を構成する２箇所の切欠き１１ｃ内に、板厚が２．３ｍｍで端部の幅が５０ｍｍの４４０ＭＰａ鋼板から形成された補強部材Ｒの両端部をスペーサーブロック１５とともに配置して、その補強部材Ｒを２枚の横壁部１１ｂ間に渡って外板パネルＰの下で延在させ、スペーサーブロック１５の上述の如き選択的配置により補強部材Ｒと外板パネルＰとの間の隙間を３ｍｍに設定して補強部材Ｒを支持枠１１で支持し、その補強部材Ｒと外板パネルＰとの間の隙間に配置した３ｇのマスチック接着剤Ｍで、外板パネルＰと補強部材Ｒとの中央部同士を接着した。

この被評価サンプルＳについて、オーブンで上述した自動車用ドアパネルの焼付け塗装のための熱処理と同様の１７０℃×２０ｍｉｎ．の熱処理を実施し、その熱処理の前後の外板パネルＰの高さ方向寸法の変化を補強部材Ｒの延在方向に沿って調べたところ、図４に示すように、全体的に盛り上がるとともに、中央部に部分的な面ヒケが発生していた。

また、上記熱処理の前後の外板パネルＰの表面に上述のゼブラパターンを投影してその変形状態を調査したところ、図５（ｂ）に示すように、熱処理後はゼブラパターンの間隔が中央部で広がっていて、面ヒケの発生が外観的にも確認された。これは、熱処理によって変形したマスチック接着剤Ｍから外板パネルＰの中央部に加わった力が、外板パネルＰの周辺部の拘束力の高さによって、外板パネルＰの周辺部から逃がされずに中央部に内部応力として残留したためと思われる。

上述の如くしてこの実施形態の自動車用外板パネルの面ヒケ評価方法によれば、被評価対象の自動車用ドアのドアアウターパネルに近似した凸曲面になるように湾曲させて被評価サンプルＳの外板パネルＰの周辺部を拘束するとともに、その外板パネルＰの中央部に対し隙間をあけて補強部材Ｒを支持し、それらの間をマスチック接着剤Ｍで接着した状態で、評価サンプルＳに対し焼付け塗装のための熱処理と同様の熱処理を実施し、熱処理の前後の被評価サンプルＳの外板パネルＰの表面の形状変化を測定することで表面のヒケを評価するので、実際の自動車のドアアウターパネルを模擬した構造サンプルである評価サンプルＳを用いて、自動車の開発段階から面ヒケに対する表面品質を評価することができ、また面ヒケにおよぼす影響因子を明確化することができるので、対面ヒケ対策技術の検討およびその効果検証を的確に行うことができる。

また、この実施形態の自動車用外板パネルの面ヒケ評価装置によれば、被評価対象の自動車用ドアのドアアウターパネルに近似した凸曲面になるように被評価サンプルＳの外板パネルＰを湾曲させた状態でその外板パネルＰの周辺部を支持する支持枠１１と、被評価サンプルＳの外板パネルＰの周辺部を支持枠１１に拘束する拘束部材１２と、その外板パネルＰの中央部に対し隙間をあけて補強部材Ｒを支持し、それらの間をマスチック接着剤Ｍで接着した状態とし得る補強部材支持部１４とを備えているので、上記実施形態の自動車用外板パネルの面ヒケ評価方法に従って熱処理を実施することにより被評価サンプルＳの外板パネルＰの表面のヒケを適切に評価することができ、また面ヒケにおよぼす影響因子を明確化することができるので、面ヒケ対策技術の検討およびその効果検証を的確に行うことができる。

しかもこの実施形態の自動車用外板パネルの面ヒケ評価装置によれば、支持枠１１が、外板パネルＰと補強部材Ｒとの間隔を変更可能にしつつ補強部材Ｒを支持する補強部材支持部１４を有していることから、外板パネルＰと補強部材Ｒとの間隔を種々に変更して熱処理を実施することで、被評価サンプルＳの外板パネルＰの表面のヒケをより適切に評価することができ、また面ヒケにおよぼす影響因子をより明確化することができるので、面ヒケ対策技術の検討およびその効果検証をより高精度かつ的確に行うことができる。

以上、図示例に基づき説明したが、この発明は上述の例に限られるものでなく、所要に応じて特許請求の範囲の記載範囲内で適宜変更し得るものであり、例えば、周辺部を拘束した外板パネルＰの熱処理条件は、１００℃以上２００℃以下の温度に１０分以上１時間以内曝すものであれば足りる。また、支持枠１１と拘束部材１２との少なくとも一方は、一体の枠状部材で構成しても良い。

かくして本発明の本発明の自動車用外板パネルの面ヒケ評価方法によれば、被評価対象の自動車用外板パネルに近似した凸曲面になるように湾曲させて周辺部を拘束した被評価サンプルに対し、例えば焼付け塗装のための熱処理と同様の熱処理を実施し、熱処理の前後の被評価サンプルの表面の形状変化を測定することで表面のヒケを評価するので、実際の自動車の外板パネルを模擬した構造サンプルあるいは試作品を用いて、自動車の開発段階から面ヒケに対する表面品質を評価することができ、また面ヒケにおよぼす影響因子を明確化することができるので、面ヒケ対策技術の検討およびその効果検証を的確に行うことができる。

また、本発明の自動車用外板パネルの面ヒケ評価装置によれば、被評価対象の自動車用外板パネルに近似した凸曲面になるように被評価サンプルを湾曲させた状態で前記被評価サンプルの周辺部を支持する支持枠と、前記被評価サンプルの周辺部を前記支持枠に拘束する拘束部材とを備えているので、本発明の自動車用外板パネルの面ヒケ評価方法に従って熱処理を実施することにより被評価サンプルの表面のヒケを適切に評価することができ、また面ヒケにおよぼす影響因子を明確化することができるので、面ヒケ対策技術の検討およびその効果検証を的確に行うことができる。

１１ 支持枠
１１ａ 縦壁部
１１ｂ 横壁部
１１ｃ 切欠き部
１２ 拘束部材
１２ａ，１２ｂ 拘束片
１３ 取付けボルト
１４ 補強部材支持部
１５ スペーサーブロック
１５ａ 上端スペーサーブロック
１５ｂ，１５ｃ 中間スペーサーブロック
１５ｄ 下端スペーサーブロック
Ｍ マスチック接着剤
Ｐ 外板パネル
Ｒ 補強部材
Ｓ 被評価サンプル

Claims (5)

1. 被評価対象の自動車用外板パネルに近似した凸曲面になるように湾曲させて周辺部を拘束した被評価サンプルに対し熱処理を実施し、
   その熱処理の前後の被評価サンプルの表面の形状変化を測定することで表面のヒケを評価することを特徴とする自動車用外板パネルの面ヒケ評価方法。
2. 前記被評価サンプルの構造が少なくとも、外板パネルと、補強部材と、前記外板パネルと前記補強部材とを接着するマスチック接着剤と、を備えてなることを特徴とする、請求項１記載の自動車用外板パネルの面ヒケ評価方法。
3. 前記被評価サンプルの前記外板パネルと前記補強部材との間隔を変更することを特徴とする、請求項２記載の自動車用外板パネルの面ヒケ評価方法。
4. 前記熱処理の条件を、１００℃以上２００℃以下の温度に１０分以上１時間以内曝すものとすることを特徴とする、請求項１から３までの何れか１項記載の自動車用外板パネルの面ヒケ評価方法。
5. 請求項１記載の自動車用外板パネルの面ヒケ評価方法に使用される面ヒケ評価装置において、
   前記被評価対象の自動車用外板パネルに近似した凸曲面になるように前記被評価サンプルを湾曲させた状態で前記被評価サンプルの周辺部を支持する支持枠と、
   前記被評価サンプルの周辺部を前記支持枠上に拘束する拘束部材と、
   を備え、
   前記被評価サンプルの構造が少なくとも、外板パネルと、補強部材と、前記外板パネルと前記補強部材とを接着するマスチック接着剤と、を備えてなり、
   前記支持枠が、前記外板パネルと前記補強部材との間隔を変更可能にしつつ前記補強部材を支持する補強部材支持部を有することを特徴とする自動車用外板パネルの面ヒケ評価装置。