JP6852505B2

JP6852505B2 - 接合構造

Info

Publication number: JP6852505B2
Application number: JP2017063322A
Authority: JP
Inventors: 賢松本; 茂川嶋
Original assignee: Toray Industries Inc
Current assignee: Toray Industries Inc
Priority date: 2017-03-28
Filing date: 2017-03-28
Publication date: 2021-03-31
Anticipated expiration: 2037-03-28
Also published as: JP2018165545A

Description

本発明は、板状体からなるアウター部材とインナー部材の接合構造に関する。特に、自動車ボディに使用される異種の材料からなるアウター部材／インナー部材の接合構造ならびに接合方法に関する。

近年、排ガス規制や燃費向上を目的として、自動車ボディは軽量化が図られており、複数種の材料を用い、それぞれの材料の特性を活かしたマルチマテリアル構造の採用が拡大している。自動車のフードやドアのような板状のアウター部材とインナー部材の接合構造体でも、鋼板やアルミ合金材あるいは繊維強化樹脂材料に代表される樹脂材料の組み合わせ構造が検討されている。このような接合構造体においては、アウターパネルの周縁部をヘム加工と呼ばれる折曲げ加工を施し、インナー部材の周縁部を挟み込むヘム接合と呼ばれる接合構造が多く採用されている（特許文献１ないし４）。また、引用文献は挙げないが、ボルトやリベットなどの機械締結構造も可能である。

特開２０１５−１００８４６号公報特開２０１５−１６４８４０号公報特開２００４−１９６８８４号公報特開２０１５−１２３８７９号公報

このようなヘム接合による接合を得ようとする際、アウター部材の周縁部を折り曲げてインナー部材を挟み込む際の位置ずれや、挟み込みのみでは十分な接合強度を確保することができないことが問題となる。そのため、特許文献１に記載の接合構造においては、ヘム加工前にアウター部材とインナー部材を摩擦攪拌接合により、アウター部材とインナー部材を接合しているが、摩擦攪拌接合を行う際にはアウター部材とインナー部材の接合面をきちんと密着させる必要があり、自動車部材のような３次元曲面を有する部材の場合、両者に高い面精度が要求されたり、面同士を押し付けるための装置あるいは治具が必要であったりするなどの問題点がある。

また、特許文献２に記載の接合構造においては、ヘム加工前にアウター部材の周縁部に接着剤を塗布し、ヘム加工を施すことで、ヘム部の内部側に接着剤が充填された状態となるが、接着剤の塗布が不足すると充填不足による接着不良や、ヘム加工を施す際に気泡を噛み込みなどが生じ、結果、接着強度を十分に確保できず接合部の信頼性を欠く問題が生じる。

また、特許文献３に記載の接合構造では、予めアウター部材の外周縁部に施されたヘム部にインナー部材を挿入して、インナー部材の周縁部をその弾性力を利用して、ヘム部内壁に当接し位置固定し、その後、接着剤をヘム部の内部に充填している。しかし、このような外周部が折り曲げられた部材にインナー部材を挿入するためには、インナー部材を若干弾性変形させて、ヘム部に挿入する必要がある上、鋼板や繊維強化複合材料のように剛性の高い材料で構成されたインナー部材の場合には変形に大きな荷重が必要となり、作業性が非常に悪くなる。加えて、インナー部材挿入後、弾性変形による復元力がアウター部材との当接面に作用することで、アウター部材が初期形状から変形してしまう可能性も生じる。さらに、接着剤をヘム部内部に後充填する場合、外側からは接着剤が正しく充填できているかを確認することは困難という作業性の問題や、接着剤の充填不足や気泡噛み込みが生じ、信頼性の高い接合部を得ることは困難である。

さらに、特許文献２や３に記載のアウター部材の意匠面とは裏面側でインナー部材と接着した接合構造の場合、接着剤の硬化収縮時や、アウター部材とインナー部材を線膨張係数の異なる異種材料によって構成した場合、熱変形時にアウター部材の意匠面に歪みを生じて外観上の品質問題も生じる。

特許文献４に挙げられている接合部構造では、位置ずれを防止するためヘム部に係止部を設けているが、係止部に必要な成形あるいは加工の必要性がある。また、ボルトやリベットなどの機械締結構造は、アウター部材の意匠側へボルトやリベットなどを露出させることは意匠上困難などの問題点がある。

本発明は上記に挙げた各種問題点に鑑みてなされたものであり、アウター部材とインナー部材を容易にかつ強固に接合でき、信頼性の高いアウター部材とインナー部材の接合構造を提供することにある。

本発明に係るアウター部材とインナー部材の接合構造は、アウター部材の外縁部を折り返す折り返し部からアウター部材の外縁端の間に、アウター部材から離間する方向に屈曲させた屈曲部を設け、屈曲部から外縁端にかけての端面部において、アウター部材とインナー部材とが接合されていることを特徴とするものである。このような接合構造により、アウター部材とインナー部材がアウター部材の意匠面から離れた位置で接合されるため、アウター部材とインナー部材を線膨張係数の異なる異種材料で構成した場合でも、熱変形による影響がアウターの意匠面側に及ばず、高い意匠性を確保できる。

また、本発明に係る接合構造においては、端面部において、アウター部材とインナー部材とがリベット接合されていることが好ましい。リベット接合することにより、アウター部材とインナー部材の位置ずれを抑制できると共に、より強固にアウター部材とインナー部材を接合することが可能になる。一方、折り返し部から屈曲部にかけてのヘム部でリベット接合した場合、リベット収容に必要な空間をヘム部に設ける必要が生じるため、接合構造の周縁部に余分な寸法を要することになる。しかし、本発明においては、リベット接合する位置を端面部としているため、アウター部材とインナー部材で囲われる内部空間にリベットを収容できるため、構造体全体の寸法をコンパクトに抑えることができる。また、リベットがアウター側の意匠面側へ露出しないので、意匠性も確保できる。

また、本発明に係る接合構造において、端面部において、アウター部材とインナー部材とが接着剤により接合されていることが好ましい。このような接合構造とすることで、さらに部材の接合強度を高めることができる。また、端面部において接着接合していることにより、接着剤の硬化収縮によるアウター意匠面へ歪みを防止でき、またヘム部の内部に接着剤を充填する接合構造と比較して、接着剤の塗布後にヘム加工を施す際に接着剤塗布不足や気泡噛み込みによる接着不良を生じず、高い接着信頼性を確保できる。

また、本発明の接合構造において、アウター部材とインナー部材はあらゆる材料が適用可能であるが、特に異種材料で構成されていることが好ましい。さらに好ましくは、アウター部材が金属材料、インナー部材が繊維強化複合材料で構成されていることが好ましい。このような材料により構成されていることにより、金属材料の表面意匠性に加えて、繊維強化複合材料の軽量性、強度・剛性などを活かすことができ、接合体全体の機能をより高めることが可能になる。

本発明に係るアウター部材とインナー部材の接合方法は、前記アウター部材の少なくとも一辺の外縁部を除いた外縁部を折り返し、さらに前記アウター部材の外縁部を折り返した折り返し部から前記アウター部材の外縁端の間を、前記アウター部材から離間する方向に屈曲させて前記屈曲部から前記外縁端にかけての端面部を設け、前記折り返し加工を施していない外縁側から、前記インナー部材を挿入し、前記端面部で前記アウター部材と前記インナー部材とを接合することを特徴とするものである。このような接合方法により、アウター部材の折曲げ端部にインナー部材を挿入して位置合わせを行い、アウター部材とインナー部材を接合するため、接合のための装置・治具や剛性の高いインナー部材を変形させる必要性が無く、簡便にアウター部材とインナー部材を接合することが可能になる。また、端面部を設けることにより、アウター部材とインナー部材の位置合わせを容易にすることができる。さらに、インナー部材をアウター部材の意匠面から離れた位置に設けた端面部で接合するため、アウター部材とインナー部材を線膨張係数の異なる異種材料で構成した場合でも、熱変形による影響がアウターの意匠面側に及ばず、高い意匠性を確保できる。

またさらに、アウター部材とインナー部材を端面部でリベット接合すると、アウター部材とインナー部材の位置ずれを抑制できると共に、より強固にアウター部材とインナー部材を接合することが可能になる。一方、ヘム部でリベット接合した場合、リベット収容に必要な空間をヘム部に設ける必要が生じるため、接合構造の周縁部に余分な寸法が必要になる。しかし、本発明においては、リベット接合する位置を端面部としているため、アウター部材とインナー部材で囲われるより広範な内部空間にリベットを収容できるため、接合構造体全体の寸法をコンパクトに抑えることができる。また、リベットがアウター側の意匠面側へ露出しないので、意匠性も確保できる。

またさらに、アウター部材とインナー部材を端面部において接着接合することが好ましい。このような接合方法とすることで、さらに部材の接合強度を高めることができる。また、端面部において接着接合することにより、接着剤の硬化収縮によりアウター意匠面へ歪みを防止でき、またヘム部内に接着剤を充填する接合構造と比較して、接着剤塗布不足や気泡噛み込みによる接着不良を生じず、高い接着信頼性を確保できる。

さらに、前記接着剤を前記アウター部材の端面部及び／または前記インナー部材の前記端面部に相対する部位に塗布した後、前記インナー部材を前記アウター部材に挿入し、前記アウター部材と前記インナー部材とを接着接合した後にリベット接合することが好ましい。このようにインナー部材の挿入前に接着剤を事前に塗布しておくことで、より簡便にかつ高い信頼性で接合することが可能になる。

このように、本発明に係る接合構造ならびに接合方法によれば、アウター部材とインナー部材を容易かつ強固に接合でき、信頼性の高いアウター部材とインナー部材の接合構造を実現することができる。

本発明の実施の形態に係るアウター部材とインナー部材の接合構造の平面図である。図１のＡ−Ａ線断面図である。本発明の実施の形態に係るアウター部材とインナー部材の接合方法に関する平面図である。

以下、本発明に実施の形態について、図面を参照しながら説明する。

図１は本発明の一実施態様に係る接合構造１を示しており、図２は図１のＡ−Ａ線断面図を示している。

接合構造１は、アウター部材１０とインナー部材２０により構成される平面視略多角形状の構造である。ここで、アウター部材１０は鋼あるいはアルミ合金などの金属材料、インナー部材２０は繊維強化樹脂により形成されている。

インナー部材２０に用いられる繊維強化樹脂（ＦＲＰ）におけるＦＲＰの強化繊維としてはとくに限定されず、炭素繊維やガラス繊維、アラミド繊維など、さらにこれらの混在した強化繊維の使用が可能である。なかでも、望ましい高い機械特性の発現やその特性の設計のし易さ等の面からは、炭素繊維を含むことが好ましい。また、繊維の形態についても、連続繊維形態、短繊維形態など適宜選択可能である。さらに、ＦＲＰのマトリックス樹脂としても特に限定されず、熱硬化性樹脂、熱可塑性樹脂のいずれも使用が可能である。

アウター部材１０は、平面部１１、折り返し部１２、ヘム部１３、端面部１４、屈曲部１５および外縁端１６により構成されている。ここで、平面部１１は接合構造１の意匠面にあたり、ヘム部１３はアウター部材１０（ないし接合構造１）の周縁部を形成するように接合構造１の意匠面とは逆側に折り返し加工が施されている。また、端面部１４は、ヘム部１３の折り返し部１２とは反対側の端部から外縁端１６にかけて延在するよう設けられ、ヘム部１３の端部を起点として、外縁端１６がアウター部材１０の平面部１２から離間する方向に折り返された屈曲部１５が形成されている。なお、ヘム部１３と端面部１４は、インナー部材２０の接合前に予め設けられるが、少なくとも接合構造１の一辺４０においては、後述する接合方法のため設けられていない。

アウター部材１０の加工方法は特に制限はないが、加工対象となる板状体の各辺をそれぞれ折り返し加工、屈曲部を形成することで得ることができる。また、ヘム部ならびに端面部の形成順序については、先にヘム部を形成した後に屈曲部で折り返し加工を施すことで端面部を形成してもよいし、逆に、屈曲部に相当する位置で折り返して先に端面部を形成した後、ヘム部を形成する折り返し加工を行ってもよく、アウター部材の形状・材質・加工性などを考慮して適宜選択できる。

インナー部材２０は全体として、アウター部材１０に対して接合された際に、中空空間を構成するように主として平面部２１および立面部２２からなる任意形状に構成されている。インナー部材２０の立面部２２の一部（インナー接合部２３）はアウター部材１０と接合するため、端面部１４の形状に沿うように形成されている。また、アウター部材１０の端面部１４およびインナー接合部２３には、リベット３１による接合のための孔を有する。

アウター部材１０に対してインナー部材２０を接合する際には、端面部１４とインナー接合部２３の片方あるいは両方に接着剤３２を事前に塗布後、図３に示すように、ヘム部１３および端面部１４が設けられていない一辺４０側から、インナー部材２０を、アウター部材１０のヘム部１３および端面部１４と平面部１２によって形成された空間３３に差し込むように挿入する。インナー部材２０の挿入後、アウター部材１０の端面部１４とインナー接合部２３に設けられた孔を合わせた後、リベット３１により機械的に締結されると共に、予め塗布された接着剤によっても接合される。

このようにして接合された接合構造１は、リベット接合により位置固定されるため、インナー部材２０がアウター部材１０に対して位置ずれを起こすことがなく、また、アウター部材１０の端面部１４において接着接合されるため、空間３３全体に接着剤を充填させた場合に比べ、接着剤不足や気泡噛み込みなどの接着不良を防止できる。また、アウター部材１０の平面部１１で接着接合されないため、接着剤の硬化収縮時やアウター部材１０とインナー部材２０の線膨張係数差によるアウター部材１０の意匠面である平面部１１に歪みが生じず、外観上不良を抑制することができる。

本発明に係る接合構造は、あらゆる接合構造に適用できるが、特に自動車ボディのフードやドアなどのパネル構造において、異種材料のアウター部材とインナー部材を接合する接合構造に好適である。

１接合構造
１０アウター部材
１１平面部
１２折り返し部
１３ヘム部
１４端面部
１５屈曲部
１６外縁端
２０インナー部材
２１平面部
２２立面部
２３インナー接合部
３１リベット
３２接着剤
３３空間

Claims

アウター部材とインナー部材との接合構造であって、前記アウター部材は前記接合構造の意匠面にあたる平面部を具備し、前記アウター部材の外縁部を折り返す折り返し部から前記アウター部材の外縁端の間に、前記アウター部材から離間する方向に屈曲させた屈曲部を設け、前記折り返し部から前記屈曲部までのヘム部において前記インナー部材と前記アウター部材の意匠面との間に隙間を設けるとともに、前記屈曲部から前記外縁端にかけての端面部において、前記アウター部材と前記インナー部材とが接合されていることを特徴とする接合構造。
前記端面部において、前記アウター部材と前記インナー部材とがリベットにより接合されていることを特徴とする請求項１に記載の接合構造。
前記端面部において、前記アウター部材と前記インナー部材とが接着剤により接合されていることを特徴とする請求項１または２に記載の接合構造。
前記アウター部材と前記インナー部材とが異種材料で構成されていることを特徴とする請求項１ないし３に記載の接合構造。
前記アウター部材が金属材料、前記インナー部材が繊維強化複合材料であることを特徴とする請求項４に記載の接合構造。
アウター部材とインナー部材の接合方法であって、前記アウター部材は前記接合構造の意匠面にあたる平面部を具備し、前記アウター部材の少なくとも一辺の外縁部を除いた外縁部を折り返し、さらに前記アウター部材の外縁部を折り返した折り返し部から前記アウター部材の外縁端の間にかけて、ヘム部および前記アウター部材から離間する方向に屈曲させた屈曲部から前記外縁端にかけての端面部を設け、前記折り返し加工を施していない外縁側から、前記インナー部材を挿入し、前記ヘム部において前記インナー部材と前記アウター部材の意匠面との間に隙間を設け、前記端面部で前記アウター部材と前記インナー部材とを接合することを特徴とするアウター部材とインナー部材の接合方法。
前記アウター部材と前記インナー部材とをリベットにより接合することを特徴とする請求項６に記載のアウター部材とインナー部材の接合方法。
前記アウター部材と前記インナー部材とを接着剤により接合することを特徴とする請求項６に記載のアウター部材とインナー部材の接合方法。
前記接着剤を前記アウター部材の端面部及び／または前記インナー部材の前記端面部に相対する部位に塗布した後、前記インナー部材を前記アウター部材に挿入し、前記アウター部材と前記インナー部材とを接着接合した後にリベット接合することを特徴とする請求項７または８に記載のアウター部材とインナー部材の接合方法。