JP7495575B2 - スポット溶接用複層パネル、パネル接合構造、スポット溶接用複層パネルの製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、スポット溶接用複層パネル、パネル接合構造に関するものである。

鋼製のパネル材としては、防音や制振機能或いは軽量化のために、鋼板の間に樹脂材を挟んだものが知られている。パネル材は、構造材として用いる際には、溶接での施工性に優れていることが求められるが、鋼板の間に樹脂材を挟むと、溶接時の熱による溶接欠陥の原因になるため、その対策が検討されている。

従来、一対の鋼板の間に樹脂材を挟んだパネル材では、鋼板の四辺のうち少なくとも一辺において、樹脂材の外側に、溶融又は分解温度が１０５０℃以上の耐熱性材料からなるインシュレーターを配置したものが知られている（下記特許文献１参照）。

特開平１１－２５４５８３号公報

前述した従来技術は、インシュレーターを配置した箇所を溶接箇所として、隅肉溶接や突き合わせ溶接を行うことができる。しかしながら、スポット溶接を行う場合には、一対の鋼板間のインシュレーターがスポット溶接時の通電を妨げるので、スポット溶接を採用する構造材としては用いることができない。

スポット溶接（抵抗スポット溶接）は、接合対象の一対の金属材を電極棒で加圧しながら、電極棒間に通電することで接触面に発生する抵抗熱により、接触面付近の金属材が溶解凝固を起こして互いに接合する。このスポット溶接は、車両の生産では車体の構造材の接合で多用されており、既存の生産ラインを維持して車両生産を行うためには、使用するパネル材は、スポット溶接が可能なものであることが求められる。

現状、車両のルーフパネルやフロアパネルなどは、スポット溶接の施工性が高い鋼板が用いられ、軽量化のために板厚の薄い鋼板が用いられている。これに対して、ルーフパネルやフロアパネルなどは、軽量化の要求に加えて押圧時に変形しない剛性が求められるので、鋼板に複数のブレース（補強材）を取り付けて剛性を高めることが行われている。

しかしながら、ブレースの存在が軽量化の妨げになるので、ブレースを設ける代わりに、薄厚の鋼板で樹脂材を挟む複層パネルを用いて、軽量かつ高剛性のパネル材とすることが検討されている。しかし、前述したように、鋼板で樹脂材を挟むパネル材は、スポット溶接時の通電性に問題があり、車体の構造材としては採用し難い問題があった。

本発明は、このような事情に対処するために提案されたものであり、本発明の課題は、スポット溶接が可能で、軽量かつ高剛性のパネル材を提供することにある。

このような課題を解決するために、本発明の一実施形態は、薄厚鋼材からなる外層と前記外層に重ね合わされる樹脂材層を備え、前記外層が接合対象物とスポット溶接される複層パネルであって、前記樹脂材層は、その外縁において部分的に樹脂材が除去された切り欠き部であって前記外層の外縁に前記樹脂材層側の鋼材面が露出した通電可能部を形成する切り欠き部を有し、前記切り欠き部は、前記通電可能部を前記接合対象物に向けて加圧した際に前記通電可能部が前記切り欠き部の内部で前記接合対象物に向けて変形して前記接合対象物に接触可能な大きさに形成されることを特徴とする。

このような特徴によると、樹脂材層を部分的に除去した通電可能部に電極棒を当てることで、スポット溶接が可能になり、しかも、軽量かつ高剛性のパネル材を提供することができる。

本発明の実施形態に係る複層パネルの全体斜視図。 本発明の実施形態に係る複層パネルの全体平面図。 本発明の他の実施形態に係る複層パネルの全体斜視図。 複層パネルの接合工程を示す説明図（スポット溶接前）。 複層パネルの接合工程を示す説明図（スポット溶接時）。 複層パネルの接合工程を示す説明図（スポット溶接後）。 複層パネルの接合工程を示す説明図（スポット溶接前）。 複層パネルの接合工程を示す説明図（スポット溶接時）。 複層パネルの接合工程を示す説明図（スポット溶接後）。 ストライプ状の樹脂層を備えた複層パネルがスポット溶接された状態を示す平面図。 メッシュ状の樹脂層を備えた複層パネルがスポット溶接された状態を示す平面図。 複層パネルをルーフパネルやフロアパネルやトーボードとして、これらを車体フレームに接合する前の状態を示す説明図。

以下、図面を参照して本発明の実施形態を説明する。以下の説明で、異なる図における同一符号は同一機能の部位を示しており、各図における重複説明は適宜省略する。

図１及び図２に示すように、スポット溶接用複層パネル（以下、単に複層パネルという。）１は、外層１Ａと樹脂材層１Ｂを備えている。複層パネル１の外層１Ａは、薄厚の板状の鋼材である。外層１Ａの板厚は、外層１Ａの許容重量に応じて設定され、軽量化を図るためには、外層１Ａの板厚は、より薄くなる。車両のルーフパネルやフロアパネルとして用いる場合には、外層１Ａの板厚は、例えば、０．２～０．４ｍｍ程度に設定することができる。

複層パネル１の樹脂材層１Ｂは、外層１Ａに対して一体成形されるか、或いは外層１Ａに接着剤などで貼り付けられる。樹脂材層１Ｂの材料は、複層パネル１の用途に応じて選択される。複層パネル１に制振性を求める場合には、振動減衰に優れた材料、例えば、ポリアミド（ＰＡ）やポリウレタン（ＰＵ）などのエンジニアリングプラスチック、汎用プラスチック、エラストマー、ゴム等を用いることができる。複層パネル１に強度や剛性を求める場合には、ポリプロピレン（ＰＰ）やＡＢＳ樹脂などを用いることができる。樹脂材層１Ｂの材質はこの限りではなく、熱可塑型樹脂や熱硬化型樹脂のいずれであっても目的に合わせて自由に選択することができる。また樹脂の形態は、ソリッドであても発泡であってもよい。樹脂材層１Ｂの層厚も求める機能に応じて適宜設定することができ、車両のルーフパネルやフロアパネルとして用いる場合には、例えば、０．０４ｍｍ以上に設定することができる。

複層パネル１は、スポット溶接を行うための接合予定箇所Ｊが予め特定されている。この接合予定箇所Ｊは、図２に示すように点で特定されていてもよいし、ある程度広がりのある領域で特定されていてもよい。そして、複層パネル１は、このような接合予定箇所Ｊに、樹脂材層１Ｂを部分的に除去した通電可能部１０を設けている。

この通電可能部１０は、例えば、前述した接合予定箇所Ｊを囲むように設けることができる。接合予定箇所Ｊが点で特定されている場合には、その点を囲むように、接合予定箇所Ｊが領域で特定されている場合には、その領域を囲むか或いはその領域に合わせるように設けることができる。また、通電可能部１０は、図示のように、複数個所に分散して配置してもよいし、連続した領域として、例えば、複層パネル１の外縁に沿って延設してもよい。

図示のように、通電可能部１０を分散して配置した場合には、複層パネル１の樹脂材層１Ｂは、通電可能部１０の周囲に切り欠き壁Ｎが形成されている。そして、樹脂材層１Ｂは、切り欠き壁Ｎの内側で樹脂材が除去されていて、通電可能部１０では、外層１Ａの鋼材表面が露出した状態になっている。

図１に示した例では、外層１Ａと樹脂材層１Ｂをそれぞれ単層設けて複層パネル１を形成しているが、図３に示すように、２層の（一対の）外層１Ａの間に１層の樹脂材層１Ｂを挟んだ状態（合わせて３層）で複層パネル１を形成してもよい。

図１及び図３に示した複層パネル１は、外層１Ａと樹脂材層１Ｂを一体にして切断やプレス加工を行った後に、樹脂材層１Ｂを部分的に削り取ることで、通電可能部１０を形成することができる。このように、切断やプレス加工後に樹脂材層１Ｂの部分的な削り取りで通電可能部１０を形成することで、スポット溶接を行うことが予め定められている接合予定箇所Ｊに対して位置ズレなく通電可能部１０を形成することができる。

図４Ａ～図４Ｃに、図１に示した２層の複層パネル１の接合方法を示している。単層の外層１Ａと樹脂材層１Ｂを有する複層パネル１を基材Ｂにスポット溶接するには、図４Ａに示すように、基材Ｂに複層パネル１を重ねる。次に、図４Ｂに示すように、複層パネル１の通電可能部１０が基材Ｂに接触するように、接合予定箇所Ｊに電極棒Ｓ１，Ｓ２を当てて、電極棒Ｓ１，Ｓ２間で複層パネル１の通電可能部１０と基材Ｂを加圧する。その後、電極棒Ｓ１，Ｓ２間に電流を流すことで、図４Ｃに示すように、複層パネル１の通電可能部１０と基材Ｂとの接触面に溶融凝固部Ｍを形成する。これによって、複層パネル１が基材Ｂにスポット溶接されたパネル接合構造が得られる。

図５Ａ～図５Ｃには、図３に示した３層の複層パネル１の接合方法を示している。２層の外層１Ａが樹脂材層１Ｂを挟んだ複層パネル１を基材Ｂにスポット溶接するには、前述した例と同様に、図５Ａに示すように、基材Ｂに複層パネル１を重ねる。そして、図５Ｂに示すように、複層パネル１における２層の外層１Ａにそれぞれ設けた通電可能部１０が互いに接触し、これらが基材Ｂに接触するように、接合予定箇所Ｊに電極棒Ｓ１，Ｓ２を当てて、電極棒Ｓ１，Ｓ２間で複層パネル１の一対の通電可能部１０と基材Ｂを加圧する。その後、電極棒Ｓ１，Ｓ２間に電流を流すことで（図５Ｂ参照）、複層パネル１の一対の通電可能部１０と基材Ｂとの３層が接触した接触面に溶融凝固部Ｍを形成する。これによって、３層の複層パネル１が基材Ｂにスポット溶接されたパネル接合構造が得られる。

図１又は図３に示した複層パネル１の例は、外層１Ａの一面における通電可能部１０を除く部分を、全て樹脂材層１Ｂで覆っているが、このような形態に限らず、樹脂材層１Ｂには、適当な箇所に適宜の形態の肉抜きを設けてもよい。

図６に示した複層パネル１は、樹脂材層１Ｂを平面視でストライプ状（短冊状）に配置している。この例では、矩形状の外層１Ａの一辺に沿って幅Ｗで線状の樹脂材層１Ｂを間隔Ｔだけ空けて複数配置している。図示の例では、一本の樹脂材層１Ｂを直線的に配置しているが、所定の湾曲を持たせた曲線状に配置してもよい。

図６に示した例では、ストライプ状に配置された樹脂材層１Ｂの間の部分が肉抜きされた部分であり、その部分が通電可能部１０になっている。この例では、樹脂材層１Ｂの肉抜きされた部分の比較的広い領域が通電可能部１０になるので、その通電可能部１０の中の任意の位置を接合予定箇所Ｊに設定することができる。これによって、接合予定箇所Ｊの位置や数の制約を少なくすることができる。

図７に示した複層パネル１は、樹脂材層１Ｂを平面視でメッシュ状（網目状）に配置している。この例では、矩形状の外層１Ａの直交する２辺に沿って線状の樹脂材層を形成することで網目状の肉抜きを形成している。また、図７に示した例では、外層１Ａの平面視中央部分で網目状に肉抜きされた間隔を狭くしており、外層１Ａの平面視周縁部分で網目状に肉抜きされた間隔を広くしている。そして、広く肉抜きされた外層１Ａの平面視周縁部分を通電可能部１０として、その中に接合予定箇所Ｊを設定している。

このような例では、外層１Ａの平面視中央部分で網目状の肉抜き間隔を狭くすることで、樹脂材層１Ｂの配置密度を高くして、複層パネル１の剛性を高めることができ、外層１Ａの平面視周縁部分で網目上の肉抜き幅を広くすることで、通電可能部１０を広くとって、接合予定箇所Ｊの位置や数の制約を少なくすることができる。

このような複層パネル１は、比較的薄厚の鋼板からなる外層１Ａと低比重の樹脂材層１Ｂを組み合わせることで、複層パネル１の軽量化が可能になる。そして、複層パネル１は、樹脂材層１Ｂによって所定の剛性を確保することができるので、薄厚の鋼板単体のパネルと比較して、高い剛性を得ることができ、樹脂材層１Ｂで使用する樹脂材の材質によって、制振性などの機能性を担保することができる。

特に、２層の（一対の）外層１Ａの間に樹脂材層１Ｂを挟む構造にすることで、鋼材からなる一対の外層１Ａの間にスペーサを介在させた構造になり、樹脂材層１Ｂ自体が高い剛性を有しない場合であっても、複層パネル１全体の断面係数を高めて複層パネル１の剛性（曲げ剛性）を高めることができる。

そして、複層パネル１は、樹脂材層１Ｂを部分的に除去して通電可能部１０を形成することで、通電可能部１０内に位置ズレなく接合予定箇所Ｊを設定したスポット溶接が可能になる。この際、通電可能部１０は基材Ｂに溶接されることで高い剛性が得られるので、樹脂材層１Ｂを除去することによる剛性低下等の影響は生じないことになる。

このような複層パネル１は、車両のフレーム構造において、ルーフパネルやフロアパネル、トーボードなどとして用いることができる。図８には、複層パネル１をルーフパネルＲＰやフロアパネルＦＰやトーボードＴＢとして、これらを基材Ｂである車体フレームＦに接合する前の状態を示している。このようにルーフパネルＲＰやフロアパネルＦＰやトーボードＴＢに複層パネル１を用いることで、軽量かつ剛性の高いルーフパネルＲＰやフロアパネルＦＰやトーボードＴＢとすることができると共に、ルーフパネルＲＰやフロアパネルＦＰやトーボードＴＢをスポット溶接で車体フレームＦに接合することができる。

以上、本発明の実施の形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこれらの実施の形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計の変更等があっても本発明に含まれる。また、上述の各実施の形態は、その目的及び構成等に特に矛盾や問題がない限り、互いの技術を流用して組み合わせることが可能である。

１：複層パネル，１Ａ：外層，１Ｂ：樹脂材層，１０：通電可能部，
Ｊ：接合予定箇所，Ｎ：切り欠き壁，Ｂ：基材，
Ｓ１，Ｓ２：電極棒，Ｍ：溶融凝固部，
ＲＰ：ルーフパネル，ＦＰ：フロアパネル，ＴＢ：トーボード，
Ｆ：車体フレーム

Claims (3)

1. 薄厚鋼材からなる外層と前記外層に重ね合わされる樹脂材層を備え、前記外層が接合対象物とスポット溶接される複層パネルであって、
   前記樹脂材層は、その外縁において部分的に樹脂材が除去された切り欠き部であって前記外層の外縁に前記樹脂材層側の鋼材面が露出した通電可能部を形成する切り欠き部を有し、
   前記切り欠き部は、前記通電可能部を前記接合対象物に向けて加圧した際に前記通電可能部が前記切り欠き部の内部で前記接合対象物に向けて変形して前記接合対象物に接触可能な大きさに形成される
   ことを特徴とするスポット溶接用複層パネル。
2. 薄厚鋼材からなる外層と前記外層に重ね合わされる樹脂材層を備え、前記外層が接合対象物とスポット溶接されるパネル接合構造であって、
   前記樹脂材層は、その外縁において部分的に樹脂材が除去された切り欠き部であって前記外層の外縁に前記樹脂材層側の鋼材面が露出した通電可能部を形成する切り欠き部を有し、
   前記切り欠き部は、前記通電可能部を前記接合対象物に向けて加圧した際に前記通電可能部が前記切り欠き部の内部で前記接合対象物に向けて変形して前記接合対象物に接触可能な大きさに形成される
   ことを特徴とするパネル接合構造。
3. 薄厚鋼材からなる外層と前記外層に重ね合わされる樹脂材層を備え、前記外層が接合対象物とスポット溶接されるスポット溶接用複層パネルの製造方法であって、
   前記外層と前記樹脂材層を一体に加工した後に、前記樹脂材層においてその外縁を部分的に削り取ることで除去し、前記外層の外縁に前記樹脂材層側の鋼材面が露出した通電可能部を形成する切り欠き部であって前記通電可能部を前記接合対象物に向けて加圧した際に前記通電可能部が前記切り欠き部の内部で前記接合対象物に向けて変形して前記接合対象物に接触可能な大きさの切り欠き部を形成する
   ことを特徴とするスポット溶接用複層パネルの製造方法。