JPWO2017187602A1 - 部材接合方法 - Google Patents

Abstract

第一部材（１）の内部に第一樹脂部材（１７）を配置する工程と、第二部材（３）の内部に第二樹脂部材（２１）を配置する工程と、第一部材（１）及び第二部材（３）の端部同士を接合する工程と、を有する。第一部材（１）及び第二部材（３）が塗装時に加熱されることで、第一部材（１）内に配置した第一樹脂部材（１７）と第二部材（３）内に配置した第二樹脂部材（２１）とが熱を受けて変形し端部付近が混ざり合い硬化することで接合されて一体化する工程を有する。

Description

本発明は、部材同士を接合する部材接合方法に関する。

特許文献１には、自動車ボディのピラーの中に泡状のポリウレタンを注入し、硬化させることによってピラーの中に発泡体を充填することが開示されている。

特開昭６１−１１６５０９号公報

特許文献１に開示された技術は、ピラーの中に発泡体を充填することで、防振防音作用を持たせているが、部材同士の接合強度向上については考慮していない。

そこで、本発明は、部材同士の接合強度を向上させることを目的としている。

本発明は、第一部材及び第二部材の端部同士を接合し、第一部材内及び第二部材内の第一樹脂部材と第二樹脂部材とを、第一部材及び第二部材に対する塗装時の熱により変形させて一体化する。

本発明によれば、端部同士が接合された第一部材及び第二部材は、第一樹脂部材と第二樹脂部材とが接合されて一体化するので、相互間の接合強度が向上する。

図１は、本発明の一実施形態に係わる部材接合方法における第一部材と第二部材とを接合する前の分解斜視図である。 図２は、図１の第一部材と第二部材とを接合した後の状態を示す斜視図である。 図３は、図２の第二部材の板部材を折曲部材に接合した状態を示す斜視図である。 図４は、第一部材内及び第二部材内の各発泡エポキシが熱を受けて発泡して一体化した状態を示す斜視図である。 図５は、本発明の部材接合方法を自動車のフロントピラーに適用した例を示す車体外側から見た側面図である。 図６は、図５のフロントピラー周辺を車体前方から見た斜視図である。 図７は、図５のフロントピラー周辺を車体内側から見た側面図である。 図８は、図７のＡ−Ａ断面図である。 図９は、図７のＢ−Ｂ断面図である。 図１０は、フロントピラーのピラー基部及びピラー本体の各アウタ部材に発泡エポキシを配置した状態を示す組み付け工程図である。 図１１は、図１０の状態から、ピラー基部及びピラー本体の各アウタ部材同士を溶接により接合した状態を示す組み付け工程図である。 図１２は、図１１の各アウタ部材に車内側から接合する各インナ部材を示す側面図である。 図１３は、図１１に示すピラー基部及びピラー本体の各アウタ部材に、図１２の各インナ部材を溶接により接合した状態を示す組み付け工程図である。

以下、本発明を実施するための形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１に示す第一部材１と第二部材３とは、図３に示すようにして端部同士が接合されて一体化する。第一部材１は、金属製であり、断面ハット形状の折曲部材５と矩形の板部材７とからなる。折曲部材５は、一側面に開放部５ａを備え、当該開放部５ａを閉塞するようにして板部材７を溶接固定することで、板部材７との間で矩形の閉断面空間９を形成する。

第二部材３も同様に、金属製であり、断面ハット形状の折曲部材１１と矩形の板部材１３とからなる。折曲部材１１は、一側面に開放部１１ａを備え、当該開放部１１ａを閉塞するようにして板部材１３を溶接固定することで、板部材１３との間で矩形の閉断面空間１５を形成する。

図１に示すように、第一部材１は、折曲部材５に板部材７を溶接固定する前に、折曲部材５内の閉断面空間９の一方の端部に対応する開口部９ａ付近に、第一樹脂部材としての発泡前の発泡エポキシ１７を収容配置する。発泡エポキシ１７は、断面形状が閉断面空間９と同等の立方体もしくは直方体であり、折曲部材５及び板部材７の内面に外面がほぼ密着した状態である。

折曲部材５の開放部５ａと反対側の面５ｂには位置決め孔５ｂ１を形成している。一方、発泡エポキシ１７の開放部５ａと反対側には位置決め突起１７ａを設けている。発泡エポキシ１７を折曲部材５の開放部５ａから押し込むようにして挿入することで、突起１７ａが位置決め孔５ｂ１に挿入されて位置決めされる。

その後、折曲部材５のフランジ５ｃ，５ｄと板部材７とを溶接により接合固定する。このとき、折曲部材５及び板部材７の開口部９ａ側の端部は同一面位置であり、これらの端部と発泡エポキシ１７の端面とをほぼ一致させてほぼ同一面位置とする。

図１に示すように、第二部材３の折曲部材１１は、折曲部材１１内の閉断面空間１５の一方の端部に対応する開口部１５ａ側が、全周にわたり外側に拡がるように折り曲げて形成した拡開部１９を備えている。拡開部１９には、図２、図３に示すように、第一部材１の開口部９ａ側の端部が挿入される。拡開部１９に対応して板部材１３には、拡開部１９に対して離れる方向に屈曲する屈曲部１３ａを備えている。

第二部材３は、折曲部材１１に板部材１３を接合固定する前に、拡開部１９を避けた位置で、折曲部材１１内の閉断面空間１５の一方の端部に対応する開口部１５ａ付近に、第二樹脂部材としての発泡前の発泡エポキシ２１を収容配置する。発泡エポキシ２１は、断面形状が閉断面空間１５と同等の立方体もしくは直方体であり、折曲部材１１及び板部材１３の内面に外面がほぼ密着した状態である。

折曲部材１１の開放部１１ａと反対側の面１１ｂには位置決め孔１１ｂ１を形成している。一方、発泡エポキシ２１の開放部１１ａと反対側には位置決め突起２１ａを設けている。発泡エポキシ２１を折曲部材１１の開放部１１ａから押し込むようにして挿入することで、突起２１ａが位置決め孔１１ｂ１に挿入されて位置決めされる。

その後、図２に示すように、第一部材１の開口部９ａ側の端部を、折曲部材１１の拡開部１９の内部に挿入配置して溶接固定する。図２のように第一部材１と第二部材３の折曲部材１１とを溶接固定した状態で、図３に示すように、折曲部材１１のフランジ１１ｃ，１１ｄと板部材１３とを溶接により接合固定する。このとき、板部材１３の屈曲部１３ａを、拡開部１９に対応する位置として、板部材７に重ね合わせて溶接固定する。

図３の状態では、発泡エポキシ１７と発泡エポキシ２１との間には、隙間２３を形成している。隙間２３を形成するために、発泡エポキシ２１は拡開部１９から若干離間した位置に配置している。

図３の状態で、第一部材１と第二部材３とを溶接接合して得られる接合部材２５は、塗装する際に、例えば焼き付け工程で加熱され、内部の発泡エポキシ１７，２１も加熱される。発泡エポキシ１７，２１は、加熱されることで発泡しながら膨張し、隙間２３を埋めるように、互いに対向する部分が近付きやがて接触することで溶着した状態となる。このとき、発泡エポキシ１７，２１は、熱を受けることで変形し、開口部９ａ，１５ａ側の端部付近が混ざり合い硬化することで、接合されて一体化する。

発泡エポキシ１７，２１は、外周面も発泡時の膨張によって、第一部材１、第二部材３の内面にそれぞれ押し付けられるようにして、密着して接合される。図４は、接合部材２５内で発泡エポキシ１７，２１が接合して一体化した接合発泡体２７を示している。

このように、第一部材１と第二部材３とを溶接によって接合した状態で、各閉断面空間９，１５内に配置した発泡エポキシ１７，２１が互いに接合して一体化し接合発泡体２７となる。このため、上記した部材接合方法による第一部材１と第二部材３との接合強度は、溶接による接合力に加え、樹脂が一体化することによる接合力が発生することで、より一層向上する。

本実施形態は、互いに接合した状態の第一部材１及び第二部材３を塗装するときに発生する熱により、発泡エポキシ１７，２１を加熱する。このため、別途専用の加熱炉などの設備が不要であり、コスト低下に寄与することができる。

発泡エポキシ１７，２１は、硬化後の強度が他の発泡材、例えば発泡ウレタンに比較して高いので、第一部材１と第二部材３との接合強度を高めるために極めて有効である。

図２、図３に示すように、加熱前の発泡エポキシ１７，２１は、相互間に隙間２３を備えることで、加熱後の発泡による膨張が円滑になされる。その結果、発泡エポキシ１７，２１は、発泡時に混ざりやすくなり、接合強度がより向上する。

また、隙間２３を備えることで、図１の状態から第一部材１と第二部材３とを突き合せて図２の状態とする際に、発泡エポキシ１７，２１同士の接触を避けることができる。これにより、第一部材１の端部を第二部材３の拡開部１９内の規定の位置に挿入配置しやすくなり、第一部材１と第二部材３とをより確実に接合することができる。

なお、上記した実施形態では、隙間２３を形成する際に、発泡エポキシ２１を拡開部１９から離間する位置に配置している。これに代えて、発泡エポキシ１７を、第一部材１の開口部９ａ側の端部から閉断面空間９の内部に位置するようにずらしてもよい。

また、上記した実施形態では、第二部材３は、図２のように板部材１３を接合する前の折曲部材１１を第一部材１に接合している。これに代えて、板部材１３を折曲部材１１に接合した後に、第一部材１の端部を、第二部材３の拡開部１９及び屈曲部１３ａで囲まれる空間内に挿入するようにして接合してもよい。あるいは、板部材７，１３を対応する折曲部材５，１１にそれぞれ接合する前に、折曲部材５，１１同士を先に接合し、その後、板部材７，１３を順次接合してもよい。

発泡エポキシ１７，２１は、板部材７，１３を対応する折曲部材５，１１にそれぞれ接合する前であれば、折曲部材５，１１同士を接合する前であっても後であっても、折曲部材５，１１内に挿入配置することができる。また、発泡エポキシ１７，２１は、板部材７，１３を対応する折曲部材５，１１にそれぞれ接合して閉断面空間９，１５を形成した後に、例えば開口部９ａ，１５ａ側から閉断面空間９，１５に押し込むようにして挿入してもよい。発泡エポキシ１７，２１は、位置決め突起１７ａ，２１ａを設ける代わりに、接着剤により第一部材１及び第二部材３の内面に固定するようにしてもよい。位置決め突起１７ａ，２１ａと接着剤の両方を使用してもよい。

図５〜図７は、図４に示した第一部材１と第二部材３とを溶接により接合して得られる接合部材２５を、自動車の車体部材に適用したものであり、図４の接合後の状態に対応する。ここでの車体部材は、自動車の車体２９におけるフロントピラー３１であり、当該フロントピラー３１が第一部材及び第二部材を含んでいる。図において、矢印ＦＲで示す方向が車体前方、矢印ＵＰで示す方向が車体上方である。図５は、車外側から車内側を見た側面図、図７は、図５とは逆に車内側から車外側を見た側面図である。

フロントピラー３１は、下部のフロントフェンダ側に位置するピラー基部３３と、上部のルーフ側に位置するピラー本体３５とを備える。ピラー基部３３及びピラー本体３５の端部同士を接合することで、フロントピラー３１を構成している。ピラー基部３３とピラー本体３５とが接合された状態で、ピラー基部３３側の発泡エポキシ３７とピラー本体３５側の発泡エポキシ３９とが接合されて、図４の接合発泡体２７と同様の接合発泡体４１を形成している。発泡エポキシ３７，３９は、いずれか一方が第一樹脂部材を構成し、いずれか他方が第二樹脂部材を構成する。

ピラー基部３３は、図７のＡ−Ａ断面図である図８に示すように、車外ＯＵＴ側のアウタ部材４３と、車内ＩＮ側のインナ部材４５（ダッシュサイド）とを備える。アウタ部材４３は車外ＯＵＴ側に突出するように屈曲形成することで、インナ部材４５との間に閉断面空間４７が形成される。アウタ部材４３の閉断面空間４７に対応する部位の内面には補強部材４９を設けている。ブラケット５１は、後述する図１０、図１１に示すように、アウタ部材４３に接合部５１ａ，５１ｂにて接合固定してあり、図８に示すようにインナ部材４５の内面にほぼ接触している。ブラケット５１には、車内ＩＮ側に配置される図示しない車両部品が取り付けられる。

図８に示す閉断面空間４７内には、接合発泡体４１の発泡後の発泡エポキシ３７に相当する部分が配置されている。なお、図８では、発泡後の発泡エポキシ３７と閉断面空間４７の内壁との間に隙間が形成されているが、実際には隙間はほとんどなく、密着した状態である。

図８に示すように、アウタ部材４３及び補強部材４９には、貫通孔４３ａ及び４９ａをそれぞれ形成して位置決め孔５３を設けている。発泡エポキシ３７には、位置決め孔５３に挿入される位置決め突起３７ａを設けている。貫通孔４９ａは貫通孔４３ａよりも小さく、位置決め突起３７ａは、位置決め孔５３に挿入した状態で、貫通孔４９ａに係止されて抜け止めされる。位置決め突起３７ａ及び位置決め孔５３を備える下部位置決め構造は、図５に示すように、発泡エポキシ３７の長手方向の両端部付近の二箇所に設定してある。

ピラー本体３５は、図７のＢ−Ｂ断面図である図９に示すように、車外ＯＵＴ側のアウタ部材５５と、車内ＩＮ側のインナ部材５７とを備える。アウタ部材５５は車外ＯＵＴ側に突出するように屈曲形成することで、インナ部材５７との間に閉断面空間５９が形成される。閉断面空間５９内には、接合発泡体４１の発泡後の発泡エポキシ３９に相当する部分が配置されている。なお、図９では、発泡後の発泡エポキシ３９と閉断面空間５９の内壁との間に隙間が形成されているが、実際には隙間はほとんどなく、密着した状態である。

図５に示すように、アウタ部材５５には位置決め孔５５ａを備え、発泡エポキシ３９には位置決め突起３９ａを備えている。位置決め突起３９ａを位置決め孔５５ａに挿入することで、発泡エポキシ３９がアウタ部材５５に位置決めされる。位置決め突起３９ａ及び位置決め孔５５ａ備える上部位置決め構造は、発泡エポキシ３９の発泡エポキシ３７から離れた側の端部付近に一箇所設定してある。

次に、図１０〜図１３を用いて組立手順を説明する。

図１０は、ピラー基部３３のアウタ部材４３及びピラー本体３５のアウタ部材５５に、発泡前の発泡エポキシ３７及び発泡エポキシ３９をそれぞれ配置した状態を示す。このとき、図８のように発泡エポキシ３７の位置決め突起３７ａを位置決め孔５３に挿入し、発泡エポキシ３９の位置決め突起３９ａを位置決め孔５５ａに挿入して、発泡エポキシ３７，３９の位置決めを行う。上記位置決めを行った状態で、発泡エポキシ３７は、図１０に示すように、ブラケット５１の上縁部によって、一部が車内ＩＮ側から覆われて保持された状態となる。

発泡エポキシ３７は、アウタ部材４３に位置決めした状態で、図１０に示すように、アウタ部材４３の接合端部４３ｂから内部に引っ込んだ位置に配置する。逆に、発泡エポキシ３９は、アウタ部材５５に位置決めした状態で、アウタ部材５５の接合端部５５ｂから外部に突出した位置に配置する。

発泡エポキシ３７は、接合端部４３ｂ側の端部に、下部側にて接合端部４３ｂ側に向けて突出する突出部３７ｂを備えている。一方、発泡エポキシ３９は、外部に突出する側の端部の下部の車外ＯＵＴ側に、凹部３９ｂを備えている。凹部３９ｂに突出部３７ｂが挿入配置される。

図１０の状態で、ピラー基部３３のアウタ部材４３とピラー本体３５のアウタ部材５５とを、接合端部４３ｂ，５５ｂ同士を互いに接近させ、図１１の状態で溶接によって接合する。このとき、ピラー基部３３のアウタ部材４３がピラー本体３５のアウタ部材５５よりも車内ＩＮ側（図１１中で紙面表側）に位置するように、アウタ部材４３，５５の各端部を互いに重ね合わせた状態とする。すなわち、ピラー基部３３のアウタ部材４３は、ピラー本体３５のアウタ部材５５と発泡エポキシ３９との間に挿入した状態となる。

図１１のように、アウタ部材４３，５５の端部同士を重ね合わせた状態では、発泡エポキシ３７の突出部３７ｂが発泡エポキシ３９の凹部３９ｂに挿入配置される。突出部３７ｂを凹部３９ｂに挿入配置したときには、凹部３９ｂの下面３９ｂ１が突出部３７ｂの上面３７ｂ１に載置された状態となる。

また、図１１の状態で、突出部３７ｂの先端面３７ｂ２は、凹部３９ｂの凹部内端面３９ｂ２に対し離間していて、相互間に下隙間６１を形成している。さらに、発泡エポキシ３９の外部への突出側の端面３９ｃは、発泡エポキシ３７の端面３７ｃに対して離間していて、相互間に上隙間６３を形成している。

発泡エポキシ３７は、図５に示したように、アウタ部材４３に対する二つの位置決め突起３７ａによる二箇所の位置決め構造を備えることで、位置がほぼ固定される。一方、発泡エポキシ３９は、図５に示したように、発泡エポキシ３７から離れた側に、一つの位置決め突起３９ａによる一箇所の位置決め構造を備えることで、位置決め突起３９ａを支点として上下方向に多少の揺動変位が可能となる。

これにより、ピラー基部３３のアウタ部材４３及びピラー本体３５のアウタ部材５５の端部同士を接合する際に、発泡エポキシ３７の突出部３７ｂの上面３７ｂ１に、発泡エポキシ３９の凹部３９ｂの下面３９ｂ１を載せる作業が容易になる。

次に、図１１に示すアウタ部材４３及びアウタ部材５５に、図１２に示すインナ部材４５及びインナ部材５７を、図１３のようにそれぞれ重ね合わせるように被せ、互いの突き合わせ部分を溶接によって接合する。このとき、インナ部材５７の端部がインナ部材４５の端部よりも図１３中で紙面表側（車内ＩＮ側）となっている。これにより、発泡エポキシ３７，３９は、車内ＩＮ側がインナ部材４５，５７によって覆われ、閉断面空間４７，５９に収容配置された状態となる。発泡前の発泡エポキシ３７，３９は、閉断面空間４７，５９内に収容配置した状態で、各閉断面空間４７，５９の内壁面に対しほぼ接触しているか僅かに隙間を形成しているものとする。

上記図１３の状態で、フロントピラー３１を含む車体２９は、塗装する際に、例えば焼き付け工程で加熱され、内部の発泡エポキシ３７，３９も加熱される。発泡エポキシ３７，３９は、加熱されることで発泡しながら膨張し、図１１に示した下隙間６１及び上隙間６３を埋めるように、互いに対向する部分が近付きやがて接触することで溶着した状態となる。このとき、発泡エポキシ３７，３９は、熱を受けることで変形し、突出部３７ｂ及び凹部３９ｂを含む互いに対向する側の端部付近が、混ざり合い硬化することで接合されて一体化し、接合発泡体４１となる。

また、発泡エポキシ３７，３９は、外周面も発泡時の膨張によって、閉断面空間４７，５９の内壁面にそれぞれ押し付けられるようにして、密着して接合される。

このように、フロントピラー３１のピラー基部３３とピラー本体３５とを溶接によって接合した状態で、閉断面空間４７，５９内に配置した発泡エポキシ３７，３９が互いに接合して一体化し接合発泡体４１となる。このため、ピラー基部３３とピラー本体３５との接合強度は、溶接による接合力に加え、樹脂が一体化することによる接合力が発生することで、より一層向上する。

端部同士を接合する第一部材及び第二部材は、車体部材のフロントピラー３１に含まれている。この場合、フロントピラー３１のピラー基部３３とピラー本体３５との接合強度が高まることで、車体のルーフが上方から下方に向けて受ける荷重に対する圧壊強度が高まる。

上記フロントピラー３１のピラー基部３３とピラー本体３５とを接合する部材接合方法では、端部同士を接合する前の各アウタ部材４３，５５に発泡エポキシ３７，３９をそれぞれ配置する。その後、アウタ部材４３，５５の端部同士を接合した状態で、アウタ部材４３，５５にインナ部材４５，５７をそれぞれ接合する。これにより、アウタ部材４３，５５とインナ部材４５，５７の間に形成される閉断面空間４７，５９に発泡エポキシ３７，３９を配置することができる。発泡エポキシ３７，３９は、上記閉断面空間４７，５９内で加熱されて発泡することで、端部同士がより確実に接合される。

以上、本発明の実施形態について説明したが、これらの実施形態は本発明の理解を容易にするために記載された単なる例示に過ぎず、本発明は当該実施形態に限定されるものではない。本発明の技術的範囲は、上記実施形態で開示した具体的な技術事項に限らず、そこから容易に導きうる様々な変形、変更、代替技術なども含むものである。

上記した実施形態では、第一樹脂部材及び第二樹脂部材として、発泡エポキシを使用する例を説明したが、発泡材として発泡エポキシに限るものではない。例えば、発泡ウレタンでもよい。また、発泡材のほかに、加熱によりガラス転移あるいは溶融して接合する樹脂部材、例えばポリアミド系の合成繊維であるナイロン６６を使用してもよい。

なお、ナイロン６６は、融点では流動性があるので、二つの樹脂部材の接合面と反対側に、溶融樹脂の流出を抑える流れ止め部材が必要となる。

図５〜図１１に示した実施形態において、発泡エポキシ３７，３９の互いに接合する側の端部の形状については、図１０、図１１に示したものに限定されるものではない。例えば、発泡エポキシ３７，３９は、突出部３７ｂ及び凹部３９ｂを備えずに、単に平坦な接合面をそれぞれ備え、図１１の状態で、当該平坦な接合面相互間に隙間を備える形状でもよい。

本発明は、閉断面空間を備える部材同士を接合する部材接合方法に適用される。

１ 第一部材
３ 第二部材
９ 第一部材の閉断面空間
１５ 第二部材の閉断面空間
１７ 発泡エポキシ（第一樹脂部材）
２１ 発泡エポキシ（第二樹脂部材）
３１ フロントピラー
３３ フロントピラーのピラー基部
３５ フロントピラーのピラー本体
３７，３９ 発泡エポキシ
４３ ピラー基部のアウタ部材
４５ ピラー基部のインナ部材
４７ ピラー基部の閉断面空間
５５ ピラー本体のアウタ部材
５７ ピラー本体のインナ部材
５９ ピラー本体の閉断面空間

Claims (4)

1. 第一部材の内部に第一樹脂部材を配置する工程と、
   第二部材の内部に第二樹脂部材を配置する工程と、
   前記第一部材及び前記第二部材のそれぞれの端部同士を接合する工程と、
   前記第一部材と前記第二部材とを接合した状態で、前記第一部材内の前記第一樹脂部材と前記第二部材内の前記第二樹脂部材とが、前記第一部材及び前記第二部材に対する塗装時の熱を受けて変形し端部付近が混ざり合い硬化することで接合されて一体化する工程と、有することを特徴とする部材接合方法。
2. 前記第一樹脂部材及び前記第二樹脂部材は、熱を受けて発泡する発泡エポキシであることを特徴とする請求項１に記載の部材接合方法。
3. 前記第一部材及び前記第二部材は、自動車のフロントピラーに含まれることを特徴とする請求項１または２に記載の部材接合方法。
4. 前記第一部材及び前記第二部材は、内部に閉断面空間を形成するアウタ部材とインナ部材とをそれぞれ有し、
   前記第一部材のアウタ部材に前記第一樹脂部材を配置する工程と、
   前記第二部材のアウタ部材に前記第二樹脂部材を配置する工程と、
   前記第一樹脂部材を配置した前記第一部材のアウタ部材及び前記第二樹脂部材を配置した前記第二部材のアウタ部材の端部同士を接合する工程と、
   前記第一部材のアウタ部材に、前記第一樹脂部材を覆うようにして前記第一部材のインナ部材を接合する工程と、
   前記第二部材のアウタ部材に、前記第二樹脂部材を覆うようにして前記第二部材のインナ部材を接合する工程と、
   前記第一部材の前記閉断面空間に位置する前記第一樹脂部材及び前記第二部材の前記閉断面空間に位置する前記第二樹脂部材が、前記塗装時の熱を受けて変形し端部付近が混ざり合い硬化することで接合されて一体化する工程と、を有することを特徴とする請求項３に記載の部材接合方法。

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