KR20160105889A - 이재 패널 구조체 - Google Patents

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KR20160105889A
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

접합부의 어긋남이나 휨의 발생이 억제되고 또한 아우터 패널(2)의 외관성이 우수한 이재 패널 구조체를 제공한다. 제 1 금속 재료로 이루어지는 아우터 패널과, 해당 아우터 패널의 하면측에 배치되고, 제 1 금속 재료보다 융점이 높은 제 2 금속 재료로 이루어지는 이너 패널(3)과, 제 2 금속 재료와 동종 재료로 이루어지고, 헤드부와 축부를 구비하는 리벳(6)을 갖고, 아우터 패널은, 주연부를 절곡하여 형성되고, 접착제층(9)을 거쳐서 이너 패널을 보지하는 헴 가공부를 구비하고, 리벳은 헤드부를 아우터 패널 표면에 남기고, 축부가 아우터 패널의 헴 가공부의 하면측으로부터 이너 패널을 향하여 관통하며, 해당 축부의 선단이 이너 패널과 스폿 용접되며, 이너 패널에는 리벳과 상대하는 위치에서 해당 리벳의 축 방향으로 향하는 돌기부(3a)가 구비되며, 용접 후의 돌기부와 아우터 패널의 사이에 접착제층 또는 접착제층과 공극으로 이루어지는 단열부(8)가 형성된다.

Description

이재 패널 구조체{DIFFERENT MATERIALS PANEL STRUCTURE}
본 발명은 재질이 다른 2 이상의 금속 부재에 의해 구성되는 이재(異材) 패널 구조체에 관한 것이다. 보다 상세하게는, 자동차 바디 등에 사용되는 이재 패널 구조체에 관한 것이다.
자동차에서는, 주행성, 조작성 또는 연비를 향상시키기 위해, 차체의 경량화가 요구되고 있다. 이 때문에, 여러 가지의 자동차 바디 부품에서, 알루미늄 합금 등과 같이 비중이 작은 재료가 적용되기 시작하고 있다. 예를 들면, 후드(보닛), 도어, 트렁크 등의 자동차 패널 구조체는, 아우터 패널(외판)과 이너 패널(내판)로 구성되는 중공 구조체이다. 이들 패널의 재료로서 알루미늄 합금재의 이용이 검토되고 있다.
그 경우, 아우터 패널 및 이너 패널의 양쪽을 알루미늄 합금판으로 변경할 수도 있지만, 각 패널의 요구 특성에 따른 특성의 소재끼리를 조립한 이재 패널 구조체로 하는 경우도 있다. 구체적으로는, 의장성, 경량성 및 충돌 에너지의 흡수성 등이 요구되는 아우터 패널을 알루미늄 합금판으로 형성하고, 형상이 복잡하고 성형 깊이가 깊은 이너 패널을 성형성이 우수한 강판으로 형성하는 것이 고려된다.
알루미늄 합금제 아우터 패널과 강제 이너 패널을 이용하여 이재 패널 구조체를 제조하는 방법으로서는, 예를 들어 아우터 패널의 주연부를 되접어서 이너 패널의 플랜지 주연부를 끼워넣는 헴(hem) 가공(헤밍 가공이나 폴딩 가공이라고도 함)에 의해서, 이들을 일체화하는 방법이 있다. 이러한 방법에서는, 통상, 아우터 패널과 이너 패널의 사이에, 에폭시계 수지, 폴리에스테르계 수지 및 페놀계 수지 등의 열경화성 수지에 의해, 전해 부식 방지를 위한 절연층도 겸한 접착제층(수지층)이 마련된다.
한편, 전술한 이재 패널 구조체는, 자동차 바디에 조립되어 도장된 후, 170~200℃의 고온에서 도장 소부(燒付)(베이킹)가 실행된다. 그 때, 알루미늄 합금제 아우터 패널과 강제 이너 패널의 선팽창률의 차이에 의한 헴부의 어긋남에 의해, 알루미늄 합금제 아우터 패널측으로 휨이 생기는 열 변형의 문제가 발생하는 경우가 있다. 이러한 열 변형을 방지하는 방법으로서는, 헴 가공에 의해서 이너 패널과 아우터 패널을 일체화할 때에, 패널 구조체의 각 코너부의 소정의 위치를 플럭스 코어드 와이어(FCW)로 부분적으로 TIG 용접 접합하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조).
상기 특허문헌 1에 기재된 방법은, 용접 접합부의 강도를 충분히 확보할 수 있으면, 헴부의 어긋남을 방지하기 때문에 매우 유효하다.
그러나, 강재와 알루미늄재와 같은 이재 접합에 있어서는 TIG 용접 이외에, MIG용 용접, 레이저 용접, 스폿 용접 중 어느 용접 방법에 있어서도 용접부의, 접합 계면에 취약한 금속간 화합물(예를 들면, 알루미늄과 철의 금속간 화합물인 Al2Fe5)이 발생하여, 충분한 접합 강도를 얻을 수 없는 경우가 있다.
이와 같은 금속간 화합물이 발생하지 않는 용접 방법으로서, 한쪽 재료와 동종의 재료로 이루어지는 리벳을 이용하여 스폿 용접을 실행하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 2 참조).
일본 특허 공개 제 2013-184198 호 공보 일본 특허 공개 제 2010-207898 호 공보
전술한 특허문헌 1에 기재된 이재 패널 구조체의 제조 방법에서는, 용접 방법으로서는, FCW(플럭스 코어드 와이어)를 이용한 점 접합 등이 채용되어 있다. 그렇지만, 이러한 방법은 입열량이 크기 때문에, 접합부의 주위가 용접열의 영향을 받기 쉽다.
특허문헌 2에 기재된 리벳을 알루미늄 합금제 아우터 패널과 강제 이너 패널의 접합에 이용한 경우, 리벳과 이너 패널이 모두 강재이기 때문에 접합 부분에서 Al2Fe5와 같이 취약한 금속간 화합물은 생기지 않는다.
그러나, 이러한 방법을 알루미늄 합금제 아우터 패널의 헴에 적용한 경우, 스폿 용접으로 생기는 리벳 선단의 용융부의 열이 알루미늄재에 전달되어, 아우터 패널에 팽출 부분이 생겨서, 패널 제품의 외관을 현저하게 손상시키는 경우가 있었다.
자동차 바디용 부재에서는, 외관이 중시되기 때문에, 접합 강도뿐만이 아니라, 아우터 패널의 외관성을 열화시키지 않는 접합 방법이 요구되고 있다.
그래서, 본 발명은 헴 가공부에 있어서의 아우터 패널과 이너 패널의 어긋남, 패널 휨의 발생이 억제되며, 또한 아우터 패널의 외관성이 우수한 이재 패널 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명에 따른 이재 패널 구조체는, 제 1 금속 재료로 이루어지는 아우터 패널과, 이 아우터 패널의 하면측에 배치되고, 상기 제 1 금속 재료보다 융점이 높은 제 2 금속 재료로 이루어지는 이너 패널과, 상기 제 2 금속 재료와 동종의 재료로 이루어지고, 헤드부와 축부를 구비하는 리벳을 갖고, 상기 아우터 패널은, 주연부를 절곡하여 형성되고, 접착제층을 거쳐서 상기 이너 패널을 보지하는 헴 가공부를 구비하고, 상기 리벳은, 상기 헤드부를 아우터 패널 표면에 남기고, 상기 축부가 상기 아우터 패널의 상기 헴 가공부의 하면측으로부터 상기 이너 패널을 향하여 관통하며, 상기 축부의 선단이 상기 이너 패널과 스폿 용접되며, 상기 이너 패널에는, 상기 리벳과 상대(相對)하는 위치에서 상기 리벳의 축 방향으로 향하는 돌기부가 구비되며, 용접 후의 상기 이너 패널의 상기 돌기부와 상기 아우터 패널의 사이에 상기 접착제층 또는 상기 접착제층과 공극으로 이루어지는 단열부가 형성되어 있는 것이다.
상기 리벳은 헤드부 및 축부 중 적어도 한쪽이 상기 아우터 패널에 코킹되어 있어도 좋다.
이러한 경우, 상기 리벳에는, 상기 아우터 패널과 접촉하는 부분에, 상기 이너 패널보다 저항률이 높은 피막이 마련되어 있어도 좋다.
본 발명의 이재 패널 구조체는 상기 아우터 패널과 상기 이너 패널의 사이에 접착제층이 마련되어 있어도 좋다.
또한, 상기 리벳은, 예를 들어 상기 이너 패널의 코너부에 접합되어 있어도 좋다.
본 발명의 이재 패널 구조체는, 예를 들어 상기 제 1 금속 재료를 알루미늄 또는 알루미늄 합금으로 하고, 상기 제 2 금속 재료를 철 또는 철 합금으로 해도 좋다.
본 발명에 의하면, 헴 가공부에 있어서의 아우터 패널과 이너 패널의 어긋남, 패널 휨의 발생을 억제하면서, 아우터 패널의 팽출부의 형성도 억제할 수 있기 때문에, 외관성이 우수한 이재 패널 구조체를 얻을 수 있다.
도 1a는 패널의 소부 도장시의 열팽창과 수축에 의한 이재 패널 구조체의 변형의 공정을 모식적으로 도시하는 도면,
도 1b는 도 1a의 헴 가공부를 도시하는 확대 단면도,
도 2a는 종래의 리벳을 이용한 스폿 용접 방법을 패널의 접합에 이용한 예를 모식적으로 도시하는 도면,
도 2b는 스폿 용접시에 아우터 패널에 생기는 팽출부를 모식적으로 도시하는 단면도,
도 3은 이재 패널 구조체의 일 예인 엔진 후드를 도시하는 저면도,
도 4는 본 실시형태의 이재 패널 구조체의 헴 가공부를 도시하는 단면도,
도 5a는 이너 패널에 형성되는 돌기부 또는 볼록부의 형상 예를 모식적으로 도시하는 사시도,
도 5b는 이너 패널에 형성되는 돌기부 또는 볼록부의 형상 예를 모식적으로 도시하는 사시도,
도 5c는 이너 패널에 형성되는 돌기부 또는 볼록부의 형상 예를 모식적으로 도시하는 사시도,
도 5d는 이너 패널에 형성되는 돌기부 또는 볼록부의 형상 예를 모식적으로 도시하는 사시도,
도 5e는 이너 패널에 형성되는 돌기부 또는 볼록부의 형상 예를 모식적으로 도시하는 사시도,
도 5f는 이너 패널에 형성되는 돌기부의 형상 예를 모식적으로 도시하는 사시도,
도 5g는 이너 패널에 형성되는 돌기부의 형상 예를 모식적으로 도시하는 사시도,
도 6a는 리벳의 구조 예를 도시하는 리벳의 축 방향 단면도,
도 6b는 리벳의 구조 예를 도시하는 리벳의 축 방향 단면도,
도 6c는 리벳의 구조 예를 도시하는 리벳의 축 방향 단면도,
도 6d는 리벳의 구조 예를 도시하는 리벳의 축 방향 단면도,
도 7a는 이너 패널의 돌기부와 리벳의 조립을 모식적으로 도시하는 단면도,
도 7b는 이너 패널의 돌기부와 리벳의 조립을 모식적으로 도시하는 단면도,
도 7c는 이너 패널의 돌기부와 리벳의 조립을 모식적으로 도시하는 단면도,
도 7d는 이너 패널의 돌기부와 리벳의 조립을 모식적으로 도시하는 단면도,
도 8a는 리벳의 장착 방법을 그 공정순으로 도시하는 모식 단면도,
도 8b는 리벳의 장착 방법을 그 공정순으로 도시하는 모식 단면도,
도 9a는 리벳의 다른 장착 방법을 그 공정순으로 도시하는 모식 단면도,
도 9b는 리벳의 다른 장착 방법을 그 공정순으로 도시하는 모식 단면도,
도 9c는 리벳의 다른 장착 방법을 그 공정순으로 도시하는 모식 단면도.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 형태에 대해서, 첨부의 도면을 참조하여 상세하게 설명한다. 또한, 본 발명은 이하에 설명하는 실시형태에 한정되는 것은 아니다.
[이재 패널 구조체의 열 변형의 기구]
도 1a 및 도 1b는 패널의 소부 도장시의 열팽창 수축에 의한 이재 패널 구조체(101)의 변형의 공정을 모식적으로 도시하는 도면이며, 도 1a는 이재 패널 구조체(101)의 전체를 도시하는 모식도이며, 도 1b는 그 헴 가공부(104)를 도시하는 확대 단면도이다. 도 1a에 도시하는 이재 패널 구조체(101)는, 아우터 패널(102)이 알루미늄 합금판에 의해 형성되어 있으며, 이너 패널(103)이 강판에 의해 형성되어 있다.
즉, 아우터 패널(102)은 이너 패널(103)보다 선팽창률이 크다.
또한, 이너 패널(103)이 아우터 패널(102)의 하면측에 배치되어 있다.
이 때문에, 도 1b에 도시하는 바와 같이, 도장 소부시의 가열에 의해, 아우터 패널(102)의 절곡된 부분이 열팽창에 의해 패널 외측 방향으로 향하여 크게 어긋나서, 이너 패널(103)을 끼워넣고 있던 위치로부터 어긋나 돌출 어긋남 변형, 소위 「헴 어긋남」이 생긴다. 한편, 아우터 패널(102)과 이너 패널(103)의 사이에 도포된 접착제층(105)은, 도장 소부시의 가열에 의해 열경화가 개시되기 때문에, 헴 가공부(104)가 크게 어긋난 상태에서 이너 패널(103)에 접착 고정된다.
그리고, 소부 도장 종료 후에 아우터 패널(102)이 수축되고, 이러한 현상이 아우터 패널(102)의 선 길이의 변화로 되어, 도 1a에 도시하는 이재 패널 구조체(101)의 아우터 패널(102)에, 상측을 향하는 휨이 생기는 원인이 된다. 아우터 패널(102)에 이러한 휨이 생기면, 이재 패널 구조체(101)의 전체 또는 코너부에 변형이 생기기 때문에, 형상 정밀도가 높은 자동차 패널을 얻는 것은 곤란하다.
[전체 구성]
그래서, 본 발명자는, 헴 가공부의 변형을 억제하기 위해, 헴 가공부에 있어서의 아우터 패널과 이너 패널의 헴 어긋남을 방지하기 위해, 취약한 금속간 화합물을 발생시키지 않고 높은 접합 강도를 얻을 수 있는 리벳을 이용한 스폿 용접 방법을 적용하는 것으로 했다. 도 2a는 리벳(106)을 이용하여 이재 패널 구조체를 스폿 용접할 때의 구성을 모식적으로 도시하는 도면이다.
그렇지만, 도 2a에 도시하는 바와 같이, 리벳(106)을 이용한 스폿 용접에 의해, 헴 가공부에 있어서의 아우터 패널(102)과 이너 패널(103)의 접합을 실행하면, 용융부(107)의 열이 반대측의 아우터 패널(102)로 전파되어, 아우터 패널(102)이 부분적으로 연화된다. 이러한 방법에서는, 용접용 전극(108a, 108b)과 아우터 패널(102)의 사이에 판 형상의 중간 전극(109)을 사이에 두고 용접해도, 도 2b에 도시하는 바와 같이 아우터 패널(102)의 열연화부(102a)가 외측을 향하여 볼록 형상으로 부풀어 오르는 경우가 있다. 이에 의해, 아우터 패널(102)의 외관이 열화되어, 용접 후에 팽출 부분(102b)을 평평하게 절삭하는 등의 작업이 필요하다.
그래서, 본 실시형태의 이재 패널 구조체에서는, 용접 접합할 때에, 아우터 패널에의 열 영향을 억제하기 위해, 리벳이 접합되는 부분은 이너 패널과 아우터 패널의 사이에 접착제층 또는 접착제층과 공극으로 이루어지는 단열부를 마련하여, 용접시의 열이 아우터 패널에 전달되지 않도록 했다. 구체적으로는, 본 실시형태의 이재 패널 구조체는, 제 1 금속 재료로 이루어지고, 절곡 가공에 의해 주연부에 절곡부가 형성된 아우터 패널과, 제 1 금속 재료는 재질이 다른 제 2 금속 재료로 이루어지고, 단부가 아우터 패널의 절곡부에 의해 협지되어 있는 이너 패널과, 이너 패널과 동종의 금속 재료로 이루어지고, 헤드부와 축부를 구비한다. 그리고, 축부가 절곡부의 단부에 있어서 아우터 패널을 관통하고, 선단이 이너 패널에 용접 접합되어 있는 하나 또는 복수의 리벳을 갖는다. 그리고, 이너 패널에는 리벳과의 접합 부분에 중공 형상의 돌기부(볼록부라고도 함)가 형성되어 있다. 이러한 돌기부에 의해, 이너 패널(리벳이 용접되어 있는 개소)과, 아우터 패널의 사이에 접착제층 또는 접착제층과 공극으로 이루어지는 단열부를 형성하도록 구성되어 있다.
도 3은 이재 패널 구조체(1)의 일 예인 엔진 후드를 도시하는 저면도이다. 도 4는 본 실시형태의 이재 패널 구조체(1)의 헴 가공부(4)를 도시하는 단면도이다. 도 3에 도시하는 바와 같이 본 실시형태의 이재 패널 구조체(1)는, 아우터 패널(2)의 주연부에 절곡되고, 이 절곡부에 의해 이너 패널(3)의 단부가 협지되어, 헴 가공부(4)가 형성되어 있다. 또한, 본 실시형태의 이재 패널 구조체(1)는, 도 3에 도시하는 후드(보닛) 이외에, 트렁크나 도어 패널 등의 자동차 바디용의 각종 부재에 적용할 수 있다. 그리고, 당연하지만, 이들 패널 용도에 따라서, 그 입체 형상이나 평면 형상 및 헴 가공의 시공 범위는 다르다.
[아우터 패널(2)]
아우터 패널(2)은, 차체 외측을 향하여 전체에 3차원의 원호 형상으로 만곡되어 있는 평판 형상 부재로서, 예를 들면 알루미늄판 또는 알루미늄 합금판을, 프레스 성형 등의 각종 성형 방법을 이용하여, 소정 형상으로 성형하는 것에 의해 얻어진다.
아우터 패널(2)에 이용하는 알루미늄 합금은, 강도, 성형성 및 내식성 등, 적용하는 차체 구조의 요구 특성에 따라서 적절히 선택할 수 있다. 아우터 패널(2)용의 알루미늄 합금으로서, 예를 들어 JIS 규격이나 AA 규격에서 규정되는 3000계, 5000계, 6000계 및 7000계 등의 알루미늄 합금을 사용할 수 있다. 자동차 등의 차체를 경량화하기 위해, 박육화의 관점에서는, 고강도이고 성형성도 우수한 알루미늄 합금이 바람직하다.
구체적으로는, 6N01, 6016, 6111 및 6022 등과 같이, 조성에 있어서의 실리콘과 마그네슘의 비(=Si/Mg)가 1 이상이며, Mg에 대하여 Si을 과잉으로 함유하고 있는 Si 과잉형의 6000계 알루미늄 합금이 바람직하다. 이들 6000계 알루미늄 합금판은, 아우터 패널(2)로 성형할 때는, 강도(내력)를 낮추어 성형성을 확보한다. 6000계 알루미늄 합금판은, 그 후의 도장 소부 처리에 있어서, 150~180℃의 저온에서 10~50분이라는 단시간의 인공 시효 처리에 의해, 시효 경화되어 강도(내력)가 높아지는 특성(베이크 하드성, BH성)을 갖는다.
전술한 알루미늄 합금재는, 냉간 압연이나 열간 압출 후에, 용체화 처리 및 담금질 처리(질별(質別) 기호 T4)나 그 후의 시효 처리(질별 기호 T6 등), 과시효 처리(질별 기호 T7) 등이 실시되어, 아우터 패널(2)의 프레스 성형 소재가 된다.
한편, 아우터 패널(2)용의 알루미늄 합금판의 두께(판 두께)는, 자동차 바디의 경량화, 강도, 강성 및 성형성 등의 아우터 패널(2)로서의 요구 특성의 균형을 고려하여, 일반적으로, 0.5~3㎜의 범위에서 적절히 선택된다. 여기서, 알루미늄 합금판의 두께가 너무 얇은 경우, 자동차 부재로서의 필요한 강도나 강성을 확보할 수 없는 경우가 있다. 한편, 알루미늄 합금판의 두께가 너무 두꺼우면, 자동차 바디를 경량화할 수 없고, 헴 가공도 어려워진다.
[이너 패널(3)]
이너 패널(3)은, 단면 해트 형상(단면 형상이 하트형 또는 HAT형 등이라고도 함)의 부재이며, 예를 들어 철판 또는 강판 등의 철 합금판을, 프레스 성형 등의 각종 성형 방법을 이용하여, 소정 형상으로 성형하는 것에 의해 얻어진다. 또한, 도 4에 도시하는 바와 같이, 이너 패널(3)에는, 적어도 리벳(6)이 접합되는 부분에, 중공 형상의 돌기부(3a)가 형성되어 있다. 이너 패널(3)의 융점은 아우터 패널(2)의 융점보다 높다.
도 5a 내지 도 5g는 이너 패널(3)에 형성되는 돌기부(3a)의 형상 예를 모식적으로 도시하는 사시도이다. 이너 패널(3)의 돌기부(3a)는, 중공 형상이면, 그 외형은 특별히 한정되는 것은 아니다. 돌기부(3a)는, 예를 들어 도 5a에 도시하는 원추 형상, 도 5b에 도시하는 원추대 형상, 도 5c에 도시하는 각추대 형상, 도 5d에 도시하는 각기둥 형상, 도 5e에 도시하는 돔 형상, 도 5f에 도시하는 비드 형상 등, 여러 가지의 형상을 적용할 수 있다.
또한, 돌기부(3a)의 높이도, 특별히 한정되는 것이 아니며, 적용 부재에 따라서 적절히 선택할 수 있지만, 0.1~2.0㎜가 바람직하며, 0.3~1.5㎜가 보다 바람직하다. 돌기부(3a)의 높이를 이러한 범위로 하는 것에 의해, 도 4에 도시하는 바와 같이, 돌기부(3a)와 아우터 패널(2)의 사이에 접착제층 또는 접착제층과 공극으로 이루어지는 단열부(8)가 마련되며, 용접 접합시에 용융부(7)의 열이 아우터 패널(2)로 전파되는 것을 방지할 수 있다. 그와 함께, 스폿 용접에 의해 접합하는 경우는, 전극에 의한 가압력이 아우터 패널(2)에 가해지는 것을 방지할 수도 있다.
한편, 이너 패널(3)에 이용되는 강판은, 그 표면에, 범용되는 아연계나 알루미늄계의 피복층이 도금 등으로 피복되어 있어도 좋으며, 순재료(裸材)라도 좋다.
본 실시형태의 이재 패널 구조체에 이용하는 강재는, 종래의 강제 이너 패널과 마찬가지로, 염가의 연강판을 이용할 수도 있지만, 고장력강(하이텐)이나 스테인리스강 등의 냉연 강판도 적용하는 것이 가능하다.
또한, 강판의 두께(판 두께)도, 자동차 바디의 경량화, 강도, 강성 및 성형성 등의 이너 패널(3)로서의 요구 특성의 균형을 고려하여, 0.3~3㎜의 범위에서 적절히 선택할 수 있다. 단, 강판의 두께가 너무 얇으면, 자동차 부재로서의 필요한 강도나 강성을 확보할 수 없는 경우가 있으며, 또한 강판의 두께가 너무 두꺼우면, 자동차 바디를 경량화하는 것이 곤란해진다.
[헴 가공부(4)]
도 4에 도시하는 바와 같이, 헴 가공부(4)는 아우터 패널(2)의 주연부를 헴 굽힘(절곡)하는 것에 의해 형성되어 있으며, 이러한 헴 가공부(4)에 의해, 아우터 패널(2)이 이너 패널(3)에 접착제층(9)을 거쳐서 결합되어 있다. 또한, 접착제층(9)에 대해서는 나중에 설명한다.
[리벳(6)]
도 6a 내지 도 6d는 리벳의 구조 예를 나타내는 단면도이며, 도 7a 내지 도 7d는 이너 패널의 돌기부(3a)와 리벳(6)의 조립을 모식적으로 도시하는 단면도이다. 또한, 도 8a, 도 8b 및 도 9a, 도 9b, 도 9c는 리벳(6)의 장착 방법을 그 공정순으로 도시하는 모의 시험 단면도이다. 도 6a 내지 도 6d에 도시하는 바와 같이, 리벳(6)은 헤드부(6a)와 축부(6b)로 구성되어 있다. 또한, 리벳(6)의 형상은 특별히 한정되는 것이 아니며, 도 6a 및 도 6d에 도시하는 바와 같이 선단이 원추 형상으로 되어 있어도 좋고, 또한 도 6b 및 도 6c에 도시하는 바와 같이 선단이 평면 형상으로 되어 있어도 좋다. 또한, 헤드부(6a) 및 축부(6b)의 형상 및 크기도, 용도나 방법에 따라서 적절히 선택할 수 있다.
또한, 리벳(6)과 이너 패널(3)의 돌기부(3a)의 조립도 특별히 한정되어 있는 것은 아니다. 예를 들면, 돌기부(3a)가 원추 형상 또는 각추 형상인 경우는, 도 7a 및 도 7b에 도시하는 바와 같이, 선단이 원추 형상 및 평면 형상 중 어느 형상의 리벳(6)도 사용하는 것이 가능하다. 또한, 돌기부(3a)가 원추대 형상 또는 각추대 형상인 경우는, 도 7c에 도시하는 바와 같이 선단이 원추 형상인 리벳(6)을 돌기부(3a)에 접촉시켜 용접할 수도 있지만, 도 7d에 도시하는 바와 같이 리벳(6)의 선단을 돌기부(3a)에 압입한 상태에서 용접할 수도 있다.
리벳(6)은, 이너 패널(3)과 동종의 금속 재료로 형성된 것을 이용한다. 이에 의해, 접합부에 취약한 금속간 화합물이 형성되는 일이 없기 때문에, 높은 접합 강도를 유지할 수 있다. 또한, 리벳(6)과 이너 패널(3)의 접합 강도가 낮으면, 헴 어긋남을 충분히 방지할 수 없게 된다. 또한, 예를 들어 이너 패널(3)이 강재로 형성되어 있는 경우는, 리벳(6)도 연강 등의 강재로 형성함으로써, 기존의 강재 스폿 용접 라인을 이용하여 스폿 용접을 실행할 수 있다.
또한, 스폿 용접에 의해 용접 접합하는 경우는, 리벳(6)의 아우터 패널(2)과 접촉하는 부분에, 강재 등의 이너 패널(3)을 구성하는 재료보다 저항률이 높은 재료로 이루어지는 피막이 마련되어 있는 것이 바람직하다. 이러한 고저항의 피막을 마련하는 것에 의해, 스폿 용접시의 용접 전류가 아우터 패널(2)로 분류되어, 용접부의 전류가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
리벳(6)에 마련되는 고저항 피막의 구체적인 예로서는, 아연, 납 및 알루미늄 등의 비교적 저항률이 높은 금속을 포함하는 피막, 폴리에스테르계 수지나 실리콘계 수지 등의 합성 수지를 포함하는 피막, 철의 산화 피막(흑피), 무전계 Ni-P 도금 피막 등을 들 수 있다. 리벳(6)에 마련되는 고저항 피막은, 디스고(등록상표), 지오메트(등록상표) 및 라프레(등록상표) 등의 시판의 표면 처리제를 이용하여 형성된 절연 피막이어도 좋다.
또한, 리벳(6)의 헤드부(6a) 및/또는 축부(6b)는 아우터 패널(2)에 코킹되어 있는 것이 바람직하다. 리벳(6), 아우터 패널(2)에 코킹 체결하는 것에 의해, 용접 전에는, 용접 공정까지의 반송시에 리벳(6)이 어긋나는 일이 없어지며, 용접 후에는 접착제층(9)이 경시 열화되어도 아우터 패널(2)과의 최저 접합 강도를 유지할 수 있다.
코킹 체결은, 예를 들면 도 8a 및 도 8b에 도시하는 바와 같이 리벳(6)을 아우터 패널(2)에 박아넣고, 헤드부(6a)에 피체결재(아우터 패널(2))를 소성 유동시켜도 좋다. 또한, 코킹 체결은, 미리 피체결재(아우터 패널(2))에 하구멍(下穴)을 뚫어 두고, 리벳(6)의 헤드부(6a)에 피체결재(아우터 패널(2))를 소성 유동시켜 코킹하여도 좋다. 또는, 도 9a 내지 도 9c에 도시하는 바와 같이, 펀칭 지그(11a, 11b)에 의해 아우터 패널(2)의 일부(2a)를 타발하는 것에 의해, 하구멍이 형성된다. 그 후, 이러한 하구멍보다 직경이 작은 축부(6b)를 갖는 리벳(6)을 하구멍에 삽입하고, 축 방향으로 스웨이징(swaging)을 실행하여 축부(6b)를 두껍게 하는 것에 의해, 아우터 패널(2)과 코킹 체결할 수도 있다.
[접착제층(9)]
본 실시형태의 이재 패널 구조체(1)는, 도 4에 도시하는 바와 같이, 아우터 패널(2)과 이너 패널(3)의 사이에 접착제층(9)이 마련되어 있다. 그리고, 아우터 패널(2)의 주연부를 되접을 때는, 접착제층(9)을 거쳐서, 이너 패널(3)의 플랜지의 주연부를 끼워넣어 일체화한다. 이에 의해, 아우터 패널(2)의 주연부, 이너 패널(3)의 플랜지의 주연부가, 접착제층(9)을 거쳐서 조립된 적층 구조의 헴 가공부(4)가 형성되고, 이재 패널 구조체(1)로서 일체화된다.
접착제층(9)을 형성할 때는, 헴 가공(헤밍 가공, 특히 플랫 헴 가공)에 있어서, 아우터 패널(2)의 주연부를 되접고, 이너 패널(3)의 플랜지 주연부를 끼워넣기 전에, 이에 대향하는 아우터 패널(2)의 주연부의 내측 영역에 열경화성 수지 접착제를 도포하면 좋다. 그 때, 열경화성 수지 접착제는, 알루미늄과 철의 이재끼리가 직접 접촉하여 생기는 전해 부식을 방지할 수 있으며, 또한 이재끼리(이재 패널 구조체)의 접합 강도를 높이기 때문에, 아우터 패널(2)의 주연부 전체에 걸쳐서 (둘러싸도록) 도포하는 것이 바람직하다.
접착제층(9)을 형성하는 열가소성 수지 접착제로서는, 자동차 바디 패널의 도장 소부 경화시에 경화되어, 이재 패널 구조체로서의 요구 접착 강도를 발휘할 수 있는 것이면 좋다. 접착제층(9)을 형성하는 열가소성 수지 접착제로서 예를 들어 에폭시 수지계 접착제, 폴리에스테르 수지 접착제 및 페놀 수지 접착제 등을 들 수 있다.
[용접 방법]
리벳(6)과 이너 패널(3)은 용접에 의해 접합한다. 이재 패널 구조체(1)와 같은 복합 구조에서는, 도장 소부 경화시에, 알루미늄과 강의 선팽창률의 차이에 기인하여, 알루미늄 합금제 아우터 패널(2)의 헴 어긋남이나, 그에 따라 생기는 구속된 아우터 패널(2)의 열 변형이 문제가 된다. 아우터 패널(2)의 열 변형을 억제하기 위해는, 아우터 패널(2)의 헴 어긋남을 방지하는 것이 유효하다. 예를 들어 각 코너부(5) 등과 같이, 소정의 개소를 점 형상으로 용접하여, 아우터 패널(2)과 이너 패널(3)을 서로 고정하여 두는 것에 의해, 패널 재료의 열팽창 수축에 따른 이동을 억제할 수 있다(도 3 참조).
여기서, 리벳(6)의 축부(6b)의 선단과 이너 패널(3)의 용접은 저항 스폿 용접에 의해 실행한다. 저항 스폿 용접은, 이너 패널(3)과 아우터 패널(2)의 사이에 접착제층(9)이 존재하고 있어도, 전극을 압착하여 접합부의 접착제층(9)을 배제하면서 용접할 수 있기 때문에, 접합 강도의 점에서 호적하다.
또한, 스폿 용접을 실행하는 경우, 아우터 패널(2)의 표면 평활성을 확보하기 위해, 아우터 패널(2)측에 판을 맞대면서 용접하는 것이 바람직하다. 그 때, 이용하는 판은 강판 등의 열전도성이 높은 재료로 이루어지거나 혹은 냉매를 통류시키는 유로를 구비하는 패널 또는 블록 부재가 바람직하다.
리벳(6)과 이너 패널(3)을 용접 접합할 때는, 고열의 용융부(7)가 형성되지만, 본 실시형태의 이재 패널 구조체(1)에서는, 이너 패널(3)의 접합 부분에 상기 돌기부(3a)가 형성되어 있다. 이 때문에, 상기 돌기부(3a)의 이면에는, 아우터 패널(2)과의 사이에 접착제층 또는 접착제층과 공극으로 이루어지는 단열부(8)가 형성된다. 또한, 상기 돌기부(3a)는 중공 형상으로 형성되어 있기 때문에, 상기 접착제층 또는 접착제층과 공극으로 이루어지는 단열부(8)는 두껍게 형성된다. 이에 의해, 아우터 패널(2)에의 열 전달이 차단 또는 현저하게 작아진다. 그 결과, 아우터 패널(2)의 연화가 저감되기 때문에, 리벳(6)의 선단의 압입에 따른 아우터 패널(2)의 팽출을 억제할 수 있다.
본 실시형태의 이재 패널 구조체(1)에서는, 리벳(6)에 의해 이너 패널(3)과 아우터 패널(2)이 고정되어 있기 때문에, 헴 가공부(4)에 있어서의 어긋남이나 휨의 발생을 억제할 수 있다. 또한, 본 실시형태의 이재 패널 구조체(1)에서는, 이너 패널(3)의 리벳(6)이 접합되는 부분에, 중공 형상의 돌기부(3a)를 형성하고, 이너 패널(3)과 아우터 패널(2)의 사이에 접착제층 또는 접착제층과 공극으로 이루어지는 단열부(8)를 마련하고 있다. 그에 의해, 용접시의 열이 아우터 패널(2)에 직접 전달되는 일이 없어진다. 이에 의해, 아우터 패널(2)에 연화 부분이 생기기 어려워지기 때문에, 아우터 패널(2)에 팽출되는 부분이 발생하지 않게 되어, 손질 등을 실행하지 않아도, 외관성이 우수한 자동차 패널을 제조하는 것이 가능해진다.
[실시예]
다음에, 본 발명의 실시예에 의해, 본 발명의 효과에 대하여 구체적으로 설명한다.
＜실시예 1＞
실시예 1에 있어서는, 우선, 알루미늄 합금판(AA6022, 판 두께 1.2㎜, 폭 300㎜)에 대하여, 도 6a에 도시하는 형상의 연강제의 리벳의 축부를 도 8a 및 도 8b에 도시하는 방법으로, 관통시키고, 해당 리벳의 헤드부를 코킹 체결하여, 아우터 패널을 성형했다.
그리고, 리벳이 체결된 아우터 패널에 접착제를 도포하고, 이너 패널로서의 GA 강판(판 두께 0.8㎜, 폭 300㎜)을 오버랩한 후, 아우터 패널을 절곡하여 이너 패널을 접착제층을 거쳐서 끼워넣도록 헴 가공을 실행했다. 그 후, 이너 패널의 리벳의 축부의 선단과 상대하는 위치에, 원추 형상의 돌기부(높이 0.8㎜, 원추의 근원 직경 2㎜)를 마련했다.
그리고, 한쌍의 전극으로 리벳과 아우터 패널을 사이에 두고, 가압력을 5kN~300kN, 전류값을 1kA~10kA, 통전 시간을 10 밀리초~400 밀리초로 하고, 강판측의 너깃(nugget) 용융 직경이 2~3㎜가 되도록 조정하면서, 스폿 용접을 실행했다. 이 때, 실시예 1의 이너 패널과 아우터 패널 사이에는 약 0.5㎜의 단열부가 형성되어 있었다.
＜비교예＞
비교예 1로서, 돌기부가 없는 이너 패널을 아우터 패널의 헴 가공부에서 접착제층을 거쳐서 끼워넣고, 실시예 1과 동일한 리벳을 박아넣은 것을 준비했다.
또한, 비교예 2로서, 리벳을 박아넣지 않고 접착제만으로 아우터 패널에 이너 패널을 접합한 것을 준비했다.
＜스폿 용접부의 아우터 패널 외관 관찰 결과＞
용접 후의 아우터 패널 외면을 3D 형상 측정 장치(VECCO사제 WYCO NT9300)로 계측했다.
그 결과, 실시예 1 및 용접을 실행하고 있지 않은 비교예 2에서는 아우터 패널에 팽출부는 생기지 않으며, 접합 부분의 아우터 패널의 표면의 요철은 15㎛ 이하이고 양호한 평활성이 확인되었다.
한편, 비교예 1은 아우터 패널(리벳의 반대측)에 팽출부가 생겨 표면에 40㎛의 요철이 생겨 있었다.
＜헴 어긋남의 유무＞
실시예 1, 비교예 1 및 2의 헴 가공 후의 헴 가공 이음매(접합체)를 시험로 내에서 170℃×20분 가열한 후, 취출하여 냉각 후 헴 가공부의 어긋남(가열 전후의 헴 가공부의 위치 어긋남)의 유무를 확인했다.
실시예 1, 비교예 1의 헴 가공 이음매에서는 헴 어긋남은 생기지 않았지만, 비교예 2에서는 약 10㎜의 헴 가공부의 어긋남이 생겨 있었다.
＜이음매 강도＞
실시예 1, 비교예 1의 용접 후의 헴 가공 이음매를 폭 30㎜로 절출하여 시험편을 작성하고, 아우터 패널의 헴 가공부의 단부와 이너 패널을 척킹하여, 리벳의 축에 대하여 수직 방향(1축 방향)으로 인장하여, 이음매의 파단 상태를 확인했다.
그 결과, 인장 강도는 실시예 1, 비교예 1 모두 3kN을 나타냈다. 또한, 파단 위치는 용접 금속부가 아니라 GA 강재측에서 모재 파단(버튼 형상 파단)되고 있어, 양호한 이음매 강도가 얻어지고 있다는 것이 확인되었다.
1, 101 : 이재 패널 구조체 2, 102 : 아우터 패널
3, 103 : 이너 패널 3a : 돌기부(볼록부)
4, 104 : 헴 가공부 5 : 코너부
6, 106 : 리벳 6a : 헤드부
6b : 축부 7, 107 : 용융부
8 : 접착제층 또는 접착제층과 공극으로 이루어지는 단열부
9, 105 : 접착제층(수지층) 11a, 11b : 펀칭 지그

Claims (5)

  1. 제 1 금속 재료로 이루어지는 아우터 패널과, 이 아우터 패널의 하면측에 배치되고, 상기 제 1 금속 재료보다 융점이 높은 제 2 금속 재료로 이루어지는 이너 패널과, 상기 제 2 금속 재료와 동종의 재료로 이루어지고, 헤드부와 축부를 구비하는 리벳을 갖고,
    상기 아우터 패널은, 주연부를 절곡하여 형성되고, 접착제층을 거쳐서 상기 이너 패널을 보지하는 헴 가공부를 구비하고,
    상기 리벳은, 상기 헤드부를 아우터 패널 표면에 남기고, 상기 축부가 상기 아우터 패널의 상기 헴 가공부의 하면측으로부터 상기 이너 패널을 향하여 관통하며, 상기 축부의 선단이 상기 이너 패널과 스폿 용접되며,
    상기 이너 패널에는, 상기 리벳과 상대하는 위치에서 상기 리벳의 축 방향으로 향하는 돌기부가 구비되며,
    용접 후의 상기 이너 패널의 상기 돌기부와 상기 아우터 패널의 사이에 상기 접착제층 또는 상기 접착제층과 공극으로 이루어지는 단열부가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는
    이재 패널 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 리벳의 상기 헤드부 및 상기 축부 중 적어도 하나가 상기 아우터 패널에 코킹되어 있는
    이재 패널 구조체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 리벳에는, 상기 아우터 패널과 접촉하는 부분에, 상기 이너 패널보다 저항률이 높은 피막이 마련되어 있는
    이재 패널 구조체.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 리벳은 상기 이너 패널의 코너부에 접합되어 있는
    이재 패널 구조체.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 금속 재료는 알루미늄 또는 알루미늄 합금이며, 상기 제 2 금속 재료는 철 또는 철 합금인
    이재 패널 구조체.
KR1020167021393A 2014-02-07 2015-01-19 이재 패널 구조체 KR101800569B1 (ko)

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