KR20210143267A - 조인트 구조, 자동차 부품 및 조인트 구조의 제조 방법 - Google Patents

조인트 구조, 자동차 부품 및 조인트 구조의 제조 방법 Download PDF

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도시야 스즈키
도루 오카다
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닛폰세이테츠 가부시키가이샤
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Abstract

조인트 구조는, 제1 판상 부재와, 제1 판상 부재와 판 두께 방향으로 겹쳐진 제2 판상 부재와, 제2 판상 부재에 있어서의 제1 판상 부재가 겹쳐진 측과 반대측에, 판 두께 방향으로 겹쳐진 제3 판상 부재와, 제1 판상 부재, 제2 판상 부재, 및 제3 판상 부재가 겹쳐진 부분에 형성되어 제1 판상 부재, 제2 판상 부재, 및 제3 판상 부재를 서로 접합하는 복수의 접합부를 구비하고, 복수의 접합부가, 제1 판상 부재 및 제2 판상 부재의 단부를 따라 간격을 두고 형성되어 있고, 제3 판상 부재가, 적어도 복수의 접합부 사이에서, 제1 판상 부재 및 제2 판상 부재의 단부에서 되접혀, 제1 판상 부재에 있어서의 제2 판상 부재가 겹쳐진 측과 반대측에 배치되어 있는 되접힘부를 갖는다.

Description

조인트 구조, 자동차 부품 및 조인트 구조의 제조 방법
본 발명은, 조인트 구조, 자동차 부품 및 조인트 구조의 제조 방법에 관한 것이다.
근년의 자동차 산업에서는, 차체의 경량화에 의한 연비 향상을 목적으로 하여, 차체에 대한 고강도 강판의 적용이 진행되고 있다. 차체를 구성하는 강판의 강도를 높임으로써, 필요한 특성을 판 두께가 얇은 강판으로 실현할 수 있어, 차체의 경량화를 달성할 수 있다.
그러나 고강도 강판을 차체에 사용하는 경우, 강판끼리의 접합부의 강도를 확보하는 것이 어려워진다. 예를 들어, 차체에 사용되는 고강도 강판의 접합 방법으로서 현재 널리 사용되고 있는 것은 스폿 용접이다. 도 1에, 강판의 인장 강도와, 강판의 스폿 용접부의 십자 인장 강도(CTS: Cross Tension Strength)의 관계를 개략적으로 나타낸다. 강판의 인장 강도를 높임에 따라, 스폿 용접부의 십자 인장 강도도 증대된다. 그러나 강판의 인장 강도가 약 780㎫를 초과하면, 십자 인장 강도가 저하되는 경향이 발생한다. 이것은, 스폿 용접부의 용접 금속이 단단할수록, 너깃이 취화되기 때문이라고 생각된다.
고강도 강판의 접합부의 강도를 확보하는 수단으로서, 특허문헌 1에는, 인장 강도가 400 내지 700㎫, 모재의 성분 조성 중에 있어서의 C의 함유량이 0.05 내지 0.12질량％의 범위이며, 다음 식 {Ceqt＝C+Si/30+Mn/20+2P+4S}로 표시되는 탄소 당량 Ceqt가 0.18질량％ 이상 0.22질량％ 이하의 범위인 동시에, 다음 식 {Ceqh＝C+Si/40+Cr/20}으로 표시되는 탄소 당량 Ceqh가 0.08질량％ 이상이고, 또한 당해 강판의 표면으로부터 3㎛까지의 범위의 깊이에 있어서, 마커스형 고주파 글로 방전 발광 표면 분석법(GDS: Glow Discharge optical emission Spectrometry)에 의해 측정되는 평균 산소 농도 OC(％)가 다음 식 {OC≤0.5}로 표시되는 범위인 스폿 용접용 강판이 개시되어 있다.
특허문헌 2에는, 2매 이상의 강판을 겹친 판조를, 한 쌍의 용접 전극 사이에 끼움 지지하고, 가압하면서 전류를 흘려 용접하는 저항 스폿 용접 방법이며, 적어도 2개의 공정으로 이루어지고, 통전에 의해 소정의 직경의 너깃을 형성하는 본 통전 공정과, 본 통전 공정과 동일한 가압력으로 끼운 채, 1사이클 이상 20사이클 이하의 휴지와, 단시간의 통전으로 이루어지는 후열 통전 공정을 갖는 것을 특징으로 하는 저항 스폿 용접 방법이 개시되어 있다.
특허문헌 1에 기재된 기술에서는, 강판의 성분 등의 제어를 통해 스폿 용접부의 강도의 개선이 도모되어 있다. 특허문헌 2에 기재된 기술에서는, 후열 통전 공정을 통해 스폿 용접부의 강도의 개선이 도모되어 있다. 그러나 특허문헌 1의 기술에 의하면, 강판의 스폿 용접부 이외의 개소에 있어서의 성분 설계의 자유도가 저해된다. 특허문헌 2의 기술에서는 스폿 용접부 자체의 강도 향상에만 착안되어 있지만, 스폿 용접부를 포함하는 조인트 구조 전체에서의 강도 향상 수단에 대해 전혀 검토되고 있지 않다.
일본 특허 공개 제2012-102370호 공보 일본 특허 공개 제2010-115706호 공보
본 발명은, 접합부에서 파단되기 어려운 조인트 구조를 제공하는 것을 과제로 한다.
본 발명의 요지는 이하와 같다.
(1) 본 발명의 제1 양태에 관한 조인트 구조는, 제1 판상 부재와, 상기 제1 판상 부재와 판 두께 방향으로 겹쳐진 제2 판상 부재와, 상기 제2 판상 부재에 있어서의 상기 제1 판상 부재가 겹쳐진 측과 반대측에, 상기 판 두께 방향으로 겹쳐진 제3 판상 부재와, 상기 제1 판상 부재, 상기 제2 판상 부재, 및 상기 제3 판상 부재가 겹쳐진 부분에 형성되어 상기 제1 판상 부재, 상기 제2 판상 부재, 및 상기 제3 판상 부재를 서로 접합하는 복수의 접합부를 구비하고, 상기 복수의 접합부가, 상기 제1 판상 부재 및 상기 제2 판상 부재의 단부를 따라 간격을 두고 형성되어 있고, 상기 제3 판상 부재가, 적어도 상기 복수의 접합부 사이에서, 상기 제1 판상 부재 및 상기 제2 판상 부재의 상기 단부에서 되접혀, 상기 제1 판상 부재에 있어서의 상기 제2 판상 부재가 겹쳐진 측과 반대측에 배치되어 있는 되접힘부를 갖는 것을 특징으로 한다.
(2) 본 발명의 제2 양태에 관한 조인트 구조의 제조 방법은, 제1 판상 부재와 판 두께 방향으로 제2 판상 부재를 겹침과 함께, 상기 제2 판상 부재에 있어서의 상기 제1 판상 부재가 겹쳐진 측과 반대측에, 상기 판 두께 방향으로 제3 판상 부재를 겹치고, 상기 제1 판상 부재, 상기 제2 판상 부재, 및 상기 제3 판상 부재가 겹쳐진 부분에, 상기 제1 판상 부재 및 상기 제2 판상 부재의 단부를 따라 간격을 두고 복수의 접합부를 형성하여 상기 제1 판상 부재, 상기 제2 판상 부재, 및 상기 제3 판상 부재를 서로 접합함과 함께, 상기 제3 판상 부재에, 적어도 상기 복수의 접합부 사이에서, 상기 제1 판상 부재 및 상기 제2 판상 부재의 상기 단부에서 되접혀, 상기 제1 판상 부재에 있어서의 상기 제2 판상 부재가 겹쳐진 측과 반대측에 배치되어 있는 되접힘부를 형성하는 것을 특징으로 한다.
본 발명에 따르면, 접합부에서 파단되기 어려운 조인트 구조를 제공할 수 있다.
도 1은 강판의 인장 강도와, 강판의 스폿 용접부의 십자 인장 강도의 관계를 개략적으로 나타내는 그래프이다.
도 2는 복수의 판상 부재를 스폿 용접하여 제조한 상자형 단면 부재에, 3점 굽힘 응력을 가하였을 때의 파단 형태를 나타내는 사진이다.
도 3a는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 조인트 구조의 일례의 단면도이다.
도 3b는 도 3a의 조인트 구조의 사시도이다.
도 3c는 본 발명의 일 실시 형태에 관한 조인트 구조의 다른 예의 사시도이다.
도 4는 도 3a의 구성을 갖는 조인트 구조의 단면 사진이다.
도 5a는 본 발명의 다른 실시 형태에 관한 조인트 구조의 일례의 단면도이다.
도 5b는 도 5a의 조인트 구조의 사시도이다.
도 6은 도 5a의 구성을 갖는 조인트 구조의 단면 사진이다.
도 7은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 조인트 구조의 제조 방법의 일례를 나타내는 개략도이다.
도 8은 본 발명의 일 실시 형태에 관한 조인트 구조의 제조 방법의 다른 예를 나타내는 개략도이다.
도 9는 복수의 절결부를 복수의 접합부 사이에서 갖는 조인트 구조의 사시도이다.
도 10은 복수의 절결부를 복수의 접합부와 겹치는 위치에 갖는 조인트 구조의 사시도이다.
도 11은 복수의 절결부를 복수의 접합부 중 일부의 접합부와 겹치는 위치에 갖는 조인트 구조의 사시도이다.
도 12는 제1 판상 부재 및 제2 판상 부재의 단부의 일부가, 복수의 되접힘편 사이에 위치하는 조인트 구조의 사시도이다.
도 13은 접합부가 선상의 레이저 용접부인 조인트 구조의 단면도이다.
도 14는 접합부가 단속적인 선상의 레이저 용접부인 조인트 구조의 평면도이다.
도 15는 접합부가 연속적인 선상의 레이저 용접부인 조인트 구조의 평면도이다.
도 16은 접합부가 지그재그의 선상의 레이저 용접부인 조인트 구조의 평면도이다.
도 17은 접합부가 선상의 레이저 용접부인 조인트 구조의 단면도이다.
도 18은 접합부가 원형의 레이저 용접부인 조인트 구조의 단면도이다.
도 19는 접합부가 원형의 레이저 용접부인 조인트 구조의 평면도이다.
도 20은 접합부가 원주상 또는 원호상의 레이저 용접부인 조인트 구조의 단면도이다.
도 21은 접합부가 원호상의 레이저 용접부인 조인트 구조의 평면도이다.
도 22는 접합부가 원주상의 레이저 용접부인 조인트 구조의 평면도이다.
도 23은 레이저 접합부와 접착제를 조합한 조인트 구조의 단면도이다.
도 24는 제3 판상 부재의 대향부와 제2 판상 부재 사이, 및 되접힘부와 제1 판상 부재 사이가 접착제에 의해 접착되어 있는 조인트 구조의 단면도이다.
도 25는 제1 판상 부재와 제2 판상 부재 사이가, 접착제에 의해 접착되어 있는 조인트 구조의 단면도이다.
도 26은 되접힘부의 굽힘부가 팽창부를 갖는 조인트 구조의 단면도이다.
도 27a는 대향부와 제2 판상 부재와 되접힘부를 접합하고, 제1 판상 부재와 제2 판상 부재를 접합하지 않는 추가 접합부를 갖는 조인트 구조의 사시도이다.
도 27b는 도 27a의 조인트 구조의 XXVIIB-XXVIIB 단면도이다.
도 27c는 도 27a의 조인트 구조의 XXVIIC-XXVIIC 단면도이다.
도 28a는 대향부와 제1 판상 부재와 되접힘부를 접합하고, 제1 판상 부재와 제2 판상 부재를 접합하지 않는 추가 접합부를 갖는 조인트 구조의 사시도이다.
도 28b는 도 28a의 조인트 구조의 XXVIIIB-XXVIIIB 단면도이다.
도 28c는 도 28a의 조인트 구조의 XXVIIIC-XXVIIIC 단면도이다.
도 29는 제4 판상 부재를 더 구비하는 조인트 구조의 단면도이다.
도 30a는 복수의 자동차 부품을 구비하는 차체의 사시도이다.
도 30b는 도 30a의 자동차 부품의 XXXB-XXXB 단면도이다.
도 30c는 도 30a의 자동차 부품의 XXXC-XXXC 단면도이다.
도 30d는 도 30a의 자동차 부품의 XXXD-XXXD 단면도이다.
도 30e는 도 30a의 자동차 부품의 XXXE-XXXE 단면도이다.
도 30f는 도 30a의 자동차 부품의 XXXF-XXXF 단면도이다.
도 30g는 도 30a의 자동차 부품의 XXXG-XXXG 단면도이다.
도 31은 종래 기술에 의한 상자형 구조 부재의 해석 모델을 도시하는 도면이다.
도 32는 본 발명예에 의한 상자형 구조 부재의 해석 모델을 도시하는 도면이다.
도 33은 상자형 구조 부재의 3점 굽힘의 방법을 설명하는 도면이다.
도 34는 비교예(종래 기술)에 의한 상자형 구조 부재의 3점 굽힘 후의 상태의 FEM 시뮬레이션에 의한 해석 결과를 나타내는 도면이다.
도 35는 본 발명예 1에 의한 상자형 구조 부재의 3점 굽힘 후의 상태의 FEM 시뮬레이션에 의한 해석 결과를 나타내는 도면이다.
도 36은 본 발명예 2에 의한 상자형 구조 부재의 3점 굽힘 후의 상태의 FEM 시뮬레이션에 의한 해석 결과를 나타내는 도면이다.
도 37은 본 발명예 3에 의한 상자형 구조 부재의 3점 굽힘 후의 상태의 FEM 시뮬레이션에 의한 해석 결과를 나타내는 도면이다.
도 38은 비교예(종래 기술)에 있어서의, 임팩터 변위량과, 임팩터에 발생하는 하중의 관계를 나타내는 FEM 시뮬레이션에 의한 해석 결과의 그래프(변위-하중 그래프)이다.
도 39는 본 발명예 1에 있어서의 변위-하중 그래프이다.
도 40은 본 발명예 2에 있어서의 변위-하중 그래프이다.
도 41은 본 발명예 3에 있어서의 변위-하중 그래프이다.
도 42는 종래 기술과 본 발명예에 의한 상자형 구조 부재의 구조를 비교하여 도시하는 도면이다.
도 43은 상자형 구조 부재의 3점 굽힘의 방법을 설명하는 도면이다.
도 44는 비교예(종래 기술)에 의한 상자형 구조 부재의 3점 굽힘 후의 상태를 도시하는 도면이다.
도 45는 본 발명예에 의한 상자형 구조 부재의 3점 굽힘 후의 상태를 도시하는 도면이다.
도 46은 비교예(종래 기술)와 본 발명예에 있어서의, 임팩터 변위량과, 임팩터에 발생하는 하중의 관계를 비교하여 나타내는 그래프(변위-하중 그래프)이다.
(발명자들이 얻은 지견에 대해)
본 발명자들은, 복수의 판상 부재의 접합부가 파단될 때에 있어서의, 복수의 판상 부재의 형상 변형에 착안하였다. 복수의 판상 부재의 조인트 구조로 구성되는 구조 부재에 응력이 가해진 경우, 접합부의 파단에 앞서, 복수의 판상 부재의 변형이 발생한다. 이때, 조인트 구조를 구성하는 복수의 판상 부재끼리의 사이에 개구가 발생하는 경우가 있다. 이 개구의 근방에서, 접합부의 파단이 우선적으로 발생하는 것에 본 발명자들은 착안하였다. 이것은, 개구의 근방에서 접합부에 박리 방향의 힘이 작용하기 때문이라고 생각되었다.
여기서 본 발명자들은, 조인트 구조에 개구의 발생을 방지하는 구조를 도입함으로써, 접합부에 박리 방향의 힘이 작용하는 것을 방지하고, 접합부의 파단을 억제하여, 구조 부재의 최대 하중 등의 성능을 향상시킬 수 있다고 생각하였다.
개구가 발생하기 쉬운 조인트 구조의 예로서, 상자형 단면 부재를 들 수 있다. 상자형 단면 부재란, 해트형 단면재와 평판 혹은 해트형 단면재와 다른 해트형 단면재를, 그 단부에서 단속적으로 접합하여 제조되는 부재이다.
도 2는 해트형 단면재(31)와 평판(32, 33)을 스폿 용접하여 제조한 상자형 단면 부재(5)에, 3점 굽힘 응력을 가하였을 때의 파단 형태를 도시하는 도면이다. 도 2에 도시되는 바와 같이, 상자형 단면 부재(5)의 해트형 단면재(31) 및 평판(32, 33)에는, 굽힘 응력이 가해졌을 때에 다른 형상 변형이 발생한다. 그 때문에, 상자형 단면 부재(5)에 굽힘 응력이 가해지면, 단속적으로 형성된 스폿 용접부인 복수의 접합부(35) 사이의 비접합부에서 개구(36)가 발생한다. 이 개구(36)의 양단에 있어서, 접합부(35)를 박리시키는 방향의 응력이 발생하여, 접합부(35)에 파단이 발생한다.
본 발명자들은, 비접합부에 개구(36)가 발생하는 것을 방지하는 구조를 조인트 구조에 도입하면, 접합부(35)에 가해지는 박리 방향의 힘을 경감할 수 있어, 접합부(35)의 파단을 억제함으로써 상자형 단면 부재(5)의 굽힘 강도가 높아지지 않을까 생각하였다.
본 발명자들은, 조인트 구조의 비접합부에 개구(36)가 발생하는 것을 방지하는 수단에 대해, 더욱 검토를 거듭하였다. 그리고 본 발명자들은, 개구(36)를 방지하기 위한 구조를 제3 판상 부재(13)(도 3a 참조)에 추가함으로써, 개구(36)의 발생을 유효하게 방지할 수 있음을 알아냈다.
구체적으로는, 예를 들어 도 3a에 도시되는 바와 같이, 본 발명자들은, 조인트 구조(1)를 구성하는 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부를, 되접은 제3 판상 부재(13)의 되접힘 구조(130) 사이에 수납함으로써, 비접합부에서의 개구(36)(도 2 참조)의 발생을 억제하고, 접합부(15)에 박리 방향의 힘이 작용하는 것을 억제하여, 이에 의해 조인트 구조(1)의 파단을 경감할 수 있다고 생각하였다.
제3 판상 부재(13)의 되접힘 구조(130)는 되접힘부(131)와 그 대향부(133)와 이들을 연결하는 연결부(135)로 구성된다. 되접힘부(131)는, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부에서 되접혀, 제1 판상 부재(11)에 있어서의 제2 판상 부재(12)가 겹쳐진 측과 반대측에 배치되어 있는 부분이다. 대향부(133)는, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부를 사이에 두고 되접힘부(131)와 화살표 Z 방향으로 대향하는 부분이다. 연결부(135)는 화살표 Z 방향으로 되접힘부(131)와 대향부(133)를 연결하는 부분이다.
여기서 유의해야 할 점은, 제3 판상 부재(13)의 되접힘 구조(130) 자체에는 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)끼리의 접합 강도를 향상시키는 효과가 거의 존재하지 않는다는 점이다. 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)를 제3 판상 부재(13)의 되접힘 구조(130) 사이에 단순히 수납하였다고 해도, 약간의 접합 강도밖에 얻어지지 않는다. 제3 판상 부재(13)의 되접힘 구조(130)에는, 조인트 구조(1)의 변형의 초기 단계에 있어서는 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)끼리의 개구를 방지하는 효과가 있지만, 조인트 구조(1)에 가해지는 응력이 크면, 되접힘 구조(130)는 쉽게 파단된다.
그러나 되접힘 구조(130)와, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)를 접합하는 예를 들어 스폿 용접과 같은 접합부(15)를 조합함으로써, 조인트 구조(1)의 변형의 초기 단계에 있어서 접합부(15)에 박리 방향의 힘이 작용하는 것을 억제하여, 접합부(15)의 저항력을 최대한으로 발휘시킬 수 있다.
즉, 본 실시 형태에 관한 조인트 구조(1)는, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 접합부(15)와 제3 판상 부재(13)의 되접힘 구조(130)의 상승 효과에 의해 접합부(15)의 파단을 경감하는 것이다.
상술한 지견에 의해 이루어진 본 실시 형태에 관한 조인트 구조의 구체적인 양태에 대해, 이하에 설명한다.
(조인트 구조의 구체적인 양태에 대해)
도 3a, 도 3b에 도시되는, 본 발명의 일 실시 형태에 관한 조인트 구조(1)는, 제1 판상 부재(11)와, 제2 판상 부재(12)와, 제3 판상 부재(13)와, 복수의 접합부(15)를 구비한다. 제2 판상 부재(12)는, 제2 판상 부재(12)의 판 두께 방향으로 제1 판상 부재(11)와 겹쳐져 있다. 제3 판상 부재(13)는, 제2 판상 부재(12)에 있어서의 제1 판상 부재(11)가 겹쳐진 측과 반대측에, 제2 판상 부재(12)의 판 두께 방향으로 겹쳐져 있다.
화살표 X 방향, 화살표 Y 방향 및 화살표 Z 방향은 서로 직교하는 방향이다. 화살표 Z 방향은, 제2 판상 부재(12)의 판 두께 방향에 상당한다.
복수의 접합부(15)는, 제1 판상 부재(11), 제2 판상 부재(12), 및 제3 판상 부재(13)가 겹쳐진 부분에 형성되어 제1 판상 부재(11), 제2 판상 부재(12), 및 제3 판상 부재(13)를 서로 접합하고 있다. 복수의 접합부(15)는, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부를 따라 간격을 두고 형성되어 있다. 화살표 X 방향은, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부를 따르는 방향, 즉, 복수의 접합부(15)가 간격을 두고 배열되는 방향에 상당한다.
제3 판상 부재(13)는, 되접힘부(131)를 갖는다. 되접힘부(131)는, 적어도 복수의 접합부(15) 사이에서, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부에서 되접혀, 제1 판상 부재(11)에 있어서의 제2 판상 부재(12)가 겹쳐진 측과 반대측에 배치되어 있다. 되접힘부(131)는, 적어도 복수의 접합부(15) 사이에서, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부에서 되접힘으로써, 화살표 X 방향에 있어서의 복수의 접합부(15) 사이의 범위 L 내에 위치하는 부분을 적어도 갖는다. 이하에 설명하는 되접힘부(131)는, 화살표 X 방향에 있어서의 복수의 접합부(15) 사이의 범위 L 내에 위치하는 부분을 적어도 갖는 것이다. 복수의 접합부(15)의 간격(L의 길이)의 하한은 10㎜이고 상한은 150㎜인 것이 바람직하다. 하한보다 작으면, 접합부(15)의 증가에 의한 비용이 증가하게 되고, 상한보다 크면 부재의 충돌 특성의 저하가 커진다. 보다 적합하게는 하한을 15㎜ 혹은 20㎜, 상한을 120㎜m 혹은 100㎜로 해도 된다.
또한, 당연한 것이지만, 본 실시 형태에 관한 조인트 구조(1)가 구비하는 복수의 판상 부재 중 어느 하나 이상의 판상 부재의 단부 전체가 상술한 구성을 가질 필요는 없다. 이하, 특별히 정함이 없는 한, 「단부」라는 용어는, 접합부(15) 및 되접힘부(131) 중 한쪽 또는 양쪽에 의한 접합 구조에 관계되는 단부(접합 단부)를 의미한다.
그러나 본 실시 형태에 관한 조인트 구조(1)가 구비하는 복수의 판상 부재 중 어느 하나 이상의 판상 부재가, 접합 구조에 관계되지 않는 단부(비접합 단부)를 갖는 것도 무방하다.
또한, 상기 이외의 형태를 갖는 접합부를 조인트 구조(1)가 더 갖는 것도 무방하다. 즉, 본 실시 형태에 관한 조인트 구조(1)의 구성을 그 일부 또는 전부에서 갖는 조인트 구조는, 본 실시 형태에 관한 조인트 구조(1)에 해당된다고 판단된다.
제1 판상 부재(11), 제2 판상 부재(12), 및 제3 판상 부재(13)의 재료는 특별히 한정되지 않는다. 제1 판상 부재(11), 제2 판상 부재(12), 및 제3 판상 부재(13)로서는, 예를 들어 금속판, 특히 강판, 알루미늄판, 티타늄판 등을 들 수 있지만, 목판, 및 수지판 등을 사용해도 된다.
제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)는 조인트 구조(1)의 강도를 확보하는 것이다. 그 때문에, 제1 판상 부재(11), 제2 판상 부재(12), 및 제3 판상 부재(13) 중 하나 이상이 강판인 것이 바람직하고, 또한 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12) 중 한쪽 또는 양쪽은 고강도 강판인 것이 바람직하다. 일반적으로, 스폿 용접부에는, 고강도 강판의 인장 강도가 780㎫ 이상인 경우에 취화의 문제가 발생하는 경우가 있다.
그러나 본 실시 형태에 관한 조인트 구조(1)에서는, 후술하는 바와 같이 제3 판상 부재(13)의 되접힘부(131)에 의해 복수의 접합부(15)에 대한 박리 방향의 힘이 억제되기 때문에, 스폿 용접부의 파단의 문제를 해소할 수 있다. 따라서, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12) 중 한쪽 또는 양쪽을 인장 강도 780㎫ 이상으로 함으로써, 종래의 조인트 구조에 대한 한층의 우위성이 발휘된다.
조인트 구조(1)는 또한, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)에 겹쳐진 제3 판상 부재(13)를 갖는다. 제1 판상 부재(11)와 제2 판상 부재(12)는, 본 실시 형태에 있어서 등가인 것으로서 취급되므로, 이하, 편의상, 제3 판상 부재(13)는 제2 판상 부재(12)에 있어서의 제1 판상 부재(11)가 겹쳐진 측과 반대측에 겹쳐지는 것으로서 설명한다. 이 제3 판상 부재(13)는 되접힘 구조(130)를 구비한다. 되접힘 구조(130)는, 되접힘부(131)와 그 대향부(133)와 이들을 연결하는 연결부(135)로 구성된다. 되접힘부(131)는, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부에서 되접혀, 제1 판상 부재(11)에 있어서의 제2 판상 부재(12)가 겹쳐진 측과 반대측에 배치되어 있는 부분이다. 대향부(133)는, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부를 사이에 두고 되접힘부(131)와 화살표 Z 방향으로 대향하는 부분이다. 연결부(135)는, 화살표 Z 방향으로 되접힘부(131)와 대향부(133)를 연결하는 부분이다.
되접힘 구조(130)의 내부, 즉, 되접힘부(131)와 대향부(133) 사이에는, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부가 수납된다. 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)가 되접힘부(131)와 대향부(133)에 의해 압착되어 있어도 된다. 되접힘부(131)에 의해, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12) 사이에 개구가 발생하는 것을 방지하여, 접합부(15)의 박리 파단을 방해할 수 있다.
제3 판상 부재(13)의 재질은, 되접힘부(131)의 형성을 용이하게 하는 관점에서는, 고강도재가 아닌 비교적 인장 강도가 낮은 것으로 하는 것이 좋다고 생각된다. 바람직하게는, 제3 판상 부재(13)는, 인장 강도가 590㎫ 미만, 보다 적합하게는 인장 강도가 270㎫ 이상 390㎫ 미만인 강판이다.
인장 강도가 270㎫인 강판은, 「보통 강판」이라고 칭해지는 것이 아니라, 일본에서 출판된 「제5판 철강편람 제3권 재료의 조직과 특성」(The 3rd Volume "Microstructure and Properties of Materials", Handbook of Iron and Steel 5th edition), 제102 페이지, 도 9·3에 의하면, IF(Interstitial Free) 강판을 말하는 것으로, 「연질 강판」으로 분류되는 강판이다.
또한, 제3 판상 부재(13)는 알루미늄판이어도 된다.
상술한 바와 같이, 제3 판상 부재(13)의 되접힘부(131)는, 조인트 구조(1)의 접합 강도를 직접적으로 높이는 것이 아니라, 조인트 구조(1)의 변형에 있어서 개구의 발생을 방지하기 위한 것이다. 그 때문에, 제3 판상 부재(13)의 강도는, 개구의 발생을 방지 가능한 정도이면 충분하다. 또한, 되접힘부(131)의 폭은 지나치게 짧으면, 개구의 발생을 억제하는 효과가 작고, 지나치게 크면 중량이 증가하게 된다.
되접힘부(131)의 폭이란, 화살표 Z 방향으로부터 보아 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부를 따르는 방향(화살표 X 방향)과 직교하는 방향(화살표 Y 방향)을 따른 폭을 말한다. 되접힘부(131)의 폭은 3㎜ 이상 25㎜ 이하인 것이 바람직하다. 보다 적합하게는, 되접힘부(131)의 폭은 5㎜ 이상 20㎜ 이하이다.
또한, 되접힘부(131)는, 금형을 사용한 프레스 방식 혹은 로봇을 사용한 롤러 헴 방식에 의해 형성한다. 롤러 헴 방식에서는, 도 3a에 도시되는 바와 같이, 로봇 선단에 설치한 롤러(140)를 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부를 따라(화살표 X 방향을 따라) 이동시켜, 이 롤러(140)로 가압하면서 되접힘부(131)를 형성한다. 롤러 헴 방식에서는, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부의 형상에 맞추어 되접힘부(131)를 축차 가공이 가능하며, 가공 자유도가 높다. 따라서, 프레스 방식보다 롤러 헴 방식 쪽이 바람직하다.
되접힘 가공에서는, 강판의 인장 강도가 크면 스프링백 양이 커져, 강판을 되접어 근접시키는 것이 어려워진다. 또한, 판 두께가 두꺼우면 되접기가 어려워진다. 이 때문에, 되접기에 사용하는, 제3 판상 부재(13)는 인장 강도가 270㎫ 이상 390㎫ 미만의 강판인 것이 바람직하다. 또한, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 인장 강도는 440㎫ 이상, 2700㎫ 미만이 바람직하다. 440㎫ 미만이면, 구조물로서의 강도가 얻어지기 어렵고, 2700㎫ 이상이면 판재의 모재가 취성적으로 파단된다. 하한은 바람직하게는 590㎫ 이상이고, 보다 바람직하게는 780㎫ 이상이다. 상한은 바람직하게는 2200㎫ 미만이다.
특히 최근의, 자동차의 차체의 경량화와 충돌 안전 향상의 요구에 의해, 구조 부품의 고강도화가 요구되고 있어, 해마다 자동차에 사용하는 강판의 강도는 높아지고 있다. 예를 들어, 상자형 단면(폐단면 구조)을 갖는 사이드 실에 관해서도, 리인포스에는 통상 적어도 590㎫급 이상의 강판이 사용되고, 한쪽을 초고강도화함으로써, 리인포스의 내측과 외측에서 사용하는 강판에 강도 차를 발생시키는 경우에도, 측돌 성능의 관점에서 최소한 440㎫급(400㎫ 내지 520㎫) 이상의 강판이 사용되고 있다.
또한, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 판 두께는 1.0㎜ 이상, 3.6㎜ 이하인 것이 바람직하다. 1.0㎜ 미만이면, 조인트 구조(1)가 적용된 구조물의 강도가 얻어지기 어렵고, 3.6㎜ 이상이면 조인트 구조(1)가 적용된 구조물이 무거워진다. 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 판 두께의 적합한 하한은 1.2㎜이고, 적합한 상한은 2.9㎜이다.
제3 판상 부재(13)의 판 두께는 0.5㎜ 이상 1.4㎜ 이하인 것이 바람직하다. 제3 판상 부재(13)의 판 두께가 0.5㎜보다 얇으면 접합부(15)의 파단을 방지하는 효과가 작아지고, 1.4㎜보다 두꺼우면 되접힘 가공이 어려워진다. 제3 판상 부재(13)의 판 두께는, 적합하게는 0.55㎜ 이상이고 더욱 적합하게는 0.60㎜ 이상이다. 제3 판상 부재(13)의 판 두께는, 적합하게는 1.3㎜ 이하이고, 더욱 적합하게는 1.2㎜ 이하이다.
또한 제3 판상 부재(13)의 판 두께는, 제1 판상 부재(11)의 판 두께 및 제2 판상 부재(12)의 판 두께보다 얇은 것이 바람직하다. 제3 판상 부재(13)의 판 두께를, 제1 판상 부재(11)의 판 두께 및 제2 판상 부재(12)의 판 두께보다 얇게 하면, 제3 판상 부재(13)의 판 두께가, 제1 판상 부재(11)의 판 두께 및 제2 판상 부재(12)의 판 두께 이상인 경우에 비해, 되접힘부(131)를 용이하게 형성할 수 있다. 바람직하게는, 제3 판상 부재(13)는 제1 판상 부재(11)의 판 두께 및 제2 판상 부재(12) 중 어느 판 두께보다 0.2㎜ 이상 얇은 것이 되접힘부(131)를 용이하게 성형하는 관점에서 바람직하다. 보다 바람직하게는 0.4㎜ 이상이다.
조인트 구조(1)는, 복수의 접합부(15)를 갖는다. 복수의 접합부(15)는, 제1 판상 부재(11), 제2 판상 부재(12), 및 제3 판상 부재(13)가 겹쳐진 부분에 형성되어, 이들을 접합한다. 접합부(15)의 형성 수단은 특별히 한정되지 않고, 스폿 용접, 심 용접, 및 레이저 용접 등의 용접이어도 된다.
또한, 이들 용접법으로 이루어지는 군에서 선택된 1종 이상의 용접 수단의 병용이어도 된다.) 또한, 접합부(15)는 비용융 접합 수단(예를 들어 기계적 접합 수단, 또는 마찰 교반점 접합 수단) 등의 임의의 수단으로 할 수 있다. 기계적 접합 수단의 예로서, 블라인드 리벳, 셀프 피어싱 리벳(자기 천공 리벳, SPR), 중공 리벳, 평 리벳, 드릴 나사, 볼트, 저항 엘리먼트 용접, 엘리먼트 아크 용접, EJOWELD(등록상표), 및 FDS(등록상표) 등을 들 수 있다.
마찰 교반점 접합 수단(FSSW: Friction Stir Spot Welding)이란, 모재보다 상대적으로 단단한 회전 툴을 회전시키면서 모재에 압입하고, 모재를 용융시키지 않고 접합하는 고상 접합의 일종이다.
조인트 구조(1)에 복수의 접합부(15)를 마련하여, 용접부로 구성되는 접합부(15) 및 비용융 접합 수단으로 구성되는 접합부(15)의 2종 이상을 하나의 조인트 구조(1)에 있어서 조합하는 것도 무방하다.
또한, 복수의 접합부(15)는, 기계적 접합 수단, 마찰 교반점 접합 수단, 스폿 용접부, 심 용접부, 및 레이저 용접부로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상이어도 된다.
이와 같이, 제1 판상 부재(11), 제2 판상 부재(12), 및 제3 판상 부재(13)를 서로 접합하는 복수의 접합부(15)를 기계적 접합 수단, 마찰 교반점 접합 수단, 스폿 용접부, 심 용접부, 및 레이저 용접부로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상으로 한 경우에는, 제1 판상 부재(11)와 제2 판상 부재(12)를 접합하는 접합부와, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)와 제3 판상 부재(13)를 접착하는 접착부에 의해 구성되는 접착부는, 접합부(15)에 해당되지 않는다.
또한, 복수의 접합부(15)는, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부를 따라 간격을 두고 형성되어 있다. 이러한 복수의 접합부(15)의 예로서, 스폿 용접부를 들 수 있다. 예를 들어, 복수의 접합부(15)가 저항 스폿 용접(스폿 용접)에 의해 단속적으로 형성되는 경우, 복수의 접합부(15)를 형성하는 공정을 단기간에 완료할 수 있으므로 바람직하다.
종래의 조인트 구조에 있어서는, 복수의 접합부(15)가 단속적으로 마련되어 있는 경우, 조인트 구조에 굽힘 응력이 가해졌을 때, 복수의 접합부(15) 사이의 비접합부에서 제1 판상 부재(11)와 제2 판상 부재(12) 사이에 개구가 발생하기 쉬워져, 접합부(15)의 박리 파단이 촉진된다.
그러나 본 실시 형태에 관한 조인트 구조(1)에 있어서는, 개구의 발생을 억제하는 되접힘부(131)가 마련되어 있으므로, 접합부(15)의 박리 파단을 억제할 수 있다. 따라서, 복수의 접합부(15)를 단속적으로 마련함으로써, 종래의 조인트 구조에 대한 한층의 우위성이 발휘된다.
또한, 후술하는 도 27a, 도 28a에 예시되는 바와 같이, 제1 판상 부재(11) 또는 제2 판상 부재(12)의 단부가 직선상이 아닌 경우가 있는데, 이 경우, 되접힘부(131)의 접힘선 부분을 따라 복수의 접합부(15)가 마련되어 있으면 된다. 되접힘부(131)의 접힘선 부분은, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부와 실질적으로 동일시할 수 있다.
상술한 되접힘부(131)는, 적어도 복수의 접합부(15) 사이에 마련된다. 이에 의해, 복수의 접합부(15) 사이에 발생하기 쉬운 개구를 효과적으로 방지할 수 있다.
단, 모든 복수의 접합부(15)의 사이에 되접힘부(131)를 마련할 필요는 없다. 후술하는 도 12에 예시되는 조인트 구조(1)와 같이, 복수의 접합부(15) 중 일부의 접합부(15) 사이에서 되접힘부(131)가 마련되지 않아도 된다. 조인트 구조(1) 중, 변형이 발생하기 쉬워, 중점적으로 파단을 방지하고자 하는 개소에서 되접힘부(131)를 형성하고, 변형이 발생하기 어려운 개소에서는 되접힘부(131)를 생략할 수 있다.
또한, 되접힘부(131)를, 화살표 Z 방향으로부터 조인트 구조(1)를 본 경우에 접합부(15)와 겹쳐지는 부분에 마련하는 것도 당연이 무방하다. 이에 의해, 후술하는 용접 시의 용융 금속의 스퍼터링 방지 효과가 얻어진다.
도 3a, 도 3b 및 도 4에 도시되는 바와 같이, 복수의 접합부(15)는 화살표 Z 방향으로부터 보아 되접힘부(131)와 겹쳐지는 영역으로부터 벗어난 위치에 배치되어 있어도 된다.
도 3a, 도 3b 및 도 4에 도시되는 예에서는, 화살표 Z 방향으로부터 보아 복수의 접합부(15)가 되접힘부(131)에 대해 화살표 Y 방향으로 어긋난 위치에 배치되어 있다. 즉, 복수의 접합부(15)가 되접힘부(131)의 폭의 범위 W의 외측에 배치되어도 된다.
한편, 도 3c, 도 5a, 도 5b 및 도 6에 도시되는 예와 같이, 복수의 접합부(15)는 화살표 Z 방향으로부터 보아 되접힘부(131)와 겹쳐 있어도 된다. 즉, 복수의 접합부(15)의 각각이 되접힘부(131)의 폭의 범위 W의 내측에 배치되어도 된다.
이와 같이 복수의 접합부(15)의 각각이 되접힘부(131)의 폭의 범위 W의 내측에 들도록 되접힘부(131)의 폭이 설정되어 있으면, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12) 사이에 개구가 발생하는 것을 되접힘부(131)에 의해 방지하여, 복수의 접합부(15)의 박리 파단을 방해하는 효과를 높일 수 있다.
또한, 복수의 접합부(15)가 화살표 Z 방향으로부터 보아 되접힘부(131)와 겹쳐 있는 경우, 복수의 접합부(15)는 되접힘부(131)를 접합하는 것이어도 되고, 접합하지 않는 것이어도 된다. 예를 들어, 도 5a, 도 5b 및 도 6에 있어서, 복수의 접합부(15)는 되접힘부(131)와 겹쳐 있으며, 또한 되접힘부(131)와 제1 판상 부재(11)를 접합하는 것으로 되어 있다.
한편, 도 3c에 있어서, 복수의 접합부(15)는 화살표 Z 방향으로부터 보아 되접힘부(131)와 겹쳐 있지만, 되접힘부(131)와 제1 판상 부재(11)를 접합하지 않는 것으로 되어 있다. 어느 경우라도, 되접힘부(131)는 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12) 사이에 개구가 발생하는 것을 방지하여, 복수의 접합부(15)의 박리 파단을 방해할 수 있다.
복수의 접합부(15)가 화살표 Z 방향으로부터 보아 되접힘부(131)와 겹쳐 있고, 또한 되접힘부(131)와 제1 판상 부재(11)를 접합하는 것으로 되어 있으면, 복수의 접합부(15)의 접합 강도가 한층 우수하다.
한편, 복수의 접합부(15)가 화살표 Z 방향으로부터 보아 되접힘부(131)에 대해 화살표 Y 방향으로 어긋난 위치에 배치되도록 되접힘부(131)의 폭이 설정되어 있으면, 되접힘부(131)의 폭을 작게 할 수 있으므로, 경량화 및 재료 비용의 삭감의 관점에서 유리하다.
또한, 도 3a의 단면도 등에 있어서는, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부가 정렬되어 있지만, 도 4 및 도 6의 단면 사진에 도시되는 바와 같이, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부가 정렬되어 있지 않아도 된다. 단부의 어긋남이 존재하는 경우라도, 되접힘부(131)는, 접합부(15)의 박리 파단을 방해할 수 있기 때문이다. 예를 들어, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부의 어긋남을 5㎜ 이하, 3㎜ 이하, 또는 2㎜ 이하로 해도 된다.
또한, 도 3a의 단면도 등에 있어서는, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부와, 되접힘부(131)와 대향부(133) 사이에 간극이 존재하지 않지만, 도 4 및 도 6의 단면 사진에 도시되는 바와 같이, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부 부근에 간극이 존재해도 된다. 단부의 간극이 존재하는 경우라도, 되접힘부(131)는 접합부(15)의 박리 파단을 방해할 수 있다.
또한, 도 3a의 단면도 등에 있어서는, 되접힘부(131)와 제1 판상 부재(11) 사이에 간극이 존재하지 않지만, 도 4 및 도 6의 단면 사진에 도시되는 바와 같이, 되접힘부(131)와 제1 판상 부재(11) 사이에 약간의 간극이 존재해도 된다. 예를 들어, 스프링백 현상(굽힘 가공된 개소가 변형되어 약간 원래대로 돌아가는 현상)에 의해, 되접힘부(131)의 선단과 제1 판상 부재(11) 사이에 약간의 간극이 형성되는 경우가 있는데, 이것은 허용된다. 되접힘부(131)에 있어서 접합부(15)가 없는 개소에 대해서는, 장소에 따라 간극이 다르지만, 단면 상에서 가장 간극이 작은 부분의 상한은 바람직하게는 1.0㎜, 보다 적합하게는 상한은 0.5㎜, 최적으로는 상한은 0.3㎜이다.
(조인트 구조의 제조 방법에 대해)
상술한 조인트 구조(1)의 제조 방법은 특별히 한정되지 않는다. 바람직한 조인트 구조(1)의 제조 방법의 일례는, 도 7에 도시되는 바와 같이
(1) 제1 판상 부재(11), 제2 판상 부재(12), 및 제3 판상 부재(13)를 겹치는 공정(겹침 공정)과,
(2) 제3 판상 부재(13)를 되접어 되접힘부(131)를 형성하는 공정(되접힘 공정)과,
(3) 제1 판상 부재(11), 제2 판상 부재(12), 및 제3 판상 부재(13)를 접합하는 공정(접합 공정)을 구비한다.
되접힘 공정에 있어서, 도 3a에 대해 설명한 바와 같이, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부를 따라 롤러(140)를 이동시켜, 롤러(140)로 가압하면서 되접힘부(131)를 형성해도 된다.
또한, 도 7에 도시되는 접합 공정에 있어서, 스폿 용접용의 전극(3)이 화살표 Z 방향으로부터 보아 되접힘부(131)와 겹치는 위치에 배치되어 있지만, 전극(3)이 화살표 Z 방향으로부터 보아 되접힘부(131)에 대해 화살표 Y 방향으로 어긋난 위치에 배치되어도 된다.
전극(3)이 화살표 Z 방향으로부터 보아 되접힘부(131)와 겹치는 위치에 배치된 경우, 접합 공정에서는, 되접힘부(131)가 제1 판상 부재(11), 제2 판상 부재(12) 및 대향부(133)와 접합되어, 도 5a, 도 5b, 및 도 6에 도시되는 접합부(15)가 얻어진다.
한편, 전극(3)이 화살표 Z 방향으로부터 보아 되접힘부(131)에 대해 화살표 Y 방향으로 어긋난 위치에 배치된 경우, 되접힘부(131)가 제1 판상 부재(11), 제2 판상 부재(12) 및 대향부(133)와 접합되지 않고, 도 3a, 도 3b 및 도 4에 도시되는 접합부(15)가 얻어진다.
조인트 구조(1)의 제조 방법의 다른 예에서는, 도 8에 도시되는 바와 같이, (3) 접합 공정을, (1) 겹침 공정과 (2) 되접힘 공정 사이에 행한다. 이 경우, 도 3c에 도시되는 바와 같이 접합부(15)는, 제1 판상 부재(11), 제2 판상 부재(12), 및 대향부(133)를 접합하고, 제1 판상 부재(11)와 되접힘부(131)를 접합하지 않는다.
(다른 형태의 제조 방법에 대해)
접합부(15)의 구성은, 상기에 예시된 형태 중 어느 것이어도 된다. 또한, 복수의 종류의 접합 공정을 적절하게 조합함으로써, 하나의 조인트 구조(1)에 복수 종류의 형태의 접합부(15)를 형성해도 된다. 즉, 조인트 구조(1)에 복수 포함되는 접합부(15)의 일부 또는 전부를, 상술한 형태로 할 수 있다. 제1 판상 부재(11), 제2 판상 부재(12), 되접힘부(131), 및 대향부(133)를 접합하는 것은, 조인트 구조(1)의 파단 방지의 관점에서는 가장 유리하다. 그러나 제조 설비에 따라서 도 8에 도시되는 바와 같이, 제1 판상 부재(11)와 되접힘부(131)를 접합하지 않는 것은 허용된다.
또한, 도 7에 도시되는 바와 같이, 되접힘부(131)가 (3) 접합 공정을 행하기 전에 형성되는 것이면, 되접힘부(131)는 스폿 용접 시에 용융 금속의 스퍼터링을 방지하는 효과도 갖는다.
통상의 고강도 강판의 스폿 용접에 있어서는, 용융 금속의 스퍼터가 발생하기 쉽다고 하는 문제가 있다. 용융 금속의 스퍼터가 구조물의 외면에 부착되면, 도장 불량이나 외관 불량 등이 발생한다. 또한, 용융 금속의 스퍼터를 제거하는 공정을 구조물의 제조 방법에 마련하면, 구조물의 제조 공정수의 증대가 발생한다.
그러나 본 실시 형태에 관한 조인트 구조(1)에서는, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부를 덮는 되접힘부(131)가, 용접 시의 용융 금속의 스퍼터링을 방지한다.
또한, 제1 판상 부재(11)가 핫 스탬프 강판 등 경질의 강판인 경우, 되접힘부(131)를 개재하지 않은 상태에서 직류 스폿 용접하면, 경질인 제1 판상 부재(11)와 스폿 용접의 전극이 직접 접촉한다. 이때 접촉면의 전류 밀도가 높아져, 접촉면의 표면으로부터 용접 시의 용융 금속의 스퍼터가 발생하는 경우가 있다.
그러나 연질의 강판인 제3 판상 부재(13)에 형성된 되접힘부(131)가 전극과의 접촉하도록 배치하면, 연질의 강판인 되접힘부(131)에 전극이 파고 들어가 되접힘부(131)와 전극의 접촉 면적이 넓어져, 접촉면의 전류 밀도가 저하됨으로써 접촉면의 표면으로부터 용융 금속의 스퍼터가 발생하는 것을 억제할 수 있다.
제1 판상 부재(11), 제2 판상 부재(12), 및 제3 판상 부재(13)가, 복수의 접합 수단의 조합에 의해 접합되는 것도 무방하다. 예를 들어, 제1 판상 부재(11), 제2 판상 부재(12), 및 제3 판상 부재(13)가, 접합부(15)에 있어서의 접합 수단(예를 들어 스폿 용접, 레이저 용접, 심 용접 등)과는 다른 접합 수단(예를 들어 접착제)에 의해 추가로 접착되어 있어도 된다.
도 24에 예시된 조인트 구조(1)에서는, 제3 판상 부재(13)의 대향부(133)와 제2 판상 부재(12)의 사이, 및 되접힘부(131)와 제1 판상 부재(11) 사이가, 접합부(15)와는 다른 접합 수단인 접착제(17)에 의해 추가로 접착되어 있다. 이러한 접착제(17)에 의한 접착은, 복수의 접합부(15) 사이에서 행해지는 경우에, 특히 현저한 개구 방지 효과를 발휘한다.
단, 용접에 의한 접합과 접착제에 의한 접합을 조합하는 경우, 제1 판상 부재(11)와 제2 판상 부재(12) 사이를 접착제로 접착하지 않는 것이 바람직하다. 즉, 도 25에 예시되어 있는, 제3 판상 부재(13)의 대향부(133)와 제2 판상 부재(12) 사이, 및 되접힘부(131)와 제1 판상 부재(11) 사이에 더하여, 제1 판상 부재(11)와 제2 판상 부재(12) 사이도, 접합부(15)와는 다른 접합 수단인 접착제(17)에 의해 접착되어 있는 구성에 있어서는, 접합부(15)를 용접부로 해서는 안된다. 이와 같이 하는 것은 용접 중에 폭비가 발생할 가능성을 억제하기 위함이다.
폭비란, 겹침 저항 용접에 있어서, 과대한 용접 조건에 의해 용접부가 과열되어, 폭발적으로 비산하여, 용접부에 구멍이 뚫리는 현상이라고 통상은 이해된다.
그러나 용접 개소에 접착제가 배치되어 있는 경우, 용접 중에 접착제가 순간적으로 증발함으로써, 용접 조건이 과대하지 않아도 용접부가 폭발적으로 비산하여, 용접부에 구멍이 뚫리는 경우가 있다. 또한, 제1 판상 부재(11)와 제2 판상 부재(12)의 계면은, 용접 금속의 중앙부 또는 그 근방에 위치하기 때문에, 이 계면에 배치된 접착제는 폭비를 발생시킬 가능성이 높다.
따라서, 접착제는, 제1 판상 부재(11)와 제2 판상 부재(12) 사이에서, 적어도 용접부로부터 이격시켜 도포하는 것이 바람직하고, 또한 제1 판상 부재(11)와 제2 판상 부재(12) 사이를 접착제로 접착하지 않는 것이 한층 바람직하다. 이에 의해, 용접 품질을 한층 안정화시킬 수 있다.
한편, 제2 판상 부재(12)와 제3 판상 부재(13)의 대향부(133)의 계면, 및 제1 판상 부재(11)와 되접힘부(131)의 계면에 있어서는, 용접부와 접착제를 이격시키지 않아도 된다. 이들 계면은, 스폿 용접의 전극으로부터 계면의 거리가 가까워, 전극의 가압에 의해 접착제가 배제되기 쉬우므로, 이들 계면에 접착제가 배치되어 있었다고 해도 폭비가 발생할 가능성은 비교적 작다.
따라서, 도 24에 예시되어 있는 조인트 구조(1)에 있어서는, 접합부(15)를 스폿 용접부로 해도 통상은 문제가 발생하지 않는다고 생각된다.
단, 전류 밀도가 높은 용접 조건에서 조인트 구조(1)를 제조할 필요가 있는 경우에는, 제2 판상 부재(12)와 제3 판상 부재(13)의 대향부(133)의 계면, 및 제1 판상 부재(11)와 되접힘부(131)의 계면에 있어서도, 스폿 용접부와 접착제를 이격시키는 편이 좋은 경우가 있다고 생각된다.
또한, 접합부(15)가 기계적 접합 수단, 또는 마찰 교반점 접합 수단 등의 비용융 접합 수단인 경우, 폭비의 문제를 고려할 필요가 없으므로, 접착제의 사용을 제한할 필요는 없다. 도 25에 예시되는 조인트 구조(1)에 있어서는, 접합부(15)를 비용융 접합 수단으로 하는 것이 바람직하다.
되접힘부(131)에, 절결부(132)를 적절하게 마련하는 것도 유효하다. 절결부(132)를 이용하는 구성의 일례로서, 도 9에 도시되는 바와 같이, 복수의 접합부(15)가 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부를 따르는 방향(화살표 X 방향)으로 간격을 두고 형성되어 있고, 또한 되접힘부(131)의 단부가, 화살표 Z 방향으로부터 보아, 복수의 절결부(132)를 복수의 접합부(15) 사이에서 갖고 있어도 된다.
바꾸어 말하면, 되접힘부(131)가, 각 접합부(15)의 위치에서 각 접합부(15)와 화살표 Z 방향으로 겹치도록 화살표 Y 방향으로 폭 넓게 연장되고, 복수의 접합부(15) 사이에서는 화살표 Y 방향으로 좁게 연장되는 것이어도 된다.
이에 의해, 복수의 접합부(15)의 박리 강도를 한층 높이면서, 조인트 구조(1)의 경량화 및 재료 비용의 삭감을 달성할 수 있다.
도 9에 도시되는 예에 있어서, 되접힘부(131)에는, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부를 따라 간격을 두고 복수의 절결부(132)가 형성되어 있는데, 되접힘부(131)에는, 하나의 절결부(132)가 형성되어도 된다.
한편, 절결부(132)를 이용하는 구성의 다른 예로서, 도 10에 도시되는 바와 같이, 복수의 접합부(15)가 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부를 따르는 방향(화살표 X 방향)으로 간격을 두고 형성되어 있고, 또한 되접힘부(131)의 단부가, 화살표 Z 방향으로부터 보아, 복수의 절결부(132)를 복수의 접합부(15)와 겹치는 위치에 갖고 있어도 된다.
바꾸어 말하면, 되접힘부(131)가, 복수의 접합부(15) 사이에서 화살표 Y 방향으로 폭 넓게 연장되고, 복수의 접합부(15) 사이에서는 각 접합부(15)와 화살표 Z 방향으로 겹치지 않도록(화살표 Y 방향으로 어긋나도록) 좁게 연장되는 것이어도 된다. 이러한 구성에 있어서는, 화살표 Z 방향으로부터 보아 절결부(132)의 내측에 배치된 접합부(15)는 제1 판상 부재(11)와 되접힘부(131)를 접합하지 않는다.
이에 의해, 복수의 접합부(15) 사이의 비접합부에서의 개구 발생을 억제하면서, 조인트 구조(1)의 경량화를 달성할 수 있다.
도 10에 도시되는 예에 있어서, 되접힘부(131)에는, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부를 따라 간격을 두고 복수의 절결부(132)가 형성되어 있지만, 되접힘부(131)에는 하나의 절결부(132)가 형성되어도 된다.
또한, 도 9의 구성과 도 10의 구성을 조합해도 된다. 즉, 도 11에 예시되는 바와 같이, 제3 판상 부재(13)의 되접힘부(131)의 단부가, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부를 따라 간격을 두고 형성된 복수의 절결부(132)를 화살표 Z 방향으로부터 보아, 복수의 접합부(15) 중 일부의 접합부(15)와 겹치는 위치에 갖고 있어도 된다. 이러한 구성에 의하면, 복수의 접합부(15) 사이의 비접합부에서의 개구 발생의 억제, 및 조인트 구조(1)의 경량화를 달성할 수 있다.
또한, 상술한 구성은, 되접힘부(131)가 연장되는 방향(화살표 Y 방향)으로 곡률이 있는 조인트 구조(1)를 제조할 때에 용이하게 적용할 수 있다. 도 11에 도시되는 예에 있어서, 되접힘부(131)에는, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부를 따라 간격을 두고 복수의 절결부(132)가 형성되어 있지만, 되접힘부(131)에는 하나의 절결부(132)가 형성되어도 된다.
또한, 도 11에서는, 복수의 접합부(15)가 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부에 간격을 두고 형성되어 있지만, 조인트 구조(1)에는, 심 용접 등에 의해 연속해서 형성된 접합부(15)가 사용되어도 된다. 이와 같이 연속되는 접합부(15)가 형성된 경우라도, 절결부(132)를 되접힘부(131)에 마련함으로써, 이 연속되는 접합부(15)는, 절결부(132)가 있는 위치에서 되접힘부(131)와 제1 판상 부재(11)를 접합하지 않고 제1 판상 부재(11)와 제2 판상 부재(12)와 제3 판상 부재(13)를 접합하고, 절결부(132)가 없는 위치에서 되접힘부(131)와 제1 판상 부재(11)와 제2 판상 부재(12)와 제3 판상 부재(13)를 접합해도 된다. 또한, 접합부(15)를 지그재그상으로 형성하면, 절결부(132)를 사용하지 않아도, 되접힘부(131)와 제1 판상 부재(11)를 접합하지 않는 접합부(15)를 겸비한 조인트 구조(1)를 제작할 수 있다.
상술한 바와 같이, 조인트 구조(1)의 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부는, 화살표 Z 방향으로부터 보아, 화살표 X 방향의 전체 길이에 걸쳐 되접힘부(131)와 겹칠 필요는 없다. 예를 들어 도 12에 도시되는 바와 같이, 되접힘부(131)가 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부를 따라 간격을 두고 형성된 복수의 되접힘편(131A)를 갖고 있어도 된다.
즉, 제1 판상 부재(11)의 단부 및 제2 판상 부재(12)의 단부의 일부가, 복수의 되접힘편(131A) 사이에 위치하고 있고, 그 때문에, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부의 일부가 복수의 되접힘편(131A) 사이로부터 개방되어 있어도 된다.
이에 의해, 조인트 구조(1) 중 굽힘 변형에 대한 강도를 높일 필요가 없는 개소에서 제3 판상 부재(13)의 사용량을 삭감하여, 조인트 구조(1)의 경량화를 달성할 수 있다. 또한, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부가 연장되는 방향(화살표 Y 방향)으로 곡률이 있는 경우, 도 12의 구조에 의해, 그 곡률에 맞추어 되접힘부(131)를 형성할 수 있다.
상술한 바와 같이, 접합부(15)를 형성하기 위한 수단은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어 접합부(15)를 레이저 용접부로 할 수도 있다. 레이저 용접에 의하면, 다양한 형상의 접합부(15)를 형성할 수 있다.
예를 들어, 도 13의 단면도 및 도 14 내지 도 16의 평면도에 도시되는 바와 같이, 하나의 접합부(15)로서의 레이저 용접부를 선상으로 형성해도 된다.
선상이란, 예를 들어 도 14에 도시되는 바와 같은 단속적인 직선상, 도 15에 도시되는 바와 같은 연속적인 직선상, 및 도 16에 도시되는 바와 같은 지그재그의 곡선상, 또는 파상을 포함하는데, 이것에 한정되는 것은 아니다. 도 17에 도시되는 바와 같이, 접합부(15)로서의 레이저 용접부를 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 단부로부터 약간 이격된 개소이며, 되접힘부(131)의 단부의 측에 닿는 개소에, 평면으로 본 형상이 선상이 되도록 형성해도 된다.
도 18 및 도 19에 도시되는 바와 같이, 접합부(15)로서의 레이저 용접부의 평면으로 본 형상을 원형(원반상)으로 해도 된다. 도 20 내지 도 22에 도시되는 바와 같이, 하나의 접합부(15)로서의 레이저 용접부의 평면으로 본 형상을 원형(원반상), 원주상, 또는 원주 중 일부가 이지러진 형상(이른바 원호상, 또는 C자상)으로 해도 된다.
하나의 조인트 구조(1)에 있어서, 이들 형상 중 1종만을 사용해도 되고, 2종 이상을 조합하여 사용해도 된다. 또한, 하나의 조인트 구조(1)에 있어서, 레이저 용접과 스폿 용접을 조합해도 된다. 단, 도 23에 도시되는 바와 같이, 레이저 용접과 접착제를 조합하는 것은, 상술한 폭비를 초래할 우려가 있으므로 바람직하지 않다.
본 실시 형태에 관한 조인트 구조(1)를 구성하는 판상 부재의 매수는, 3매에 한정되지 않는다. 예를 들어 도 29에 도시되는 바와 같이, 조인트 구조(1)가 제1 판상 부재(11), 제2 판상 부재(12), 및 제3 판상 부재(13) 중 어느 것과 화살표 Z 방향으로 겹쳐진 제4 판상 부재(14)를 더 구비해도 된다. 도 29에 도시되는 예에 있어서, 제4 판상 부재(14)는, 일례로서 제1 판상 부재(11)에 있어서의 제2 판상 부재(12)가 겹쳐진 측과 반대측으로 겹쳐져 있다. 여기서 복수의 접합부(15)는, 제1 판상 부재(11), 제2 판상 부재(12), 제3 판상 부재(13), 및 제4 판상 부재(14)가 겹쳐진 부분에 형성되어, 이들을 서로 접합해도 된다.
판상 부재의 매수를 5매 이상으로 하는 것도 무방하다. 본 실시 형태에 관한 조인트 구조(1)가 갖는 되접힘부(131)의 효과는, 판상 부재의 매수와는 관계되지 않는다.
상술한 바와 같이, 제3 판상 부재(13)의 되접힘부(131)와 그 대향부(133)가, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)에 간극없이 겹쳐질 필요는 없다. 따라서, 예를 들어 도 26에 도시되는 바와 같이, 되접힘부(131)의 굽힘부(134)가, 화살표 Z 방향으로 팽창부를 갖고 있어도 된다.
굽힘부(134)가 화살표 Z 방향으로 팽창부를 가짐으로써, 굽힘부(134)가 화살표 X 방향으로 연장되는 비드로서 기능하기 때문에, 되접힘부(131)의 강성을 높여, 접합부(15)의 박리 파단을 한층 강고하게 방지할 수 있다.
또한, 되접힘부(131)의 굽힘부(134)에 팽창부가 있음으로써, 제3 판상 부재(13)가, 알루미늄판, 고강도 강판 등 국부 연성이 떨어지는 재질이라도 굽힘부(134)에서의 갈라짐을 억제하는 것이 가능하다.
굽힘부(134)의 팽창부의 크기는 특별히 한정되지 않지만, 예를 들어 화살표 Z 방향을 따른 굽힘부(134)의 내부의 크기가, 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)의 합계 판 두께의 1.2배 이상, 1.5배 이상, 또는 2.0배 이상인 것이, 강성 강화의 관점에서는 한층 유리하다.
또한, 굽힘부(134)의 팽창부의 형상도 특별히 한정되지 않지만, 화살표 X 방향으로부터 본 단면에 있어서 굽힘부(134)가 대략 원호 형상인 것이, 국소적인 응력의 집중을 억제할 수 있으므로, 강성 강화의 관점에서는 한층 유리하다.
팽창부를 갖는 굽힘부(134)의 제조 시에는, 예를 들어, 프레스 방식에 의한 헤밍 가공에 있어서, 굽힘부(134)를 예비 굽힘할 때에 큰 굽힘 곡률로 가공하고, 그 후의 본 굽힘 공정에 있어서 이 굽힘부(134)를 찌부러뜨리지 않고 남기도록 가공하면 된다.
도 27a 내지 도 28c에 도시되는 바와 같이, 조인트 구조(1)가, 추가 접합부(16)를 더 구비해도 된다. 도 27a, 및 이것의 XXVIIB-XXVIIB 단면도인 도 27b에 도시되는 추가 접합부(16)는, 대향부(133)와, 제2 판상 부재(12)와, 되접힘부(131)를 접합하고, 제1 판상 부재(11)와 제2 판상 부재(12)를 접합하고 있지 않다. 도 27a의 XXVIIC-XXVIIC 단면도인 도 27c에 도시되는 바와 같이, 조인트 구조(1)에서 통상의 접합부(15)와 추가 접합부(16)가 혼재해도 된다.
도 28a, 및 이것의 XXVIIIB-XXVIIIB 단면도인 도 28b에 도시되는 추가 접합부(16)는, 대향부(133)와, 제1 판상 부재(11)와, 되접힘부(131)를 접합하고, 제1 판상 부재(11)와 제2 판상 부재(12)를 접합하고 있지 않다. 도 28a의 XXVIIIC-XXVIIIC 단면도인 도 28c에 도시되는 바와 같이, 조인트 구조(1)에서 통상의 접합부(15)와 추가 접합부(16)가 혼재해도 된다. 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12) 중 추가 접합부(16)에 의해 접합되어 있지 않은 것은, 추가 접합부(16)의 위치에서 절결부(18)를 갖고 있어도 된다.
이 추가 접합부(16)는, 제1 판상 부재(11)와 제2 판상 부재(12)를 접합하는 기능을 갖지 않지만, 대향부(133) 및 되접힘부(131)를, 제1 판상 부재(11) 또는 제2 판상 부재(12)와 접합한다. 이 추가 접합부(16)는, 되접힘부(131)와 그 대향부(133)의 접합 강도를 안정화시키기 위한 것이다. 제1 판상 부재(11) 또는 제2 판상 부재(12)의 절결부(18)는, 제1 판상 부재(11)와 제2 판상 부재(12)가 접합되어 있지 않은 비접합부로 되어 있으므로, 개구가 발생하기 쉬운 부위이다.
여기서, 되접힘부(131)뿐만 아니라, 대향부(133)와 제2 판상 부재(12) 또는 제1 판상 부재(11)를 추가 접합부(16)에 의해 접합함으로써, 굽힘 변형 발생 시의 비접합부에서의 개구 발생을, 한층 강고하게 방지할 수 있다. 또한, 이러한 절결부(18)를 갖는 조인트 구조(1)에 의하면, 절결부(18)를 갖는만큼, 제1 판상 부재(11) 또는 제2 판상 부재(12)의 사용량을 삭감하여, 조인트 구조(1)의 경량화 및 재료 비용의 삭감을 달성할 수 있다.
본 실시 형태에 관한 조인트 구조(1)의 용도는 특별히 한정되지 않는다. 도 2에 있어서는, 본 실시 형태에 관한 조인트 구조(1)의 기술 사상을 설명하기 위해 상자형 단면 부재를 편의적으로 예시하였지만, 이 이외의 형상의 부재에 조인트 구조(1)를 적용한 경우도, 우수한 접합 강도 향상 효과가 얻어진다.
본 실시 형태에 관한 조인트 구조(1)의 용도의 적합한 일례로서는, 조인트 구조(1)를 구비하는 자동차 부품이 있다. 이 자동차 부품으로서는, 자동차의 필러, 사이드 실, 범퍼, 프론트 사이드 멤버, 및 루프 레일을 들 수 있다. 자동차의 필러 및 루프 레일은, 자동차의 강도를 확보하기 위한 제1 골격 부재 및 제2 골격 부재를 구성하는 2매의 고강도 강판과, 제1 골격 부재 및 제2 골격 부재의 외측에 배치되는 아우터 패널을 포함하는 경우가 있다.
여기서, 제1 골격 부재 및 제2 골격 부재용의 고강도 강판을 본 실시 형태에 관한 조인트 구조(1)의 제1 판상 부재(11) 및 제2 판상 부재(12)로 하고, 아우터 패널을 제3 판상 부재(13)로 할 수 있다.
즉, 도 30a에 도시되는 차체(4)의 각 개소에는, 도 30b 내지 도 30g에 도시되는 바와 같은 자동차 부품(2)이 적용된다. 이러한 자동차 부품(2)은, 제1 골격 부재(21)와, 제2 골격 부재(22)와, 아우터 패널(23)과, 복수의 접합부(25)를 구비한다. 제1 골격 부재(21), 제2 골격 부재(22), 아우터 패널(23), 및 복수의 접합부(25)는, 상술한 조인트 구조(1)에 있어서의, 제1 판상 부재(11), 제2 판상 부재(12), 제3 판상 부재(13), 및 복수의 접합부(15)에 상당한다.
제2 골격 부재(22)는, 제2 골격 부재(22)의 판 두께 방향으로 제1 골격 부재(21)와 겹쳐져 있다. 아우터 패널(23)은, 제2 골격 부재(22)에 있어서의 제1 골격 부재(21)가 겹쳐진 측과 반대측에, 제2 골격 부재(22)의 판 두께 방향으로 겹쳐져 있다. 화살표 X 방향, 화살표 Y 방향 및 화살표 Z 방향은 서로 직교하는 방향이다. 화살표 Z 방향은, 제2 골격 부재(22)의 판 두께 방향에 상당한다.
복수의 접합부(25)는, 제1 골격 부재(21), 제2 골격 부재(22), 및 아우터 패널(23)이 겹쳐진 부분에 형성되어 제1 골격 부재(21), 제2 골격 부재(22), 및 아우터 패널(23)을 서로 접합하고 있다. 복수의 접합부(25)는, 제1 골격 부재(21) 및 제2 골격 부재(22)의 단부를 따라 간격을 두고 형성되어 있다. 화살표 X 방향은, 제1 골격 부재(21) 및 제2 골격 부재(22)의 단부를 따르는 방향, 즉, 복수의 접합부(25)가 간격을 두고 배열되는 방향에 상당한다.
아우터 패널(23)은, 되접힘부(231)를 갖는다. 되접힘부(231)는, 적어도 복수의 접합부(25) 사이에서, 제1 골격 부재(21) 및 제2 골격 부재(22)의 단부에서 되접혀, 제1 골격 부재(21)에 있어서의 제2 골격 부재(22)가 겹쳐진 측과 반대측에 배치되어 있다.
이에 의해, 자동차의 부품 개수를 증대시키는 일 없이, 필러 및 루프 레일 등의 자동차 부품(2)의 굽힘 강도를 향상시켜, 자동차의 충돌 안전성을 향상시킬 수 있다. 구체적으로는, 본 실시 형태에 관한 자동차 부품(2)을, B 필러(도 30c)에 적용함으로써 측면 충돌 시의 접합부(25)의 파단을 경감시킬 수 있고, 루프 레일(도 30d)에 적용함으로써 폴 측면 충돌 시의 접합부(25)의 파단을 경감시킬 수 있고, 사이드 실(도 30b)이나 A 필러의 하부(도 30e)에 적용함으로써 스몰 오버랩 충돌 시험에서의 접합부(25)의 파단을 경감시킬 수 있다.
또한, 본 실시 형태에 관한 자동차 부품(2)을, 범퍼(도 30f)나 프론트 사이드 멤버(도 30g)에 적용함으로써, 전면 충돌이나 후면 충돌 시의 접합부(25)의 파단을 경감시킬 수 있다.
또한, 자동차 부품을 본 실시 형태에 관한 조인트 구조(1)로 함으로써, 부차적으로 부재의 강성도 향상되므로, 차체의 강성 및 NVH(노이즈, 진동, 하시니스)의 향상에도 기여한다. 당연한 것이지만, 자동차 부품(2)이, 상술한 조인트 구조(1)의 여러 특징을 가져도 된다.
예를 들어 접합부(25)는, 용접부(스폿 용접부, 심 용접부, 및 레이저 용접부 등)여도 되고, 상술한 접합부(15)에 대해 예시된 다양한 기계적 접합 수단, 및 마찰 교반점 접합 수단 등의 비용융 접합 수단이어도 된다. 접합부(25)의 위치, 접합부(25)가 접합 대상으로 하는 부재, 절결부의 유무 및 위치, 접착제의 유무, 굽힘부에 있어서의 팽창부의 유무, 그리고 추가 접합부의 유무 등에 관해서도, 상술한 조인트 구조(1)와 같이 적절하게 변형할 수 있다.
또한, 조인트 구조(1)를 구비하는 자동차 부품(2)에 있어서, 아우터 패널(23)은, 자동차의 외장을 구성하는 외장 패널(외부 표면 패널)이어도 된다.
실시예
(제1 실시예)
제1 실시예에서는, 본 발명의 효과를 확인하기 위해, FEM 시뮬레이션에 의해, 본 발명예에 의한 조인트 구조와 종래 기술에 의한 조인트 구조의 굽힘 변형에 대한 저항력을 해석하였다.
제1 실시예에서는, 도 31에 도시하는 종래 기술에 의한 조인트 구조(41)를 구비한 상자형 구조 부재(42)와, 도 32에 도시하는 본 발명예(본 실시 형태)에 의한 조인트 구조(1)를 구비한 상자형 구조 부재(52)의 해석 모델을 제작하였다.
이들 상자형 구조 부재(42, 52)는, 평판(61), 제1 해트형 단면재(62) 및 제2 해트형 단면재(63)를, 그 단부에서 스폿 용접부인 복수의 접합부(15)에 의해 단속적으로 접합한 것으로 하였다. 평판(61)은 제1 판상 부재에 상당하고, 제1 해트형 단면재(62)는 제2 판상 부재에 상당하고, 제2 해트형 단면재(63)는 제3 판상 부재에 상당한다.
제1 해트형 단면재(62)의 인장 강도는 270㎫(판 두께: 0.75㎜)로 설정하고, 제2 해트형 단면재(63) 및 평판(61)의 인장 강도는 1800㎫(판 두께: 1.6㎜)로 설정하였다. 복수의 접합부(15)는 50㎜ 피치로 형성된 것으로 설정하였다. 스폿 용접부인 접합부(15)의 너깃 직경을 제1 해트형 단면재(62)와 평판(61) 사이 및 제1 해트형 단면재(62)와 제2 해트형 단면재(63) 사이는 4.3㎜, 제1 해트형 단면재(62)와 제2 해트형 단면재(63) 사이는 6.3㎜로 하였다.
도 32에 도시하는 본 발명예에 의한 상자형 구조 부재(52)에 있어서는, 제2 해트형 단면재(63)의 단부가 되접힘부(131)(폭 15㎜)를 갖는 것으로 설정하고, 도 31에 도시하는 종래 기술에 의한 상자형 구조 부재(42)에 있어서는, 제2 해트형 단면재(63)의 단부가 되접힘부(131)를 갖지 않는 것으로 설정하였다.
또한, 도 32의 FEM 시뮬레이션에서는, 되접힘부(131)가 접합부(15)에 의해 평판(61)과 접합된 해석 모델과, 되접힘부(131)가 접합부(15)에 의해 평판(61)에 접합되어 있지 않은 해석 모델의 양쪽을 상정하였다.
본 발명예 1은, 되접힘부(131)가 접합부(15)와 겹쳐 있지만, 되접힘부(131)가 접합부(15)에 의해 평판(61)에 접합되어 있지 않은 해석 모델, 즉, 접합부(15)에 의해 평판(61), 제1 해트형 단면재(62) 및 제2 해트형 단면재(63)가 접합된 해석 모델(3매 겹침 용접)이다.
본 발명예 2는, 되접힘부(131)가 접합부(15)와 겹쳐 있고, 또한 되접힘부(131)가 접합부(15)에 의해 평판(61)과 접합된 해석 모델, 즉, 접합부(15)에 의해, 되접힘부(131), 평판(61), 제1 해트형 단면재(62) 및 제2 해트형 단면재(63)가 접합된 해석 모델(4매 겹침 용접)이다.
본 발명예 3은, 접합부(15)에 의해, 되접힘부(131), 평판(61), 제1 해트형 단면재(62) 및 제2 해트형 단면재(63)가 접합된 해석 모델(4매 겹침 용접)이고, 또한 되접힘부(131)에, 복수의 접합부(15) 사이에 위치하는 절결부(132)(도 9 참조)를 마련한 해석 모델이다.
이어서, 이들 상자형 구조 부재(42, 52)에 대해, 도 33에 도시하는 한 쌍의 지지부(71)와 임팩터(72)를 사용하여 3점 굽힘을 가한 경우의 변형의 모습을 시뮬레이트하였다. 강판 강도는 상기와 동일하다. 도 34 내지 도 37은 동일한 임팩터(72)의 변위량(100㎜)의 3점 굽힘을 가한 후의, 본 발명예에 의한 상자형 구조 부재(52)와, 비교예(종래 기술)에 의한 상자형 구조 부재(41)를 계산한 도면이다. 도 34는 비교예(종래 기술), 도 35 내지 도 37은 본 발명예 1 내지 3을 각각 나타낸다.
도 38 내지 도 41은, 임팩터 변위와, 임팩터에 발생하는 하중의 관계를 계산한 그래프(변위-하중 그래프)이다. 도 38은 비교예(종래 기술), 도 39 내지 도 41은 본 발명예 1 내지 3을 각각 나타낸다.
또한, 본 발명예 1 내지 3 및 비교예(종래 기술)의 구성, 및 계산 결과를 정리하면 이하의 표 1과 같다.
Figure pct00001
도 34에 도시되는 바와 같이, 비교예(종래 기술)에 의한 상자형 구조 부재(42)에서는, 접합부(15) 사이에 개구(46)가 발생하여, 이 개구(46)의 근방에서 접합부(15)가 파단되는 것으로 계산되었다. 도 35 내지 도 37에 도시되는 바와 같이, 본 발명예 1 내지 3에 의한 상자형 구조 부재(52)에서는, 접합부(15) 사이에서 개구가 경감되어, 접합부(15)의 파단이 경감되는 것으로 계산되었다.
도 38에 나타나는 바와 같이, 비교예(종래 기술)에 의한 상자형 구조 부재에 관한 변위-하중 그래프에서는, 임팩터의 변위의 증대 과정에서, 일시적으로 하중이 감소하는 개소가 복수 보인다.
구체적으로는, 임팩터 변위가 약 7㎜, 약 20㎜, 및 약 40㎜의 개소 등이다. 이들 개소는, 스폿 용접부인 접합부의 파단의 발생을 나타낸다. 종래 기술에 의한 상자형 구조 부재에서는, 임팩터 변위가 약 7㎜에 도달한 단계에서 접합부의 최초의 파단이 발생하는 것으로 계산되었다. 또한, 비교예(종래 기술)에서는, 상자형 구조 부재의 최대 하중은 72kN 정도인 것으로 계산되었다.
한편, 도 39에 나타나는 바와 같이, 본 발명예 1에서는, 임팩터 변위 9㎜ 정도에서 접합부가 일단 파단되기는 하지만, 그 후의 접합부의 파단이 경감된 결과, 상자형 구조 부재의 최대 하중은 78kN 정도까지 개선되는 것으로 계산되었다.
도 40에 나타나는 바와 같이, 본 발명예 2에서는, 접합부의 파단은, 임팩터 변위가 30㎜에 도달할 때까지 발생하지 않는 것으로 계산되었다. 상자형 구조 부재의 최대 하중은 88kN 정도인 것으로 예상되었다.
도 41에 나타나는 바와 같이, 본 발명예 3에서는, 접합부의 파단은, 임팩터 변위가 35㎜에 도달할 때까지 발생하지 않을 것으로 예상되었다. 상자형 구조 부재의 최대 하중은 90kN 정도인 것으로 계산되었다.
따라서, 본 발명(본 발명예 1 내지 3)에서는 접합부의 파단이 억제되어, 상자형 구조 부재의 최대 하중이 향상되는 것으로 계산되었다.
또한, 비교예(종래 기술)에 의한 상자형 구조 부재에 최초의 스폿 용접부의 파단이 발생할 때까지는, 비교예(종래 기술)와 본 발명예 사이에서, 변위-하중 그래프에 실질적인 상위가 없는 것으로 계산되었다.
(제2 실시예)
상술한 제1 실시예에서는, 제1 해트형 단면재, 제2 해트형 단면재, 및 평판의 단부를 중첩하여 복수의 스폿 용접부에 의해 단속적으로 접합한 상자형 구조 부재의 해석 모델을 제작하고, 이 해석 모델을 FEM 시뮬레이션에 의해 해석하였는데, 제2 실시예에서는, 도 42에 나타나는 바와 같이, 제1 해트형 단면재(81) 및 제2 해트형 단면재(82)의 단부, 그리고 제3 부재(83)를 중첩하여 복수의 접합부(15)에 의해 단속적으로 접합한 상자형 구조 부재의 실물 모델을 제작하였다. 상자형 구조 부재(42)는 비교예(종래 기술)에 의한 것이고, 상자형 구조 부재(52)는 본 발명예에 의한 것이다.
도 42에 나타나는 바와 같이, 비교예(종래 기술)에 의한 상자형 구조 부재(42)에서는 제3 부재(83)를 평판상으로 하였다. 즉, 비교예(종래 기술)에 의한 상자형 구조 부재(42)에서는 제3 부재(83)가 되접힘부를 갖고 있지 않다. 한편, 본 발명예에 의한 상자형 구조 부재(52)에서는, 제3 부재(83)를, 되접힘 구조(130)를 갖는 구성으로 하였다. 되접힘 구조(130)는, 되접힘부(131)와 그 대향부(133)와 이들을 연결하는 연결부(135)로 구성된다. 또한, 제3 부재(83)는, 본래는 아우터 패널을 상정한 것이며, 도 30b의 아우터 패널(23)과 같이 자동차 부품(2)의 편측(아우터측)을 덮는 구조를 상정한 것인데, 본 실험에서는, 구조의 간략화를 위해 도 42에 나타내는 바와 같이 제1 해트형 단면재(81) 및 제2 해트형 단면재(82)의 단부(플랜지부)에만 설정하였다.
제1 해트형 단면재(81) 및 제2 해트형 단면재(82)의 인장 강도는 2GPa급 핫 스탬프 강판(판 두께: 1.6㎜)으로 하였다. 제3 부재(83)의 인장 강도는 270㎫급 GA 도금(판 두께: 0.7㎜)으로 하였다. 복수의 접합부(15)는 스폿 용접부이며, 50㎜ 피치로 형성하였다.
제3 부재(83)와 제1 해트형 단면재(81) 사이 및 제3 부재(83)와 제2 해트형 단면재(82) 사이의 너깃 직경은 4√t(t: 0.7mm)＝3.3㎜ 이상이 되는 조건에서 접합부(15)를 스폿 용접에 의해 형성하였다. 이때, 제1 해트형 단면재(81) 및 제2 해트형 단면재(82) 사이의 너깃 직경은 4.5√t(t: 1.6㎜)＝5.7㎜ 이상이 되었다.
본 발명예에 의한 상자형 구조 부재(52)는, 제1 해트형 단면재(81)의 단부, 제2 해트형 단면재(82)의 단부, 되접힘부(131), 및 대향부(133)가 스폿 용접된 4매 겹침 용접이고, 비교예에 의한 상자형 구조 부재(42)는 제1 해트형 단면재(81)의 단부, 제2 해트형 단면재(82)의 단부, 및 평판상의 제3 부재(83)가 스폿 용접된 3매 겹침 용접이다.
이어서, 이들 상자형 구조 부재(42, 52)에, 도 43에 도시하는 한 쌍의 지지부(71)와 임팩터(72)를 사용하여 3점 굽힘을 가하는 실험을 하였다. 도 44, 도 45는, 동일한 임팩터 변위량(100㎜)의 3점 굽힘을 가한 후의, 본 발명예에 의한 상자형 구조 부재(52)와, 비교예(종래 기술)에 의한 상자형 구조 부재(42)의 사진이다. 도 44는 비교예(종래 기술), 도 45는 본 발명예를 각각 도시한다.
도 46은 임팩터 변위와, 임팩터에 발생하는 하중의 관계를 측정한 그래프(변위-하중 그래프)이다. 그래프 G1은 비교예(종래 기술), 그래프 G2는 본 발명예를 각각 나타낸다.
도 44에 도시되는 바와 같이, 비교예(종래 기술)에 의한 상자형 구조 부재(42)에서는, 접합부(15)가 파단되고, 제1 해트형 단면재(81)와 제2 해트형 단면재(82) 사이에 개구(46)가 발생하고, 이 개구(46)의 근방에서 접합부(15)가 파단되었다. 한편, 도 45에 도시되는 바와 같이, 본 발명예에 의한 상자형 구조 부재(52)에서는, 제1 해트형 단면재(81)와 제2 해트형 단면재(82) 사이에서 개구가 억제되어, 접합부(15)(도 42 참조)의 파단이 억제되었다.
도 46의 그래프 G1에 나타나는 바와 같이, 비교예(종래 기술)에 의한 상자형 구조 부재에 관한 변위-하중에서는, 임팩터의 변위가 약 50㎜인 단계에서, 하중이 급격하게 감소하였다. 이것은, 임팩터의 변위가 약 50㎜인 단계에서, 제1 해트형 단면재(81)와 제2 해트형 단면재(82) 사이에 개구가 발생하고, 이 개구의 근방에서 접합부(15)(도 42 참조)가 파단되었기 때문이다.
한편, 그래프 G2에 나타나는 바와 같이, 본 발명예에서는, 임팩터의 변위가 약 50㎜ 내지 약 80㎜인 단계에서는, 높은 하중을 유지할 수 있었다. 또한, 본 발명예에서는, 비교예(종래 기술)에 비해 최대 하중을 높일 수 있었다. 이것은, 임팩터의 변위가 약 50㎜ 내지 약 80㎜인 단계에서는, 제1 해트형 단면재(81)와 제2 해트형 단면재(82) 사이에서 개구가 억제되어, 접합부(15)(도 42 참조)의 파단이 억제되었기 때문이라고 추측된다. 이와 같이, 본 발명예에서는, 접합부(15)의 파단이 억제되므로, 하중이 높은 상태를 유지할 수 있는 동시에, 최대 하중을 향상시킬 수 있다.
또한, 이 제2 실시예에 있어서도, 비교예(종래 기술)에 의한 상자형 구조 부재(42)에 최초의 접합부(15)의 파단이 발생할 때까지는, 비교예(종래 기술)와 본 발명예 사이에서, 변위-하중 그래프에 실질적인 상위가 없다.
본 발명에 따르면, 접합부가 파단되기 어려운 조인트 구조를 제공할 수 있다. 특히, 본 발명은 용접에 의해 인성이 저하되는 경우가 있는 고강도 강판으로 구성되는 조인트 구조의 파단을 억제함으로써 부재 성능을 향상시킬 수 있다. 따라서, 본 발명은 높은 산업상 이용 가능성을 갖는다.
1: 조인트 구조
2: 자동차 부품
3: 전극
4: 차체
11: 제1 판상 부재
12: 제2 판상 부재
13: 제3 판상 부재
14: 제4 판상 부재
15: 접합부
16: 추가 접합부
17: 접착제
18: 절결부
21: 제1 골격 부재(제1 판상 부재의 일례)
22: 제2 골격 부재(제2 판상 부재의 일례)
23: 아우터 패널(제3 판상 부재의 일례)
25: 접합부
52: 상자형 구조 부재
61: 평판(제1 판상 부재의 일례)
62: 제1 해트형 단면재(제2 판상 부재의 일례)
63: 제2 해트형 단면재(제3 판상 부재의 일례)
81: 제1 해트형 단면재
82: 제2 해트형 단면재
83: 제3 부재
131: 되접힘부
131A: 되접힘편
132: 절결부
133: 대향부
135: 연결부
140: 롤러
231: 되접힘부

Claims (20)

  1. 제1 판상 부재와,
    상기 제1 판상 부재와 판 두께 방향으로 겹쳐진 제2 판상 부재와,
    상기 제2 판상 부재에 있어서의 상기 제1 판상 부재가 겹쳐진 측과 반대측에, 상기 판 두께 방향으로 겹쳐진 제3 판상 부재와,
    상기 제1 판상 부재, 상기 제2 판상 부재, 및 상기 제3 판상 부재가 겹쳐진 부분에 형성되어 상기 제1 판상 부재, 상기 제2 판상 부재, 및 상기 제3 판상 부재를 서로 접합하는 복수의 접합부를 구비하고,
    상기 복수의 접합부가, 상기 제1 판상 부재 및 상기 제2 판상 부재의 단부를 따라 간격을 두고 형성되어 있고,
    상기 제3 판상 부재가, 적어도 상기 복수의 접합부 사이에서, 상기 제1 판상 부재 및 상기 제2 판상 부재의 상기 단부에서 되접혀, 상기 제1 판상 부재에 있어서의 상기 제2 판상 부재가 겹쳐진 측과 반대측에 배치되어 있는 되접힘부를 갖는
    것을 특징으로 하는 조인트 구조.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제3 판상 부재의 판 두께가, 상기 제1 판상 부재의 판 두께 및 상기 제2 판상 부재의 판 두께보다 얇은
    것을 특징으로 하는 조인트 구조.
  3. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 접합부가, 상기 판 두께 방향에서 보아 상기 되접힘부와 겹쳐 있는
    것을 특징으로 하는 조인트 구조.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 접합부가, 상기 제3 판상 부재의 상기 되접힘부와, 상기 제1 판상 부재를 접합하는
    것을 특징으로 하는 조인트 구조.
  5. 제1항 또는 제2항에 있어서,
    상기 복수의 접합부가, 상기 판 두께 방향에서 보아, 상기 되접힘부와 겹치는 영역으로부터 벗어난 위치에 배치되는
    것을 특징으로 하는 조인트 구조.
  6. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 되접힘부가, 상기 판 두께 방향에서 보아, 절결부를, 상기 복수의 접합부 사이에서 갖는
    것을 특징으로 하는 조인트 구조.
  7. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 되접힘부가, 상기 판 두께 방향에서 보아, 복수의 절결부를, 상기 복수의 접합부와 겹치는 위치에 갖는
    것을 특징으로 하는 조인트 구조.
  8. 제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 되접힘부가, 상기 제1 판상 부재 및 상기 제2 판상 부재의 상기 단부를 따라 간격을 두고 형성된 복수의 절결부를, 상기 판 두께 방향에서 보아, 상기 복수의 접합부 중 일부의 접합부와 겹치는 위치에 갖는
    것을 특징으로 하는 조인트 구조.
  9. 제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 되접힘부가, 상기 제1 판상 부재 및 상기 제2 판상 부재의 단부를 따라 간격을 두고 형성된 복수의 되접힘편을 갖고,
    상기 제1 판상 부재의 상기 단부 및 상기 제2 판상 부재의 상기 단부 각각의 일부가, 상기 복수의 되접힘편 사이에 위치하는
    것을 특징으로 하는 조인트 구조.
  10. 제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 복수의 접합부가, 기계적 접합 수단, 마찰 교반점 접합 수단, 스폿 용접부, 심 용접부, 및 레이저 용접부로 이루어지는 군에서 선택되는 1종 이상인
    것을 특징으로 하는 조인트 구조.
  11. 제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 판상 부재, 상기 제2 판상 부재, 및 상기 제3 판상 부재 중 하나 이상이 강판인
    것을 특징으로 하는 조인트 구조.
  12. 제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제1 판상 부재 및 상기 제2 판상 부재 중 한쪽 또는 양쪽이, 인장 강도가 780㎫ 이상의 강판인
    것을 특징으로 하는 조인트 구조.
  13. 제1항 내지 제12항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 제3 판상 부재가, 인장 강도가 270㎫ 이상 390㎫ 미만인 강판 또는 알루미늄판인
    것을 특징으로 하는 조인트 구조.
  14. 제1항 내지 제13항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조인트 구조가, 추가 접합부를 더 구비하고,
    상기 제3 판상 부재가, 상기 제1 판상 부재 및 제2 판상 부재를 개재하여 상기 되접힘부와 대향하는 대향부를 갖고,
    상기 추가 접합부는, 상기 대향부와, 상기 제2 판상 부재와, 상기 되접힘부를 접합하고, 상기 제1 판상 부재와 상기 제2 판상 부재를 접합하고 있지 않거나, 또는 상기 대향부와, 상기 제1 판상 부재와, 상기 되접힘부를 접합하고, 상기 제1 판상 부재와 상기 제2 판상 부재를 접합하고 있지 않은
    것을 특징으로 하는 조인트 구조.
  15. 제1항 내지 제14항 중 어느 한 항에 있어서,
    상기 조인트 구조가, 상기 제1 판상 부재, 상기 제2 판상 부재, 및 상기 제3 판상 부재 중 어느 것과 상기 판 두께 방향으로 겹쳐진 제4 판상 부재를 더 구비하고,
    상기 복수의 접합부는, 상기 제1 판상 부재, 상기 제2 판상 부재, 상기 제3 판상 부재, 및 상기 제4 판상 부재가 겹쳐진 부분에 형성되어 상기 제1 판상 부재, 상기 제2 판상 부재, 상기 제3 판상 부재, 및 상기 제4 판상 부재를 서로 접합하는
    것을 특징으로 하는 조인트 구조.
  16. 제1항 내지 제15항 중 어느 한 항에 기재된 조인트 구조를 구비하고,
    상기 제1 판상 부재는, 제1 골격 부재이고,
    상기 제2 판상 부재는, 상기 제1 골격 부재와 상기 판 두께 방향으로 겹쳐진 제2 골격 부재이고,
    상기 제3 판상 부재는, 상기 제2 골격 부재에 있어서의 상기 제1 골격 부재가 겹쳐진 측과 반대측에, 상기 판 두께 방향으로 겹쳐진 아우터 패널인
    것을 특징으로 하는 자동차 부품.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 아우터 패널은, 자동차의 외장을 구성하는 외장 패널인,
    자동차 부품.
  18. 제16항에 있어서,
    A 필러, B 필러, 사이드 실, 범퍼, 프론트 사이드 멤버, 또는 루프 레일인 것을 특징으로 하는 자동차 부품.
  19. 제1 판상 부재와 판 두께 방향으로 제2 판상 부재를 겹침과 함께, 상기 제2 판상 부재에 있어서의 상기 제1 판상 부재가 겹쳐진 측과 반대측에, 상기 판 두께 방향으로 제3 판상 부재를 겹치고,
    상기 제1 판상 부재, 상기 제2 판상 부재, 및 상기 제3 판상 부재가 겹쳐진 부분에, 상기 제1 판상 부재 및 상기 제2 판상 부재의 단부를 따라 간격을 두고 복수의 접합부를 형성하여 상기 제1 판상 부재, 상기 제2 판상 부재, 및 상기 제3 판상 부재를 서로 접합함과 함께, 상기 제3 판상 부재에, 적어도 상기 복수의 접합부 사이에서, 상기 제1 판상 부재 및 상기 제2 판상 부재의 상기 단부에서 되접혀, 상기 제1 판상 부재에 있어서의 상기 제2 판상 부재가 겹쳐진 측과 반대측에 배치되어 있는 되접힘부를 형성하는
    것을 특징으로 하는 조인트 구조의 제조 방법.
  20. 제19항에 있어서,
    상기 제1 판상 부재 및 상기 제2 판상 부재의 단부를 따라 롤러를 이동시켜, 상기 롤러로 가압하면서 상기 되접힘부를 형성하는
    것을 특징으로 하는 조인트 구조의 제조 방법.
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