WO2014061223A1

WO2014061223A1 - 異種金属部材の接合構造

Info

Publication number: WO2014061223A1
Application number: PCT/JP2013/005929
Authority: WO
Inventors: 貴広木村
Original assignee: マツダ株式会社
Priority date: 2012-10-15
Filing date: 2013-10-04
Publication date: 2014-04-24
Also published as: DE112013005005T5; US9227668B2; US20150225020A1; CN105377675A; JP2014080062A; CN105377675B; JP5929693B2

Abstract

　金属板からなる第１部材と、前記金属板よりも熱膨張率の大きい金属板からなる第２部材と、を含み、前記第１部材および前記第２部材は、互いに重ね合わされて第１方向の複数の位置で点接合されており、前記第２部材は、互いに隣接する点接合部の間の位置に、前記第１方向と直交する第２方向に沿って延びるビード部を有するものである。

Description

異種金属部材の接合構造

　本発明は、自動車等の車両における、異種金属部材の接合構造に関するものである。

　従来から、車両のサイドドアやバックドアでは、インナパネルを鋼板で構成する一方で、アウタパネルをアルミニウム合金板で構成することにより、ドアの剛性を確保しながらその軽量化を図ることが考えられている。この場合、検討すべき事項として異種金属接合による変形の問題がある。すなわち、鋼板とアルミニウム合金板とは熱膨張率が異なるため、製造時の塗装焼付け工程や炎天下での駐車などにより車体が加熱されると、熱膨張率の差により接合部分に撓みなどの熱歪みが発生することがある。そこで最近では、異種金属部材の接合構造として、特許文献１に開示される技術が提案されている。この文献には、アルミルーフパネルと、鋼板からなるサイドルーフレールとを車両前後方向の複数の位置において非貫通型リベットで接合するとともに、その接合部に沿って（車両前後方向に沿って）延びるビードをアルミルーフパネルに形成することが記載されている。つまり、アルミルーフパネルとサイドルーフレールとの熱膨張率の相違により発生する車幅方向の歪みを、アルミルーフパネルに形成されたビード部分で吸収させるというものである。

　しかし、アルミルーフパネルには車両前後方向の熱膨張も生じるため、特許文献１に開示される技術では、接合部の並び方向（車両前後方向）におけるアルミルーフパネルの歪みを解消することは困難である。

特開２００５－１１９５７７号公報

　本発明は、上記の事情に鑑みて成されたものであり、特定方向の複数の位置で互いに接合された異種金属部材について、前記特定方向の熱歪みが発生することを抑制する技術を提供することを目的とする。

　そして本発明は、異種金属部材の接合構造であって、金属板からなる第１部材と、前記金属板よりも熱膨張率の大きい金属板からなる第２部材と、を含み、前記第１部材および前記第２部材は、互いに重ね合わされて第１方向の複数の位置で点接合されており、前記第２部材は、互いに隣接する点接合部の間の位置に、前記第１方向と直交する第２方向に延びるビード部を有するものである。

本発明が適用されたリアパッケージトレイを示す斜視図である。リアパッケージトレイの設置場所を説明するための車両の模式図である。リアパッケージトレイを構成するサイド／リアパネルとセンタパネルとの接合部分を示す斜視図である（第１実施形態）。リアパッケージトレイの断面図であり、（ａ）は図３のＩＶａ－ＩＶａ線断面図であり、（ｂ）は図３のＩＶｂ－ＩＶｂ線断面図であり、（ｃ）は図３のＩＶｃ－ＩＶｃ線断面図である。リアパッケージトレイを構成する第１パネルと第２パネルとの接合部分を示す斜視図である（第２実施形態）。リアパッケージトレイの断面図であり、（ａ）は図５のＶＩａ－ＶＩａ線断面図であり、（ｂ）は図５のＶＩｂ－ＶＩｂ線断面図であり、（ｃ）は図５のＶＩｃ－ＶＩｃ線断面図である。リアパッケージトレイの熱歪みに関するＣＡＥ解析の結果を示す表である。「比較例」にかかるリアパッケージトレイの接合部分の構造を示す断面図である。

　以下、添付図面を参照しながら本発明の好ましい実施の一形態について詳述する。

　図１は、本発明が適用された車両のリアパッケージトレイを示す斜視図である。リアパッケージトレイ３は、図２に示すように、車体１における後部座席２の後方において、トランクルームと車室との隔壁を構成するパネル部材である。なお、以下の説明において、「前後」は車体１の前後方向を基準とし、また、単に幅方向というときには車体１の幅方向を基準とする。

　リアパッケージトレイ３は、図１に示すように、車体１の後方に位置する第１水平部３ａと、その前端から下方に延びる第１垂下部３ｂと、この第１垂下部３ｂの前端から前側に水平に伸びる第２水平部３ｃと、この第２水平部３ｃの前端から下方に延びる第２垂下部３ｄとを含む。

　このリアパッケージトレイ３は、主にその外縁部を構成するサイド／リアパネル１０（本発明の第１部材に相当する）と、このサイド／リアパネル１０の内側の部分を構成するセンタパネル２０（本発明の第２部材に相当する）とを含み、これら両パネル１０、２０が接合一体化された構成を有する。詳しくは、サイド／リアパネル１０は、車体１の幅方向両端部に位置して前後方向に延びる一対のサイド部１２と、これらサイド部１２の後端部同士を繋ぐリア部１４とを備えた、平面視コ字形に形成されている。一方、センタパネル２０は、前後方向に延びるフランジ部２２を幅方向両端に備えた平面視略矩形に形成されている。そして、同図に示すように、センタパネル２０の各フランジ部２２が、サイド／リアパネル１０の各サイド部１２の上面に重ね合わされるとともに、当該センタパネル２０の後端部２４が、サイド／リアパネル１０の前記リア部１４の下側に潜り込む状態で当該リア部１４に下側から重ね合わされている。この状態で、これらの重ね合わせ部分が互いに接合されてサイド／リアパネル１０とセンタパネル２０とが一体化されることにより、上記リアパッケージトレイ３が構成されている。なお、一対のサイド部１２やリア部１４はそれぞれ分割して成形された後に溶接等で接合されて平面視コ字形に一体的にされているものでもよい。

　サイド／リアパネル１０は、鋼板から構成されており、センタパネル２０は、アルミニウム合金板から構成されている。これにより、リアパッケージトレイ３は、全体としての剛性を確保しつつ軽量化が図られた構造となっている。

　なお、鋼板とアルミニウム合金板からなる前記リアパッケージトレイ３は、サイド／リアパネル１０（鋼板）に比べてセンタパネル２０（アルミニウム合金）の熱膨張率が大きい（線膨張係数が大きい）ため、塗装焼付け工程などにおいてリアパッケージトレイ３が加熱されると、サイド／リアパネル１０とセンタパネル２０との接合部分、特に、熱膨張率の大きいセンタパネル２０側に歪みが生じることが考えられる。そこで、このリアパッケージトレイ３では、前記リアパッケージトレイ３のうち、サイド／リアパネル１０のリア部１４とセンタパネル２０の後端部２４との接合部分Ｐ（図中に一点鎖線で示す領域）に、以下のような接合構造が採用されている。

　図３は、前記リアパッケージトレイ３のうち、サイド／リアパネル１０のリア部１４とセンタパネル２０の後端部２４との接合部分Ｐ（第１実施形態）を斜視図で示しており、図４（ａ）～（ｃ）は、当該接合部分Ｐの断面図を示している。なお、図３、４では、センタパネル２０の後端部２４が上側に位置する状態で前記接合部分Ｐを示している。

　同図に示すように、サイド／リアパネル１０のリア部１４は、下向き（図３、図４で下向き）に膨出して幅方向（本発明の第１方向に相当する）に延びる断面コ字形の膨出部１６と、この膨出部１６の前後方向（本発明の第２方向に相当する）両端に各々連続し、各々幅方向に延びる一対のフランジ部１８とを備えた断面ハット形の形状を有している。

　一方、センタパネル２０の後端部２４は、前後方向における前記リア部１４の膨出部１６と同位置に形成され、当該膨出部１６と反対向き（図３、図４では上向き）に膨出して幅方向に延びる断面コ字形の膨出部２６と、この膨出部２６の前後両側に位置し、各々幅方向に一定の間隔で並んで前後方向に延びる複数のビード部３０とを有している。各ビード部３０は、前記膨出部２６と同様に後端部２４に形成された上向きに膨出する断面コ字形の形状であるが、膨出部２６よりも膨出の程度（側壁の上下方向の寸法）が小さく、また膨出部２６よりも狭幅（すなわち側壁の間隔が狭い）である。

　サイド／リアパネル１０のリア部１４とセンタパネル２０の後端部２４とは、同図に示すように各膨出部１６、２６が互いに離反する方向に膨出するように重ね合わされ、これら両膨出部１６、２６により中空断面が形成されている。そしてこの状態で、膨出部１６、２６の前後両外側の位置であってかつ幅方向の複数の位置（図３中に×印で示す位置）で各フランジ部１８とセンタパネル２０とが互いに点接合されている。詳しくは、センタパネル２０の後端部２４の幅方向両端近傍の位置および各ビード部３０の間の位置で、各フランジ部１８とセンタパネル２０とが互いにスポット溶接により接合されている（以下、各スポット溶接の位置を点接合部と称す）。なお、当例では、リア部１４のフランジ部１８とセンタパネル２０とは、スポット溶接で接合されているが、その他の接合手段、リベット接合などのカシメ手段や摩擦撹拌接合などの手段により接合されていてもよい。

　このようなサイド／リアパネル１０のリア部１４とセンタパネル２０の後端部２４との接合構造によれば、各パネル１０、２０の膨出部１６、２６により接合部分Ｐが中空断面となるため曲げ剛性が効果的に高められる。また、リア部１４に比して熱膨張率が大きいセンタパネル２０の後端部２４に、上記のような膨出部２６が形成されていることで、塗装焼付け工程などにおいてリアパッケージトレイ３が加熱された場合でも、この膨出部２６により後端部２４の前後方向の熱膨張が吸収される。そのため、サイド／リアパネル１０とセンタパネル２０との熱膨張率の差により接合部分Ｐに前後方向の歪が発生することが抑制される。しかも、センタパネル２０の後端部２４のうち、互いに隣接する点接合部の間の位置にはビード部３０が存在するため、これらビード部３０により前記後端部２４の幅方向の熱膨張、つまり点接合部の並び方向における当該後端部２４の熱膨張が効果的に吸収される。そのため、幅方向についても、接合部分Ｐに歪が発生することが抑制される。従って、この接合構造によれば、サイド／リアパネル１０とセンタパネル２０との接合部分Ｐの曲げ剛性を高めながら、サイド／リアパネル１０とセンタパネル２０との熱膨張率の差に起因した接合部分Ｐの歪の発生を効果的に抑制することができる。

　図５は、サイド／リアパネル１０のリア部１４とセンタパネル２０の後端部２４との接合構造（接合部分Ｐ）の他の実施形態（第２実施形態）を斜視図で示しており、図６（ａ）～（ｃ）は、この接合部分Ｐを断面図で示している。

　同図に示すように、第２実施形態では、センタパネル２０の前記膨出部２６に、前後方向に延びる複数の溝部２６ａが形成されている。この点で、第２実施形態と第１実施形態とは構造が相違する。各溝部２６ａは、幅方向において前記ビード部３０に対応する位置に各々形成されており、その幅はビード部３０の幅と同等に設定されている。

　このような図５及び図６に示す第２実施形態の接合構造についても、基本的な構造は図３、図４に示した第１実施形態の接合構造とほぼ共通するため、後記ＣＡＥ解析結果にも示すように、第１実施形態と同様の作用効果、すなわち、サイド／リアパネル１０とセンタパネル２０との接合部分Ｐの曲げ剛性を高めながら、サイド／リアパネル１０とセンタパネル２０との熱膨張率の差に起因した接合部分Ｐの歪の発生を効果的に抑制するという作用効果を享受することができる。

　図７は、上述したサイド／リアパネル１０（リア部１４）とセンタパネル２０（後端部２４）との接合部分Ｐにおける熱歪みに関するＣＡＥ解析の結果を示している。すなわち、図７は、第１、第２実施形態の各接合構造が適用されたリアパッケージトレイ３と、後述する比較例に係る接合構造が適用されたリアパッケージトレイとについて、当該リアパッケージトレイを、ａ）想定される車内温度（８０°Ｃ）まで加熱した際の接合部分Ｐにおける上下方向の最大変位量（ｍｍ）、ｂ）塗装焼付け温度（１７０°Ｃ）まで加熱した後に常温（２０°Ｃ）まで自然冷却したときの接合部分Ｐにおける上下方向の残留最大変位量（ｍｍ）、および、ｃ）幅方向両端に位置する点接合部（スポット溶接部分）に生じる最大剪断荷重をそれぞれ解析した結果である。変位量は、接合部分Ｐの中央部を通る直線に沿った位置で解析した。また、最大剪断荷重は、塗装焼付け温度（１７０°Ｃ）で加熱した状態での荷重と、塗装焼付け温度（１７０°Ｃ）まで加熱した後に常温（２０°Ｃ）まで自然冷却したときの残留荷重の２種類について解析を行った。なお、同図中の「比較例」の接合構造は、図８に示す構造である。つまり、図１に示した第１実施形態の接合構造においてビード部３０を省略したものである。

　この解析結果に示すように、センタパネル２０（後端部２４）にビード部３０が形成されている実施形態１、２の接合構造では、ａ）～ｃ）の何れの結果についても、センタパネル２０にビード部３０が形成されていない「比較例」の接合構造に比べて数値が低い。この結果から、ビード部３０によってサイド／リアパネル１０とセンタパネル２０との熱膨張差による接合部分Ｐの歪み、具体的には、点接合部の並び方向（幅方向）における歪みが効果的に抑制されていることが考察できる。また、膨出部２６に溝部２６ａが形成された第２実施形態の接合構造によれば、膨出部２６に溝部２６ａが形成されていない第１実施形態の接合構造に比べて、ａ）～ｃ）の何れの結果についても数値が低く、従って、溝部２６ａが、点接合部の並び方向における歪みの抑制に寄与していることが考察できる。

　なお、上述したサイド／リアパネル１０（リア部１４）とセンタパネル２０（後端部２４）との接合構造は、本発明にかかる異種金属部材の接合構造の好ましい実施形態の例示であって、その具体的な構造は、本発明の要旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。

　例えば、上述した各実施形態では、センタパネル２０に形成されるビード部３０の形状は、何れも断面コ字形であるが、これらの形状は、断面円弧状や三角形状であってもよい。

　また、上述した各実施形態では、本発明の異種金属部材の接合構造がリアパッケージトレイ３に適用された例について説明したが、本発明の接合構造の適用は、リアパッケージトレイ３に限定されるものではなく、サイドドア、バックドア、ボンネット、トランクリッド等についても適用可能である。

　また、上記各実施形態１、２の接合構造では、サイド／リアパネル１０が鋼板から構成され、センタパネル２０がアルミニウム合金板から構成されているが、サイド／リアパネル１０とセンタパネル２０との金属材料の組み合わせはこれに限定されるものではない。例えばサイド／リアパネル１０が鋼板から構成される一方で、センタパネル２０が鋼板よりも熱膨張率の大きいマグネシウム合金板等であってもよい。この場合も、上記各実施形態１、２と同等の作用効果を奏することができる。

　以上説明した本発明をまとめると以下の通りである。

　本発明にかかる異種金属部材の接合構造は、金属板からなる第１部材と、前記金属板よりも熱膨張率の大きい金属板からなる第２部材と、を含み、前記第１部材および前記第２部材は、互いに重ね合わされて第１方向の複数の位置で点接合されており、前記第２部材は、互いに隣接する点接合部の間の位置に、前記第１方向と直交する第２方向に延びるビード部を有するものである。

　この接合構造によれば、点接合部の間の位置に形成された各ビード部が第２部材の第１方向の熱膨張を吸収することで、第１部材と第２部材との熱膨張率の差による当該第１部材と第２部材との接合部分の歪み、特に、点接合部の並び方向（第１方向）における第２部材の歪の発生が抑制される。

　上記の接合構造において、前記第１部材および前記第２部材は、互いに離反する方向に膨出して前記第１方向に延びる膨出部をそれぞれ有し、前記第２方向における当該膨出部の両側の位置において、それぞれ前記第１方向の前記複数の位置で互いに点接合されているのが好適である。

　この接合構造によれば、第１部材と第２部材との接合部分が中空断面となるため、当該接合部分の曲げ剛性が効果的に高められる。加えて、第２部材の膨出部が第２方向の熱膨張を吸収することで、当該第２方向についても、第１部材と第２部材との接合部分における歪みの発生が抑制される。

　この場合、前記第２部材の膨出部には、前記第１方向における各ビード部に対応する位置に、前記第２方向に延びる溝部がそれぞれ形成されているのが好適である。

　この接合構造によれば、第２部材の歪みの発生を抑制しつつ、第１部材と第２部材との上記接合体の曲げ剛性をより高度に高めることが可能となる。

　なお、より具体的な構成として、前記第１部材および前記第２部材は、互いに接合されることにより、車両のリアシート後方に配置されるリアパッケージトレイを構成するものであり、車幅方向を前記第１方向として、前記複数の位置で互いに点接合されているものである。

　この接合構造によれば、第１部材と第２部材との熱膨張率の差により、車両の製造過程、例えば塗装焼付け工程などにおいて、リアパッケージトレイに歪みが発生することを効果的に抑制することが可能となる。この場合、前記第１部材は、前記第２部材の上側に重ねられているのが好適である。

　なお、具体的な材料としては種々考えられるが、例えば前記１部材は鋼板からなり、前記第２部材はアルミ合金板からなるものが考えられる。つまり、アルミ合金板は鋼板よりも熱膨張率が大きいため、上記のような接合構造によれば、第１部材と第２部材との接合部分の歪みを抑制することが可能となる。

Claims

　金属板からなる第１部材と、前記金属板よりも熱膨張率の大きい金属板からなる第２部材と、を含み、
　前記第１部材および前記第２部材は、互いに重ね合わされて第１方向の複数の位置で点接合されており、
　前記第２部材は、互いに隣接する点接合部の間の位置に、前記第１方向と直交する第２方向に延びるビード部を有することを特徴とする異種金属部材の接合構造。
　請求項１に記載の異種金属部材の接合構造において、
　前記第１部材および前記第２部材は、互いに離反する方向に膨出して前記第１方向に延びる膨出部をそれぞれ有し、前記第２方向における当該膨出部の両側の位置において、それぞれ前記第１方向の前記複数の位置で互いに点接合されていることを特徴とする異種金属部材の接合構造。
　請求項２に記載の異種金属部材の接合構造において、
　前記第２部材の膨出部には、前記第１方向における各ビード部に対応する位置に、前記第２方向に延びる溝部がそれぞれ形成されていることを特徴とする異種金属部材の接合構造。
　請求項１乃至３の何れか一項に記載の異種金属部材の接合構造において、
　前記第１部材および前記第２部材は、互いに接合されることにより、車両のリアシート後方に配置されるリアパッケージトレイを構成するものであり、車幅方向を前記第１方向として、前記複数の位置で互いに点接合されていることを特徴とする異種金属部材の接合構造。
　請求項４に記載の異種金属部材の接合構造において、
　前記第１部材は、前記第２部材の上側に重ねられていることを特徴とする異種金属部材の接合構造。
　請求項１乃至５の何れか一項に記載の異種金属部材の接合構造において、
　前記１部材は鋼板からなり、前記第２部材はアルミ合金板からなることを特徴とする異種金属部材の接合構造。