WO2019243855A1 - 接合構造体及びその製造方法 - Google Patents

接合構造体及びその製造方法 Download PDF

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賢太郎 河野
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日産自動車株式会社
ルノー エス．ア．エス．
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Definitions

  • the present invention relates to a joined structure in which two members (hereinafter, also referred to as “different material members”) made of materials having different linear expansion coefficients are joined via an adhesive layer, and a method of manufacturing the same.
  • JP-A-2017-185911 discloses a technique related to the above-mentioned joint structure.
  • the adhesive layer is required to be thin from the viewpoint of securing the adhesive strength necessary for the joint structure, but the thinner the adhesive layer, the more the strain increases, and thus the more the crack is liable to occur.
  • An object of the present invention is to suppress the occurrence of cracks in the adhesive layer while increasing the adhesive strength in a bonded structure in which dissimilar material members are bonded via an adhesive layer.
  • One embodiment of the present invention is a bonding method in which the adhesive layer includes at least an end in one direction parallel to the plane direction and a center in the one direction, and the thickness at the end is larger than the thickness at the center. It is a structure.
  • the occurrence of cracks in the adhesive layer can be suppressed while increasing the adhesive strength.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the joint structure according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a graph showing a preferable range of the lower limit of the thickness of the adhesive layer.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for manufacturing a joint structure.
  • FIG. 4A is a diagram illustrating a crack generation mechanism of an adhesive layer according to a comparative example.
  • FIG. 4B is a diagram following FIG. 4A.
  • FIG. 5 is a cross-sectional view of a joint structure according to the second embodiment.
  • FIG. 6 is a sectional view of a joint structure according to the third embodiment.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view of a joint structure according to the fourth embodiment.
  • FIG. 1 is a cross-sectional view of the joint structure according to the first embodiment.
  • FIG. 2 is a graph showing a preferable range of the lower limit of the thickness of the adhesive layer.
  • FIG. 3 is a flowchart illustrating a method for manufacturing
  • FIG. 8A is a perspective view of a center pillar according to the fifth embodiment.
  • FIG. 8B is a sectional view taken along line S 1 -S 1 of FIG. 8A.
  • FIG. 9 is a perspective view of the hood according to the sixth embodiment as viewed from below.
  • the joint structure B ⁇ b> 1 includes a first member 1 (hereinafter, member 1), a second member 2 (hereinafter, member 2), and a member 1 and member 2. And an adhesive layer 3 interposed therebetween and joining them.
  • the member 1 and the member 2 are formed of materials having mutually different linear expansion coefficients.
  • the member 1 is a plate-shaped member made of carbon fiber reinforced plastic.
  • the carbon fiber which is a reinforcing fiber, is made of a continuous fiber, and may have, for example, a laminated structure in which reinforcing fibers aligned in one direction are laminated at different angles or a woven fabric.
  • the carbon fiber for example, polyacrylonitrile (PAN-based), pitch-based, cellulose-based, vapor-grown carbon fiber of hydrocarbon, graphite fiber, and the like can be used. These fibers may be used in combination of two or more kinds.
  • the carbon fibers may include short fibers.
  • As the matrix resin a known thermosetting resin or thermoplastic resin can be used.
  • Specific examples include an epoxy resin, a phenol resin, an unsaturated polyester resin, a vinyl ester resin, a polyimide resin, a polycarbonate resin, a polyamide resin, and a polyphenylene sulfide (PPS) resin.
  • an epoxy resin a phenol resin, an unsaturated polyester resin, a vinyl ester resin, a polyimide resin, a polycarbonate resin, a polyamide resin, and a polyphenylene sulfide (PPS) resin.
  • PPS polyphenylene sulfide
  • the member 2 is a plate-shaped member made of a steel plate.
  • the materials of the members 1 and 2 are not limited to the combination of the present embodiment as long as the materials have different linear expansion coefficients.
  • the materials of the two materials selected from various metal materials, fiber-reinforced plastics, and other composite materials are not limited to the above. Combinations other than the embodiment may be used.
  • candidates for the metal material include steel, copper, and aluminum alloy.
  • the fiber reinforced plastic candidates include, for example, those composed of reinforcing fibers such as carbon fiber, glass fiber, polyaramid fiber, alumina fiber, silicon carbide fiber, boron fiber, and silicon carbide fiber, and the above matrix resin. .
  • the shape of the members 1 and 2 is not limited to a plate shape, and may be a rod shape, a cylindrical shape, a column shape, a cone shape, a block shape, a curved shape, a bent shape, a complicated shape including any two or more of these. .
  • the member 1 has a first bonding surface 4 (hereinafter, bonding surface 4).
  • the member 2 has a second bonding surface 5 (hereinafter, bonding surface 5).
  • the bonding surface 5 is arranged to face the bonding surface 4 with the adhesive layer 3 interposed therebetween.
  • the bonding surface 4 is a region of the surface of the member 1 which is in direct contact with the adhesive layer 3
  • the bonding surface 5 is a region of the surface of the member 2 which is in direct contact with the adhesive layer 3.
  • the adhesive layer 3 is a layer made of the adhesive Ad.
  • the adhesive Ad is not particularly limited, and for example, a known adhesive such as an acrylic adhesive, an epoxy adhesive, a urethane adhesive, a silicone adhesive, or a modified silicone adhesive can be used.
  • the adhesive Ad may be any of a room temperature curing type and a heat curing type, and may be a one-part type or a two-part type.
  • the adhesive layer 3 extends in a direction substantially parallel to the bonding surfaces 4 and 5, specifically, in a direction along a virtual plane V equidistant from the bonding surfaces 4 and 5, in the plane direction XY ( Hereinafter, also referred to as XY directions).
  • the thickness direction Z (hereinafter, Z direction) of the adhesive layer 3 is a direction orthogonal to the virtual plane V.
  • the adhesive layer 3 has a longitudinal direction X (hereinafter, X direction) in one direction parallel to the plane direction XY.
  • the one direction parallel to the plane direction XY is a direction parallel to one coordinate axis of the orthogonal coordinates taken on the virtual plane V.
  • the adhesive layer 3 has a short direction Y (hereinafter, Y direction) in a direction orthogonal to the X direction.
  • the adhesive layer 3 is in contact with the adhesive surface 4 on one side in the Z direction (upper side in FIG. 1), and is in contact with the adhesive surface 5 on the other side in the Z direction (lower side in FIG. 1).
  • the adhesive layer 3 includes a pair of ends 3a located on both outer sides in the X direction, and a central portion 3b located between the ends 3a.
  • the central portion 3b is located at a position that bisects the length of the adhesive layer 3 in the X direction.
  • the thickness of the adhesive layer 3 is smallest at the center 3b, increases from the center 3b toward the outside in the X direction, and is largest at the pair of ends 3a. That is, the dimension in the Z direction of the gap between the bonding surface 4 and the bonding surface 5 is smallest at a position where the bonding surface 4 and the bonding surface 5 are in contact with the central portion 3b, and increases from the position outward in the X direction. , At the position where the bonding surface 4 and the bonding surface 5 are in contact with the end 3a.
  • the bonding surface 5 may be composed of one flat surface 5a as shown in FIG.
  • the bonding surface 4 may be composed of two flat inclined surfaces 4a.
  • each inclined surface 4a is arranged to be inclined with respect to the bonding surface 5 so as to be separated from the bonding surface 5 toward the outside in the X direction.
  • the intersection line 4b of the two inclined surfaces 4a is in contact with the central portion 3b of the adhesive layer 3.
  • the shape of each of the bonding surfaces 4 and 5 can be provided by press molding, machining, or the like.
  • the thickness at the end 3a of the adhesive layer 3 is larger than the thickness at the center 3b. For this reason, while reducing the thickness of the central portion 3b to increase the adhesive strength, it is possible to reduce the shear strain at the end portions 3a and suppress the occurrence of cracks in the adhesive layer 3.
  • the shear strain of the adhesive layer 3 tends to be distributed so as to increase from the central portion 3b toward the outside in the X direction.
  • the shear strain of the adhesive layer 3 is reduced in the X direction. Can be more uniformly distributed.
  • the thickness of the adhesive layer 3 increases with a constant inclination (in a straight line in cross section) from the central portion 3b toward the outside in the X direction, so that the shear strain distribution becomes even more uniform.
  • the shear strain of the adhesive layer 3 tends to be largest at the end 3a in the X direction (longitudinal direction) among the ends outside the XY direction.
  • the joint structure B1 since the thickness of the end portions 3a located on both outer sides in the X direction is larger than the thickness of the central portion 3b, the maximum value of the shear strain is more reliably reduced, and the crack of the adhesive layer 3 is reduced. Can be more reliably suppressed.
  • the lower limit value of the thickness of the adhesive layer 3 is set within the range represented by the following equation (1) (the shaded area in FIG. 2).
  • the shear strain occurring in the adhesive Ad adhesive layer 3 it is possible to suppress to less than the shear breaking strain tau B, it is possible to more reliably suppress the generation of cracks in the adhesive layer 3.
  • x position in the X direction when the center 3b is the origin
  • t thickness of the adhesive layer 3
  • ⁇ 1 linear expansion coefficient of the material of the member 1
  • ⁇ 2 linear expansion of the material of the member 2
  • ⁇ T Temperature change amount of joint structure B1 (members 1 and 2)
  • the joint structure B1 can exhibit excellent adhesive strength against the temperature change of the surrounding environment and an effect of preventing the crack of the adhesive layer 3, the baking process of the electrodeposition coating, etc. It is suitable as a member to be subjected to a process involving a relatively large temperature change. According to the electrodeposited joint structure B1, cracks due to thermal expansion or thermal shrinkage in the baking process are suppressed, and a product having improved corrosion resistance and strength reliability can be obtained.
  • the method includes an adhesive application step S1, a temporary fixing step S2, an electrodeposition coating step S3, and a joining step S4.
  • the method may include an intermediate coating step, an overcoating step, etc. after the bonding step S4, and may include a step of degreasing and washing the bonding surfaces 4, 5 before the adhesive applying step S1.
  • an adhesive Ad is applied to one or both of the bonding surfaces 4 and 5.
  • the adhesive Ad used in the present method is a heat-curable adhesive whose curing is accelerated by heat.
  • the curing temperature is equivalent to the baking temperature of a coating film formed by electrodeposition coating.
  • the member 1 and the member 2 to which the adhesive has been applied are overlapped via the uncured adhesive layer 3 and temporarily fixed using a temporary fixing jig.
  • the Z-direction dimension of the gap between the bonding surfaces 4 and 5 is the smallest at the position where the bonding surfaces 4 and 5 are in contact with the central portion 3b, and the bonding surfaces 4 and 5 are at the end portions.
  • the positioning is performed by positioning the member 1 and the member 2 so as to be the largest at the position in contact with 3a.
  • the temporarily fixed members 1 and 2 are subjected to electrodeposition coating. Specifically, an electrodeposition liquid in which an electrodeposition paint is dissolved or dispersed in water is stored in an electrodeposition tank, and the members 1 and 2 temporarily fixed are immersed in the electrodeposition liquid. Then, by applying a DC voltage between the members 1 and 2 and the in-layer electrodes, the electrodeposition paint present as ions in the electrodeposition liquid is electrically deposited on the surfaces of the members 1 and 2 and applied. Form a film.
  • the members 1 and 2 coated with electrodeposition are heated by a heating device, and the adhesive layer 3 is cured while baking the coated film formed by electrodeposition coating on the members 1 and 2 and the members 1 and 2 are bonded together.
  • the member 2 is joined.
  • the heating conditions are not particularly limited, but the heating temperature is about 180 ° C. and the heating time is about 20 minutes.
  • the thickness of the heated and cured adhesive layer 3 is greater at both ends 3a in the X direction than at the center 3b of the adhesive layer 3 in the X direction.
  • FIGS. 4A and 4B are diagrams illustrating a mechanism in which a crack occurs in the adhesive layer 300 in the joint structure Bc according to the comparative example.
  • the thickness of the adhesive layer 300 is constant in the X direction.
  • FIG. 4A illustrates a cross-sectional shape when the bonding structure Bc is heated and the adhesive layer 300 is cured (an initial stage after the completion of curing and the start of cooling).
  • FIG. 4B shows a cross-sectional shape after the joining structure Bc has been cooled from the state of FIG. 4A to room temperature.
  • the adhesive layer 300 is cured in a state in which the length in the X direction of the member 200 is larger than the length of the member 100 in the trapezoidal shape due to the difference in the amount of thermal expansion between the member 100 and the member 200. Thereafter, when the joint structure Bc is cooled to room temperature, the difference in the amount of thermal contraction between the member 100 and the member 200 causes the X-direction length of the member 200 to be substantially equal to the X-direction length of the member 100. Deform. This deformation causes a shear strain in the adhesive layer 300.
  • the shear strain is likely to be large at the end 300a on the outer side in the X direction of the adhesive layer 300, and when this exceeds the shear breaking strain of the adhesive Ad, a crack C may be generated in the adhesive layer 300 as shown in FIG. 4B. .
  • the thickness of the adhesive layer 3 cured by heating is set to be larger at the end 3a than at the center 3b. For this reason, it is possible to reduce the thickness of the central portion 3b to increase the adhesive strength, reduce the shear strain of the end portion 3a generated in the cooling process after curing, and suppress the generation of cracks in the adhesive layer 3. it can.
  • the heat-curable adhesive Ad having a curing temperature equivalent to the baking temperature of the coating film is used, the baking of the coating film and the curing of the adhesive Ad are performed one time. It can be performed simultaneously by heating twice. Thus, the electrodeposited joint structure B1 can be manufactured with high productivity.
  • ⁇ Second embodiment> In the second embodiment, as shown in FIG. 5, the adhesive layer 3, and the central region R 1, and a pair of outer edge region R 2. Central region R 1 includes a central portion 3b. A pair of outer edge region R 2 are each, extending in the X-direction outwardly from the central region R 1 in the X direction both the outer boundary portion 3c, and includes an end portion 3a.
  • Central region thickness of R 1 in the adhesive layer 3 is constant in the X direction.
  • the thickness of each outer edge region R 2 is minimum at the boundary portion 3c of the central region R 1 and the outer edge region R 2, increases toward the X direction outside from the boundary portion 3c, the largest at the end 3a. That, Z dimension of the gap between the bonding surface 5 and the adhesive surface 4 is constant within a range where the adhesive surfaces 4, 5 are in contact with the central region R 1.
  • the dimension of the gap in the Z direction is smallest at the position where the bonding surfaces 4 and 5 are in contact with the boundary 3c, and increases from the position toward the outside in the X direction, and the position where the bonding surfaces 4 and 5 are in contact with the end 3a. The largest.
  • the bonding surface 5 may be constituted by one flat surface 5a as shown in FIG.
  • the bonding surface 4 may include one flat surface 4c parallel to the bonding surface 5 and two flat inclined surfaces 4d.
  • each inclined surface 4d is arranged to be inclined with respect to the bonding surface 5 so as to be separated from the bonding surface 5 as going outward in the X direction.
  • Flat surface 4c is in contact with the central region R 1 of the adhesive layer 3, the two inclined surfaces 4d are respectively in contact with the outer edge region R 2.
  • An intersection line 4e between each inclined surface 4d and the flat surface 4c contacts a boundary 3c of the adhesive layer 3.
  • connection structure B2 of the present embodiment since the thickness of the adhesive layer 3 in the central region R 1 is constant in the X direction, the optimum thickness of the adhesive layer 3 in advance wider range of the central region R 1 And the adhesive strength can be improved.
  • the thickness of the adhesive layer 3 is, to increase toward the X direction outside from the boundary portion 3c, it is possible to shear strain at the outer edge region R 2 is uniformly distributed by the X-direction .
  • the lower limit of the thickness of the adhesive layer 3 in the outer edge region R 2 is preferably in the range represented by the above formula (1). Thereby, the same operation and effect as the operation and effect described in the above [4] can be obtained.
  • Central region R 1 includes a central portion 3b.
  • a pair of intermediate regions R 3 are each, extending in the X direction both the outer boundary portion 3c of the central region R 1 in the X direction outside.
  • a pair of outer edge region R 2 are each, extending in the X direction outward from the pair of intermediate regions R 3 in the X-direction outer sides of the boundary portion 3d, and includes an end portion 3a.
  • Central region R 1 and the thickness of the pair of outer region R 2 of the adhesive layer 3 is constant in the X-direction, respectively.
  • the thickness of each intermediate region R 3 is smallest at the boundary 3 c between the central region R 1 and the intermediate region R 3, and increases from the boundary 3 c toward the outside in the X direction, and the intermediate region R 3 and the outer edge region R 2 Is largest at the boundary 3d. That, Z dimension of the gap between the bonding surface 5 and the adhesive surface 4 is constant, respectively within the adhesive surfaces 4, 5 are in contact with the central region R 1 and a pair of outer edge region R 2.
  • the dimension of the gap in the Z direction is the smallest at the position where the bonding surfaces 4 and 5 are in contact with the boundary 3c, and increases from the position toward the outside in the X direction, and the position where the bonding surfaces 4 and 5 are in contact with the boundary 3d. The largest.
  • the bonding surface 5 may be composed of one flat surface 5a.
  • the bonding surface 4 may be composed of three flat surfaces 4c and 4g parallel to the bonding surface 5 and two flat inclined surfaces 4f.
  • each inclined surface 4f is arranged to be inclined with respect to the bonding surface 5 so as to be separated from the bonding surface 5 as going outward in the X direction.
  • Three flat surfaces 4c, 4g is in contact respectively in the central region R 1 and a pair of outer edge region R 2 of the adhesive layer 3, the two inclined surfaces 4f are each in contact with the intermediate region R 3 of the adhesive layer 3.
  • the flat surface 4c in contact with the central region R 1 the line of intersection 4h of the respective inclined surfaces 4f is in contact with the boundary portion 3c of the adhesive layer 3.
  • the flat surface 4g in contact with the outer edge region R 2 the intersection line 4i between the inclined surfaces 4f is in contact with the boundary portion 3d of the adhesive layer 3.
  • connection structure B3 of the present embodiment since the thickness of the adhesive layer 3 from the boundary portion 3c toward the boundary portion 3d is increased toward the X-direction outer side, more evenly distribute the shear strain in the intermediate region R 3 Can be done. Further, in this embodiment, between bonding surfaces 4 and 5 in contact with the outer edge region R 2 of the adhesive layer 3 (flat surface 4g, 5a each other) are parallel. Therefore, the gap management (the thickness management of the adhesive layer 3) between the members 1 and 2 in the assembling process is facilitated, and the dimensional accuracy of the joint structure B3, the reliability of the adhesive strength, etc. are improved.
  • the thickness lower limit of the adhesive layer 3 in the intermediate region R 3 and the outer edge region R 2 is preferably in the range represented by the above formula (1). Thereby, the same operation and effect as the operation and effect described in the above [4] can be obtained.
  • the second and third embodiments have the same configuration as the configuration of the first embodiment in addition to the above, the same operation and effect as those described in the above [1], [3] and [5] The effect can be obtained.
  • the method of manufacturing the joint structures B2 and B3 coated with electrodeposition and the effects thereof are the same as the method of manufacturing the joined structure B1 coated with electrodeposition and the effects [6] and [7]. Therefore, the description is omitted.
  • the thickness of the end 3a shown in FIGS. 1, 5 and 6 is equal on both sides in the X direction, but the thickness of the end 3a is different on both sides in the X direction.
  • You may. 1, 5, and 6 each have a substantially line-symmetric cross-sectional shape around a straight line (not shown) perpendicular to the plane direction XY passing through the central portion 3b.
  • the configuration shown may be provided only on one side of the shaft (only the right side or the left side in the figure). In this case, the function and effect of each of the above embodiments can be obtained on the side having the illustrated configuration.
  • the thickness of the adhesive layer 3 on the side opposite to the side having the illustrated configuration may be constant in the X direction.
  • the central portion 3b of the adhesive layer 3 is set at a position that bisects the length of the adhesive layer 3 in the X direction, but the position of the central portion 3b is It is not limited to this.
  • the central portion 3b may be shifted in the plane direction XY from the bisected position.
  • the shear strain the shear stress acting on the bonding surfaces 4 and 5 due to the difference in the amount of thermal expansion or contraction between the members 1 and 2 is considered.
  • the thickness of the adhesive layer 3 is changed in the X direction (longitudinal direction) (thickness distribution is given), but the thickness is changed in a direction other than the X direction such as the Y direction.
  • the thickness may be varied.
  • the thickness may be changed in a radial direction from the center in the surface direction of the adhesive layer 3 to the outer peripheral end.
  • the thickness of the adhesive layer 3 is set to be the smallest at the center in the surface direction, increased from the center in the surface direction toward the outer peripheral edge, and largest at the outer peripheral edge. May be.
  • the adhesive layer 3 is divided into an outer peripheral area and a central area in the surface direction, and the thickness of the adhesive layer 3 in the central area in the surface direction is made constant in the area, The thickness of the adhesive layer 3 in the outer peripheral region may be set so as to increase toward the outer peripheral end.
  • the adhesive layer 3 is divided into an outer peripheral area, a central area in the surface direction, and an annular intermediate area interposed therebetween, and the thickness of the adhesive layer 3 in the annular intermediate area is determined. May be set so as to increase toward the outer peripheral end side.
  • ⁇ Fourth embodiment> In the joint structure, movement (relative displacement) of the bonding surface 5 in the plane direction XY with respect to the bonding surface 4 may be restricted at a specific position in the plane direction XY of the adhesive layer 3. For example, as shown in FIG. 7, when the convex portion 7 formed on the member 2 is engaged with the concave portion 6 formed on the member 1, the members 1 and 2 are fixed to each other by a fixture (not shown). In some cases, the bonding surfaces 4 and 5 have a surface shape that mechanically interferes with each other.
  • this specific position is referred to as a reference point P in the plane direction XY.
  • the relative position in the plane direction XY is determined by the thermal expansion of the members 1 and 2.
  • the plane direction position of the intersection Pa is the reference point P.
  • the thickness of the adhesive layer 3 at the end 3a farthest in the plane direction XY from the reference point P is larger than the thickness of the adhesive layer 3 at the reference point P.
  • the thickness of the adhesive layer 3 is smallest at the reference point P, increases toward the outside in the XY direction from the reference point P, and is largest at the end 3a. large. That is, the dimension in the Z direction of the gap between the bonding surface 4 and the bonding surface 5 is smallest at a position where the bonding surface 4 and the bonding surface 5 are in contact with the reference point P, and increases toward the outside in the XY direction from the reference point P. However, it is largest at a position where the bonding surfaces 4 and 5 are in contact with the end 3a.
  • the bonding surface 5 may be formed of one flat surface 5a, and the bonding surface 4 is formed of one flat inclined surface 4j, as shown in FIG. You may.
  • the inclined surface 4j is inclined with respect to the bonding surface 5 so as to be separated from the bonding surface 5 as going outward in the XY direction.
  • the thickness at the end 3a of the adhesive layer 3 is larger than the thickness at the reference point P. For this reason, while reducing the thickness of the adhesive layer 3 near the reference point P to increase the bonding strength of the joint structure B4, the shear strain at the end 3a is reduced and the generation of cracks in the adhesive layer 3 is suppressed. can do.
  • the thickness of the adhesive layer 3 increases from the reference point P toward the outside in the XY direction. Therefore, in the region outside the reference point P in the XY direction, the shear strain is reduced in the plane direction XY. It can be evenly distributed.
  • the thickness of the adhesive layer 3 increases at a constant inclination (in a straight line in cross section) from the reference point P toward the outside in the XY direction, so that the shear strain distribution becomes more uniform.
  • the shear strain of the adhesive layer 3 tends to be largest at the end 3a farthest from the reference point P in the plane direction XY.
  • the joint structure B4 since the thickness of the end 3a farthest from the reference point P in the plane direction XY is larger than the thickness of the reference point P, the maximum value of the shear strain is more reliably reduced, and the adhesive Generation of cracks in the layer 3 can be suppressed more reliably.
  • the lower limit of the thickness of the adhesive layer 3 in the area outside the reference point P in the XY direction is set to a value that satisfies the expression (1) when the XY distance from the reference point P is substituted as the variable x. Is preferred. Thereby, the same operation and effect as the operation and effect described in the above [4] can be obtained.
  • the joint structure B4 can exhibit excellent adhesive strength against a temperature change in the surrounding environment and an effect of preventing the adhesive layer 3 from cracking, the same effect as described in the above [5] is obtained.
  • the operation and effect of the present invention can be obtained.
  • the method of manufacturing the joined structure B4 subjected to the electrodeposition coating includes an adhesive application step S1, a temporary fixing step S2, an electrodeposition coating step S3, as in the method of manufacturing the joined structures B1 to B3 described above. Bonding step S4.
  • the dimension in the Z direction of the gap between the bonding surface 4 and the bonding surface 5 is the smallest at the position where the bonding surfaces 4 and 5 are in contact with the reference point P, and the bonding surfaces 4 and 5 are at the end portions.
  • the member 1 and the member 2 are positioned and temporarily fixed so as to be the largest at the position in contact with 3a.
  • the thickness of the heated and cured adhesive layer 3 is smallest at the reference point P, increases from the reference point P toward the outside in the XY direction, and is greatest at the end 3a.
  • the other steps are the same as those in the above-described method for manufacturing the joint structures B1 to B3, and thus description thereof is omitted.
  • the thickness of the adhesive layer 3 cured by heating is set to be larger at the end 3a than at the reference point P. For this reason, while reducing the thickness of the adhesive layer 3 near the reference point P to increase the bonding strength, the shear strain of the end 3a generated in the cooling process after curing is reduced, and the crack of the adhesive layer 3 is reduced. Generation can be suppressed. Further, according to this method, since the heat-curable adhesive Ad is used, the baking of the coating film and the curing of the adhesive Ad can be simultaneously performed by one heating, and the bonding by electrodeposition coating can be performed. The structure B4 can be manufactured with high productivity.
  • the center pillar 8 extends in the vehicle vertical direction at the center of the body side panel in the vehicle longitudinal direction.
  • the center pillar 8 has a hollow closed cross-sectional structure, and includes a pillar inner 9 and a pillar outer 10 joined to the pillar inner 9.
  • the pillar outer 10 extends in the vehicle up-down direction outside the pillar inner 9 in the vehicle width direction, and forms an outer portion of the center pillar 8 in the vehicle width direction.
  • the pillar outer 10 is a joint structure B5 of the present embodiment, and includes an inner panel 11 made of carbon fiber reinforced plastic, an outer panel 12 made of a steel plate, and an adhesive layer 3 interposed therebetween and joining them. It has.
  • the outer panel 12 has a hat-shaped cross section as shown in FIG. 8B. Specifically, the outer panel 12 includes a vertical wall portion 12a, a front wall portion 12b and a rear wall portion 12c extending inward in the vehicle width direction from the front end and the rear end of the vertical wall portion 12a, respectively, And a front flange 12d and a rear flange 12e extending rearward.
  • the inner panel 11 extends along the front wall portion 12b, the vertical wall portion 12a, and the rear wall portion 12c of the outer panel 12 in a cross section, and is bonded to the inner surface of the closed panel with an adhesive Ad.
  • the inner panel 11 extends in the vehicle vertical direction over a range of about / of the entire length of the center pillar 8.
  • the pillar outer 10 has a configuration similar to the configuration illustrated in FIG. 5 in a longitudinal direction or a cross section along the X direction of the adhesive layer 3 (S 2 -S 2 cross section in FIG. 8B).
  • the member 1 corresponds to the inner panel 11
  • the member 2 corresponds to the outer panel 12
  • the X direction corresponds to the extending direction of the pillar outer 10, respectively.
  • the specific configurations of the adhesive surface of the inner panel 11, the adhesive surface of the outer panel 12, and the adhesive layer 3 are the same as those of the adhesive surface 4, the adhesive surface 5, and the adhesive layer 3 according to the second embodiment. Is omitted.
  • the cross section perpendicular to the longitudinal direction or in the X direction perpendicular (Y-direction parallel to) a cross section of the adhesive layer 3, the adhesive layer 3, a pillar outer 10 is, as shown in FIG. 8B, the central region R 1, and a pair of outer edge region R 2.
  • Central region R 1 is in contact with the vertical wall 12a of the outer panel 12, a pair of outer edge region R 2 are each in contact with the front wall portion 12b and the rear wall portion 12c.
  • Central region R 1 includes a central portion 3b, a pair of outer edge region R 2 are each, extending in the Y-direction outwardly from the central region R 1 in the Y direction both outer boundary portion 3c, and includes an end portion 3a.
  • Central region thickness of R 1 in the adhesive layer 3 is constant in the Y direction.
  • the thickness of the adhesive layer 3 in each of the outer edge region R 2 is minimum at the boundary portion 3c of the central region R 1 and the outer edge region R 2, increases toward the boundary portion 3c in the Y-direction outer side, a pair of end portions 3a is largest.
  • the adhesive layer 3 since the adhesive layer 3 has the same configuration as the second embodiment in both the X direction and the Y direction, at least the second embodiment The same operation and effect as described above can be obtained.
  • the structure of the first, third, or fourth embodiment can be applied to the joint structure between the inner panel 11 and the outer panel 12.
  • the hood 13 according to the sixth embodiment constitutes the upper surface of the front part of the vehicle body and covers the upper part of the engine room.
  • the hood 13 includes a hood outer panel 15 made of a steel plate, a hood inner panel 14 made of a carbon fiber reinforced plastic, and an adhesive layer 3 interposed therebetween and joining them. I have.
  • the hood inner panel 14 is attached to the lower surface of the hood outer panel 15 with an adhesive Ad.
  • Fig. 5 Has the same configuration as the configuration shown in FIG.
  • the member 1 in FIG. 5 is the hood inner panel 14, the member 2 is the hood outer panel 15, the X direction is one of the vehicle longitudinal direction and the vehicle width direction, and the Y direction is the vehicle longitudinal direction and the vehicle width direction.
  • the specific configurations of the adhesive surface of the hood inner panel 14, the adhesive surface of the hood outer panel 15, and the adhesive layer are the same as the configurations of the adhesive surface 4, the adhesive surface 5, and the adhesive layer 3 according to the second embodiment. Therefore, the description is omitted.
  • the adhesive layer 3 has the same configuration as that of the second embodiment in both the X direction and the Y direction. Similar functions and effects can be obtained.
  • the configuration of the first, third, or fourth embodiment can be applied to the joint structure between the hood inner panel 14 and the hood outer panel 15.
  • structure of the hood 13 in a cross section along the vehicle longitudinal direction (S 3 -S 3 section) and the vehicle width direction along the cross section (S 4 -S 4 section) is 1, 6 or 7
  • the configuration is similar to that shown.
  • the inclined surfaces 4a, 4d, 4f, and 4j are formed only on the bonding surface 4 side. However, these may be provided only on the bonding surface 5 side. , 5 may be provided. Further, the bonding surfaces 4 and 5 have been composed of a combination of flat surfaces (flat surfaces 4c and 4g, inclined surfaces 4a, 4d, 4f and 4j), but have broken surfaces, curved surfaces, and flat surfaces. It may be composed of a combination or the like. Furthermore, some configurations of the bonding surfaces 4 and 5 of the first to fourth embodiments may be combined in the surface direction.
  • the adhesive Ad is arranged continuously without any gap in the plane direction XY, but the adhesive Ad is striped (band-like, They may be arranged discontinuously in the plane direction XY so as to form a line or the like or a point. Further, in a range not less than the bond strength required, for example, the central portion 3b, the central portion 3b near a central region R 1, the adhesive layer 3 of the partial region, such as the intermediate region R 3 may be omitted. Thereby, the usage amount of the adhesive Ad can be saved.
  • the joint structures B1 to B6 may include a third member joined to one of the members 1 and 2 via the adhesive layer 3.
  • the third member may be formed from a material having a coefficient of linear expansion different from any of the materials of the members 1 and 2.
  • an adhesive surface substantially parallel to the adhesive layer 3 is provided on one of the members 1 and 2, and the adhesive layer of the above-described embodiment and the like is provided between the adhesive surface and the adhesive surface of the third member. It is preferable to provide the same adhesive layer as in No. 3.
  • the same operation and effect as in the above-described embodiment can be obtained also at the joint with the third member.
  • the joint structure according to the present invention can be used, for example, as a component of a vehicle such as an automobile such as a hood, a floor panel, a door panel, a bumper, a trunk lid, a rear gate, a fender panel, a side body panel, and a roof panel.
  • a vehicle such as an automobile
  • the joint structure according to the present invention can be used as a component of a transport machine such as an aircraft, a ship, a railroad vehicle, a household electric appliance, a power generation facility, a production machine, a housing machine, furniture, a leisure article, and the like.
  • B1 to B6 Joint structure 1, 2 First member, 2nd member (2 members) 3 Adhesive layer 3a End 3b Central 3c Boundary 3d Boundary R 1 Central area R 2 Outer edge area R 3 Middle area P Reference point L Straight line Pa Intersection

Landscapes

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Abstract

本発明が解決しようとする課題は、異種材料部材を接着剤層を介して接合した接合構造体において、接着強度を高めつつ接着剤層の亀裂の発生を抑制ることである。本発明の接合構造体は、線膨張係数が異なる材料からなる2つの部材（1，2）と前記2つの部材（1，2）間に介在して、それらを接合している接着剤層（3）と、を備え、前記接着剤層（3）は、その面方向に平行な一方向における端部（3a）と、前記一方向における中央部（3b）と、を少なくとも備えており、前記端部（3a）における厚さが、前記中央部（3b) における厚さより大きい、接合構造体である。

Description

接合構造体及びその製造方法
　本発明は、互いに線膨張係数が異なる材料からなる２つの部材（以下「異種材料部材」とも称する）を接着剤層を介して接合した接合構造体、及びその製造方法に関する。
　特開２０１７−１８５９１１号は、上記接合構造体に関連する技術を開示している。
　ところで、異種材料部材を接着剤層を介して接合した接合構造体では、例えば周囲環境の温度が変化すると、異種材料部材間の熱膨張量または熱収縮量の差によって、接着剤層にひずみが発生する。接着剤層は、接合構造体に必要な接着強度を確保する観点からは、薄く形成することが要求されるが、薄くするほど上記ひずみが増大するため、亀裂が生じやすくなるという問題がある。
　本発明の目的は、異種材料部材を接着剤層を介して接合した接合構造体において、接着強度を高めつつ接着剤層の亀裂の発生を抑制することにある。
　本発明の一態様は、接着剤層が、その面方向に平行な一方向における端部と、該一方向における中央部とを少なくとも備え、端部における厚さが、中央部における厚さより大きい接合構造体である。
　上記接合構造体によれば、接着強度を高めつつ、接着剤層の亀裂の発生を抑制することができる。
図１は、第１実施形態にかかる接合構造体の断面図である。 図２は、接着剤層の厚さ下限値の好適な範囲を示すグラフである。 図３は、接合構造体の製造方法を示すフローチャートである。 図４Ａは、比較例にかかる接着剤層の亀裂発生機構を説明する図である。 図４Ｂは、図４Ａに続く図である。 図５は、第２実施形態にかかる接合構造体の断面図である。 図６は、第３実施形態にかかる接合構造体の断面図である。 図７は、第４実施形態にかかる接合構造体の断面図である。 図８Ａは、第５実施形態にかかるセンターピラーの斜視図である。 図８Ｂは、図８ＡのＳ１−Ｓ１断面図である。 図９は、第６実施形態にかかるフードの下方からみた斜視図である。
　以下、いくつかの実施形態にかかる接合構造体について、図面を参照して説明する。
＜第１実施形態＞
　第１実施形態にかかる接合構造体Ｂ１は、図１に示すように、第１部材１（以下、部材１）と、第２部材２（以下、部材２）と、部材１と部材２との間に介在してそれらを接合する接着剤層３とを備えている。部材１と部材２とは、互いに線膨張係数が異なる材料から形成されている。
　部材１は、炭素繊維強化プラスチック製の板状の部材である。強化繊維である炭素繊維は、連続繊維からなり、例えば、一方向に引き揃えた強化繊維を角度を変えて積層した積層構造、或いは織物の形態を有し得る。炭素繊維は、例えば、ポリアクリロニトリル（ＰＡＮ系）、ピッチ系、セルロース系、炭化水素による気相成長系炭素繊維、黒鉛繊維などを用いることができる。これらの繊維を２種類以上組み合わせて用いてもよい。炭素繊維は、短繊維を含んでもよい。マトリックス樹脂としては、公知の熱硬化性樹脂や熱可塑性樹脂を用いることができる。具体的には、例えば、エポキシ樹脂、フェノール樹脂、不飽和ポリエステル樹脂、ビニルエステル樹脂、ポリイミド樹脂、ポリカーボネート樹脂、ポリアミド樹脂、ポリフェニレンスルフィド（ＰＰＳ）樹脂などが挙げられる。
　部材２は、鋼板製の板状の部材である。なお、部材１，２の材料は、互いに線膨張係数が異なる材料であれば本実施形態の組み合わせに限らず、各種金属材料、繊維強化プラスチック、その他複合材料などから選択された２つの材料の本実施形態以外の組み合わせであってもよい。金属材料の候補としては、例えば、鉄鋼、銅、アルミ合金などが挙げられる。繊維強化プラスチックの候補としては、例えば、炭素繊維、ガラス繊維、ポリアラミド繊維、アルミナ繊維、シリコンカーバイド繊維、ボロン繊維、炭化ケイ素繊維などの強化繊維と、上記マトリックス樹脂とから構成されたものが挙げられる。
　部材１，２の形状は、板状に限らず、棒状、筒状、柱状、錐状、ブロック状、湾曲、屈曲した形状、これらのいずれか２以上を含む複雑な形状などであってもよい。
　部材１は、第１接着面４（以下、接着面４）を有する。部材２は、第２接着面５（以下、接着面５）を有する。接着面５は、接着剤層３を挟んで接着面４と対向して配置されている。接着面４は、部材１の表面のうち、接着剤層３に直接接している領域であり、接着面５は、部材２の表面のうち、接着剤層３に直接接している領域である。
　接着剤層３は、接着剤Ａｄからなる層である。接着剤Ａｄは、特に限定されず、例えば、アクリル系、エポキシ系、ウレタン系、シリコーン系、変性シリコーン系など公知の接着剤が使用できる。接着剤Ａｄは、常温硬化型、加熱硬化型のいずれであってもよく、一液型でも二液型でもよい。
　接着剤層３は、接着面４と接着面５とに略平行な方向、具体的には、両接着面４，５から等距離にある仮想面Ｖに沿った方向に、その面方向ＸＹ（以下、ＸＹ方向とも称する）を有する。接着剤層３の厚さ方向Ｚ（以下、Ｚ方向）は、仮想面Ｖに直交する方向である。接着剤層３は、面方向ＸＹに平行な一方向に長手方向Ｘ（以下、Ｘ方向）を有している。面方向ＸＹに平行な一方向とは、仮想面Ｖ上にとった直交座標の一つの座標軸に平行な方向である。接着剤層３は、Ｘ方向に直交する方向に短手方向Ｙ（以下、Ｙ方向）を有している。
　接着剤層３は、Ｚ方向一側（図１の上側）の面で接着面４と接しており、Ｚ方向他側（図１の下側）の面で接着面５と接している。また、接着剤層３は、Ｘ方向において両外側に位置する一対の端部３ａと、端部３ａの間に位置する中央部３ｂと、を備えている。本実施形態では、中央部３ｂは、接着剤層３のＸ方向長さを二等分する位置に位置している。
　接着剤層３の厚さは、中央部３ｂにおいて最も小さく、中央部３ｂからＸ方向外側に向かうに従って増加し、一対の端部３ａにおいて最も大きい。すなわち、接着面４と接着面５との間の隙間のＺ方向寸法は、接着面４と接着面５とが中央部３ｂに接する位置において最も小さく、その位置からＸ方向外側に向かうに従って増加し、接着面４と接着面５とが端部３ａに接する位置において最も大きい。
　接着面５は、図１に示すように、１つの平坦面５ａから構成してもよい。接着面４は、２つの平坦な傾斜面４ａから構成してもよい。この場合、各傾斜面４ａは、Ｘ方向外側に向かうに従って接着面５から離間するように、接着面５に対して傾斜して配置される。２つの傾斜面４ａの交線４ｂは、接着剤層３の中央部３ｂに接する。各接着面４，５の形状は、プレス成形、機械加工などにより付与することができる。
　以下、本実施形態の作用効果について説明する。
［１］異種材料部材を接着剤層を介して接合した接合構造体では、例えば周囲環境の温度変化によってその温度が変化すると、異種材料部材間の線膨張係数の差に起因するせん断ひずみが接着剤層に発生する。接着剤層の厚さが面方向に一定である場合、せん断ひずみは、接着剤層の面方向外側の端部で大きくなりやすく、これが接着剤の破断ひずみを超えると、接着剤層に亀裂が生じ得る。一方、亀裂を回避するべく、せん断ひずみを低減するために、接着剤層の厚さを一様に増大させると、接合構造体の接着強度が低下し得る。
　本実施形態の接合構造体Ｂ１によれば、接着剤層３の端部３ａにおける厚さが、中央部３ｂにおける厚さより大きい。このため、中央部３ｂの厚さを小さくして接着強度を高めつつ、端部３ａにおけるせん断ひずみを低減して接着剤層３の亀裂の発生を抑制することができる。
［２］また、接着剤層３のせん断ひずみは、中央部３ｂからＸ方向外側に向かうに従って増加するように分布する傾向がある。接合構造体Ｂ１によれば、接着剤層３の厚さが、せん断ひずみの分布傾向と同様に、中央部３ｂからＸ方向外側に向かうに従って増加するため、接着剤層３のせん断ひずみをＸ方向により均一に分布させることができる。これにより、せん断ひずみの局所的な集中が緩和され、接着剤層３の亀裂の発生をより確実に抑制することができる。特に、本実施形態では、接着剤層３の厚さが中央部３ｂからＸ方向外側に向かうに従って一定の傾きで（断面において直線状に）増加するため、せん断ひずみ分布がより一層均一になる。
［３］さらに、接着剤層３のせん断ひずみは、ＸＹ方向外側の端部のうちＸ方向（長手方向）の端部３ａで最も大きくなりやすい傾向がある。接合構造体Ｂ１によれば、Ｘ方向両外側に位置する端部３ａの厚さが中央部３ｂの厚さより大きいため、せん断ひずみの最大値をより確実に低減して、接着剤層３の亀裂の発生をより確実に抑制することができる。
［４］接着剤層３の厚さの下限値は、次の式（１）で表される範囲（図２の斜線範囲）内に設定することが好ましい。これにより、接着剤層３の接着剤Ａｄに生じるせん断ひずみを、せん断破断ひずみτＢ未満に抑えることができるので、接着剤層３における亀裂の発生をより確実に抑制することができる。
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 　ここで、ｘ：中央部３ｂを原点としたときのＸ方向位置、ｔ：接着剤層３の厚さ、α１：部材１の材料の線膨張係数、α２：部材２の材料の線膨張係数、ΔＴ：接合構造体Ｂ１（部材１，２）の温度変化量、εＢ：接着剤Ａｄの引張破断ひずみ
　なお、εＢは、接着剤Ａｄのせん断破断ひずみτＢと、τＢ＝２・εＢを満たす。
［５］また、接合構造体Ｂ１は、周囲環境の温度変化に対して優れた接着強度と接着剤層３の亀裂の防止効果とを発揮することができるため、電着塗装の焼付工程など、比較的大きな温度変化を伴う工程に供される部材として好適である。電着塗装された接合構造体Ｂ１によれば、焼付工程での熱膨張または熱収縮による亀裂の発生が抑制され、耐食性及び強度信頼性が向上した製品を得ることができる。
＜接合構造体の製造方法＞
　以下、電着塗装を施した接合構造体Ｂ１について、その製造方法を図３を参照して説明する。本方法は、接着剤塗布工程Ｓ１と、仮固定工程Ｓ２と、電着塗装工程Ｓ３と、接合工程Ｓ４と、を含む。本方法は、接合工程Ｓ４後に、中塗り工程、上塗り工程などを備えてもよく、接着剤塗布工程Ｓ１前に、接着面４，５を脱脂・洗浄する工程などを備えてもよい。
　接着剤塗布工程Ｓ１では、接着面４，５のいずれか一方または両方に、接着剤Ａｄを塗布する。本方法で使用する接着剤Ａｄは、熱により硬化が促進される加熱硬化型の接着剤である。硬化温度は、電着塗装で形成される塗膜の焼き付け温度と同等である。
　仮固定工程Ｓ２では、接着剤塗布後の部材１と部材２とを未硬化状態の接着剤層３を介して重ね合わせ、仮固定用治具を用いて仮固定する。仮固定は、接着面４と接着面５との間の隙間のＺ方向寸法が、両接着面４，５が中央部３ｂに接する位置において最も小さく、かつ、両接着面４，５が端部３ａに接する位置において最も大きくなるように、部材１と部材２とを位置決めして行う。
　電着塗装工程Ｓ３では、仮固定した部材１，２に対して電着塗装を行う。具体的には、電着槽内に、電着塗料を水中に溶解または分散させた電着液を貯留し、この電着液内に仮固定した部材１，２を浸漬させる。そして、部材１，２と層内電極との間に直流電圧を印加することにより、電着液中にイオンとして存在する電着塗料を、部材１，２の表面に電気的に析出させて塗膜を形成する。
　接合工程Ｓ４では、電着塗装された部材１，２を加熱装置により加熱して、電着塗装で形成した塗膜を部材１，２に焼き付けつつ、接着剤層３を硬化させ、部材１と部材２とを接合する。加熱条件は、特に限定されないが、加熱温度は約１８０℃、加熱時間は約２０分程度である。加熱され硬化した接着剤層３の厚さは、接着剤層３のＸ方向の中央部３ｂよりも、Ｘ方向両外側の端部３ａにおいてより大きくなる。接合工程Ｓ４後、接合構造体Ｂ１は、常温にまで冷却される。
　以下、本方法の作用効果について説明する。
　図４Ａ及び図４Ｂは、比較例にかかる接合構造体Ｂｃにおいて、接着剤層３００に亀裂が発生する機構を説明する図である。接合構造体Ｂｃでは、接着剤層３００の厚さがＸ方向に一定である。図４Ａは、接合構造体Ｂｃが加熱されて接着剤層３００が硬化したとき（硬化完了から冷却開始後初期の段階）の断面形状を示している。図４Ｂは、接合構造体Ｂｃが図４Ａの状態から常温にまで冷却された後の断面形状を示している。
　接着剤層３００は、部材１００及び部材２００の熱膨張量の差により、部材２００側のＸ方向長さが部材１００側のＸ方向長さより大きい台形状に変形した状態で硬化する。その後、接合構造体Ｂｃが常温にまで冷却されると、部材１００及び部材２００の熱収縮量の差によって、部材２００側のＸ方向長さと部材１００側のＸ方向長さとが略等しい矩形状に変形する。この変形により接着剤層３００にせん断ひずみが発生する。せん断ひずみは、接着剤層３００のＸ方向外側の端部３００ａで大きくなりやすく、これが接着剤Ａｄのせん断破断ひずみを超えると、図４Ｂに示すように、接着剤層３００に亀裂Ｃが生じ得る。
［６］本方法によれば、加熱により硬化した接着剤層３の厚さが、中央部３ｂより端部３ａにおいてより大きくなるように設定されている。このため、中央部３ｂの厚さを小さくして接着強度を高めつつ、硬化後の冷却過程において生じる端部３ａのせん断ひずみを低減して、接着剤層３の亀裂の発生を抑制することができる。
［７］また、本方法によれば、塗膜の焼き付け温度と同等の硬化温度を有する加熱硬化型の接着剤Ａｄを使用しているため、塗膜の焼き付けと接着剤Ａｄの硬化とを一回の加熱で同時に行うことができる。これにより、電着塗装した接合構造体Ｂ１を生産性よく製造することができる。
＜他の実施形態＞
　次に、第２乃至第６実施形態にかかる接合構造体Ｂ２~Ｂ６について、図５乃至図９を参照して説明する。なお、以下の実施形態では、各々先行する実施形態と異なる構成についてのみ説明することとし、既に説明した構成と同様の構成については、同様の符号を付して説明を省略する。
＜第２実施形態＞
　第２実施形態では、図５に示すように、接着剤層３が、中央領域Ｒ１と、一対の外縁領域Ｒ２とを備えている。中央領域Ｒ１は、中央部３ｂを含む。一対の外縁領域Ｒ２は、各々、中央領域Ｒ１のＸ方向両外側の境界部３ｃからＸ方向外側に延び、かつ、端部３ａを含む。
　接着剤層３の中央領域Ｒ１の厚さは、Ｘ方向に一定である。各外縁領域Ｒ２の厚さは、中央領域Ｒ１と外縁領域Ｒ２との境界部３ｃにおいて最も小さく、境界部３ｃからＸ方向外側に向かうに従って増加し、端部３ａにおいて最も大きい。すなわち、接着面４と接着面５との間の隙間のＺ方向寸法は、接着面４，５が中央領域Ｒ１に接する範囲内で一定である。また、当該隙間のＺ方向寸法は、接着面４，５が境界部３ｃに接する位置において最も小さく、その位置からＸ方向外側に向かうに従って増加し、接着面４，５が端部３ａに接する位置において最も大きい。
　接着面５は、図５に示すように、１つの平坦面５ａから構成してもよい。接着面４は、接着面５に平行な１つの平坦面４ｃと、２つの平坦な傾斜面４ｄとから構成してもよい。この場合、各傾斜面４ｄは、Ｘ方向外側に向かうに従って、接着面５から離間するように接着面５に対して傾斜して配置される。平坦面４ｃは、接着剤層３の中央領域Ｒ１に接し、２つの傾斜面４ｄは、それぞれ外縁領域Ｒ２に接する。各傾斜面４ｄと平坦面４ｃとの交線４ｅは、接着剤層３の境界部３ｃに接する。
　本実施形態の接合構造体Ｂ２によれば、中央領域Ｒ１における接着剤層３の厚さがＸ方向に一定であるため、中央領域Ｒ１のより広い範囲おいて接着剤層３の最適厚さを確保し、接着強度を向上させることができる。
　また、本実施形態によれば、接着剤層３の厚さが、境界部３ｃからＸ方向外側に向かうに従って増加するため、外縁領域Ｒ２におけるせん断ひずみをＸ方向により均一に分布させることができる。なお、外縁領域Ｒ２における接着剤層３の厚さの下限値は、上記式（１）で表される範囲内にあることが好ましい。これにより、上記［４］に記載した作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
＜第３実施形態＞
　第３実施形態では、図６に示すように、接着剤層３が、中央領域Ｒ１と、一対の中間領域Ｒ３と、一対の外縁領域Ｒ２とを備えている。中央領域Ｒ１は、中央部３ｂを含む。一対の中間領域Ｒ３は、各々、中央領域Ｒ１のＸ方向両外側の境界部３ｃからＸ方向外側に延びる。一対の外縁領域Ｒ２は、各々、一対の中間領域Ｒ３のＸ方向両外側の境界部３ｄからＸ方向外側に延び、かつ、端部３ａを含む。
　接着剤層３の中央領域Ｒ１及び一対の外縁領域Ｒ２の厚さは、それぞれＸ方向に一定である。各中間領域Ｒ３の厚さは、中央領域Ｒ１と中間領域Ｒ３との境界部３ｃにおいて最も小さく、境界部３ｃからＸ方向外側に向かうに従って増加し、中間領域Ｒ３と外縁領域Ｒ２との境界部３ｄにおいて最も大きい。すなわち、接着面４と接着面５との間の隙間のＺ方向寸法は、接着面４，５が中央領域Ｒ１及び一対の外縁領域Ｒ２に接する範囲内でそれぞれ一定である。また、当該隙間のＺ方向寸法は、接着面４，５が境界部３ｃに接する位置において最も小さく、その位置からＸ方向外側に向かうに従って増加し、接着面４，５が境界部３ｄに接する位置において最も大きい。
　接着面５は、図６に示すように、１つの平坦面５ａから構成してもよい。接着面４は、接着面５に平行な３つの平坦面４ｃ，４ｇと、２つの平坦な傾斜面４ｆとから構成してもよい。この場合、各傾斜面４ｆは、Ｘ方向外側に向かうに従って、接着面５から離間するように接着面５に対して傾斜して配置される。３つの平坦面４ｃ，４ｇは、接着剤層３の中央領域Ｒ１及び一対の外縁領域Ｒ２にそれぞれ接し、２つの傾斜面４ｆは、それぞれ接着剤層３の中間領域Ｒ３に接する。中央領域Ｒ１に接する平坦面４ｃと、各傾斜面４ｆとの交線４ｈは、接着剤層３の境界部３ｃに接する。外縁領域Ｒ２に接する平坦面４ｇと、各傾斜面４ｆとの交線４ｉは、接着剤層３の境界部３ｄに接する。
　本実施形態の接合構造体Ｂ３によれば、境界部３ｃから境界部３ｄにかけて接着剤層３の厚さがＸ方向外側に向かうに従って増加するため、中間領域Ｒ３におけるせん断ひずみをより均一に分布させることができる。また、本実施形態では、接着剤層３の外縁領域Ｒ２に接する接着面４，５同士（平坦面４ｇ，５ａ同士）が平行になる。従って、組付工程における部材１，２間の隙間管理（接着剤層３の厚さ管理）が容易になり、接合構造体Ｂ３の寸法精度、接着強度の信頼性などが向上する。
　中間領域Ｒ３及び外縁領域Ｒ２における接着剤層３の厚さの下限値は、上記式（１）で表される範囲内にあることが好ましい。これにより、上記［４］に記載した作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
　第２及び第３実施形態は、上記の他に第１実施形態の構成と同様の構成を備えているため、上記［１］、［３］及び［５］に記載した作用効果と同様の作用効果を得ることができる。また、電着塗装を施した接合構造体Ｂ２，Ｂ３の製造方法及びその作用効果は、電着塗装を施した接合構造体Ｂ１の製造方法及びその作用効果［６］及び［７］と同様であるため、説明を省略する。
＜変形例＞
　第１乃至第３実施形態では、図１、図５及び図６に示した端部３ａの厚さが、Ｘ方向両側で互いに等しいが、端部３ａの厚さはＸ方向両側で互いに異なっていてもよい。また、図１、図５及び図６に示した接合構造体Ｂ１~Ｂ３は、それぞれ中央部３ｂを通る面方向ＸＹに垂直な直線（不図示）を軸として略線対称な断面形状を有しているが、当該軸の片側のみ（図中の右側または左側のみ）に図示の構成を備えてもよい。この場合、図示の構成を備えた側において、上記各実施形態の作用効果を得ることができる。なお、図示の構成を備えた側と反対の側では、接着剤層３の厚さはＸ方向に一定にしてもよい。
　また、第１乃至第３実施形態では、接着剤層３の中央部３ｂが、接着剤層３のＸ方向長さを二等分する位置に設定されていたが、中央部３ｂの位置は、これに限定されない。中央部３ｂは、当該二等分位置から面方向ＸＹにずれていてもよい。例えば、接着剤層３がＺ方向視において非対称形状に広がっている場合などには、部材１，２の熱膨張量または熱収縮量の差によるせん断ひずみ（接着面４，５に作用するせん断応力）が実質ゼロになる点に中央部３ｂを設定してもよい。
　さらに、第１乃至第３実施形態では、接着剤層３のＸ方向（長手方向）に厚さを変化させた（厚さの分布を付与した）が、例えばＹ方向などＸ方向以外の方向に厚さを変化させてもよい。また、接着剤層３の面方向中央部から外周端に向かう放射状の方向に厚さを変化させてもよい。例えば、第１実施形態の変形例では、接着剤層３の厚さを、面方向中央部において最も小さく、面方向中央部から外周端に向かうに従って増加し、外周端において最も大きくなるように設定してもよい。また、第２実施形態の変形例では、接着剤層３を、外周領域と面方向中央領域とに区分し、面方向中央領域における接着剤層３の厚さを、その領域内で一定とし、外周領域における接着剤層３の厚さが、外周端に向かうに従って増加するように設定してもよい。同様に、第３実施形態の変形例では、接着剤層３を、外周領域と面方向中央領域とそれらの間に介在する環状中間領域とに区分し、環状中間領域における接着剤層３の厚さが、外周端側に向かうに従って増加するように設定してもよい。各変形例では、接着剤層３に厚さ分布を付与した方向において、上記各実施形態の作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
＜第４実施形態＞
　接合構造体では、接着剤層３の面方向ＸＹの特定の位置で、接着面４に対する接着面５の面方向ＸＹの移動（相対変位）が規制されている場合がある。例えば、図７に示すように、部材１に形成された凹部６に部材２に形成された凸部７が係合している場合、図示しない固定具により部材１，２が互いに固定されている場合、接着面４，５同士が互いに機械的に干渉するような表面形状を有している場合などである。
　上記特定の位置では、部材１，２の熱膨張量または熱収縮量の差によるせん断ひずみが実質ゼロになる。本明細書では、この特定の位置を、面方向ＸＹの基準点Ｐと称する。言い換えれば、接着剤層３の部材１，２との界面と、面方向ＸＹに垂直な直線Ｌとが交わる２つの交点Ｐａについて、それらの面方向ＸＹの相対位置が部材１，２の熱膨張または熱収縮の前後で変化しないとき、当該交点Ｐａの面方向位置が、基準点Ｐである。
　第４実施形態では、図７に示すように、基準点Ｐから面方向ＸＹに最も離れた端部３ａにおける接着剤層３の厚さが、基準点Ｐにおける接着剤層３の厚さより大きい。具体的には、基準点ＰよりＸＹ方向外側の領域において、接着剤層３の厚さは、基準点Ｐにおいて最も小さく、基準点ＰからＸＹ方向外側に向かうに従って増加し、端部３ａにおいて最も大きい。すなわち、接着面４と接着面５との間の隙間のＺ方向寸法は、接着面４と接着面５とが基準点Ｐに接する位置において最も小さく、基準点ＰからＸＹ方向外側に向かうに従って増加し、接着面４と接着面５とが端部３ａに接する位置において最も大きい。
　基準点ＰよりＸＹ方向外側の領域において、接着面５は、図７に示すように、１つの平坦面５ａから構成してもよく、接着面４は、１つの平坦な傾斜面４ｊから構成してもよい。この場合、傾斜面４ｊは、ＸＹ方向外側に向かうに従って、接着面５から離間するように接着面５に対して傾斜して配置される。
　本実施形態の接合構造体Ｂ４によれば、接着剤層３の端部３ａにおける厚さが、基準点Ｐにおける厚さより大きい。このため、基準点Ｐ近傍の接着剤層３の厚さを小さくして接合構造体Ｂ４の接着強度を高めつつ、端部３ａにおけるせん断ひずみを低減して接着剤層３の亀裂の発生を抑制することができる。
　また、接合構造体Ｂ４によれば、基準点ＰからＸＹ方向外側に向かうに従って接着剤層３の厚さが増加するため、基準点ＰよりＸＹ方向外側の領域において、せん断ひずみを面方向ＸＹにより均一に分布させることができる。特に、本実施形態では、接着剤層３の厚さが基準点ＰからＸＹ方向外側に向かうに従って一定の傾きで（断面において直線状に）増加するため、せん断ひずみ分布がより一層均一になる。
　さらに、接着剤層３のせん断ひずみは、基準点Ｐから面方向ＸＹに最も離れた端部３ａで最も大きくなりやすい。接合構造体Ｂ４によれば、基準点Ｐから面方向ＸＹに最も離れた端部３ａの厚さが基準点Ｐの厚さより大きいため、せん断ひずみの最大値をより確実に低減して、接着剤層３の亀裂の発生をより確実に抑制することができる。
　なお、基準点ＰよりＸＹ方向外側の領域における接着剤層３の厚さの下限値は、変数ｘとして基準点ＰからのＸＹ方向距離を代入したときの式（１）を満たす値に設定することが好ましい。これにより、上記［４］に記載した作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
　また、接合構造体Ｂ４は、周囲環境の温度変化に対して優れた接着強度と接着剤層３の亀裂の防止効果とを発揮することができるため、上記［５］に記載した作用効果と同様の作用効果を得ることができる。
　電着塗装を施した接合構造体Ｂ４の製造方法は、上述の接合構造体Ｂ１~Ｂ３の製造方法と同様に、接着剤塗布工程Ｓ１と、仮固定工程Ｓ２と、電着塗装工程Ｓ３と、接合工程Ｓ４と、を含む。
　仮固定工程Ｓ２では、接着面４と接着面５との間の隙間のＺ方向寸法が、接着面４，５が基準点Ｐに接する位置において最も小さく、かつ、接着面４，５が端部３ａに接する位置において最も大きくなるように、部材１と部材２とを位置決めして仮固定する。
　接合工程Ｓ４において、加熱され硬化した接着剤層３の厚さは、基準点Ｐにおいて最も小さく、基準点ＰからＸＹ方向外側に向かうに従って増加し、端部３ａにおいて最も大きくなる。なお、他の工程は、上述の接合構造体Ｂ１~Ｂ３の製造方法と同様であるため、説明を省略する。
　本方法によれば、加熱により硬化した接着剤層３の厚さが、基準点Ｐより端部３ａにおいてより大きくなるように設定されている。このため、基準点Ｐ近傍の接着剤層３の厚さを小さくして接着強度を高めつつ、硬化後の冷却過程において生じる端部３ａのせん断ひずみを低減して、接着剤層３の亀裂の発生を抑制することができる。また、本方法によれば、加熱硬化型の接着剤Ａｄを使用しているため、塗膜の焼き付けと接着剤Ａｄの硬化とを一回の加熱で同時に行うことができ、電着塗装した接合構造体Ｂ４を生産性よく製造することができる。
＜第５実施形態＞
　第５実施形態にかかるセンターピラー８は、図８Ａに示すように、ボディサイドパネルの車両前後方向中央部において、車両上下方向に延在している。センターピラー８は、図８Ｂに示すように、中空閉断面構造を有し、ピラーインナー９と、ピラーインナー９に接合されたピラーアウター１０とを備えている。
　ピラーアウター１０は、ピラーインナー９よりも車幅方向外側において車両上下方向に延在し、センターピラー８の車幅方向外側部を構成している。ピラーアウター１０は、本実施形態の接合構造体Ｂ５であり、炭素繊維強化プラスチック製のインナパネル１１と、鋼板製のアウタパネル１２と、それらの間に介在してそれらを接合する接着剤層３とを備えている。
　アウタパネル１２は、図８Ｂに示すように、ハット形状の断面を有している。具体的には、アウタパネル１２は、縦壁部１２ａと、縦壁部１２ａの前端及び後端からそれぞれ車幅方向内側に延びる前壁部１２ｂ及び後壁部１２ｃと、それらの内側端からそれぞれ前方及び後方に延びる前フランジ１２ｄ及び後フランジ１２ｅとを備えている。
　インナパネル１１は、横断面において、アウタパネル１２の前壁部１２ｂと縦壁部１２ａと後壁部１２ｃとに沿って延び、それらの閉断面内側の面に接着剤Ａｄにより貼り合わされている。インナパネル１１は、車両上下方向にセンターピラー８の全長の約３／４の範囲にわたって延びている。
　ピラーアウター１０は、その長手方向、或いは接着剤層３のＸ方向に沿った断面（図８ＢのＳ２−Ｓ２断面）において、図５に示した構成と同様の構成を備えている。図５における部材１がインナパネル１１に、部材２がアウタパネル１２に、Ｘ方向がピラーアウター１０の延在方向に、それぞれ相当する。インナパネル１１の接着面、アウタパネル１２の接着面及び接着剤層３の具体的な構成については、第２実施形態にかかる接着面４、接着面５及び接着剤層３と同様であるため、説明を省略する。
　ピラーアウター１０の長手方向に垂直な断面、或いは接着剤層３のＸ方向に垂直（Ｙ方向に平行）な断面では、接着剤層３は、図８Ｂに示すように、中央領域Ｒ１と、一対の外縁領域Ｒ２とを備えている。中央領域Ｒ１は、アウタパネル１２の縦壁部１２ａに接し、一対の外縁領域Ｒ２は、各々、前壁部１２ｂ及び後壁部１２ｃに接する。中央領域Ｒ１は、中央部３ｂを含み、一対の外縁領域Ｒ２は、各々、中央領域Ｒ１のＹ方向両外側の境界部３ｃからＹ方向外側に延び、かつ、端部３ａを含む。接着剤層３の中央領域Ｒ１の厚さは、Ｙ方向に一定である。各外縁領域Ｒ２における接着剤層３の厚さは、中央領域Ｒ１と外縁領域Ｒ２との境界部３ｃにおいて最も小さく、境界部３ｃからＹ方向外側に向かうに従って増加し、一対の端部３ａにおいて最も大きい。
　本実施形態の接合構造体Ｂ５であるピラーアウター１０によれば、接着剤層３のＸ方向及びＹ方向の両方において、第２実施形態と同様の構成を備えているため、少なくとも第２実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
　なお、インナパネル１１とアウタパネル１２との接合構造に、第１、第３または第４実施形態の構成を適用することも可能である。その場合、ピラーアウター１０の長手方向に沿った断面（図８ＢのＳ２−Ｓ２断面）の構成は、図１、図６または図７に示した構成と同様になる。
＜第６実施形態＞
　第６実施形態にかかるフード１３は、車体前部の上面を構成し、エンジンルームの上方を覆う。フード１３は、図９に示すように、鋼板製のフードアウタパネル１５と、炭素繊維強化プラスチック製のフードインナパネル１４と、それらの間に介在してそれらを接合する接着剤層３とを備えている。フードインナパネル１４は、フードアウタパネル１５の下面に接着剤Ａｄにより貼り合わされている。
　フード１３は、本実施形態の接合構造体Ｂ６であり、車両前後方向に沿った断面（Ｓ３−Ｓ３断面）及び車幅方向に沿った断面（Ｓ４−Ｓ４断面）において、図５に示した構成と同様の構成を備えている。図５における部材１がフードインナパネル１４に、部材２がフードアウタパネル１５に、Ｘ方向が車両前後方向及び車幅方向のいずれか一方に、Ｙ方向が車両前後方向及び車幅方向のいずれか他方に、それぞれ相当する。フードインナパネル１４の接着面、フードアウタパネル１５の接着面及び接着剤層の具体的な構成については、第２実施形態にかかる接着面４、接着面５及び接着剤層３の構成と同様であるため、説明を省略する。
　本実施形態の接合構造体Ｂ６であるフード１３によれば、接着剤層３のＸ方向及びＹ方向の両方において、第２実施形態と同様の構成を備えているため、少なくとも第２実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
　なお、フードインナパネル１４とフードアウタパネル１５との接合構造に、第１、第３または第４実施形態の構成を適用することも可能である。その場合、車両前後方向に沿った断面（Ｓ３−Ｓ３断面）及び車幅方向に沿った断面（Ｓ４−Ｓ４断面）におけるフード１３の構成は、図１、図６または図７に示した構成と同様になる。
　以上、いくつかの実施形態及び変形例（以下、実施形態等）について説明したが、これらの実施形態等は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ない。発明の技術的範囲は、上記実施形態等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。
　例えば、上記実施形態等では、傾斜面４ａ，４ｄ，４ｆ，４ｊは、接着面４側のみに形成されていたが、これらは、接着面５側のみに設けてもよく、また、接着面４，５の両方に設けてもよい。また、接着面４，５は、平坦な面（平坦面４ｃ，４ｇ、傾斜面４ａ，４ｄ，４ｆ，４ｊ）の組合せから構成されていたが、折れ面、湾曲面、それらと平坦な面と組み合わせなどから構成されてもよい。さらに、第１乃至第４実施形態の接着面４，５の一部の構成同士を、面方向に組み合わせてもよい。
　また、上記実施形態の接着剤層３では、接着剤Ａｄが面方向ＸＹに隙間なく連続して配置されていたが、接着剤Ａｄは、接着剤層３のＺ方向視において縞状（帯状、線状など）、点状などになるように、面方向ＸＹに不連続に配置されてもよい。また、要求される接着強度を下回らない範囲で、例えば、中央部３ｂ、中央部３ｂ近傍、中央領域Ｒ１、中間領域Ｒ３など一部の領域の接着剤層３を省略してもよい。これにより、接着剤Ａｄの使用量を節約することができる。
　さらに、接合構造体Ｂ１~Ｂ６は、部材１，２のいずれか一方に接着剤層３を介して接合された第３部材を含んでもよい。第３部材は、線膨張係数が部材１，２のいずれの材料とも異なる材料から形成されてもよい。この場合、例えば、部材１，２のうち一方に、接着剤層３と略平行な接着面を設け、当該接着面と第３部材の接着面との間に、上記実施形態等の接着剤層３と同様の接着剤層を設けるとよい。これにより、第３部材との接合部においても、上記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。
　本発明にかかる接合構造体は、例えば、フード、フロアパネル、ドアパネル、バンパー、トランクリッド、リアゲート、フェンダパネル、サイドボディパネル、ルーフパネルなど自動車等車両の構成部材として利用することができる。また、本発明にかかる接合構造体は、航空機、船舶、鉄道車両など輸送機、家庭用電気製品、発電設備、生産機械、住宅機材、家具、レジャー用品などの構成部材として利用することができる。
　Ｂ１~Ｂ６　接合構造体
　１，２　第１部材、第２部材（２つの部材）
　３　接着剤層
　　３ａ　端部
　　３ｂ　中央部
　　３ｃ　境界部
　　３ｄ　境界部
　Ｒ１　中央領域
　Ｒ２　外縁領域
　Ｒ３　中間領域
　Ｐ　基準点
　Ｌ　直線
　Ｐａ　交点

Claims (9)

  1. 　線膨張係数が異なる材料からなる２つの部材と、
    　前記２つの部材間に介在して、それらを接合している接着剤層と、
    を備え、
    　前記接着剤層は、その面方向に平行な一方向における端部と、前記一方向における中央部と、を少なくとも備えており、
    　前記端部における厚さが、前記中央部における厚さより大きい、接合構造体。
  2. 　前記接着剤層の厚さが、前記中央部から前記一方向の外側に向かうに従って増加する、請求項１に記載の接合構造体。
  3. 　前記接着剤層は、
    　前記中央部を含む中央領域と、
    　前記中央領域の前記一方向の両外側の境界部からそれぞれ前記一方向の外側に延び、かつ、前記端部をそれぞれ含む一対の外縁領域と、
    を備え、
    　前記中央領域の厚さは、前記一方向に一定であり、
    　前記一対の外縁領域の厚さは、それぞれ前記中央領域と前記外縁領域との境界部から前記一方向の外側に向かうに従って増加する、請求項１に記載の接合構造体。
  4. 　前記接着剤層は、
    　前記中央部を含む中央領域と、
    　前記中央領域の前記一方向の両外側の境界部からそれぞれ前記一方向の外側に延びる一対の中間領域と、
    　前記一対の中間領域の前記一方向の両外側の境界部からそれぞれ前記一方向の外側に延び、かつ、前記端部をそれぞれ含む一対の外縁領域と、
    を備え、
    　前記中央領域及び前記一対の外縁領域の厚さは、それぞれ前記一方向に一定であり、
    　前記一対の中間領域の厚さは、それぞれ前記中央領域と前記中間領域との境界部から前記一方向の外側に向かうに従って増加する、請求項１に記載の接合構造体。
  5. 　前記一方向は、前記接着剤層の長手方向である、請求項１乃至４のいずれか一項に記載の接合構造体。
  6. 　前記接着剤層の厚さの下限値が、次の式（１）で表される範囲に設定された、請求項１乃至５のいずれか一項に記載の接合構造体。
    Figure JPOXMLDOC01-appb-I000001
    　ここで、ｘ：前記中央部を原点としたときの前記一方向の位置、ｔ：前記接着剤層の厚さ、α１：前記２つの部材のうち一方の材料の線膨張係数、α２：前記２つの部材にうち他方の材料の線膨張係数、ΔＴ：接合構造体の温度変化量、εＢ：前記接着剤層を構成する接着剤の引張破断ひずみ
  7. 　線膨張係数が異なる材料からなる２つの部材と、
    　前記２つの部材間に介在して、それらを接合している接着剤層と、
    を備え、
    　前記接着剤層の前記２つの部材との界面と、前記接着剤層の面方向に垂直な直線とが交わる２つの交点について、それらの前記面方向の相対位置が前記２つの部材の熱膨張または熱収縮の前後で変化しないとき、当該２つの交点の面方向位置を、前記面方向における基準点とすると、
    　前記基準点から前記面方向に最も離れた端部における前記接着剤層の厚さが、前記基準点における前記接着剤層の厚さより大きい、接合構造体。
  8. 　電着塗装された、請求項１乃至７のいずれか一項に記載の接合構造体。
  9. 　線膨張係数が異なる材料からなる２つの部材を、未硬化状態の接着剤層を介して重ね合わせ、仮固定する工程と、
    　前記仮固定した２つの部材に対して電着塗装を行う工程と、
    　前記電着塗装された２つの部材を加熱し、前記電着塗装で形成した塗膜を前記２つの部材に焼き付けつつ、前記接着剤層を硬化させ、前記２つの部材を接合する工程と、
    を備え、
    　前記加熱により硬化した前記接着剤層の厚さは、前記接着剤層の面方向に平行な一方向における中央部よりも、前記一方向における端部においてより大きい、接合構造体の製造方法。
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