JP2009190050A - 車体の接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】接着剤を介在させた金属板材をスポット溶接する方法において、スポット溶接時の散りが車体外側に飛ぶことを防止することにより溶接部のシール不良を防止する。
【解決手段】位置決め治具にセットされたルーフパネル５がルーフサイドレール１に対して位置決めされる。ルーフパネル５の車体外側には外縁部に立上部５ｂが形成されると共に、接着剤６に相当する部位には段部５ａが形成されている。溶接前の状態としては、ルーフパネル５の立上部５ｂの底部がキャブサイドアウタ２の車体内側のフランジ部２ａ上に当接しており、立上部５ｂより車体内側の段部５ａとフランジ部２ａとの空間に接着剤６が収容される形となっている。電極１７，１８を前記段部５ａの位置で接近動作させ、ルーフパネル５の段部５ａとキャブサイドアウタ２のフランジ部２ａとを接着剤６を介在させた状態で加圧し、その後加圧した状態で通電を行う。
【選択図】 図５

Description

本発明は車両の接合方法に関し、特に、２枚の金属板材の間に接着剤を介在させて電気抵抗スポット溶接する方法に関するものである。

自動車の車体においては、燃費の向上や車両の操作性向上等の観点より車体の軽量化が推進されている。この軽量化の有効な手段として、鋼板からアルミニウム板への置き換えが挙げられる。このアルミニウム板の適用箇所としては、車体に装着されるトランクリットやドアなどの蓋物から、最近ではルーフパネルのように車体本体の剛性に影響する部位まで広がっている。

一方で、車体の剛性部位、例えばピラーやルーフレール等では、衝突や側突対策として高張力鋼板や引張り強さ９８０ＭＰａ以上の超高張力鋼板が採用されている。前述のような鋼板からアルミニウム板への置き換えが強度剛性上困難な部位も存在しており、このような部位では鋼材とアルミニウム板とを組合せた異種金属板材の構造体となる。鋼材とアルミニウム板とは融点、熱伝導率、抵抗等の物性値が相互に大きく異なっているため、自動車の組立てで最も多用される電気抵抗スポット溶接、特に既存の鋼板同士のスポット溶接設備では難しいとされている。これは、アルミニウム板が鋼材に比べて電気伝導率及び熱伝導率が高く、大電流を必要とするからである。また、例え溶接部を形成したとしても、鋼材とアルミニウム板とでは電位差が異なることから、水等の電解質によりその溶接部が局部電池を構成し腐食所謂、電食の問題が存在している。

電気抵抗溶接の手法として、スポット溶接と接着剤とを併用したウェルドボンド法がある。このウェルドボンド法はスポット溶接だけの接合に比べ、疲労特性、剛性等が改善されると共に溶接部の周囲にシール性が付与され耐食性が向上する利点を有している。特開平６−５５２７７号公報には、アルミニウム合金をコーティングした鋼板とアルミニウム板とをウェルドボンド法で接合することで、接合界面にシール性を有したＡｌ−Ｆｅの合金層を形成し高い接合強度を得る技術が提案されている。

特開平６−５５２７７号公報

図１０及び図１１により、このウェルドボンド法を車体のルーフパネルとルーフサイドレールとの接合に用いる場合の接合方法を説明する。図に示すように、サイドフレームのルーフサイドレール１部分は、最外板となるキャブサイドアウタ２とキャビン側のルーフレールインナ３とで閉断面を構成している。剛性及び強度を向上させることを目的として、この閉断面を２分割するように中央部分にルーフレールレインフォースメント４が配置されている。尚、板材としては、キャブサイドアウタ２は合金化溶融亜鉛めっき軟鋼板、ルーフレールレインフォースメント４は超高張力鋼板が用いられている。

ルーフサイドレール１とアルミニウム合金のルーフパネル５とは位置セット工程に搬送され位置決め治具にセットされる。治具へのセット後、キャブサイドアウタ２とルーフレールレインフォースメント４との車体内側重ね合せ部分で且つ、ルーフパネル５が接合される部分に熱硬化性接着剤を塗布する。次に、ルーフサイドレール１とルーフパネル５とは位置決め治具によって図１０のように溶接位置に位置決めされた後、電気抵抗スポット溶接機にて加圧通電される。

接合された車体ユニットは塗布された接着剤を硬化させる加熱工程に送られ、接着剤の硬化後、塗装工程に進んでいく。尚、ルーフパネル５とキャブサイドアウタ２との接合領域にはシール性確保のため塗装シーラが別途塗布される。前述した溶接後のルーフパネル側溶接部の状態を図１２に示す。溶接部周りには接着剤６が存在しているが、全周ではなく溶接位置から外周方向に向けて一部途切れている領域Ｃがみられる。また、途切れている領域Ｃの外周縁部分には接着剤６が炭化したと見られる飛散跡Ｄが観察された。

鋼板とアルミニウム板との接合はアルミニウム板の界面部分を溶融し、Ａｌ−Ｆｅ間の拡散を生じさせることで接合強度を得ることから、アルミニウム板が溶融飛散する所謂、散りが発生する。特に、溶接時の供給電流が大きくなる程散りの発生は多くなる傾向にある。この散りが発生した場合、図１２で見られたように溶融したアルミニウムが接着剤を横切る状態で進行するため接合部のシール性が十分に確保できないという問題が生じる。

本発明の目的は、接着剤を介在させた金属板材をスポット溶接する方法において、スポット溶接時の散りが車体外側に飛ぶことを防止することにより接着剤による溶接部のシール不良を防止することである。

請求項１の車体の接合方法は、第１金属板材の車体外側に位置する被接合部と第２金属板材の車体内側に位置する被接合部との間に接着剤を介在させて電気抵抗スポット溶接する接合方法において、第１金属板材の被接合部と第２金属板材の被接合部との間に接着剤を介在させ、両被接合部の溶接位置より第１金属板材の被接合部の端部側の重ね合せ力を第１金属板材の被接合部の端部側以外の重ね合せ力より高めて両被接合部の接合位置を溶接することを特徴としている。

請求項２の車体の接合方法は、請求項１発明において、重ね合せ力を高める加圧手段を予め設け、溶接時、前記加圧手段により溶接位置の車体外側の重ね合せ力を高めることを特徴としている。

請求項３の車体の接合方法は、請求項１又は２の発明において、第１金属板材はアルミニウム合金板であり、第２金属板材は鋼板であることを特徴としている。

請求項４の車体の接合方法は、請求項１〜３の発明において、第１金属板材の被接合部の端部側に形成した段部を第２金属板材の被接合部に押圧して第１金属板材の被接合部の端部側の重ね合せ力を第１金属板材の被接合部の端部側以外の重ね合せ力より高めたことを特徴としている。

請求項５の車体の接合方法は、請求項３又は４の発明において、第１金属板材は車体のルーフパネルであり、第２金属板材は車体のルーフレールであることを特徴としている。

請求項１の発明によれば、接着剤を介在させた板材をスポット溶接する方法において、被接合部の車体外側に当たる端部側に発生する散りを防止することによりシール不良を防止することが可能となる。つまり、局部的に板材間の重ね合せ力に差異を設けることで、溶融金属の進行方向を電解質である水が進入する端部側を避けて車体内側へ誘導することが可能となり、溶接時に散りが発生したとしても車体外側の接着剤のシール切れを防止でき、溶接部への水の進入を防ぐことができる。

請求項２の発明によれば、重ね合せ力を高める加圧手段を予め設け、溶接時、前記加圧手段により溶接位置の車体外側の重ね合せ力を高めるため、確実に重ね合せ力に差異を設けることが可能となる。

請求項３の発明によれば、アルミニウム合金板と鋼板とを接合する場合において、電位差に基づく電食の発生を防止しながら車体の軽量化と剛性確保とを両立することができる。

請求項４の発明によれば、第１金属板材の端部側に段部を形成する簡単な構成で溶接位置の車体外側の重ね合せ力を高めることができ、別途重ね合せ力を発生させる設備が不要となる。

請求項５の発明によれば、車体のルーフパネルとルーフレールとにおいてシール不良の防止が可能となる。

以下、本発明を実施する為の最良の形態について実施例１に基づいて説明する。

以下、本発明の実施例１について図面に基づいて説明する。尚、この接合方法では前記背景技術で説明した部材には同一の符号を付している。

図１，図２に示すように、ワゴン系の自動車の車体構造Ｍは、左右１対のフロントピラー７、左右１対のセンタピラー８、左右１対のリヤピラー９、左右１対のフロントピラー７の上端部を連結するフロントヘッダー１０、左右１対のリヤピラー９の上端部を連結するリヤヘッダー１１、フロントピラー７の上端部とリヤピラー９の上端部とに渡って延設された左右１対のルーフサイドレール１と、ルーフパネル５とを有している。ルーフパネル５以外の諸部材は鋼板製である。尚、図２はルーフパネル５を省略して図示した自動車の車体構造Ｍの要部平面図である。

６０００系アルミニウム合金板からなるルーフパネル５は、左右端部に夫々段部５ａと立上部５ｂとを有している。車体上部前端はルーフパネル５の前端部分とフロントヘッダー１０とによる閉断面構造、車体上部後端はルーフパネル５の後端部分とリヤヘッダー１１とによる閉断面構造を形成している。また、鋼製の補強板部材１２ａ〜１２ｄが左右１対のルーフサイドレール１に架渡されルーフ強度を補強している。車体上部側端のルーフサイドレール１は、従来と同様に、キャブサイドアウタ２とキャビン側のルーフレールインナ３とで閉断面を構成し、この閉断面を２分割するようにルーフレールレインフォースメント４が配置される構成となっている。ルーフパネル５はフロントヘッダー１０、リヤヘッダー１１及びルーフサイドレール１に電気抵抗スポット溶接によって車体本体に接合される。

前記スポット溶接を行う電気抵抗スポット溶接装置１３について、図３に基づいて説明する。スポット溶接装置１３は溶接ガン１４を装備したロボット１５と、溶接ガン１４とロボット１５とを駆動制御する制御装置１６と、溶接ガン１４でスポット接合する際、金属板材を重ね合せた状態で位置決め保持する位置決め治具（図示略）とを備えている。ロボット１５は汎用の６軸垂直多関節型ロボットであり、そのロボットハンドの先端部に溶接ガン１４が装着されている。このロボット１５が、溶接ガン１４を位置決め治具で保持された金属構成部材の溶接動作位置と、溶接動作位置から退避した待機位置とに移動動作させる。

溶接ガン１４は、コの字状のフレームになっており、電極支持部２１に設置された第１電極１７と電極支持部２２に設置された第２電極１８と駆動機構１９とを有する。第１電極１７と第２電極１８とは対向配置され、駆動機構１９が電極を軸上で移動させることで第１電極１７と第２電極１８との加圧力及びその間隔を制御している。尚、溶接条件としては、通電可能な電流値は８Ｋ〜１４ＫＡ、加圧力は３００〜５００Ｋｇｆ及び通電時間は０．０５〜０．３秒に設定されている。

以下に、ルーフパネル５とルーフサイドレール１とのスポット溶接工程を説明する。
図４〜図６に示すように、キャブサイドアウタ２とルーフレールインナ３とルーフレールレインフォースメント４との車体内側のフランジ部２ａ，３ａ，４ａ及び車体外側フランジ部２ｂ，３ｂ，４ｂとは車体組立て工程にてスポット溶接等により予め閉断面を構成している。尚、キャブサイドアウタ２は板厚が０．８ｍｍの合金化溶融亜鉛めっき軟鋼板、ルーフレールレインフォースメント４は板厚が１．４ｍｍの９８０ＭＰａ級高張力鋼板を用いている。
このルーフサイドレール１を含む車両構造Ｍを位置決め治具にセットした後、キャブサイドアウタ２の車体内側のフランジ部２ａ上に溶接位置を覆う状態で１液性熱硬化型エポキシ系接着剤６を塗布する。尚、接着剤としては、ウレタン系接着剤、アクリル系接着剤等他の熱硬化型接着剤であっても良く、電気絶縁性を確保できるものであれば良い。また、接着剤６の厚みは１００μｍ程度である。

図５に示すように、別途位置決め治具にセットされたルーフパネル５がルーフサイドレール１に対して位置決めされる。前述したように、ルーフパネル５の車体外側の左右端部には外縁部に立上部５ｂが形成されると共に、接着剤６に相当する部位には３００μｍ程度の段部５ａが車体前後方向全長に渡って形成されている。溶接前の状態としては、ルーフパネル５の立上部５ｂの底部が接着剤６を介してキャブサイドアウタ２の車体内側のフランジ部２ａ上に当接しており、立上部５ｂより車体内側の段部５ａとフランジ部２ａとの空間に接着剤６が収容される形となっている。尚、ルーフパネル５は板厚が１．２ｍｍの６０００系アルミニウム合金板である。

前記位置関係に位置決めした後、スポット溶接装置１３にて溶接を行う。溶接ガン１４を移動させて、電極１７，１８を前記段部５ａの位置で接近動作させ、ルーフパネル５の段部５ａとキャブサイドアウタ２のフランジ部２ａとを接着剤６を介在させた状態で加圧し、その後加圧した状態で１２ＫＡの通電を行う。この際電極１７，１８の加圧力により予め立上部５ｂの底部が接着剤６を介してキャブサイドアウタ２のフランジ部２ａに押付けられるため、アルミニウム合金の散りが発生しても、車体外側は立上部５ｂにより密閉された状態となり、散りの進行方向は開放されている車体内側に積極的に誘導される。

図６に示すように、電極１７，１８の加圧力によって段部５ａは押し潰された状態になり、ルーフパネル５とキャブサイドアウタ２とは溶接完了となる。
図７の溶接部断面図に示すように、キャブサイドアウタ２とルーフレールレインフォースメント４との間には双方にＣ領域で示すナゲットが確認され、ルーフレールレインフォースメント４のＡ領域の組織は粗大化していた。また、ルーフパネル５とキャブサイドアウタ２との接合部分では、ルーフパネル５側のＢ領域にナゲットが確認され、その界面は拡散接合されていることが観察された。

次に、実施例２に係る車体の接合方法について、図８に基づいて説明する。尚、この接合方法のうち、前記実施例１の接合方法と同様の部材に同一の符号を付して説明を省略する。

実施例２に係る車体の接合方法は、実施例１と同様の電気抵抗スポット溶接装置１３を用いて行われ、実施例１の接合方法とはルーフパネル５の構造及び溶接手順が一部異なるものである。
このルーフパネル５の左右端部には実施例１の立上部及び段部が存在しておらず、キャブサイドアウタ２のフランジ部２ａに対応する平坦形状のルーフパネル側フランジ部５ｃが設けられている。また、治具として、前記ルーフパネル側フランジ部５ｃとルーフサイドレール１側のフランジ部２ａ，３ａ，４ａとを挟み込むクランプ手段２０が設けられている。

ルーフパネル５及び車両構造Ｍを位置決め治具にセットした後、キャブサイドアウタ２の車体内側のフランジ部２ａ上に溶接位置を覆う状態でエポキシ系の接着剤６を塗布する。
次に、溶接ガン１４及びクランプ手段２０を溶接位置に対応するよう移動する。尚、クランプ手段２０はルーフパネル５の溶接位置より車体外側所謂、外縁部をクランプできる位置に配置される。

クランプ手段２０がルーフパネル側フランジ部５ｃとキャブサイドアウタ２のフランジ部２ａとをクランプして両者が当接した後、電極１７，１８が加圧動作を開始し、通電する。尚、クランプ手段２０のクランプ力は電極１７，１８の加圧力より高くなるように設定している。

クランプ手段２０が予めルーフパネル側フランジ部５ｃとキャブサイドアウタ２のフランジ部２ａとをクランプし、電極１７，１８の加圧力よりも大きな加圧力としているため、アルミニユム合金の散りが発生したとしても、車体外側はクランプ手段２０により密閉された状態となり、散りの進行方向は開放されている車体内側に積極的に誘導される。また、クランプ力を加圧力より大きくしておけば、クランプ手段２０のクランプ動作と電極１７，１８の加圧動作とが同時であっても同様の効果を得ることは可能である。

実施例２においては、特に、ルーフパネル５側に事前の加工をする必要がないため、既存の車体構造の変更が必要なく、車種展開が容易となる。

次に、実施例３に係る車体の接合方法について、図９に基づいて説明する。実施例３に係る車体の接合方法は、実施例１の接合方法とは溶接ガン１４の構造が一部異なるものである。

図９に示すように、溶接ガン１４には電極支持部２１，２２に支持される電極１７，１８と電極１７を昇降させる駆動機構１９とが設けられている。更に、電極支持部２１，２２の電極１７，１８の近傍には把持部２３，２４が設置されている。把持部２３の先端は電極１７の先端より若干長く設定され、把持部２４の先端は電極１８の先端と同長になっている。

溶接時、把持部２３，２４がルーフパネル側フランジ部５ｃとキャブサイドアウタ２のフランジ部２ａとを把持し、その後、電極１７，１８が溶接位置を加圧、通電することになり、アルミニウム合金の散りが発生したとしても、車体外側は把持部２３，２４により閉鎖された状態となり、散りの進行方向は開放されている車体内側に積極的に誘導される。

実施例３によれば、車体構造の変更を行うことなく、散りの進行方向を車体内側へ誘導する加圧力を溶接装置の加圧力を利用して得る事ができる。また、把持部２３，２４に把持圧力を可変とする機構を追加することで、溶接形状や板材特性に合った把持力を得ることができる。

次に、前記実施例を部分的に変更した変形例について説明する。
１〕前記実施例１，２，３においては、ワゴン系の自動車の車体構造に本発明の接合方法を適用した場合の例について説明したが、セダン系の自動車の車体構造にも、本発明の接合方法を適用できる。

２〕前記実施例１，２，３においては、アルミニウム合金板のルーフパネルと合金化溶融亜鉛めっき軟鋼板のキャブサイドアウタと９８０ＭＰａ級高張力鋼板のルーフレールレインフォースメントの接合技術を例として説明したが、共に他金属板材の組合せ又は同種金属板材の組合せでも本発明を適用できる。また、金属板材は２枚の接合でもよく、特に、融点の低い金属板材の接合では３枚以上を重ね合せて接合することが好ましい。更に、適用部位としてはルーフパネルとキャブサイドアウタとの接合に限られるものではなく、エンジンルーム内のエンジン支持メンバー等腐食対策の必要な箇所に本発明の接合方法を適用可能である。

３〕前記実施例１，２，３においては、スポット溶接の電流値を１２ＫＡとしたが、金属板材の枚数や材質に応じて変更可能である。特に、８Ｋ〜１４ＫＡの範囲であれば、既存の鋼板用スポット溶接装置を利用可能である。

４〕前記実施例１においては、ルーフパネルに形成した段部を３００μｍとしたが、接着剤が収容できる範囲で設定可能である。１ｍｍ以下であれば、ルーフパネルの延びによる歪を吸収し、端部の剛性を向上させることが可能である。また、段部をルーフパネルの前端から後端にかけて連続して形成したが、溶接位置に対応して段部を複数箇所個別に設けることも可能である。

５〕前記実施例２においては、クランプ手段を位置決め治具と一体としても良く、また、溶接位置に対応して複数箇所個別に設けることができる。また、車体構造に合せてクランプ先端形状を形成するものでも良い。

６〕前記実施例３においては、電極支持部に電極に併設して把持部を形成したが、駆動機構による電極の加圧力を兼用できる構造であれば良く、電極と一体的に構成することもできる。

７〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能であり、本発明はそのような変更形態も包含するものである。

本発明の実施例１の車体構造とルーフパネルとの分解斜視図である。 ルーフパネルを除いた車体構造の要部平面図である。 電気抵抗スポット溶接装置の側面図である。 ルーフパネルとルーフレールとの接合前のルーフレールの断面図である。 ルーフパネルとルーフレールとの接合時の断面図である。 ルーフパネルとルーフレールとの接合完了後の断面図である。 電気抵抗スポット溶接接合した接合箇所の拡大断面図である。 本発明の実施例２のルーフパネルとルーフレールとの接合時の断面図である。 本発明の実施例３の電気抵抗スポット溶接装置の溶接ガン周辺の要部拡大側面図である。 従来のルーフパネルとルーフレールとの接合時の断面図である。 従来のルーフパネルとルーフレールとの接合完了後の断面図である。 従来のルーフパネル側溶接部分の状態図である。

符号の説明

Ｍ 車体構造
２ キャブサイドパネル
２ａ フランジ部
４ ルーフレールレインフォースメント
４ａ フランジ部
５ ルーフパネル
５ａ 立上部
５ｂ 段部
６ 接着剤
１３ スポット溶接装置
１４ 溶接ガン
１７ 第１電極
１８ 第２電極

Claims (5)

1. 第１金属板材の車体外側に位置する被接合部と第２金属板材の車体内側に位置する被接合部との間に接着剤を介在させて電気抵抗スポット溶接する車体の接合方法において、
   前記第１金属板材の被接合部と第２金属板材の被接合部との間に接着剤を介在させ、前記両被接合部の溶接位置より前記第１金属板材の被接合部の端部側の重ね合せ力を前記第１金属板材の被接合部の端部側以外の重ね合せ力より高めて両被接合部の接合位置を溶接することを特徴とする車体の接合方法。
2. 重ね合せ力を高める加圧手段を予め設け、溶接時、前記加圧手段により溶接位置の車体外側の重ね合せ力を高めることを特徴とする請求項１に記載の車体の接合方法。
3. 前記第１金属板材はアルミニウム合金板であり、前記第２金属板材は鋼板であることを特徴とする請求項１又は２に記載の車体の接合方法。
4. 前記第１金属板材の被接合部の端部側に形成した段部を前記第２金属板材の被接合部に押圧して前記第１金属板材の被接合部の端部側の重ね合せ力を前記第１金属板材の被接合部の端部側以外の重ね合せ力より高めたことを特徴とする請求項１〜３に記載の車体の接合方法。
5. 前記第１金属板材は車体のルーフパネルであり、前記第２金属板材は車体のルーフレールであることを特徴とする請求項３又は４に記載の車体の接合方法。