JP4764015B2 - 接合金属板の製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、２つの金属板が互いのフランジ部にて接着剤及び溶接により接合される接合金属板の製造方法に関する。

自動車車両、鉄道車両等の大型製品における金属板同士の接合には、スポット溶接が用いられる。スポット溶接は、重ね合わせた２枚の金属板を一対の電極チップで挟み込み、挟圧しながら板厚方向に電流を流すことにより、両金属板に溶接ナゲットと呼ばれる溶融した部分を形成し、このナゲットにより両金属板を点状に溶接するものである。

このスポット溶接を施す際に、各金属板の接合部分に予め接着剤を充填しておくウエルドボンド接合と呼ばれる接合工法がある（例えば、特許文献１参照。）。この接合工法によれば、スポット溶接による接合強度に接着剤による接合強度が加わるので、スポット溶接の打点の位置及び数が同一である場合には接着剤が凝固した分だけ接合強度を向上させることができる。

特許文献１に記載の接合金属板では、２枚の金属板が連続的に１つの壁部をなし、各金属板の境界部に壁部と略直角なフランジ部が形成される。そして、各フランジ部の間に接着剤が充填された状態で、各フランジ部を重ね合わせてスポット溶接が施される。接合金属板が袋状構造をなす場合は、略水平な各フランジ部を重ね合わせる前に、上側金属板と下側金属板の少なくとも一方のフランジ部に接着剤を予め塗布することとなる。各金属板とも、壁部とフランジ部は湾曲した曲成部を介して連続的に形成されている。このように、車両のアウタパネルとインナパネルのような２枚の金属板により袋状に形成される部位では、各金属板にフランジ部を形成してスポット溶接を施すものが一般的である。
特開２００４−８２１３６号公報

ところで、各金属板のフランジ部の間のみならず、曲成部側にも接着剤を凝固させることができれば、接合強度が飛躍的に向上する。ここで、フランジ部に塗布される接着剤の量を増やし、スポット溶接の挟圧時に各フランジ部から各曲成部側へ接着剤を積極的にはみ出させることにより、接着剤を各曲成部に充填させることが考えられる。
しかしながら、前述の接合金属板の製造方法では、各フランジ部がともに略水平に形成されているので、フランジ部に塗布される接着剤の量を増やすと、各曲成部と反対側からも接着剤がはみ出して接合金属板の外側へ流出する。袋状構造の接合金属板の外側表面に流出した接着剤は後工程で拭き取る必要があり、製造時における作業工数が増大するという問題点が生じる。

本発明は、前記事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、製造時における作業工数を増大させることなく、各金属板の曲成部にも接着剤を充填させて接合金属板の接合強度を向上させることのできる接合金属板の製造方法を提供することにある。

前記目的を達成するため、請求項１に記載の発明では、位置決め工程及び接合工程時の配置で上下に延びる上壁部と上側フランジ部が湾曲形成された上側曲成部を介して連続して形成される上側金属板と、上下に延びる下壁部と下側フランジ部が湾曲形成された下側曲成部を介して連続して形成される下側金属板と、を有し、前記上側フランジ部と前記下側フランジ部が接合される接合金属板の製造方法であって、前記上側金属板及び前記下側金属板を、前記上側フランジ部及び前記下側フランジ部が前記上壁部に対する垂直方向（後述の「左右方向」に相当）について前記上側曲成部及び前記下側曲成部へ向かって互いに離隔するよう形成する金属板プレス工程と、前記位置決め工程として、前記上側フランジ部と前記下側フランジ部の間に接着剤を介在させて、前記上側フランジ部と前記下側フランジ部を対向させる位置決め工程と、前記接合工程として、前記位置決め工程の後、前記上側フランジ部と前記下側フランジ部を挟圧して成型しつつ、前記上側フランジ部と前記下側フランジ部を溶接する接合工程と、を有することを特徴とする。

請求項１に記載の発明によれば、金属板プレス工程にて上側フランジ部及び下側フランジ部が左右方向について上側曲成部及び下側曲成部へ向かって互いに離隔するよう形成されるので、接合工程にて各フランジ部を挟圧すると、各フランジ部間の接着剤は各曲成部側にこれと反対側よりも多く押し出されることとなる。すなわち、各フランジ部における各曲成部と反対側から接着剤をはみ出させることなく、接着剤を各フランジ部から各曲成部側へ積極的にはみ出させて、各曲成部間に接着剤を充填することができる。
従って、接合金属板の外側表面へ接着剤が流出することがないので、接着剤を後工程で拭き取る必要はなく、製造時における作業工数が増大することはない。そして、製造された接合金属板は各フランジ部同士に加えて上側曲成部及び下側曲成部においても上側金属板と下側金属板とが接着されることとなり、各フランジ部同士のみで上側金属板と下側金属板を接着する従来のものに比して飛躍的に接合金属板の接合強度を向上させることができる。

請求項２に記載の発明では、請求項１に記載の接合金属板の製造方法において、前記接合工程にて、前記上側フランジ部の上面及び前記下側フランジ部の下面を前記上壁部及び前記上側フランジ部に対して平行方向（後述の「前後方向」に相当）へ転動する上下一対のローラを用いて前記上側フランジ部及び前記下側フランジ部を挟圧することを特徴とする。

請求項２に記載の発明によれば、請求項１の作用に加え、上下一対のローラにより上側フランジ部及び下側フランジ部を挟圧するようにしたので、各フランジ部を略水平に的確に成型しつつ接着剤を各フランジ部間の前記垂直方向にわたって満遍なく充填させることができる。また、前記平行方向に各ローラが転動することから、各フランジ部を前記平行方向に均一に成型することができるし、接着剤を各フランジ部間の前記平行方向にわたっても満遍なく充填させることができる。

請求項３に記載の発明では、請求項２に記載の接合金属板の製造方法において、前記接合工程にて、前記各ローラの軸支部が前記上側フランジ部及び前記下側フランジ部の前記上側曲成部及び前記下側曲成部と反対側の前記垂直方向の端部と摺接することを特徴とする。

請求項３に記載の発明によれば、請求項２の作用に加え、接合工程にて各ローラの軸支部が各フランジ部における各曲成部と反対側の端部と摺接するので、各フランジ部における各曲成部と反対側からの接着剤の流出が軸支部により規制される。従って、より確実に接合金属板の外側表面への接着剤の流出を阻止することができる。

請求項４に記載の発明では、請求項２または３に記載の接合金属板の製造方法において、前記各ローラの周面に溶接用の電極を配し、前記接合工程にて、前記各ローラにより前記上側フランジ部及び前記下側フランジ部を挟圧しつつ溶接するようにしたことを特徴とする。

請求項４に記載の発明によれば、請求項２または３の作用に加え、各フランジ部の挟圧作業と溶接作業を一度に行うことができ、製造時における作業工数を低減して接合金属板の生産性の向上を図ることができる。

このように、本発明によれば、製造時における作業工数を増大させることなく、各金属板の曲成部にも接着剤を充填させて接合金属板の接合強度を向上させることができる。

図１から図５は本発明の一実施形態を示すもので、図１は自動車車体のサイドメンバの模式的な斜視図、図２はサイドメンバの模式的な断面図、図３は上側フランジ部及び下側フランジ部を左右方向について上側曲成部及び下側曲成部へ向かって互いに離隔するよう形成し各フランジ部の間に接着剤を介在させた状態を示すサイドメンバの模式的な断面図、図４は上下一対のローラにより上側フランジ部及び下側フランジ部を挟圧している状態を示すサイドメンバの模式的な断面図である。図５は図４のＡ−Ａ断面図である。

図１に示すように、この接合金属板１は、自動車車体における略前後へ延びるサイドメンバに用いられ、断面が略ハット状に形成された上側金属板１０と、断面が略逆ハット状に形成された下側金属板２０が接合されたものである。それぞれ鉄からなる上側金属板１０と下側金属板２０は、合わせ面に接着剤３０を塗布した状態でスポット溶接により接合され、上側金属板１０の上壁部１１と下側金属板２０の下壁部２１が連続的に縦壁３１を形成する。上側金属板１０は水平に延びる上側フランジ部１２を有し、下側金属板２０は水平に延びる下側フランジ部２２を有し、上側フランジ部１２の下面と下側フランジ部２２の上面が合わせ面をなしている。

図１に示すように、上側金属板１０は、略上下に延びる上壁部１１と水平に延びる上側フランジ部１２が、湾曲形成された上側曲成部１３を介して連続して形成される。また、下側金属板２０は、略上下に延びる下壁部２１と水平に延びる下側フランジ部２２が、湾曲形成された下側曲成部２３を介して連続して形成される。図２に示すように、上側曲成部１３と下側曲成部２３は、ほぼ同じ曲率で形成され、それぞれ各金属板１０，２０により形成される閉断面内部へ凸に形成されている。これにより、縦壁３１と各フランジ部１２，２２が滑らかに接続されている。各フランジ部１２，２２の間には凝固した接着剤３０が介在する。

この接合金属板１では、上側金属板１０の上側フランジ部１２と下側金属板２０の下側フランジ部２２が、接着剤３０を介在させて重ね合わせた状態で挟圧して溶接することにより接合される。本実施形態においては、この挟圧は、スポット溶接時に一対の電極チップで各フランジ部１２，２２を挟み込むことにより行われる。スポット溶接は、前後方向に間隔をおいて施され、各フランジ部１２，２２に前後に並ぶ複数のナゲット３２が形成される（図１参照）。

以上のように構成された金属接合板１の製造方法について説明する。
まず、図３に示すように、上側金属板１０及び下側金属板２０を、上側フランジ部１２及び下側フランジ部２２が左右方向について上側曲成部１３及び下側曲成部２３へ向かって互いに離隔するよう形成する（金属板プレス工程）。本実施形態においては、各フランジ部１２，２２が水平に到達するまで上側金属板１０及び下側金属板２０の各曲成部１３，２３が曲げられておらず、各フランジ部１２，２２がそれぞれ水平に対して所定のなす角を有する状態となっている。

金属板プレス工程の後、図３に示すように、上側フランジ部１２と下側フランジ部２２の間に接着剤３０を介在させて、上側フランジ部１２と下側フランジ部２２を対向させる（位置決め工程）。具体的には、下側フランジ部２２に半流動体状の接着剤３０を塗布してから、上側フランジ部１２を下側フランジ部２２と対向させる。

位置決め工程の後、上側フランジ部１２と下側フランジ部２２を挟圧して、上側フランジ部１２と下側フランジ部２２を溶接する（接合工程）。本実施形態においては、図４に示すように、上側フランジ部１２の上面及び下側フランジ部２２の下面を前後方向へ転動する上下一対のローラ４０を用いて上側フランジ部１２及び下側フランジ部２２が挟圧される。

このとき、上側フランジ部１２及び下側フランジ部２２が左右方向について上側曲成部１３及び下側曲成部２３へ向かって互いに離隔するよう形成されているので、各フランジ部１２，２２を挟圧すると、各フランジ部１２，２２間の接着剤３０は各曲成部１３，２３側にこれと反対側よりも多く押し出されることとなる。すなわち、各フランジ部１２，２２における各曲成部１３，２３と反対側から接着剤３０をはみ出させることなく、接着剤３０を各フランジ部１２，２２から各曲成部１３，２３側へ積極的にはみ出させて、各曲成部１３，２３間に接着剤３０を充填することができる。

図４に示すように、各ローラ４０の左右方向寸法は、上側フランジ部１２及び下側フランジ部２２の左右方向寸法とほぼ一致するようになっている。各ローラ４０を挿通する軸部材４１は上下に延びる軸支部４２に固定される。この軸支部４２には上側フランジ部１２及び下側フランジ部２２の上側曲成部１３及び下側曲成部２３と反対側の左右方向端部と摺接する摺接部４２ａが設けられる。この摺接部４２ａは、例えば樹脂部材からなり、これにより各フランジ部１２，２２に対して軸支部４２及び各ローラ４０が左右に位置決めされる。

また、図５に示すように、各ローラ４０には周方向に所定の間隔で溶接用の電極４３が配される。本実施形態においては、図４に示すように、各ローラ４０の周面は突起物等が存在せずフラットに形成され、ローラ４０に埋設された各電極４３が周面から露出するようになっている。そして、上下の各ローラ４０の電極４３は同じタイミングで各フランジ部１２，２２の上面及び下面と接触し、上下一対の電極４３で各フランジ部１２，２２が挟み込まれる。尚、各ローラ４０における各電極４３の周囲は絶縁体が配され、各電極４３の通電時にローラ４０側へ電流が流れることなく、各フランジ部１２，２２に電流が流れるようになっている。

このように、本実施形態の接合金属板１の製造方法によれば、接合金属板１の外側表面へ接着剤３０が流出することがないので、接着剤３０を後工程で拭き取る必要はなく、製造時における作業工数が増大することはない。そして、製造された接合金属板１は各フランジ部１２，２２同士に加えて上側曲成部１３及び下側曲成部２３においても上側金属板１０と下側金属板２０とが接着されることとなり、各フランジ部１２，２２同士のみで上側金属板１０と下側金属板２０を接着する従来のものに比して飛躍的に接合金属板１の接合強度を向上させることができる。

特に本実施形態においては、図４に示すように、接合工程にて各ローラ４０の軸支部４２が各フランジ部１２，２２における各曲成部１３，２３と反対側の端部と摺接するので、各フランジ部１２，２２における各曲成部１３，２３と反対側からの接着剤３０の流出が軸支部４２により規制される。従って、より確実に接合金属板１の外側表面への接着剤３０の流出を阻止することができる。

また、本実施形態の接合金属板１の製造方法によれば、上下一対のローラ４０により上側フランジ部１２及び下側フランジ部２２を挟圧するようにしたので、各フランジ部１２，２２を略水平に的確に成型しつつ接着剤３０を各フランジ部１２，２２間の左右方向にわたって満遍なく充填させることができる。また、図５に示すように、前後に各ローラ４０が転動することから、各フランジ部１２，２２を前後方向に均一に成型することができるし、接着剤３０を各フランジ部１２，２２間の前後方向にわたっても満遍なく充填させることができる。

また、本実施形態の接合金属板１の製造方法によれば、接合工程にて、各ローラ４０により上側フランジ部１２及び下側フランジ部２２を挟圧しつつ溶接するようにしたので、各フランジ部１２，２２の挟圧作業と溶接作業を一度に行うことができ、製造時における作業工数を低減して接合金属板１の生産性の向上を図ることができる。

ここで、図６に、接着剤３０の塗布状態により接合強度がどのように変化するか計測した実験データを示す。実験は、各フランジ部１２，２２をスポット溶接のみで接合したもの（以下、サンプル１という）と、図７に示すようにスポット溶接に加えて各フランジ部１２，２２の間で接着剤３０を凝固させたもの（以下、サンプル２という）と、図２に示すようにスポット溶接に加えて各フランジ部１２，２２及び各曲成部１３，２３の間で接着剤３０を凝固させたもの（以下、サンプル３という）とに分けて行った。サンプル１〜３は、それぞれ実際の自動車車体に用いられているサイドメンバと同形状のものとした。

図６に示すように、各フランジ部１２，２２の接合強度は、サンプル３、サンプル２、サンプル１の順に高い値が得られた。尚、図６においては、各フランジ部１２，２２の開口変位を横軸とし、この開口変位に必要な荷重を縦軸としている。サンプル２とサンプル３を比較すると、同じ開口変位では、サンプル３の方が約１．５倍以上の荷重を加えなければならないことが実験的に証明されている。このように、実験的にも、各フランジ部１２，２２のみならず上側曲成部１３または下側曲成部２３にも接着剤３０が充填されて凝固すると、接合強度が飛躍的に向上することが確認されている。

尚、前記実施形態においては、各ローラ４０の外周面がフラットなものを示したが、図８に示すように各ローラ１４０に複数の電極１４３を突出させて設けてもよい。また、前記実施形態のようにスポット溶接を施すものでなく、各ローラの電極を円盤状に形成してシーム溶接を施すようにしてもよい。すなわち、ローラの周面に溶接用の電極を配し、接合工程にて各フランジ部１２，２２を挟圧しつつ溶接するようにすれば、前記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

さらに、電極４３の配されていないローラを用いて各フランジ部１２，２２を挟圧した後に、スポット溶接ガンで各フランジ部１２，２２を溶接するようにしても、前記実施形態と同様の接合金属板１を製造することができる。この場合、シーム溶接のようなスポット溶接以外の抵抗溶接方式を用いてもよいし、例えばレーザー溶接であっても、接着剤３０を各フランジ部１２，２２間及び各曲成部１３，２３間に充填させて溶接することが可能である。

また、前記実施形態においては、各ローラ４０の軸支部４２が各フランジ部１２，２２の端部と摺接するものを示したが、軸支部４２を摺接させずともよい。また、前記実施形態においては、各ローラ４０が各フランジ部１２，２２を各曲成部１３，２３側の端部からこれと反対側の端部にわたって同時に挟圧するものを示したが、各曲成部１３，２３側と反対側の端部から各曲成部１３，２３へ向かって漸次に挟圧していくものであってもよい。この場合は、各フランジ部１２，２２の形成状態に加えて、各ローラ４０の挟圧状態によっても各曲成部１３，２３側へ接着剤３０を多く押し出すことができ、各曲成部１３，２３への接着剤３０の充填に効果的である。

また、前記実施形態においては、各ローラ４０により各フランジ部１２，２２を挟圧するものを示したが、例えば、上下一対のクランプ部を有するクランプ工具を用いて各フランジ部１２，２２を挟圧してもよい。

また、前記実施形態においては、各フランジ部１２，２２がそれぞれ水平に対して所定のなす角を有する状態となっているものを示したが、例えば各フランジ部１２，２２の一方が水平となるよう形成されていても他方が水平に対して所定のなす角を有していれば、上側フランジ部１２及び下側フランジ部２２が左右方向について上側曲成部１３及び下側曲成部２３へ向かって互いに離隔し、前記実施形態と同様の作用効果を得ることができる。

さらに、前記実施形態においては、接合金属板１が自動車車体に用いられるものを示したが、鉄道車体、航空機等に用いることもできる。また、自動車車体のサイドメンバに用いられるものを示したが、クロスメンバやピラーのような他の部分に用いられるものであってもよい。ここで、ピラーのように上下に延び前後または左右に金属板が分割構成されるものであっても、一方の金属板を上側とし他方の金属板を下側として接合を行い、接着剤が凝固した後に他の部分に組み付ければよい。

さらにまた、前記実施形態においては、略ハット状の金属板と略逆ハット状の金属板とを接合するものを示したが、上側金属板が上壁部、上側湾曲部及び上側フランジ部を有し、下側金属板が下壁部、下側湾曲部及び下側フランジ部を有するものであれば、上側金属板及び下側金属板の形状は問わない。

また、前記実施形態においては、上側金属板１０と下側金属板２０が鉄からなるものを示したが、例えばアルミニウムなど他の金属からなるものであってもよい。また、接着剤３０が貯留しやすいように、各曲成部１３，２３の表面粗さを各フランジ部１２，２２よりも粗くしたり、各フランジ部１２，２２の間に板部材を介在させたりしてもよいし、その他、具体的な細部構造等についても適宜に変更可能であることは勿論である。

本発明の一実施形態を示す自動車車体のサイドメンバの模式的な斜視図である。 サイドメンバの模式的な断面図である。 上側フランジ部及び下側フランジ部を左右方向について上側曲成部及び下側曲成部へ向かって互いに離隔するよう形成し、各フランジ部の間に接着剤を介在させた状態を示すサイドメンバの模式的な断面図である。 上下一対のローラにより上側フランジ部及び下側フランジ部を挟圧している状態を示すサイドメンバの模式的な断面図である。 図４のＡ−Ａ断面図である。 フランジ部の開口変位と荷重の関係を示すグラフである。 各フランジ部のみに接着剤を充填させたサイドメンバの模式的な断面図である。 変形例を示すものであって、上下一対のローラにより上側フランジ部及び下側フランジ部を挟圧している状態を示すサイドメンバの模式的な断面図である。

符号の説明

１ 接合金属板
１０ 上側金属板
１１ 上壁部
１２ 上側フランジ部
１３ 上側曲成部
２０ 下側金属板
２１ 下壁部
２２ 下側フランジ部
２３ 下側曲成部
３０ 接着剤
４０ ローラ
４２ 軸支部
４３ 電極
１４０ ローラ
１４３ 電極

Claims (4)

1. 位置決め工程及び接合工程時の配置で上下に延びる上壁部と上側フランジ部が湾曲形成された上側曲成部を介して連続して形成される上側金属板と、上下に延びる下壁部と下側フランジ部が湾曲形成された下側曲成部を介して連続して形成される下側金属板と、を有し、前記上側フランジ部と前記下側フランジ部が接合される接合金属板の製造方法であって、
   前記上側金属板及び前記下側金属板を、前記上側フランジ部及び前記下側フランジ部が前記上壁部に対する垂直方向について前記上側曲成部及び前記下側曲成部へ向かって互いに離隔するよう形成する金属板プレス工程と、
   前記位置決め工程として、前記上側フランジ部と前記下側フランジ部の間に接着剤を介在させて、前記上側フランジ部と前記下側フランジ部を対向させる位置決め工程と、
   前記接合工程として、前記位置決め工程の後、前記上側フランジ部と前記下側フランジ部を挟圧して成型しつつ、前記上側フランジ部と前記下側フランジ部を溶接する接合工程と、を有することを特徴とする接合金属板の製造方法。
2. 前記接合工程にて、前記上側フランジ部の上面及び前記下側フランジ部の下面を前記上壁部及び前記上側フランジ部に対して平行方向へ転動する上下一対のローラを用いて前記上側フランジ部及び前記下側フランジ部を挟圧することを特徴とする請求項１に記載の接合金属板の製造方法。
3. 前記接合工程にて、前記各ローラの軸支部が前記上側フランジ部及び前記下側フランジ部の前記上側曲成部及び前記下側曲成部と反対側の前記垂直方向の端部と摺接することを特徴とする請求項２に記載の接合金属板の製造方法。
4. 前記各ローラの周面に溶接用の電極を配し、
   前記接合工程にて、前記各ローラにより前記上側フランジ部及び前記下側フランジ部を挟圧しつつ溶接するようにしたことを特徴とする請求項２または３に記載の接合金属板の製造方法。

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