JP6619388B2 - 異材接合体の製造方法 - Google Patents
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Description
自動車の車体等に使用されるアルミニウム合金材は、圧延板材、押出材、又は鍛造材等の形態がある。自動車のルーフ、フード、フェンダー、ドア、トランクリッド等、大型のパネル構造体のアウタパネル及びインナパネル等として、AA(アルミニウム協会)又はJIS規格の6000系(Al−Mg−Si系)、及び5000系(Al−Mg系)等のアルミニウム合金板の使用が検討されている。
これらのアルミニウム合金材は、車体の全ての部分をアルミニウム合金材で構成しない限り、元々汎用されている鋼板等の鋼材(鋼部材)と組み合わせて使用する必要があり、必然的に、アルミニウム合金材と鋼部材とを接合する必要がある。
アルミニウム合金材と鋼部材との間には、両者の電位差による腐食(電食)を防ぎ、更に接合強度を確保するために接着剤層が設けられることがある。この接着剤層を形成する接着剤は、液体又は粘性のある状態でアルミニウム合金材又は鋼部材に塗布され、両者を接合する。アルミニウム合金板と鋼板とを鋼製のリベットで溶接する方法においても接着剤層を介して接合する工程が採用されることがある(特許文献1)。
(1) 少なくとも一方の面にアイオノマーの樹脂接着テープからなる固形樹脂層を備える軽合金材を、頭部と軸部からなる鋼製のリベットの前記軸部により、前記軽合金材と前記固形樹脂層を一体的に打ち抜き、前記リベットの軸部先端を前記固形樹脂層から突出させる工程と、
前記リベットの前記軸部先端が突出する側の前記軽合金材の面に、前記固形樹脂層を介して鋼材を重ね合わせる工程と、
前記リベットの前記軸部と前記鋼材とを溶接する工程と、
を有する異材接合体の製造方法。
(2) 少なくとも一方の面にアイオノマーの樹脂接着テープからなる固形樹脂層を備える軽合金材を、前記固形樹脂層と共に前記軽合金材と前記固形樹脂層を一体的に穿孔する工程と、
前記軽合金材に、前記固形樹脂層を介して鋼材を重ね合わせる工程と、
前記軽合金材に穿孔された穿孔部に、頭部と軸部からなる鋼製のリベットを挿入して前記軸部の先端を突出させる工程と、
前記リベットの前記軸部と前記鋼材とを溶接する工程と、
を有する異材接合体の製造方法。
図1は本発明に係る異材接合体の製造方法により作製された異材接合体100の模式的な断面図である。
<異材接合体の基本構成>
本構成例の異材接合体100は、鋼材11と、少なくとも一方に電気絶縁性を有する固形樹脂層15を備える軽合金材13と、鋼製のリベット17と、を有する。鋼材11と軽合金材13とは、リベット17の軸部17aを除いて固形樹脂層15を介して重ね合わされる。リベット17は、軽合金材13を挟んで軸部17aの先端と鋼材11とがスポット溶接され、溶接部位に溶融凝固部(スポット溶接の場合はナゲット)19が形成される。また、鋼材11と軽合金材13との間の固形樹脂層15は、鋼材11と軽合金材13との電位差に起因する電食を防止させる。
リベット17は、軸部17aと、軸部17aよりも大径の頭部17bを有する。リベット17の表面には、鋼材11よりも高い電気抵抗率(電気抵抗)の絶縁層が形成される。絶縁層は、例えば、ディスゴ(登録商標)、ラフレ(登録商標)、ジオメット(登録商標)、ポリエステル系樹脂プレコート、シリコーンエラストマ等の他、ニッケルめっき、亜鉛ニッケルめっき、亜鉛等のめっき層であってもよく、その他の絶縁被膜等であってもよい。絶縁層は、リベット17の頭部17bの外側端面と、軸部17aの先端面とを除いた部位にのみ形成されていてもよく、少なくとも、リベット17が後述する軽合金材13の穿孔に装填された際に、リベット17と軽合金材13とが接触する箇所に形成されていればよい。
鋼材11は、高張力鋼材、亜鉛めっき鋼板、ステンレス鋼等が用いられる。鋼材11の形態としては、板材、形材、鋳物材、板材のプレス成形品、又はホットスタンプ品等が挙げられる。
軽合金材13の材質は、特に限定されないが、具体的には、アルミニウム、アルミニウム合金(JIS規格の2000系、3000系、4000系、5000系、6000系又は7000系、8000系)、マグネシウム、マグネシウム合金等が挙げられる。軽合金材13の形態としては、板材(アルミクラッド材を含む)、形材、ダイキャスト材、鋳物材、又は板材や押出材のプレス成形品等が挙げられる。
固形樹脂層15は、前述したように電気絶縁性を有し、軽合金材13の少なくとも一方の面13aに備わる。本構成の固形樹脂層15は、軽合金材13の面上でリベット17の少なくとも軸部17aを取り囲む領域で鋼材11と相対する面に形成される。また、固形樹脂層15は、剪断性に優れるものが好ましく、軽合金材13と共に穿孔できるものであればよい。具体的には、樹脂接着テープや、ポリエステル樹脂フィルムを熱圧着したラミネート被膜が、固形樹脂層15として好適に用いられる。
(第1の製造方法)
次に、異材接合体100の第1の製造方法について説明する。
図2A、図2B、図2C、図2Dは、図1に示す異材接合体100の第1の製造方法(ピアス方式)を段階的に示す工程説明図である。
図3A,図3Bは軽合金材13と鋼材11とを抵抗スポット溶接する様子を模式的に示す断面図である。
まず、図3Aに示すように、リベット17がかしめられた軽合金材13を、リベット17の軸部17aが突出する側の面13aを鋼材11に対面させて、鋼材11と重ね合わせる。つまり、軽合金材13は、一対の対向する面13a,13bのうち、一方の面13aに形成された固形樹脂層15を介して鋼材11に重ね合わされる。
次に、異材接合体100の第2の製造方法について説明する。
図4A、図4B、図4Cは、異材接合体100の第2の製造方法を段階的に示す工程説明図である。
次に、異材接合体の第3の製造方法について説明する。
図5は第3の製造方法により作製された異材接合体200の模式的な断面図である。
次に、異材接合体の製造方法の更に他の例について説明する。
前述したリベット17と軽合金材13とのかしめ形態は、軽合金材13の塑性流動を伴う形態や嵌入する形態であったが、他のかしめ形態であってもよい。
ここでは、図中点線で示すかしめ前のリベット17Aの軸部17aを、軽合金材13に形成された穿孔部43に挿入する。そして、リベット17Aの頭部17bを軸方向に加圧することで、軸部17aを塑性変形により張り出させて、穿孔部43の内壁面に密着させる。
レーザ溶接の場合、レーザ発振器45から出力されるレーザビームLBにより、リベット17Bを貫通し、リベット17Bと鋼材11を接合する溶融凝固部47が形成される。
MIG溶接の場合、シールドガス雰囲気で、溶接トーチ48からのアークによって母材と溶加材とが溶融されることで、リベット17Cに形成された開口部17eに溶融凝固部47が堆積される。
プラズマアーク溶接では、溶接トーチ49において、プラズマガスと拘束ノズルによる熱的ピンチ効果を利用して細く絞ったプラズマアークを発生させる。プラズマアークによりリベット17Dを貫通し、リベット17Dと鋼材11を接合する溶融凝固部47が形成される。なお、図示はしないがTIG溶接を用いてもプラズマアーク溶接同様の効果が得られる。
次に、上記した異材接合体の各構成を、自動車ルーフ取り付け構造に適用した一例を説明する。
図示例のように、前提となる自動車車体51の基本的な構造自体は、従来構造と同様である。即ち、フロントピラー53、センターピラー55、及びリアピラー57の上方側における車両上部の両サイドには、車両前後方向に沿って延在する一対のルーフサイドレール59が設けられる。また、車両上部には、一対のルーフサイドレール59間に架け渡されるルーフパネル61が設けられる。
図示例の断面図は、図9の自動車車体51の斜視図における、ルーフパネル61の車両幅方向の両脇側であって、フロントピラー53とセンターピラー55との間のA−A部や、センターピラー55とリアピラー57との間のB−B部の断面図に相当する。ここでは、ルーフサイドレール59として、サイドパネルアウタ63とルーフレールインナ65とを有する構成を例示しているが、これに限らず、ルーフレールインナ65に、更に他の部材が接合された複合部材であってもよい。
(1) 少なくとも一方の面に固形樹脂層を備える軽合金材を、頭部と軸部からなる鋼製のリベットの前記軸部で打ち抜き、前記リベットの軸部先端を前記固形樹脂層から突出させる工程と、
前記リベットの前記軸部先端が突出する側の前記軽合金材の面に、前記固形樹脂層を介して鋼材を重ね合わせる工程と、
前記リベットの前記軸部と前記鋼材とを溶接する工程と、
を有する異材接合体の製造方法。
この異材接合体の製造方法によれば、軽合金材と鋼材とが固形樹脂層を介して接合されるため、軽合金材と鋼材との界面が固形樹脂層で覆われ、電食を確実に防止できる。また、液状の樹脂層や粘性を有する樹脂層で生じる樹脂の溶接部への移動がないため、溶接部の溶接面積が安定して確保され安定したサイズの溶融凝固部を形成することができる。そのため、リベットの軸部先端と鋼材とが、リベットの軸線を中心として良好に溶接される。更に、リベットの軸部で軽合金材を穿孔するため、リベットの軽合金材への配置と固定が一度に行え、工程を簡素化できる。
前記軽合金材に、前記固形樹脂層を介して鋼材を重ね合わせる工程と、
前記軽合金材に穿孔された穿孔部に、頭部と軸部からなる鋼製のリベットを挿入して前記軸部の先端を突出させる工程と、
前記リベットの前記軸部と前記鋼材とを溶接する工程と、
を有する異材接合体の製造方法。
この異材接合体の製造方法によれば、軽合金材と鋼材とが固形樹脂層を介して接合されるため、軽合金材と鋼材との界面が固形樹脂層で覆われ、電食を確実に防止できる。また、液状の樹脂層や粘性を有する樹脂層で生じる樹脂の移動がないため、溶接部の溶接面積が安定して確保され、安定したサイズの溶融凝固部を形成することができる。そのため、リベットの軸部先端と鋼材とが、リベットの軸線を中心として良好に溶接される。更に、軽合金材を穿孔した後の穿孔部にリベットを配置するため、リベット配置時に軽合金材を大きく変形させることなく、高精度にリベットを軽合金材に固定できる。
この異材接合体の製造方法によれば、リベットと軽合金材とがかしめられることで、リベットを取り付けた軽合金材のハンドリング性が向上し、溶接工程前のリベット脱落が回避される。
この異材接合体の製造方法によれば、軽合金材が塑性流動することで、リベットを堅固に軽合金材に固定できる。
この異材接合体の製造方法によれば、塑性変形によって軽合金材の穿孔部にリベットを堅固に固定できる。
この異材接合体の製造方法によれば、軽合金材の端面が固形樹脂層により覆われることで、端面からの水分の浸入が阻止され、より確実に電食を防止できる。
この異材接合体の製造方法によれば、抵抗スポット溶接により、熱歪みを抑制でき、薄板の鋼材であっても容易に接合できる。
この異材接合体の製造方法によれば、スポット溶接のように電極で被接合材を挟み込む必要がなく片面からの施工で可能なため、スポット溶接の電極が配置しにくい場所の接合も可能となる。更に、スポット溶接で生じるような分流がないため、溶接点の間隔を狭くすることができる。
13 軽合金材
13a 面(リベット打ち込み側)
15 固形樹脂層
17 リベット
17a 軸部
27 穿孔部
100,200,300,400 異材接合体
Claims (8)
- 少なくとも一方の面にアイオノマーの樹脂接着テープからなる固形樹脂層を備える軽合金材を、頭部と軸部からなる鋼製のリベットの前記軸部により、前記軽合金材と前記固形樹脂層を一体的に打ち抜き、前記リベットの軸部先端を前記固形樹脂層から突出させる工程と、
前記リベットの前記軸部先端が突出する側の前記軽合金材の面に、前記固形樹脂層を介して鋼材を重ね合わせる工程と、
前記リベットの前記軸部と前記鋼材とを溶接する工程と、
を有する異材接合体の製造方法。 - 少なくとも一方の面にアイオノマーの樹脂接着テープからなる固形樹脂層を備える軽合金材を、前記固形樹脂層と共に前記軽合金材と前記固形樹脂層を一体的に穿孔する工程と、
前記軽合金材に、前記固形樹脂層を介して鋼材を重ね合わせる工程と、
前記軽合金材に穿孔された穿孔部に、頭部と軸部からなる鋼製のリベットを挿入して前記軸部の先端を突出させる工程と、
前記リベットの前記軸部と前記鋼材とを溶接する工程と、
を有する異材接合体の製造方法。 - 前記溶接の前に、前記リベットと前記軽合金材とを相互にかしめる、請求項1又は請求項2に記載の異材接合体の製造方法。
- 前記かしめを、前記軽合金材の塑性流動により行う請求項3に記載の異材接合体の製造方法。
- 前記かしめを、前記リベットの前記軸部の塑性変形により行う請求項3に記載の異材接合体の製造方法。
- 前記軽合金材の端面を前記固形樹脂層により覆う請求項1〜請求項5のいずれか一項に記載の異材接合体の製造方法。
- 前記溶接は抵抗スポット溶接である請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の異材接合体の製造方法。
- 前記溶接は、レーザ溶接、TIG溶接、プラズマアーク溶接、又はMIG溶接のいずれかである請求項1〜請求項6のいずれか一項に記載の異材接合体の製造方法。
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