WO2016103376A1 - 異材接合構造及び異材接合方法 - Google Patents

異材接合構造及び異材接合方法 Download PDF

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孝行 山田
齋藤 勲
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本田技研工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a dissimilar material joining structure and dissimilar material joining method for joining dissimilar metals.
  • Patent Document 1 discloses that a joining surface of an aluminum roof panel 1 and a joining surface of a steel side roof rail 2 are joined with a rivet 4 as shown in FIG. .
  • a structural adhesive 3 having electrical insulation is interposed between the joint surfaces of the aluminum roof panel 1 and the side roof rail 2 made of steel.
  • Patent Document 2 As shown in FIG. 6 (b), after dissimilar material joining rivets 6 are penetrated and bonded to a panel 5 made of steel, the dissimilar material joining rivets 6 are made of an aluminum alloy material. It is disclosed that the dissimilar panels 5 and 7 are joined together by spot welding to the formed panel 7.
  • Patent Document 3 as shown in FIG. 6C, the metal members 8 a and 8 b straddle both metal members 8 a and 8 b in a state where at least a part of the different metal members 8 a and 8 b to be connected is in contact with each other.
  • a connection structure is disclosed in which different metal members 8a, 8b are indirectly connected by a metal coating 9.
  • Patent Document 3 describes that the metal coating 9 is formed by a cold spray method or a warm spray method. Note that the connection structure disclosed in Patent Document 3 is different from Patent Document 1 and Patent Document 2, and does not connect the interfaces between different types of metal members.
  • connection structure disclosed in Patent Document 3 when the connection structure disclosed in Patent Document 3 is applied to the assembly process of the vehicle body, the bonding time increases and the productivity is reduced as compared with the case of using commonly used spot welding. .
  • An object of the present invention is to provide a dissimilar material joining structure and a dissimilar material joining method that can cope with an increase in strength of an iron member and can eliminate the need for pilot hole processing.
  • the present invention provides a first panel formed of a metal material, a second panel formed of a dissimilar metal material having higher conductivity than the first panel, and the first panel. And a metal coating that adheres to a surface of the second panel that faces the first panel, and the metal coating is provided between the first panel and the second panel. A nugget that is a joint portion is formed between the first panel and the metal film by resistance welding in a state where a metal is interposed.
  • a metal film made of the same metal material as that of the first panel is attached (adhered) to the surface of the second panel facing the first panel in advance with a predetermined film thickness. Subsequently, between the pair of electrodes used in resistance welding, the second panel, the metal film, and the first panel were stacked from the top in this order, and the metal film was interposed between the second panel and the first panel. In this state, a pair of electrodes are energized and resistance welding is performed. At that time, since the second panel has higher conductivity than the first panel and the metal coating, the nugget which is the junction is caused to generate heat by increasing the electrical resistance between the metal coating with low conductivity and the first panel. Can be formed.
  • the metal coating adhered to the second panel can be firmly joined to the first panel made of the same metal material as the metal coating by resistance welding.
  • a 1st panel and a 2nd panel can be firmly joined through a metal film.
  • the tensile strength is 980 MPa. It can respond also to the above iron high-strength materials.
  • a through hole (a pilot hole) is not formed in the second panel, and a through hole (a pilot hole) is required. And not.
  • a pilot hole there is no entrance of water by a pilot hole, and generation
  • a metal film can be applied to the second panel in advance on a line separate from the vehicle body assembly line.
  • the metal coating is formed by a cold spray method in which the metal powder sprayed at a high pressure collides with the second panel and is stuck into the surface of the second panel, and the metal powder is deposited. It is characterized by being.
  • the present invention by using a well-known cold spray method when forming a metal film on the second panel, a large number of metal powders constituting the metal film with the same metal material as the first panel can be formed at a high speed. Clash against. Due to this collision, the metal powder sinks into the second panel while plastically deforming on the outer surface of the second panel (the surface facing the first panel). Due to the anchor effect of the metal powder, the second panel and the metal coating are firmly bonded.
  • the “cold spray method” refers to a method of forming a film by colliding a powder material with a base material in a solid phase state below the melting temperature.
  • the adhesion at the interface between the second panel and the metal coating can be improved, and a bubble layer or an air layer can be prevented from being formed or hardly formed at this interface. It is possible to form an interface excellent in electrical conductivity and heat dissipation by suppressing electrical resistance and thermal resistance at the interface.
  • the kinetic energy when the metal powder collides with the second panel at a high speed is converted into thermal energy, and the second panel and a part of the metal film may be bonded beyond the melting point by this thermal energy.
  • adheresion of the metal powder to the second panel refers to an aspect in which the second panel and the metal coating are bonded without any thermal action.
  • the present invention is characterized in that the metal film in close contact with the surface of the second panel is formed to have a flat surface facing the first panel.
  • the surface facing the first panel of the metal film in close contact with the second panel is formed as a flat surface, so that the current during resistance welding stably flows to the nugget that is the joint, and the nugget Can be formed stably.
  • the surface (bonding surface) of the metal coating that contacts the first panel a flat surface, a stable power supply path from the electrode is formed during resistance welding, and a stable nugget is avoided by avoiding poor welding. Can be secured.
  • the present invention is characterized in that the resistance welding is spot welding.
  • spot welding since spot welding has a relatively short welding time (tact) and resistance to welding is high even in resistance welding, productivity can be improved. Further, spot welding has been generally used in the vehicle body assembly line conventionally, and it is not necessary to provide new welding equipment or the like, and new equipment investment can be suppressed.
  • the present invention is characterized in that the maximum diameter of the metal coating is set larger than the outer diameter of the tip of the spot gun for spot welding.
  • the present invention by setting the maximum diameter of the metal coating to be larger than the outer diameter of the tip of the spot gun, for example, compared to the case where the metal coating and the tip of the spot gun have the same diameter.
  • the contact area between the metal coating and the first panel when resistance welding is performed can be increased. Thereby, the density of the electric current which flows at the time of resistance welding is reduced.
  • the first panel is composed of a plurality of plates, heat can be generated on the side closer to the plurality of plates. As a result, the metal coating and the plurality of plates constituting the first panel can be joined simultaneously.
  • the present invention is characterized in that the outer surface of the first panel is plated.
  • the plating treatment is performed on the outer surface of the first panel, so that the rust prevention effect of the steel plate constituting the first panel can be obtained. Further, if a rivet for joining different materials as in the prior art is made to penetrate, peeling or the like occurs in the plating layer, and repair work for this plating peeling is required, which deteriorates productivity. In the present invention, the productivity can be increased because there is little influence on the plating layer formed on the outer surface.
  • the present invention provides a pair of left and right roof side rails that extend in the vehicle front-rear direction above the vehicle body side portion, and a pair of left and right roofs that cover the vehicle outer surface of each roof side rail and constitute the design surface of the vehicle body side portion.
  • the side outer panel which is a large part compared to other body parts, can be made of aluminum, aluminum magnesium alloy or the like having higher conductivity than iron, thereby reducing the weight of the body. can do.
  • the roof side rail which is a skeleton member of the vehicle body, can be formed of a high-tensile steel plate, and the strength and weight of the vehicle body can be increased.
  • a metal film made of the same metal material as that of the first panel is attached (adhered) to the surface of the second panel facing the first panel in advance with a predetermined film thickness.
  • the metal coating is brought into contact with the surface of the first panel that faces the second panel.
  • resistance welding is performed with a metal film interposed between the first panel and the second panel, thereby forming a nugget as a joint between the first panel and the metal film.
  • (A) is a side view of a vehicle body side portion of a vehicle to which a dissimilar material joint structure according to an embodiment of the present invention is applied, and (b) is an end view taken along line II-II in (a). It is the elements on larger scale of the A section which is the 1st joined part in Drawing 1 (b).
  • (A)-(c) is process drawing which shows the dissimilar material joining method concerning this embodiment. It is a characteristic view which shows the relationship between the film thickness of the metal film closely_contact
  • (A)-(c) is sectional drawing which respectively shows the junction structure based on a prior art.
  • FIG. 1A is a side view of a vehicle body side portion of a vehicle to which a dissimilar material joint structure according to an embodiment of the present invention is applied, and FIG. 1B is along the line II-II in FIG. End view, FIG. 2 is a partially enlarged end view of part A, which is the first joining site in FIG.
  • the vehicle 10 is supported by left and right center pillars 11 and 11, and a pair of left and right roof side rails 12 extending in the vehicle front-rear direction above the side of the vehicle body. 12 and a pair of left and right side outer panels 14 and 14 that cover the vehicle outer side surface of each roof side rail 12 and constitute the design surface of the vehicle body side portion.
  • FIGS. 1A and 1B only the left roof side rail 12 and the side outer panel 14 are shown, and the right roof side rail 12 and the side outer panel 14 are not shown.
  • the roof side rail 12 is formed hollow with a metal material such as iron, for example, and functions as a “first panel”.
  • the roof side rail 12 is preferably plated on its outer surface with, for example, zinc (see FIG. 5 described later).
  • Each roof side rail 12 is composed of a plurality of plates stacked in the vehicle vertical direction or substantially in the vertical direction, and includes a side rail inner 16 disposed on the vehicle interior side, a side rail inner 16 and a side outer panel 14.
  • the side rail stiffener 18 is disposed between the side rail inner 16 and the outer side of the passenger compartment.
  • Each side outer panel 14 is made of, for example, aluminum or an aluminum magnesium alloy, and is formed of a dissimilar metal material having higher conductivity than the roof side rail 12 and functions as a “second panel”.
  • FIG. 1 (b) there is a first gap between the vehicle width inner end portion 14a of the side outer panel 14 positioned on the upper side and the vehicle width inner end portion 12a of the roof side rail 12 positioned on the lower side.
  • a joining portion 22 is provided.
  • a metal coating 24 (see FIG. 2) is interposed between the side outer panel 14 and the roof side rail 12 at the first joint portion 22.
  • a second joint portion 26 is provided between the vehicle width outer end portion 14b of the side outer panel 14 and the vehicle width outer end portion 12b of the roof side rail 12.
  • a metal coating 24 that joins the side outer panel 14 and the roof side rail 12 is interposed in the second joint portion 26.
  • the first joint portion 22 and the second joint portion 26 are laminated and integrally joined from the top, including the side outer panel 14, the side rail stiffener 18, and the side rail inner 16 in order from the top.
  • the metal coating 24 is made of the same metal material as iron, such as the roof side rail 12 that functions as the first panel. Further, as shown in FIG. 3C, the maximum diameter D1 of the metal coating 24 is set to be larger than the outer diameter D2 of the electrodes 56a and 56b (spot gun tip portions) described later for spot welding. (D1> D2).
  • the vehicle body side portion to which the dissimilar material joint structure according to the present embodiment is applied is basically configured as described above, and the function and effect will be described next.
  • 3A to 3C are process diagrams showing the dissimilar material joining method according to the present embodiment
  • FIG. 4 is a characteristic diagram showing the relationship between the film thickness of the metal coating adhered to the side outer panel and the adhesion strength. It is.
  • a metal coating 24 is attached (adhered) to the upper surface of the side outer panel 14.
  • the surface (upper surface in FIG. 3A) of the metal coating 24 that comes into contact with the rule side rail 12 in a later process described later is formed on the flat surface 30.
  • the metal coating 24 is formed on the side outer panel 14 using a known cold spray method.
  • a large number of metal powders constituting the metal coating 24 with the same metal material as the roof side rail 12 collide with the side outer panel 14 at a high speed. Due to this collision, the metal powder sinks into the side outer panel 14 while being plastically deformed on the outer surface of the side outer panel 14 (surface facing the roof side rail 12). Due to the anchor effect of the metal powder, the side outer panel 14 and the metal coating 24 are firmly bonded.
  • the “cold spray method” refers to a method of forming a film by colliding a powder material with a base material in a solid phase state below the melting temperature.
  • the adhesion at the interface between the side outer panel 14 and the metal coating 24 can be improved, and a bubble layer or an air layer can be prevented from being formed or hardly formed at this interface.
  • the cold spray method in this way it is possible to suppress the electrical resistance and thermal resistance at the interface and form an interface excellent in electrical conductivity and heat dissipation.
  • the adhesion strength between the side outer panel 14 and the metal coating 24 can be increased by increasing the film thickness of the metal coating 24.
  • the flat surface 30 of the metal coating 24 is brought into contact with the surface of the roof side rail 12 that faces the side outer panel 14. It should be noted that the top and bottom are reversed when the metal coating 24 is brought into contact with the roof side rail 12 (FIG. 3B) and when the metal coating 24 is attached to the side outer panel 14 (FIG. 3A). .
  • the metal film is interposed between the roof side rail 12 and the side outer panel 14 while maintaining the contact state between the flat surface 30 of the metal film 24 and the roof side rail 12. Spot welding is performed with 24 interposed.
  • a predetermined current is passed between the pair of electrodes 56a and 56b in a state where the roof side rail 12 and the side outer panel 14 are pressed and clamped by the pair of electrodes 56a and 56b facing each other along the vertical direction.
  • a nugget 36 that is a joint is formed between the roof side rail 12 and the metal coating 24.
  • the nugget 36 is formed to be large across the two stacked side rail stiffeners 18 and side rail inner 16 and the metal coating 24, and the side rail stiffener 18, side rail inner 16 and metal coating 24 are welded together. Firmly.
  • the current flowing from the electrode concentrates on the interface between the side outer panel 14 and the metal coating 24. It is possible to avoid the formation of a joint at this interface.
  • the nugget 36 that is a joint portion can be reliably formed between the roof side rail 12 and the metal coating 24 that have lower conductivity than the side outer panel 14.
  • the kinetic energy when the metal powder collides with the side outer panel 14 at a high speed is converted into thermal energy, and this thermal energy may cause a part of the side outer panel 14 and the metal coating 24 to bond beyond the melting point.
  • the “close contact” of the metal powder with respect to the side outer panel 14 refers to an aspect in which the side outer panel 14 and the metal coating 24 are combined without any thermal action.
  • the metal coating 24 made of the same metal material as the roof side rail 12 is attached (adhered) to the surface of the side outer panel 14 facing the roof side rail 12 in advance with a predetermined film thickness. Keep it. Subsequently, between the pair of electrodes 56a and 56b used in resistance welding, the side outer panel 14, the metal coating 24, and the roof side rail 12 are stacked in this order from the top, and between the side outer panel 14 and the roof side rail 12 are stacked. With the metal coating 24 interposed, the pair of electrodes 56a and 56b are energized and resistance-welded. At that time, since the side outer panel 14 has higher conductivity than the roof side rail 12, the nugget which is a joint is made to generate heat by increasing the electrical resistance between the metal film 24 having low conductivity and the roof side rail 12 at the highest. 36 can be formed.
  • the metal coating 24 formed in close contact with the side outer panel 14 can be firmly joined to the roof side rail 12 made of the same metal material as the metal coating 24 by resistance welding. .
  • the side outer panel 14 and the roof side rail 12 can be firmly joined with the metal coating 24 interposed therebetween.
  • the metal coating 24 can be brought into close contact with the side outer panel 14 in advance on a line separate from the vehicle body assembly line. As a result, in the vehicle body assembly line, it is only necessary to resistance weld the metal coating 24 and the roof side rail 12 to increase productivity.
  • a flat surface 30 is formed on the upper surface of the metal film (see FIG. 3A).
  • the coupled surface on the side of the side outer panel 14 facing the flat surface 30 of the metal coating 24 is also formed as a flat surface.
  • the maximum diameter D1 of the metal coating 24 is larger than the outer diameter D2 of the spot welding electrodes 56a, 56b (spot gun tip portions).
  • the density of the current that flows during resistance welding is reduced, and the nugget 36 can be formed on the side closer to the side rail inner 16 and the side rail stiffener 18 that constitute the roof side rail 12.
  • the metal coating 24 and the side rail inner 16 and the side rail stiffener 18 constituting the roof side rail 12 can be joined simultaneously.
  • spot welding since spot welding has a relatively short time (tact) for welding among resistance weldings, and has high welding stability, productivity can be improved. Further, spot welding has been generally used in the vehicle body assembly line conventionally, and it is not necessary to provide new welding equipment or the like, and new equipment investment can be suppressed.
  • FIG. 5 is an explanatory diagram showing a case where the outer surface of the rule side rail is plated. Furthermore, in this embodiment, the rust prevention effect of the steel plate which comprises the roof side rail 12 can be acquired by the plating P (refer FIG. 5) formed in the outer surface of the roof side rail 12. FIG. Further, when the rivet is penetrated as in the prior art, peeling or the like occurs in the plating layer, and repair work for this plating peeling is necessary, which deteriorates productivity. In the present embodiment, the productivity can be increased because the influence on the plating layer formed on the outer surface is small.
  • the side outer panel 14 that is a large component compared to other vehicle body components can be made of aluminum, aluminum magnesium alloy, or the like that has higher conductivity than iron, and the weight of the vehicle body can be reduced. Can be achieved.
  • the roof side rail 12 which is a skeleton member of the vehicle body can be formed of a high-tensile steel plate, and the vehicle body can be increased in strength and weight.
  • Vehicle Roof side rail (first panel) 14 Side outer panel (second panel) 24 Metal coating 30 Flat surface 36 Nugget 56a, 56b Electrode (gun tip of spot gun) P plating

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Abstract

ルーフサイドレール(12)と、ルーフサイドレール(12)よりも導電性が高い異種金属材料で形成されるサイドアウタパネル(14)と、ルーフサイドレール(12)と同じ金属材料で形成され、ルーフサイドレール(12)とサイドアウタパネル(14)との間に介在される金属被膜(24)とを備え、ルーフサイドレール(12)とサイドアウタパネル(14)との間に金属被膜(24)を介在させた状態で抵抗溶接されることにより、ルーフサイドレール(12)と金属被膜(24)との間に接合部であるナゲット(36)を形成することで、鉄部材の高強度化に対応することができると共に、下穴加工を不要とすることができる。

Description

異材接合構造及び異材接合方法
 本発明は、異種金属同士を接合する異材接合構造及び異材接合方法に関する。
 例えば、特許文献1には、図6(a)に示されるように、アルミルーフパネル1の接合面と、スチール製のサイドルーフレール2の接合面とをリベット4で接合することが開示されている。アルミルーフパネル1とスチール製のサイドルーフレール2との互いの接合面間には、電気的絶縁性を有する構造用接着剤3が介在されている。
 また、特許文献2には、図6(b)に示されるように、鋼材で形成されたパネル5に異材接合用リベット6を貫通させて結合した後、異材接合用リベット6をアルミニウム合金材で形成されたパネル7に対してスポット溶接することで、異材パネル5、7同士を接合することが開示されている。
 さらに、特許文献3には、図6(c)に示されるように、接続される異種の金属部材8a、8bの少なくとも一部同士が当接した状態で、両方の金属部材8a、8bに跨る金属被膜9によって異種の金属部材8a、8b同士を間接的に接続する接続構造が開示されている。特許文献3には、金属被膜9が、コールドスプレー法やウォームスプレー法によって形成されることが記載されている。なお、特許文献3に開示される接続構造は、特許文献1及び特許文献2と異なって、異種の金属部材同士の界面を接続するものではない。
特開2005-119577号公報 特開2010-207898号公報 特開2013-72093号公報
 しかしながら、特許文献1に開示された接合構造では、アルミルーフパネル1とスチール製のサイドルーフレール2とを接合する際、リベット4がアルミルーフパネル1及びサイドルーフレール2を貫通する必要がある。近年、軽量化需要の高まりに伴って鉄部材の高強度化が進んでおり、この鉄部材の高強度化が進むにつれてリベット4を貫通させることが難しくなり、アルミルーフパネル1とサイドルーフレール2とをリベット4で接合することが困難となる。具体的には、例えば、引張強度が980MPa以上の鉄製高強度材に対してリベットを貫通させることが困難となる。
 また、特許文献2に開示された接合構造では、異材接合用リベットを貫通させるために鋼材で形成されたパネル5に対して下穴加工が必要となる。このため、生産効率が低下すると共に、この下穴から水漏れが発生し、又は、下穴から水、水分が進入して異材接合用リベットとアルミニウム合金剤で形成されたパネル7との接触部との間で錆が発生するおそれがある。
 さらに、特許文献3に開示された接続構造を車体の組立工程に適用した場合、一般的に用いられているスポット溶接を用いた場合と比較して、接合時間が増大して生産性が低下する。
 本発明の目的は、鉄部材の高強度化に対応することができると共に、下穴加工を不要とすることが可能な異材接合構造及び異材接合方法を提供することにある。
 前記の目的を達成するために、本発明は、金属材料で形成される第1パネルと、前記第1パネルよりも導電性が高い異種金属材料で形成される第2パネルと、前記第1パネルと同じ金属材料で形成されると共に、前記第2パネルのうち前記第1パネルと対向する面に付着する金属被膜と、を備え、前記第1パネルと前記第2パネルとの間に前記金属被膜を介在させた状態で抵抗溶接されることにより、前記第1パネルと前記金属被膜との間に接合部であるナゲットが形成されることを特徴とする。
 本発明によれば、予め、第2パネルのうち第1パネルと対向する面に、第1パネルと同じ金属材料からなる金属被膜を所定の膜厚で付着(密着)しておく。続いて、抵抗溶接で用いられる一対の電極間に、上から第2パネル、金属被膜、第1パネルの順序で積層配置し、第2パネルと第1パネルとの間に金属被膜を介在させた状態で一対の電極に通電して抵抗溶接する。その際、第2パネルは、第1パネル及び金属被膜よりも導電性が高いため、導電性の低い金属被膜と第1パネルとの間で最も電気抵抗を高めて発熱させ、接合部であるナゲットを形成することができる。従って、本発明では、第2パネルに対して付着した金属被膜を、この金属被膜と同種の金属材料からなる第1パネルに対して抵抗溶接によって強固に接合することができる。この結果、本発明では、金属被膜を介して第1パネルと第2パネルとを強固に接合することができる。
 本発明では、特許文献1に開示された従来技術のように異材接合用リベットを貫通させることが不要となり、例えば、第1パネルを高強度材とした場合、具体的には、引張強度が980MPa以上の鉄製高強度材にも対応することができる。
 また、本発明では、第2パネルに対して金属被膜を形成したした場合であっても、第2パネルに貫通孔(下穴)が形成されることがなく、貫通孔(下穴)を必要としない。このため、本発明では、下穴による水の進入がなく、別途シール材を設けなくても電蝕(電気化学的腐蝕)の発生を防止することができる。これにより、製造コストを低減することができる。
 さらに、本発明では、車体組立ラインとは別個のラインで、第2パネルに対して予め金属被膜を付着することができる。これにより、車体組立ラインでは、金属被膜が介在する第2パネルと第1パネルとを抵抗溶接するだけでよく、生産性を高めることができる
 また、本発明は、前記金属被膜が、コールドスプレー法により、高圧噴射された金属粉末が前記第2パネルに衝突して該第2パネルの表面にめり込んで密着し、金属粉末が堆積して形成されることを特徴とする。
 本発明によれば、第2パネルに金属被膜を形成するときに周知のコールドスプレー法を用いることで、第1パネルと同じ金属材料で金属被膜を構成する多数の金属粉末が高速で第2パネルに対して衝突する。この衝突によって、金属粉末は、第2パネルの外表面(第1パネルと対向する面)で塑性変形しながら第2パネル内にめり込む。このような金属粉末のアンカー効果によって、第2パネルと金属被膜とが強固に結合される。なお、「コールドスプレー法」とは、粉末材料を溶融温度以下の固相状態で基材へ衝突させて成膜する方法をいう。
 これにより、第2パネルと金属被膜との界面における密着性を高めて、この界面に気泡層や空気層が形成されない、又は、形成され難い状態とすることができる。界面における電気抵抗や熱抵抗を抑制して、電気伝導性及び放熱性に優れた界面を形成することができる。
 この結果、第1パネルと第2パネルとの間に金属被膜を介在させた状態で抵抗溶接した際、電極から流れた電流が第2パネルと金属被膜との界面に集中しこの界面に接合部が形成されることを回避することができる。同時に、第2パネルよりも導電性が低い第1パネルと金属被膜との間に接合部であるナゲットを確実に形成することができる。
 例えば、金属粉末が高速で第2パネルに衝突したときの運動エネルギが熱エネルギに変換され、この熱エネルギによって第2パネルや金属被膜の一部が融点を超えて結合する場合もあるが、本発明において、第2パネルに対する金属粉末の「密着」とは、熱作用が介在することがなく、第2パネルと金属被膜とが結合される態様をいう。
 さらにまた、本発明は、前記第2パネルの面に密着した前記金属被膜が、前記第1パネルと対向する面が平坦面に形成されることを特徴とする。
 本発明によれば、第2パネルに密着した金属被膜の第1パネルと対向する面が平坦面に形成されることで、抵抗溶接時の電流が安定して接合部であるナゲットへ流れ、ナゲットを安定して形成することができる。換言すると、第1パネルに対して当接する金属被膜の面(結合面)を平坦面とすることで、抵抗溶接時に電極からの安定した給電経路が形成され、溶接不良を回避して安定したナゲットを確保することができる。
 さらにまた、本発明は、前記抵抗溶接が、スポット溶接であることを特徴とする。
 本発明によれば、スポット溶接は、抵抗溶接の中でも溶接のための時間(タクト)が比較的短く、溶接安定性が高いため、生産性を向上させることができる。また、スポット溶接は、車体組立ラインで従来から一般的に用いられており、新規の溶接設備等を設ける必要がなく、新たな設備投資を抑制することができる。
 さらにまた、本発明は、前記金属被膜の最大直径が、スポット溶接用のスポットガンの先端部の外径よりも大きく設定されることを特徴とする。
 本発明によれば、金属被膜の最大直径をスポットガンの先端部の外径よりも大径とすることで、例えば、金属被膜とスポットガンの先端部とを同径とした場合と比較して、抵抗溶接するときの金属被膜と第1パネルとの接触面積を拡大することができる。これにより、抵抗溶接時に流れる電流の密度を低下させ、例えば、第1パネルを複数の板体で構成した場合、複数の板体間により近い側で発熱させることができる。この結果、金属被膜と、第1パネルを構成する複数の板体とを同時に接合することができる。
 さらにまた、本発明は、前記第1パネルの外表面に、メッキ処理が施されることを特徴とする。
 本発明によれば、第1パネルの外表面にメッキ処理が施されるにより、第1パネルを構成する鋼板の防錆効果を得ることができる。また、従来技術のような異材接合用リベットを貫通させると、メッキ層に剥がれ等が発生し、このメッキ剥がれの補修作業が必要となり生産性を劣化させる。本発明では、外表面に形成されるメッキ層への影響が少ないため生産性を高めることができる。
 さらにまた、本発明は、車両が、車体側部の上方で車両前後方向に延びる左右一対のルーフサイドレールと、前記各ルーフサイドレールの車外側面を覆い車体側部の意匠面を構成する左右一対のサイドアウタパネルと、を備え、前記第1パネルは、前記ルーフサイドレールによって形成され、前記第2パネルは、前記サイドアウタパネルによって形成されることを特徴とする。
 本発明によれば、他の車体部品と比較して大型部品であるサイドアウタパネルを、鉄と比較して導電性の高いアルミニウムやアルミマグネシウム合金等で構成することができ、車体の軽量化を達成することができる。また、車体の骨格部材であるルーフサイドレールを高張力鋼板で形成することができ、車体の高強度化及び軽量化を達成することができる。
 本発明の異材接合方法によれば、予め、第2パネルのうち第1パネルと対向する面に、第1パネルと同じ金属材料からなる金属被膜を所定の膜厚で付着(密着)しておく。続いて、この金属被膜を、第1パネルのうち第2パネルと対向する面に当接させる。さらに、第1パネルと第2パネルとの間に金属被膜を介在させた状態で抵抗溶接することにより、第1パネルと金属被膜との間に接合部であるナゲットを形成する。この結果、本発明の異材接合方法では、金属被膜を介して第1パネルと第2パネルとを強固に接合することができる。
 本発明では、鉄部材の高強度化に対応することができると共に、下穴加工を不要とすることが可能な異材接合構造及び異材接合方法を得ることができる。
(a)は、本発明の実施形態に係る異材接合構造が適用された車両の車体側部の側面図、(b)は、(a)のII-II線に沿った端面図である。 図1(b)の中の第1接合部位であるA部の部分拡大端面図である。 (a)~(c)は、本実施形態に係る異材接合方法を示す工程図である。 サイドアウタパネルに密着した金属被膜の膜厚と密着強度との関係を示す特性図である。 ルールサイドレールの外表面にメッキ処理を施した場合を示す説明図である。 (a)~(c)は、それぞれ、従来技術に係る接合構造を示す断面図である。
 次に、本発明の実施形態について、適宜図面を参照しながら詳細に説明する。図1(a)は、本発明の実施形態に係る異材接合構造が適用された車両の車体側部の側面図、図1(b)は、図1(a)のII-II線に沿った端面図、図2は、図1(b)の中の第1接合部位であるA部の部分拡大端面図である。
 図1(a)及び図1(b)に示されるように、車両10は、左右のセンタピラ11、11によって支持され、車体側部の上方で車両前後方向に延びる左右一対のルーフサイドレール12、12と、各ルーフサイドレール12の車外側面を覆い車体側部の意匠面を構成する左右一対のサイドアウタパネル14、14とを備えて構成されている。
 なお、図1(a)及び図1(b)では、左側のルーフサイドレール12及びサイドアウタパネル14のみを図示し、右側のルーフサイドレール12及びサイドアウタパネル14の図示を省略している。
 ルーフサイドレール12は、例えば、鉄等の金属材料で中空に形成され、「第1パネル」として機能する。なお、ルーフサイドレール12は、その外表面に、例えば、亜鉛等によってメッキ処理が施されることが好ましい(後記ずる図5参照)。
 各ルーフサイドレール12は、車両上下方向又は略上下方向に沿って積層された複数の板体からなり、車室内側に配置されるサイドレールインナ16と、サイドレールインナ16とサイドアウタパネル14との間に位置し、サイドレールインナ16よりも車室外側に配置されるサイドレールスティフナ18とから構成されている。
 各サイドアウタパネル14は、例えば、アルミニウムやアルミマグネシウム合金等からなり、ルーフサイドレール12よりも導電性の高い異種金属材料で形成され、「第2パネル」として機能する。
 車両10の上部には、車両前後方向に沿って延在し、左右一対のルーフサイドレール12、12に接合されて支持されるルーフパネル20が配設されている。
 図1(b)に示されるように、上側に位置するサイドアウタパネル14の車幅内側端部14aと下側に位置するルーフサイドレール12の車幅内側端部12aとの間には、第1接合部位22が設けられている。この第1接合部位22には、サイドアウタパネル14とルーフサイドレール12との間に金属被膜24(図2参照)が介装されている。
 また、サイドアウタパネル14の車幅外側端部14bとルーフサイドレール12の車幅外側端部12bとの間には、第2接合部位26が設けられている。この第2接合部位26には、サイドアウタパネル14とルーフサイドレール12とを接合する金属被膜24が介装されている。
 第1接合部位22及び第2接合部位26は、それぞれ、上から順に、サイドアウタパネル14、サイドレールスティフナ18、及び、サイドレールインナ16からなる3枚が積層されて一体的に接合されている。
 金属被膜24は、第1パネルとして機能するルーフサイドレール12と同じ鉄等の金属材料で形成されている。また、図3(c)に示されるように、金属被膜24の最大直径D1は、後記するスポット溶接用の電極56a、56b(スポットガンの先端部)の外径D2よりも大きく設定されている(D1>D2)。
 本実施形態に係る異材接合構造が適用された車体側部は、基本的に以上のように構成されるものであり、次にその作用効果について説明する。図3(a)~図3(c)は、本実施形態に係る異材接合方法を示す工程図、図4は、サイドアウタパネルに密着した金属被膜の膜厚と密着強度との関係を示す特性図である。
 車両10の組立工程において、車体側部における第1接合部位22及び第2接合部位26をスポット溶接(抵抗溶接)によって接合する場合について説明する。なお、第1接合部位22と第2接合部位26は、それぞれ金属被膜24を介して接合される点で同じであるため、第1接合部位22を構成する、2枚の板体からなるルーフサイドレール12(サイドレールインナ16、サイドレールスティフナ18)と、単体のサイドアウタパネル14とを接合する場合について説明する。
 先ず、金属被膜24を、サイドアウタパネル14のうちルーフサイドレール12と対向する面に付着(密着)する工程について説明する。
 図3(a)に示されるように、サイドアウタパネル14の上面に金属被膜24を付着(密着)させる。後記する後工程でルールサイドレール12と接触する金属被膜24の面(図3(a)中における上面)は、平坦面30に形成されている。
 本実施形態では、周知のコールドスプレー法を用いて、サイドアウタパネル14に金属被膜24を形成する。このコールドスプレー法を用いることで、ルーフサイドレール12と同じ金属材料で金属被膜24を構成する多数の金属粉末が高速でサイドアウタパネル14に対して衝突する。この衝突によって、金属粉末は、サイドアウタパネル14の外表面(ルーフサイドレール12と対向する面)で塑性変形しながらサイドアウタパネル14内にめり込む。このような金属粉末のアンカー効果によって、サイドアウタパネル14と金属被膜24とが強固に結合される。なお、「コールドスプレー法」とは、粉末材料を溶融温度以下の固相状態で基材へ衝突させて成膜する方法をいう。
 これにより、サイドアウタパネル14と金属被膜24との界面における密着性を高めて、この界面に気泡層や空気層が形成されない、又は、形成され難い状態とすることができる。本実施形態では、このようにコールドスプレー法を用いることで、界面における電気抵抗や熱抵抗を抑制して、電気伝導性及び放熱性に優れた界面を形成することができる。なお、図4に示されるように、金属被膜24の膜厚を増大させることにより、サイドアウタパネル14と金属被膜24との密着強度を高めることができる。
 続いて、図3(b)に示されるように、金属被膜24の平坦面30を、ルーフサイドレール12のうちサイドアウタパネル14と対向する面に当接させる。なお、金属被膜24をルーフサイドレール12に当接させた場合(図3(b))、金属被膜24をサイドアウタパネル14に付着した場合(図3(a))とその天地が反転している。
 最後に、図3(c)に示されるように、金属被膜24の平坦面30とルーフサイドレール12との当接状態を維持したまま、ルーフサイドレール12とサイドアウタパネル14との間に金属被膜24を介在させた状態でスポット溶接する。
 すなわち、上下方向に沿って相互に対向する一対の電極56a、56bでルーフサイドレール12及びサイドアウタパネル14をそれぞれ加圧挟持した状態で一対の電極56a、56b間に所定の電流を流す。このように両電極56a、56bに通電することにより、ルーフサイドレール12と金属被膜24との間に接合部であるナゲット36が形成される。このナゲット36は、積層された2枚のサイドレールスティフナ18及びサイドレールインナ16と、金属被膜24とにわたって大きく形成され、サイドレールスティフナ18及びサイドレールインナ16と金属被膜24とを溶着して一体的に強固に結合する。
 なお、本実施形態では、抵抗溶接の一例としてスポット溶接を用いて説明しているが、例えば、シーム溶接を用いて接合してもよい。
 本実施形態では、ルーフサイドレール12とサイドアウタパネル14との間に金属被膜24を介在させた状態で抵抗溶接した際、電極から流れた電流がサイドアウタパネル14と金属被膜24との界面に集中しこの界面に接合部が形成されることを回避することができる。同時に、サイドアウタパネル14よりも導電性が低いルーフサイドレール12と金属被膜24との間に接合部であるナゲット36を確実に形成することができる。
 例えば、金属粉末が高速でサイドアウタパネル14に衝突したときの運動エネルギが熱エネルギに変換され、この熱エネルギによってサイドアウタパネル14や金属被膜24の一部が融点を超えて結合する場合もあるが、本実施形態において、サイドアウタパネル14に対する金属粉末の「密着」とは、熱作用が介在することがなく、サイドアウタパネル14と金属被膜24とが結合される態様をいう。
 このように、本実施形態では、予め、サイドアウタパネル14のうちルーフサイドレール12と対向する面に、ルーフサイドレール12と同じ金属材料からなる金属被膜24を所定の膜厚で付着(密着)しておく。続いて、抵抗溶接で用いられる一対の電極56a、56b間に、上からサイドアウタパネル14、金属被膜24、ルーフサイドレール12の順序で積層配置し、サイドアウタパネル14とルーフサイドレール12との間に金属被膜24を介在させた状態で一対の電極56a、56bに通電して抵抗溶接する。その際、サイドアウタパネル14は、ルーフサイドレール12よりも導電性が高いため、導電性の低い金属被膜24とルーフサイドレール12との間で最も電気抵抗を高めて発熱させ、接合部であるナゲット36を形成することができる。
 従って、本実施形態では、サイドアウタパネル14に密着して形成される金属被膜24を、この金属被膜24と同種の金属材料からなるルーフサイドレール12に対して抵抗溶接によって強固に接合することができる。この結果、本実施形態では、金属被膜24を介在させてサイドアウタパネル14とルーフサイドレール12とを強固に接合することができる。
 本実施形態では、特許文献1に開示された従来技術のように金属被膜24を貫通させることが不要となり、例えば、ルーフサイドレール12を高強度材とした場合、具体的には、引張強度が980MPa以上の鉄製高強度材にも対応することができる。
 また、本実施形態では、サイドアウタパネル14に対して金属被膜24を密着した場合であっても、サイドアウタパネル14に貫通孔(下穴)が形成されることがなく、貫通孔(下穴)を必要としない。このため、本実施形態では、下穴による水の進入がなく、別途シール材を設けなくても電蝕(電気化学的腐蝕)の発生を防止することができる。これにより、製造コストを低減することができる。
 さらに、本実施形態では、車体組立ラインとは別個のラインで、サイドアウタパネル14に対して予め金属被膜24を密着させることができる。これにより、車体組立ラインでは、この金属被膜24とルーフサイドレール12とを抵抗溶接するだけでよく、生産性を高めることができる。
 さらにまた、本実施形態では、サイドアウタパネル14に対して金属被膜24を付着した際、金属被膜の上面に平坦面30が形成される(図3(a)参照)。この金属被膜24の平坦面30と対向するサイドアウタパネル14側の被結合面も平坦面に形成される。この結果、本実施形態では、抵抗溶接時の電流が安定して接合部であるナゲット36へ流れるため、ナゲット36を安定して形成することができる。換言すると、金属被膜24の上面を平坦面30とすることで、抵抗溶接時に電極からの安定した給電経路が形成され、溶接不良を回避して安定したナゲット36を確保することができる。
 さらにまた、本実施形態では、図3(c)に示されるように、金属被膜24の最大直径D1を、スポット溶接用の電極56a、56b(スポットガンの先端部)の外径D2よりも大きく設定することで、例えば、金属被膜24とスポット溶接用の電極56a、56bとを同径とした場合と比較して、抵抗溶接するときの金属被膜24とルーフサイドレール12との接触面積を拡大することができる。
 これにより、抵抗溶接時に流れる電流の密度を低下させ、ルーフサイドレール12を構成するサイドレールインナ16及びサイドレールスティフナ18間により近い側でナゲット36を形成することができる。この結果、本実施形態では、金属被膜24と、ルーフサイドレール12を構成するサイドレールインナ16及びサイドレールスティフナ18とを同時に接合することができる。
 さらにまた、本実施形態では、スポット溶接が、抵抗溶接の中でも溶接のための時間(タクト)が比較的短く、溶接安定性が高いため、生産性を向上させることができる。また、スポット溶接は、車体組立ラインで従来から一般的に用いられており、新規の溶接設備等を設ける必要がなく、新たな設備投資を抑制することができる。
 図5は、ルールサイドレールの外表面にメッキ処理を施した場合を示す説明図である。
 さらにまた、本実施形態では、ルーフサイドレール12の外表面に形成されるメッキP(図5参照)により、ルーフサイドレール12を構成する鋼板の防錆効果を得ることができる。また、従来技術のようにリベットを貫通させると、メッキ層に剥がれ等が発生し、このメッキ剥がれの補修作業が必要となり生産性を劣化させる。本実施形態では、外表面に形成されるメッキ層への影響が少ないため生産性を高めることができる。
 さらにまた、本実施形態では、他の車体部品と比較して大型部品であるサイドアウタパネル14を、鉄と比較して導電性の高いアルミニウム、アルミマグネシウム合金等で構成することができ、車体の軽量化を達成することができる。また、車体の骨格部材であるルーフサイドレール12を高張力鋼板で形成することができ、車体の高強度化及び軽量化を達成することができる。
 10  車両
 12  ルーフサイドレール(第1パネル)
 14  サイドアウタパネル(第2パネル)
 24  金属被膜
 30  平坦面
 36  ナゲット
 56a、56b 電極(スポットガンのガン先端部)
 P   メッキ

Claims (8)

  1.  金属材料で形成される第1パネルと、
     前記第1パネルよりも導電性が高い異種金属材料で形成される第2パネルと、
     前記第1パネルと同じ金属材料で形成されると共に、前記第2パネルのうち前記第1パネルと対向する面に付着する金属被膜と、
     を備え、
     前記第1パネルと前記第2パネルとの間に前記金属被膜を介在させた状態で抵抗溶接されることにより、前記第1パネルと前記金属被膜との間に接合部であるナゲットが形成されることを特徴とする異材接合構造。
  2.  請求項1記載の異材接合構造において、
     前記金属被膜は、コールドスプレー法により、高圧噴射された金属粉末が前記第2パネルに衝突して該第2パネルの表面にめり込んで密着し、金属粉末が堆積して形成されることを特徴とする異材接合構造。
  3.  請求項2記載の異材接合構造において、
     前記第2パネルの面に密着した前記金属被膜は、前記第1パネルと対向する面が平坦面に形成されることを特徴とする異材接合構造。
  4.  請求項1乃至請求項3のいずれか1項記載の異材接合構造において、
     前記抵抗溶接は、スポット溶接であることを特徴とする異材接合構造。
  5.  請求項4記載の異材接合構造において、
     前記金属被膜の最大直径は、スポット溶接用のスポットガンの先端部の外径よりも大きく設定されることを特徴とする異材接合構造。
  6.  請求項1乃至請求項5のいずれか1項記載の異材接合構造において、
     前記第1パネルの外表面には、メッキ処理が施されることを特徴とする異材接合構造。
  7.  請求項1乃至請求項6のいずれか1項記載の異材接合構造において、
     車両は、車体側部の上方で車両前後方向に延びる左右一対のルーフサイドレールと、
     前記各ルーフサイドレールの車外側面を覆い車体側部の意匠面を構成する左右一対のサイドアウタパネルと、を備え、
     前記第1パネルは、前記ルーフサイドレールによって形成され、
     前記第2パネルは、前記サイドアウタパネルによって形成されることを特徴とする異材接合構造。
  8.  金属材料で形成される第1パネルと、前記第1パネルよりも導電性が高い異種金属材料で形成される第2パネルと、を前記第1パネルと同じ金属材料で形成される金属被膜を介在して接合する異材接合方法であって、
     前記第2パネルのうち前記第1パネルと対向する面に前記金属被膜を形成する工程と、
     前記工程で形成された前記金属被膜を、前記第1パネルのうち前記第2パネルと対向する面に当接させる工程と、
     前記第1パネルと前記第2パネルとの間に前記金属被膜を介在させた状態で抵抗溶接することにより、前記第1パネルと前記金属被膜との間に接合部であるナゲットを形成する工程と、
     を有することを特徴とする異材接合方法。
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