(57)【要約】【課題】自動車メーカの自動車車体構造部材の溶接設備を変更することなく、自動車車体を構成する板部材の軽量化を図る。【解決手段】板部材３０は長尺形状の板状部材であり、他の板部材に溶接にて接合されて板部材溶接構成体を構成する。当該板部材３０の材質は前記他の板部材の材質とは異なる材質（アルミ材）である。そして、当該板部材３０における前記他の板部材との溶接箇所部位３０Ｂを、他の板部材と同じ材質（鋼材）に置換して配設し、該置換した溶接箇所部位３０Ｂと当該溶接箇所部位以外３０Ａの板部材とを摩擦攪拌接合で板状に一体的に接合する。なお、該摩擦攪拌接合における平面部Ｘの接合線は傾斜線４４ａとし、垂直面部Ｙの接合線は垂直線４４ｂとして接合する。【選択図】図６
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
長尺形状の板部材を、他の板部材に溶接にて接合して一体的とする板部材溶接構成体に用いる板部材であって、
当該板部材の材質は前記他の板部材の材質とは異なる材質であり、当該板部材における前記他の板部材との溶接箇所部位を、前記他の板部材と同じ材質に置換して配設し、該置換した溶接箇所部位と当該溶接箇所部位以外の板部材とを摩擦攪拌接合で板状に一体的接合してなる板部材。
【請求項２】
請求項１に記載の板部材であって、
前記他の板部材の材質に置換した溶接箇所部位と当該溶接箇所部位以外の板部材とを摩擦攪拌接合する接合部は、当該板部材を平面視で見た場合における平面部の接合部線が当該板部材の長尺方向の軸線に対して傾斜して設定されている板部材。
【請求項３】
請求項１または請求項２に記載の板部材であって、
前記他の板部材の材質に置換した溶接箇所部位と当該溶接箇所部位以外の板部材とを摩擦攪拌接合する接合部は、当該板部材を平面視で見た場合における垂直方向の垂直面部の接合部線が垂直方向として設定されている板部材。
【請求項４】
請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の板部材であって、
当該板部材の材質はアルミニウム材であり、前記他の板部材の材質は鋼材である板部材。
【請求項５】
請求項１から請求項４のいずれかの請求項に記載の板部材は自動車のルーフセンタリインフォース部材であり、前記他の板部材はルーフパネルである自動車車体構造部材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板部材、及び自動車車体構造部材に関する。特に、自動車のルーフリインフォース部材として好適な板部材を用いてルーフパネルと溶接接合により組み合わせて構成する自動車車体構造部材に関する。
【背景技術】
【０００２】
自動車の車室を形成する車体の上部構造部材としてルーフパネルが配設される。ルーフパネルの内側には天井内装材としてルーフヘッドライニングが配設される。そして、ルーフパネルとルーフヘッドライニングとの間における、センタピラーに対応した位置にはルーフセンタリインフォース部材の板部材が配設される。ルーフセンタリインフォース部材の板部材は、長尺形状の板状部材で、長尺形状の両端部をルーフパネルと溶接接合して自動車車体の上部構造部材を構成している。これにより、自動車の側面衝突（側突）時における衝突荷重を受けて、車室の保護を図っている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００８−３７３１８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ところで、自動車部品の生産上、多くの場合、上述したルーフセンタリインフォース部材の板部材は部品メーカの部品として扱われており、部品メーカで製作される。一方、ルーフパネルは、自動車車体の骨格を形成する主要部品であることから、自動車メーカの部品として扱われており、自動車メーカで製作される。そして、ルーフセンタリインフォース部材の板部材とルーフパネルとを車体構造部材として一体化するための溶接作業は、自動車メーカの組立ラインの溶接設備で行われる。
【０００５】
ルーフセンタリインフォース部材の板部材とルーフパネルとを一体化するための溶接作業は、通常、組立ラインに装備されるスポット溶接設備で行われる。このため、ルーフセンタリインフォース部材の板部材とルーフパネルの材質は、共に鋼材とされている。ところで、最近では、鋼材の部品の軽量化を図るため、剛性があり軽量な材質、例えばアルミニウム材に置換することが検討されている。
【０００６】
自動車メーカの組立ラインの溶接設備を変更することは、大がかりな設備変更を伴うため、部品メーカとしては、自動車メーカの設備変更を伴うことなく、ルーフセンタリインフォース部材の板部材の軽量化を図ることが課題とされている。
【０００７】
そして、溶接設備を変更しなくて、かつ、ルーフパネルの材質を鋼材のままで、ルーフセンタリインフォース部材の板部材の軽量化を図ることは、当該ルーフセンタリインフォース部材の板部材の材質を鋼材以外の材質とすることになる。すると、溶接を行う２部材、すなわち、ルーフパネルとルーフセンタリインフォース部材の板部材との材質が異なることになり、スポット溶接で接合することが困難となる問題がある。
【０００８】
而して、本発明は上述した問題を解決するために創案されたものであって、本発明が解決しようとする課題は、自動車メーカの自動車車体構造部材の溶接設備を変更することなく、自動車車体を構成する板部材の軽量化を図ることを可能とすることにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、上記した課題を解決するために、次の手段を取る。
【００１０】
本発明の第１の発明は、長尺形状の板状部材を、他の板部材に溶接にて接合して一体的とする板部材溶接構成体に用いる板部材であって、当該板部材の材質は前記他の板部材の材質とは異なる材質であり、当該板部材における前記他の板部材との溶接箇所部位を、他の板部材と同じ材質に置換して配設し、該置換した溶接箇所部位と当該溶接箇所部位以外の板部材とを摩擦攪拌接合で板状に一体的接合してなる板部材である。
【００１１】
上記第１の発明によれば、当該板部材と他の板部材との溶接箇所部位は、同じ材質とされる。これにより当該板部材と他の板部材との溶接は問題なく行うことができる。そして、当該板部材の材質を他の板部材の材質とは異なる軽量化を図ることができる材質とすれば、当該板部材の軽量化を図ることができる。
【００１２】
本発明の第２の発明は、上記第１の発明の板部材であって、前記他の板部材の材質に置換した溶接箇所部位と当該溶接箇所部位以外の板部材とを摩擦攪拌接合する接合部は、当該板部材を平面視で見た場合における平面部の接合部線が当該板部材の長尺方向の軸線に対して傾斜して設定されている板部材である。
【００１３】
上記第２の発明によれば、当該板部材における他の板部材の材質に置換した溶接箇所部位と、当該溶接箇所部位以外の板部材とを摩擦攪拌接合する接合部は、当該板部材の長尺方向の軸線に対して傾斜して設定される。これにより当該板部材の長手方向の曲げ変形に対しての当該接合部の曲げ変形の応力集中を防ぐことができる。すなわち、摩擦攪拌接合は曲げ変形に対しては比較的弱いため、曲げ変形方向に対して摩擦攪拌接合線を傾斜させることにより、応力集中を拡散することができて、板部材の摩擦攪拌接合部の強度を保つことができる。
【００１４】
本発明の第３の発明は、上記第１の発明または第２の発明の板部材であって、前記他の板部材の材質に置換した溶接箇所部位と当該溶接箇所部位以外の板部材とを摩擦攪拌接合する接合部は、当該板部材を平面視で見た場合における垂直方向の垂直面部の接合部線が垂直方向として設定されている板部材である。
【００１５】
上記第３の発明によれば、当該板部材を平面視で見た垂直方向の垂直面部における接合部線は、垂直方向として設定されている。摩擦攪拌接合した接合部線が垂直方向に配設されている場合には、板部材に長尺方向に曲げ変形が及ぼされると、当該接合部には引張り方向の作用力が作用する。摩擦攪拌接合は引張り作用には強いので、当該板部材の曲げ変形に対する剛性を充分に確保することができる。
【００１６】
本発明の第４の発明は、上記した第１の発明から第３の発明のいずれかの板部材であって、当該板部材の材質はアルミニウム材であり、他部材の材質は鋼材である板部材である。
【００１７】
上記第４の発明によれば、当該板部材の材質はアルミニウム材である。これにより、板部材の軽量化を図ることができる。
【００１８】
本発明の第５の発明は、上記第１の発明から第４の発明のいずれかの板部材は自動車のルーフセンタリインフォース部材であり、他部材はルーフパネルである自動車車体構造部材である。
【００１９】
上記第５の発明によれば、ルーフパネルとルーフセンタリインフォース部材とからなる自動車車体構造部材の溶接を良好に行うことができる。
【発明の効果】
【００２０】
本発明は、上述の手段をとることにより、自動車メーカの自動車車体構造部材の溶接設備を変更することなく、自動車車体を構成する板部材の軽量化を図ることを可能とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】自動車の車体構造の全体の概略構成を示す図である。
【図２】本実施形態に係るルーフセンタリインフォース部材（板部材）が配設された車両天井部の左側半裁横断面図である。
【図３】本実施形態に係るルーフセンタリインフォース部材（板部材）単品を示す斜視図である。
【図４】同部品を示す平面図である。
【図５】同単品を示す正面図である。
【図６】図３における摩擦攪拌接合箇所の拡大図である。
【図７】摩擦攪拌接合の原理の説明図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。
【００２３】
以下に説明する本実施形態は、本発明で言う「板部材」が自動車の車体構造の天井部に配設されるルーフセンタリインフォース部材の場合である。したがって、本発明で言う「他の板部材」はリーフパネルとなっている。なお、本実施形態等を示す各図において、矢印で示す方向は、自動車の配置構成から見た方向であり、通常は、自動車の車室から見た方向となっている。
【００２４】
図１は自動車１０の車体構造の概略構成を示す．図１は自動車１０の側面に配設される車体構造部材としてのピラー部材１２を示す。ピラー部材１２は車両前側から、フロントピラー部材（通常、Ａピラーと称される）１４、センタピラー部材（通常、Ｂピラーと称される）１８、リアピラー部材（通常、Ｃピラーと称される）１６とで構成される。各ピラー部材１２は自動車１０の図示を省略したフロントドアとリアドアの開口部２０，２２を形成し、当該開口部２０，２２にフロントドア２４とリアドア２６が配設されて、適宜各ピラ―部材１２に取付けられる。そして、各ピラー部材１２は、自動車の側面衝突（側突）時に各ドア２４，２６で受ける衝突荷重を支えるピラーリインフォースメント部材として機能する。なお、各ピラー部材１２が直接に側突荷重を受けることもある。
【００２５】
図１に示すように、本発明の板部材としてのルーフセンタリインフォース部材３０は、自動車の天井部に配設されるルーフパネル２８の下部に配設される。ルーフセンタリインフォース部材３０の配設位置は前述したセンタピラー部材１８に対応した位置となっており、センタピラー部材１８で受けた側突荷重を支持する構成として配設される。
【００２６】
図２は車両天井部へのルーフセンタリインフォース部材３０の配設状態を示す。図２は自動車の車幅方向の横断面であり、左側半分が欠裁されて図示されている。自動車車体の天井部を形成するルーフパネル２８の室内（キャビン）３２側には所定の間隔を置いてルーフヘッドライニング（天井内装材）３４が配設されている。ルーフヘッドライニング３４は自動車の室内３２の天井部の空間を画定する。なお、ルーフヘッドライニング３４は軟質材料で形成されており、衝突時の荷重を受ける強度部材の役割はなさない。
【００２７】
図２に示すように、ルーフパネル２８はルーフパネル本体３６とルーフサイドレール３７とから構成される。ルーフパネル本体３６は図２で見て中央部位置に配設されている。ルーフサイドレール３７はルーフパネル本体３６の両端部に沿って配設されている。ルーフサイドレール３７はインナパネル３８とアウタパネル４０により構成されている。インナパネル３８とアウタパネル４０とは、図２で見てアウタパネル４０が開口した両端に形成されたフランジ部位４０ａ，４０ｂがインナパネル３８にスポット溶接Ｗされて閉断面構造とされている。なお、ルーフパネル本体３６とルーフサイドレール３７とは、インナパネル３８のフランジ部位４０ａ箇所がスポット溶接Ｗされる際に一緒に一体化されている。
【００２８】
なお、ルーフパネル２８を構成するルーフパネル本体３６とルーフサイドレール３７は、従来の構成と同様に、所定の強度を有する鋼材とされている。そして、自動車車体の骨格を形成する主要部品であることから、通常は、自動車メーカの部品として扱われている。
【００２９】
図２に示すように、ルーフセンタリインフォース部材３０は、ルーフパネル２８とルーフヘッドライニング３４との間に配設される。そして、図２では右端部のみ図示されているが、ルーフセンタリインフォース部材３０の両端部の端部材３０Ｂは、ルーフサイドレール３７のインナパネル３８と所定の範囲当接接触配置とされて、当該範囲でスポット溶接Ｗされている。これにより、ルーフセンタリインフォース部材３０とルーフパネル２８は一体的状態とされて、自動車の天井部の車体構造部材を構成する。また、この車体構造部材が、本発明で言う「板部材溶接構成体」に相当する。なお、図２で見て、ルーフサイドレール３７の下方部には、図１に示すセンタピラー部材１８が配設されており、センタピラー部材１８が受けた衝突荷重を、ルーフセンタリインフォース部材３０でも受けるようになっている。
【００３０】
ルーフセンタリインフォース部材３０単品の詳細構成は、図３〜図７に示される。図３〜図５は単品の全体を示し、図６は摩擦攪拌接合が行われる主要部を拡大して示している。なお、ルーフセンタリインフォース部材３０は、通常は、部品メーカの部品として扱われている。
【００３１】
ルーフセンタリインフォース部材３０は図３〜図５に示すように所定幅の長尺形状とされている。長尺形状の長さは自動車１０のルーフパネル２８の車幅方向の長さに対応した長さとされている。そして、長手方向の形状は、図５に示されるように、両端部の端部材３０Ｂが僅かに下方に湾曲した形状とされている。この湾曲形状は、ルーフパネル２８の形状に対応した形状であり、図５で見て、上面側がルーフパネル２８側である。
【００３２】
ルーフセンタリインフォース部材３０の断面形状は、図３の端面で見ると良く分かるように、凹凸形状が繰り返して形成される形状とされている。幅方向の中央部と両端が凸形状３０ａとされ、中央部と両端の凸形状３０ａの間が凹形状３０ｂとされている。したがって、この凹凸形状３０ａ，３０ｂを形成する面は、ルーフセンタリインフォース部材３０を上方から見た平面視で見た場合に、平面部Ｘを形成する部位と垂直面部Ｙを形成する部位とからなる。このようにルーフセンタリインフォース部材３０の幅方向の断面形状を凹凸面形状とするのは剛性の強化を図るためである。なお、図３は当該図で見て上方がルーフパネル２８側となっている。
【００３３】
長尺形状のルーフセンタリインフォース部材３０は、図３に良く示されるように、３部材から形成される。長手方向の中央部の中央部材３０Ａがアルミニウム材で形成されている。長手方向の両端部の端部材３０Ｂが従来と同様の鋼材で形成されている。すなわち、中央部材３０Ａと端部材３０Ｂの材質は、異なる材質とされている。端部材３０Ｂはルーフパネル２８とスポット溶接Ｗされる部位であるため、溶接を容易に行うことのできる、ルーフパネル２８と同じ材質の鋼材とされている。なお、中央部材３０Ａをアルミニウム材とすることにより、中央部材３０Ａはルーフセンタリインフォース部材３０の大半の部位を占めることから、ルーフセンタリインフォース部材３０の軽量化を図ることができる。
【００３４】
ルーフセンタリインフォース部材３０の中央部材３０Ａと端部材３０Ｂとは摩擦攪拌接合により接合されて一枚の板状部材とされている。その接合される箇所が接合部４４として、各図に示されている。以上から、本実施形態における端部材３０Ｂが、本発明の「板部材における他部材の材質に置換した溶接箇所部位」に相当し、本実施形態における中央部材３０Ａが「当該溶接箇所部位以外の板部材」相当する。
【００３５】
図７は摩擦攪拌接合の原理を示す。摩擦攪拌接合は、図７に示すように、先端に突起部５２のある円筒状の工具５０を回転させながら強い力で、溶接部材に押し付ける。すると、突起部５２が接合される部材、本実施形態では中央部材３０Ａと端部材３０Ｂの接合部４４に貫入する。これによって摩擦熱を発生させて当該部材３０Ａ、３０Ｂを軟化させるとともに、工具５０の回転力によって接合部４４周辺を塑性流動させて練り混ぜて、両部材３０Ａ、３０Ｂを一体化させる接合法である。ＦＳＷ（Friction Stir Welding）とも称される。この接合法は、アルミニウム材等の軟化温度が比較的低い軽金属の接合に好適なものである。なお、図７において、４６は接合領域を示す。矢印４８は工具５０の加圧方向を示す。矢印５４は工具５０の回転方向を」示す。矢印５６は両部材３０Ａ、３０Ｂの移動方向を示す。
【００３６】
図４および図６に良く示されるように、ルーフセンタリインフォース部材３０の中央部材３０Ａと端部材３０Ｂの接合部４４は、前述した平面部Ｘと垂直面部Ｙとでは異なって行われている。平面部Ｘの接合部線４４ａは、長尺方向の軸線Ｃに対して傾斜した傾斜線となっている。本実施形態では、その傾斜角度は約４５度とされている。また、垂直面部Ｙの接合部線４４ｂは上下方向（垂直方向）の垂直線となっている。
【００３７】
平面部Ｘと垂直面部Ｙとで接合部４４の接合部線４４ａ，４４ｂの形成方向が異なっているのは、次の理由による。ルーフセンタリインフォース部材３０は自動車が側突した際、長手方向に対して曲げ荷重が作用する。この曲げ荷重の接合部４４への作用に際しては、平面部Ｘでは曲げ変形の作用力が作用し、垂直面部Ｙでは引張り作用、すなわち剥離作用として作用する。
【００３８】
ところで、摩擦攪拌接合における接合部４４の強度は、曲げ変形作用より引張り作用の方が強いという特性がある。この特性から、平面部Ｘにおける接合部４４に、曲げ変形による応力集中が生じるのを回避するために、接合部４４を傾斜線４４ａとして傾斜させて形成したものである。これに対して、垂直面部Ｙにおける接合部４４に作用する引張り作用に対しては、摩擦攪拌接合の強度は充分であることから、接合部４４を垂直線４４ｂとして上下方向としたものである。
【００３９】
次に、１枚の中央部材３０Ａと、２枚の端部材３０Ｂからなるルーフセンタリインフォース部材３０の製造方法について説明する。予め、１枚の中央部材３０Ａと、２枚の端部材３０Ｂを平板状態で用意する。そして、各部材３０Ａ，３０Ｂを平板状態において、接合部４４の接合形状をプレス切断により形成する。その後、平板状態において、各部材３０Ａ，３０Ｂを所定の配設状態として、その接合部４４を前述した摩擦攪拌接合で接合する。その後、所定の断面形状にプレス成形して、所定のルーフセンタリインフォース部材３０とする。
【００４０】
上述のようにして部品メーカにおいて制作されたルーフセンタリインフォース部材３０は自動車メーカに供給される。そして、自動車メーカの組立ラインにおいて、自動車メーカで制作されたルーフパネル２８と組み合わされて、溶接設備によりスポット溶接Ｗされて、自動車の天井部の車体構造を構成する。
【００４１】
上述した本実施形態によれば、部品メーカで製作するルーフセンタリインフォース部材３０における溶接箇所の材質は従来のままである。このため、自動車メーカは組立ラインの溶接設備を変更することなく、ルーフセンタリインフォース部材３０を相手側の部材（ルーフパネル２８）にスポット溶接Ｗにより接合することができる。
【００４２】
そして、ルーフセンタリインフォース部材３０の中央部材３０Ａの材質をアルミニウム材とするため、自動車メーカの組立ラインの溶接設備を変更することなく、自動車車体構造部材の軽量化を図ることができる。
【００４３】
以上、本発明の特定の実施形態について説明したが、本発明はその他各種の形態でも実施できる。
【００４４】
例えば、上述の実施形態では、自動車の天井部のルーフパネル２８の下方に配設されるルーフセンタリインフォース部材３０の場合について説明したが、長尺形状の板部材を他の部材に溶接にて接合する構造部材には、広く適用可能である。
【００４５】
また、上述した実施形態では、ルーフセンタリインフォース部材３０の中央部材３０Ａの材質はアルミニウム材であるが、端部材３０Ｂの材質より軽量材質であればよい。要は、溶接される端部材３０Ｂと他の部材（上記実施形態ではルーフパネル２８）は溶接に適する同じ材質とし、中央部材３０Ａの材質は当該材質より軽量材質であればよい。
【００４６】
また、上述した実施形態におけるルーフセンタリインフォース部材３０の凹凸形状の平面部Ｘにおける接合部４４の傾斜形状は、４５度に限定されるものではなく、設定衝突荷重に応じて適宜設定すればよい。
【００４７】
また、上述した実施形態におけるルーフセンタリインフォース部材３０の凹凸形状の平面部Ｘにおける接合部４４は、必要があれば傾斜形状としてもよい。これにより引張り作用に対する強度もより向上させることができる。
【００４８】
また、上述した実施形態では、溶接はスポット溶接として説明したが、その他の各種の溶接、例えばレーザ溶接等であってもよい。
【符号の説明】
【００４９】
１０    自動車
１２    ピラー部材
１４    フロントピラー部材
１６    リアピラー部材
１８    センタピラー部材
２０    開口部
２２    開口部
２４    フロントドア
２６    リアドア
２８    ルーフパネル
３０    ルーフセンタリインフォース部材
３０Ａ  中央部材
３０Ｂ  端部材
３２    室内（キャビン）
３４    ルーフヘッドライニング（天井内装材）
３６    ルーフパネル本体
３７    ルーフサイドレール
３８    インナパネル
４０    アウタパネル
４０ａ  フランジ部位
４０ｂ  フランジ部位
４４    接合部
４４ａ  接合部線（傾斜線）
４４ｂ  接合部線（垂直線）
５０    工具
５２    突起部
Ｘ      平面部
Ｙ      垂直面部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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