(57)【要約】【課題】簡易な接合方法により、異種部材同士の安定した接合強度の確保とリぺアビリティの向上を図ることができる異種部材接合方法を提供する。【解決手段】初めに、鉄系金属と異なる材料で形成された第２部材１４に貫通孔３４が設けられ、鉄系金属で形成されたリベット１６が貫通孔３４に圧入される。次に、貫通孔３４に圧入したリベット１６の圧入方向の先端部１６Ａが鉄系金属で形成された第１部材１２に当接するように第２部材１４が第１部材１２に当接される。最後に、第１部材１２と第２部材１４が当接した状態で、リベット１６が、プラグ溶接により第１部材１２に接合される。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
鉄系金属で形成された第１部材と前記第１部材と異なる材料で形成された第２部材とを接合する異種部材接合方法であって、
前記第２部材に貫通孔を設け、前記第１部材と同種の材料で形成された固定部材を前記貫通孔に圧入させる第１工程と、
前記貫通孔に圧入した前記固定部材の圧入方向の先端部が前記第１部材に当接するように前記第２部材を前記第１部材に当接させる第２工程と、
前記固定部材をプラグ溶接又はスタッド溶接により前記第１部材に接合させる第３工程と、
を有する異種部材接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、異種部材接合方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
下記特許文献１には、鉄系金属材料で形成されたリベットを貫通させたアルミニウム合金のルーフパネルを、鋼板から加工した車体フレームパネルに当接させた状態で、ルーフパネル側から露出するリベットの頭部方向から、又は、車体フレームパネル側からリベット軸部の軸線に沿って溶融させて、車体フレームパネルとルーフパネルとを接合した異種部材接合方法が開示されている。この方法によれば、リベットの軸線に沿って車体フレームパネルとリベットが溶接されるため、スポット溶接で接合した場合と比較して溶接ナゲットのずれ及びルーフパネルの材質であるアルミニウム合金の軟化が生じにくいことから、ルーフパネルの変形を抑制して安定した接合強度を確保することができる。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１４−２２６６９８公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に開示されている異種部材接合方法による場合、リベットを溶融させるためにレーザー溶接手段を使用する必要がある。修理時に損傷を受けたアウタパネルを交換する場合、車体フレームパネルとアウタパネルの接合を外して新品のアウタパネルを再接合することとなるが、一般的な自動車修理工場では高額なレーザー溶接機を所有していないため、このような異種部材の接合は困難である。
【０００５】
本発明は、上記事実を考慮し、簡易な接合方法により、異種部材同士の安定した接合強度の確保とリぺアビリティの向上を図ることができる異種部材接合方法の提供を目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の本発明に係る異種部材接合方法は、鉄系金属で形成された第１部材と前記第１部材と異なる材料で形成された第２部材とを接合する異種部材接合方法であって、前記第２部材に貫通孔を設け、前記第１部材と同種の材料で形成された固定部材を前記貫通孔に圧入させる第１工程と、前記貫通孔に圧入した前記固定部材の圧入方向の先端部が前記第１部材に当接するように前記第２部材を前記第１部材に当接させる第２工程と、前記固定部材をプラグ溶接又はスタッド溶接により前記第１部材に接合させる第３工程と、を有する。
【０００７】
本発明に係る異種部材接合方法では、初めに第２部材に形成された貫通孔に固定部材が抜け落ちないように圧入される。次に、第１部材と第２部材の位置合わせをしたうえで、貫通孔に圧入した固定部材の圧入方向の先端部が第１部材に当接するように第２部材が第１部材に当接される。最後に、第１部材に当接されている固定部材は、プラグ溶接又はスタッド溶接により固定部材と第１部材の間に溶接ビードを形成して第１部材に接合される。これにより、第１部材と第１部材と異なる材料で形成された第２部材が接合される。
【０００８】
ここで、本発明によれば、固定部材は第２部材に圧入されるため、固定部材と第２部材は安定して接合される。また、貫通孔に圧入した固定部材の圧入方向の先端部が第１部材に当接した状態で溶接されるため、同種の材料で形成された固定部材と第１部材は安定して接合される。
【０００９】
このとき、溶接ビードは、固定部材と第１部材の間で形成されて、第２部材に接しない。また、プラグ溶接及びスタッド溶接は、どちらも短時間で部材を接合させることのできる溶接である。これらのことから、溶接による第２部材の軟化が生じにくく、熱変形を抑制することができるため、第１部材と第２部材の安定した接合強度を確保することができる。
【００１０】
また、本発明で採用するプラグ溶接及びスタッド溶接は、一般的な自動車修理工場で所有することが可能な半自動溶接機及びスタッド溶接機を使用して行うことができる一般的な溶接である。このように、一般的な自動車修理工場でも実施できる簡易な接合方法により異種部材の接合をすることができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上説明したように、本発明に係る異種部材接合方法は、プラグ溶接又はスタッド溶接のような一般的な自動車修理工場でも実施できる簡易な接合方法により、異種部材同士の接合強度の確保とリペアビリティの向上を図ることができるという優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明の第１実施形態で用いるリベットの断面図である。
【図２】図１に示されるリベットを用いたプラグ溶接による接合部の断面図であり、（Ａ）は第２部材にリベットを圧入する工程であり、（Ｂ）はプラグ溶接後の接合構造である。
【図３】本発明の第２実施形態で用いるスタッドボルトの断面図である。
【図４】図３に示されるスタッドボルトを用いたスタッド溶接による接合部の断面図であり、（Ａ）はスタッドボルトを圧入した第２部材を取り付ける工程であり、（Ｂ）はスタッド溶接後の接合構造である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（第１実施形態）
以下、図１及び図２を用いて、本発明に係る異種部材接合方法の第１実施形態について説明する。
【００１４】
図２（Ａ）及び図２（Ｂ）に示すように本実施形態に係る異種部材接合方法による接合構造１０は、鉄系金属で形成された第１部材１２と、第１部材１２と異なる材料で形成された第２部材１４と、第１部材１２と同種の鉄系金属で形成された固定部材であるリベット１６と、を含んで構成されている。
【００１５】
第１部材１２は、鉄系金属で形成されている。例えば、骨格部材のように、衝突に対する曲げ強度並びに圧縮強度及び走行により発生する振動に対する疲労強度を確保する必要があるため鋼材等で形成されている。
【００１６】
第２部材１４は、鉄系金属以外の材料、例えば、炭素繊維強化プラスチック（ＣＦＲＰ）、アルミニウム合金、マグネシウム合金等の軽量材料で形成されている。
【００１７】
リベット１６は、第１部材１２と同様に鉄系金属で形成されている。リベット１６の材料は、第１部材１２と溶接が可能な鉄系金属であれば、第１部材１２と異なる材料であってもよい。例えば、リベット１６と第１部材１２の組み合わせとしては、ステンレススチールと鉄などの組み合わせであってもよい。
【００１８】
本実施形態で用いるリベット１６は、円筒状に形成された軸部１８と、軸部１８の基端側の外周部に形成された略円形状のフランジ部２０と、を含んで構成されている。軸部１８の軸芯部には、貫通孔が形成されており、その貫通孔がプラグ孔２２とされている。
【００１９】
軸部１８の第２部材１４への圧入方向の先端部には、軸部１８の外径が圧入方向先端に向かうにつれて小さくなるように形成された第１テーパ部２４が設けられている。また、軸部１８の基端部には、軸部１８の内径が圧入方向先端に向かって小さくなるように形成された第２テーパ部２６が設けられている。さらに、軸部１８の外側面には、複数の突起部２８が設けられている。
【００２０】
リベット１６の圧入された第２部材１４が第１部材１２に当接した状態で、プラグ溶接されることによりプラグ孔２２に溶接ビード３２が形成され、リベット１６と第１部材１２が接合されている。これにより、第２部材１４が第１部材１２に接合されている。
【００２１】
次に、本実施形態に係る接合構造１０の異種部材接合方法について説明する。
【００２２】
接合に際しては、はじめに、第２部材１４に貫通孔３４が形成され、プレス装置などを用いてリベット１６が貫通孔３４に圧入される。次に、貫通孔３４に圧入したリベット１６の圧入方向の先端部１６Ａが第１部材１２に当接するように第２部材１４が第１部材１２に当接される。最後に、第１部材１２と第２部材１４が当接した状態で、リベット１６が、プラグ溶接により第１部材１２に接合される。
【００２３】
リベット１６は、第２部材１４に設けられた貫通孔３４に圧入されて取り付けられる。軸部１８の外側面に設けられた突起部２８は、貫通孔３４の内壁に突き刺さるように係合される。これにより、リベット１６と第２部材１４は接合される。
【００２４】
リベット１６が圧入された第２部材１４は、第１部材１２に当接した状態で、リベット１６が、プラグ溶接により第１部材１２に接合される。プラグ溶接は、アーク溶接トーチ３８を貫通孔３４から開放されている第１部材１２の中心部３６に臨ませて固定される。この状態で、第１部材１２の板厚とアーク溶接トーチ３８の径により設定される溶接電流及びアーク電圧により、リベット１６と第１部材１２がアーク溶接されて、プラグ孔２２に溶接ビード３２が形成される。
【００２５】
この時点での溶接ビード３２は、第１部材１２の板厚とアーク溶接トーチ３８の径により設定される溶接電流及びアーク電圧によるアーク溶接で形成されるため、リベット１６のプラグ孔２２の圧入方向と反対方向側では、部分的に又は全周に亘って溶け落ちが発生する場合がある。
【００２６】
このため、リベット１６の厚み、すなわち、リベット１６の軸部の圧入方向の長さとアーク溶接トーチ３８の径で設定される溶接電流及びアーク電圧により、第２テーパ部２６の周方向に沿ってさらにアーク溶接がされる。これにより、リベット１６及び既に形成された溶接ビード３２に溶け込み、溶け落ち部分を埋めるように溶接ビード３２が形成される。第２部材１４は、アーク溶接トーチ３８及び第１部材１２とリベット１６の間に形成される溶接ビード３２に直接接触することがないため、プラグ溶接後の第２部材１４の軟化は生じない。
【００２７】
また、第２テーパ部２６の周方向に沿ってアーク溶接をする際には、リベット１６の圧入方向（軸方向）に対して一定のトーチ角を付けたアーク溶接トーチ３８を第２テーパ部２６に固定することで溶接される。このため、プラグ孔２２がアーク溶接トーチ３８に干渉しないように、トーチ角に対応した角度で第２テーパ部２６の傾斜が設けられる。
【００２８】
（第１実施形態の作用・効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。
【００２９】
本実施形態に係る異種部材接合方法では、リベット１６は第２部材１４に圧入されるため、リベット１６を第２部材１４に安定して接合される。さらに、突起部２８によって、第２部材に対する抜け落ちや周り止めが防止される。
【００３０】
また、貫通孔３４に圧入したリベット１６の圧入方向の先端部１６Ａが第１部材１２に当接した状態で溶接されるため、同種の材料で形成されたリベット１６と第１部材１２は安定して接合される。このとき、溶接ビード３２は、リベット１６と第１部材との間で形成されて、第２部材１４に接しないため第２部材１４の軟化は生じない。さらに、本実施形態で採用されているプラグ溶接に用いる溶接法であるアーク溶接は、短時間で部材を接合させることのできる溶接である。これらのことから、第２部材１４の熱変形を抑制することができるため、第１部材１２と第２部材１４の安定した接合強度を確保することができる。
【００３１】
さらに、本実施形態で採用されているプラグ溶接は、一般的な自動車修理工場で所有することが可能な半自動溶接機を使用して行うことができる一般的な溶接である。このように、一般的な自動車修理工場でも実施できる簡易な方法により異種部材の接合をすることができる。
【００３２】
これらのことから、本実施形態に係る異種部材接合方法は、プラグ溶接のように一般的な自動車修理工場でも実施できる簡易な溶接方法を用いて、鉄系金属で形成された第１部材１２と鉄系金属と異なる材料で形成された第２部材１４の接合強度を確保し、しかもリペアビリティの向上を図ることができる。
【００３３】
次に、本実施形態の別の効果について、本実施形態を、以下に説明する既存の接合方法と比較して説明する。
【００３４】
本実施形態のような異種部材の接合方法は、アッパバックパネル及びドア開口部のオープニングフランジのように、接合に用いたリベット１６が第２部材１４の貫通孔３４から多少飛び出しても問題のない箇所へ適用するのが好適である。例えば、ドア開口部のオープニングフランジにはウェザーストリップが取り付けられるため、リベットの頭部が多少第２部材１４からはみ出しても、ウェザーストリップの組み付けやシール性に影響を与えないので適用可能である。
【００３５】
一方、既存の接合方法により損傷したアウタパネルを交換して修理する場合には、車体フレームパネルとアウタパネルの接合を外して新品のアウタパネルを再接合するために、第２部材だけでなく第１部材にも貫通孔が設けられ、これにブラインドリベットが通されて締結される。
【００３６】
鉄系金属である第１部材が、ホットスタンプや超高張力鋼である場合には、孔をあけるためにそれなりの時間と工数を費やす。具体的には、超高張力鋼に孔を４つ設けるだけで、ドリルの刃を一つ消耗するといった不利な点が生じる。一方、本実施形態では、鉄系金属である第１部材１２には貫通孔を設ける必要がないため、組み付け性がよい。
【００３７】
また、頭部がパネル表面から大きく突出して取り付けられるブラインドリベットは、接合部を覆うようにウェザーストリップが取り付けられるドア開口部のフランジ等の修理には適さない。
【００３８】
さらに、ブラインドリベットによる取り付けでは、下孔とリベットの間に隙間が生じるため、がたつきが生じる場合がある。この場合、車両の走行で生じる振動に対する疲労強度が低下するという不利な点が生じる。一方、本実施形態では、リベット１６は第２部材１４に圧入されるうえに、溶接ビード３２がリベット１６と第１部材１２の間で、プラグ孔２２を埋めるように形成されるため、第１部材１２とプラグ孔２２の間に隙間が生じない。また、トーチ角に対応した角度で第２テーパ部２６の傾斜が設けられるため、プラグ孔２２がアーク溶接トーチ３８に干渉しないように、安定した溶接が行われる。これらにより、本実施形態による異種部材接合方法により、車両の走行で生じる振動に対する疲労強度を確保することができる。
【００３９】
これらのことから、本実施形態に係る異種部材接合方法は、既存の接合方法を修理に適用した場合と比較して、組み付け性を向上させることができ、しかも車両の走行により生じる振動に対する疲労強度も向上させることができる。
【００４０】
（第２実施形態）
次に、図３及び図４を用いて、本発明に係る異種部材接合方法の第２実施形態について説明する。なお、前述した第１実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。
【００４１】
図４（Ａ）及び（Ｂ）に示されるように、この第２実施形態に係る接合構造４０は、第１実施形態で説明した異種部材接合方法と同様に、鉄系金属で形成された第１部材１２と、第１部材１２と異なる材料で形成された第２部材１４と、を含んで構成されている。
【００４２】
第２実施形態では、第１実施形態のリベット１６に替えて、軸芯部に配置され、鉄系金属で形成されたスタッド部４２と、このスタッド部４２の下部外周に配置され、鉄系金属で形成されたリベット部４４と、が一体で形成された固定部材であるスタッドボルト４６が用いられる。スタッドボルト４６は、一例として鍛造成形によって形成されている。
【００４３】
第２実施形態に係る接合構造４０は、第１実施形態で説明した異種部材接合方法と基本的に同じ工程を経て接合されている。はじめに、第２部材１４に貫通孔３４が形成され、プレス装置などを用いてスタッドボルト４６のリベット部４４が貫通孔３４に圧入される。次に、スタッドボルト４６に形成されたスタッド部４２の圧入方向の先端部４２Ａが第１部材１２に当接される。最後に、第１部材１２と先端部４２Ａが当接した状態で、スタッド部４２が、スタッド溶接により第１部材１２に接合される。
【００４４】
具体的には、第２部材１４に圧入されたスタッドボルト４６は、スタッド部４２の先端部４２Ａが第１部材１２に当接された状態で、第１部材１２の板厚とスタッド部４２の径により決定される溶接電流及びアーク電圧により、第１部材１２とスタッドボルト４６がスタッド溶接される。アークを発生させてスタッド部４２と第１部材１２を溶融することで溶接ビード３２が形成される。これにより、第１部材１２とスタッドボルト４６のスタッド部４２が接合される。スタッド溶接後、スタッドボルト４６のスタッド部４２の不要な部分が削り取られる。
【００４５】
なお、第２部材１４は、スタッドボルト４６のリベット部４４と第１部材１２との間に形成される溶接ビード３２に直接接触することがないため、スタッド溶接後の第２部材１４の軟化は生じない。
【００４６】
（第２実施形態の作用・効果）
次に、本実施形態の作用並びに効果について説明する。
【００４７】
上記構成によっても、スタッドボルト４６を用いて、溶接ビード３２がスタッド溶接により形成されることを除けば、第１実施形態の接合構造１０と同様に構成されているので、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００４８】
すなわち、リベット部４４は第２部材１４の貫通孔３４に圧入されているため、第２部材に安定して接合することができる。さらに、突起部２８によって、第２部材に対する抜け落ちや周り止めが防止される。
【００４９】
また、貫通孔３４に圧入されたスタッドボルト４６の圧入方向の先端部４２Ａが第１部材１２に当接した状態で溶接されるため、同種の鉄系金属で形成されたスタッドボルト４６と第１部材１２は安定して接合される。このとき、溶接ビード３２は、スタッドボルト４６と第１部材１２との間で形成されて、第２部材１４に接しないため第２部材１４の軟化が生じない。これに加えて、本実施形態で採用されているスタッド溶接は、第１実施形態で採用したプラグ溶接と比較して、さらに短時間で部材を接合させることのできる溶接である。これらのことから、第２部材１４の熱変形を抑制することができるため、第１部材１２と第２部材１４の安定した接合強度を確保することができる。
【００５０】
さらに、本実施形態で採用されているスタッド溶接は、一般的な自動車修理工場で所有することが可能なスタッド溶接機を使用して行うことができる一般的な溶接である。このように、一般的な自動車修理工場でも実施できる簡易な方法により異種部材の接合をすることができる。
【００５１】
これらのことから、本実施形態に係る異種部材接合方法は、スタッド溶接のように一般的な自動車修理工場でも実施できる簡易な溶接方法を用いて、鉄系金属で形成された第１部材１２と鉄系金属と異なる材料で形成された第２部材１４の接合強度を確保し、しかもリペアビリティの向上を図ることができる。
【００５２】
（その他の実施形態）
なお、上述した本実施形態では、リベット１６及びスタッドボルト４６の軸部１８の外側面に突起部２８が設けられているが、これに限らず、軸部１８の外側面にローレット加工を施し、第２部材１４の貫通孔３４に対向する凸凹の突起を設けてもよいし、リベット１６及びスタッドボルト４６の軸部１８の外側面に、リベット１６及びスタッドボルト４６の軸方向に沿ったセレーションのような突起部を設けるようにしてもよい。
【００５３】
また、上述した本実施形態では、リベット１６及びスタッドボルト４６は、軸方向に見て略円形状に形成されているが、これに限らず、多角形状、矩形状、楕円状などの形状を用いてもよい。
【００５４】
さらに、本実施形態で示した異種部材接合方法は、アッパバックパネル及びドア開口部のオープニングフランジに適用するものとして説明したが、これに限らず、車両の他の接合部に適用してもよい。
【符号の説明】
【００５５】
１２   第１部材
１４   第２部材
１６   リベット（固定部材）
１６Ａ 先端部
３４   貫通孔
４２   スタッド部
４２Ａ 先端部
４４   リベット部
４６   スタッドボルト（固定部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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