(57)【要約】【課題】熱膨張率の異なる金属構成部材を摩擦点接合する際の熱歪み変形を低減できる金属構成部材の接合方法及びその接合構造を提供する。【解決手段】ルーフパネル１６を車体構造に組付けて接合する際に、第１工程において、前端側摩擦接合領域３１では複数の摩擦点接合２２によりルーフパネル１６をフロントヘッダー１８に接合し、後端側摩擦接合領域３２では複数の摩擦点接合２７によりルーフパネル１６をリヤヘッダー１９に接合し、左端側摩擦接合領域３０Ａと右端側摩擦接合領域３０Ｂでは、複数の摩擦点接合２８によりルーフパネル１６をサイドルーフレール１７に接合する。次に、第２工程において、摩擦接合領域３１、３０Ａ，３０Ｂの境界の領域において複数のリベット接合３３により接合すると共に、摩擦接合領域３２、３０Ａ，３０Ｂの境界の領域において複数のリベット接合３４，３５により接合する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１金属構成部材の接合部と、前記第１金属構成部材と熱膨張率が異なる第２金属構成部材の接合部とを重ね合わせて接合する金属構成部材の接合方法において、
前記第１，第２金属構成部材を重ね合わせ、回転ツールを回転させながら第１金属構成部材に押圧して摩擦熱を発生させ、少なくとも第１金属構成部材を軟化させ塑性流動を生じさせて第１，第２金属構成部材を固相状態で接合した第１接合部を第１，第２金属構成部材の接合部に沿って順次複数箇所形成した摩擦接合領域を形成する第１工程と、
次に、前記摩擦接合領域の端部の接合領域に、機械的接合による第２接合部を形成する第２工程と、
を備えたことを特徴とする金属構成部材の接合方法。
【請求項２】
第１金属構成部材の接合部と、前記第１金属構成部材と熱膨張率が異なる第２金属構成部材の接合部とを重ね合わせて接合する金属構成部材の接合方法において、
前記第１，第２金属構成部材を重ね合わせ、回転ツールを回転させながら第１金属構成部材に押圧して摩擦熱を発生させ、少なくとも第１金属構成部材を軟化させ塑性流動を生じさせて第１，第２金属構成部材を固相状態で接合した第１接合部を第１，第２金属構成部材の接合部に沿って順次複数個所形成した摩擦接合領域を複数形成する第１工程と、
次に、複数の摩擦接合領域の間の接合領域に、機械的接合による第２接合部を形成する第２工程と、
を備えたことを特徴とする金属構成部材の接合方法。
【請求項３】
前記第１金属構成部材が軽金属製の部材であり、前記第２金属構成部材が鋼製の部材であることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属構成部材の接合方法。
【請求項４】
前記第１金属構成部材が車両のルーフパネルであり、第２金属構成部材が車両のルーフレールを有することを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の金属構成部材の接合方法。
【請求項５】
前記機械的接合がリベット接合であることを特徴とする請求項１又は２に記載の金属構成部材の接合方法。
【請求項６】
第１金属構成部材の接合部と、前記第１金属構成部材と熱膨張率が異なる第２金属構成部材の接合部とを重ね合わせて接合する金属構成部材の接合構造において、
前記第１，第２金属構成部材の接合部に、回転ツールを回転させながら第１金属構成部材に押圧して摩擦熱を発生させ、少なくとも第１金属構成部材を軟化させ塑性流動を生じさせて第１，第２金属構成部材を固相状態で接合した第１接合部を第１，第２金属構成部材の接合部に沿って複数箇所形成した摩擦接合領域を形成し、この摩擦接合領域の端部の接合領域に、機械的接合による第２接合部を形成した、
ことを特徴とする金属構成部材の接合構造。
【請求項７】
第１金属構成部材の接合部と、前記第１金属構成部材と熱膨張率が異なる第２金属構造部材の接合部とを重ね合わせて接合した金属構成部材の接合構造において、
前記第１，第２金属構成部材の接合部に、回転ツールを回転させながら第１金属構成部材に押圧して摩擦熱を発生させ、少なくとも第１金属構成部材を軟化させ塑性流動を生じさせて第１，第２金属構成部材を固相状態で接合した第１接合部を第１，第２金属構成部材の接合部に沿って複数個所形成した摩擦接合領域を複数形成し、これら複数の摩擦接合領域の間の接合領域に、機械的接合による第２接合部を形成した、
ことを特徴とする金属構成部材の接合構造。
【請求項８】
前記第１金属構成部材が軽金属製の部材であり、前記第２金属構成部材が鋼製の部材であることを特徴とする請求項６又は７に記載の金属構成部材の接合構造。
【請求項９】
前記第１金属構成部材が車両のルーフパネルであり、前記第２金属構成部材が車両のルーフレールと補強板部材を有し、第１接合部はルーフパネルとルーフレールとの接合部に形成され、第２接合部はルーフパネルとルーフレール及び補強板部材の接合部に形成されることを特徴とする請求項８に記載の金属構成部材の接合構造。
【請求項１０】
前記第２接合部は、リベット接合部であることを特徴とする請求項６〜９の何れかに記載の金属構成部材の接合構造。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１金属構成部材の接合部と、第１金属構成部材と熱膨張率が異なる第２金属構成部材の接合部とを重ね合わせて接合する金属構成部材の接合方法及びその接合構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車の車体等においては、主に軽量化を目的として、鋼板製の構造にアルミニウム板を併用した構造が広く実用化されつつある。この鋼板とアルミニウム板とを接合する接合技術として、ブラインドリベット、セルフピアッシングリベット、クリンチング等を用いた機械的接合技術が採用されている。例えば、特許文献１の車体部材の接合構造においては、アルミ製のルーフパネルの接合部が、鋼製のサイドルーフレールの接合部、フロントルーフレールの接合部、リヤルーフレールの接合部等と楔形状の非貫通型のセルフピアッシングリベットによりリベット接合されている。
【０００３】
他方、近年、第１，第２金属構成部材の接合部を摩擦熱を利用して接合する摩擦点接合技術が提案され実用に供されている。この摩擦点接合技術では、第１金属構成部材の接合部と、第１金属構成部材と熱膨張率が異なる第２金属構成部材の接合部とを重ね合わせた状態で、摩擦点接合装置の回転ツールにより第１金属構成部材側から第１，第２金属構成部材が押圧され、回転ツールが第１金属構成部材と接触して回転することで発生する摩擦熱により、第１金属構成部材が軟化し塑性流動化して、第１，第２金属構成部材を固相状態でスポット接合する。
【特許文献１】特開２００５−１１９５７７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
特許文献１の車体部材の接合構造においては、アルミルーフパネルと、サイドルーフレールやフロントルーフレールやリヤルーフレールとの接合部に沿って多数のリベット接合部が形成されるので、リベット部品の増加により材料費を含む接合費が高価になる。
【０００５】
一方、熱膨張率の異なる第１，第２金属構成部材同士を摩擦点接合した構造においては、熱膨張状態で接合されてしまうため、熱膨張率の高い方の金属構成部材に熱歪み変形が発生しやすくなる。特に、熱膨張率が高い軽金属部材と鋼製部材とを摩擦点接合する場合には、軽金属製部材に発生する熱歪み変形が大きくなる。
本発明の目的は、金属構成部材の接合方法及びその接合構造において、第１，第２金属構成部材の接合部の接合に伴う熱歪み変形を低減すること、大型の金属構成部材同士の接合にも適用可能にすること、材料費を含む接合費を低減可能にすること等である。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１の金属接合方法は、第１金属構成部材の接合部と、第１金属構成部材と熱膨張率が異なる第２金属構成部材の接合部とを重ね合わせて接合する金属構成部材の接合方法において、第１，第２金属構成部材を重ね合わせ、回転ツールを回転させながら第１金属構成部材に押圧して摩擦熱を発生させ、少なくとも第１金属構成部材を軟化させ塑性流動を生じさせて第１，第２金属構成部材を固相状態で接合した第１接合部を第１，第２金属構成部材の接合部に沿って順次複数箇所形成した摩擦接合領域を形成する第１工程と、次に、摩擦接合領域の端部の接合領域に、機械的接合による第２接合部を形成する第２工程とを備えたものである。
【０００７】
この金属構成部材の接合方法では、第１工程において、第１，第２金属構成部材の接合部に沿って順次摩擦接合した第１接合部が複数箇所形成された摩擦接合領域が形成される。第１接合部は、第１，第２金属構成部材を重ね合わせた状態で、回転ツールを回転させながら第１金属構成部材に押圧して摩擦熱を発生させ、少なくとも第１金属構成部材を軟化させ塑性流動を生じさせて、第１，第２金属構成部材を固相状態で摩擦接合する接合部である。
【０００８】
次に、第２工程において、前記摩擦接合領域の端部の接合領域に、接合時に殆ど熱を発生しない機械的接合により第２接合部を形成する。そのため、第１工程の摩擦接合領域において複数の第１接合部を形成するときに発生する累積的な熱歪み変形を低減しつつ、摩擦接合領域の端部の接合領域を、機械的接合による第２接合部を形成する。これにより、第１，第２金属構成部材を接合して組み立てる組立て精度を高め、品質向上を図ることができ、第２接合部の強度も確保することができる。
【０００９】
請求項２の金属構成部材の接合方法は、第１金属構成部材の接合部と、第１金属構成部材と熱膨張率が異なる第２金属構成部材の接合部とを重ね合わせて接合する金属構成部材の接合方法において、第１，第２金属構成部材を重ね合わせ、回転ツールを回転させながら第１金属構成部材に押圧して摩擦熱を発生させ、少なくとも第１金属構成部材を軟化させ塑性流動を生じさせて第１，第２金属構成部材を固相状態で接合した第１接合部を第１，第２金属構成部材の接合部に沿って順次複数個所形成した摩擦接合領域を複数形成する第１工程と、次に、複数の摩擦接合領域の間の接合領域に、機械的接合による第２接合部を形成する第２工程とを備えたものである。
【００１０】
この金属構成部材の接合方法では、第１工程において、第１，第２金属構成部材の接合部に沿って順次摩擦接合した第１接合部が複数個所形成され、それら第１接合部を複数個所形成した摩擦接合領域が複数形成される。第１接合部は、第１，第２金属構成部材の接合部を重ね合わせた状態で、回転ツールを第１金属構成部材に押圧接触させて回転させることで発生する摩擦熱により、少なくとも第１金属構成部材を軟化させ塑性流動を生じさせて、第１，第２金属構成部材を固相状態で摩擦接合する接合部である。
【００１１】
次に、第２工程において、それら複数の摩擦接合領域の間の接合領域に、接合時に殆ど熱を発生しない機械的接合により第２接合部を形成するので、摩擦接合領域において複数の第１接合部を形成したときに発生する累積的な熱歪み変形を低減しつつ、複数の摩擦接合領域の間の接合領域に機械的接合による第２接合部を形成する。これにより、第１，第２金属構成部材を接合して組み立てる組立て精度を高め、品質向上を図ることができ、第２接合部の強度も確保することができる。
【００１２】
請求項３の金属構成部材の接合方法は、請求項１又は２の発明において、第１金属構成部材が軽金属製の部材であり、第２金属構成部材が鋼製の部材であることを特徴としている。
請求項４の金属構成部材の接合方法は、請求項１〜３の発明の何れかにおいて、第１金属構成部材が車両のルーフパネルであり、第２金属構成部材が車両のルーフレールを有することを特徴としている。
請求項５の金属構成部材の接合方法は、請求項１又は２の発明において、機械的接合がリベット接合であることを特徴としている。
【００１３】
請求項６の金属構成部材の接合構造は、第１金属構成部材の接合部と、第１金属構成部材と熱膨張率が異なる第２金属構成部材の接合部とを重ね合わせて接合する金属構成部材の接合構造において、第１，第２金属構成部材の接合部に、回転ツールを回転させながら第１金属構成部材に押圧して摩擦熱を発生させ、少なくとも第１金属構成部材を軟化させ塑性流動を生じさせて第１，第２金属構成部材を固相状態で接合した第１接合部を第１，第２金属構成部材の接合部に沿って複数箇所形成した摩擦接合領域を形成し、この摩擦接合領域の端部の接合領域に、機械的接合による第２接合部を形成したものである。この金属構成部材の接合構造においては、請求項１と同様の作用を奏する。
【００１４】
請求項７の金属構成部材の接合構造は、第１金属構成部材の接合部と、第１金属構成部材と熱膨張率が異なる第２金属構造部材の接合部とを重ね合わせて接合した金属構成部材の接合構造において、第１，第２金属構成部材の接合部に、回転ツールを回転させながら第１金属構成部材に押圧して摩擦熱を発生させ、少なくとも第１金属構成部材を軟化させ塑性流動を生じさせて第１，第２金属構成部材を固相状態で接合した第１接合部を第１，第２金属構成部材の接合部に沿って複数個所形成した摩擦接合領域を複数形成し、これら複数の摩擦接合領域の間の接合領域に、機械的接合による第２接合部を形成したものである。この金属構成部材の接合構造においては、請求項２と同様の作用を奏する。
【００１５】
請求項８の金属構成部材の接合構造は、請求項６又は７の発明において、第１金属構成部材が軽金属製の部材であり、第２金属構成部材が鋼製の部材であることを特徴としている。
請求項９の金属構成部材の接合構造は、請求項８の発明において、第１金属構成部材が車両のルーフパネルであり、第２金属構成部材が車両のルーフレールと補強板部材を有し、第１接合部はルーフパネルとルーフレールとの接合部に形成され、第２接合部はルーフパネルとルーフレール及び補強板部材の接合部に形成されることを特徴としている。
請求項１０の金属構成部材の接合構造は、請求項６〜９の発明の何れかにおいて、第２接合部は、リベット接合であることを特徴としている。
【発明の効果】
【００１６】
請求項１の発明によれば、第１工程において第１，第２金属構成部材を固相状態で接合した第１接合部を第１，第２金属構成部材の接合部に沿って複数箇所形成した摩擦接合領域を形成し、次に第２工程において摩擦接合領域の接合部の端部の接合領域に、機械的接合による第２接合部を形成するため、次の効果が得られる。
【００１７】
第１，第２金属構成部材を接合する接合部の構造に応じて、摩擦接合（第１接合部）と機械的接合部（第２接合部）とを使い分けることができる。また、摩擦接合領域の端部の接合領域に、接合時に殆ど熱を発生しない機械的接合により第２接合部を形成するため、摩擦接合の際の熱膨張差に起因する少なくとも第１金属構成部材の熱歪み変形を低減し、組み立て精度を高め、品質を高めることができるうえ、第２接合部の接合強度も確保することができる。
【００１８】
しかも、第１接合部が複数箇所形成され、第２接合部が摩擦接合領域の端部の接合領域に形成されるので、機械的接合による第２接合部の数を少なくして、第２接合部の為の材料費を含む接合費を低減することができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、第１工程において第１，第２金属構成部材を固相状態で接合した第１接合部を第１，第２金属構成部材の接合部に沿って順次複数個所形成した摩擦接合領域を複数形成し、次に第２工程においてそれらの複数の摩擦接合領域の間の接合領域に、機械的接合による第２接合部を形成するため、次の効果が得られる。
【００２０】
第１，第２金属構成部材を接合する接合部の構造に応じて、摩擦接合（第１接合部）と機械的接合（第２接合部）とを使い分けることができる。また、複数の摩擦接合領域の間の接合領域に接合時に殆ど熱を発生しない機械的接合（第２接合部）を形成するため、摩擦接合の際の熱膨張差に起因する少なくとも第１金属構成部材の熱歪み変形を上記の機械的接合を形成することにより低減し、組立て精度を高め、品質を高めることができるうえ、第２接合部の接合強度を確保することができる。
【００２１】
しかも、第１接合部が複数個所形成され、第２接合部が複数の摩擦接合領域の間の接合領域に形成されるので、機械的接合による第２接合部の数を少なくして、第２接合部の為の材料費を含む接合費を低減することができる。
【００２２】
請求項３の発明によれば、第１金属構成部材が軽金属製の部材であり、第２金属構成部材が鋼製の部材であるので、摩擦接合時の熱膨張差に起因する軽金属部材の熱歪み変形を低減することができる。
【００２３】
請求項４の発明によれば、第１金属構成部材が車両のルーフパネルであり、第２金属構成部材が車両のルーフレールを有するので、車両のルーフパネルのように大型の金属構成部材が接合される場合でも、摩擦接合時の熱膨張差に起因するルーフパネルの熱歪み変形を低減することができる。しかも、軽金属製のルーフパネルを適用することも可能で、その場合は車両の軽量化を達成することができる。
請求項５の発明によれば、機械的接合がリベット接合であるので、摩擦接合領域の端部の接合領域又は複数の摩擦接合領域の間の接合領域の接合強度を確実に高めることができる。
【００２４】
請求項６の発明によれば、第１，第２金属構成部材を摩擦接合した第１接合部を第１，第２金属構成部材の接合部に沿って複数箇所形成した摩擦接合領域を形成し、この摩擦接合領域の端部の接合領域に、機械的接合による第２接合部を形成したので、第１，第２金属構成部材を接合する接合部の構造に応じて、摩擦接合（第１接合）と機械的接合（第２接合）とを使い分けることができる。また、摩擦接合領域の端部の接合領域に、接合時に殆ど熱を発生しない機械的接合により第２接合部を形成するため、摩擦接合時の熱膨張差に起因する少なくとも第１金属構成部材の熱歪み変形を低減し、組立て精度を高め、品質を高めることができるうえ、第２接合部の接合強度も高めることができる。
【００２５】
請求項７の発明によれば、第１，第２金属構成部材を摩擦接合した第１接合部を第１，第２金属構成部材の接合部に沿って複数個所形成した摩擦接合領域を複数形成し、これら複数の摩擦接合領域の間の接合領域に、機械的接合による第２接合部を形成したので、第１，第２金属構成部材の接合部の構造に応じて、摩擦接合と機械的接合とを使い分けることができる。摩擦接合時の熱膨張差に起因する少なくとも第１金属構成部材の熱歪み変形を第２接合部を形成することで低減することができる。その結果、組立て精度を高め、品質を高めることができるうえ、第２接合部の接合強度を高めることができる。
【００２６】
請求項８の発明によれば、第１金属構成部材が軽金属製の部材であり、第２金属構成部材が鋼製の部材であるので、摩擦接合時の熱膨張差に起因する軽金属部材の熱歪み変形を低減することができる。
【００２７】
請求項９の発明によれば、第１金属構成部材が車両のルーフパネルであり、第２金属構成部材が車両のルーフレールと補強板部材を有し、第１接合部はルーフパネルとルーフレールとの接合部に形成され、第２接合部はルーフパネルとルーフレール及び補強板部材の接合部に形成されるので、ルーフパネルの熱歪み変形を低減できると共に、ルーフパネルとルーフレール及び補強部材の接合強度を高めることができる。しかも、軽金属製のルーフパネルを適用することも可能で、その場合は車両の軽量化を達成することができる。
【００２８】
請求項１０の発明によれば、第２接合部は、リベット接合部であるので、第２接合部の接合強度を確実に高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２９】
本実施例は、自動車のルーフパネル及びその補強部材を、車体構造のフロントヘッダ、サイドルーフレール、リヤヘッダなどのルーフレールに接合する接合方法と接合構造に、本発明を適用した場合の一例である。
【実施例】
【００３０】
以下、本発明の実施例について図面に基づいて説明する。尚、以下の説明は、金属構成部材の接合方法と接合構造についての説明を含むものである。
図１、図２に示すように、自動車の車体構造Ｍは、左右１対のフロントピラー４１、左右１対のセンタピラー４２、左右１対のリヤピラー４３、左右１対のフロントピラー４１の上端部を連結するフロントヘッダー１８、左右１対のリヤピラー４３の上端部を連結するリヤヘッダー１９、フロントピラー４１の上端とセンタピラー４２の上端とリヤピラー４３の上端近傍部に亙って延設された左右１対のサイドルーフレール１７と、ルーフ構造とを有し、ルーフ構造のルーフパネル１６以外の諸部材は鋼板製のものである。尚、図２は、ルーフパネル１６を省略して図示した自動車の車体構造Ｍの要部平面図である。
【００３１】
ルーフ構造は車体構造Ｍの上端に配置されるものであり、このルーフ構造は、アルミニウム板からなるルーフパネル１６と、このルーフパネル１６の下面側に後述の摩擦点接合により接合される鋼板製の複数の補強板部材２０ａ〜２０ｄとを有する。これら複数の補強板部材２０ａ〜２０ｄとフロントヘッダー１８及びリヤヘッダー１９は、サブアッセンブリ工程において、予めルーフパネル１６に摩擦点接合にて接合される。
【００３２】
即ち、図２に示すように、補強板部材２０ａの両端部は摩擦点接合部２３でルーフパネル１６に接合される。補強板部材２０ｂの両端部は複数の摩擦点接合部２４でルーフパネル１６に接合される。補強板部材２０ｃの両端部は複数の摩擦点接合部２５でルーフパネル１６に接合される。補強板部材２０ｄの両端部は複数の摩擦点接合部２６でルーフパネル１６に接合される。また、フロントヘッダー１８は複数の摩擦点接合部２２でルーフパネル１６に接合され、リヤヘッダー１９は複数の摩擦点接合部２７でルーフパネル１６に接合される。
【００３３】
ここで、上記の摩擦点接合及びその他の摩擦点接合を行う摩擦点接合装置１について説明する。図６、図７に示すように、接合ガン２を装備したロボット３と、ロボット３と接合ガン２を駆動制御する制御装置１０と、接合ガン２でスポット接合する２枚（叉は、３枚）の金属板部材を重ね合わせた状態で位置決め保持するワーク保持装置（図示略）とを備えている。
【００３４】
ロボット３は汎用の６軸垂直多関節型ロボットであり、そのロボットハンドの先端部に接合ガン２が装備されている。このロボット３が、接合ガン２をワーク保持装置で位置決め保持された金属構成部材をスポット接合動作位置と、この接合動作位置から退避した待機位置とに亙って移動させる。
【００３５】
図７に示すように、接合ガン２は、受け具４と、回転ルーツ５と、回転ツール駆動機構６とを有する。受け具４と回転ツール５は上下に対向状に配設され、受け具４はＬ字状のアーム７の下先端部に着脱可能に上向きに取付られ、アーム７の上部側に回転ツール駆動機構６が設けられ、この回転ツール駆動機構６に回転ツール５が着脱可能に下向きに取付られている。回転ツール駆動機構６は、回転ツール５を接合軸Ｘを中心として回転させる回転モータ８と、回転ツール５を接合軸Ｘに沿って昇降させて複数の金属板部材を押圧する昇降モータ９とを有する。
【００３６】
図８に示すように、回転ツール５の胴体部５ａの先端面（下端面）にはショルダ部５ｂが形成されている。このショルダ部５ｂは平坦ではなく、所定角度に傾斜して接合軸Ｘを中心とする円錐形状に窪んだ形状をなし、ショルダ部５ｂの中心部に細径のピン部５ｃが突設されている。受け具４は、回転ツール５と略同径に形成され、その先端面は平坦に形成されている。
【００３７】
図６に示すように、制御装置１０は、ロボット３の各種電動アクチュエータ（図示略）にハーネス１１を介して接続されて、それらアクチュエータを夫々駆動制御し、また、接合ガン２の回転モータ８と昇降モータ９にハーネス１２と中継ボックス１３とハーネス１４を介して接続され、これら回転モータ８と昇降モータ９を夫々駆動制御する。
【００３８】
前記のサブアッセンブリ工程において、摩擦点接合装置１を用いて、ルーフパネル１６にフロントヘッダー１８を摩擦点接合する場合を例にして説明する。
図９、図１０に示すように、摩擦点接合装置１に対し、ルーフパネル１６を上板とし、フロントヘッダー１８を下板とし、フロントヘッダー１８の上にルーフパネル１６を重ねる前に、これらの接触面に電蝕防止用の電気絶縁性の接着剤からなる接着剤層２１が形成される。
【００３９】
なお、接着剤としては、エポキシ系接着剤、ウレタン系接着剤、アクリル系接着剤などの化学反応型接着剤が用いられる。次に、ルーフパネル１６と、フロントヘッダー１８とを重ね合わせた接合部を接合ガン２の受け具４と回転ツール５とで挟むようにロボット３により接合ガン２を移動させ、接合部を受け具４上にセットし、回転ツール５を接合部の上方にセットする。
【００４０】
回転ツール駆動機構６により回転ツール５を回転させながら、昇降モータ９により回転ツール５を下降させて、回転ツール５をルーフパネル１６に押圧する。回転ツール５がルーフパネル１６と接触することで発生する摩擦熱により、ルーフパネル１６が軟化し塑性流動して、ルーフパネル１６とフロントヘッダー１８の接合部が融点以下の温度の固相状態で摩擦点接合（溶融を伴わない固相状態のままの摩擦点接合）が形成される。
【００４１】
この摩擦点接合について詳しく説明する。
図９、図１０に示すように、回転ツール５が回転されつつ下降すると、最初に回転ツール５のピン部５ｃがルーフパネル１６に当接して回転ツール５を位置決めし、次にショルダ部５ｂがルーフパネル１６に当接し、ルーフパネル１６の接合部は摩擦熱により軟化していく。次に回転ツール５は更に下降を続けて軟化したルーフパネル１６の接合部に進入し、これに伴い、回転ツール５と接触圧力の高い部分のルーフパネル１６の接合部がせん断され、このせん断された部分へ摩擦熱を受けて軟化した接着剤層２１やフロントヘッダー１８の接合部の亜鉛メッキ層２０ｚが拡散する。
【００４２】
次に、回転ツール５が更に押圧されるため、ルーフパネル１６の接合部に塑性流動部Ａ（塑性変形部）が発生してせん断部は外周へ広がる。同時に、ルーフパネル１６とフロントヘッダー１８との界面に残った接着剤層２１や亜鉛メッキ層２０ｚも外周へ排出される。このとき、ルーフパネル１６表面の脆性な酸化皮膜は、ルーフパネル１６の塑性変形により破壊され、ルーフパネル１６には、酸化被膜のない新生面が形成される。尚、塑性流動部Ａでは、その最外周部から塑性流動が開始される。
【００４３】
フロントヘッダー１８の表面の軟化又は溶融した亜鉛メッキ層２０ｚは、一部がルーフパネル１６中に取り込まれ、残りは回転ツール５の加圧力により接合部の周囲に押し出される。こうして、亜鉛メッキ層２０ｚが解消した範囲では、酸化皮膜が破壊されて新生面が露出したルーフパネル１６とフロントヘッダー１８の新生面とが接触して接合する。フロントヘッダー１８は、以上のようにして接合される複数の摩擦点接合２２によりルーフパネル１６の前部の下面に接合される（図２参照）。
【００４４】
サブアッセンブリ工程において、前記と同様に摩擦点接合装置１を用いて、リヤヘッダー１９も複数の摩擦点接合部２７でルーフパネル１６に接合される。また、補強板部材２０ａは摩擦点接合部２３でルーフパネル１６に接合され、補強板部材２０ｂは複数の摩擦点接合部２４でルーフパネル１６に接合され、補強板部材２０ｃは複数の摩擦点接合部２５でルーフパネル１６に接合され、補強板部材２０ｄは複数の摩擦点接合部２６でルーフパネル１６に接合される。
【００４５】
以上のように、サブアッセンブリ工程において、図１、図２に示すように、複数の補強板部材２０ａ〜２０ｄがルーフパネル１６に摩擦点接合され、さらに、ルーフパネル１６の前端部の接合部１６ｆをフロントヘッダー１８に複数の摩擦点接合部２２で接合した前端側摩擦接合領域３１を形成し、ルーフパネル１６の後端部の接合部１６ｒをリヤヘッダー１９に複数の摩擦点接合部２７で接合した後端側摩擦接合領域３２を形成する。ルーフパネル１６にフロントヘッダー１８とリヤヘッダー１９を摩擦点接合する工程が本発明の第１工程に相当する。なお、ルーフパネル１６とフロントヘッダー１８及びリヤヘッダー１９の複数の摩擦点接合は、車両幅方向において中央部から端部側に向けて順次、摩擦点接合するのが、ルーフパネル１６の熱膨張により累積する熱歪み変形を抑制するうえで好ましい。
【００４６】
以上のように、サブアッセンブリされたルーフパネル１６を、図１、図２に示すように、車体構造Ｍの上端部に組み付けて、前記摩擦点接合装置１によりルーフパネル１６と左右のサイドルーフレール１７を摩擦点接合する。この工程も本発明の第１工程に相当する。
即ち、ルーフパネル１６の左右両端部の接合部１６ａを左右のサイドルーフレール１７に複数の摩擦点接合２８で接合した左端側摩擦接合領域３０Ａ及び右端側摩擦接合領域３０Ｂを形成する。なお、ルーフパネル１６と左右のサイドルーフレール１７の複数の摩擦点接合は、車両前後方向において中央部から端部側に向けて順次、摩擦点接合するのが、ルーフパネル１６の熱膨張により累積する熱歪み変形を抑制するうえで好ましい。  
【００４７】
前記の右端側摩擦接合領域３０Ｂにおけるルーフパネル１６とサイドルーフレール１７との接合構造について、図３、図１１に基づいて説明する。
車体構造の右側のキャブサイドアウタ１７ａとキャブサイドインナ１７ｂとで閉断面構造のサイドルーフレール１７が形成され、このサイドルーフレール１７の上端部にはキャブサイドアウタ１７ａとキャブサイドインナ１７ｂのフランジ部を抵抗スポット溶接した接合部１７ｆが予め形成されており、この接合部１７ｆの上面に接着剤層２１を形成後、その接合部１７ｆの上面にルーフパネル１６の右端部分の接合部１６ａを重ね合せ、接合部１６ａと接合部１７ｆとが複数の摩擦点接合２８で接合される。尚、左端側摩擦接合領域３０Ａにおけるルーフパネル１６とサイドルーフレール１７との接合も前記と同様に接合される。
【００４８】
次に、第１工程での摩擦点接合によるルーフパネル１６の接合後、第２工程において、図２、図４に示すように、前端側摩擦接合領域３１と左端側摩擦接合領域３０Ａとの間の接合領域と、前端側摩擦接合領域３１と右端側摩擦接合領域３０Ｂとの間の接合領域において、ルーフパネル１６の前端部１６ｆをフロントヘッダー１８とフロントピラー４１の補強板部材２０ｆに複数点のリベット接合部３３で機械的に接合すると共に、左端側摩擦接合領域３０Ａと後端側摩擦接合領域３２との間の接合領域と、右端側摩擦接合領域３０Ｂと後端側摩擦接合領域３２との間の接合領域において、ルーフパネル１６の接合部１６ｒをリヤヘッダー１９とバックドアのヒンジ補強板部材２０ｇ、コーナー補強板部材２０ｈに複数点のリベット接合部３４，３５で機械的に接合する。
【００４９】
前記のリベット接合部３３〜３５を形成するのに用いるリベット接合締結装置（図示略）は、周知のセルフピアッシングリベット１５（図１２参照）を用いてリベット接合を行う装置である。
【００５０】
前記フロント側のリベット接合部３３の構造について説明する。
図４、図１２に示すように、フロントヘッダー１８の接合部の上面に接着剤層２１を形成して、その上にルーフパネル１６の接合部１６ｆを重ね合せ、フロントヘッダー１８の接合部の下面に補強板部材２０ｆとの接合部を下方から重ね合わせた状態で、セルフピアッシングリベット１５を用いて上記のリベット接合締結装置によりリベット接合を行う。  
【００５１】
そのリベット接合部３３（機械的接合）では、アルミニウム製のルーフパネル１６の接合部１６ｆと、鋼板製のフロントヘッダー１８の接合部及び補強板部材２０ｆとの接合部との３枚の板部材をリベット接合した構造となる。このリベット接合部３３では、リベット１５の脚部１５ａがルーフパネル１６の接合部１６ｆとフロントヘッダー１８との接合部を貫通するが、補強板部材２０ｆの接合部を貫通せず、そのリベット１５の脚部１５ａが補強板部材２０ｆの接合部内でテーパ状に拡径してかしめ状態となる。
【００５２】
前記リヤ側のリベット接合部３４，３５の構造について説明するが、このリベット接合部３４，３５は前記リベット接合部３３と同様の構造である。図５に示すように、ルーフパネル１６の後端部のコーナー近傍部の接合部１６ｒと、リヤヘッダー１９の両端近傍部の接合部と、コーナー補強板部材２０ｈの接合部が、セルフピアッシングリベット１５を用いた複数個所のリベット接合部３４で接合されると共に、ルーフパネル１６の接合部１６ｒと、ヒンジ補強板部材２０ｇの接合部がセルフピアッシングリベット１５を用いた複数個所のリベット接合部３５で接合される。
【００５３】
前記実施例において、フロントヘッダー１８はフロントルーフレールに相当するものであり、リヤヘッダー１９はリヤルーフレールに相当するものである。
前記ルーフパネル１６が「軽金属製」の「第１金属構成部材」に相当し、フロントヘッダー１８、リヤヘッダー１９、サイドルーフレール１７、補強板部材２０ａ〜２０ｄ、２０ｆ〜２０ｈが「第２金属構成部材」に相当するものである。摩擦点接合部２２、２７、２８が「第１接合部」に相当し、リベット接合部３３〜３５が「第２接合部」に相当するものである。
【００５４】
次に、以上説明した金属構成部材の接合方法及びその接合構造についての作用、効果について説明する。
第１工程において、ルーフパネル１６の前端部の接合部１６ｆをフロントヘッダー１８の接合部に複数の摩擦点接合部２２で固相状態で接合した前端側摩擦接合領域３１を形成し、また、ルーフパネル１６の後端部の接合部１６ｒをリヤヘッダー１９の接合部に複数の摩擦点接合部２７で固相状態で接合した後端側摩擦接合領域３２を形成する。また、アルミニウム製のルーフパネル１６の左右端部の接合部１６ａをサイドルーフレール１７の接合部１７ｆに複数の摩擦点接合部２８で固相状態で接合した左端側摩擦接合領域３０Ａ及び右端側摩擦接合領域３０Ｂを形成する。
【００５５】
その後、第１工程での摩擦点接合によるルーフパネル１６の接合後、第２工程において、前端側摩擦接合領域３１と、左端側摩擦接合領域３０Ａ及び右端側摩擦接合領域３０Ｂの間の領域において、複数のリベット接合３３によりルーフパネル１６の接合部１６ｆを補強板部材２０ｆと共にフロントヘッダー１８に機械的に接合すると共に、後端側摩擦接合領域３２と、左端側摩擦接合領域３０Ａ及び右端側摩擦接合領域３０Ｂの間の領域において、複数のリベット接合３４，３５によりルーフパネル１６の接合部１６ｒを補強板部材２０ｇ、２０ｆと共にリヤヘッダー１９に機械的に接合する。
【００５６】
従って、左端側摩擦接合領域３０Ａ及び右端側摩擦接合領域３０Ｂから前端側摩擦接合領域３１へ、叉はその反対に、アルミニウム材料と鋼材料の熱膨張率の差に起因する熱歪み変形が累積していくのを低減し、ルーフパネル１６の前側の各コーナー部は、接合時に殆ど熱を発生しない複数のリベット接合３３により確実に接合することができる。
【００５７】
同様に、左端側摩擦接合領域３０Ａ及び右端側摩擦接合領域３０Ｂから後端側摩擦接合領域３２へ、叉はその反対に、アルミニウム材料と鋼材料の熱膨張率の差に起因する熱歪み変形が累積していくのを低減し、ルーフパネル１６の後側の各コーナー部は、接合時に殆ど熱を発生しない複数のリベット接合３４，３５により確実に接合することができる。これにより、ルーフ構造を組付ける組付け精度を高め、品質を高めることができるうえ、リベット接合により接合強度を確保することができる。
【００５８】
しかも、ルーフパネル１６を車体構造に接合する接合部の板組みに応じて、機械的接合である摩擦点接合と、リベット接合とを適宜使い分けることもできる。しかも、ルーフパネル１６を接合する接合部の大部分は摩擦点接合により接合し、極く一部分のみをリベット接合により接合するため、リベットの材料費やリベット接合による接合費の増大を抑制することができる。
【００５９】
次に、前記実施例を部分的に変更した変更例について説明する
１〕上記実施例においては、ルーフパネル１６に補強板部材２０ａ〜２０ｄを摩擦点接合するようにしているが、これに替えて、ルーフパネル１６と補強板部材２０ａ〜２０ｄとサイドルーフパネル１７とを機械的接合により接合するようにしてもよい。
【００６０】
２〕上記実施例においては、サブアッセンブリ工程において、ルーフパネル１６に複数の補強板部材２０ａ〜２０ｄとフロントヘッダー１８及びリヤヘッダー１９を摩擦点接合するようにしているが、これに替えて、予め、複数の補強板部材２０ａ〜２０ｄとフロントヘッダー１８及びリヤヘッダー１９を、サイドルーフレール１７及び補強板部材２０ｆ、２０ｇ、２０ｈに抵抗スポット溶接した後に、ルーフパネル１６とフロントヘッダー１８及びリヤヘッダー１９の摩擦点接合及びルーフパネル１６とサイドルーフレール１７の摩擦点接合を行ない、その後、ルーフパネル１６の各コーナー部の複数のリベット接合部３３、３４、３５（機械的接合）を形成するようにしてもよい。
【００６１】
３〕上記実施例においては、アルミニウム製のルーフパネル１６を車体構造に接合する技術を例として説明したが、ルーフパネル１６はアルミニウム合金製のものでも同様に本発明を適用できる。また、ルーフパネル１６以外のアルミニウム製構成部材やマクネシウム合金製構成部材を、鋼製構成部材に接合する技術にも、本発明を同様に適用可能である。
【００６２】
４〕上記実施例においては、リベット接合部３３〜３５をセルフピアッシングリベット１５によるリベット接合で形成したが、その他、ブラインドリベットやメカニカルクリンチなどの機械的接合で形成してもよい。
【００６３】
５〕その他、当業者であれば、本発明の趣旨を逸脱することなく、前記実施例に種々の変更を付加した形態で実施可能で、本発明はそのような変更形態も包含するものである。
【図面の簡単な説明】
【００６４】
【図１】本発明の実施例の車体構造とルーフパネルと補強板部材の分解斜視である。
【図２】ルーフパネルを除いて図示した車体構造の要部平面図である。
【図３】図２のIII −III 線断面図である。
【図４】図２のIV−IV線断面図である。
【図５】図２のＶ−Ｖ線断面図である。
【図６】摩擦点接合装置の側面図である。
【図７】摩擦点接合装置の接合ガン周辺の要部拡大側面図である。
【図８】回転ツールの要部部分断面図である。。
【図９】回転ツールで摩擦点接合する接合対象個所の拡大断面図である。
【図１０】回転ツールで摩擦点接合した接合個所の拡大断面図である。
【図１１】回転ツールで３枚の板材を摩擦点接合した接合個所の拡大断面図である。
【図１２】リベット接合の拡大断面図である。
【符号の説明】
【００６５】
Ａ      塑性流動部
５      回転ツール
１５    リベット
１６    ルーフパネル
１７    サイドルーフレール
１８    フロントヘッダー
１９    リヤヘッダー
２０ａ〜２０ｄ、２０ｆ〜２０ｈ      補強板部材
２２〜２８    摩擦点接合
３０Ａ、３０Ｂ、３１、３２    摩擦接合領域
３３〜３５          リベット接合
【図１】
2008155806.tif 000003
【図２】
2008155806.tif 000004
【図３】
2008155806.tif 000005
【図４】
2008155806.tif 000006
【図５】
2008155806.tif 000007
【図６】
2008155806.tif 000008
【図７】
2008155806.tif 000009
【図８】
2008155806.tif 000010
【図９】
2008155806.tif 000011
【図１０】
2008155806.tif 000012
【図１１】
2008155806.tif 000013
【図１２】
2008155806.tif 000014
【手続補正書】
【提出日】平成19年1月12日(2007.1.12)
【手続補正１】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図９
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図９】
2008155806.tif 000015
【手続補正２】
【補正対象書類名】図面
【補正対象項目名】図１２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【図１２】
2008155806.tif 000016