(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
間隔を開けて対向する補強部品と金属製のパネル部品の裏面とを接合する、マスチック接着剤からなるパネル部品用接合部の構造であって、
上記パネル部品の裏面に接着する接着面の外周輪郭形状が、円弧の連続で形成され、
上記パネル部品の板厚方向からみて、上記マスチック接着剤からなるパネル部品用接合部の中央部位置に空洞が形成され、
上記パネル部品用接合部に形成された上記空洞は、上記パネル部品用接合部における、上記補強部品及び上記パネル部品と対向する面に開口していない、ことを特徴とするパネル部品用接合部の構造。
【請求項２】
上記空洞の体積は、上記マスチック接着剤からなるパネル部品用接合部を中実とした場合における当該接合部の体積の５％以上に設定したことを特徴とする請求項１に記載したパネル部品用接合部の構造。
【請求項３】
上記パネル部品は、車両用パネル部品であることを特徴とする請求項１又は請求項２のいずれか１項に記載したパネル部品用接合部の構造。
【請求項４】
補強部品に対し金属製のパネル部品の裏面をマスチック接着剤で接着することで、マスチック接着剤によって上記補強部品にパネル部品を接合する接合方法であって、
上記補強部品と上記パネル部品との間に介在させるマスチック接着剤の形状を、上記パネル部品の裏面への接着面の外周輪郭形状を円弧の連続で形成されるように設定し、且つそのマスチック接着剤の中央部に空洞を形成し、その空洞が、上記補強部品及び上記パネル部品に向けて開口していない、ことを特徴とする接合方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、自動車用パネル部品等の金属製のパネル部品の裏面を、補強部品に対しマスチック接着剤によって接着して接合する技術に関する。特に、パネル部品をマスチック接着剤で接合する際における外観不良の一つである面ヒケ（マスチック接着剤の収縮に伴うパネル部品の局所的な面外変形）を、より簡便に回避するための技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
パネル部品とは、例えば自動車のアウターパネルと呼ばれる外板部品や、フロアやダッシュロアなどの内板部品などである。このようなパネル部品は投影面積が広い部品群である。そして、パネル部品は、板厚低減による軽量化の貢献度が、他の骨格系部品と比較して格段に大きい。
このようなパネル部品は、例えば緩く広い曲面を持つ板形状となっていて、相対的に面外方向への剛性が低くなる傾向にある。このために、パネル部品を補強する補強部品が裏側に配置される場合がある。このとき、パネル部品の裏面と補強部品との間の隙間にマスチック接着剤を介在させ、当該マスチック接着剤で、パネル部品と補強部品との間を接合し、その接合によって、パネル部品は補強部品に拘束される。【０００３】
ここで、マスチック接着剤は半凝固状の物質である。このマスチック接着剤は、パネル塗装の焼付熱などの加熱処理が施されると、その熱によって発泡（膨張）し、その後の冷却により硬化（収縮）することで、最終的にはゴム状の性質を持つ。そして、設けたマスチック接着剤は、パネル部品が外力を受けた時に、マスチック配置位置がその外力に対する支持点になったり、パネル部品の振動を抑制したりするなどの重要な役割を持っている。【０００４】
また、パネル部品が使用者の目にさらされる外板部品の場合、表面の外観品質に高いレベルが要求されることも多い。しかしながら、製品の軽量化のためにパネル部品を薄板化するほど、張り剛性と呼ばれるパネル部品の面剛性が低下する。そして、塗装後の冷却過程で発生するマスチック接着剤の収縮力に負けて、パネル部品の面が面外変形を起こすことがある。その変形箇所は、周りの緩曲面と比較し急峻な面変化となるため、人の目につきやすい。このような面外変形による外観不良は、一般に面ヒケと呼ばれており、外板部品の薄板化における課題の一つとなっている。【０００５】
このようなパネル部品に発生する面ヒケについて、特許文献１には、収縮率の異なる２つの接着剤を並列に配することで、パネル部品の面に対する収縮を緩和する方法が開示されている。また、特許文献２には、マスチック接着剤の中に樹脂製の中空粒を含有させ、その中空粒がマスチック自体の収縮を吸収することで面ヒケを抑制する方法が開示されている。さらに、特許文献３には、アウターパネルと補強部品との間隔を調節可能な構造を持たせることで、塗装焼付工程における熱で発生する歪を調節可能な方法について開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平６−７３３４２号公報
【特許文献２】特許第５７０７０７７号公報
【特許文献３】特開２００８−６２６９６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかし、特許文献１に記載の方法では、種類の異なるマスチック接着剤を個別に用意して配置する必要があるため、コストやリードタイムが掛かるおそれがある。
また、特許文献２に記載の方法では、マスチック接着剤の材料とは別に、樹脂製球体を作製しマスチック接着剤に混合する必要がある。このため、特許文献２に記載の方法では、材料のコストアップに繋がる。また、特許文献２に記載の方法では、マスチック接着剤の材質と球体を構成する樹脂の物性バランスが変化すると、安定した効果が得られないため、混合の調整が難しくなるおそれがある。【０００８】
更に、特許文献３に記載の方法は、内部部品の構造が複雑となり、また、採用するパネル部品の形状や、パネル部品と補強部品との関係が変わる度に、対策用の部品設計が必要となることから、対策として汎用性が低い。
本発明は、上記のような点に鑑みてなされたもので、簡便に、パネル部品をマスチック接着剤で接着することによる面ヒケの発生を抑えることを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
課題を解決するために、本発明の一態様は、間隔を開けて対向する補強部品と金属製のパネル部品の裏面とをマスチック接着剤で接着する際に、介在するマスチック接着剤について、パネル部品の裏面への接着面の外周輪郭形状を円弧の連続で形成し、且つマスチック接着剤の中央部位置に空洞を形成しておく。
ここで、円弧の連続で形成される輪郭形状とは、円形状や楕円形状など、途中に角などの曲率が急峻する部分が存在しない輪郭形状を言う。
【発明の効果】
【００１０】
本発明の一態様によれば、介在させるマスチック接着剤（パネル部品用接合部）の形状を工夫することで、マスチック接着剤が収縮するときにパネル部品の面に負荷される応力を緩和することが出来る。この結果、本発明の一態様によれば、簡便に、パネル部品をマスチック接着剤で接着することによる面ヒケの発生を抑制することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明に基づく実施形態に係るパネル部品用接合部の構造を説明する図で、（ａ）は側方から見た断面図で、（ｂ）は接合部を上方から見た図である。
【図２】本発明に基づく実施形態に係る他のパネル部品用接合部の構造を説明する図で、（ａ）は側方から見た断面図で、（ｂ）は接合部を上方から見た図である。
【図３】実施例で使用する解析モデルを説明する図である。
【図４】解析モデル（側面視）を説明する図である。
【図５】解析モデル（メッシュ細分化）を説明する図である。
【図６】比較例としての中実タイプのマスチックモデルを示す図である。
【図７】中空タイプのマスチックモデルを示す図で、（ａ）は斜視図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ′断面図である。
【図８】ドーナツ形状タイプのマスチックモデルを示す図である。
【図９】中空タイプにおける、パネル板厚と空洞の内径をパラメータとした面外変形の発生状態を示す図である。
【図１０】中空タイプについて、空洞率をパラメータとして最大二次微分値で整理した図である。
【図１１】ドーナツ形状タイプ（上下が開口した中空タイプ）における、パネル板厚と空洞の内径をパラメータとした面外変形の発生状態を示す図である。
【図１２】ドーナツ形状タイプについて、空洞率をパラメータとして最大二次微分値で整理した図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
次に、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
本実施形態のパネル部品用接合部の構造は、図１に示すように、間隔を開けて対向配置する補強部品１と金属板からなるパネル部品２の裏面２ａとを接合する接合部３の構造であって、マスチック接着剤からなるパネル部品用接合部の構造である。
ここで、本実施形態は、自動車のアウターパネルと呼ばれる外板部品（ドアパネルやルーフパネルなど）や、フロアやダッシュロアなどの内板部品などの自動車用パネル部品と、補強部品との間を、マスチック接着剤による接合に好適な技術である。但し、本実施形態のパネル部品用接合部の構造は、他の用途のパネル部品をマスチック接着剤で接合する場合であっても適用可能である。
【００１３】
このようなパネル部品２は、緩く広い曲率の曲面を持つ板形状に形成される場合が多く、相対的に面外方向への剛性が低くなる傾向にある。このため、パネル部品２を補強する補強部品１がパネル部品２の裏側に配置され、当該補強部材をパネル部品２の周辺部に連結するなどして、パネル部品２を補強する。
このとき、図１のように、パネル部品２の裏面２ａと補強部品１との間に隙間が形成されるため、その隙間に対し部分的にマスチック接着剤を介在させ、当該マスチック接着剤で、パネル部品２と補強部品１との間を接合する。そして、そのマスチック接着剤による接合部３によって、パネル部品２は補強部品１に拘束される。
【００１４】
一般に、マスチック接着剤によるパネル部品と補強部品との接合は、マスチック接着剤の点付けによって実施されることが多い。
これに対し、本実施形態では、パネル部品２と補強部品１との間に介在させるマスチック接着剤からなる接合部３について、その形状（構造）を、次の２つの要件を満足する形状に設定する。
（要件１）パネル部品２の裏面２ａへの接着面３Ａの外周輪郭形状Ｒ１を、円弧の連続で形成する。
（要件２）マスチック接着剤からなる接合部３の中央部位置に、空洞４を形成する。
各要件について説明する。
【００１５】
＜要件１について＞
要件１は、マスチック接着剤からなる接合部構造における、パネル部品２の裏面２ａと対向する面（パネル接着面３Ａ）の外周輪郭形状Ｒ１を、図１（ｂ）のように、曲率急峻部を有しない曲線形状からなる輪郭に設定することで達成される。例えば連続する円弧形状からなる円形状や楕円形状などの輪郭形状にパネル接着面３Ａの輪郭を設定する。尚、曲率急峻部とは、曲率が急に変化して、例えば角を形成する部分である。
【００１６】
マスチック接着剤の収縮による面外変形はパネル部品２側で発生する。このため、パネル部品２側での収縮を抑制するために、パネル接着面３Ａの外周輪郭形状Ｒ１を規定しているが、マスチック接着剤における補強部品１への接着面３Ｂの外周輪郭形状も、曲率急峻部を有しない曲線形状の輪郭に設定することが好ましい。
ここで、パネル接着面３Ａの輪郭形状Ｒ１を円弧形状の連続から構成させたのは、例えば輪郭形状Ｒ１が矩形形状の場合は、収縮した場合に角部の引込みが局所的に厳しくなり、実際とは異なる挙動を示すことが考えられるためである。その結果、目視による官能確認において、実験での結果と整合がつかないことがありうる。
【００１７】
例えば、マスチック接着剤からなる接合部３の形状を、円柱形状、半球状、円錐台状、ドーナツ形状などに設定する。このような横断面円形状の場合、簡易な接合部３の形状で上記要件１を満足させることが出来る。
なお、パネル部品２から補強部品１に向かう線に直交する方向（パネル部品の面と平行な方向）で切断した各横断面形状が、必ずしも同一寸法同一形状である必要はない。例えば、マスチック接着剤の形状は、図２に示すようなドーナツ形状であっても良いし、徐々に横断面が小さくなっていく山状の形状などであっても良い。図２は、空洞４が、パネル部品２側に開口した一例である。
【００１８】
ただし、パネル部品２から補強部品１に向かう面に対し対称な形状が好ましい。マスチック接着剤からなる接合部３の形状のパネル接着面３Ａの外周輪郭形状Ｒ１は、ダルマ状でも良い。この場合、２つのマスチック接着剤からなる接合部がくっついてダルマ状になったとみなすことが出来る。
以下、介在させるマスチック接着剤からなる接合部３の形状が略円柱形状（図１参照）やドーナツ形状（図２参照）の構造体を想定して例示する。
【００１９】
＜要件２について＞
要件２は、図１や図２に示すように、介在させるマスチック接着剤からなる接合部３の中央部位置に空洞４を形成することである。上記の中央部位置は、パネル部品２の板厚方向からみた、つまりパネル部品２の表面側から見た、中央部位置とすればよい。
空洞４の空洞率は、介在させるマスチック接着剤からなる接合部３が中実の場合の当該接合部の体積の５％以上であれば、マスチック接着剤が中実の場合と比較して確実に面ヒケ抑制効果を発揮する。より好ましくは空洞率は１０％以上である。
【００２０】
なお、マスチック接着剤は、初期の状態に対し、加熱・冷却によって体積が変化する場合もあるが、上記の空洞率は加熱・冷却後の状態での空洞率とする。
但し、空洞率が所定以上大きくなると、介在させたマスチック接着剤によるパネル部品２の振動抑制、張り剛性向上効果が低くなるため、空洞率は８０％未満に抑えることが好ましい。より好ましくは空洞率の上限値は６０％未満である。
【００２１】
空洞４の横断面形状も、曲率急峻部を有しない曲線形状からなる輪郭形状であることが好ましい。また、空洞４の横断面形状は、マスチック接着剤からなる接合部３の横断面形状と相似形若しくは相似形に近い形状が好ましい。
また、同一空洞率であれば、空洞４の高さ方向の形成位置は、パネル部品２側に近づけて形成することが好ましい。その方が、パネル接着面３Ａでの応力を緩和しやすいためである。
【００２２】
更には、上記空洞４は、図２のように、少なくとも、面ヒケが起きやすいパネル部品２側に開口していることが好ましい。このとき、開口の輪郭形状Ｒ２も円弧の連続で形成されていることが好ましい（図２参照）。これに併せて、補強部品１側にも開口していても構わない。なお、空洞４が上記のように開口している場合には、接合部の中空位置での体積が、空洞４の体積となる。
【００２３】
上記のような２つの要件を満足するマスチック接着剤からなる接合部３の形成方法は、例えば、マスチック接着剤を部品に塗布する際に使用する、塗布用の充填ノズルの先端部の開口形状（接着剤が吹き出す部分）が、リング形状（Ｏ形状）またはＣ形状のものを使用して塗布する。この形成方法の場合、従来と同様のタクトタイムで接合処理が可能となる。充填ノズル先端部の開口形状がＣ形状の場合は、加熱工程での膨張によって断面ドーナツ形状となるように、Ｃの切れ込みの隙間を設定すればよい。
また、マスチック接着剤の内部に空洞４を形成する方法としては、例えば、部品に所定量塗布したマスチック接着剤に対し、注射針を刺して、内部に空気や不活性ガスを充填することで形成する。
【００２４】
＜作用その他＞
本実施形態の形状を有するマスチック接着剤を採用した場合には、加熱されたマスチック接着剤が冷却によって収縮する際に、パネル接着面３Ａではなく、主に空洞４の部分に変形が生じる。このため、パネル接着面３Ａに発生する、パネル部品２を引き込む力が小さくなる。
【００２５】
また、本実施形態では、パネル接着面３Ａの外周輪郭形状Ｒ１に角部がない。このため、一部に角部が存在する場合のような外周輪郭形状で発生する、冷却時における部分的な応力集中の発生を抑制できる。
このように、本実施形態では、マスチック接着剤からなる接合部３の形状を工夫することで、コストをかけずに且つ簡便に、マスチック接着剤が収縮する時に、パネル部品２の面に負荷される応力を緩和することが出来る。この結果、簡便に、パネル部品２をマスチック接着剤で接着することによる面ヒケの発生を抑制することが可能となる。
【００２６】
後述の実施例の通り、同じ板厚のパネル部品２であれば、中実タイプのマスチック接着剤からなる接合部３の場合よりも、中空タイプのマスチック接着剤からなる接合部３を採用することで、より面ヒケを抑制出来る。すなわち、中実タイプのマスチック接着剤からなる接合部と同品質に設計する場合には、パネル部品２の薄板化を行うことが可能となる。
【００２７】
そして、例えば、自動車用パネル部品に適用した場合には、自動車の製造ラインを変えることなく、マスチック接着剤の接着方法を変えることでパネル部品の面ヒケを抑制し、安定した品質による生産が可能になること、また、パネル薄板化による面ヒケ発生の課題解決にもつながり、自動車車体軽量化への貢献が可能となる。
【実施例】
【００２８】
次に、本発明の基づく実施例について説明する。
＜解析条件＞
解析モデルとして、図３に示すような、投影で一辺が２８６ｍｍ角の矩形形状で且つ上側に凸の曲面形状のアウターパネルを模擬したパネル部品モデルａと、これを支持する枠ｂと、外板部品の補強部品１を模擬したモデルｃとを設定した。中央部に柱状のマスチック接着剤のモデルｄを設けることで、パネル部品モデルａは上方に湾曲したかまぼこ状の曲面形状が支持される。【００２９】
パネル部品モデルａは、図４に示すように、自動車のルーフパネルを想定したＲ５０００の湾曲を一方向に向けてつけたもので、その湾曲に対する直交方向の面形状は平坦に設定する。パネル部品モデルａの板厚を０．５０ｍｍ、０．６０ｍｍ、０．７０ｍｍおよび１．０ｍｍとし、それぞれのケースにおけるパネル部品２のｚ方向（パネル部品２の板厚方向）の変位分布のコンター図を解析して出力した。【００３０】
なお、枠ｂは剛体に設定し、パネル部品モデルａ、補強部品１のモデルｃおよびマスチック接着剤のモデルｄは、それぞれの材料物性を下記のように入力した。
モデルａ、ｃは、鉄を想定して密度７．８ｇ／ｃｍ３且つヤング率２１０ＧＰａを入力し、モデルｄはマスチック接着剤の物性値を入力した。本実施例ではマスチックの物性値として、熱弾性のＦＥＭモデルを使用し、膨張時の熱膨張係数を０．８５０×１０−３  ／℃・ｍ、ヤング率を１５０ＭＰａ、収縮時の熱膨張係数を０．９０５×１０−３  ／℃・ｍ、ヤング率を２１０ＭＰａとした。【００３１】
このとき、図５に示すように、枠ｂやパネル部品モデルａをメッシュに分割し、マスチック接着剤のモデルｄは、図６に示すように、ソリッド要素に分割した。
設定するマスチック接着剤の外形形状を、全て直径２０ｍｍφの円柱に設定した。ここで、図６は中実タイプを、図７は中空タイプを、図８はドーナツ形状タイプ（上下に開口した中空形状のタイプ）の設定例である。中空タイプ及びドーナツ形状タイプの場合には、空洞４の径として５ｍｍ、１０ｍｍ及び１５ｍｍを設定した。【００３２】
図８のようなドーナツ形状タイプの場合、内径５ｍｍφで空洞率６％、内径１０ｍｍφで空洞率２５％、内径１５ｍｍφで空洞率５６％となる。
また、図７のような中空タイプの場合、内径５ｍｍφで空洞率２％、内径１０ｍｍφで空洞率８％、内径１５ｍｍφで空洞率１９％となる。
なお、解析は、ソルバーにＬＳ−ＤＹＮＡ  ｖｅｒ９．７１を使用し、静的陰解法を用いて行った。【００３３】
このとき、加熱条件としては、自動車の塗装焼付温度の１７０℃を想定し、マスチック接着剤のソリッド要素において、２０℃から１７０℃へ昇温後、１７０℃から２０℃へ降温する解析を行った。なお昇温から降温への切替えは、パネル形状と応力分布を引き継ぐ連成解析にて行った。【００３４】
＜評価＞
面ヒケの評価は、マスチック接着剤接着部（パネル中央）のＺ変位量および横断面の形状から面の傾きの変化を表す二次微分値の分布を算出し、その最大値で行った。二次微分値が大きくなると人の目に見えやすくなるとされており、数字が大きい方が、面ヒケが大きいと判断される。【００３５】
（中空タイプの評価）
まず図９に中空タイプの結果を示す。
パネル部品２の板厚の増加により、マスチック接着剤の接着部の面ヒケが緩和するが、同じ板厚で比較すると、実施例で内径が大きいほど面ヒケは改善していることが分かる。
更に、図１０に、中空タイプにおける最大二次微分値で整理した結果を示す。【００３６】
図１０から分かるように、中実タイプのマスチック接着剤からなる接合部３について板厚０．７０ｍｍｔを基準とした場合、空洞率が５％あれば板厚０．６０ｍｍｔと同等になり、パネル部品２を薄板化しても、従来の中実タイプと同レベルの品質が確保できると認められる。ここで、自動車においては、板厚０．７０ｍｍｔ前後のパネル部品２が適用されることが多い。【００３７】
（ドーナツ形状タイプの評価）
図１１にドーナツ形状タイプ（上下に開口した中空タイプ）の結果を示す。
パネル部品２の板厚の増加により、マスチック接着剤の接着部の面ヒケが緩和するが、同じ板厚で比較すると、実施例で内径が大きいほど面ヒケは改善していることが分かる。
さらに、図１２に、ドーナツ形状タイプにおける最大二次微分値で整理した結果を示す。【００３８】
図１２から分かるように、中実タイプのマスチック接着剤からなる接合部３について板厚０．７０ｍｍｔを基準とした場合、空洞率が５％あれば板厚０．６０ｍｍｔと同等になり、パネル部品２を薄板化しても、従来の中実タイプと同レベルの品質が確保できると認められる。
以上のように、本発明によれば、パネル板厚を薄くしても現行の中実タイプのマスチック接着剤よりも面ヒケを抑制することが可能であり、車体の軽量化に寄与することが分かる。【００３９】
以上、本願が優先権を主張する、日本国特許出願２０１７−０８４６２９（２０１７年４月２１日出願）の全内容は、参照により本開示の一部をなす。
ここでは、限られた数の実施形態を参照しながら説明したが、権利範囲はそれらに限定されるものではなく、上記の開示に基づく各実施形態の改変は当業者にとって自明なことである。
【符号の説明】
【００４０】
１ 補強部品
２ パネル部品
２ａ 裏面
３ 接合部
３Ａ パネル接着面
４ 空洞
Ｒ１ 外周輪郭形状
Ｒ２  開口の輪郭形状
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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