(57)【要約】【課題】ブランク材同士の間にろう材を挟み込んだものを加熱したうえでプレス成形するにあたり、ブランク材同士を予めスポット溶接する必要のない工法を提供する。【解決手段】アルミニウムめっき鋼板からなるブランク材Ｂ１，Ｂ２同士の間に、固相線温度が１０５０℃以下で且つ液相線温度が７００℃以上のろう材Ｆを挟み込み、これを加熱炉１に入れて、鋼板の焼入れ可能下限温度以上で且つ鋼板自体の結晶粒粗大化温度以下の温度として９００℃〜１０５０℃で加熱する。次いで、ろう材Ｆの液相線温度以下で且つ急冷開始温度以上の温度に保持してプレス型３にてプレス成形を施すことにより、成形と同時にブランク材Ｂ１，Ｂ２同士の接合を完了させる。【選択図】　図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
アルミニウムめっき鋼板からなるブランク材同士の間に、固相線温度が１０５０℃以下で且つ液相線温度が７００℃以上のろう材を挟み込み、これを鋼板の焼入れ可能下限温度以上で且つ鋼板自体の結晶粒粗大化温度以下の温度で熱した後、
ろう材の液相線温度以下で且つ急冷開始温度以上の温度に保持してプレス成形を施すことにより、
成形と同時にブランク材同士の接合を完了させることを特徴とするパネル部品の接合成形方法。
【請求項２】
鋼板の焼入れ可能下限温度以上で且つ鋼板の結晶粒粗大化温度以下とする加熱条件が９００℃〜１０５０℃であることを特徴とする請求項１に記載のパネル部品の接合成形方法。
【請求項３】
請求項１または２に記載の接合成形に際してそのプレス成形を司るプレス型の構造であって、
接合成形すべきブランク材を加圧拘束することになる一対の金型のいずれか一方を凸面形状としたことを特徴とするパネル部品の接合成形用プレス型。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、パネル部品の接合成形方法に関し、特に自動車の車体パネルに代表されるようなパネル部品について部分的に二枚重ね構造として補強するにあたり、ブランク材同士の接合と所定のパネル部品形状への成形とを同時に行えるようにしたパネル部品の接合成形方法とその接合成形用プレス型の構造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の技術として、例えば特許文献１に記載されているように、コイル材からそれぞれに切り出された基本シートおよび補強シートのうちいずれか一方に硬質はんだを塗布するとともに、双方のシートを重ね合わせた状態でスポット溶接を施し、その状態で加熱炉に入れて構造変形温度（８５０℃〜９３０℃）まで加熱した後、成形プレスにて所定形状にプレス成形するようにしたものが知られている。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−１７８０６９号公報　（図１および図２）
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
このような従来の技術では、プレス成形に先立ってスポット溶接による仮止めを施す必要があり、工程数の増加が余儀なくされる。また、基本シートと補強シートとからなるブランク材が予めスポット溶接により仮止めされているため、プレス成形により所定の三次元形状を付与される際に、仮止めされていない場合と比べて材料の流入状態が大きく変化し、プレス成形後の部品精度に悪影響を及ぼすことがある。そのため、部品形状に応じたスポット溶接位置の設定が非常に難しく、実用性の上でなおも改善の余地を残している。その上、プレス成形後の部品にスポット溶接による圧痕が残るため、例えば自動車の外板パネルとして採用しようとする場合に適用できる部位が著しく制約されるという不具合がある。
【０００５】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、特に従来の技術では必須とされたスポット溶接を廃止しつつも所期の目的を達成できるようにしたパネル部品の接合成形方法を提供するものである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載の発明は、アルミニウムめっき鋼板からなるブランク材同士の間に、固相線温度が１０５０℃以下で且つ液相線温度が７００℃以上のろう材を挟み込み、これを鋼板の焼入れ可能下限温度以上で且つ鋼板自体の結晶粒粗大化温度以下の温度で熱した後、ろう材の液相線温度以下で且つ急冷開始温度以上の温度に保持してプレス成形を施すことにより、成形と同時にブランク材同士の接合を完了させることを特徴とする。
【０００７】
この場合、鋼板の焼入れ可能下限温度以上で且つ鋼板の結晶粒粗大化温度以下とする加熱条件は、請求項２に記載のように９００℃〜１０５０℃の温度範囲とする。すなわち、鋼板を焼き入れ可能にするためには、鋼板自体の組織をオーステナイト化する必要があるが、そのためには鋼板を９００℃以上に加熱する必要がある。その一方、１０５０℃以上まで鋼板を加熱すると鋼板自体の結晶粒の粗大化が顕著となり、遅れ破壊の問題が生じる。よって、加熱条件は９００℃〜１０５０℃の温度範囲とする。
【０００８】
また、ろう材としては、例えばＡｇ−Ｃｕ（銀−銅）系もしくはＣｕ−Ｓｎ系（銅−すず）のものを用いる。
【０００９】
したがって、この請求項１に記載の発明では、ブランク材をプレス型に投入する際にそのブランク材同士の間に介在しているろう材が完全な液体と化しておらず、ブランク材同士はろう付け効果によって固定された状態ままでずれることはない。これにより、プレス成形前に予めスポット溶接を施してなくとも、ブランク材同士を重ね合わせたままで所定の三次元形状にプレス成形することが可能となる。
【００１０】
【発明の効果】
請求項１に記載の発明によれば、ろう材を介在させたブランク材同士に予めスポット溶接を施す必要がないため、工程数を削減してコストの低減を図ることができるほか、スポット溶接には不可避とされる圧痕の発生もないため、成形後のパネル部品を自動車の車体パネルのような外板パネルに採用することが可能であり、例えばアウタパネルの内側に直接レインフォースを接合することが可能となり、その適用範囲が飛躍的に広がる効果がある。その上、予めスポット溶接を施した場合と異なりプレス成形の際の材料の流入状態が変化することもなく、成形された部品精度の向上にも寄与できるようになる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
図１は本発明の実施に供される設備構成を示し、１は加熱炉を、２は例えば能力が２００ｔ程度のプレス機をそれぞれ示し、加熱炉１では接合しようとするブランク材Ｂ１，Ｂ２同士を加熱する。プレス機２はプレス型３を備えており、加熱後のブランク材Ｂ１，Ｂ２を所定の三次元形状にプレス成形する役目をする。なお、大型のパネル部品を成形する場合には、必要に応じてプレス機２に冷却装置を付帯させても良い。
【００１２】
最初に、所定のサイズに裁断した二枚のブランク材Ｂ１，Ｂ２を用意し、それらのブランク材Ｂ１，Ｂ２同士の間にろう材Ｆを挟み込んだ上で加熱炉１に投入し、例えば窒素ガス雰囲気下で所定の温度になるまで加熱し、所定の温度に達したならばそのまま１分間保持する。なお、ここで使用するブランク材Ｂ１，Ｂ２は自動車用の溶融アルミニウムめっき鋼板とする。また、ろう材Ｆとしてはその固相線温度が１０５０℃以下で且つ液相線温度が７００℃以上のものが好ましく、例えばＡｇ−Ｃｕ系（固相線温度：７７０℃、液相線温度：７９０℃）もしくはＣｕ−Ｓｎ系（固相線温度：９００℃、液相線温度：１０５０℃）のろう材Ｆを使用する。
【００１３】
ブランク材Ｂ１，Ｂ２を焼入れ可能とするためには鋼板の組織をオーステナイト化する必要があり、そのためにブランク材Ｂ１，Ｂ２を９００℃以上まで加熱する必要がある。その一方、ブランク材Ｂ１，Ｂ２を１０５０℃以上まで加熱すると鋼板自体の結晶粒の粗大化が著しくなり、遅れ破壊を招きやすくなる。したがって、ブランク材Ｂ１，Ｂ２の加熱条件としては９００℃〜１０５０℃の温度範囲とする。
【００１４】
続いて、ろう材Ｆを挟み込んだ加熱処理後のブランク材Ｂ１，Ｂ２を加熱炉１から取り出してプレス型３に投入し、プレス機２によりプレス形成を行う。すなわち、図２〜４に示すようにブランク材Ｂ１，Ｂ２同士の間のほぼ全面にろう材Ｆを挟み込み、各ブランク材Ｂ１，Ｂ２の一般部だけでなく両者の重合部分を効率良く加圧できるように成形面に彫り込み４とともに加圧フラット部５を形成した上下型６，７にてブランク材Ｂ１，Ｂ２を加圧拘束しつつ、所定形状にプレス成形する。
【００１５】
ただし、ブランク材Ｂ１，Ｂ２同士の間に介在しているろう材Ｆが完全なる液体と化していると、プレス形成時に二枚のブランク材Ｂ１，Ｂ２同士の相対位置関係がずれてしまって成形しようとするパネル部品の形状精度を維持できなくなるので、ブランク材Ｂ１，Ｂ２のプレス型投入時の温度としてろう材Ｆの液相線温度以下で且つ急冷開始温度（７００℃）以上の温度に保たれていることが重要である。
【００１６】
以上により、ろう材Ｆを予め挟み込んだ二枚のブランク材Ｂ１，Ｂ２をもって所定形状のパネル部品が成形され、同時にそのパネル部品を形成しているブランク材Ｂ１，Ｂ２同士がろう材Ｆをもってすなわちろう付けにて強固に接合されることになる。
【００１７】
ここで、本発明者は、接合実験としてブランク材Ｂ１，Ｂ２同士の間に介在することになるろう材Ｆの材質を変えるとともに、炉内加熱温度とプレス型投入時の温度を段階的に変化させながら数種類のパネル部品をプレス成形し、各パネル部品の接合状況を評価してみた。その実験結果を表１に示す。なお、接合結果は目視判定とした。
【００１８】
【表１】
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【００１９】
表１から明らかなように、比較例１に含まれるものは全てろう材ＦとしてＡｌ−Ｓｉ系もしくはＡｌ系のものを用いた場合であるが、これらの比較例１のものは液相線温度が相対的に低いために、炉内加熱時およびプレス型投入時共にろう材Ｆが完全なる液体と化してしまうことになる。その結果、プレス成型時にブランク材Ｂ１，Ｂ２同士の相対位置関係がずれてしまい、接合結果が「×」と判定された。
【００２０】
その一方、比較例２に含まれるものは全てろう材ＦとしてＣｕ系のものを用いた場合であるが、これらの比較例２のものは固相線温度と液相線温度が相対的に高すぎるために、炉内加熱時およびプレス型投入時共にろう材Ｆが固体のままとなってしまうことになる。その結果、ろう付けによる相対位置決め効果が発揮されることがなく、プレス成型時にブランク材Ｂ１，Ｂ２同士の相対位置関係がずれてしまい、接合結果が「×」と判定された。
【００２１】
これに対して、本発明の実施例に含まれるものは全てろう材ＦとしてＡｇ−Ｃｕ系もしくはＣｕ−Ｓｎ系のものを用いた場合であるが、これらの実施例のものはいずれもろう材Ｆの固相線温度が１０５０℃以下であって且つ液相線温度が７００℃以上という条件を満たしているために、炉内加熱時においてはろう材Ｆが液体もしくは液体と固体の中間の半固体の状態となる一方で、プレス型投入時にはろう材Ｆが固体もしくは半固体の状態となり、ろう付けによるブランク材Ｂ１，Ｂ２同士の相対位置決め効果が発揮されることになる。その結果、プレス成形時にブランク材Ｂ１，Ｂ２同士の相対位置関係がずれることがなく、接合結果が「○」と判定された。
【００２２】
このように本実施の形態によれば、二枚のブランク材Ｂ１，Ｂ２同士の間にろう材Ｆを挟んだ上で所定の加熱状態でプレス成形することを前提としながらも、予めスポット溶接を施すことなしに所期の目的を達成できるようになる。
【００２３】
ここで、図２〜４に示したように二枚のブランク材Ｂ１，Ｂ２同士の間にろう材Ｆを介在させた状態で接合成形を行った場合、各ブランク材Ｂ１，Ｂ２の表面に酸化皮膜が形成されていると接合後の強度が低くなる可能性がある。そして、この酸化皮膜による接合強度への影響に着目した場合、前処理工程として例えばワイヤブラシ洗浄等により予め酸化皮膜を除去する工程を追加したり、あるいはフラックスを塗布することが有効であるが、工数増加によるコストアップが余儀なくされるばかりでなく、フラックスは加熱炉１の内壁を痛める原因となるとともに成形後にそのフラックスの除去が必要となる。また、酸化皮膜の存在を容認したままでより一層の強度を確保するためには接合面積を大きくする必要があり、その結果として多量のろう材Ｆが必要となって同様にコストアップを招くことになる。
【００２４】
その対策として図５，６に示すように、プレス機による接合成形に際してプレス型３のうちその下型８の加圧フラット部５Ａに上方に向かって凸形状となるような比較的滑らかな曲率の凸状成形面９を形成し、ブランク材Ｂ１，Ｂ２同士の接合部が凸状成形面９によって局部的に強く加圧拘束されるように設定する。なお、上型６は図３，４に示したものと同様である。こうすることにより、凸状成形面９で加圧された接合界面での酸化皮膜が破壊されて新生面が露出し、予め酸化皮膜を除去することなしにろう材Ｆによるブランク材Ｂ１，Ｂ２同士の接合強度が向上することになる。
【００２５】
本発明者が実験を行った結果では、表２に示すように、図３，４に示したいわゆるフラットな型構造の場合にはその単位面積当たりの引張せん断強度が７．５Ｎ／ｍｍ２程度であったのに対して、図５，６のように凸状成形面９とした場合には単位面積当たりの引張せん断強度が２３．１Ｎ／ｍｍ２程度と飛躍的に向上することが判明した。
【００２６】
【表２】
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【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に係るパネル部品の成形接合方法の実施に供される設備の概略説明図。
【図２】図１におけるプレス成形時に説明図。
【図３】プレス成形を司るプレス型の要部拡大図。
【図４】（Ａ）は図３における上型もしくは下型単独での平面図、（Ｂ）は同じくその正面図。
【図５】図３に示したプレス型の変形例を示す説明図。
【図６】（Ａ）は図５における下型単独での平面図、（Ｂ）は同じくその正面図。
【符号の説明】
１…加熱炉
２…プレス機
３…プレス型
５，５Ａ…加圧フラット部
６…上型
７…下型
８…下型
９…凸状成形面
Ｂ１…ブランク材
Ｂ２…ブランク材
Ｆ…ろう材
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2004141913.tif 000009
【図６】
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