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技術 車両用部材の接合構造及び車両用部材の接合方法

出願人 トヨタ自動車株式会社
発明者 嶺井太一
出願日 2018年4月9日 (1年7ヶ月経過) 出願番号 2018-074729
公開日 2018年9月13日 (1年2ヶ月経過) 公開番号 2018-140636
状態 特許登録済
技術分野 プラスチック等のライニング、接合 車両用車体構造 板の接続 軸(棒・管)立て構造と接着・溶接・溶着による結合
主要キーワード 腐食電位差 炭素繊維強化樹脂複合材料 線膨張差 略円錐台状 車両用部材 液加熱 略ハット状 振動モデル
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年9月13日)のものです。
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図面 (9)

課題

接着剤によって金属部材樹脂部材とが接合された構造において、金属部材と樹脂部材との線膨張差による熱ひずみを抑制しつつ、加熱時に金属部材と樹脂部材との接合状態を良好に維持することができる車両用部材接合構造及び車両用部材の接合方法を得る。

解決手段

金属部材22と樹脂部材12との間に設けられて両者を接合すると共に、金属部材22及び樹脂部材12よりも弾性率が低い接着剤を有し、金属部材22と樹脂部材12とを締結する締結部材32が挿通されており、締結部材32の軸方向から見て樹脂部材12と第1頭部32Aとが重なる領域の面積S2よりも、締結部材32の軸方向から見て金属部材22と第2頭部32Bとが重なる領域の面積S1の方が大きい。

概要

背景

金属製の部材(金属部材)と樹脂製の部材(樹脂部材)とを接合した接合構造として、特許文献1には、金属製のフレーム部材と、CFRP炭素繊維強化樹脂複合材料)製のFRP板とをボルト締結した構造が記載されている。また、接着剤によってFRP板の上に金属製の補強板が接合されており、補強板とFRP板との接着面積を変えて接合強度を調整する技術が開示されている。一方、特許文献2には、鋼製サイドメンバアウタパネルの上に、樹脂層を介してアルミニウム合金製のルーフパネルが接合された構造が記載されている。また、樹脂層として引張せん断強度が2MPa以下の樹脂層を用いることで、車両の製造工程における加熱時に接合部分に生じる熱ひずみを緩和させる技術が開示されている。

概要

接着剤によって金属部材と樹脂部材とが接合された構造において、金属部材と樹脂部材との線膨張差による熱ひずみを抑制しつつ、加熱時に金属部材と樹脂部材との接合状態を良好に維持することができる車両用部材の接合構造及び車両用部材の接合方法を得る。金属部材22と樹脂部材12との間に設けられて両者を接合すると共に、金属部材22及び樹脂部材12よりも弾性率が低い接着剤を有し、金属部材22と樹脂部材12とを締結する締結部材32が挿通されており、締結部材32の軸方向から見て樹脂部材12と第1頭部32Aとが重なる領域の面積S2よりも、締結部材32の軸方向から見て金属部材22と第2頭部32Bとが重なる領域の面積S1の方が大きい。

目的

本発明は上記事実を考慮し、接着剤によって金属部材と樹脂部材とが接合された構造において、金属部材と樹脂部材との線膨張差による熱ひずみを抑制しつつ、加熱時に金属部材と樹脂部材との接合状態を良好に維持することができる車両用部材の接合構造及び車両用部材の接合方法を得ることを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
1件

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請求項1

車両用部材を構成する金属部材と、前記金属部材に接合される樹脂部材と、前記金属部材と前記樹脂部材との間に設けられて両者を接合すると共に、前記金属部材及び前記樹脂部材よりも弾性率が低い接着剤と、を有し、前記金属部材には第1貫通孔が形成され、前記樹脂部材には前記第1貫通孔と同軸上に第2貫通孔が形成されており、前記第1貫通孔及び前記第2貫通孔には、前記金属部材と前記樹脂部材とを締結する締結部材挿通されており、前記締結部材は、前記金属部材及び前記樹脂部材に挿通された軸部と、前記軸部の一端部から前記樹脂部材に沿って延出されて前記樹脂部材を係止する第1頭部と、前記軸部の他端部から前記金属部材に沿って延出されて前記金属部材を係止する第2頭部とを備えており、前記締結部材の軸方向から見て前記樹脂部材と前記第1頭部とが重なる領域の面積よりも、前記締結部材の軸方向から見て前記金属部材と前記第2頭部とが重なる領域の面積の方が大きい車両用部材の接合構造

請求項2

前記第1貫通孔及び前記第2貫通孔の少なくとも一方と前記締結部材との隙間が、前記線膨張差よりも大きい請求項1に記載の車両用部材の接合構造。

請求項3

前記軸部と前記金属部材との間及び前記軸部と前記樹脂部材との間には、前記接着剤が設けられている請求項1又は2に記載の車両用部材の接合構造。

請求項4

金属部材及び樹脂部材の少なくとも一方に、前記金属部材及び前記樹脂部材よりも弾性率が低く、かつ、塗装後の乾燥工程における加熱時には前記金属部材と前記樹脂部材との線膨張差による相対変位に応じて伸びる接着剤を付与する接着剤付与工程と、前記金属部材に形成された第1貫通孔と前記樹脂部材に形成された第2貫通孔とを対向させた状態で、前記接着剤によって前記金属部材と前記樹脂部材とを重ね合わせて接合する接合工程と、前記第1貫通孔及び前記第2貫通孔に締結部材を挿通して前記金属部材と前記樹脂部材とを締結する締結工程と、を有し、前記締結部材は、前記金属部材及び前記樹脂部材に挿通された軸部と、前記軸部の一端部から前記樹脂部材に沿って延出されて前記樹脂部材を係止する第1頭部と、前記軸部の他端部から前記金属部材に沿って延出されて前記金属部材を係止する第2頭部とを備えており、前記締結部材の軸方向から見て前記樹脂部材と前記第1頭部とが重なる領域の面積よりも、前記締結部材の軸方向から見て前記金属部材と前記第2頭部とが重なる領域の面積の方が大きくなるようにして前記金属部材と前記樹脂部材とを締結する車両用部材の接合方法

技術分野

0001

本発明は、車両用部材接合構造及び車両用部材の接合方法に関する。

背景技術

0002

金属製の部材(金属部材)と樹脂製の部材(樹脂部材)とを接合した接合構造として、特許文献1には、金属製のフレーム部材と、CFRP炭素繊維強化樹脂複合材料)製のFRP板とをボルト締結した構造が記載されている。また、接着剤によってFRP板の上に金属製の補強板が接合されており、補強板とFRP板との接着面積を変えて接合強度を調整する技術が開示されている。一方、特許文献2には、鋼製サイドメンバアウタパネルの上に、樹脂層を介してアルミニウム合金製のルーフパネルが接合された構造が記載されている。また、樹脂層として引張せん断強度が2MPa以下の樹脂層を用いることで、車両の製造工程における加熱時に接合部分に生じる熱ひずみを緩和させる技術が開示されている。

先行技術

0003

特開2013−208861号公報
特開2004−130986号公報

発明が解決しようとする課題

0004

しかしながら、上記特許文献1に開示された技術では、車両の製造工程等で加熱された際の線膨張差(フレーム部材の線膨張とFRP板の線膨張との差)が考慮されていない。このため、線膨張差によってフレーム部材とFRP板との接合部分に熱ひずみが生じる可能性がある。一方、特許文献2に開示された技術では、樹脂層の引張せん断強度が設定されているだけなので、鋼製サイドメンバアウタパネルとルーフパネルとの線膨張差が大きい場合、接着剤が剥がれる可能性がある。

0005

本発明は上記事実を考慮し、接着剤によって金属部材と樹脂部材とが接合された構造において、金属部材と樹脂部材との線膨張差による熱ひずみを抑制しつつ、加熱時に金属部材と樹脂部材との接合状態を良好に維持することができる車両用部材の接合構造及び車両用部材の接合方法を得ることを目的とする。

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車両用部材の接合構造は、車両用部材を構成する金属部材と、前記金属部材に接合される樹脂部材と、前記金属部材と前記樹脂部材との間に設けられて両者を接合すると共に、前記金属部材及び前記樹脂部材よりも弾性率が低い接着剤と、を有し、前記金属部材には第1貫通孔が形成され、前記樹脂部材には前記第1貫通孔と同軸上に第2貫通孔が形成されており、前記第1貫通孔及び前記第2貫通孔には、前記金属部材と前記樹脂部材とを締結する締結部材挿通されており、前記締結部材は、前記金属部材及び前記樹脂部材に挿通された軸部と、前記軸部の一端部から前記樹脂部材に沿って延出されて前記樹脂部材を係止する第1頭部と、前記軸部の他端部から前記金属部材に沿って延出されて前記金属部材を係止する第2頭部とを備えており、前記締結部材の軸方向から見て前記樹脂部材と前記第1頭部とが重なる領域の面積よりも、前記締結部材の軸方向から見て前記金属部材と前記第2頭部とが重なる領域の面積の方が大きい。

0007

請求項1に記載の本発明に係る車両用部材の接合構造では、金属部材と樹脂部材との間に接着剤が設けられており、この接着剤によって両者が接合されている。ここで、接着剤の弾性率は、金属部材の弾性率及び樹脂部材の弾性率よりも低いため、金属部材及び樹脂部材が加熱されると、金属部材と樹脂部材との線膨張差に応じて接着剤が弾性変形し、線膨張差による熱ひずみを抑制することができる。

0008

また、樹脂部材と第1頭部との接触面積よりも金属部材と第2頭部との接触面積の方が大きくなっている。ここで、締結部材の締結力は、金属部材との接触面積に依存するため、金属部材と第2頭部との接触面積を大きくすることにより、締結部材の締結力を向上させることができる。

0009

請求項2に記載の本発明に係る車両用部材の接合構造は、請求項1に記載の発明において、前記第1貫通孔及び前記第2貫通孔の少なくとも一方と前記締結部材との隙間が、前記線膨張差よりも大きい。

0010

請求項2に記載の本発明に係る車両用部材の接合構造では、金属部材及び樹脂部材は、接着剤によって接合されると共に、締結部材によって締結されている。これにより、接着剤のみで金属部材と樹脂部材とを接合した構成と比較して、接合強度を向上させることができる。

0011

また、第1貫通孔及び第2貫通孔の少なくとも一方と締結部材との隙間が線膨張差よりも大きい。このため、加熱時に金属部材と樹脂部材とが線膨張差によって相対変位した場合であっても、第1貫通孔と締結部材との隙間又は第2貫通孔と締結部材との隙間が逃げ部となる。この結果、熱ひずみを抑制することができる。

0012

請求項3に記載の本発明に係る車両用部材の接合構造は、請求項1又は2に記載の発明において、前記軸部と前記金属部材との間及び前記軸部と前記樹脂部材との間には、前記接着剤が設けられている。

0013

請求項3に記載の本発明に係る車両用部材の接合構造では、金属部材及び樹脂部材と締結部材との間に接着剤が介在することにより、金属部材及び樹脂部材が締結部材に接触するのを抑制することができる。この結果、締結部材を金属で形成した場合であっても、金属部材や樹脂部材の電食を抑制することができる。

0014

請求項4に記載の本発明に係る車両用部材の接合方法は、金属部材及び樹脂部材の少なくとも一方に、前記金属部材及び前記樹脂部材よりも弾性率が低く、かつ、塗装後の乾燥工程における加熱時には前記金属部材と前記樹脂部材との線膨張差による相対変位に応じて伸びる接着剤を付与する接着剤付与工程と、前記金属部材に形成された第1貫通孔と前記樹脂部材に形成された第2貫通孔とを対向させた状態で、前記接着剤によって前記金属部材と前記樹脂部材とを重ね合わせて接合する接合工程と、前記第1貫通孔及び前記第2貫通孔に締結部材を挿通して前記金属部材と前記樹脂部材とを締結する締結工程と、を有し、前記締結部材は、前記金属部材及び前記樹脂部材に挿通された軸部と、前記軸部の一端部から前記樹脂部材に沿って延出されて前記樹脂部材を係止する第1頭部と、前記軸部の他端部から前記金属部材に沿って延出されて前記金属部材を係止する第2頭部とを備えており、前記締結部材の軸方向から見て前記樹脂部材と前記第1頭部とが重なる領域の面積よりも、前記締結部材の軸方向から見て前記金属部材と前記第2頭部とが重なる領域の面積の方が大きくなるようにして前記金属部材と前記樹脂部材とを締結する。

0015

請求項4に記載の本発明に係る車両用部材の接合構造では、接着剤付与工程で金属部材及び樹脂部材の少なくとも一方に接着剤を付与する。

0016

また、接合工程では、金属部材と樹脂部材とを接着剤により接合する。さらに、締結工程では、第1貫通孔及び第2貫通孔に締結部材を挿通して金属部材と樹脂部材とを締結する。

0017

さらに、接着剤として、金属部材及び樹脂部材よりも弾性率が低く、かつ、塗装後の乾燥工程における加熱時には金属部材と樹脂部材との線膨張差によって生じる相対変位に応じて伸びる接着剤を用いることにより、金属部材と樹脂部材との線膨張差よる熱ひずみを抑制することができる。また、金属部材及び樹脂部材が加熱された際に、金属部材と樹脂部材との線膨張差による相対変位に応じて接着剤が伸びることで、加熱時に接着剤が剥がれるのを抑制することができる。

発明の効果

0018

以上説明したように、請求項1に記載の車両用部材の接合構造によれば、接着剤によって金属部材と樹脂部材とが接合された構造において、金属部材と樹脂部材との線膨張差による熱ひずみを抑制しつつ、加熱時に金属部材と樹脂部材との接合状態を良好に維持することができるという優れた効果を有する。

0019

請求項2に記載の車両用部材の接合構造によれば、熱ひずみを抑制しつつ、金属部材と樹脂部材との接合強度を向上させることができるという優れた効果を有する。

0020

請求項3に記載の車両用部材の接合構造によれば、金属部材及び樹脂部材の電食を抑制することができるという優れた効果を有する。

0021

請求項4に記載の車両用部材の接合方法によれば、金属部材と樹脂部材との線膨張差による熱ひずみを抑制しつつ、加熱時に金属部材と樹脂部材との接合状態を良好に維持することができる。

0022

また、締結部材の締結力を向上させることができる、という優れた効果を有する。

図面の簡単な説明

0023

実施形態に係る車両用部材を示す斜視図である。
図1の2−2線で切断した状態を拡大して示す断面図である。
図1の3−3線で切断した状態を拡大して示す断面図である。
図3におけるリベットを軸方向から見た図であり、(A)はロッカインナ側から見た図が示され、(B)は樹脂パネル側から見た図が示されている。
金属部材と樹脂部材とが接着剤によって接合された振動モデルを示す図である。
接着剤に要求される伸び率を算出するためのモデルを示す図であり、(A)は加熱前の状態が示され、(B)は加熱時の状態が示されている。
実施形態に係る車両用部材の第1変形例を示す、図3に対応する図である。
実施形態に係る車両用部材の第2変形例を示す、図3に対応する図である。

実施例

0024

以下、図1図3を参照して、本発明に係る車両用部材の接合構造の実施形態について説明する。なお、各図に適宜示される矢印FRは、車両用部材が組み付けられた車両における車両前方側を示しており、矢印UPは車両上方側を示しており、矢印OUT車両幅方向外側を示している。また、以下の説明で特記なく前後、上下、左右の方向を用いる場合は、車両前後方向の前後、車両上下方向の上下、進行方向を向いた場合の左右を示すものとする。

0025

(車両用部材の接合構造)
図1に示されるように、本実施形態に係る車両用部材は、平面視で略矩形の枠状に形成された金属部材としての金属フレーム10と、金属フレーム10に車両上方から組み付けられる樹脂部材としての樹脂パネル12とを含んで構成されている。金属フレーム10は、車両用部材を構成する部材であり、車両前後方向に延在された左右一対のロッカインナ14と、このロッカインナ14を車両幅方向繋ぐクロスメンバインナ16とを備えている。

0026

ロッカインナ14は、金属製の部材であり、上部に位置する断面略L字状のパネル取付部22と、下部に位置する傾斜部18と、パネル取付部22と傾斜部18との間に位置して両者を繋ぐ縦壁部20とを含んで構成されている。

0027

傾斜部18は、上方から下方へ向かうにつれて車両幅方向外側へ傾斜されている。また、傾斜部18の下端部から車両下方へ下フランジ部18Aが延出されている。下フランジ部18Aは、傾斜部18の前端部及び後端部を除く部位から車両下方へ延出されており、図示しないロッカアウタと接合される。

0028

傾斜部18の上端部には、縦壁部20が設けられている。縦壁部20は、車両前後方向の長さが傾斜部18の上端部と略同一の長さに形成されており、傾斜部18から車両上方側へ延出されている。また、一方のロッカインナ14の縦壁部20と他方のロッカインナ14の縦壁部20とが略平行とされている。

0029

縦壁部20の上端部には、パネル取付部22が設けられている。パネル取付部22は、縦壁部20の上端部から車両幅方向外側へ延出された水平部22Aを備えており、この水平部22Aの車両幅方向外側の端部から車両上方へ上フランジ部22Bが延出されている。そして、この上フランジ部22Bは、図示しないロッカアウタと接合される。

0030

ロッカインナ14は、以上のように構成されており、車両前方側から見た断面形状が車両幅方向外側に開放された略ハット状に形成されている。また、ロッカインナ14の車両幅方向外側には、車両幅方向内側に開放された断面略ハット状の図示しないロッカアウタが接合される。具体的には、ロッカインナ14の上フランジ部22B及び下フランジ部18Aがロッカアウタの上フランジ及び下フランジと接合されて、閉断面のロッカが構成される。

0031

ここで、左右一対のロッカインナ14は、略平行に配置されており、このロッカインナ14の前端部同士がクロスメンバインナ16によって繋がれている。また、ロッカインナ14の後端部同士も同様のクロスメンバインナ16によって繋がれている。以下の説明では、前側のクロスメンバインナ16について詳細を説明するが、後側のクロスメンバインナ16についても同様の構成とされている。

0032

ロッカインナ14の前端部同士を繋ぐクロスメンバインナ16は、金属製の部材である。また、クロスメンバインナ16は、上部に位置する断面略L字状のパネル取付部28と、下部に位置する傾斜部24と、パネル取付部28と傾斜部24との間に位置して両者を繋ぐ縦壁部26とを含んで構成されている。

0033

傾斜部24は、上方から下方へ向かうにつれて車両前方側へ傾斜されている。また、傾斜部24の下端部から車両下方へ下フランジ部24Aが延出されている。下フランジ部24Aは、傾斜部24の前端部及び後端部を除く部位から車両下方へ延出されており、図示しないクロスメンバアウタと接合される。

0034

傾斜部24の上端部には、縦壁部26が設けられている。縦壁部26は、車両幅方向に傾斜部24の上端部と略同一の長さに形成されており、傾斜部24から車両上方側へ延出されている。また、一方のクロスメンバインナ16の縦壁部26と他方のクロスメンバインナ16の縦壁部26とが略平行とされている。

0035

縦壁部26の上端部には、パネル取付部28が設けられている。パネル取付部28は、縦壁部26の上端部から車両前方側へ延出された水平部28Aを備えており、この水平部28Aの車両前方側の端部から車両上方へ上フランジ部28Bが延出されている。そして、この上フランジ部28Bは、図示しないロッカアウタと接合される。

0036

クロスメンバインナ16は、以上のように構成されており、車両前方側から見た断面形状が車両前方側に開放された略ハット状とされている。また、クロスメンバインナ16の車両前方側には、車両後方側に開放された断面略ハット状の図示しないクロスメンバアウタが接合される。具体的には、クロスメンバインナ16の上フランジ部28B及び下フランジ部24Aがクロスメンバアウタの上フランジ及び下フランジと接合されることで、閉断面のクロスメンバが構成される。

0037

また、クロスメンバインナ16の車両右側の端部は、車両右側に配置されたロッカインナ14と溶接などによって接合されており、クロスメンバインナ16の車両左側の端部は、車両左側に配置されたロッカインナ14と溶接などによって接合されている。

0038

なお、ロッカインナ14の後端部同士を繋ぐクロスメンバインナ16は、車両後方側が開放された略ハット状に形成されており、左右一対のロッカインナ14とそれぞれ溶接などによって接合されている。このようにして、枠状の金属フレーム10が構成されている。

0039

ここで、ロッカインナ14のパネル取付部22とクロスメンバインナ16のパネル取付部28とは、枠状に一体形成されている。そして、パネル取付部22の水平部22Aとパネル取付部28の水平部28Aとが連続する平面を構成しており、この平面上に接着剤30が付与されている。接着剤30の詳細については後述する。

0040

水平部22A及び水平部28Aには、貫通孔(第1貫通孔)28Cが形成されている。貫通孔28Cは、水平部22A及び水平部28Aを連続する矩形枠状の面と見なした際に、この面の四隅と、四辺の中間部分にそれぞれ形成されている。このため、水平部22A及び水平部28Aに8つの貫通孔28Cが形成されている(図1では、対角線上の2つの貫通孔28Cのみが図示されている)。

0041

ここで、金属フレーム10の車両上方側から樹脂パネル12が接合されている。樹脂パネル12は、樹脂で形成されており、本実施形態では一例として、CFRP(炭素繊維強化樹脂複合材料)で形成されている。また、樹脂パネル12は、平面視で略矩形の板状に形成されている。

0042

さらに、樹脂パネル12の四隅には、板厚方向に貫通した貫通孔(第2貫通孔)12Aが形成されている。また、樹脂パネル12の四辺の中間部分にもそれぞれ貫通孔12Aが形成されている。このため、樹脂パネル12には、8つの貫通孔12Aが形成されている。そして、この樹脂パネル12は、接着剤30を介して水平部22A及び水平部28Aに接合される。また、水平部22A及び水平部28Aに形成された貫通孔28Cと、樹脂パネル12に形成された貫通孔12Aには、締結部材としてのリベット32が挿通され、このリベット32によって両者が機械的に締結される。リベット32の詳細については後述する。

0043

図2には、樹脂パネル12とロッカインナ14との接合部分を拡大した断面図が示されている。そして、この樹脂パネル12とロッカインナ14との接合部分の構造について以下に説明する。なお、樹脂パネル12とクロスメンバインナ16との接合部分は、図2と同様の構造とされているため、説明を省略する。

0044

接着剤30は、ロッカインナ14のパネル取付部22と樹脂パネル12との間に設けられて両者を接合している。また、接着剤30は、樹脂パネル12の外周端部から水平部22Aの後端部までの領域に連続して設けられており、パネル取付部22及び樹脂パネル12と面接触している。

0045

ここで、樹脂パネル12の外周端部は、シーラ34によって覆われている。シーラ34は、樹脂パネル12の外周端部に沿って連続して設けられている。これにより、樹脂パネル12とパネル取付部22との間からの水分の浸入を防止している。このようにして、樹脂パネル12とパネル取付部22との腐食電位差による電食を防止している。また、同様にして、樹脂パネル12とクロスメンバインナ16のパネル取付部28との腐食電位差による電食を防止している。

0046

ここで、本実施形態では、接着剤30として、エポキシ系の1液加熱硬化型の接着剤を用いている。また、硬化条件は、温度が170℃で時間が20分に設定されている。さらに、せん断強度が1〜5MPaに設定された接着剤を用いている。なお、これに限定されず、他の接着剤を用いてもよい。例えば、ウレタン系やエラストマー系の接着剤でもよく、変性シリコン系の接着剤でもよい。また、硬化タイプとしては、2液加熱硬化型や常温硬化型でもよく、湿気硬化型でもよい。さらに、接着剤によって硬化条件を変更してもよく、例えば、常温硬化型の場合は、温度が20℃で時間を1日に設定してもよい。

0047

また、接着剤30は、ロッカインナ14及び樹脂パネル12よりも弾性率が低く、かつ、塗装後の乾燥工程における加熱時にはロッカインナ14(金属フレーム10)と樹脂パネル12との線膨張差によって生じる相対変位に応じて伸びる特性を備えている。このため、塗装後の乾燥工程で所定の温度(例えば、150℃〜200℃)に加熱された際に、樹脂パネル12と水平部22Aとが線膨張差によって相対変位した場合であっても、接着剤30が弾性変形し、かつ、伸びることで熱ひずみを抑制できる構成とされている。なお、本実施形態では、弾性率が100MPaとされているが、これに限定されず、さらに弾性率が低い接着剤を用いてもよく、弾性率が1MPaの接着剤を用いてもよい。また、本実施形態では、接着剤30として耐熱温度が215℃以上のものを用いているが、これに限定されず、塗装後の乾燥炉の温度よりも高ければ、215℃よりも耐熱温度が低い接着剤を用いてもよい。

0048

ここで、熱ひずみを抑制することができる接着剤30の好ましい条件について考える。初めに、接着剤30の弾性率について、図5に示された振動モデルに基づいて考える。なお、図中のKM及びXMはそれぞれ、金属部材のばね定数(弾性率)及び金属部材の加熱時の変位量である。また、図中のKA及びXAはそれぞれ、接着剤のばね定数(弾性率)及び接着剤の加熱時の変位量である。さらに、図中のKP及びXPはそれぞれ、樹脂部材のばね定数(弾性率)及び樹脂部材の加熱時の変位量である。

0049

加熱時に作用する力をFとし、線膨張差をΔLとすると、F及びΔLは、上述したパラメータを用いて以下の数式(1)及び数式(2)のように表される。

0050

・・・・・(1)

0051

・・・・・(2)

0052

上記数式(2)に数式(1)を代入すると、以下の数式(3)となる。

0053

・・・・・(3)

0054

ここで、接着剤で線膨張差ΔLを吸収するためには、ΔL≒XAを満たすのが好ましい。すなわち、上記数式(3)より、





となれば、接着剤が弾性変形して線膨張差ΔLを効果的に吸収することができることが分かる。つまり、接着剤のばね定数KAは、金属部材のばね定数KM及び樹脂部材のばね定数KPよりも極端に小さくするのが好ましい。換言すれば、接着剤の弾性率を金属部材の弾性率及び樹脂部材の弾性率よりも極端に低くするのが好ましく、本実施形態に係る接着剤30では、一例として、金属フレーム10の弾性率及び樹脂パネル12の弾性率に対して、1000分の1以下の弾性率(100MPa)とされている。

0055

次に、図6のモデル図を参照して、接着剤に要求される伸び率について考える。ここで、図6には、金属板102と樹脂板100とを接着剤104で接合したモデル図の加熱前後の状態が示されている。また、加熱温度は、特に限定しないが、本実施形態では車両の塗装後の乾燥工程における温度(例えば、180℃)を想定している。なお、説明の便宜上、接着剤104の厚みを誇張して描いている。

0056

図6(A)に示されるように、加熱前の状態では、金属板102の端面と接着剤104の一端面とが連続しており、樹脂板100の端面と接着剤104の他端面とが連続している。また、接着剤104の厚みは、T0となっている。

0057

図6(B)に示されるように、加熱時には、金属板102と樹脂板100との線膨張差によって金属板102及び樹脂板100が厚み方向と直交する方向にΔLだけ相対変位している。また、接着剤104は、金属板102及び樹脂板100の相対変位に応じて弾性変形し、かつ、伸びている。

0058

ここで、接着剤104の厚み(接着面に垂直な方向の厚み)は、加熱前の状態と同じT0となっている。また、接着剤104の端面において金属板102から樹脂板100へ向かう方向の長さを端面の長さとすると、接着剤104の端面の長さは、T1となっている。これにより、以下の数式(4)が成立する。

0059

・・・・・(4)

0060

上記数式(4)から、接着剤104に要求される加熱時の伸び率は、以下の数式(5)となる。

0061

・・・・・(5)

0062

以上により、上記数式(3)でΔL≒XAを満たす弾性率を備えた接着剤を用いるのが好ましい。また、上記数式(5)を満たす伸び率を備えた接着剤が用いられている。

0063

次に、リベット32について説明する。図3に示されるように、樹脂パネル12に形成された貫通孔12Aは、ロッカインナ14のパネル取付部22に形成された貫通孔28Cの同軸上に形成されている。すなわち、貫通孔12A及び貫通孔28Cは、車両上下方向に対向する位置に設けられている。また、本実施形態では一例として、貫通孔12Aと貫通孔28Cとが略同一の径で形成されている。そして、この貫通孔12A及び貫通孔28Cには、リベット32が挿通されている。

0064

リベット32は、締結後の状態で、軸部32Bと、第1頭部32Aと、第2頭部32Cとを備えている。軸部32Bは、車両上下方向を軸方向とする略円柱状に形成されており、樹脂パネル12及び水平部22Aに挿通されている。また、第1頭部32Aは、軸部32Bの上端部に設けられており、軸部32Bよりも大径で扁平の略円錐台状に形成されている。そして、この第1頭部32Aの周端部の下面が樹脂パネル12の上面に当接されており、この第1頭部32Aによって樹脂パネル12が係止されている。

0065

一方、第2頭部32Cは、軸部32Bの下端部に設けられており、軸部32Bよりも大径で略円板状に形成されている。また、第2頭部32Cは、第1頭部32Aよりも大径とされている。そして、第2頭部32Cの周端部の上面が水平部22Aの下面に当接されており、この第2頭部32Cによってパネル取付部22が係止されている。

0066

また、本実施形態では、樹脂パネル12に形成された貫通孔12Aと軸部32Bとの隙間は、ロッカインナ14のパネル取付部22に形成された貫通孔28Cと軸部32Bとの隙間と略同じ大きさに形成されている。そして、これらの隙間は、樹脂パネル12とパネル取付部22(ロッカインナ14)との線膨張差よりも大きく形成されている。

0067

さらに、図4に示されるように、リベット32の軸方向から見てパネル取付部22の水平部22Aと第2頭部32Cとが重なる領域(図4(A)中の斜線部の領域)の面積S1は、リベット32の軸方向から見て樹脂パネル12と第1頭部32Aとが重なる領域(図4(B)中の斜線部の領域)の面積S2よりも大きくなっている。

0068

(車両用部材の接合方法)
次に、本実施形態に係る車両用部材の接合方法の一例について説明する。初めに、図1に示されるように、金属製の金属フレーム10及び樹脂パネル12の少なくとも一方に接着剤30を付与する(接着剤付与工程)。

0069

ここで、本実施形態では、金属フレーム10側に接着剤30を付与しており、具体的には、樹脂パネル12が取り付けられるパネル取付部22の水平部22A及びパネル取付部28の水平部28Aの上面に接着剤30を付与している。なお、接着剤30を付与する方法は特に限定されない。例えば、接着剤30が収容された塗布機ノズルから接着剤30を塗布する方法や、スプレー等で接着剤30を付与する方法を採用してもよい。

0070

次に、図3に示されるように、樹脂パネル12に形成された貫通孔12Aと金属フレーム10(ロッカインナ14のパネル取付部22)に形成された貫通孔28Cとを対向させた状態で、金属フレーム10と樹脂パネル12とを重ね合わせ、接着剤30によって接合する(接合工程)。

0071

最後に、樹脂パネル12の上方側から貫通孔12A及び貫通孔28Cへリベット32を挿通して、金属フレーム10と樹脂パネル12とを締結する(締結工程)。ここで、リベット32は、貫通孔12A及び貫通孔28Cへ挿通する前の状態では、図1に示されるように、第1頭部32Aのみが形成されており、第2頭部32Cが形成されていない。そして、リベット32の軸部32Bを貫通孔12A及び貫通孔28Cへ挿通した後、第1頭部32Aを樹脂パネル12に押し付けた状態で軸部32Bの下端部を潰すことで、第2頭部32Cが形成される。

0072

(作用並びに効果)
次に、本実施形態に係る車両用部材の接合構造の作用並びに効果について説明する。

0073

本実施形態では、接着剤30の弾性率を金属フレーム10の弾性率及び樹脂パネル12の弾性率よりも低くしている。これにより、金属フレーム10に樹脂パネル12が接合された状態で塗装された場合について考えると、塗装後に乾燥工程に搬送されて金属フレーム10及び樹脂パネル12が加熱される。このとき、金属フレーム10及び樹脂パネル12が加熱されることで熱膨張(線膨張)する。そして、金属フレーム10と樹脂パネル12(パネル取付部22)とで線膨張差が生じる。ここで、線膨張差による樹脂パネル12とパネル取付部22との相対変位に応じて接着剤30が伸びるため、接着剤30が剥がれるのを抑制することができる。

0074

また、接着剤30の弾性率を金属フレーム10の弾性率及び樹脂パネル12の弾性率よりも低くすることにより、樹脂パネル12と金属フレーム10との線膨張差が大きい場合であっても、接着剤30が弾性変形することで、線膨張差による熱ひずみを抑制することができる。

0075

さらに、本実施形態では、樹脂パネル12に形成された貫通孔12Aと軸部32Bとの隙間は、金属フレーム10と樹脂パネル12との線膨張差よりも大きく形成されている。これにより、金属フレーム10と樹脂パネル12とが線膨張差によって相対変位した場合であっても、貫通孔12Aと軸部32Bとの隙間が逃げ部となり、熱ひずみを抑制することができる。なお、本実施形態では、ロッカインナ14のパネル取付部22に形成された貫通孔28Cと軸部32Bとの隙間についても、金属フレーム10と樹脂パネル12との線膨張差よりも大きく形成されている。このため、金属フレーム10と樹脂パネル12との線膨張差による相対変位を効果的に逃がすことができる。

0076

また、本実施形態では、金属フレーム10と樹脂パネル12とを接着剤30及びリベット32によって接合しているため、接着剤30のみで接合した構成と比較して、接合強度を向上させることができる。特に、本実施形態では、図4に示されるように、リベット32の第1頭部32Aと樹脂パネル12との接触面積S2よりも、リベット32の第2頭部32Cとパネル取付部22(金属フレーム10)との接触面積S1の方が大きくなっている。ここで、リベット32の締結力は、金属製の金属フレーム10との接触面積に依存するため、接触面積S1を大きくすることにより、リベット32による締結力を向上させることができる。

0077

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲において、種々なる態様で実施し得ることは勿論である。例えば、本実施形態では、図3に示されるように、貫通孔12Aと軸部32Bとの間及び貫通孔28Cと軸部32Bとの間には接着剤30が設けられていないが、これに限定されない。例えば、図7に示す第1変形例のように、貫通孔12A及び貫通孔28Cの孔壁に接着剤30を付与した構造としてもよい。

0078

図7に示されるように、本変形例では、パネル取付部22の水平部22Aに形成された貫通孔28Cの孔壁に接着剤30Aが付与されている。また、樹脂パネル12に形成された貫通孔12Aの孔壁にも同様に接着剤30Aが付与されている。接着剤30Aは、パネル取付部22と樹脂パネル12との間に設けられた接着剤30と一体とされている。その他は図3と同様の構成とされている。

0079

本変形例によれば、リベット32の軸部32Bとパネル取付部22との間及び軸部32Bと樹脂パネル12との間には接着剤30が介在することにより、パネル取付部22及び樹脂パネル12がリベット32に接触するのを抑制することができる。この結果、リベット32を金属で形成した場合であっても、パネル取付部22や樹脂パネル12の電食を抑制することができる。なお、本変形例では、貫通孔28Cの孔壁及び貫通孔12Aの孔壁に接着剤30Aを付与したが、これに限定されず、リベット32の軸部32Bの外周面に接着剤を付与しても同様の効果を得ることができる。

0080

また、本実施形態では、図3に示されるように、パネル取付部22に形成された貫通孔28Cと、樹脂パネル12に形成された貫通孔12Aとを略同一の径に形成したが、これに限定されない。例えば、図8に示す第2変形例のように、貫通孔28Cと貫通孔12Aとを異なる径で形成してもよい。

0081

図8に示されるように、本変形例では、パネル取付部22に貫通孔28Cが形成されている。また、樹脂パネル12には、貫通孔28Cと同軸上に貫通孔12Aが形成されている。

0082

ここで、パネル取付部22の貫通孔28Cは、樹脂パネル12の貫通孔12Aよりも小径とされている。また、本変形例では、貫通孔28Cの孔壁とリベット32の軸部32Bとの隙間は、パネル取付部22と樹脂パネル12との線膨張差よりも小さく形成されている。さらに、貫通孔12Aの孔壁とリベット32の軸部32Bとの隙間は、パネル取付部22と樹脂パネル12との線膨張差よりも大きく形成されている。その他は図3と同様の構成とされている。

0083

本変形例によれば、貫通孔28Cの孔壁とリベット32の軸部32Bとの隙間を小さくすることにより、リベット32の第2頭部32Cとパネル取付部22との接触面積が大きくなり、リベット32の締結力を向上させることができる。

0084

また、貫通孔12Aの孔壁とリベット32の軸部32Bとの隙間がパネル取付部22と樹脂パネル12との線膨張差よりも大きく形成されているため、加熱時に貫通孔12Aと軸部32Bとの隙間が逃げ部となる。この結果、パネル取付部22と樹脂パネル12との線膨張差による相対変位を吸収することができ、熱ひずみを抑制することができる。

0085

また、本実施形態では、塗装後の乾燥工程における加熱温度を想定しているが、これに限定されず、乾燥工程における加熱温度よりも高い温度で加熱される場合を想定して接着剤30の弾性率及び伸び率を設計してもよい。

0086

さらに、本実施形態では、金属フレーム10と樹脂パネル12との接合構造について説明したが、これに限定されず、他の金属部材と樹脂部材との接合構造に本発明を適用してもよい。例えば、ピラーや、スタックフレーム等に適用してもよく、特に、塗装後の乾燥工程における加熱時に金属部材と樹脂部材との線膨張差が懸念される接合構造に適用することができる。

0087

また、本実施形態では、締結部材としてリベット32を用いたが、これに限定されず、他の締結部材を用いてもよい。例えば、ボルト及びナットを用いてもよい。この場合、ボルトの頭部が本発明の第1頭部に相当し、ボルトに螺合されたナットが第2頭部に相当する。

0088

10金属フレーム(金属部材)
12樹脂パネル(樹脂部材)
12A貫通孔(第2貫通孔)
28C 貫通孔(第1貫通孔)
30接着剤
30A 接着剤
32リベット(締結部材)
32A 第1頭部
32B 軸部
32C 第2頭部
100樹脂板(樹脂部材)
102金属板(金属部材)
104 接着剤
S1面積(金属部材と第2頭部とが重なる領域の面積)
S2 面積(樹脂部材と第1頭部とが重なる領域の面積)

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