金属部材の継手及びその製造方法
【課題】機械接合と接着接合を併用する場合において、接着剤の性能通りの接着強度を得ることが可能な、金属部材の継手及び金属部材の継手の製造方法を提供する。
【解決手段】接合面１a、２a同士が相互に重ね合わされた第１、第２の金属部材１、２と、第１、第２の金属部材１、２を締結する機械接合部４と、第１、第２の金属部材１、２の接合面１a、２a間に形成された接着剤層５と、が備えられ、第１金属部材１の接合面１aに、機械接合部４を囲む環状凹部１fが設けられ、環状凹部１fに接着剤層５が形成されていることを特徴とする金属部材の継手６を採用する。
【解決手段】接合面１a、２a同士が相互に重ね合わされた第１、第２の金属部材１、２と、第１、第２の金属部材１、２を締結する機械接合部４と、第１、第２の金属部材１、２の接合面１a、２a間に形成された接着剤層５と、が備えられ、第１金属部材１の接合面１aに、機械接合部４を囲む環状凹部１fが設けられ、環状凹部１fに接着剤層５が形成されていることを特徴とする金属部材の継手６を採用する。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部材の継手及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題に対する関心の高まりと共に、自動車の燃費向上に対する要求が厳しくなりつつある。燃費向上に対する効果的な方策のひとつには車体の軽量化がある。特に鋼板を薄くすることによる軽量化は、自動車１台あたりの鋼板の使用量が多いため、効果が大きいといわれている。その一方で、鋼板を薄くすると、車体の剛性の確保が問題になる。そこで、車体の剛性を高めるために、車体の構成部品同士の接合を、従来のスポット溶接から連続溶接に変更したり、スポット溶接と接着剤を併用した接合が検討されている。
【０００３】
しかしスポット溶接や連続溶接は、溶接入熱による熱履歴によって溶接接合部の強度や靱性の低下が起こりやすい問題がある。その一方で、接着剤のみを用いた接合は、施工が容易であってせん断方向の剥離強度は優れるものの、剥離方向の強度が不十分という問題がある。
【０００４】
ボルト及びナット等の締結材、各種リベットまたはメカニカルクリンチング等を用いた機械接合は、溶接に比べて締め付けや穴開けなどの工程が増えるものの、せん断方向並びに剥離方向の接合強度が十分であることから、これらの機械接合と接着接合を併用した接合方法が検討されている。機械接合と接着接合を併用する場合は、被接合材同士の間に接着剤を塗布して被接合材同士を重ね合わせ、その後、機械接合を行い、後の塗装工程で塗料とともに接着剤を加熱して硬化させることで、被接合部材同士を接合している。
【０００５】
また、比較的広い接合面を有する被接合材同士を、機械接合と接着接合とを併用して接合する際には、接合面の複数箇所に機械接合部を形成するが、機械接合部の周囲では、接合面同士のギャップが著しく小さくなり、この部分での接着剤が排出され、硬化後の接着剤層が薄くなることがある。接着剤が性能通りの接着強度を発揮するためには、接着剤層の厚みとして０．１ｍｍ程度以上の厚みが必要になるが、機械接合部の周囲では接合面同士のギャップが０．１ｍｍ未満になり、接着剤層の厚みを十分に確保できなくなり、性能通りの接着強度が得られない問題がある。また、被接合材が高張力鋼板から構成される場合には、その弾性変形のし難さにより、接合面同士のギャップ低下が機械接合部のみならず接合面全体に波及し、接着接合による接着強度が被接合面全体に渡って得られないことがある。
【０００６】
このため、特許文献１に記載のように、ビーズ等のスペーサを接着剤に混合しておき、ギャップを確保する手段もあるが、ビーズが接合面上で均一に分布せずに接着剤の膜厚が不均一になった結果、接着強度が不均一になる問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１２２７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、機械接合と接着接合を併用する場合において、接着剤の性能通りの接着強度を得ることが可能な、金属部材の継手及び金属部材の継手の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
機械接合部の周囲における接合面間のギャップを確保するべく鋭意検討を行った結果、何れか一方の被接合部材の接合面に凹部を設けておき、この凹部のほぼ中央に機械接合部を形成するとともに、機械接合部の形成時に凹部の一部を残すことで、必要な接着剤層の厚みを確保できることを見出した。そこで本発明は以下の構成を採用する。
【００１０】
［１］ 接合面同士が相互に重ね合わされた第１の金属部材及び第２の金属部材と、前記第１、第２の金属部材を締結する機械接合部と、前記第１、第２の金属部材の前記接合面間に形成された接着剤層と、が備えられ、
前記第１金属部材の接合面に、前記機械接合部を囲む環状凹部が設けられ、前記環状凹部に前記接着剤層が形成されていることを特徴とする金属部材の継手。
［２］ 前記環状凹部の外径が、前記機械接合部の外径の１．７倍以上３倍以下の範囲であることを特徴とする［１］に記載の金属部材の継手。
［３］ 前記機械接合部が、メカニカルクリンチング、ボルト及びナット、ブラインドリベットまたは非貫通型リベットのいずれかによって形成されてなることを特徴とする［１］または［２］に記載の金属部材の継手。
［４］ 接合面の反対側の面に突出部を設けることで前記接合面の機械接合部の締結予定箇所に凹部が設けられた第１の金属部材と、接合面の締結予定箇所が平坦面である第２の金属部材とを、各接合面間に接着剤を配置して重ね合わせる工程と、
前記接着剤が硬化する前に、前記第１金属部材及び前記第２金属部材の機械接合部の締結予定箇所に機械接合部を製作するとともに、前記機械接合部を製作する際に前記突出部側から前記凹部の一部を押し潰して前記機械接合部を囲む環状凹部を形成する工程と、
前記接着剤を硬化する工程と、
を具備してなることを特徴とする金属部材の継手の製造方法。
［５］ 前記凹部の中央に前記機械接合部を作成することで前記環状凹部を形成することを特徴とする［４］に記載の金属部材の継手の製造方法。
［６］ 前記凹部の外径が、前記機械接合部の外径の１．７倍以上３倍以下の範囲であることを特徴とする［４］または［５］に記載の金属部材の継手の製造方法。
［７］ 前記凹部の最大深さが０．２〜０．４ｍｍの範囲であることを特徴とする［４］乃至［６］の何れか一項に記載の金属部材の継手の製造方法。
［８］ 前記機械接合部を、メカニカルクリンチング、ボルト及びナット締め、ブラインドリベット締めまたは非貫通型リベット締めのいずれかによって製作することを特徴とする［４］乃至［７］の何れか一項に記載の金属部材の継手の製造方法。
［９］ 前記機械接合部としてボルト及びナット締めまたはブラインドリベット締めを用いる場合に、あらかじめ前記凹部に下穴を設けることを特徴とする［８］に記載の金属部材の継手の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、機械接合と接着接合を併用する場合において、第１金属部材の機械接合部の周囲に環状凹部を設けることで、機械接合部の周囲での接着剤層の厚みを確保でき、これにより機械接合部の周囲において接着剤の性能通りの接着強度が得られる。これにより、金属部材の継手の接合強度を高めることができ、また、接合強度に優れた金属部材の継手を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態であって、機械接合部としてボルト及びナット締めを用いた金属部材の継手及びその製造方法を説明する模式図である。
【図２】図２は、図１の変形例である金属部材の継手及びその製造方法を説明する模式図である。
【図３】図３は、図１の別の変形例であって、機械接合部としてブラインドリベット締めを用いた金属部材の継手及びその製造方法を説明する模式図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態であって、機械接合部として非貫通型リベット締めを用いた金属部材の継手及びその製造方法を説明する模式図である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施形態であって、機械接合部としてメカニカルクリンチングを用いた金属部材の継手の製造方法を説明する模式図である。
【図６】図６は、図５に示す製造方法によって得られた金属部材の継手を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、接合面の機械接合部の締結予定箇所に凹部が設けられた第１の金属部材と、接合面の締結予定箇所が平坦面である第２の金属部材とを、各接合面間に接着剤を配置して重ね合わせ、第１金属部材及び第２金属部材の機械接合部の締結予定箇所に機械接合部を製作するとともに、機械接合部を製作する際に凹部の一部を潰して機械接合部を囲む環状凹部を形成し、接着剤を硬化する一連の工程を備えた金属部材の継手の製造方法及びその製造方法によって得られた金属部材の継手である。
【００１４】
ここで、締結予定箇所とは、機械接合部が形成される箇所であって、接合面に少なくとも１または２以上設けられる。接合面における締結予定箇所の数は、金属部材同士の目標とする接合強度によって定められる。また、接着剤は、接合面の全面に塗布することが好ましいが、接合面の一部に塗布しても良い。ただし、接合面の一部に塗布する場合であっても、締結予定箇所及びその周囲には必ず塗布することが好ましい。接着剤の塗布する箇所が不十分だと、十分な接着強度が得られない。
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、機械接合部としてボルト及びナット締めを用いた金属部材の継手及びその製造方法を説明する模式図である。図１（ａ）は第１の金属部材の機械接合部の締結予定箇所を示す拡大斜視模式図であり、図１（ｂ）は金属部材の継手の製造方法を示す断面模式図であり、図１（ｃ）は当該継手の製造方法によって得られた継手を示す断面模式図である。
【００１６】
本実施形態の継手の製造方法では、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、接合面１ａの機械接合部の締結予定箇所に凹部１ｂが設けられ、かつ凹部１ｂに下穴１ｃが設けられた第１の金属部材１を用いる。また、第２の金属部材２としては、図１（ｂ）に示すように、平坦な接合面２ａの締結予定箇所に下穴２ｃが設けられた第２の金属部材２を用いる。
【００１７】
第１、第２の金属部材１，２は、例えば、部品形状に加工した金属板を例示できる。金属板は鋼板が好ましいが、ステンレス板、アルミニウム合金板などを用いても良い。また、第１、第２の金属部材１，２は、同種の金属でも良いし、異種の金属でも良いが、好ましくは同種の金属がよい。第１、第２の金属部材１，２として部品形状に加工した鋼板を用いる場合は、軟鋼板でも良いし、引張強度５８０ＭＰａ以上の高強度鋼板でも良いし、引張強度１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板でも良い。
【００１８】
第１の金属部材１に設ける凹部１ｂは、例えばプレス加工により、接合面１ａの反対側の面１ｄに突出部１ｅを設けることで、接合面１ａの機械接合部の締結予定箇所に設けられる。凹部１ｂを設けることによって、接合面１ａと凹部１ｂの中央との間に段差が生じる。
【００１９】
凹部１ｂの断面形状は、例えば、円弧状、楕円弧状、逆台形状、矩形状のいずれでもよいが、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように円弧状が好ましい。また、凹部１ｂの平面形状は円形、円形に近い楕円形、三角形、四角形、多角形でもよいが、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように円形が好ましい。
【００２０】
凹部１ｂの最大深さは、０．２〜０．４ｍｍの範囲が好ましい。凹部１ｂの最大深さが０．２ｍｍ以上であれば、機械接合部を形成したときの機械接合部の周囲の接着剤層の厚みが０．１ｍｍ以上になって接着強度が低下しないので好ましい。また、凹部１ｂの最大深さが０．４ｍｍ以下であれば、機械接合部の周囲の接着剤層の厚みが０．２ｍｍ以下になり、この場合も接着強度が低下しないので好ましい。凹部１ｂの最大深さとは、接合面１ａの高さから凹部１ｂに向けて垂線をおろした際に垂線の長さが最長になった部位における垂線の長さである。凹部１ｂが図１（ａ）に示すような球面状である場合は、凹部１ｂの中央の深さが最大深さになる。また、凹部１ｂに下穴１ｃが設けられる場合は、下穴が設けられていない場合を仮想したときの最大深さを採用すればよい。
【００２１】
また、凹部１ｂの外径は、機械接合部４の外径の１．７倍以上３倍以下の範囲であることが好ましい。凹部１ｂの外径が機械接合部４の外径の１．７倍以上であれば、機械接合部の形成時に凹部１ｂの全部が潰されずに環状凹部が残り、環状凹部における接着面積が十分に確保され、機械接合部にける接着強度を向上できる。また、凹部１ｂの外径が機械接合部４の外径の３倍以下であれば、凹部１ｂ全体が容易に潰されにくくなり、環状凹部１ｆを確実に形成できる。ここで、機械接合部４がボルト４ａ及びナット４ｂからなる場合の外径は、ボルト４ａの頭部またはナット４ｂの平均直径を採用すればよい。凹部１ｂが潰された際に、ボルト４ａの頭部またはナット４ｂによって接着剤が排出されて、接着面積がその分だけ減少するので、環状凹部における接着面積の確保の観点から、機械接合部４がボルト４ａ及びナット４ｂからなる場合の外径をボルト４ａの頭部またはナット４ｂの平均直径とする。また、凹部１ｂの外径は、例えば凹部１ｂの平面視形状が円形の場合はその直径で良く、楕円形の場合は長径及び短径の平均で良い。
【００２２】
本実施形態では、機械接合部としてボルト及びナット締めを用いるので、凹部１ｂの平面視中央に、ボルトを通すための下穴１ｃを設ける。同様に、第２の金属部材２にも下穴２ｃを設ける。
【００２３】
第１、第２の金属部材１、２が準備できたら、各部材１、２の接合面１ａ、２ａの何れか一方又は両方に接着剤を塗布する。接着剤に特に制限はないが、好ましくは熱硬化性接着剤がよい。
そして、図１（ｂ）に示すように、第２の金属部材の接合面２ａに、第１の金属部材１の凹部１ｂが対向するように各接合面１ａ、２ａを向き合わせて、第１、第２の金属部材１、２を重ね合わせる。このとき、下穴１ｃ、２ｃの位置を合わせつつ重ね合わせる。第１、第２の金属部材１、２の間には、未硬化状態の接着剤層３が形成される。接着剤層３は、凹部１ｂにも充填される。
【００２４】
次に、図１（ｃ）に示すように、第１の金属部材１と第２の金属部材２をボルト４ａ及びナット４ｂで締結して機械接合部４を形成する。ボルト４ａの挿入方向は、どちらの金属部材１、２の側から挿入しても良いが、図１（ｃ）の例では第２の金属部材２の側から第１の金属部材１側に向けて各下穴１ｃ、２ｃにボルト４ａを挿入する。ボルト４ａを挿入したら、第１の金属部材１側からナット４ｂをボルト４ａに装着して締め付ける。ナット４ｂの締め付けに伴う加圧力によって、第１の金属部材１の突出部１ｅのほぼ中央が塑性変形して潰される。突出部１ｅの変形量は、突出部１ｅの周縁に近づくに従って少なくなる。このようにして、突出部１ｅの主に中央部分が潰された結果、第１の金属部材１の接合面１ａ側では凹部１ｂが環状凹部１ｆに変形する。
【００２５】
接合面１ａ側から見ると、凹部１ｂの中央がナット４ｂによって潰され、凹部１ｂの周縁には凹部１ｂの段差形状を残される。このようにして、ボルト４a及びナット４ｂを中心とした環状凹部１ｆが設けられる。環状凹部１ｆの内周側では、各接合面１ａ、２ａが近接して大部分の接着剤３が排出されるが、環状凹部１ｆでは接着剤３の排出が少なくなる。環状凹部１ｆにおける第１、第２金属部材１、２の間の最大ギャップは、最初の凹部１ｂの最大深さよりも小さな０．１〜０．２μｍ程度になり、環状凹部１ｆにおける接着剤３の厚みもその程度の厚みになる。これにより、環状凹部１ｆにおける接着剤３の接着強度は性能通りの強度が確保される。
【００２６】
次いで、第１、第２の金属部材１、２に塗料を塗布し、塗料を焼き付けるために１００〜２００℃程度で１〜３０分程度加熱する。この加熱処理によって、未硬化の接着剤３が硬化されて接着剤層５が形成される。このようにして、本実施形態の継手６が得られる。なお、第１、第２の金属部材１、２を塗装せずに加熱のみ行って接着剤３を硬化させてもよいのはもちろんである。
【００２７】
図１（ｃ）に示す本実施形態の金属部材の継手６は、接合面１ａ、２ａ同士が相互に重ね合わされた第１、第２の金属部材１、２と、第１、第２の金属部材１、２を締結する機械接合部４であるボルト４ａ及びナット４ｂと、第１、第２の金属部材１、２の接合面１ａ、２ａ間に形成された接着剤層５と、が備えられて構成されている。接合面における機械接合部４の数は１つまたは２つ以上がよい。機械接合部４の数は、要求させる接合強度によって定まる。
【００２８】
第１金属部材１の接合面１ａには、機械接合部４を囲む環状凹部１ｆが設けられている。この環状凹部１ｆにも接着剤層５が形成されている。
【００２９】
環状凹部１ｆにおける接着剤層５の最大厚みは、０．１〜０．２ｍｍの範囲が好ましい。接着剤層５の最大厚みが上記の範囲にあることで、接着剤層が性能通りの接着強度を発揮できる。環状凹部１ｆにおける接着剤層５の最大厚みとは、文字通り、環状凹部１ｆにおいて接着剤層５が最も厚くなる部位における厚みである。
【００３０】
また、環状凹部１ｆの外径は、元の凹部１ｂと同様に、機械接合部４の外径の１．７倍以上３倍以下の範囲であればよい。
【００３１】
環状凹部１ｆよりも外側における接着剤層５の厚みは、第１、第２の金属部材１、２を構成する金属板の材質や、接合面１ａ、２ａの平坦性等に左右されるが、概ね０．１〜０．２ｍｍの範囲になる。但し、第１、第２金属部材１，２が何れも高強度鋼板である場合は、環状凹部１ｆよりも外側における接着剤層５の厚みが０．１ｍｍ未満になることがある。接着剤層５の厚みが０．１ｍｍ未満の部分で接着強度が低下することがあっても、環状凹部１ｆにおいて性能通りの接着強度が発揮されるので、機械接合部４における接合強度が高められる。
【００３２】
上記の金属部材の継手６の製造方法によれば、接合面１ａに凹部１ｂが設けられた第１の金属部材１と、接合面２ａが平坦面である第２の金属部材２とを、接合面１ａ、１ｂに接着剤を塗布してから重ね合わせ、第１金属部材１及び第２金属部材２の機械接合部４の締結予定箇所にボルト４ａ及びナット４ｂ締めを施して機械接合部４を製作するとともに、ボルト４ａ及びナット４ｂ締めの際に凹部１ｂの一部を潰して機械接合部４を囲む環状凹部１ｆを形成し、その後、接着剤３を硬化する。これにより、残存した環状凹部１ｆを含む各接合面１ａ、２ａ間に接着剤層５が形成される。環状凹部１ｆにおける接着剤層５が十分な厚みを有するので、機械接合部４において性能通りの接着強度が確保される。これにより、機械接合と接着接合を併用し、かつ接合強度に優れた金属部材の継手６を製造できる。
【００３３】
また、上記の金属部材の継手６によれば、第１金属部材１の接合面１ａに、機械接合部４としてのボルト４ａ及びナット４ｂ締めを囲む環状凹部１ｆが設けられ、環状凹部１ｆにも接着剤層５が形成されるので、環状凹部１ｆにおける接着剤層５が十分な厚みを有し、性能通りの接着強度が確保される。これにより、機械接合と接着接合を併用した金属部材の継手６の接合強度を高めることができる。
【００３４】
また、接合面間のギャップに関して、軟鋼板からなる金属部材では、機械接合部から離れた場所におけるギャップよりも機械接合部近傍のギャップが小さくなることがあるので、機械接合部近傍における接着強度が低下しやすい。従って金属部材が軟鋼板の場合は、本発明を適用することで、機械接合部近傍の接着強度を高めて、接合面全体の接合強度を向上できる。また、高強度鋼板からなる金属部材では、鋼板自体が高強度であるがゆえに軟鋼板と比べて撓みにくく、機械接合部から離れた場所でも機械接合部におけるギャップとほぼ同程度のギャップになる。金属部材が高強度鋼板の場合も本発明を適用することで、機械接合部近傍の接着強度を高めることができ、これにより接合面全体の接合強度を向上できる。
【００３５】
（第１の実施形態の変形例）
次に、本実施形態の変形例を説明する。図２は、機械接合部としてボルト及びナット締めを用いた金属部材の継手及びその製造方法の変形例を説明する模式図である。図２（ａ）は第１の金属部材の機械接合部の締結予定箇所を示す拡大斜視模式図であり、図２（ｂ）は金属部材の継手の製造方法を示す断面模式図であり、図２（ｃ）は当該継手の製造方法によって得られた継手を示す断面模式図である。
【００３６】
本変形例の製造方法では、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、第１金属部材１１として、接合面１１ａの機械接合部の締結予定箇所に凹部１１ｂが設けられ、凹部１１ｂに下穴１１ｃが設けられ、かつ下穴１１ｃを区画する凹部１１ｂの端部１１ｇを、第１金属部材１１の接合面１１ａとほぼ同じ高さまで突出させたものを用意する。凹部１１ｂは、プレス成形等により第１金属部材１１に突出部１１ｅを形成することで設けられる。第１の金属部材１１の材質、最大深さ、外径については、図１の場合と同様である。なお、凹部１１ｂの最大深さを示す位置は、凹部１１の外周縁と端部１１ｇとの間の何れかの位置になる。
【００３７】
そして、第１の金属部材１１の構成を上記の通りとした以外は、図１の場合と同様にして、図２（ｂ）に示すように、接着剤３を介して第１、第２の金属部材１１、２を重ね合わせる。ここで、第１の金属部材の凹部１１ｂの端部１１ｇが、第１金属部材１１の接合面１１ａとほぼ同じ高さまで突出されているので、第１、第２の金属部材１１、２を重ね合わせたときに、凹部１１ｂの端部１１ｇが、図１の場合よりも第２の金属部材２の接合面２ａに近づいた状態になる。
【００３８】
次いで、図２（ｃ）に示すように、ボルト４ａとナット４ｂを用いて機械接合部１４を形成する。第１の金属部材１１と第２の金属部材２をボルト４ａ及びナット４ｂで締結して機械接合部１４を形成する際のナット４ｂの締め付けに伴う加圧力によって、第１の金属部材１１の突出部１１ｅのほぼ中央が塑性変形して潰され、これにより環状凹部１１ｆが形成される。
【００３９】
本例では、凹部１１ｂの端部１１ｇが、第２の金属部材２の接合面２ａの近くに位置している。従って環状凹部１１ｆのボルト４ａ側では、ナット４ｂの締め付けに伴い、各接合面１１ａ、２ａが図１の場合よりも更に近づいて、凹部１１ｂの端部１１ｇが接合面２ａに接触する。この接触箇所が接着剤のシール部となり、ボルト４ａ側に漏れる接着剤３の量が少なくなって、接着剤３の喪失量が低減する。
【００４０】
環状溝部１１ｆにおける第１、第２金属部材１１、２の間の最大ギャップは、最初の凹部１ｂの最大深さよりも小さな０．１〜０．２ｍｍ程度になり、環状凹部１１ｆにおける接着剤３の厚みもその程度の厚みになる。これにより、環状凹部１１ｆにおける接着剤３の接着強度は性能通りの強度が得られる。
【００４１】
次いで、第１、第２の金属部材１１、２に塗料を塗布し、塗料を焼き付けると同時に接着剤３を硬化させて接着剤層５を形成する。このようにして、本実施形態の継手１６が得られる。
【００４２】
図２（ｃ）に示す本例の金属部材の継手１６は、環状凹部１１ｆの端部１１ｇが接合面２ａに接触している以外は、図１（ｃ）に示す継手６とほぼ同じ構成である。すなわち、接合面１１ａ、２ａ同士が相互に重ね合わされた第１、第２の金属部材１１、２と、第１、第２の金属部材１１、２を締結する機械接合部１４であるボルト４ａ及びナット４ｂと、第１、第２の金属部材１１、２の接合面１１ａ、２ａ同士の間に形成された接着剤層５と、が備えられて構成されている。そして、環状凹部１１ｆの端部１１ｇが接合面２ａに接触し、環状凹部１１ｆにも接着剤層５が形成されている。
【００４３】
上記の金属部材の継手１６及びその製造方法によれば、第１の金属部材の凹部１１ｂの端部１１ｇが、第１金属部材１１の接合面１１ａとほぼ同じ高さまで突出されているので、機械接合部１４を形成する際に、凹部１１ｂの端部１１ｇが接合面２ａに接触して接着剤のシール部となり、これによりボルト４ａ側に漏れる接着剤３の量が少なくなって接着剤３の喪失量が低減する。これにより、接合面１１ａ、２ａ間のギャップのほぼ全部を接着剤層５で確実に満たすことができ、継手１６における接着強度をより高めることができる。
更に、上記の金属部材の継手１６及びその製造方法によれば、図１に示す継手６及びその製造方法によって奏される効果と同様の効果が奏される。
【００４４】
（第１の実施形態の別の変形例）
次に、本実施形態の別の変形例を説明する。図３は、機械接合部としてブラインドリベット締めを用いた継手及びその製造方法を説明する模式図である。図３（ａ）〜図３（ｂ）は本変形例の金属部材の継手の製造方法を示す断面模式図であり、図３（ｃ）は当該継手の製造方法によって得られた継手を示す断面模式図である。
【００４５】
本変形例と、図１に示す例との違いは、機械接合部２４としてブラインドリベット締めを用いた点である。ブラインドリベットで締結する場合は、図３（ｂ）に示すように、先端にその軸部２５ａと比較して過大な突起部２５ｂを有するシャフト２５を内蔵した皿あるいはなべ状の頭部を持つ円筒状のリベット２６を、第２金属部材２側から下穴１ｃ、２ｃに挿入する。その後、図３（ｃ）に示すように、軸部２５ａに張力を与えて突起部２５ｂをリベット２６内に引き込み、シャフト２５の突起部２５ｂと軸部２５ａを破断させることによってリベットの先端部（頭部とは反対側の端部）に下穴１ｃ、２ｃの径よりも大きな拡幅部２６ａを形成して、第１、第２の金属部材１、２を強固に接合する。リベット２６の挿入方向は、第２金属部材２側のみならず、第１金属部材１側から挿入しても良い。
【００４６】
拡幅部２６ａの形成に伴い、第１の金属部材１の突出部１ｅのほぼ中央が塑性変形して潰される。第１の金属部材１の接合面１ａ側では凹部１ｂが環状凹部２１ｆに変形する。
【００４７】
図１の場合と同様に、環状凹部２１ｆにおける第１、第２金属部材１、２の間の最大ギャップは、最初の凹部１ｂの最大深さよりも小さな０．１〜０．２ｍｍ程度になり、環状凹部２１ｆにおける接着剤３の厚みもその程度の厚みになる。これにより、環状凹部２１ｆにおける接着剤３の接着強度は性能通りの値が確保される。
【００４８】
その後、第１、第２の金属部材１、２に塗料を塗布し、塗料を焼き付けると同時に接着剤３を硬化させて接着剤層５を形成する。このようにして、本変形例の継手３６が得られる。
【００４９】
なお、本変形例において、第１の金属部材１の凹部１ｂの外径を、機械接合部２４の外径の１．７倍以上３倍以下にする際における、機械接合部２４がブラインドリベット２６からなる場合の機械接合部２４の外径は、ブラインドリベット２６の頭部（カラーの外径）または拡幅部２６aの外径を採用すればよく、好ましくは頭部の外径がよい。その理由は、図１の場合と同様である。
【００５０】
本変形例の継手３６及びその製造方法によれば、図１に示す継手６及びその製造方法によって奏される効果と同様の効果が奏される。
なお、本変形例の継手３６において、図２に示すような第１の金属部材１１を用いてよいのはもちろんである。
【００５１】
（第２の実施形態）
図４は、機械接合部として非貫通リベット締めを用いた金属部材の継手及びその製造方法を説明する模式図である。図４（ａ）は金属部材の継手の製造方法を示す断面模式図であり、図４（ｂ）は当該継手の製造方法によって得られた継手を示す断面模式図である。
【００５２】
本実施形態の継手の製造方法では、図４（ａ）に示すように、接合面１ａの機械接合部の締結予定箇所に凹部１ｂが設けられ、凹部１ｂには下穴１ｃが設けられていない第１の金属部材５１を用いる。また、第２の金属部材２としては、図４（ａ）に示すように、平坦な接合面２ａに下穴２ｃが設けられていない第２の金属部材５２を用いる。
【００５３】
第１、第２の金属部材５１，５２は、下穴１ｃ、２ｃが設けられていない点を除き、第１の実施形態の第１、第２の金属部材１，２と同様の構成である。本実施形態では、機械接合部として非貫通リベット（セルフピアッシングリベットという場合もある）を用いるので、下穴１ｃ、２ｃを設ける必要がない。
【００５４】
第１、第２の金属部材５１、５２が準備できたら、各部材５１、５２の接合面１ａ、２ａの何れか一方又は両方に接着剤を塗布し、各接合面１ａ、２ａを向き合わせて、第１、第２の金属部材５１、５２を重ね合わせる。第１、第２の金属部材５１、５２の間には、未硬化状態の接着剤層３が形成され、接着剤層３は、凹部１ｂにも充填される。また、第２の金属部材５２の接合面２ａと反対側の面２ｄには、非貫通リベットを打ち込む際の受けになるダイＤ１を配置する。
【００５５】
そして、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、第１の金属部材５１と第２の金属部材５２を非貫通リベット５４ａで締結して機械接合部５４を形成する。非貫通リベット５４ａの打ち込み方向は、第１の金属部材５１の側から第２の金属部材５２側に向けて非貫通リベット５４ａを打ち込む方向とする。第２の金属部材５２の側から第１の金属部材５１側に向けて非貫通リベット５４ａを打ち込むと、第２の金属部材５２が大きく変形するおそれがあるので、好ましくない。
【００５６】
非貫通リベット５４ａは、平面視円形の頭部５４ｂと、頭部の下部から突出した円筒状の係合部５４ｃとから構成されている。非貫通リベット５４ａを打ち込むと、第１の金属部材５１の突起部１ｅが、リベット５４ａの係合部５４ｃに押されて第２金属部材５２側にめり込むように変形する。係合部５４ａの先端は外側に拡がりつつ第１の金属部材５１を貫通する。第２の金属部材５２は、非貫通リベット５４ａによる押圧力を受けてダイD１に押し込まれて締結予定箇所が凹むように塑性変形するものの、非貫通リベット５４ａによって貫通まではされない。このように、第２の金属部材５２が凹状に変形しつつ、係合部５４ａの先端が外側に拡がることで、第１、第２の金属部材５１、５２がかしめられて機械的に接合する。
【００５７】
突出部１ｅの中央部分が潰された結果、第１の金属部材５１の接合面１ａ側では凹部１ｂが環状凹部１ｆに変形する。このようにして、非貫通リベット５４ａの周囲に環状の凹部１ｆが設けられる。環状凹部１ｆの非貫通リベット５４ａ側では、各接合面１ａ、２ａが密着して接着剤３が排出される。環状凹部１ｆでは接着剤３が排出されることなく残される。環状凹部１ｆにおける第１、第２金属部材５１、５２の間の最大ギャップは、最初の凹部１ｂの最大深さよりも小さな０．１〜０．２ｍｍ程度になり、環状凹部１ｆにおける接着剤３の厚みもその程度の厚みになる。これにより、環状凹部１ｆにおける接着剤３の接着強度は性能通りの強度が得られる。
【００５８】
次いで、第１、第２の金属部材５１、５２に塗料を塗布し、塗料を焼き付けるために１００〜２００℃程度で１〜３０分程度加熱する。この加熱処理によって、未硬化の接着剤３が硬化されて接着剤層５が形成される。このようにして、本実施形態の継手５６が得られる。
【００５９】
図４（ｂ）に示す本実施形態の金属部材の継手５６は、接合面１ａ、２ａ同士が相互に重ね合わされた第１、第２の金属部材５１、５２と、第１、第２の金属部材５１、５２を締結する機械接合部５４である非貫通リベット５４ａと、第１、第２の金属部材５１、５２の接合面１ａ、２ａ同士の間に形成された接着剤層５と、が備えられて構成されている。
【００６０】
第１金属部材５１の接合面１ａには、機械接合部５４を囲む環状凹部１ｆが設けられている。環状凹部１ｆに接着剤層５の一部が形成されている。環状凹部１ｆにおける接着剤層５の最大厚みは、０．１〜０．２ｍｍの範囲である。また、環状凹部１ｆの外径は、元の凹部１ｂと同様に、機械接合部５４の外径の１．７倍以上３倍以下の範囲であればよい。環状凹部１ｆよりも外側における接着剤層５の厚みは、第１の実施形態の場合と同様である。
【００６１】
なお、本実施形態において、第１の金属部材５１の凹部１ｂの外径を、機械接合部５４の外径の１．７倍以上３倍以下の範囲とする際における、機械接合部５４が非貫通リベット５４ａからなる場合の機械接合部５４の外径は、非貫通リベット５４ａの頭部の外径を採用すればよい。
【００６２】
上記の金属部材の継手５６およびその製造方法によれば、図１に示す継手６及びその製造方法によって奏される効果と同様の効果が奏される。
【００６３】
（第３の実施形態）
図５（ａ）〜図５（ｄ）は、機械接合部としてメカニカルクリンチングを用いた金属部材の継手の製造方法を示す模式図であり、図６は図５に示す方法によって得られた金属部材の継手を示す断面模式図である。
【００６４】
本実施形態の継手の製造方法では、第２の実施形態と同様に、接合面１ａの機械接合部の締結予定箇所に凹部１ｂが設けられ、凹部１ｂには下穴がない第１の金属部材５１を用いる。また、第２の金属部材２として、平坦な接合面２ａに下穴がない第２の金属部材５２を用いる。本実施形態では、機械接合部６４としてメカニカルクリンチングを用いるので、下穴１ｃ、２ｃを設ける必要がない。
【００６５】
図５（ａ）に示すように、第１、第２の金属部材５１、５２が準備できたら、各部材５１、５２の接合面１ａ、２ａの何れか一方又は両方に接着剤を塗布し、各接合面１ａ、２ａを向き合わせて、第１、第２の金属部材５１、５２を重ね合わせる。第１、第２の金属部材５１、５２の間には、未硬化状態の接着剤層３が形成され、接着剤層３は、凹部１ｂにも充填される。また、第２の金属部材５２の接合面２ａと反対側の面２ｄには、非貫通リベットを打ち込む際の受けになるダイＤ２を配置する。
【００６６】
次に、図５（ｂ）〜図５（ｃ）に示すように、第１の金属部材５１側からポンチP１を押しこんで、第１、第２の金属部材５１、５２をメカニカルクリンチングにより締結して機械接合部５４を形成する。ポンチP１を押し込む方向は、突出部１ｅを有する第１金属部材５１側から第２の金属部材５２側に向く方向が良い。逆方向では、メカニカルクリンチングが完全に形成されない場合がある。ポンチP１には、凸部P２と凸部P２の周囲に設けられた傾斜面部P３が設けられている。傾斜面部P３は、第１の金属部材５１が変形して環状凹部１ｆが形成される際の環状凹部１ｆの逃げになる。
【００６７】
図５（ｂ）に示すように、ポンチP１を押しこむことで第１、第２の金属部材５１，５２がともに変形し、ついで図５（ｃ）に示すように更にポンチP１を押し込むことで第１の金属部材５１に形成された凹部６４ａの先端が拡がって第２の金属部材５２の凹部６４ｂとの間に噛み合い部６４ｃ（インターロック）が形成される。その後、図５（ｄ）に示すように、ポンチP１を後退させてクリンチングを終了する。
【００６８】
第１の金属部材５１の突出部１ｅの中央がポンチP１に押されて潰された結果、第１の金属部材５１の接合面１ａ側では凹部１ｂが環状凹部１ｆに変形する。このようにして、機械接合部６４の周囲に環状凹部１ｆが設けられる。環状凹部１ｆの機械接合部６４側では、各接合面１ａ、２ａが密着して接着剤３が排出される。環状凹部１ｆでは接着剤３が排出されることなく残される。環状凹部１ｆにおける第１、第２金属部材５１、５２の間の最大ギャップは、最初の凹部１ｂの最大深さよりも小さな０．１〜０．２ｍｍ程度になり、環状凹部１ｆにおける接着剤３の厚みもその程度の厚みになる。これにより、環状凹部１ｆにおける接着剤３の接着強度は性能通りの強度が確保される。
【００６９】
次いで、第１、第２の金属部材５１、５２に塗料を塗布し、塗料を焼き付けるために１００〜２００℃程度で１〜３０分程度加熱する。この加熱処理によって、未硬化の接着剤３が硬化されて接着剤層５が形成される。このようにして、本実施形態の継手６６が得られる。
【００７０】
図６に示す本実施形態の金属部材の継手６６は、接合面１ａ、２ａ同士が相互に重ね合わされた第１、第２の金属部材５１、５２と、第１、第２の金属部材５１、５２を締結する機械接合部６４であるメカニカルクリンチング部６４と、第１、第２の金属部材５１、５２の接合面１ａ、２ａ同士の間に形成された接着剤層５と、が備えられて構成されている。
【００７１】
第１金属部材５１の接合面１ａには、機械接合部６４を囲む環状凹部１ｆが設けられている。環状凹部１ｆに接着剤層５の一部が形成されている。環状凹部１ｆにおける接着剤層５の最大厚みは、０．１〜０．２ｍｍの範囲である。また、環状凹部１ｆの外径は、元の凹部１ｂと同様に、機械接合部６４の外径の１．７倍以上３倍以下の範囲であればよい。環状凹部１ｆよりも外側における接着剤層５の厚みは、第１の実施形態の場合と同様である。
【００７２】
なお、本実施形態において、第１の金属部材５１の凹部１ｂの外径を、機械接合部６４の外径の１．７倍以上３倍以下の範囲とする際における、機械接合部６４がメカニカルクリンチングからなる場合の機械接合部６４の外径は、第２金属部材５２側に突出した凸部の外径またはダイＤ２の凹部の内径を採用すればよい。その理由は、図１の場合と同様である。
【００７３】
上記の金属部材の継手６６およびその製造方法によれば、図１に示す継手６及びその製造方法によって奏される効果と同様の効果が奏される。
【実施例】
【００７４】
第１、第２金属部材として、板厚が１ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの５９０ＭＰａ級鋼板を２枚用意した。第１部材の接合面には、深さ０．１〜０．５ｍｍの凹部を設けた。そして、各金属部材の接合面にエポキシ系接着剤を塗布して第１、第２金属部材を幅３０ｍｍ、長さ３０ｍｍのラップで重ねあわせ、ラップ部の中心に、ダイ外径６ｍｍのポンチを用いて、メカニカルクリンチングを実施して機械接合部を設けた。機械接合部の外径は６ｍｍであった。その後、１９０℃、２０分の条件で加熱して接着剤を硬化させた。このようにして、表１に示すような、試験例１〜２８の継手を製造した。製造した継手には、接着接合のみをした継手、凹部を設けずにメカニカルクリンチングをした継手も含まれる。
【００７５】
次に、第１、第２金属部材として、板厚が１ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの５９０ＭＰａ級鋼板を２枚用意した。第１部材の接合面には、深さ０．１〜０．５ｍｍの凹部を設け、凹部の中心に下穴を設けた。また、第２部材にも下穴を設けた。そして、各金属部材の接合面にエポキシ系接着剤を塗布して第１、第２金属部材を幅３０ｍｍ、長さ３０ｍｍのラップで重ねあわせ、第２部材側から下穴にボルトを通し、第１部材側からボルトをナットで締結して機械接合部を設けた。ボルトの頭部の外径は９ｍｍであった。その後、１９０℃、２０分の条件で加熱して接着剤を硬化させた。このようにして、表２に示すような、試験例２９〜４１の継手を製造した。製造した継手には、機械接合のみをした継手も含まれる。
【００７６】
更に、第１、第２金属部材として、板厚が１ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの５９０ＭＰａ級鋼板を２枚用意した。第１部材の接合面には、深さ０．１〜０．５ｍｍの凹部を設け、凹部の中心に下穴を設けた。また、第２部材にも下穴を設けた。そして、各金属部材の接合面にエポキシ系接着剤を塗布して第１、第２金属部材を幅３０ｍｍ、長さ３０ｍｍのラップで重ねあわせ、第２部材側から下穴にブラインドリベットを通して締結して機械接合部を設けた。ブラインドリベットの頭部の外径は９ｍｍであった。その後、１９０℃、２０分の条件で加熱して接着剤を硬化させた。このようにして、表３に示すような、試験例４２〜５４の継手を製造した。製造した継手には、機械接合のみをした継手も含まれる。
【００７７】
更にまた、第１、第２金属部材として、板厚が１ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの５９０ＭＰａ級鋼板を２枚用意した。第１部材の接合面には、深さ０．１〜０．５ｍｍの凹部を設けた。そして、各金属部材の接合面にエポキシ系接着剤を塗布して第１、第２金属部材を幅３０ｍｍ、長さ３０ｍｍのラップで重ねあわせ、ラップ部の中心に、非貫通リベットを形成、締結して機械接合部を設けた。非貫通リベットの頭部の外径は７．８ｍｍであった。その後、１９０℃、２０分の条件で加熱して接着剤を硬化させた。このようにして、表４に示すような、試験例５５〜６７の継手を製造した。製造した継手には、機械接合のみをした継手も含まれる。
【００７８】
そして、各試験例の継手について、インストロン式引張試験機を用いて、引張速度１０ｍｍ／分の条件で引張せん断強度試験を行い、破断荷重を測定した。結果を表１〜４に示す。表１〜４においては、試験例１の接着接合のみの継手の破断荷重（１８．０ｋN）に対して、９０％以上の破断荷重（１６．２ｋN）を示したものを〇とし、９０％未満のものを×とした。
【００７９】
【表１】
【００８０】
【表２】
【００８１】
【表３】
【００８２】
【表４】
【００８３】
表１〜４に示すように、本発明例の継手は、優れた接合強度を有することがわかる。
【符号の説明】
【００８４】
１、１１、５１…第１の金属部材、２、５２…第２の金属部材、１a、２a…接合面、１c、２c…下穴、１f…環状凹部、３…接着剤、４、１４、２４、５４、６４…機械接合部、４a…ボルト、４b…ナット、５…接着剤層、６、１６、３６、５６…金属部材の継手。２６…ブラインドリベット、５４a…非貫通型リベット。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部材の継手及びその製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、地球環境問題に対する関心の高まりと共に、自動車の燃費向上に対する要求が厳しくなりつつある。燃費向上に対する効果的な方策のひとつには車体の軽量化がある。特に鋼板を薄くすることによる軽量化は、自動車１台あたりの鋼板の使用量が多いため、効果が大きいといわれている。その一方で、鋼板を薄くすると、車体の剛性の確保が問題になる。そこで、車体の剛性を高めるために、車体の構成部品同士の接合を、従来のスポット溶接から連続溶接に変更したり、スポット溶接と接着剤を併用した接合が検討されている。
【０００３】
しかしスポット溶接や連続溶接は、溶接入熱による熱履歴によって溶接接合部の強度や靱性の低下が起こりやすい問題がある。その一方で、接着剤のみを用いた接合は、施工が容易であってせん断方向の剥離強度は優れるものの、剥離方向の強度が不十分という問題がある。
【０００４】
ボルト及びナット等の締結材、各種リベットまたはメカニカルクリンチング等を用いた機械接合は、溶接に比べて締め付けや穴開けなどの工程が増えるものの、せん断方向並びに剥離方向の接合強度が十分であることから、これらの機械接合と接着接合を併用した接合方法が検討されている。機械接合と接着接合を併用する場合は、被接合材同士の間に接着剤を塗布して被接合材同士を重ね合わせ、その後、機械接合を行い、後の塗装工程で塗料とともに接着剤を加熱して硬化させることで、被接合部材同士を接合している。
【０００５】
また、比較的広い接合面を有する被接合材同士を、機械接合と接着接合とを併用して接合する際には、接合面の複数箇所に機械接合部を形成するが、機械接合部の周囲では、接合面同士のギャップが著しく小さくなり、この部分での接着剤が排出され、硬化後の接着剤層が薄くなることがある。接着剤が性能通りの接着強度を発揮するためには、接着剤層の厚みとして０．１ｍｍ程度以上の厚みが必要になるが、機械接合部の周囲では接合面同士のギャップが０．１ｍｍ未満になり、接着剤層の厚みを十分に確保できなくなり、性能通りの接着強度が得られない問題がある。また、被接合材が高張力鋼板から構成される場合には、その弾性変形のし難さにより、接合面同士のギャップ低下が機械接合部のみならず接合面全体に波及し、接着接合による接着強度が被接合面全体に渡って得られないことがある。
【０００６】
このため、特許文献１に記載のように、ビーズ等のスペーサを接着剤に混合しておき、ギャップを確保する手段もあるが、ビーズが接合面上で均一に分布せずに接着剤の膜厚が不均一になった結果、接着強度が不均一になる問題がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００４−１２２７４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
本発明は上記事情に鑑みて成されたもので、機械接合と接着接合を併用する場合において、接着剤の性能通りの接着強度を得ることが可能な、金属部材の継手及び金属部材の継手の製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
機械接合部の周囲における接合面間のギャップを確保するべく鋭意検討を行った結果、何れか一方の被接合部材の接合面に凹部を設けておき、この凹部のほぼ中央に機械接合部を形成するとともに、機械接合部の形成時に凹部の一部を残すことで、必要な接着剤層の厚みを確保できることを見出した。そこで本発明は以下の構成を採用する。
【００１０】
［１］ 接合面同士が相互に重ね合わされた第１の金属部材及び第２の金属部材と、前記第１、第２の金属部材を締結する機械接合部と、前記第１、第２の金属部材の前記接合面間に形成された接着剤層と、が備えられ、
前記第１金属部材の接合面に、前記機械接合部を囲む環状凹部が設けられ、前記環状凹部に前記接着剤層が形成されていることを特徴とする金属部材の継手。
［２］ 前記環状凹部の外径が、前記機械接合部の外径の１．７倍以上３倍以下の範囲であることを特徴とする［１］に記載の金属部材の継手。
［３］ 前記機械接合部が、メカニカルクリンチング、ボルト及びナット、ブラインドリベットまたは非貫通型リベットのいずれかによって形成されてなることを特徴とする［１］または［２］に記載の金属部材の継手。
［４］ 接合面の反対側の面に突出部を設けることで前記接合面の機械接合部の締結予定箇所に凹部が設けられた第１の金属部材と、接合面の締結予定箇所が平坦面である第２の金属部材とを、各接合面間に接着剤を配置して重ね合わせる工程と、
前記接着剤が硬化する前に、前記第１金属部材及び前記第２金属部材の機械接合部の締結予定箇所に機械接合部を製作するとともに、前記機械接合部を製作する際に前記突出部側から前記凹部の一部を押し潰して前記機械接合部を囲む環状凹部を形成する工程と、
前記接着剤を硬化する工程と、
を具備してなることを特徴とする金属部材の継手の製造方法。
［５］ 前記凹部の中央に前記機械接合部を作成することで前記環状凹部を形成することを特徴とする［４］に記載の金属部材の継手の製造方法。
［６］ 前記凹部の外径が、前記機械接合部の外径の１．７倍以上３倍以下の範囲であることを特徴とする［４］または［５］に記載の金属部材の継手の製造方法。
［７］ 前記凹部の最大深さが０．２〜０．４ｍｍの範囲であることを特徴とする［４］乃至［６］の何れか一項に記載の金属部材の継手の製造方法。
［８］ 前記機械接合部を、メカニカルクリンチング、ボルト及びナット締め、ブラインドリベット締めまたは非貫通型リベット締めのいずれかによって製作することを特徴とする［４］乃至［７］の何れか一項に記載の金属部材の継手の製造方法。
［９］ 前記機械接合部としてボルト及びナット締めまたはブラインドリベット締めを用いる場合に、あらかじめ前記凹部に下穴を設けることを特徴とする［８］に記載の金属部材の継手の製造方法。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、機械接合と接着接合を併用する場合において、第１金属部材の機械接合部の周囲に環状凹部を設けることで、機械接合部の周囲での接着剤層の厚みを確保でき、これにより機械接合部の周囲において接着剤の性能通りの接着強度が得られる。これにより、金属部材の継手の接合強度を高めることができ、また、接合強度に優れた金属部材の継手を製造できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態であって、機械接合部としてボルト及びナット締めを用いた金属部材の継手及びその製造方法を説明する模式図である。
【図２】図２は、図１の変形例である金属部材の継手及びその製造方法を説明する模式図である。
【図３】図３は、図１の別の変形例であって、機械接合部としてブラインドリベット締めを用いた金属部材の継手及びその製造方法を説明する模式図である。
【図４】図４は、本発明の第２の実施形態であって、機械接合部として非貫通型リベット締めを用いた金属部材の継手及びその製造方法を説明する模式図である。
【図５】図５は、本発明の第３の実施形態であって、機械接合部としてメカニカルクリンチングを用いた金属部材の継手の製造方法を説明する模式図である。
【図６】図６は、図５に示す製造方法によって得られた金属部材の継手を示す断面模式図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
本発明は、接合面の機械接合部の締結予定箇所に凹部が設けられた第１の金属部材と、接合面の締結予定箇所が平坦面である第２の金属部材とを、各接合面間に接着剤を配置して重ね合わせ、第１金属部材及び第２金属部材の機械接合部の締結予定箇所に機械接合部を製作するとともに、機械接合部を製作する際に凹部の一部を潰して機械接合部を囲む環状凹部を形成し、接着剤を硬化する一連の工程を備えた金属部材の継手の製造方法及びその製造方法によって得られた金属部材の継手である。
【００１４】
ここで、締結予定箇所とは、機械接合部が形成される箇所であって、接合面に少なくとも１または２以上設けられる。接合面における締結予定箇所の数は、金属部材同士の目標とする接合強度によって定められる。また、接着剤は、接合面の全面に塗布することが好ましいが、接合面の一部に塗布しても良い。ただし、接合面の一部に塗布する場合であっても、締結予定箇所及びその周囲には必ず塗布することが好ましい。接着剤の塗布する箇所が不十分だと、十分な接着強度が得られない。
【００１５】
以下、本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。
（第１の実施形態）
図１は、機械接合部としてボルト及びナット締めを用いた金属部材の継手及びその製造方法を説明する模式図である。図１（ａ）は第１の金属部材の機械接合部の締結予定箇所を示す拡大斜視模式図であり、図１（ｂ）は金属部材の継手の製造方法を示す断面模式図であり、図１（ｃ）は当該継手の製造方法によって得られた継手を示す断面模式図である。
【００１６】
本実施形態の継手の製造方法では、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように、接合面１ａの機械接合部の締結予定箇所に凹部１ｂが設けられ、かつ凹部１ｂに下穴１ｃが設けられた第１の金属部材１を用いる。また、第２の金属部材２としては、図１（ｂ）に示すように、平坦な接合面２ａの締結予定箇所に下穴２ｃが設けられた第２の金属部材２を用いる。
【００１７】
第１、第２の金属部材１，２は、例えば、部品形状に加工した金属板を例示できる。金属板は鋼板が好ましいが、ステンレス板、アルミニウム合金板などを用いても良い。また、第１、第２の金属部材１，２は、同種の金属でも良いし、異種の金属でも良いが、好ましくは同種の金属がよい。第１、第２の金属部材１，２として部品形状に加工した鋼板を用いる場合は、軟鋼板でも良いし、引張強度５８０ＭＰａ以上の高強度鋼板でも良いし、引張強度１１００ＭＰａ以上の高強度鋼板でも良い。
【００１８】
第１の金属部材１に設ける凹部１ｂは、例えばプレス加工により、接合面１ａの反対側の面１ｄに突出部１ｅを設けることで、接合面１ａの機械接合部の締結予定箇所に設けられる。凹部１ｂを設けることによって、接合面１ａと凹部１ｂの中央との間に段差が生じる。
【００１９】
凹部１ｂの断面形状は、例えば、円弧状、楕円弧状、逆台形状、矩形状のいずれでもよいが、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように円弧状が好ましい。また、凹部１ｂの平面形状は円形、円形に近い楕円形、三角形、四角形、多角形でもよいが、図１（ａ）及び図１（ｂ）に示すように円形が好ましい。
【００２０】
凹部１ｂの最大深さは、０．２〜０．４ｍｍの範囲が好ましい。凹部１ｂの最大深さが０．２ｍｍ以上であれば、機械接合部を形成したときの機械接合部の周囲の接着剤層の厚みが０．１ｍｍ以上になって接着強度が低下しないので好ましい。また、凹部１ｂの最大深さが０．４ｍｍ以下であれば、機械接合部の周囲の接着剤層の厚みが０．２ｍｍ以下になり、この場合も接着強度が低下しないので好ましい。凹部１ｂの最大深さとは、接合面１ａの高さから凹部１ｂに向けて垂線をおろした際に垂線の長さが最長になった部位における垂線の長さである。凹部１ｂが図１（ａ）に示すような球面状である場合は、凹部１ｂの中央の深さが最大深さになる。また、凹部１ｂに下穴１ｃが設けられる場合は、下穴が設けられていない場合を仮想したときの最大深さを採用すればよい。
【００２１】
また、凹部１ｂの外径は、機械接合部４の外径の１．７倍以上３倍以下の範囲であることが好ましい。凹部１ｂの外径が機械接合部４の外径の１．７倍以上であれば、機械接合部の形成時に凹部１ｂの全部が潰されずに環状凹部が残り、環状凹部における接着面積が十分に確保され、機械接合部にける接着強度を向上できる。また、凹部１ｂの外径が機械接合部４の外径の３倍以下であれば、凹部１ｂ全体が容易に潰されにくくなり、環状凹部１ｆを確実に形成できる。ここで、機械接合部４がボルト４ａ及びナット４ｂからなる場合の外径は、ボルト４ａの頭部またはナット４ｂの平均直径を採用すればよい。凹部１ｂが潰された際に、ボルト４ａの頭部またはナット４ｂによって接着剤が排出されて、接着面積がその分だけ減少するので、環状凹部における接着面積の確保の観点から、機械接合部４がボルト４ａ及びナット４ｂからなる場合の外径をボルト４ａの頭部またはナット４ｂの平均直径とする。また、凹部１ｂの外径は、例えば凹部１ｂの平面視形状が円形の場合はその直径で良く、楕円形の場合は長径及び短径の平均で良い。
【００２２】
本実施形態では、機械接合部としてボルト及びナット締めを用いるので、凹部１ｂの平面視中央に、ボルトを通すための下穴１ｃを設ける。同様に、第２の金属部材２にも下穴２ｃを設ける。
【００２３】
第１、第２の金属部材１、２が準備できたら、各部材１、２の接合面１ａ、２ａの何れか一方又は両方に接着剤を塗布する。接着剤に特に制限はないが、好ましくは熱硬化性接着剤がよい。
そして、図１（ｂ）に示すように、第２の金属部材の接合面２ａに、第１の金属部材１の凹部１ｂが対向するように各接合面１ａ、２ａを向き合わせて、第１、第２の金属部材１、２を重ね合わせる。このとき、下穴１ｃ、２ｃの位置を合わせつつ重ね合わせる。第１、第２の金属部材１、２の間には、未硬化状態の接着剤層３が形成される。接着剤層３は、凹部１ｂにも充填される。
【００２４】
次に、図１（ｃ）に示すように、第１の金属部材１と第２の金属部材２をボルト４ａ及びナット４ｂで締結して機械接合部４を形成する。ボルト４ａの挿入方向は、どちらの金属部材１、２の側から挿入しても良いが、図１（ｃ）の例では第２の金属部材２の側から第１の金属部材１側に向けて各下穴１ｃ、２ｃにボルト４ａを挿入する。ボルト４ａを挿入したら、第１の金属部材１側からナット４ｂをボルト４ａに装着して締め付ける。ナット４ｂの締め付けに伴う加圧力によって、第１の金属部材１の突出部１ｅのほぼ中央が塑性変形して潰される。突出部１ｅの変形量は、突出部１ｅの周縁に近づくに従って少なくなる。このようにして、突出部１ｅの主に中央部分が潰された結果、第１の金属部材１の接合面１ａ側では凹部１ｂが環状凹部１ｆに変形する。
【００２５】
接合面１ａ側から見ると、凹部１ｂの中央がナット４ｂによって潰され、凹部１ｂの周縁には凹部１ｂの段差形状を残される。このようにして、ボルト４a及びナット４ｂを中心とした環状凹部１ｆが設けられる。環状凹部１ｆの内周側では、各接合面１ａ、２ａが近接して大部分の接着剤３が排出されるが、環状凹部１ｆでは接着剤３の排出が少なくなる。環状凹部１ｆにおける第１、第２金属部材１、２の間の最大ギャップは、最初の凹部１ｂの最大深さよりも小さな０．１〜０．２μｍ程度になり、環状凹部１ｆにおける接着剤３の厚みもその程度の厚みになる。これにより、環状凹部１ｆにおける接着剤３の接着強度は性能通りの強度が確保される。
【００２６】
次いで、第１、第２の金属部材１、２に塗料を塗布し、塗料を焼き付けるために１００〜２００℃程度で１〜３０分程度加熱する。この加熱処理によって、未硬化の接着剤３が硬化されて接着剤層５が形成される。このようにして、本実施形態の継手６が得られる。なお、第１、第２の金属部材１、２を塗装せずに加熱のみ行って接着剤３を硬化させてもよいのはもちろんである。
【００２７】
図１（ｃ）に示す本実施形態の金属部材の継手６は、接合面１ａ、２ａ同士が相互に重ね合わされた第１、第２の金属部材１、２と、第１、第２の金属部材１、２を締結する機械接合部４であるボルト４ａ及びナット４ｂと、第１、第２の金属部材１、２の接合面１ａ、２ａ間に形成された接着剤層５と、が備えられて構成されている。接合面における機械接合部４の数は１つまたは２つ以上がよい。機械接合部４の数は、要求させる接合強度によって定まる。
【００２８】
第１金属部材１の接合面１ａには、機械接合部４を囲む環状凹部１ｆが設けられている。この環状凹部１ｆにも接着剤層５が形成されている。
【００２９】
環状凹部１ｆにおける接着剤層５の最大厚みは、０．１〜０．２ｍｍの範囲が好ましい。接着剤層５の最大厚みが上記の範囲にあることで、接着剤層が性能通りの接着強度を発揮できる。環状凹部１ｆにおける接着剤層５の最大厚みとは、文字通り、環状凹部１ｆにおいて接着剤層５が最も厚くなる部位における厚みである。
【００３０】
また、環状凹部１ｆの外径は、元の凹部１ｂと同様に、機械接合部４の外径の１．７倍以上３倍以下の範囲であればよい。
【００３１】
環状凹部１ｆよりも外側における接着剤層５の厚みは、第１、第２の金属部材１、２を構成する金属板の材質や、接合面１ａ、２ａの平坦性等に左右されるが、概ね０．１〜０．２ｍｍの範囲になる。但し、第１、第２金属部材１，２が何れも高強度鋼板である場合は、環状凹部１ｆよりも外側における接着剤層５の厚みが０．１ｍｍ未満になることがある。接着剤層５の厚みが０．１ｍｍ未満の部分で接着強度が低下することがあっても、環状凹部１ｆにおいて性能通りの接着強度が発揮されるので、機械接合部４における接合強度が高められる。
【００３２】
上記の金属部材の継手６の製造方法によれば、接合面１ａに凹部１ｂが設けられた第１の金属部材１と、接合面２ａが平坦面である第２の金属部材２とを、接合面１ａ、１ｂに接着剤を塗布してから重ね合わせ、第１金属部材１及び第２金属部材２の機械接合部４の締結予定箇所にボルト４ａ及びナット４ｂ締めを施して機械接合部４を製作するとともに、ボルト４ａ及びナット４ｂ締めの際に凹部１ｂの一部を潰して機械接合部４を囲む環状凹部１ｆを形成し、その後、接着剤３を硬化する。これにより、残存した環状凹部１ｆを含む各接合面１ａ、２ａ間に接着剤層５が形成される。環状凹部１ｆにおける接着剤層５が十分な厚みを有するので、機械接合部４において性能通りの接着強度が確保される。これにより、機械接合と接着接合を併用し、かつ接合強度に優れた金属部材の継手６を製造できる。
【００３３】
また、上記の金属部材の継手６によれば、第１金属部材１の接合面１ａに、機械接合部４としてのボルト４ａ及びナット４ｂ締めを囲む環状凹部１ｆが設けられ、環状凹部１ｆにも接着剤層５が形成されるので、環状凹部１ｆにおける接着剤層５が十分な厚みを有し、性能通りの接着強度が確保される。これにより、機械接合と接着接合を併用した金属部材の継手６の接合強度を高めることができる。
【００３４】
また、接合面間のギャップに関して、軟鋼板からなる金属部材では、機械接合部から離れた場所におけるギャップよりも機械接合部近傍のギャップが小さくなることがあるので、機械接合部近傍における接着強度が低下しやすい。従って金属部材が軟鋼板の場合は、本発明を適用することで、機械接合部近傍の接着強度を高めて、接合面全体の接合強度を向上できる。また、高強度鋼板からなる金属部材では、鋼板自体が高強度であるがゆえに軟鋼板と比べて撓みにくく、機械接合部から離れた場所でも機械接合部におけるギャップとほぼ同程度のギャップになる。金属部材が高強度鋼板の場合も本発明を適用することで、機械接合部近傍の接着強度を高めることができ、これにより接合面全体の接合強度を向上できる。
【００３５】
（第１の実施形態の変形例）
次に、本実施形態の変形例を説明する。図２は、機械接合部としてボルト及びナット締めを用いた金属部材の継手及びその製造方法の変形例を説明する模式図である。図２（ａ）は第１の金属部材の機械接合部の締結予定箇所を示す拡大斜視模式図であり、図２（ｂ）は金属部材の継手の製造方法を示す断面模式図であり、図２（ｃ）は当該継手の製造方法によって得られた継手を示す断面模式図である。
【００３６】
本変形例の製造方法では、図２（ａ）及び図２（ｂ）に示すように、第１金属部材１１として、接合面１１ａの機械接合部の締結予定箇所に凹部１１ｂが設けられ、凹部１１ｂに下穴１１ｃが設けられ、かつ下穴１１ｃを区画する凹部１１ｂの端部１１ｇを、第１金属部材１１の接合面１１ａとほぼ同じ高さまで突出させたものを用意する。凹部１１ｂは、プレス成形等により第１金属部材１１に突出部１１ｅを形成することで設けられる。第１の金属部材１１の材質、最大深さ、外径については、図１の場合と同様である。なお、凹部１１ｂの最大深さを示す位置は、凹部１１の外周縁と端部１１ｇとの間の何れかの位置になる。
【００３７】
そして、第１の金属部材１１の構成を上記の通りとした以外は、図１の場合と同様にして、図２（ｂ）に示すように、接着剤３を介して第１、第２の金属部材１１、２を重ね合わせる。ここで、第１の金属部材の凹部１１ｂの端部１１ｇが、第１金属部材１１の接合面１１ａとほぼ同じ高さまで突出されているので、第１、第２の金属部材１１、２を重ね合わせたときに、凹部１１ｂの端部１１ｇが、図１の場合よりも第２の金属部材２の接合面２ａに近づいた状態になる。
【００３８】
次いで、図２（ｃ）に示すように、ボルト４ａとナット４ｂを用いて機械接合部１４を形成する。第１の金属部材１１と第２の金属部材２をボルト４ａ及びナット４ｂで締結して機械接合部１４を形成する際のナット４ｂの締め付けに伴う加圧力によって、第１の金属部材１１の突出部１１ｅのほぼ中央が塑性変形して潰され、これにより環状凹部１１ｆが形成される。
【００３９】
本例では、凹部１１ｂの端部１１ｇが、第２の金属部材２の接合面２ａの近くに位置している。従って環状凹部１１ｆのボルト４ａ側では、ナット４ｂの締め付けに伴い、各接合面１１ａ、２ａが図１の場合よりも更に近づいて、凹部１１ｂの端部１１ｇが接合面２ａに接触する。この接触箇所が接着剤のシール部となり、ボルト４ａ側に漏れる接着剤３の量が少なくなって、接着剤３の喪失量が低減する。
【００４０】
環状溝部１１ｆにおける第１、第２金属部材１１、２の間の最大ギャップは、最初の凹部１ｂの最大深さよりも小さな０．１〜０．２ｍｍ程度になり、環状凹部１１ｆにおける接着剤３の厚みもその程度の厚みになる。これにより、環状凹部１１ｆにおける接着剤３の接着強度は性能通りの強度が得られる。
【００４１】
次いで、第１、第２の金属部材１１、２に塗料を塗布し、塗料を焼き付けると同時に接着剤３を硬化させて接着剤層５を形成する。このようにして、本実施形態の継手１６が得られる。
【００４２】
図２（ｃ）に示す本例の金属部材の継手１６は、環状凹部１１ｆの端部１１ｇが接合面２ａに接触している以外は、図１（ｃ）に示す継手６とほぼ同じ構成である。すなわち、接合面１１ａ、２ａ同士が相互に重ね合わされた第１、第２の金属部材１１、２と、第１、第２の金属部材１１、２を締結する機械接合部１４であるボルト４ａ及びナット４ｂと、第１、第２の金属部材１１、２の接合面１１ａ、２ａ同士の間に形成された接着剤層５と、が備えられて構成されている。そして、環状凹部１１ｆの端部１１ｇが接合面２ａに接触し、環状凹部１１ｆにも接着剤層５が形成されている。
【００４３】
上記の金属部材の継手１６及びその製造方法によれば、第１の金属部材の凹部１１ｂの端部１１ｇが、第１金属部材１１の接合面１１ａとほぼ同じ高さまで突出されているので、機械接合部１４を形成する際に、凹部１１ｂの端部１１ｇが接合面２ａに接触して接着剤のシール部となり、これによりボルト４ａ側に漏れる接着剤３の量が少なくなって接着剤３の喪失量が低減する。これにより、接合面１１ａ、２ａ間のギャップのほぼ全部を接着剤層５で確実に満たすことができ、継手１６における接着強度をより高めることができる。
更に、上記の金属部材の継手１６及びその製造方法によれば、図１に示す継手６及びその製造方法によって奏される効果と同様の効果が奏される。
【００４４】
（第１の実施形態の別の変形例）
次に、本実施形態の別の変形例を説明する。図３は、機械接合部としてブラインドリベット締めを用いた継手及びその製造方法を説明する模式図である。図３（ａ）〜図３（ｂ）は本変形例の金属部材の継手の製造方法を示す断面模式図であり、図３（ｃ）は当該継手の製造方法によって得られた継手を示す断面模式図である。
【００４５】
本変形例と、図１に示す例との違いは、機械接合部２４としてブラインドリベット締めを用いた点である。ブラインドリベットで締結する場合は、図３（ｂ）に示すように、先端にその軸部２５ａと比較して過大な突起部２５ｂを有するシャフト２５を内蔵した皿あるいはなべ状の頭部を持つ円筒状のリベット２６を、第２金属部材２側から下穴１ｃ、２ｃに挿入する。その後、図３（ｃ）に示すように、軸部２５ａに張力を与えて突起部２５ｂをリベット２６内に引き込み、シャフト２５の突起部２５ｂと軸部２５ａを破断させることによってリベットの先端部（頭部とは反対側の端部）に下穴１ｃ、２ｃの径よりも大きな拡幅部２６ａを形成して、第１、第２の金属部材１、２を強固に接合する。リベット２６の挿入方向は、第２金属部材２側のみならず、第１金属部材１側から挿入しても良い。
【００４６】
拡幅部２６ａの形成に伴い、第１の金属部材１の突出部１ｅのほぼ中央が塑性変形して潰される。第１の金属部材１の接合面１ａ側では凹部１ｂが環状凹部２１ｆに変形する。
【００４７】
図１の場合と同様に、環状凹部２１ｆにおける第１、第２金属部材１、２の間の最大ギャップは、最初の凹部１ｂの最大深さよりも小さな０．１〜０．２ｍｍ程度になり、環状凹部２１ｆにおける接着剤３の厚みもその程度の厚みになる。これにより、環状凹部２１ｆにおける接着剤３の接着強度は性能通りの値が確保される。
【００４８】
その後、第１、第２の金属部材１、２に塗料を塗布し、塗料を焼き付けると同時に接着剤３を硬化させて接着剤層５を形成する。このようにして、本変形例の継手３６が得られる。
【００４９】
なお、本変形例において、第１の金属部材１の凹部１ｂの外径を、機械接合部２４の外径の１．７倍以上３倍以下にする際における、機械接合部２４がブラインドリベット２６からなる場合の機械接合部２４の外径は、ブラインドリベット２６の頭部（カラーの外径）または拡幅部２６aの外径を採用すればよく、好ましくは頭部の外径がよい。その理由は、図１の場合と同様である。
【００５０】
本変形例の継手３６及びその製造方法によれば、図１に示す継手６及びその製造方法によって奏される効果と同様の効果が奏される。
なお、本変形例の継手３６において、図２に示すような第１の金属部材１１を用いてよいのはもちろんである。
【００５１】
（第２の実施形態）
図４は、機械接合部として非貫通リベット締めを用いた金属部材の継手及びその製造方法を説明する模式図である。図４（ａ）は金属部材の継手の製造方法を示す断面模式図であり、図４（ｂ）は当該継手の製造方法によって得られた継手を示す断面模式図である。
【００５２】
本実施形態の継手の製造方法では、図４（ａ）に示すように、接合面１ａの機械接合部の締結予定箇所に凹部１ｂが設けられ、凹部１ｂには下穴１ｃが設けられていない第１の金属部材５１を用いる。また、第２の金属部材２としては、図４（ａ）に示すように、平坦な接合面２ａに下穴２ｃが設けられていない第２の金属部材５２を用いる。
【００５３】
第１、第２の金属部材５１，５２は、下穴１ｃ、２ｃが設けられていない点を除き、第１の実施形態の第１、第２の金属部材１，２と同様の構成である。本実施形態では、機械接合部として非貫通リベット（セルフピアッシングリベットという場合もある）を用いるので、下穴１ｃ、２ｃを設ける必要がない。
【００５４】
第１、第２の金属部材５１、５２が準備できたら、各部材５１、５２の接合面１ａ、２ａの何れか一方又は両方に接着剤を塗布し、各接合面１ａ、２ａを向き合わせて、第１、第２の金属部材５１、５２を重ね合わせる。第１、第２の金属部材５１、５２の間には、未硬化状態の接着剤層３が形成され、接着剤層３は、凹部１ｂにも充填される。また、第２の金属部材５２の接合面２ａと反対側の面２ｄには、非貫通リベットを打ち込む際の受けになるダイＤ１を配置する。
【００５５】
そして、図４（ａ）及び図４（ｂ）に示すように、第１の金属部材５１と第２の金属部材５２を非貫通リベット５４ａで締結して機械接合部５４を形成する。非貫通リベット５４ａの打ち込み方向は、第１の金属部材５１の側から第２の金属部材５２側に向けて非貫通リベット５４ａを打ち込む方向とする。第２の金属部材５２の側から第１の金属部材５１側に向けて非貫通リベット５４ａを打ち込むと、第２の金属部材５２が大きく変形するおそれがあるので、好ましくない。
【００５６】
非貫通リベット５４ａは、平面視円形の頭部５４ｂと、頭部の下部から突出した円筒状の係合部５４ｃとから構成されている。非貫通リベット５４ａを打ち込むと、第１の金属部材５１の突起部１ｅが、リベット５４ａの係合部５４ｃに押されて第２金属部材５２側にめり込むように変形する。係合部５４ａの先端は外側に拡がりつつ第１の金属部材５１を貫通する。第２の金属部材５２は、非貫通リベット５４ａによる押圧力を受けてダイD１に押し込まれて締結予定箇所が凹むように塑性変形するものの、非貫通リベット５４ａによって貫通まではされない。このように、第２の金属部材５２が凹状に変形しつつ、係合部５４ａの先端が外側に拡がることで、第１、第２の金属部材５１、５２がかしめられて機械的に接合する。
【００５７】
突出部１ｅの中央部分が潰された結果、第１の金属部材５１の接合面１ａ側では凹部１ｂが環状凹部１ｆに変形する。このようにして、非貫通リベット５４ａの周囲に環状の凹部１ｆが設けられる。環状凹部１ｆの非貫通リベット５４ａ側では、各接合面１ａ、２ａが密着して接着剤３が排出される。環状凹部１ｆでは接着剤３が排出されることなく残される。環状凹部１ｆにおける第１、第２金属部材５１、５２の間の最大ギャップは、最初の凹部１ｂの最大深さよりも小さな０．１〜０．２ｍｍ程度になり、環状凹部１ｆにおける接着剤３の厚みもその程度の厚みになる。これにより、環状凹部１ｆにおける接着剤３の接着強度は性能通りの強度が得られる。
【００５８】
次いで、第１、第２の金属部材５１、５２に塗料を塗布し、塗料を焼き付けるために１００〜２００℃程度で１〜３０分程度加熱する。この加熱処理によって、未硬化の接着剤３が硬化されて接着剤層５が形成される。このようにして、本実施形態の継手５６が得られる。
【００５９】
図４（ｂ）に示す本実施形態の金属部材の継手５６は、接合面１ａ、２ａ同士が相互に重ね合わされた第１、第２の金属部材５１、５２と、第１、第２の金属部材５１、５２を締結する機械接合部５４である非貫通リベット５４ａと、第１、第２の金属部材５１、５２の接合面１ａ、２ａ同士の間に形成された接着剤層５と、が備えられて構成されている。
【００６０】
第１金属部材５１の接合面１ａには、機械接合部５４を囲む環状凹部１ｆが設けられている。環状凹部１ｆに接着剤層５の一部が形成されている。環状凹部１ｆにおける接着剤層５の最大厚みは、０．１〜０．２ｍｍの範囲である。また、環状凹部１ｆの外径は、元の凹部１ｂと同様に、機械接合部５４の外径の１．７倍以上３倍以下の範囲であればよい。環状凹部１ｆよりも外側における接着剤層５の厚みは、第１の実施形態の場合と同様である。
【００６１】
なお、本実施形態において、第１の金属部材５１の凹部１ｂの外径を、機械接合部５４の外径の１．７倍以上３倍以下の範囲とする際における、機械接合部５４が非貫通リベット５４ａからなる場合の機械接合部５４の外径は、非貫通リベット５４ａの頭部の外径を採用すればよい。
【００６２】
上記の金属部材の継手５６およびその製造方法によれば、図１に示す継手６及びその製造方法によって奏される効果と同様の効果が奏される。
【００６３】
（第３の実施形態）
図５（ａ）〜図５（ｄ）は、機械接合部としてメカニカルクリンチングを用いた金属部材の継手の製造方法を示す模式図であり、図６は図５に示す方法によって得られた金属部材の継手を示す断面模式図である。
【００６４】
本実施形態の継手の製造方法では、第２の実施形態と同様に、接合面１ａの機械接合部の締結予定箇所に凹部１ｂが設けられ、凹部１ｂには下穴がない第１の金属部材５１を用いる。また、第２の金属部材２として、平坦な接合面２ａに下穴がない第２の金属部材５２を用いる。本実施形態では、機械接合部６４としてメカニカルクリンチングを用いるので、下穴１ｃ、２ｃを設ける必要がない。
【００６５】
図５（ａ）に示すように、第１、第２の金属部材５１、５２が準備できたら、各部材５１、５２の接合面１ａ、２ａの何れか一方又は両方に接着剤を塗布し、各接合面１ａ、２ａを向き合わせて、第１、第２の金属部材５１、５２を重ね合わせる。第１、第２の金属部材５１、５２の間には、未硬化状態の接着剤層３が形成され、接着剤層３は、凹部１ｂにも充填される。また、第２の金属部材５２の接合面２ａと反対側の面２ｄには、非貫通リベットを打ち込む際の受けになるダイＤ２を配置する。
【００６６】
次に、図５（ｂ）〜図５（ｃ）に示すように、第１の金属部材５１側からポンチP１を押しこんで、第１、第２の金属部材５１、５２をメカニカルクリンチングにより締結して機械接合部５４を形成する。ポンチP１を押し込む方向は、突出部１ｅを有する第１金属部材５１側から第２の金属部材５２側に向く方向が良い。逆方向では、メカニカルクリンチングが完全に形成されない場合がある。ポンチP１には、凸部P２と凸部P２の周囲に設けられた傾斜面部P３が設けられている。傾斜面部P３は、第１の金属部材５１が変形して環状凹部１ｆが形成される際の環状凹部１ｆの逃げになる。
【００６７】
図５（ｂ）に示すように、ポンチP１を押しこむことで第１、第２の金属部材５１，５２がともに変形し、ついで図５（ｃ）に示すように更にポンチP１を押し込むことで第１の金属部材５１に形成された凹部６４ａの先端が拡がって第２の金属部材５２の凹部６４ｂとの間に噛み合い部６４ｃ（インターロック）が形成される。その後、図５（ｄ）に示すように、ポンチP１を後退させてクリンチングを終了する。
【００６８】
第１の金属部材５１の突出部１ｅの中央がポンチP１に押されて潰された結果、第１の金属部材５１の接合面１ａ側では凹部１ｂが環状凹部１ｆに変形する。このようにして、機械接合部６４の周囲に環状凹部１ｆが設けられる。環状凹部１ｆの機械接合部６４側では、各接合面１ａ、２ａが密着して接着剤３が排出される。環状凹部１ｆでは接着剤３が排出されることなく残される。環状凹部１ｆにおける第１、第２金属部材５１、５２の間の最大ギャップは、最初の凹部１ｂの最大深さよりも小さな０．１〜０．２ｍｍ程度になり、環状凹部１ｆにおける接着剤３の厚みもその程度の厚みになる。これにより、環状凹部１ｆにおける接着剤３の接着強度は性能通りの強度が確保される。
【００６９】
次いで、第１、第２の金属部材５１、５２に塗料を塗布し、塗料を焼き付けるために１００〜２００℃程度で１〜３０分程度加熱する。この加熱処理によって、未硬化の接着剤３が硬化されて接着剤層５が形成される。このようにして、本実施形態の継手６６が得られる。
【００７０】
図６に示す本実施形態の金属部材の継手６６は、接合面１ａ、２ａ同士が相互に重ね合わされた第１、第２の金属部材５１、５２と、第１、第２の金属部材５１、５２を締結する機械接合部６４であるメカニカルクリンチング部６４と、第１、第２の金属部材５１、５２の接合面１ａ、２ａ同士の間に形成された接着剤層５と、が備えられて構成されている。
【００７１】
第１金属部材５１の接合面１ａには、機械接合部６４を囲む環状凹部１ｆが設けられている。環状凹部１ｆに接着剤層５の一部が形成されている。環状凹部１ｆにおける接着剤層５の最大厚みは、０．１〜０．２ｍｍの範囲である。また、環状凹部１ｆの外径は、元の凹部１ｂと同様に、機械接合部６４の外径の１．７倍以上３倍以下の範囲であればよい。環状凹部１ｆよりも外側における接着剤層５の厚みは、第１の実施形態の場合と同様である。
【００７２】
なお、本実施形態において、第１の金属部材５１の凹部１ｂの外径を、機械接合部６４の外径の１．７倍以上３倍以下の範囲とする際における、機械接合部６４がメカニカルクリンチングからなる場合の機械接合部６４の外径は、第２金属部材５２側に突出した凸部の外径またはダイＤ２の凹部の内径を採用すればよい。その理由は、図１の場合と同様である。
【００７３】
上記の金属部材の継手６６およびその製造方法によれば、図１に示す継手６及びその製造方法によって奏される効果と同様の効果が奏される。
【実施例】
【００７４】
第１、第２金属部材として、板厚が１ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの５９０ＭＰａ級鋼板を２枚用意した。第１部材の接合面には、深さ０．１〜０．５ｍｍの凹部を設けた。そして、各金属部材の接合面にエポキシ系接着剤を塗布して第１、第２金属部材を幅３０ｍｍ、長さ３０ｍｍのラップで重ねあわせ、ラップ部の中心に、ダイ外径６ｍｍのポンチを用いて、メカニカルクリンチングを実施して機械接合部を設けた。機械接合部の外径は６ｍｍであった。その後、１９０℃、２０分の条件で加熱して接着剤を硬化させた。このようにして、表１に示すような、試験例１〜２８の継手を製造した。製造した継手には、接着接合のみをした継手、凹部を設けずにメカニカルクリンチングをした継手も含まれる。
【００７５】
次に、第１、第２金属部材として、板厚が１ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの５９０ＭＰａ級鋼板を２枚用意した。第１部材の接合面には、深さ０．１〜０．５ｍｍの凹部を設け、凹部の中心に下穴を設けた。また、第２部材にも下穴を設けた。そして、各金属部材の接合面にエポキシ系接着剤を塗布して第１、第２金属部材を幅３０ｍｍ、長さ３０ｍｍのラップで重ねあわせ、第２部材側から下穴にボルトを通し、第１部材側からボルトをナットで締結して機械接合部を設けた。ボルトの頭部の外径は９ｍｍであった。その後、１９０℃、２０分の条件で加熱して接着剤を硬化させた。このようにして、表２に示すような、試験例２９〜４１の継手を製造した。製造した継手には、機械接合のみをした継手も含まれる。
【００７６】
更に、第１、第２金属部材として、板厚が１ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの５９０ＭＰａ級鋼板を２枚用意した。第１部材の接合面には、深さ０．１〜０．５ｍｍの凹部を設け、凹部の中心に下穴を設けた。また、第２部材にも下穴を設けた。そして、各金属部材の接合面にエポキシ系接着剤を塗布して第１、第２金属部材を幅３０ｍｍ、長さ３０ｍｍのラップで重ねあわせ、第２部材側から下穴にブラインドリベットを通して締結して機械接合部を設けた。ブラインドリベットの頭部の外径は９ｍｍであった。その後、１９０℃、２０分の条件で加熱して接着剤を硬化させた。このようにして、表３に示すような、試験例４２〜５４の継手を製造した。製造した継手には、機械接合のみをした継手も含まれる。
【００７７】
更にまた、第１、第２金属部材として、板厚が１ｍｍ、幅３０ｍｍ、長さ１５０ｍｍの５９０ＭＰａ級鋼板を２枚用意した。第１部材の接合面には、深さ０．１〜０．５ｍｍの凹部を設けた。そして、各金属部材の接合面にエポキシ系接着剤を塗布して第１、第２金属部材を幅３０ｍｍ、長さ３０ｍｍのラップで重ねあわせ、ラップ部の中心に、非貫通リベットを形成、締結して機械接合部を設けた。非貫通リベットの頭部の外径は７．８ｍｍであった。その後、１９０℃、２０分の条件で加熱して接着剤を硬化させた。このようにして、表４に示すような、試験例５５〜６７の継手を製造した。製造した継手には、機械接合のみをした継手も含まれる。
【００７８】
そして、各試験例の継手について、インストロン式引張試験機を用いて、引張速度１０ｍｍ／分の条件で引張せん断強度試験を行い、破断荷重を測定した。結果を表１〜４に示す。表１〜４においては、試験例１の接着接合のみの継手の破断荷重（１８．０ｋN）に対して、９０％以上の破断荷重（１６．２ｋN）を示したものを〇とし、９０％未満のものを×とした。
【００７９】
【表１】
【００８０】
【表２】
【００８１】
【表３】
【００８２】
【表４】
【００８３】
表１〜４に示すように、本発明例の継手は、優れた接合強度を有することがわかる。
【符号の説明】
【００８４】
１、１１、５１…第１の金属部材、２、５２…第２の金属部材、１a、２a…接合面、１c、２c…下穴、１f…環状凹部、３…接着剤、４、１４、２４、５４、６４…機械接合部、４a…ボルト、４b…ナット、５…接着剤層、６、１６、３６、５６…金属部材の継手。２６…ブラインドリベット、５４a…非貫通型リベット。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
接合面同士が相互に重ね合わされた第１の金属部材及び第２の金属部材と、前記第１、第２の金属部材を締結する機械接合部と、前記第１、第２の金属部材の前記接合面間に形成された接着剤層と、が備えられ、
前記第１金属部材の接合面に、前記機械接合部を囲む環状凹部が設けられ、前記環状凹部に前記接着剤層が形成されていることを特徴とする金属部材の継手。
【請求項２】
前記環状凹部の外径が、前記機械接合部の外径の１．７倍以上３倍以下の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の金属部材の継手。
【請求項３】
前記機械接合部が、メカニカルクリンチング、ボルト及びナット、ブラインドリベットまたは非貫通型リベットのいずれかによって形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属部材の継手。
【請求項４】
接合面の反対側の面に突出部を設けることで前記接合面の機械接合部の締結予定箇所に凹部が設けられた第１の金属部材と、接合面の締結予定箇所が平坦面である第２の金属部材とを、各接合面間に接着剤を配置して重ね合わせる工程と、
前記接着剤が硬化する前に、前記第１金属部材及び前記第２金属部材の機械接合部の締結予定箇所に機械接合部を製作するとともに、前記機械接合部を製作する際に前記突出部側から前記凹部の一部を押し潰して前記機械接合部を囲む環状凹部を形成する工程と、
前記接着剤を硬化する工程と、
を具備してなることを特徴とする金属部材の継手の製造方法。
【請求項５】
前記凹部の中央に前記機械接合部を作成することで前記環状凹部を形成することを特徴とする請求項４に記載の金属部材の継手の製造方法。
【請求項６】
前記凹部の外径が、前記機械接合部の外径の１．７倍以上３倍以下の範囲であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の金属部材の継手の製造方法。
【請求項７】
前記凹部の最大深さが０．２〜０．４ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項４乃至請求項６の何れか一項に記載の金属部材の継手の製造方法。
【請求項８】
前記機械接合部を、メカニカルクリンチング、ボルト及びナット締め、ブラインドリベット締めまたは非貫通型リベット締めのいずれかによって製作することを特徴とする請求項４乃至請求項７の何れか一項に記載の金属部材の継手の製造方法。
【請求項９】
前記機械接合部としてボルト及びナット締めまたはブラインドリベット締めを用いる場合に、あらかじめ前記凹部に下穴を設けることを特徴とする請求項８に記載の金属部材の継手の製造方法。
【請求項１】
接合面同士が相互に重ね合わされた第１の金属部材及び第２の金属部材と、前記第１、第２の金属部材を締結する機械接合部と、前記第１、第２の金属部材の前記接合面間に形成された接着剤層と、が備えられ、
前記第１金属部材の接合面に、前記機械接合部を囲む環状凹部が設けられ、前記環状凹部に前記接着剤層が形成されていることを特徴とする金属部材の継手。
【請求項２】
前記環状凹部の外径が、前記機械接合部の外径の１．７倍以上３倍以下の範囲であることを特徴とする請求項１に記載の金属部材の継手。
【請求項３】
前記機械接合部が、メカニカルクリンチング、ボルト及びナット、ブラインドリベットまたは非貫通型リベットのいずれかによって形成されてなることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の金属部材の継手。
【請求項４】
接合面の反対側の面に突出部を設けることで前記接合面の機械接合部の締結予定箇所に凹部が設けられた第１の金属部材と、接合面の締結予定箇所が平坦面である第２の金属部材とを、各接合面間に接着剤を配置して重ね合わせる工程と、
前記接着剤が硬化する前に、前記第１金属部材及び前記第２金属部材の機械接合部の締結予定箇所に機械接合部を製作するとともに、前記機械接合部を製作する際に前記突出部側から前記凹部の一部を押し潰して前記機械接合部を囲む環状凹部を形成する工程と、
前記接着剤を硬化する工程と、
を具備してなることを特徴とする金属部材の継手の製造方法。
【請求項５】
前記凹部の中央に前記機械接合部を作成することで前記環状凹部を形成することを特徴とする請求項４に記載の金属部材の継手の製造方法。
【請求項６】
前記凹部の外径が、前記機械接合部の外径の１．７倍以上３倍以下の範囲であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の金属部材の継手の製造方法。
【請求項７】
前記凹部の最大深さが０．２〜０．４ｍｍの範囲であることを特徴とする請求項４乃至請求項６の何れか一項に記載の金属部材の継手の製造方法。
【請求項８】
前記機械接合部を、メカニカルクリンチング、ボルト及びナット締め、ブラインドリベット締めまたは非貫通型リベット締めのいずれかによって製作することを特徴とする請求項４乃至請求項７の何れか一項に記載の金属部材の継手の製造方法。
【請求項９】
前記機械接合部としてボルト及びナット締めまたはブラインドリベット締めを用いる場合に、あらかじめ前記凹部に下穴を設けることを特徴とする請求項８に記載の金属部材の継手の製造方法。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【公開番号】特開２０１２−２２５３５８（Ｐ２０１２−２２５３５８Ａ）
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−９１０２８（Ｐ２０１１−９１０２８）
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年１１月１５日（２０１２．１１．１５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年４月１５日（２０１１．４．１５）
【出願人】（０００００６６５５）新日本製鐵株式会社 (6,474)
【Ｆターム（参考）】
[ Back to top ]