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KR102001797B1 - 이재 패널 구조체 - Google Patents

이재 패널 구조체 Download PDF

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KR102001797B1
KR102001797B1 KR1020187025701A KR20187025701A KR102001797B1 KR 102001797 B1 KR102001797 B1 KR 102001797B1 KR 1020187025701 A KR1020187025701 A KR 1020187025701A KR 20187025701 A KR20187025701 A KR 20187025701A KR 102001797 B1 KR102001797 B1 KR 102001797B1
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KR1020187025701A
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데쓰 이와세
요시하야 이마무라
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가부시키가이샤 고베 세이코쇼
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Abstract

이재 패널 구조체의 아우터 패널은 주연부에 형성된 절곡부에 이너 패널의 주연부가 수지층을 개재해서 유지된 헴부를 갖는다. 리벳은 축부가 아우터 패널을 관통하고, 축부의 선단에는 리벳축 오목부가 형성된다. 이너 패널에는 이너 돌기부가 설치되고, 리벳축 오목부 내에 이너 돌기부가 배치된다. 리벳축 오목부와 이너 돌기부의 선단이 접촉하는 부위에 용융 너깃이 형성되고, 이너 돌기부와 아우터 패널 사이에, 수지층과 공극 중, 적어도 수지층을 포함하는 제 1 단열부가 형성된다.

Description

이재 패널 구조체
본 발명은 이재(異材) 패널 구조체에 관한 것이다.
자동차 등의 차량에 있어서는, 주행성, 조작성, 또는 연비를 향상시키기 위해서, 차체의 경량화가 요구되고 있다. 이 때문에, 여러 가지의 자동차 보디 부품에서는, 지금까지의 철강 재료 대신에, 알루미늄 합금 등과 같이, 비중이 작은 재료가 적용되기 시작하고 있다. 예를 들면, 후드(보닛), 도어, 트렁크 등의 자동차 패널 구조체는 아우터 패널(외판)과 이너 패널(내판)로 구성되는 중공 구조체이지만, 이들 패널의 재료로서 알루미늄 합금재의 이용이 검토되고 있다.
그 경우, 아우터 패널 및 이너 패널의 양방을 알루미늄 합금판으로 변경할 수도 있지만, 각 패널의 요구 특성에 따른 특성의 소재끼리를 서로 조합한 이재 패널 구조체로 할 수도 있다. 구체적으로는, 의장성, 경량성 및 충돌 에너지의 흡수성 등이 요구되는 아우터 패널을 알루미늄 합금판으로 형성하고, 형상이 복잡하고 성형 깊이가 깊은 이너 패널을 성형성이 우수한 강판으로 형성하는 것이 생각된다.
알루미늄 합금에 의해 형성된 아우터 패널과 강판에 의해 형성된 이너 패널을 이용하여 이재 패널 구조체를 제조하는 방법으로서는, 예를 들면, 아우터 패널의 주연(周緣)부를 접어 젖히고 이너 패널의 플랜지 주연부를 끼워 넣는 헴 가공(헤밍 가공)에 의해, 서로 일체화시키는 방법이 있다. 이 방법에서는, 통상, 아우터 패널과 이너 패널 사이에, 에폭시계 수지, 폴리에스터계 수지, 페놀계 수지 등의 열경화성 수지에 의해, 전식 방지를 위한 절연층도 겸한 접착제층(수지층)이 설치된다.
그 경우, 아우터 패널과 이너 패널 사이에, 수지 접착제층이나 수지 접착 테이프층을 협지한 상태로 용접이 행해진다. 그러나, TIG 용접 외, MIG용 용접, 레이저 용접, 스폿 용접 중 어느 용접 방법을 채용하더라도, 용접부의 접합 계면에 취성인 금속간 화합물(예를 들면, 알루미늄과 철의 금속간 화합물인 Al2Fe5)이 발생하여, 충분한 접합 강도가 얻어지지 않는 경우가 있다.
그래서, 알루미늄 합금판과 강판의 접합 강도를 높이기 위해서, 알루미늄 합금판을 타발한 강제의 리벳과 강판을 스폿 용접하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 1 참조). 또한, 스폿 용접 시의 용융 너깃으로부터의 열영향을 방지하기 위해서, 이너 플레이트에 아우터 플레이트측으로 돌출하는 융기부를 설치하는 방법이 제안되어 있다(특허문헌 2 참조). 또, 융기부(또는 돌기부)를 설치한 이너 플레이트를 헴 가공하는 방법도 제안되어 있다(특허문헌 3 참조).
일본 특허공개 2015-164840호 공보 일본 특허공개 소56-80380호 공보 일본 특허공개 2008-229697호 공보
특허문헌 1에 기재된 방법과 같이, 리벳을 아우터 패널(알루미늄 합금판)과 이너 패널(강판)의 접합에 이용한 경우, 리벳과 이너 패널이 모두 강재이기 때문에, 접합 부분에 있어서 Al2Fe5와 같이 취성인 금속간 화합물은 생기지 않는다.
그러나, 이 방법을 아우터 패널의 헴 가공에 적용한 경우, 스폿 용접에서 생기는 리벳 선단의 용융 너깃으로부터 전해지는 열에 의해, 아우터 패널에 팽출부가 생겨, 패널 제품의 외관을 현저하게 해치는 경우가 있다.
그래서, 특허문헌 2에 기재되어 있는 바와 같이, 이너 패널에 아우터 패널측으로 돌출하는 돌출부(융기부)를 설치하여, 그 돌기부 내의 공간에서 열의 전달을 방지하는 방법이 유효해진다.
그러나, 이와 같은 돌출부를 설치하는 경우에는, 헴 가공이 어려워진다. 즉, 돌출부를 설치한 장소와 그 이외의 장소의 변형 상태가 상이하기 때문에, 아우터 패널측에 있어서의 절곡(折曲)부의 형성 등, 예비 가공이 필요해진다.
또한, 아우터 패널의 디자인성의 관점에서는, 헴 굽힘부의 곡률 반경을 작게 하는 것이 바람직하지만, 이너 패널에 돌출부가 있으면, 헴 굽힘부의 곡률 반경을 작게 할 수 없다.
그래서, 본 발명은, 알루미늄판 또는 알루미늄 합금판으로 이루어지는 아우터 패널과 강판으로 이루어지는 이너 패널이 강고하게 접합되고, 또한 아우터 패널의 헴 굽힘부의 곡률 반경이 종래의 것보다도 작은 이재 패널 구조체를 제공하는 것을 목적으로 한다.
본 발명은 하기 구성으로 이루어진다.
알루미늄판 또는 알루미늄 합금판으로 이루어지는 아우터 패널과, 상기 아우터 패널에 대면해서 배치되고, 강판으로 이루어지는 이너 패널과, 두부 및 축부를 갖는 강제의 리벳을 구비하는 이재 패널 구조체로서,
상기 아우터 패널은, 주연부를 절곡한 헴 굽힘부와, 해당 헴 굽힘부로부터 아우터 패널 주연까지의 접어 젖힘부를 갖는 헴부가 형성되고,
상기 헴부의 내측면에 상기 이너 패널의 주연부가 수지층을 개재해서 유지되고,
상기 리벳은, 상기 두부가 상기 아우터 패널에 계지되고, 상기 축부가 상기 아우터 패널의 상기 접어 젖힘부의 외측면으로부터 상기 이너 패널을 향하여 상기 아우터 패널을 관통해서 배치되고,
상기 리벳의 축부 선단의 중앙부에는, 상기 두부를 향해서 오목한 리벳축 오목부가 형성되고,
상기 이너 패널에는, 상기 리벳과 마주하는 위치에서 상기 리벳측으로 돌출된 이너 돌기부가 설치되고,
상기 리벳축 오목부 내에 상기 이너 돌기부가 배치되고, 상기 리벳축 오목부의 중앙부와 상기 이너 돌기부의 선단이 접촉하는 부위에 용융 너깃이 형성되어 있고,
상기 이너 돌기부와 상기 아우터 패널 사이에, 상기 수지층과 공극 중, 적어도 상기 수지층을 포함하는 제 1 단열부가 형성되어 있는 이재 패널 구조체.
또한, 상기 이재 패널 구조체에 있어서, 상기 리벳축 오목부와 상기 이너 돌기부 사이에, 상기 수지층과 공극 중, 적어도 상기 수지층을 포함하는 제 2 단열부가 형성되어 있어도 된다.
또한, 상기 리벳은, 상기 두부와 상기 축부 중 적어도 한쪽이 상기 아우터 패널에 코킹된 상태로 되어 있어도 된다.
본 발명에 의하면, 알루미늄판 또는 알루미늄 합금판으로 이루어지는 아우터 패널과 강판으로 이루어지는 이너 패널이 강고하게 접합되고, 또한 아우터 패널의 헴 굽힘부의 곡률 반경이 종래의 것보다도 작은 이재 패널 구조체를 얻을 수 있다.
도 1은 본 발명에 따른 이재 패널 구조체의 헴부의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 2는 도 1의 이재 패널 구조체에 있어서의 리벳과 이너 패널의 접촉 상태를 나타내는 단면도이다.
도 3a는 도 1에 나타내는 헴부의 헴 가공 직후의 단면도이다.
도 3b는 참고예로서의 헴부의 단면도이다.
도 4a는 이너 패널의 돌기부의 형상을 예시하는 단면도이다.
도 4b는 이너 패널의 돌기부의 다른 형상을 예시하는 단면도이다.
도 5a는 리벳의 다른 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 5b는 리벳의 또 다른 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 5c는 리벳의 또 다른 구성예를 나타내는 단면도이다.
도 6은 리벳과 이너 패널의 스폿 용접 방법의 일례를 나타내는 사시도이다.
이하, 본 발명의 실시형태에 대하여, 도면을 참조해서 상세하게 설명한다.
<이재 패널 구조체의 구조>
도 1은 이재 패널 구조체의 헴부의 구조를 나타내는 단면도이다.
본 구성의 이재 패널 구조체(100)는 아우터 패널(10)과 이너 패널(20)과 리벳(30)을 갖는다. 아우터 패널(10)은 알루미늄판 또는 알루미늄 합금판으로 이루어진다. 이너 패널(20)은 강판으로 이루어지고, 아우터 패널(10)에 대면해서 배치된다. 리벳(30)은 강재로 이루어지고, 두부(31)와 축부(32)를 갖는다. 아우터 패널(10)은 그 주연부에 헴부(12)가 형성되고, 이 헴부(12)의 내측면에 이너 패널(20)의 주연부가 수지층(40)을 개재해서 유지된다. 헴부(12)는, 아우터 패널(10)의 주연부를 절곡한 헴 굽힘부(12a)와, 헴 굽힘부(12a)로부터 아우터 패널(10)의 주단연(周端緣)까지의 접어 젖힘부(12b)를 갖는다. 이 헴부(12)는 아우터 패널(10)의 주연부의 일부에 형성되어 있어도 되고, 주연부 전체 둘레에 걸쳐서 형성되어 있어도 된다.
아우터 패널(10)의 헴부(12)를 따르는 복수 개소에는, 리벳(30)이 설치된다. 리벳(30)은 그 축부(32)가 접어 젖힘부(12b)측으로부터 이너 패널(20)을 향하여 돌출되어 배치된다. 리벳(30)의 두부(31)는 아우터 패널(10)에 코킹에 의해 계지된다. 또한, 리벳(30)의 축부(32)는 헴부(12)의 접어 젖힘부(12b)를 관통한다.
도 2는 도 1의 이재 패널 구조체에 있어서의 리벳(30)과 이너 패널(20)의 접촉 상태를 나타내는 단면도이다.
리벳(30)의 축부(32)의 선단에 있어서의 중앙부에는, 두부(31)측으로 오목한 리벳축 오목부(33)가 설치된다. 한편, 이너 패널(20)에는, 리벳(30)과 마주하는 위치에서 리벳(30)측으로 돌출된 이너 돌기부(21)가 설치되고, 리벳축 오목부(33) 내에 이너 돌기부(21)가 배치된다.
그리고, 리벳축 오목부(33)의 중앙부(최심부)와 이너 돌기부(21)의 선단이 접촉하는 부위(P)에는, 도 1에 나타내듯이, 용융 너깃(50)이 형성된다.
도 3a는 도 2에 나타내는 리벳(30) 및 이너 패널(20)과, 아우터 패널(10)이 접합된 헴부(12)의 단면도이다.
이너 돌기부(21)의 리벳(30)과는 반대측의 면과 이 면에 대면하는 아우터 패널(10) 사이에는 극간(S1)이 형성된다. 또한, 리벳축 오목부(33)와 이너 돌기부(21) 사이에는 극간(S2)이 형성된다. 이 극간(S2)은 이너 돌기부(21)의 경사가 리벳축 오목부(33)의 경사보다 급준한 것에 의해 형성된다. 또, 리벳(30)의 축부(32)의 주위에 있어서의 이너 패널(20)과 아우터 패널(10) 사이에는 극간(S3, S4)이 형성된다.
극간(S1, S2)에는, 수지층(40), 또는 수지층(40)과 공극으로 이루어지는 단열부가 형성된다. 예를 들면, 도 1에 나타내는 경우는, 도 3a에 나타내는 극간(S1)에는 수지층(40)과 공극(43)을 갖는 제 1 단열부(45A)가 형성되고, 도 3a에 나타내는 극간(S2)에는, 수지층(40)으로 이루어지는 제 2 단열부(45B)가 형성된다. 한편, 도시는 하지 않지만, 극간(S1) 전체가 수지층(40)에 의해 충전되어 있어도 된다.
또한, 도 2에 나타내는 리벳축 오목부(33)와 이너 돌기부(21) 사이의 극간(S2)에는, 도 1에 나타내듯이 수지층(40)이 배치되거나, 도시는 하지 않지만 수지가 유동하지 않아, 일부에 공극이 형성된다. 이 때문에, 리벳축 오목부(33)와 이너 돌기부(21) 사이의 제 2 단열부(45B)는 수지층(40), 또는 수지층(40)과 공극으로 형성된다.
즉, 제 1 단열부(45A)와 제 2 단열부(45B)를 갖는 단열부(45)는, 수지층(40)과 공극 중, 적어도 수지층(40)을 포함하여 구성되고, 아우터 패널(10)과 이너 패널(20)의 접합 기능과 단열 기능을 겸비한다.
또, 극간(S3, S4)에는 수지층(40)이 형성되고, 아우터 패널(10)이 이너 패널(20)에 접합된다.
상기 구성의 이재 패널 구조체(100)의 리벳 고정 순서는 다음과 같다.
우선, 아우터 패널(10)의 주연부에 수지 접착제나 수지 실링재를 도착(塗着)해서 접착제층을 설치하거나, 또는 주연부에 수지 접착 테이프를 첩부한다. 다음으로, 아우터 패널(10)의 주연부에 리벳(30)을 박아 넣는다. 그리고, 리벳(30)을 장착한 아우터 패널(10)의 주연부와, 이너 패널(20)의 주연부를 조합하여 헴 굽힘을 실시한다. 이 헴 굽힘에 의해, 전술의 극간(S1)에 수지층(40)과 공극(43)이 형성되고, 극간(S2)에 수지층(40)이 형성된다.
다음으로, 리벳축 오목부(33)의 중앙부(최심부)와 이너 돌기부(21)의 선단을 접촉시킨 상태로, 쌍방의 접촉 부분을 스폿 용접한다. 이에 의해, 리벳축 오목부(33)와 이너 돌기부(21) 사이에 용융 너깃(50)이 형성되고, 아우터 패널(10)과 이너 패널(20)이 리벳(30)을 개재해서 접합된다.
상기 순서에 의해 고정된 이재 패널 구조체(100)에 의하면, 리벳(30)의 축부 선단에 있어서의 리벳축 오목부(33)의 내측에 이너 패널(20)의 이너 돌기부(21)가 삽입된다. 이에 의해, 도 3a에 나타내듯이, 이너 돌기부(21)가 리벳(30)측으로 돌출되어 있더라도, 이 이너 돌기부(21)의 돌출분이 리벳축 오목부(33)에 수용된다. 따라서, 아우터 패널(10)의 헴 굽힘부(12a)의 곡률 반경(R1)을 작게 할 수 있다. 이에 비해, 리벳(30)의 축부(32)의 선단에 오목부를 갖지 않는 통상의 리벳에서는, 도 3b에 참고도를 나타내듯이, 아우터 패널(10)을 절곡할 때에, 리벳(35)의 축부(36)의 선단면(36a)과 이너 돌기부(21)가 간섭한다. 그 때문에, 아우터 패널(10)을 절곡한 헴 굽힘부(12a)의 곡률 반경(R2)을 작게 할 수 없다.
도 3a의 예에 있어서는, 아우터 패널(10)의 표출측이 되는 주면(10a)과, 주면(10a)으로부터 반전되어 접어 젖힘부(12b)가 되는 이면(10b)이, 서로 평행이 되는 큰 곡률(1/R1)로 헴 가공이 실시된다. 이에 의해, 평탄한 접어 젖힘부(12b)를 갖는 디자인성이 우수한 헴부(12)가 얻어진다. 이에 비해, 통상의 리벳을 이용한 이재 패널 구조체에서는, 도 3b에 나타내듯이, 굽힘 가공의 곡률(1/R2)이 부족하여, 헴부(12)의 접합 강도나 디자인성을 높일 수 없다.
또, 본 구성의 이재 패널 구조체(100)에 의하면, 이너 돌기부(21)와 아우터 패널(10) 사이의 극간(S1)에 형성된 제 1 단열부, 및 리벳축 오목부(33)와 이너 돌기부(21) 사이에 형성된 제 2 단열부에 의해, 용융 너깃(50)으로부터 아우터 패널(10)로의 열전달이 억제된다. 이에 의해, 아우터 패널(10)은 용융 너깃(50)으로부터 전파되는 열영향이 경감되어, 아우터 패널(10)의 주면(10a)에 열에 의한 팽출부가 생기는 경우는 없다. 즉, 본 구성에 의하면, 아우터 패널(10)의 주연부를 큰 곡률로 굽힘 가공할 수 있고, 게다가 고품질이고 디자인성이 우수한 헴부(12)가 얻어진다.
또한, 본 구성에 의하면, 도 3a에 나타내듯이, 이너 돌기부(21)의 선단부와 리벳축 오목부(33)의 최심부가 접촉하고 있음으로써, 용접 전류를 양자의 접촉부에 집중해서 흘려보낼 수 있다. 그 결과, 용융 너깃(50)을 리벳(30)의 두부(31)에 가까운 개소에 형성할 수 있고, 이에 의해 용융 너깃(50)을 아우터 패널(10)로부터 가능한 한 떨어진 개소에 형성할 수 있다. 따라서, 아우터 패널(10)에 용융 너깃(50)으로부터의 열영향이 미치는 것을 억제할 수 있다.
그리고, 제 2 단열부(45B)는, 이너 돌기부(21)와 아우터 패널(10) 사이에 형성되는 제 1 단열부(45A)에 의한 열전달 억지 효과와 함께, 용융 너깃(50)으로부터 아우터 패널(10)로의 열전달을 한층 더 억제한다.
또한, 용융 너깃(50)이 형성되는 부분에서는, 이너 패널(20)과 리벳(30)이 모두 강재로 형성되기 때문에, 양자의 접합부에 취성인 금속간 화합물이 발생하는 경우가 없고, 장기간에 걸쳐 높은 접합 강도가 얻어진다.
한편, 본 구성의 이재 패널 구조체(100)는 후드(보닛) 외, 트렁크나 도어 패널 등의 자동차 보디용의 각종 부재에 적합하게 적용 가능하다. 그리고, 이재 패널 구조체(100)는 각 패널 용도에 따라서, 그 입체 형상이나 평면 형상 및 헴 가공의 시공 범위는 상이한 것이다.
다음으로, 상기 구성의 이재 패널 구조체(100)에 있어서의 각 부의 구체적인 구성에 대하여 이하에 상세하게 설명한다.
<아우터 패널>
아우터 패널(10)은 차체 외측을 향하여 전체적으로 3차원의 원호상으로 만곡하고 있는 평판상 부재이고, 알루미늄판 또는 알루미늄 합금판을 프레스 성형 등의 각종 성형 방법을 이용하여, 소정 형상으로 성형하는 것에 의해 얻어진다.
아우터 패널(10)에 이용하는 알루미늄 합금은 강도, 성형성 및 내식성 등, 적용하는 차체 구조의 요구 특성에 따라서 적절히 선택할 수 있고, 예를 들면 JIS 규격(JIS H 0001:1998)이나 AA 규격으로 규정되는 3000계, 5000계, 6000계 및 7000계 등의 알루미늄 합금을 사용할 수 있다. 자동차 등의 차체를 경량화하기 위해, 박육화의 관점에서는, 고강도이고 성형성도 우수한 알루미늄 합금을 아우터 패널(10)에 이용하는 것이 바람직하다.
구체적으로는, 6N01, 6016, 6111 및 6022 등과 같이, 조성에 있어서의 실리콘과 마그네슘의 비(=Si/Mg)가 1 이상이고, Mg에 대해서 Si를 과잉으로 함유하고 있는 Si 과잉형의 6000계 알루미늄 합금이 바람직하다. 이들 6000계 알루미늄 합금판은 아우터 패널(10)로 성형할 때, 강도(내력)를 낮게 해서 성형성을 확보하고, 그 후의 도장 소부 처리에 있어서, 150∼180℃의 저온에서 10∼50분 정도의 단시간의 인공 시효 처리에 의해, 시효 경화해서 강도(내력)가 높아지는 특성(베이크 하드성, BH성)을 갖는다.
전술한 알루미늄 합금재는 냉간 압연이나 열간 압출 후에, 용체화 처리 및 담금질 처리(질별 기호 T4)되고, 그 후에 소정의 형상으로 프레스 성형 가공 등의 가공이 이루어져, 아우터 패널(10)의 프레스 성형 소재가 된다. 나아가 그 후, 차체에 조립되고, 소부 도장에 의해 시효 처리(질별 기호 T6 등), 과시효 처리(질별 기호 T7) 등이 실시된다.
아우터 패널(10)용의 알루미늄 합금판의 두께(판 두께)는, 자동차 보디의 경량화, 강도, 강성 및 성형성 등의 아우터 패널(10)로서의 요구 특성의 균형으로부터, 일반적으로 0.5∼3mm의 범위로부터 적절히 선택된다. 여기에서, 알루미늄 합금판의 두께가 지나치게 얇은 경우, 자동차 부재로서의 필요한 강도나 강성을 확보할 수 없는 경우가 있다. 한편, 알루미늄 합금판의 두께가 지나치게 두꺼우면, 자동차 보디의 경량화를 할 수 없고, 헴 가공도 어려워진다.
<이너 패널>
이너 패널(20)은 단면 형상이 햇(HAT)형인 부재이고, 예를 들면 철판 또는 강판 등의 철 합금판을, 프레스 성형 등의 각종 성형 방법을 이용하여, 소정의 햇 형상으로 성형하는 것에 의해 얻어진다. 또한, 이너 패널(20)에는, 적어도 리벳(30)이 배치되는 부분에, 중공상의 이너 돌기부(21)가 형성된다.
이너 돌기부(21)는 중공상이면서 리벳축 오목부(33)에 수용되는 것이면, 그 외형은 특별히 한정되는 것은 아니다. 예를 들면, 도 4a에 나타나는 돔 형상(부분 구면 형상)이나 도 4b에 나타나는 뿔 형상 외, 각주상, 비드 형상 등, 여러 가지의 형상을 적용할 수 있다.
또한, 이너 돌기부(21)의 높이도 특별히 한정되는 것은 아니고, 적용 부재에 따라서 적절히 선택할 수 있다. 이너 돌기부(21)의 높이는, 예를 들면 0.1∼2.0mm가 바람직하고, 0.3∼1.5mm가 보다 바람직하다. 이너 돌기부(21)의 높이를 이 범위로 하는 것에 의해, 도 1에 나타내듯이, 이너 돌기부(21)와 아우터 패널(10) 사이에 제 1 단열부(45A), 리벳축 오목부(33)와 이너 돌기부(21) 사이에 제 2 단열부(45B)가 형성된다. 이들 단열부(45)에 의해, 용접 접합 시에 용융 너깃(50)의 열이 아우터 패널(10)로 전파되는 것을 방지할 수 있다. 또한, 스폿 용접에 의해 접합하는 경우는, 전극에 의한 압압력이 아우터 패널(10)에 가해지는 것을 방지할 수 있다.
한편, 이너 패널(20)에 이용되는 강판은, 그 표면에, 범용되는 아연계나 알루미늄계의 피복층이 도금 등으로 피복되어 있어도 되고, 미가공재여도 된다. 본 구성의 이재 패널 구조체(100)에 이용하는 강재는 종래의 강제 이너 패널과 마찬가지로, 염가인 연강판을 이용할 수도 있지만, 고장력강(하이텐)이나 스테인리스강 등의 냉연 강판도 적용하는 것이 가능하다.
또한, 이너 패널(20)에 사용되는 강판의 두께(판 두께)도, 자동차 보디의 경량화, 강도, 강성 및 성형성 등, 이너 패널(20)로서의 요구 특성과의 균형으로부터, 0.3∼3mm의 범위에서 적절히 선택할 수 있다. 단, 강판의 두께가 지나치게 얇으면, 자동차 부재로서의 필요한 강도나 강성을 확보할 수 없는 경우가 있다. 또한, 강판의 두께가 지나치게 두꺼우면, 자동차 보디를 경량화하는 것이 곤란해진다.
<헴부>
헴부(12)는 아우터 패널(10)의 주연부를 헴 굽힘(절곡)하는 것에 의해 형성되고, 이 아우터 패널(10)의 헴부(12)에 있어서, 이너 패널(20)이 수지층(40)을 개재해서 결합된다. 헴부(12)의 헴 형상은 플랫 헴, 로프드(roped) 헴 중 어느 것이어도 된다. 도 1 및 도 3a에 예시된 헴부(12)는 플랫 헴의 헴 형상이고, 다이를 사용한 절곡 가공이나 롤러를 사용한 가공에 의해 형성할 수 있다.
<리벳>
도 5a∼도 5c는 리벳(30)의 구조예를 나타내는 단면도이다. 리벳축 오목부(33)의 형상은 특별히 한정되는 것은 아니고, 이너 돌기부(21)를 수용 가능하면 된다. 예를 들면, 돔 형상(도 5a), 뿔 사다리꼴 형상(도 5b), 뿔 형상(도 5c) 등, 여러 가지의 형상이 선택 가능하다. 또한, 리벳(30)의 두부(31) 및 축부(32)의 형상, 및 그 크기도, 용도나 방법에 따라서 적절히 선택할 수 있다.
한편, 스폿 용접에 의해 용접 접합하는 경우는, 리벳(30)의 아우터 패널(10)과 접촉하는 부분에, 이너 패널(20)을 구성하는 재료(강재)보다도 전기 저항률이 높은(이하, 「고저항」이라고 기재함) 재료로 이루어지는 피막이 설치되는 것이 바람직하다. 이와 같은 고저항의 피막을 설치하는 것에 의해, 스폿 용접 시의 용접 전류가 아우터 패널(10)에 분류(分流)되어, 용접부의 전류가 저하되는 것을 방지할 수 있다.
리벳(30)에 설치되는 고저항 피막의 구체예로서는, 아연, 납 및 알루미늄 등의 비교적 저항률이 높은 금속을 포함하는 피막, 폴리에스터계 수지나 실리콘계 수지 등의 합성 수지를 포함하는 피막, 철의 산화 피막(흑피), 무전계 Ni-P 도금 피막 등을 들 수 있다. 리벳(30)에 설치되는 고저항 피막은 디스고(등록상표), 지오메트(등록상표) 및 라프레(등록상표) 등의 시판 중인 표면 처리제를 이용하여 형성된 절연 피막이어도 된다.
또, 리벳(30)의 두부(31)와 축부(32) 중 적어도 한쪽은 아우터 패널(10)에 코킹되어 있는 것이 바람직하다. 리벳(30)을 아우터 패널(10)에 코킹 체결하는 것에 의해, 용접 전에 있어서의 리벳(30)의 어긋남을 방지할 수 있다. 또한, 용접 후에 수지층(40)이 경시(經時) 열화되더라도 아우터 패널(10)과의 최저 접합 강도를 유지할 수 있다.
코킹 체결은 리벳(30)을 아우터 패널(10)에 박아 넣고, 리벳(30)의 두부(31)에 아우터 패널(10)을 소성 유동시켜도 되고, 미리 아우터 패널(10)에 하공(下孔)을 뚫어 두고, 리벳(30)의 두부(31)에 아우터 패널(10)을 소성 유동시켜 코킹해도 된다.
<수지층>
본 실시형태의 이재 패널 구조체(100)는, 도 1에 나타내듯이, 헴부(12)에 있어서의 아우터 패널(10)과 이너 패널(20) 사이에 수지층(40)이 설치된다. 그리고, 아우터 패널(10)의 주연부를 접어 젖힐 때는, 수지층(40)을 개재해서, 이너 패널(20)의 플랜지 주연부를 협지하여 일체화한다. 이에 의해, 아우터 패널(10)의 주연부, 이너 패널(20)의 플랜지 주연부가 수지층(40)을 개재해서 조합된 적층 구조의 헴부(12)가 형성되고, 이재 패널 구조체(100)로서 일체화된다.
수지층(40)을 형성할 때는, 헴 가공(특히 플랫 헴 가공)에 있어서, 아우터 패널(10)의 주연부를 접어 젖히고, 이너 패널(20)의 플랜지 주연부를 협지하기 전에, 이에 대향하는 아우터 패널(10)의 주연부의 내측 영역에 열경화성 수지 또는 열가소성 수지 등의 수지 접착제나 수지 실링재를 도포하거나, 수지 접착 테이프를 첩부하면 된다. 수지층(40)은 알루미늄과 철의 이재끼리가 직접 접촉하는 것에 의해 생기는 전식을 방지하고, 또한 이재끼리(이재 패널 구조체)의 접합 강도를 높이기 위해, 아우터 패널(10)의 주연부 전체에 걸쳐서(둘러싸듯이) 도포 또는 설치되는 것이 바람직하다. 수지층(40)을 형성하는 접착제나 테이프, 실러로서는, 예를 들면 에폭시 수지, 폴리에스터 수지 및 페놀 수지가 적절히 이용된다.
<용접 방법>
리벳(30)과 이너 패널(20)은 스폿 용접에 의해 접합된다. 스폿 용접은 용접부를 전극으로 협지하고 판 두께 방향으로 전류를 흘려보내는 것에 의해 용접하는 다이렉트 스폿 용접이어도 되고, 도 6에 나타내듯이, 리벳(30)의 두부(31)측에만 복수의 전극(48)을 배치하고, 용접 대상인 이너 패널(20)을 통해서 전극(48) 사이에 전류를 흘려보내는 것에 의해 용접하는 인 다이렉트 스폿 용접이어도 된다.
스폿 용접을 행하는 경우, 아우터 패널(10)의 표면 평활성을 확보하기 위해, 아우터 패널(10)측에 판을 대면서 용접하는 것이 바람직하다. 그때, 이용하는 판은 강판 등의 열전도성이 높은 재료로 이루어지거나, 또는 냉매를 통류시키는 유로를 구비하는 패널 또는 블록 부재가 바람직하다.
레이저 용접을 행하는 경우, 리벳(30)의 두부(31)로부터 레이저 빔을 조사하여, 리벳(30)을 관통하는 용융 접합부를 형성하고, 용접 대상인 이너 패널과 접합 해도 된다.
리벳(30)과 이너 패널(20)을 용접할 때는, 리벳(30)과 이너 패널(20)의 접촉부에서 고열의 용융 너깃(50)이 형성된다. 그러나, 본 구성의 이재 패널 구조체(100)에서는, 접합 부분에 있어서의 이너 패널(20)과 아우터 패널(10) 사이에 이너 돌기부(21)에 의한 극간(S1, S2)이 형성된다. 그 결과, 이너 돌기부(21)의 안측의 극간(S1)에는, 아우터 패널(10)과의 사이에 제 1 단열부(45A)가 형성되고, 또 이너 돌기부(21)와 리벳축 오목부(33) 사이의 극간(S2)에도 제 2 단열부(45B)가 형성된다. 이에 의해, 스폿 용접 시의 아우터 패널(10)로의 열전달이 차단되거나 또는 현저하게 작아진다. 그 결과, 아우터 패널(10)의 연화가 저감되고, 리벳(30)의 선단의 밀어 넣음에 의한 아우터 패널(10)의 팽출이 억제되어, 디자인성이 우수한 외관의 자동차 패널을 제조하는 것이 가능해진다.
이상과 같이, 본 명세서에는 다음의 사항이 개시되어 있다.
(1) 알루미늄판 또는 알루미늄 합금판으로 이루어지는 아우터 패널과, 상기 아우터 패널에 대면해서 배치되고, 강판으로 이루어지는 이너 패널과, 두부 및 축부를 갖는 강제의 리벳을 구비하는 이재 패널 구조체로서,
상기 아우터 패널은, 주연부를 절곡한 헴 굽힘부와, 해당 헴 굽힘부로부터 아우터 패널 주연까지의 접어 젖힘부를 갖는 헴부가 형성되고,
상기 헴부의 내측면에 상기 이너 패널의 주연부가 수지층을 개재해서 유지되고,
상기 리벳은, 상기 두부가 상기 아우터 패널에 계지되고, 상기 축부가 상기 아우터 패널의 상기 접어 젖힘부의 외측면으로부터 상기 이너 패널을 향하여 상기 아우터 패널을 관통해서 배치되고,
상기 리벳의 축부 선단의 중앙부에는, 상기 두부를 향해서 오목한 리벳축 오목부가 형성되고,
상기 이너 패널에는, 상기 리벳과 마주하는 위치에서 상기 리벳측으로 돌출된 이너 돌기부가 설치되고,
상기 리벳축 오목부 내에 상기 이너 돌기부가 배치되고, 상기 리벳축 오목부의 중앙부와 상기 이너 돌기부의 선단이 접촉하는 부위에 용융 너깃이 형성되어 있고,
상기 이너 돌기부와 상기 아우터 패널 사이에, 상기 수지층과 공극 중, 적어도 상기 수지층을 포함하는 제 1 단열부가 형성되어 있는 이재 패널 구조체.
상기 구성의 이재 패널 구조체는, 리벳의 축부의 선단에 오목부를 설치하고, 그 오목부 내에 이너 패널(20)의 돌기부를 수납하도록 배치함으로써, 용융 너깃에 의한 열영향을 억제함과 더불어, 헴 굽힘부의 곡률 반경을 작게 할 수 있다. 이 때문에, 이너 패널의 돌기부를 수용할 수 있는 부분(오목부)이 설치되어 있지 않은 통상의 리벳을 사용한 경우와 비교해서, 큰 곡률로 굽힘 가공이 가능해져, 디자인성이 우수한 헴부가 얻어진다.
(2) 상기 리벳축 오목부와 상기 이너 돌기부 사이에, 상기 수지층과 공극 중, 적어도 상기 수지층을 포함하는 제 2 단열부가 형성되어 있는 (1)의 이재 패널 구조체.
상기 구성의 이재 패널 구조체는 리벳의 오목부와 이너 패널의 돌기부 사이에 제 2 단열부가 형성된다. 이 제 2 단열부에 의해, 이너 패널의 돌기부와 아우터 패널 사이에 형성되는 제 1 단열부에 의한 열전달 억지 효과와 함께, 용융 너깃에 의한 열영향을 효율적으로 억제할 수 있다.
(3) 상기 리벳은, 상기 두부와 상기 축부 중 적어도 한쪽이 상기 아우터 패널에 코킹된 상태로 되어 있는 (1) 또는 (2)에 기재된 이재 패널 구조체.
상기 구성의 이재 패널 구조체는, 용접 전에 있어서의 아우터 패널로부터의 리벳의 어긋남을 방지함과 더불어, 용접 후에 있어서의 수지층의 경시 열화의 영향을 배제하여, 리벳과 아우터 패널의 최저 접합 강도를 유지할 수 있다.
본 출원은 2016년 3월 8일 출원된 일본 출원(특원 2016-44222)에 기초하는 것이고, 그 내용은 여기에 참조로서 원용된다.
10: 아우터 패널
12: 헴부
12a: 헴 굽힘부
12b: 접어 젖힘부
20: 이너 패널
21: 이너 돌기부
30: 리벳
31: 두부
32: 축부
33: 리벳축 오목부
40: 수지층
45A: 제 1 단열부
45B: 제 2 단열부
45: 단열부
50: 용융 너깃
100: 이재 패널 구조체

Claims (3)

  1. 알루미늄판 또는 알루미늄 합금판으로 이루어지는 아우터 패널과, 상기 아우터 패널에 대면해서 배치되고, 강판으로 이루어지는 이너 패널과, 두부 및 축부를 갖는 강제의 리벳을 구비하는 이재 패널 구조체로서,
    상기 아우터 패널은, 주연부를 절곡한 헴 굽힘부와, 해당 헴 굽힘부로부터 아우터 패널 주연까지의 접어 젖힘부를 갖는 헴부가 형성되고,
    상기 헴부의 내측면에 상기 이너 패널의 주연부가 수지층을 개재해서 유지되고,
    상기 리벳은, 상기 두부가 상기 아우터 패널에 계지되고, 상기 축부가 상기 아우터 패널의 상기 접어 젖힘부의 외측면으로부터 상기 이너 패널을 향하여 상기 아우터 패널을 관통해서 배치되고,
    상기 리벳의 축부 선단의 중앙부에는, 상기 두부를 향해서 오목한 리벳축 오목부가 형성되고,
    상기 이너 패널에는, 상기 리벳과 마주하는 위치에서 상기 리벳측으로 돌출된 이너 돌기부가 설치되고,
    상기 리벳축 오목부 내에 상기 이너 돌기부가 배치되고, 상기 리벳축 오목부의 중앙부와 상기 이너 돌기부의 선단이 접촉하는 부위에 용융 너깃이 형성되어 있고,
    상기 이너 돌기부와 상기 아우터 패널 사이에, 상기 수지층과 공극 중, 적어도 상기 수지층을 포함하는 제 1 단열부가 형성되어 있는 이재 패널 구조체.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 리벳축 오목부와 상기 이너 돌기부 사이에, 상기 수지층과 공극 중, 적어도 상기 수지층을 포함하는 제 2 단열부가 형성되어 있는 이재 패널 구조체.
  3. 제 1 항 또는 제 2 항에 있어서,
    상기 리벳은, 상기 두부와 상기 축부 중 적어도 한쪽이 상기 아우터 패널에 코킹된 상태로 되어 있는 이재 패널 구조체.
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