板构件的接合方法.pdf

本发明提供一种板构件的接合方法。该板构件的接合方法不会损害外观品质，不必进行矫正由焊接引起的应变、或者去除因摩擦搅拌接合而产生的毛刺这样的后期工序，而且，在板构件之间不会发生错位，不会损害外观品质、耐腐蚀性，能够提高板构件之间的接合强度。构成为使第1板构件(10)的边缘部(11)的顶端侧部分从第2板构件(20)的边缘部(21)突出并将两边缘部(11、21)彼此叠合，在将两边缘部(11、21)摩擦搅拌接合之后，利用第1板构件(10)的折回部(12)夹持第2板构件(20)的边缘部(21)，从而将边缘部(11、21)彼此卷边接合。

权利要求书
1.  一种板构件的接合方法，其特征在于，
该板构件的接合方法包括以下工序：
第1工序，使第1板构件的边缘部的顶端侧部分从第2板构件的边缘部突 出并将两边缘部彼此叠合；
第2工序，从上述第2板构件侧插入旋转的工具，对上述两边缘部进行摩 擦搅拌接合；以及
第3工序，将上述第1板构件的边缘部的顶端侧部分折回，通过该折回部 夹持上述第2板构件的边缘部，对上述第1板构件的边缘部和上述第2板构件 的边缘部进行卷边接合。

2.  根据权利要求1所述的板构件的接合方法，其特征在于，
在上述工具的直径设为R，上述第2板构件的板厚设为t，以及从上述第2 板构件的端面到上述工具的旋转中心的距离设为L的情况下，上述工具的旋 转中心的位置设定为满足L≥(R/2+t)的关系。

3.  根据权利要求1或2所述的板构件的接合方法，其特征在于，
上述第1板构件的边缘部的折回部的端面位于比上述工具的抽出痕迹靠 板构件中央侧的位置。

4.  根据权利要求1～3中任一项所述的板构件的接合方法，其特征在于，
上述第1板构件的边缘部的折回部与因摩擦搅拌接合产生在上述第2板 构件的边缘部上的毛刺接触。

5.  根据权利要求1～3中任一项所述的板构件的接合方法，其特征在于，
上述第1板构件的边缘部的折回部与因摩擦搅拌接合产生在上述第2板 构件的边缘部上的所有毛刺接触。

6.  根据权利要求1～5中任一项所述的板构件的接合方法，其特征在于，
在上述第1板构件的边缘部和上述第2板构件的边缘部之间涂敷粘接剂。

7.  根据权利要求1～6中任一项所述的板构件的接合方法，其特征在于，
上述第1板构件和上述第2板构件是异种材料。

8.  根据权利要求1～7中任一项所述的板构件的接合方法，其特征在于， 上述第2板构件形成为其硬度高于上述第1板构件的材料的硬度。

说明书板构件的接合方法
技术领域
本发明涉及一种板构件的接合方法，详细地讲，是涉及一种将板构件的 边缘部彼此接合的板构件的接合方法。
背景技术
作为将构成汽车的车门、发动机罩(bonnet)等的外板和内板这样的2 张板构件接合的方法，公知有一种所谓的卷边接合的方法。如图9所示，该方 法是这样的方法，即，使外板110的边缘部111的顶端侧部分从内板120的边缘 部121突出并将两边缘部111、121彼此叠合，接着，将外板110的边缘部111 的顶端侧部分折回，利用该折回部112夹持内板120的边缘部121，将上述边缘 部111、121彼此接合，因此，外观品质优异。但是，在该接合方法中，由于 卷边接合仅是夹持内板120的边缘部121的构造，因此，外板110和内板120之 间的接合强度较低。因此，出于提高接合强度的目的，有时也并用粘接剂、 或者在卷边接合之后并用点焊、激光焊接。但是，若在外板110和内板120之 间的卷边接合时并用点焊，则存在由焊接的打痕引起外观品质降低的问题。 为了避免这一点，需要频繁地进行焊接电极的表面状态的管理。而且，特别 是，在外板110和内板120的材质(例如铁和铝)不同的情况下应用点焊时， 焊接时所产生的热使板110、120较大程度地应变，因此，需要在后期工序中 矫正应变。并且，在这种情况下，由于板110、120的热膨胀率也不同，因此， 在卷边接合之后实施的涂装的烘烤工序时，产生发生热变形而导致板110、120 彼此错开的问题。为了解决这样的问题，以往还提出了在将板构件卷边接合 之后实施摩擦搅拌接合的做法。
在专利文献1中公开了一种在将内板和外板之间卷边接合之后将上述内 板和外板的边缘部彼此摩擦搅拌接合的方法。
此外，在专利文献2中公开了一种在一个板的端部将另一个板的端部卷 边而进行卷边加工的技术。
专利文献1：日本特开2004－345500号公报
专利文献2：日本特开2008－105083号公报
发明内容
发明要解决的问题
在专利文献1所述的卷边接合方法中，在利用外板110的边缘部111的折 回部112夹持内板120的边缘部121而进行卷边接合之后，使未图示的摩擦搅拌 接合用的工具一边旋转一边从内板120的边缘部121上的折回部112(参照图10 和图11)之上插入进行摩擦搅拌接合。但是，在该方法中，产生了作为上述 工具的抽出痕迹130的孔部131、处于该孔部周围的锐利的毛刺132(参照图10 和图11)、上述工具的旋转搅拌针的穿孔痕迹133。由于该孔部131、毛刺132、 穿孔痕迹133在外观上看得到，因此，与通常的卷边接合相比，其外观品质相 当低。因而，在这种情况下，至少需要在后期加工去除毛刺132。
此外，在专利文献1所述的方法中，在外板110和内板120的材质不同的 情况下，在摩擦搅拌接合过程中使用的工具的抽出痕迹处暴露异种金属界面 140(参照图11)，存在以此处为起点地发生异种金属接触腐蚀的缺点。因此， 在使用过程中产生接合强度、外观品质显著降低的问题。
并且，在专利文献1所述的方法中，在外板和内板未固定的状态下进行 卷边接合，因此，将外板弯折时外板和内板的对位并不容易，存在外板和内 板稍稍错位的缺点。
另一方面，在专利文献2所述的卷边接合方法公开了一种通过以外板的 边缘部将内板的边缘部卷边来将两边缘部接合的方法。在将该方法应用于板 构件的卷边接合的情况下，在外板的边缘部中的卷边的范围(第一形状)和 没有卷边的范围(第二形状)之间对卷边接合部施加的应力变得不均匀，存 在产生损害外板的外观品质的应变的问题。
本发明即是鉴于这样的实际状况而完成的，其目的在于提供一种这样的 板构件的接合方法：在接合板构件的过程中，不会损害外观品质，不必进行 矫正由焊接引起的应变、或者去除因摩擦搅拌接合而产生的毛刺这样的后期 工序，而且，在板构件之间不会发生错位，不会损害外观品质、耐腐蚀性， 能够提高板构件之间的接合强度。
用于解决问题的方案
在本发明中，为了解决上述课题，提供一种包括以下工序的板构件的接 合方法：第1工序，使第1板构件的边缘部的顶端侧部分从第2板构件的边缘部 突出并将两边缘部彼此叠合；第2工序，从上述第2板构件侧将旋转的工具插 入到上述两边缘部，对上述两边缘部进行摩擦搅拌接合；以及第3工序，将上 述第1板构件的边缘部的顶端侧部分折回，通过该折回部夹持上述第2板构件 的边缘部，对上述第1板构件的边缘部和上述第2板构件的边缘部进行卷边接 合。
本发明优选的是，在上述工具的直径设为R，上述第2板构件的板厚设为 t，以及从上述第2板构件的端面到上述工具的旋转中心的距离设为L的情况 下，上述工具的旋转中心的位置设定为满足L≥(R/2+t)的关系。
本发明优选的是，使上述第1板构件的边缘部的折回部的端面位于比上 述工具的抽出痕迹靠板构件中央侧的位置。
本发明优选的是，使上述第1板构件的边缘部的折回部与因摩擦搅拌接 合产生在上述第2板构件的边缘部上的毛刺接触。
本发明优选的是，在上述第1板构件的边缘部和上述第2板构件的边缘部 之间涂敷粘接剂。
本发明优选的是，上述第1板构件和上述第2板构件是异种材料。
本发明优选的是，上述第2板构件形成为其硬度高于上述第1板构件的材 料的硬度。
发明的效果
在本发明的板构件的接合方法中，使第1板构件的边缘部和第2板构件的 边缘部彼此叠合，将该两边缘部摩擦搅拌接合之后，利用第1板构件的折回部 夹持第2板构件的边缘部从而将上述两边缘部彼此卷边接合，因此，与以往的 仅利用卷边接合时相比，板构件的边缘部之间因摩擦搅拌接合而能够更加牢 固地接合。因此，在卷边接合过程中，将上述第1板构件弯折时，上述第1板 构件和上述第2板构件的对位变容易。由此，在卷边接合之后，在第1板构件 和第2板构件之间不会产生丝毫的错位，能够得到精度较高的构件。而且，与 焊接相比摩擦搅拌接合的发热量较小，因此，即使并用摩擦搅拌接合和卷边 接合，在卷边接合之后产生的应变也较小。因而，也不需要矫正该应变的后 期工序作业。并且，通过除了进行卷边接合之外还进行摩擦搅拌接合，板构 件的接合强度变高，因此，即使在卷边接合之后实施的烘烤工序中产生热变 形，板构件之间也不会发生错位。此外，在卷边接合时在摩擦搅拌接合部及 其附近对第2板构件的折回部施加的应力大致均匀，因此，能够防止如在专利 文献1中指出那样的外观上的品质降低。
在本发明中，在将在摩擦搅拌接合过程中所使用的工具的直径设为R， 将上述第2板构件的板厚设为t，将从上述第2板构件的端面到上述工具的旋转 中心的距离设为L的情况下，上述工具的旋转中心的位置设定为满足L≥(R /2+t)的关系，因此，在摩擦搅拌接合时，即使从上述工具对第2板构件施 加较大的负荷，该第2板构件的边缘部也不会较大程度地向外侧错位或者变 形，能够进行完善的摩擦搅拌接合。
在本发明中，使上述第1板构件的边缘部的折回部的端面位于比摩擦搅 拌接合痕迹靠板构件中央侧的位置，因此，能够利用上述第1板构件的折回 部可靠地掩盖摩擦搅拌接合痕迹，因此，能够获得从外侧看不到接合痕迹的 良好的外观状态。
在本发明中，若使上述第1板构件的边缘部的折回部与因摩擦搅拌接合 产生在上述第2板构件的边缘部上的毛刺接触，则该毛刺咬入到上述折回部， 因此，上述第1板构件的边缘部的折回部不会自上述第2板构件的边缘部错 位，能够使板构件之间的接合更加可靠。
在本发明中，若在上述第1板构件的边缘部和上述第2板构件的边缘部之 间涂敷粘接剂，则能够提高板构件之间的接合甚至是卷边接合的强度，并且 能够利用板构件之间的粘接剂，防止雨水等液体进入到板构件之间，能够获 得较高的耐腐蚀性。
本发明在将上述第1板构件和上述第2板构件设为异种材料的情况下特 别有用，即使在这样的情况下也能够获得与上述同样的效果，在此基础之上， 还能够获得以下效果。即，由于在摩擦搅拌接合过程中所使用的工具的抽出 痕迹上产生的异种材料界面被上述第1板构件的边缘部的折回部堵塞，因此， 雨水等成为引起腐蚀的主要因素的液体不会附着，能够防止由异种金属接触 腐蚀引起的接合强度降低、外观品质的降低。
本发明在上述第2板构件形成为其硬度高于上述第1板构件的材料的硬 度的情况下特别有效，在这种情况下，能够使因摩擦搅拌接合而在上述第2 板构件的边缘部上产生的毛刺可靠地咬入到上述第1板构件的折回部，因此， 能够可靠地使板构件之间的接合更加牢固。
附图说明
图1表示本发明的板构件的接合方法的一实施方式，是表示将外板和内 板摩擦搅拌接合的情形的剖视图。
图2表示本发明的板构件的接合方法的一实施方式，是表示在摩擦搅拌 接合之后将外板的边缘部和内板的边缘部卷边接合的情形的剖面图。
图3表示本发明的板构件的接合方法的一实施方式，是放大地表示在摩 擦搅拌接合之后将外板的边缘部和内板的边缘部卷边接合的情形的主要部 分的剖面图。
图4表示本发明的板构件的接合方法的一实施方式，是表示使外板的边 缘部的顶端侧部分从内板的边缘部突出并将两边缘部叠合的情形的立体图。
图5表示本发明的板构件的接合方法的一实施方式，是表示在摩擦搅拌 接合之后利用外板的边缘部的折回部夹持内板的边缘部进行了卷边接合的 情况的立体图。
图6表示本发明的板构件的接合方法的一实施方式，特别是表示在外板 和内板之间涂敷粘接剂的情况，图6的(a)是表示在外板的边缘部叠合内板 的边缘部之前在两边缘部之间涂敷粘接剂的情形的剖视图，图6的(b)是表 示在摩擦搅拌接合之前利用粘接剂在外板的边缘部固定有内板的边缘部的 情形的剖视图，图6的(c)是表示在将外板的边缘部和内板的边缘部摩擦搅 拌接合之后进行了卷边接合的情形的剖视图。
图7表示本发明的板构件的接合方法的一实施方式，特别是表示应用摩 擦搅拌接合的部位的一个例子，图7的(a)是表示车门的情况的示意图，图 7的(b)是表示发动机罩的情况的示意图。
图8表示本发明的板构件的接合方法的另一实施方式，是表示以带状进 行摩擦搅拌接合的情况的例子的立体图。
图9表示以往的板构件的接合方法，是表示卷边接合之前的情形的立体 图。
图10表示以往的板构件的接合方法，是表示在卷边接合之后实施了摩擦 搅拌接合的情形的立体图。
图11表示以往的板构件的接合方法，是表示在进行了摩擦搅拌接合之后 毛刺暴露于外侧的情形的立体图。
附图标记说明
10、外板(第1板构件)；11、边缘部；12、折回部；13、端面；20、内 板(第2板构件)；21、边缘部；22、端面；30、工具；31、旋转搅拌针；40、 抽出痕迹；41、孔部；42、毛刺；43、旋转搅拌针穿孔痕迹；44、接合痕迹； 50、粘接剂；60、异种材料界面；70、前车门；71、发动机罩；110、外板 (第1板构件)；111、边缘部；112、折回部；120、内板(第2板构件)；121、 边缘部；130、抽出痕迹；131、孔部；132、毛刺；133、穿孔痕迹；140、 异种金属界面；t、内板20的板厚；R、工具30的直径。
具体实施方式
以下，参照图1～图8详细说明本发明的板构件的接合方法的实施方式。
在本实施方式的板构件的接合方法中，使外板(第1板构件)10的边缘 部11的顶端侧部分从内板(第2板构件)20的边缘部21突出并将两边缘部11、 21彼此叠合，在该状态下，使摩擦搅拌接合用的工具30一边旋转一边从内板 20的边缘部21之上插入，使从该工具30的下端突出设置的旋转搅拌针31从内 板20侧咬入到两边缘部11、21中直到到达外板10为止，从而将两边缘部11、 21摩擦搅拌接合(参照图1)，然后，将外板10的边缘部11的顶端侧部折回， 利用该折回部12夹持内板20的边缘部21，将外板10的边缘部11和内板20的边 缘部21彼此卷边接合(参照图2和图3)。与以往的仅利用卷边接合时相比，利 用该接合方法，外板10的边缘部11和内板20的边缘部21之间因摩擦搅拌接合 而牢固地接合。因此，在卷边接合过程中，将外板10的边缘部11弯折时，该 外板10和内板20的对位变容易。由此，在卷边接合之后，在外板10和内板20 之间不会产生丝毫的错位，能够得到精度较高的构件。而且，与焊接相比摩 擦搅拌接合的发热量较小，因此，即使并用摩擦搅拌接合和卷边接合，在卷 边接合之后产生的应变也较小。因而，也不需要矫正该应变的后期工序作业。
并且，通过除了进行卷边接合之外还进行摩擦搅拌接合，板构件的接合 强度变高，因此，即使在卷边接合之后实施的烘烤工序中产生热变形，板构 件之间也不会发生错位。此外，在摩擦搅拌接合部及其附近对卷边接合部施 加的应力大致均匀，因此，外观上的品质良好。
并且，在本实施方式中，在将摩擦搅拌接合所使用的工具30的直径设为 R，将内板20的板厚设为t，将从内板20的端面22到工具30的旋转中心的距离 设为L的情况下，该工具30的旋转中心的位置被设定为满足L≥(R/2+t) 的关系(参照图1和图2)。由此，在摩擦搅拌接合时，即使从工具30对内板20 施加较大的负荷，该内板20的端面22也不会较大程度地向外侧错位或者变形， 能够进行完善的摩擦搅拌接合。
像在以往技术中也已经说明的那样，在本实施方式中，在摩擦搅拌接合 时也形成有工具30的抽出痕迹40(参照图4和图5)。即，在本实施方式中，如 图2～图4所示，在内板20的边缘部21之上形成有作为工具30的抽出痕迹40的 孔部41、毛刺42、旋转搅拌针穿孔痕迹43，且暴露在外部。因此，在本实施 方式中，使外板10的边缘部11的折回部12的端面13位于内板20的边缘部21之 上的比抽出痕迹40靠板构件中央侧A的位置(参照图2)，因此，能够利用外 板10的折回部12可靠地掩盖抽出痕迹40(参照图3)，能够获得从外侧看不到 该抽出痕迹40的良好的外观状态。
此外，在本实施方式中，外板10的边缘部11的折回部12与因摩擦搅拌接 合而在内板20的边缘部21之上产生的毛刺42(优选为所有的毛刺42)接触， 这些毛刺42咬入到外板10的折回部12(参照图2～图5)。由此，外板10的边缘 部11的折回部12不会自内板20的边缘部21错位，因此能够可靠地使板10、20 之间的接合更加牢固。
此外，在本实施方式中，在将内板20的边缘部21重叠在外板10的边缘部 11上时，若在两边缘部11、21之间涂敷粘接剂50(参照图6)，则能够提高板 10、20之间的接合甚至是卷边接合的强度，并且能够利用该粘接剂50，防止 雨水等液体进入到板10、20之间，能够获得较高的耐腐蚀性。图6的(a)表 示在外板的边缘部叠合内板20的边缘部之前在两边缘部之间涂敷了粘接剂50 的情形，图6的(b)表示在摩擦搅拌接合之前内板20的边缘部21被粘接剂50 固定在外板10的边缘部11上的情形，图6的(c)表示在摩擦搅拌接合之后进 行了卷边接合的情形。
另外，本发明在板构件是异种材料的情况下也最为适合，例如，即使在 由碳纤维增强树脂形成内板20的情况下，在卷边接合之后也能够利用外板10 的边缘部11的折回部12覆盖上述那样的摩擦搅拌接合时的抽出痕迹40的毛刺 42等，而获得从外部看不到抽出痕迹40的良好的外观。而且，在这种情况下， 由于在抽出痕迹40上产生的异种材料界面60(参照图2和图3)也被外板10的 边缘部11的折回部12同时堵塞，因此，雨水等成为引起腐蚀的主要因素的液 体难以附着在该界面上，能够防止由异种金属接触腐蚀引起的接合强度降低、 外观品质的降低。
此外，在本实施方式中，在卷边接合之后进行涂装的烘烤时，利用摩擦 搅拌接合预先将外板10的边缘部11和内板20的边缘部21之间牢固地接合在一 起，因此，能够防止由热变形导致在外板10和内板20之间发生错位。
在本实施方式中，在由比外板10硬的材料形成内板20的情况下，能够使 在摩擦搅拌接合时在内板20上产生的毛刺42在卷边接合时可靠地咬入到外板 10的折回部12。而且，此时，毛刺42起到固定效果，能够进一步增大外板10 和内板20之间的接合强度，能够更加可靠地防止外板10和内板20之间的错位。
作为在本实施方式中应用摩擦搅拌接合的部位，在图7的(a)中前车门 70的情况下用黑圆点表示，在图7的(b)中发动机罩71的情况下用黑圆点表 示。在该图中，在前车门70的情况下，在其前方边缘部有2处，在其后方边缘 部有4处，在发动机罩71的情况下，在前后边缘部均有2处，但不言而喻并不 限定于此。
在本实施方式中，也如图6所示，是以点状实施摩擦搅拌接合的，但本 发明并不限定于此，也可以如图8所示以带状实施，都能够获得上述那样的同 样的效果。通过将摩擦搅拌接合特别做成带状，与在相同的范围进行多个点 接合的情况相比，能够扩大接合面积。因此，能够更大幅度地提高板构件之 间接合后的强度和刚性。图8中示出了由摩擦搅拌接合产生的带状的接合痕迹 44。
在本发明中，第1板构件和第2板构件的材质并不限定于金属，只要是碳 纤维增强树脂、其他树脂、甚至是能够用作板构件的材质即可，并没有特别 的限定。
在本发明中，采用了摩擦搅拌接合，但并不限定于此，当然也可以是与 摩擦搅拌接合类似的接合方法。
以上，说明了本发明的实施方式，但本发明并不限定于已说明的实施方 式，能够根据本发明的技术思想进行各种变形和变更。