KR20200039786A

KR20200039786A - 겹침 접합 구조

Info

Publication number: KR20200039786A
Application number: KR1020207008212A
Authority: KR
Inventors: 히로키 후지모토
Original assignee: 닛폰세이테츠 가부시키가이샤
Priority date: 2017-11-01
Filing date: 2018-10-31
Publication date: 2020-04-16
Anticipated expiration: 2038-10-31
Also published as: CN111148907A; JP6973499B2; ES3039526T3; KR102441894B1; CA3078907A1; EP3705735B1; CN111148907B; MX2020004612A; EP3705735A1; US11344969B2; US20200290149A1; WO2019088207A1; JPWO2019088207A1; BR112020005115A2; EP3705735A4

Abstract

본 발명은, 복수의 금속판 부재를 중첩하여 형성된 겹침부를, 기계적 접합 수단 또는 마찰 교반점 접합 수단에 의해 접합한 경우에, 접합 시에 형성된 구멍에 있어서 접합부가 파단되는 것을 억제하는 것이 가능한 겹침 접합 구조를 제공한다. 본 발명의 겹침 접합 구조는, 복수의 판 부재의 겹침부가, 복수의 접합부에 있어서 기계적 접합 수단 또는 마찰 교반점 접합 수단에 의해 점상으로 접합되어 있고, 상기 접합부에는, 적어도 한쪽의 판 부재에, 기계적 접합 수단이 삽입 관통되는 구멍, 혹은 마찰 교반점 접합 수단에 의한 점 접합 시에 형성된 구멍이 존재하고 있는 겹침 접합 구조에 있어서, 상기 판 부재 중 적어도 어느 판 부재의 겹침부에는, 인접하는 접합부 사이에 상기 겹침부의 단부로부터 접합부 방향으로 절결 오목부가 형성되어 있고, 상기 절결 오목부의 내측의 저부는, 상기 구멍의 내경을 K로 한 때, 상기 겹침부의 단부로부터 K 이상 깊은 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 한다.

Description

겹침 접합 구조

본 발명은, 판에서 잘라내진 판 부재, 혹은 판으로 성형된 판 부재가 복수 중첩되고, 그 겹침부가 복수의 비용융 접합부에 의해 접합된 겹침 접합 구조에 관한 것이다.

종래, 자동차 분야에서는, 차체의 조립이나 부품의 설치 등에 스폿 용접이 다용되고 있고, 고강도 강판을 포함하는 복수매의 강판 부재의 접합 등도 스폿 용접으로 행해진다.

그러나, 인장 강도가 780㎫ 이상인 강판을 포함하는 스폿 용접 조인트에서는, 너깃의 인성이 저하되고, 박리 방향의 응력에서는 너깃 단부에 응력이 집중하기 때문에, 강판의 인장 강도가 증가해도, 십자 인장 강도(CTS)가, 증가하지 않거나, 또는 감소한다는 문제가 있다.

이 문제를 해결하는 기술의 하나로서, 모재를 용융시키지 않고 리벳이나 스크루 등의 기계적 접합 수단을 사용하여 복수매의 금속판을 기계적으로 접합하는 기술이 있다. 이 기술을 사용함으로써, 종래보다도 강도 신뢰성이 높은, 자동차 부품을 제조할 수 있을 가능성이 있다.

또한, 자동차의 차체 등에서는, 경량화 등의 목적으로, 강판과 알루미늄판, 혹은 강판과 탄소 섬유 강화 플라스틱(CFRP)판과 같은 이종 재료의 조합을 접합하는 경우가 있다. 이와 같이, 조합하는 재료가, 융점이나 선팽창 계수 등의 물성이 다른 재료인 경우는, 예를 들어 특허문헌 1, 2에 기재된 바와 같이 기계적 접합 수단을 갖고 체결·접합하는 것이 행해지고 있다. 또한, 전기 저항이 낮은 알루미늄판에서는, 저항 스폿 용접 대신에 마찰 교반점 접합이 사용되어 있는 경우도 있다.

일본 특허 공개 제2000-272541호 공보 일본 특허 공개 제2005-119577호 공보

중첩한 복수의 판 부재의 겹침부를, 접합부에 있어서 블라인드 리벳 등의 기계적 접합 수단에 의해 접합하는 경우, 판 부재의 접합부에는 리벳이 삽입 관통하는 구멍이 형성된다. 또한, 겹침부를 마찰 접합 수단에 의해 점 접합하는 경우, 회전 툴측의 판 부재의 접합부에는, 회전 툴 선단의 프로브의 압입흔에 의한 구멍이 잔류한다.

본 발명자의 검토에서는, 겹침부를 기계적 접합 수단이나 마찰 접합 수단에 의해 접합한 겹침 접합 부재에서는, 겹침 접합 부재 전체가 인장 변형을 받으면, 접합부에 형성되어 있는 구멍에 변형이 집중되어, 후술하는 실시예의 인장 시험 결과인 도 19의 시험 No.1에 도시한 바와 같이, 구멍을 기점으로 작은 변형으로 판 부재가 파단되는 문제가 발생했다.

또한, 본 발명에서는, 기계적 접합 수단과 마찰 교반점 접합 수단을 총칭하여 비용융 접합 수단이라고 하는 경우가 있다.

그래서, 본 발명은, 복수의 판 부재를 중첩하여 형성된 겹침부를, 비용융 접합 수단에 의해 접합한 경우에, 접합 시에 형성된 구멍을 기점으로 판 부재가 파단되는 것을 억제하는 것이 가능한 겹침 접합 부재의 겹침 접합 구조를 제공하는 것을 목적으로 한다.

본 발명에서는, 그와 같은 과제에 대하여, 접합부에 형성되어 있는 구멍의 단부에 변형이 집중되지 않도록, 변형을 분산하는 수단에 대하여 검토했다. 그 결과, 판 부재의 겹침부에 있어서, 인접하는 접합부 사이에 겹침부의 단부로부터 접합부측을 향하는 방향으로 절결 오목부를 형성함으로써, 인장 하중에 의한 변형을 분산시키는 구조로 되어, 구멍을 기점으로 하는 겹침 접합 부재의 파괴가 억제된다는 지견을 얻었다.

본 발명은 그와 같은 지견에 기초하여 이루어진 것으로, 그 요지는 이하와 같다.

(1) 복수의 판 부재의 겹침부가, 복수의 접합부에 있어서 기계적 접합 수단 또는 마찰 교반점 접합 수단에 의해 점상으로 접합되어 있고, 상기 접합부에는, 적어도 한쪽의 판 부재에, 기계적 접합 수단이 삽입 관통되는 구멍, 혹은 마찰 교반점 접합 수단에 의한 점 접합 시에 형성된 구멍이 존재하고 있는 겹침 접합 구조에 있어서,

상기 판 부재 중 적어도 어느 판 부재의 겹침부에는, 인접하는 접합부 사이에 상기 겹침부의 단부로부터 접합부 방향으로 절결 오목부가 형성되어 있고,

상기 절결 오목부의 내측 저부는, 상기 구멍의 내경을 K로 한 때, 상기 겹침부의 단부로부터 K 이상 깊은 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 겹침 접합 구조.

(2) 상기 구멍의 단부와 상기 절결 오목부가 형성된 판 부재의 단부 사이의 거리 L이, 상기 구멍의 내경 K에 대하여, L≥0.8K의 관계를 만족시키도록 상기 구멍이 위치하고 있는 것을 특징으로 하는, 상기 (1)에 기재된 겹침 접합 구조.

(3) 상기 구멍은, 상기 적어도 한쪽의 판 부재를 관통하는 관통 구멍인 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 또는 (2)에 기재된 겹침 접합 구조.

(4) 상기 구멍의 단부와 상기 절결 오목부의 단부의 최단 거리가 0.8K 이상인 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (3) 중 어느 한 항에 기재된 겹침 접합 구조.

(5) 상기 절결 오목부는, 적어도 상기 구멍이 존재하고 있는 판 부재에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (4) 중 어느 한 항에 기재된 겹침 접합 구조.

(6) 상기 절결 오목부의 내측 저부는, 상기 겹침부의 단부로부터 1.5K 이상의 범위까지 들어가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (5) 중 어느 한 항에 기재된 겹침 접합 구조.

(7) 상기 절결 오목부의 내측 저부가, 상기 겹침부의 단부에 평행인 평행부를 갖는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (6) 중 어느 한 항에 기재된 겹침 접합 구조.

(8) 상기 평행부의 길이가 0.5K 이상인 것을 특징으로 하는, 상기 (7)에 기재된 겹침 접합 구조.

(9) 상기 절결 오목부가 형성되는 판 부재가, 상기 접합부를 사이에 두고 상기 겹침부의 단부의 반대측에 굽힘부가 형성되고, 단면이 해트 형상인 해트형 부재이고, 상기 절결 오목부는, 상기 해트형 부재의 상기 굽힘부보다 상기 단부측의 범위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (8) 중 어느 한 항에 기재된 겹침 접합 구조.

(10) 상기 판 부재가 강판 부재이고, 상기 절결 오목부는, 인장 강도가 590㎫ 이상인 강판 부재에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (9) 중 어느 한 항에 기재된 겹침 접합 구조.

(11) 상기 기계적 접합 수단은, 블라인드 리벳, 셀프 피어싱 리벳, 드릴 나사, 볼트, 레지스턴스 엘리먼트 웰딩의 어느 것인 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (10) 중 어느 한 항에 기재된 겹침 접합 구조.

(12) 상기 기계적 접합 수단 또는 마찰 교반점 접합 수단에 의한 접합에 더하여, 수지에 의한 접합이 병용되어 있는 것을 특징으로 하는, 상기 (1) 내지 (11) 중 어느 한 항에 기재된 겹침 접합 구조.

본 발명에 따르면, 복수의 금속판 부재나 CFRP판 부재를 비용융 접합 수단에 의해 접합한 경우에, 기계적 접합 수단이 삽입 관통되어 있는 구멍이나, 마찰 교반점 접합 수단에 의한 점 접합 시에 형성된 구멍을 기점으로 하여 접합부가 파단되는 것을 억제할 수 있다.

그 결과, 예를 들어 충돌 시의 탑승자 보호 성능이 우수한 고강도의 자동차용 부품을 제조할 수 있다.

도 1은 본 발명의 겹침 접합 부재의 개략 구성을 설명하기 위한 사시도이다.
도 2는 도 1에 도시하는 겹침 접합 부재를 판 두께 방향으로부터 본 도면이다.
도 3은 도 2에 도시하는 겹침 접합 부재의 종단면도이고, (A)는 화살표 IIIA-IIIA로 도시한 종단면도이고, (B)는 화살표 IIIB-IIIB로 도시한 종단면도이다.
도 4는 본 발명의 효과를 확인하기 위한 인장 시험 전후의 시험편의 상태를 도시하는 사진도이고, (A)는 동일한 시험편 2매를 겹친 시험편을 사용한 경우를 도시하고, (B)는 동일한 시험편 2매를 겹쳐서 블라인드 리벳으로 기계적 접합한 시험편을 사용한 경우를 도시하고, (C)는 (B)의 시험편에 다시 절결 오목부를 마련한 시험편을 사용한 경우를 도시한다.
도 5는 본 발명의 효과를 확인하기 위한 인장 시험 결과를 나타내는 하중-변형 곡선도이다.
도 6은 기계적 접합 수단의 일종인 레지스턴스 엘리먼트 웰딩을 설명하기 위한 도면이다.
도 7은 접합부의 구멍 위치를 설명하기 위한 도면이고, (A)는 겹침부에 있어서의 판 부재의 단부가 일치하는 경우를 도시하고, (B)는 판 부재의 단부가 일치하지 않는 경우(절결 오목부를 형성하는 판 부재의 단부가, 다른 한쪽의 단부보다 접합부측에 위치하는 경우)를 도시한다.
도 8은 판 부재의 겹침부에 마련한 절결 오목부의 다른 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 9는 판 부재의 겹침부에 마련한 절결 오목부의 다른 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 10은 도 9에 도시하는 형태에 관한 겹침 접합 부재(7)의 개략 구성을 설명하는 판 두께 방향으로 본 도면이다.
도 11은 도 9, 도 10에 관한 겹침 접합 부재(7)의 개략 구성을 설명하는 종단면도이고, (A)는 도 10에 있어서 화살표 XA-XA로 도시한 종단면도이고, (B)는 도 10에 있어서 화살표 XB-XB로 도시한 종단면도이다.
도 12는 판 부재의 겹침부에 마련한 절결 오목부의 다른 형태를 설명하기 위한 도면이다.
도 13은 판 부재의 겹침부에 마련한 절결 오목부의 형태를 설명하는 도면이다.
도 14는 판 부재의 겹침부에 마련한 절결 오목부의 다른 형태를 설명하는 도면이다.
도 15는 본 발명의 겹침 접합 구조를, 자동차의 B필러에 적용한 예를 설명하는 도면이고, (A)는 B필러를 도시하는 사시도이고, (B)는 (A)에 있어서 이점 쇄선 B로 나타낸 범위를 확대한 도면을 도시하고 있다.
도 16은 본 발명의 겹침 접합 구조를, 자동차의 루프 레일에 적용한 예를 설명하는 도면이고, (A)는 루프 레일을 도시하는 사시도이고, (B)는 (A)에 있어서 이점 쇄선 B로 나타낸 범위를 확대한 도면을, (C)는 (A)에 있어서 이점 쇄선 C로 나타낸 범위를 확대한 도면을 도시하고 있다.
도 17은 본 발명의 겹침 접합 구조를, 자동차의 범퍼에 적용한 예를 설명하는 도면이고, (A)는 범퍼를 도시하는 사시도이고, (B)는 (A)에 있어서 이점 쇄선 B로 나타낸 범위를 확대한 도면을 도시하고 있다.
도 18은 본 발명의 겹침 접합 구조를, 자동차의 B필러 아우터 인 포스에 적용한 예를 설명하는 도면이고, (A)는 B필러 아우터 인 포스를 도시하는 사시도이고, (B)는 (A)에 있어서 화살표 XVIB-XVIB로 도시한 종단면도이고, (C)는 마찬가지로 화살표 XVIC-XVIC로 도시한 종단면도이다.
도 19는 실시예에 있어서의 인장 시험 전후의 시험편의 상태를 도시하는 사진도이다.

처음에, 겹침 접합 구조로서, 한쪽 판 부재가 해트형 부재이고, 다른 쪽 판 부재가 판상 부재인 예를 사용하여 본 발명의 기본적인 실시 형태에 대하여 설명한다.

겹침 접합 부재(1)는, 도 1, 도 2에 도시한 바와 같이, 판상 부재(10)와, 해트형 부재(20)와, 비용융 접합 수단에 의한 복수의 접합부(접합부)(SP)를 구비하고, 판상 부재(10)의 플랜지부(11)와 해트형 부재(20)의 플랜지부(플랜지편(22))가 중첩된 겹침부를, 블라인드 리벳 등의 기계적 접합 수단이나 마찰 교반점 접합 수단에 의해 접합한 구성으로 되어 있다.

해트형 부재(20)의 플랜지부에는, 인접하는 접합부(SP)와 접합부(SP) 사이에, 겹침부의 외측의 단부(22C)로부터 절결 오목부(22U)가 형성되어 있고, 그것에 의해, 해트형 부재(20)의 플랜지부는, 복수의 플랜지편(22)과, 각 플랜지편(22) 사이를 접속하는 접속부(22A)를 구비하고 있고, 인접하는 플랜지편(22)과 플랜지편(22) 사이에, 절결 오목부(22U)가 형성되어 있는 구성으로 되어 있다.

절결 오목부(22U)는, 도 1, 도 2의 예에서는, 해트형 부재(20)의 플랜지부의 단부(22C)에 개구되고, 인접하는 접합부(SP)의 외주를 단부(22C)와는 반대측에서 접속하여 형성되는 경계선(구멍의 단부를 연결하는 선 X)보다도, 플랜지의 내측으로 들어가 형성되어 있다.

또한, 절결 오목부(22U)는, 도 3의 (A), (B)에 도시한 바와 같이, 해트형 부재(20)의 플랜지부로부터 입상 벽부(21)측에 있어서, 굽힘부(22R)로 이행하는 코너 R의 굽힘 기점(다른 쪽 플랜지 단부)(22B)에 걸리지 않는 범위에 접속부(22A)를 형성하도록 설정되어 있다.

이 겹침 접합 부재(1)는, 플랜지를 구성하는, 판상 부재(10)와 해트형 부재(20)의 어느 한쪽 또는 양쪽이, (a) 강판(예를 들어, 인장 강도가 590㎫ 이상인 고강도 강판)을 냉간에 의해 프레스 성형한 강판 부재, 또는 (b) 핫 스탬프재용 강판을 핫 스탬프에 의해 성형함으로써 마르텐사이트 조직이 발생한 핫 스탬프재(예를 들어, 인장 강도가 1200㎫ 이상인 강판 부재)로 되어 있다.

또한, 한쪽을 알루미늄재이고 다른 쪽이 상기 (a)나 (b)의 강판으로 하는 것, 혹은 양쪽을 알루미늄재로 할 수도 있다. 마찬가지로, 한쪽이 CFRP재이거나, 양쪽이 CFRP재여도 된다.

이상과 같이, 복수의 판 부재의 겹침부가 비용융 접합되는 경우, 적어도 어느 부재의 접합부에 기계적 접합 수단이 삽입 관통되는 구멍이나 마찰 교반점 접합에 수반하는 구멍이 존재한다. 예를 들어, 차량의 차체 구조 부재의 강판 부재의 접합에 비용융 접합을 적용한 경우, 충돌 입력 시의 하중 부하에 의해 구멍의 에지에 변형 집중이 발생하여, 파단이 일어나기 쉽다.

그러나, 겹침 접합 부재(1)는, 겹침부의 비용융 접합 수단(접합부) 사이에 절결 오목부(22U)가 형성되어 있으므로, 해당 겹침 접합 부재(1)에 외력이 가해져 화살표 F 방향의 인장 응력이 발생했다고 해도, 절결 오목부가 인장 하중에 의한 부하, 변형을 분산시킬 수 있으므로(즉, 절결 오목부가 변형을 흡수하여, 파단까지의 연신율을 증가시킬 수 있으므로), 구멍을 기점으로 하여 접합 부재가 파단되는 것이 억제되어, 접합 부재의 성능을 충분히 발휘할 수 있게 된다.

그와 같은 절결 오목부의 효과는, 상세는 후술하는 실시예에서 나타내지만, 이하와 같은 실험에 의해 확인했다.

즉, 도 4에 도시하는 인장 시험 전의 시험편 (A), (B), (C)를 준비했다.

각 시험편에는, 인장 강도가 980㎫와 590㎫인 냉연 강판으로 이루어지고, 중앙부가 잘록한 형상의 강판 모재를 2매 겹쳐서 사용했다.

(A)의 시험편은, 모재를 단순히 2매 겹친 것, (B)의 시험편은, 중앙부 좌측 근처의 위치에서 블라인드 리벳에 의해 모재를 접합한 것으로, 기계적 접합에 의한 구멍이 형성되어 있는 것이고, (C)의 시험편은, (B)의 시험편의 블라인드 리벳의 우측에 절결 오목부를 마련한 것이다.

시험편 (A) 내지 (C)를 사용하여 인장 시험을 행하였다.

도 4에, 인장 시험 후의 시험편의 파단 상태를 도시함과 함께, 도 5에, 시험편에 각각 인장 하중을 부여한 경우의 하중-변형 곡선도를 도시한다.

도 4에 도시한 바와 같이, 절결 오목부를 마련하고 있지 않은 시험편 (B)가, 접합부의 구멍을 중심으로 하여 파단된 것에 비해, 절결 오목부가 마련된 시험편 (C)에서는, 절결 오목부의 코너부 근방을 기점으로 파단되어 있고, 인장 하중에 대하여 파단의 발생하는 변형량도, 도 5에 도시한 바와 같이, 시험편 (B)에 비해 시험편 (C)에서는 크게 증가하는 것이 확인되었다.

이것은, 시험편 (C)에서는, 인장 하중이 부하된 때에, 블라인드 리벳을 통과시키는 구멍의 에지에 변형이 집중되는 것이 억제되었기 때문에, 겹침 접합 부재가 파단되는 변형량이 증대된 것이다. 이와 같은 기구에 의해, 기계적 접합부에 마련된 구멍의 에지가 기점으로 되어 적은 변형에 의해 파단이 일어나는 것이 억제된다고 생각된다.

이상과 같이, 본 발명은, 복수의 판 부재를 기계적 접합 수단이나 마찰 교반점 접합 수단에 의해 겹침 접합할 때, 기계적 접합 수단이나 마찰 교반점 접합 수단에 의한 접합부 사이에 절결 오목부를 형성하는 것이지만, 이하, 본 발명을 구성하는 개개의 요건 및 바람직한 요건에 대하여 다시 설명한다.

<겹침 접합 부재>

본 발명의 겹침 접합 부재는, 복수의 판 부재를 중첩하고, 그 겹침부에서 판 부재끼리를 기계적으로 접합하거나, 혹은 마찰 교반점 접합 수단에 의해 접합한 구성으로 되어 있다. 예를 들어, 도 1, 도 2에 도시한 바와 같이, 판상 부재(판 부재)(10)의 플랜지부(플랜지 상당부)(11)와, 해트형 부재(판 부재)(20)의 플랜지부(플랜지편(22)과 그 접속부(22A)로 이루어짐)를 중첩하고, 플랜지부(11)와 복수의 플랜지편(22)을 중첩한 겹침부에서 기계적 접합 수단에 의한 접합부(SP)에 의해 금속판 부재를 접합하고 있다.

그와 같은 겹침 접합 부재는, 예를 들어 자동차용 차체를 구성하는 모노코크 보디나 모노코크 보디를 구성하는 A필러, B필러 등의 자동차용 부품(Assy 부품)을 비롯한 다양한 구조물의 형성에 적용된다.

판 부재로서는, 강판이나 알루미늄판 등의 금속판이나 CFRP판으로부터 소정 형상으로 잘라내진 판상 부재가 사용되고, 또한 그 판상 부재로 소정 형상으로 성형된 성형 부재도 사용된다. 판상 부재나 성형 부재를 복수 조합하여 적어도 일부에서 중첩하고, 그 겹침부에서 비용융 접합 수단(기계적 접합 수단이나 마찰 교반점 접합 수단)에 의해 접합된다.

판 부재의 겹침부는, 일반적으로, 판 부재의 에지에 다른판 부재와의 접합 여유부로서 형성되는 플랜지(겹침부)이지만, 플랜지에 한정되는 것은 아니고, 플랜지와 형상부 등(플랜지 이외의 부분)을 중첩한 부분에 비용융 접합 수단에 의해 접합된 것이어도 된다.

중첩하는 판 부재의 매수는, 통상은 2 내지 3매이지만 그 이상의 매수의 중첩도 가능하다.

또한, 판 부재의 판 두께에 제한을 설정할 필요는 없지만, 실용적인 관점에서 말하면, 금속판 부재에서는, 하한은 0.5㎜로 할 수 있고, 상한은 2.6㎜로 하는 것이 적합하다. CFRP에서는, 하한은 0.3㎜로 할 수 있고, 상한은 4.0㎜로 하는 것이 적합하다.

판 부재에는 다양한 것을 사용할 수 있지만, 강판 부재에서는, 냉간 프레스 성형품이나, 핫 스탬프용 강판을 오스테나이트 온도 이상으로 가열하고, 수랭 금형으로 성형하면서 ?칭함으로써 강도를 높인, 인장 강도가 1200㎫ 이상인 핫 스탬프 성형품이 예시된다. 또한, 인장 강도가 1200㎫ 이상인 핫 스탬프 성형품을 열처리하여 기계적 접합을 실시하는 부분의 강도를 590㎫ 정도까지 저하시킴으로써, 관통 구멍을 뚫기 쉽게 한 핫 스탬프 성형품을 사용해도 된다.

상기한 강판 부재와 중첩되는 강판 부재는, 인장 강도가 1200㎫ 이상인 고강도 강판이나 핫 스탬프재를 사용한 것이어도 되고, 인장 강도가 270㎫ 내지 980㎫인 강판을 사용한 것이어도 된다. 또한, 강판은, 냉연 강판이어도 되고, 열연 강판이어도 된다.

또한, 강판의 경우에는, 표면에 도금이 되어 있지 않은 비도금 강판 혹은 합금화 용융 아연 도금(GA 도금), 용융 아연 도금(GI 도금), 전기 아연 도금(EG), Zn-Al 도금, Zn-Al-Mg 도금 등의 아연계 도금으로 피복된 강판, 또한 알루미늄 도금 강판 등이 대상으로 되어도 된다. 핫 스탬프재의 경우에는, 비도금, 알루미늄 도금 혹은 철과 알루미늄의 금속간 화합물, 혹은 철 아연 고용층과 산화아연층에 의해 피복된 강판 부재, 철 아연 니켈의 고용층과 산화아연층에 의해 피복된 강판 부재가 대상으로 되어도 된다.

기계적 접합에서는, 용접에 적합하지 않은 재료의 접합도 가능하고, 예를 들어 알루미늄재를 복수 조합한 구조 부재나 알루미늄재와 강재를 조합한 구조 부재에 적용이 가능하다. 나아가, 금속 부재 대신에 CFRP재를 사용한 구조 부재에도 적용이 가능하다.

마찰 교반점 접합에서도, 용접에 적합하지 않은 재료의 접합도 가능하고, 예를 들어 알루미늄재를 복수 조합한 구조 부재나 알루미늄재와 강재를 조합한 구조 부재에 적용이 가능하다.

<비용융 접합 수단>

판 부재의 겹침 접합에 사용되는 비용융 접합에는, 기계적 접합과 마찰 교반점 접합이 있다.

기계적 접합 수단으로서는, 블라인드 리벳, 셀프 피어싱 리벳(자기 천공 리벳), 중공 리벳, 드릴 나사, 볼트, EJOWELD(등록 상표), FDS(등록 상표) 등이 사용된다. 기계적 접합에서는, 블라인드 리벳 등과 같이 중첩한 금속판 부재를 모두 관통하는 경우와, 셀프 피어싱 리벳 등과 같이 중첩한 금속판 부재의 일부는 관통하지 않는 경우가 있지만, 어느 경우라도 본 발명을 적용할 수 있다.

또한, 기계적 접합 수단으로서, 레지스턴스 엘리먼트 웰딩(Resistance Element Welding; REW)이 사용되어도 된다. 이 REW는, 도 6에 도시한 바와 같이, 판 두께 방향으로 관통하는 구멍(215)이 형성된 상판(210)(예를 들어, 알루미늄 합금판)과, 하부판(220)(예를 들어, 보론 강 등의 강판)을 중첩하여 판조(200)를 형성함과 함께, 상판(210)의 구멍(215)에 강제의 플랜지를 갖는 리벳(250)을 삽입하고, 또한 상측 전극(230) 및 하측 전극(240)을 사용하여, 판조(200)의 플랜지를 갖는 리벳(250)에 대응하는 부분을 끼움 지지하면서(도 6의 (A)를 참조), 소정의 전류값으로 판조(200)를 통전함으로써, 플랜지를 갖는 리벳(250)의 선단 부분과 하부판(220)의 접촉 부분을 용융하여 너깃(255)을 형성하는 접합 수단이다(도 6의 (B)를 참조).

이와 같이, REW는, 부분적으로 용융 접합 수단을 이용하기는 하지만, 본질적으로는 플랜지를 갖는 리벳(250)이라는 기계적 요소를 이용한 접합 수단이기 때문에, 이와 같은 접합 수단도 기계적 접합 수단으로서, 본 발명에 적합하게 사용할 수 있다.

마찰 교반점 접합으로서는, 선단에 프로브를 갖는 회전 툴을 사용한 점 접합에 적용할 수 있다. 그 경우, 프로브의 압입에 의해 판 두께의 80％ 이상의 깊이의 구멍이 형성되는 경우에 적용되는 것이 바람직하다.

또한, 중첩면에 수지를 개재시켜 해당 수지에 의한 접합을 병용하는 경우, 예를 들어 중첩면에 접착제(예를 들어, 에폭시 수지계 접착제 등)을 개재시켜 접착제에 의한 접합을 병용하는 경우나, 중첩면에 시일용 수지(실러)를 개재시켜 이음매를 방수 내지 절연하는 경우 등에도, 본 발명을 적용할 수 있다. 중첩면에 구조용 접착제나 내충격형의 접착제를 개재시켜 접착제에 의한 접합을 병용하는 것은, 본 발명의 적합한 형태이다. 특히, 알루미늄재와 강재를 조합한 구조 부재의 경우는, 전기적으로 절연할 수 있는 시일 기능을 갖는 수지나 접착제의 병용이 바람직하다.

<접합부의 위치>

접합부의 위치는, 접합부에 형성되는 구멍의 위치가 판 부재의 단부에 너무 가까운 경우는, 구멍에서 파단될 위험성이 높아지므로, 구멍(30)의 단부와 절결 오목부(22U)를 형성한 판 부재의 단부(22C) 사이의 최단 거리를 도 7의 (A), (B)에 도시한 바와 같이 L로 하고, 최단 거리 L이 구멍의 내경(원 상당 직경) K에 대하여, L≥0.8K의 조건을 만족시키는 위치에 구멍이 마련되는 것이 바람직하다. 또한, 후술하는 도 9, 도 10에 도시하는 예와 같이, 복수의 중첩되는 판 부재의 에지에 절결 오목부가 형성되는 경우에는, 절결 오목부가 형성되는 판 부재의 모두에 대하여 L≥0.8K의 조건을 만족시키도록 하는 것이 바람직하다.

또한, 구멍(30)의 단부와 플랜지편(22)의 단부(절결 오목부(22U)의 단부)의 최단 거리 M(도 7의 (A)를 참조)도, 0.8K 이상인 것이 바람직하고, 더욱 바람직하게는, 1.5K 이상이다.

접합부의 피치(인접하는 접합부간의 간격)는, 통상, 20㎜ 내지 100㎜ 정도이지만, 이것에 한정되는 것은 아니고, 대상으로 되는 구조물이나 그 부위에 따라 적절히 설정하면 된다.

또한, 본 발명에 있어서, 접합부에 형성되는 상기 구멍은, 당해 구멍이 형성되는 판 부재를 관통하지 않는 비관통 구멍이어도 되고, 적어도 한쪽의 판 부재를 관통하는 관통 구멍이어도 된다.

<절결 오목부>

[절결 오목부의 기본 양태]

절결 오목부(22U)는, 겹침부를 구성하는 플랜지부 등의 에지부에 개구되어, 예를 들어 해트형 부재에서는, 절결 오목부(22U)는, 플랜지부를 두께 방향으로 관통하여 형성되어 있고, 플랜지부의 단부로부터 인접 배치된 기계적 접합 수단에 의한 접합부(SP)끼리의 사이에 위치하는 영역의 플랜지 폭 방향의 일부, 혹은 해트형 부재의 굽힘부의 기점(도 2 등에 있어서 일점 쇄선부로 나타내는 굽힘 기점(22B) 근방(굽힘부(22R)로 이행하는 코너 R의 초입까지 연신된 구성으로 되어 있다. 또한, 절결 오목부(22U)와 해트형 부재의 굽힘부 사이에는, 접속부(22A)가 형성되어 있다.

절결 오목부는, 도 1, 도 2의 예와 같이, 인접하는 접합부 사이마다 형성하지만, 접합부를 다수 마련하는 경우(접합부의 간격이 좁은 경우) 등에 있어서는, 도 8의 예와 같이 절결 오목부가 형성되어 있지 않은 개소를 마련할(즉, 길이 방향으로 인접하는 절결 오목부 사이에, 2개 이상의 접합부를 마련할) 수 있다.

도 8의 예에서는, 플랜지편(271) 및 플랜지편(272)은, 겹침 접합 부재(1E)의 길이 방향을 따라 교대로 복수 형성되어 있고, 인접 배치된 플랜지편(271) 및 플랜지편(272) 사이에는, 절결 오목부(27U)가 형성되어 있다.

플랜지편(271)은, 길이 방향의 양측에 절결 오목부(27U)가 형성되어 있고, 하나의 접합부(SP)가 형성 가능한 크기로 되어 있다. 플랜지편(272)은, 길이 방향의 양측에 절결 오목부(27U)가 형성되어 있고, 2개(복수)의 접합부(SP)가 형성 가능한 크기로 되어 있다.

[절결 오목부의 형성 개소]

또한, 절결 오목부는, 중첩되는 판 부재의 적어도 하나의 판 부재에 형성한다. 도 9, 도 10의 예과 같이, 겹침부의 모든 판 부재에 마련할 수도 있다.

3매 겹침의 부재에 있어서는, 절결 오목부를 1매의 판 부재 또는 2매의 판 부재에 대하여 형성해도 되고, 3매의 판 부재에 대하여 형성해도 된다. 셀프 피어싱 리벳의 경우는, 관통 구멍이 형성되어 있지 않은 판 부재를 포함하는 중첩한 모든 판 부재에 절결 오목부를 형성해도 되고, 접합 시에 관통 구멍이 형성된 판 부재에만 절결 오목부를 형성해도 되고, 관통 구멍이 형성된 판 부재 중, 인장 강도×판 두께가 높은 판 부재에만 절결 오목부를 형성해도 된다.

또한, 본 발명의 효과가 보다 확실하게 얻어지는 점에서, 절결 오목부는, 적어도 상기 구멍이 존재하고 있는 판 부재에 형성되어 있는 것이 바람직하다.

도 9, 도 10의 예에서는, 겹침 접합 부재(7)는, 제1 해트형 부재(판 부재)(710)와, 제2 해트형 부재(판 부재)(720)와, 기계적 접합 수단에 의한 접합부(접합부)(SP)를 구비하고, 제1 해트형 부재(710)의 플랜지부와, 제2 해트형 부재(720)의 플랜지부가 중첩된 겹침부를 기계적 접합 수단(MJ)에 의해 접합한 구성으로 되어 있다.

제1 해트형 부재(710)의 플랜지부에는, 플랜지편(712)과, 인접 배치된 플랜지편(712)끼리를 접속하는 접속부(712A)를 구비하고 있고, 인접하는 플랜지편(712)과 플랜지편(712) 사이에는, 절결 오목부(712U)가 형성되어 있다. 또한, 제2 해트형 부재(720)의 플랜지부에도 마찬가지로, 접속부(722A)와, 인접하는 플랜지편(722)과 플랜지편(722) 사이의 절결 오목부(722U)가 형성되어 있다. 그리고, 겹침부에 있어서, 절결 오목부(712U)와 절결 오목부(722U)는 겹치도록 형성되어 있다.

또한, 이 예에서는, 제1 해트형 부재(710)의 입상 벽부(711)와, 제2 해트형 부재(720)의 입상 벽부(721)는, 도 11의 (A), (B)에 도시한 바와 같이, 입상 벽부(711)가 입상 벽부(721)보다도 내측에 위치되고, 어긋난 배치로 되어 있다.

그리고, 절결 오목부(712U)는, 제1 해트형 부재(710)의 플랜지부로부터 입상 벽부(711)측에 있어서, 굽힘부(711R)로 이행하는 코너 R의 굽힘 기점(712B)에 걸리지 않는 범위에 있어서, 플랜지부의 접속부(712A)가 형성되도록 설정되어 있다. 또한, 절결 오목부(722U)도 마찬가지로, 제2 해트형 부재(720)의 플랜지부로부터 입상 벽부(721)측에 있어서, 굽힘부(722R)로 이행하는 코너 R의 굽힘 기점(722B)에 걸리지 않는 범위에 있어서, 플랜지부의 접속부(722A)가 형성되도록 설정되어 있다.

굽힘 기점(722B)은, 굽힘 기점(712B)보다도 플랜지부의 폭 방향 외측에 위치되어 있고, 도 10에 있어서, 일점 쇄선으로 나타낸 위치에 형성되어 있다. 또한, 절결 오목부(712U)는, 굽힘 기점(712B)보다도 플랜지부의 폭 방향 외측의 범위에 형성되어 있다.

[절결 오목부의 형상]

절결 오목부는, 도 1에서는, 겹침부에 있어서의 판 부재 단부의 개구측이 길고, 판 부재 내부의 저부측이 짧은 사다리꼴 형상으로 형성되어 있지만, 본 발명에 있어서는 이와 같은 형상에 한정되지 않고, 절결 오목부는, 겹침부에 있어서의 판 부재 단부의 개구측이 짧고, 판 부재 내부의 저부측이 긴 역사다리꼴 형상으로 형성되어 있어도 되고, 또한 도 12에 도시한 바와 같은 측변이 평행한 일본어 コ자상(직사각 형상)으로 형성되어 있어도 된다.

절결 오목부의 각 코너는, 곡선으로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 절결 오목부의 내측 저부에는, 겹침부의 단부(22C)에 대하여 평행 방향의 평행부를 갖는 것이 바람직하다. 평행부의 길이는, 접합부의 구멍 내경을 K로 한 때, K의 0.5배 이상의 길이로 설정할 수 있고, 바람직하게는 K의 1배 이상이고, 보다 바람직하게는 K의 2배 이상이고, 더욱 바람직하게는 3배 이상, 보다 최적으로는 4배 이상이다.

[절결 오목부의 형성 깊이]

절결 오목부(22U)의 내측 저부의 위치(오목부의 깊이)에 대해서는, 적용하는 판 부재의 구조나 상정하고 있는 부하 응력 등에 따라 적절히 설정할 수 있지만, 구멍의 내경 K에 대하여, 적어도 겹침부의 외측의 단부(22C)로부터 K 이상 단부와는 반대측(내측)에 형성될 필요가 있다. 보다 바람직하게는, 1.2K 이상이고, 더욱 바람직하게는, 저부가 구멍의 단부보다 내측이 되는 1.5K 이상이다.

또한, 최대 깊이는, 적어도 겹침부의 한쪽이 플랜지인 경우는, 플랜지의 굽힘부의 기점(일점 쇄선으로 나타내는 굽힘 기점(22B))까지의 깊이로 할 수 있다.

절결 오목부가, 예를 들어 판 부재의 플랜지 폭에 대하여 1/2 이상의 범위까지 들어가 형성되어 있는 경우는, 접합부끼리 사이의 영역은 단부측으로부터 1/2 이상의 폭에 있어서는 인장 응력이 분산되어, 접합부끼리 사이에서 전달되는 인장 응력이 1/2 이하로 되는 것이 기대되고, 또한 절결 오목부가 형성되어 있지 않은 접속된 영역(접속부(22A))이 분산된 인장 응력에 대한 내력을 제공한다. 절결 오목부가, 플랜지의 폭 방향의 모두를 포함하여 형성되어 있는 경우는, 접합부끼리 사이에 인장 응력이 작용하는 것은 없어진다

겹침부가 플랜지 부분이 아닌 경우나, 겹침 접합 부재 전체의 폭이 좁은 경우는, 절결 오목부의 형성 깊이는, 절결 오목부를 마련함으로써 겹침 접합 부재 전체의 강도에 대한 영향을 고려하여 결정할 필요가 있다.

절결 오목부의 형성 깊이의 일례를, 도 13의 (A) 내지 (D)에 도시한다.

도 13의 (A)는, 절결 오목부(24U)의 내측 저부가, 접합부(SP)에 형성된 구멍의 내측의 단부를 연결하는 선 X를 초과한 깊이에 위치하는 경우의 겹침 접합 부재(1A)를 도시하고, 도 13의 (B)는, 상기 내측 저부가, 접합부(SP)에 형성된 구멍의 중심을 연결하는 선 Y에 일치하는 깊이에 위치하는 경우의 겹침 접합 부재(1B)를 도시하고 있다.

도 13의 (C)는, 절결 오목부(24U)의 내측 저부가, 상기 선 Y와 접합부(SP)에 형성된 구멍의 외측의 단부를 연결하는 선 Z의 중간에 위치하는 경우의 겹침 접합 부재(1C)를 도시하고, 도 13의 (D)는, 겹침 접합 부재 전체의 폭(인장 응력이 발생하는 방향(화살표 F)에 대하여 직각 방향의 부재의 폭)이 충분하지 않고, 상기 내측 저부가, 상기 선 Z보다도 플랜지 단부(24C) 근처에 위치하는 경우의 겹침 접합 부재(1D)를 도시하고 있다.

도 13의 예에서는, 인접하는 절결 오목부의 깊이가 모두 동일한 경우를 도시하고 있지만, 인접하는 절결 오목부의 깊이가 다르도록 형성할 수도 있다.

절결 오목부의 깊이가 상이한 일례를, 도 14의 (A) 내지 (C)에 도시한다.

도 14의 (A)는, 상기 도 13의 (A)의 절결 오목부와 (B)의 절결 오목부가 혼재되어 있는 경우의 겹침 접합 부재(1E)를 도시하고 있다. 즉, 플랜지편(25)은, 겹침 접합 부재(1E)의 길이 방향을 따라 복수 형성되어 있고, 인접 배치된 플랜지편(25)와 플랜지편(25) 사이에는, 상기 도 13의 (A)에 해당하는 절결 오목부(251U)와 도 13의 (B)에 해당하는 절결 오목부(252U)가 교대로 형성되어 있다.

도 14의 (B)는, 상기 도 13의 (A)와 (B)의 절결 오목부의 중간의 깊이의 절결 오목부와, 상기 도 13의 (B)의 절결 오목부가 혼재되어 있는 경우의 겹침 접합 부재(1F)를 도시하고 있다. 즉, 플랜지편(26)은, 겹침 접합 부재(1F)의 길이 방향을 따라 복수 형성되어 있고, 인접 배치된 플랜지편(26)과 플랜지편(26) 사이에는, 선 X에 일치하는 깊이의 절결 오목부(261U)와 상기 도 13의 (B)에 해당하는 절결 오목부(262U)가 교대로 형성되어 있다.

도 14의 (C)는, 상기 도 14의 (A)와 (B)를 합한 경우의 겹침 접합 부재(1G)를 도시하고 있다. 즉, 플랜지편은, 겹침 접합 부재(1G)의 길이 방향을 따라 복수 형성되어 있고, 인접 배치된 플랜지편(281)과 플랜지편(282) 사이에는, 상기 도 13의 (A)에 해당하는 절결 오목부(281U)가 형성되고, 인접 배치된 플랜지편(282)과 플랜지편(283) 사이에는, 선 X에 일치하는 깊이의 절결 오목부(282U)가 형성되고, 플랜지편(283)과 플랜지편(284) 사이에는, 상기 도 13의 (B)에 해당하는 절결 오목부(283U)가 형성되어 있다.

<자동차 차체 구조에 대한 적용>

이하, 도 15 내지 도 18을 참조하여, 이상 설명한 본 발명의 (복수의 금속판 부재로 이루어짐) 겹침 접합 구조를, 자동차용 차체를 구성하는 모노코크 보디의, 측면 충돌이 발생한 경우에 캐빈 내의 탑승자를 보호하는 중요 부재(자동차용 부품)에 적용하는 예를 설명한다.

[제1 적용예]

이 예는, 본 발명의 겹침 접합 구조를 자동차 차체 구조의 B필러(3)에 적용한 예이고, 도 15의 (A)는 B필러를 도시하는 사시도이고, 도 15의 (B)는, (A)에 있어서 이점 쇄선 B로 나타낸 범위를 확대한 도면을 도시하고 있다. 또한, 도 15의 (B)에서는, 외측에 배치되는 아우터 패널을 생략한 형태로 도시하고 있다.

B필러(겹침 접합 부재)(3)는, 도 15의 (A)에 도시한 바와 같이, 예를 들어 차체의 높이 방향으로 연장된 이너 인 포스(제1 구조 부재)(310)와, 대략 해트형 단면을 갖는 아우터 인 포스(제2 구조 부재)(320)를 구비하고, 그 외측에 아우터 패널(도시 생략)을 구비하고, 또한 이너 인 포스(310)의 플랜지부(311)에, 아우터 인 포스(320)와 아우터 패널이, 예를 들어 셀프 피어싱 리벳 등의 기계적 접합 수단에 의한 접합부(SP)에 의해, 3매 겹쳐서 연결되어 있다. 또한, 아우터 패널과 아우터 인 포스의 겹침면 및 아우터 인 포스와 이너 인 포스의 접합에 있어서는, 변형 분산을 위해 접착제를 병용해도 된다. 특히 아우터 패널이 알루미늄인 경우는, 접착제의 병용이 바람직하다.

아우터 인 포스(320)는, 도 15의 (B)에 도시한 바와 같이, 복수의 플랜지편(322)과, 인접하는 플랜지편(322)을 접속하는 접속부(322A)를 구비하고, 인접하는 플랜지편(322) 사이에는 절결 오목부(322U)가 형성되어 있다. 절결 오목부(322U)의 내측 저부는, 접합부(SP)보다도 내부의 위치까지 형성된다.

또한, 이너 인 포스(310)와, 아우터 인 포스(320)의 어느 한쪽 또는 양쪽은, 예를 들어 고강도 강판(예를 들어, 인장 강도가 590㎫ 이상인 고강도 강판)을 냉간에 의해 프레스 성형한 강판 부재, 또는 핫 스탬프재용 강판을 핫 스탬프에 의해 성형함으로써 마르텐사이트 조직이 발생한 핫 스탬프재(예를 들어, 인장 강도가 1200㎫ 이상인 강판 부재)로 되어 있다. 또한, 아우터 인 포스의 외측에 마련되는 아우터 패널은, 동일한 강판 혹은 알루미늄판이 성형된 부재로 되어 있다.

또한, 도 15에 있어서의 화살표 F는, B필러(3)가 충돌 등에 의해 외력을 받은 경우에 발생하는 인장 응력(상정 인장 응력)의 방향을 나타내고 있다. 자동차용 구조 부재(자동차용 부품)가 충돌에 의해 굽힘 방향의 외력을 받는 부재인 경우, 충돌에 의해 발생하는 응력은, 자동차용 구조 부재(자동차용 부품)에 대하여 캐빈의 내측과 외측을 연결하는 방향으로 작용하고, 인장 응력은, 대략 길이 방향을 따른 방향으로 발생한다.

<제2 적용예>

이 예는, 본 발명의 겹침 접합 구조를, 루프 레일(4)을 포함하는 자동차 구조 부재(자동차 부품)에 적용한 예이고, 도 16의 (A)는 루프 레일(4)을 도시하는 사시도이고, 도 16의 (B)는, 도 16의 (A)에 있어서 이점 쇄선 B로 나타낸 범위를 확대한 도면을, 아우터 패널을 투시하여 도시하고, 도 16의 (C)는, 도 16의 (A)에 있어서 이점 쇄선 C로 나타낸 범위를 확대한 도면을 도시하고 있다.

루프 레일(겹침 접합 부재)(4)은, 도 16의 (A)에 도시한 바와 같이, 예를 들어 차체의 길이 방향을 따라 연장되고, A 필러에 접속됨과 함께, 길이 방향 중앙으로부터 높이 방향으로 연장되어, B필러에 접속되어 있다.

루프 레일(겹침 접합 부재)(4)은, 이너 인 포스(제1 구조 부재)(410)와, 대략 해트형 단면을 갖는 아우터 인 포스(제2 구조 부재)(420)와, 그 외측의 아우터 패널(도시 생략)을 구비하고, 또한 이너 인 포스(410)의 플랜지부(411)에, 아우터 인 포스(420)와 아우터 패널이, 예를 들어 기계적 접합 수단에 의한 접합부(SP)에 의해 연결되어 있다. 또한, 아우터 패널과 아우터 인 포스의 겹침면 및 아우터 인 포스와 이너 인 포스의 접합에 있어서는, 접착제를 병용해도 된다. 특히 아우터 패널이 알루미늄인 경우는, 접착제의 병용이 바람직하다.

아우터 인 포스(420)는, 도 16의 (B), (C)에 도시한 바와 같이, 루프 레일(4)을 따라 형성된 복수의 플랜지편(422)과, 인접하는 플랜지편(422)을 접속하는 접속부(422A)와, B필러를 따라 형성된 복수의 플랜지편(424)과, 인접하는 플랜지편(424)을 접속하는 접속부(424A)를 구비하고 있고, 인접하는 플랜지편(422) 사이에는 절결 오목부(422U)가 형성되고, 인접하는 플랜지편(424) 사이에는 절결 오목부(424U)가 형성되어 있다.

또한, 이너 인 포스(410)와, 아우터 인 포스(420)의 어느 한쪽 또는 양쪽은, 제1 적용예와 동일한 강판 부재, 또는 핫 스탬프재로 되어 있다. 또한, 아우터 패널은, 강판 혹은 알루미늄판이 성형된 부재로 되어 있다.

또한, 도 16의 (B)에 있어서의 화살표 F는, 루프 레일(4)이 측면 충돌 등에 의해 외력을 받은 경우에 발생하는 인장 응력(상정 인장 응력)의 방향을, 도 16의 (C)에 있어서의 화살표 F는, B필러가 충돌 등에 의해 외력을 받은 경우에 발생하는 인장 응력(상정 인장 응력)의 방향을 나타내고 있다.

<제3 적용예>

이 예는, 본 발명의 겹침 접합 구조를 범퍼(자동차 구조 부재, 자동차 부품)(5)에 적용한 예이고, 도 17의 (A)는 범퍼를 도시하는 사시도이고, 도 17의 (B)는, 도 17의 (B)에 있어서 이점 쇄선 B로 나타낸 범위를 확대한 도면을 도시하고 있다.

범퍼(겹침 접합 부재)(5)는, 도 17의 (A)에 도시한 바와 같이, 예를 들어 차체의 폭 방향을 따라 연장되어 형성되어 있고, 범퍼 이너 인 포스(제1 구조 부재)(510)와, 절결 오목부가 형성된 해트형 단면을 갖는 범퍼 아우터 인 포스(제2 구조 부재)(520)를 구비하고, 또한 범퍼 이너 인 포스(510)의 플랜지(511)에 범퍼 아우터 인 포스(520)가, 예를 들어 기계적 접합 수단에 의한 접합부(SP)에 의해 연결되어 있다.

범퍼 아우터 인 포스(520)는, 도 17의 (B)에 도시한 바와 같이, 범퍼 이너 인 포스(510)의 플랜지(511)를 따라 형성된 복수의 플랜지편(522)과, 인접하는 플랜지편(522)을 접속하는 접속부(522A)를 구비하고 있고, 인접하는 플랜지편(522) 사이에는 절결 오목부(522U)가 형성되어 있다.

범퍼 이너 인 포스(510)와, 범퍼 아우터 인 포스(520)의 어느 한쪽 또는 양쪽은, 제1 적용예와 동일한 강판 부재, 또는 핫 스탬프재로 되어 있다.

또한, 도 17의 (B)에 있어서의 화살표 F는, 범퍼(5)가 충돌 등에 의해 외력을 받은 경우에 발생하는 인장 응력(상정 인장 응력)의 방향을 나타내고 있다.

<제4 적용예>

이 예는, 본 발명의 겹침 접합 구조를 자동차의 B필러 아우터 인 포스(6)에 적용한 예를 나타내고 있고, 도 18의 (A)는 B필러 아우터 인 포스를 도시하는 사시도이고, 도 18의 (B)는, 도 18의 (A)에 있어서 화살표 XVIB-XVIB로 도시한 종단면도이고, 도 18의 (C)는, 마찬가지로 화살표 XVIC-XVIC로 도시한 종단면도이다.

해트형 단면을 갖는 B필러 아우터 인 포스(610)의 내측에, 채널형 단면을 갖는 보강 부재(620)가 배치되고, 양자의 벽면이, 예를 들어 기계적 접합 수단에 의한 접합부(SP)에 의해 연결되어 있다. 보강 부재(620)의 측벽(621)의 단부는, B필러 아우터 인 포스(610)의 기립벽(611)의 도중에 위치하고 있다.

보강 부재(620)의 측벽(621)에는, 절결 오목부(622U)가 마련되고, 복수의 측벽편(622)과, 인접하는 측벽편(622)을 접속하는 접속부(622A)를 구비하고 있고, 인접하는 측벽편(622) 사이에는 절결 오목부(622U)가 형성되어 있다.

B필러 아우터 인 포스(610)와 보강 부재(620)의 어느 한쪽 또는 양쪽은, 제1 적용예와 동일한 강판 부재, 또는 핫 스탬프재로 되어 있다.

또한, 도 18의 (A)에 있어서의 화살표 F는, B필러가 충돌 등에 의해 외력을 받은 경우에 발생하는 인장 응력(상정 인장 응력)의 방향을 나타내고 있다.

도 15 내지 도 18에 도시한 바와 같은 캐빈의 주위에 배치되는 자동차용 구조 부재(자동차용 부품)에, 본 발명의 겹침 접합 구조를 적용함으로써, 이들 구조 부재가 기계적 접합 수단에 의한 접합부(SP)의 구멍에 기인하는 파단을 억제할 수 있어, 측면 충돌에 대한 안전성을 높일 수 있다.

또한, 본 발명은, 상기 실시 형태에 한정되는 것은 아니고, 발명의 취지를 일탈하지 않는 범위에 있어서, 다양한 변경을 하는 것이 가능하다.

예를 들어, 상기 실시 형태에 있어서는, 본 발명을 자동차용 부품에 적용하는 경우에 대하여 설명했지만, 예를 들어 건축용 창호, 빔, 링크 부재나, 간이 창고, 가구, 집기 등에 있어서, 겹침부를 기계적 접합 수단에 의해 접합하는 다양한 겹침 접합 부재에 적용 가능하다.

또한, 예를 들어 상기 실시 형태에 있어서는, 주로, 인장 강도가 590㎫ 이상인 고강도 강판을 대상으로 하는 경우에 대하여 설명했지만, 예를 들어 인장 강도가 590㎫ 미만인 강판에 대해서도 적용할 수 있다. 또한, 알루미늄재끼리를 접합한 부재나 알루미늄재와 철재를 접합한 부재에도, 마찬가지로 적용 가능하다.

상기 실시 형태에 있어서는, 2매 혹은 3매의 판 부재를 중첩한 겹침부에 접합부를 형성하여 겹침 접합 구조를 구성하는 경우에 대하여 설명했지만, 4매 이상의 판 부재를 중첩한 겹침 접합 구조에 적용해도 된다.

또한, 상기 실시 형태에 있어서는, 2매 혹은 3매의 판 부재 중 1매의 판 부재 또는 2매의 판 부재에 절결 오목부가 형성되는 경우에 대하여 설명했지만, 예를 들어 4매 이상(복수)의 판 부재를 중첩한 겹침부에 접합부를 형성하고, 겹침 접합 구조를 구성해도 되고, 이러한 경우, 절결 오목부가 형성된 판 부재를 몇 개 마련할지는, 임의로 설정할 수 있다.

또한, 본 발명의 겹침 접합 구조는, 3매 이상(복수)의 판 부재를 중첩한 겹침부에 접합부를 형성하여 겹침 접합 구조를 구성하는 경우(예를 들어, 3매의 판 부재를 중첩한 겹침부에 접합부를 형성하여 겹침 접합 구조를 구성하는 경우), 판 두께 방향에 있어서의 중앙측의 1매의 판 부재에 절결 오목부를 형성해도 되고, 상기 중앙측의 1매의 판 부재에는 절결 오목부를 형성하지 않고 판 두께 방향에 있어서의 양측(외측)의 판 부재에 절결 오목부를 형성하는 구성으로 해도 된다. 또한, 본 발명의 겹침 접합 구조는, 4매 이상의 판 부재인 경우에 적용해도 되는 것은 물론이다.

또한, 본 발명에 있어서, 판 부재를 중첩하여 형성하는 겹침부에는, 플랜지부를 사용하지 않고, 부분 보강 등을 목적으로 하여, 판 부재끼리를 플랜지에 의하지 않고 중첩하여 접합하는 경우나 플랜지가 프레스 성형된 형상부에 접합하는 경우가 포함되는 것은 물론이다.

실시예 1

도 19의 시험 No.1 내지 5에 나타내는 인장 시험 전의 인장 시험편을 준비했다.

각 인장 시험편에는, 인장 강도가 980㎫인 강판으로 이루어지고 또한 중앙부가 잘록한 형상의 판 A와, 인장 강도가 590㎫인 강판으로 이루어지고 또한 판 A와 동일 형상인 판 B를 사용했다.

시험 No.1 내지 3은, 블라인드 리벳을 사용하여 접합한 예이고, 시험 No.1은 판 A와 판 B에 절결 오목부를 마련하지 않고 중첩하여 접합한 예이고, 시험 No.2는, 양쪽의 판의 동일 위치에 절결 오목부를 마련하여 접합한 예이고, 시험 No.3은, 고강도의 강판으로 이루어지는 판 A(상측의 강판)에만 절결 오목부를 형성하여 접합한 예이다.

시험 No.4, 5는, 셀프 피어싱 리벳(SPR)을 사용하여 판 A와 판 B를 접합한 형태를 모의하고, 1매의 강판에만 구멍이 뚫려 있는 예이고, 시험 No.4는 절결 오목부를 마련하지 않은 예, 시험 No.5는, 구멍이 뚫려 있는 상측의 판 A에 절결 오목부를 마련한 예이다.

각 시험편의 인장 시험 전의 상태를 도 19에 도시하고, 표 1에, 시험 조건을 정리하여 나타낸다. 또한, 리벳에 의한 구멍 직경은 4㎜이고, 구멍의 단부로부터 시험편의 단부까지의 최단 거리는 8㎜였다.

이어서, 각 시험편을 인장 시험기에 걸쳐서, 파단까지의 변형(파단 변형률(％))을 측정했다. 인장 시험에서는, 평점간 거리를 50㎜로 하고, 인장 속도를 3㎜/min으로 일정하게 했다.

시험편의 파단의 상태를 도 4에 도시하고, 표 1에 시험 결과를 나타낸다.

시험편에 절결 오목부를 마련한 본 발명예에서는, 절결 오목부의 코너부 근방을 기점으로 하여 파단하고 있던 것에 비해, 시험편에 절결 오목부를 마련하지 않은 비교예에서는, 구멍의 단부 에지를 기점으로 하여 파단되어 있고, 본 발명예의 파단 변형률이, 비교예에 비해 크게 향상된 결과가 얻어졌다.

실시예 2

인장 시험편용으로, 실시예 1과 마찬가지로, 인장 강도가 980㎫인 강판을 사용하여, 일부에 절결 오목부를 갖는 판 C와, 강도: 275㎫의 Al판 또는 590㎫의 강판을 사용한 판 D를 준비하고, 판 C와 판 D를 표 2에 나타내는 조합으로 중첩하여, 인장 시험편을 제작했다.

시험 No.6, 7은, 실시예 1과 마찬가지로 셀프 피어싱 리벳(SPR)을 모의한 형태로 접합한 예, 시험 No.8, 9는 마찰 교반점 접합에 의해 판 C와 판 D를 접합한 예이다.

각 시험편을 실시예 1과 마찬가지로 인장 시험한 결과를 표 2에 나타내지만, 시험편에 있어서의 절결 오목부의 유무에 따라, 실시예 1과 동일한 결과가 얻어졌다.

본 발명에 관한 겹침 접합 구조에 의하면, 겹침부의 비용융 접합 수단에 의한 접합부가, 접합부의 구멍을 기점으로 파단되는 것을 억제할 수 있으므로, 산업상 이용 가능하다.

SP: 비용융 접합 수단에 의한 접합부(접합부)
MJ: 기계적 접합 수단
1, 7: 겹침 접합 부재
3: B필러(겹침 접합 부재, 자동차 부품)
4: 루프 레일(겹침 접합 부재, 자동차 부품)
5: 범퍼(겹침 접합 부재, 자동차 부품)
6B: 필러 아우터 인 포스(겹침 접합 부재, 자동차 부품)
10: 판상 부재(판 부재)
11: 판상 부재의 플랜지부
20, 710, 720: 해트형 부재, 제1 해트형 부재, 제2 해트형 부재
21, 711, 721: 입상 벽부
22, 24, 25, 26, 271, 272, 281, 282, 283, 284, 712, 722: 플랜지편(플랜지)
22A, 24A, 251A, 252A, 261A, 262A, 27A, 281A, 282A, 283A, 712A, 722A: 접속부
22U, 24U, 251U, 252U, 261U, 262U, 27U, 281U, 282U, 283U, 712U, 722U: 절결 오목부
22B, 24B, 722B: 입상 벽부측 플랜지 단부의 굽힘 기점
22C, 24C: 플랜지의 외측의 단부(겹침부의 단부)
30: 기계적 접합 수단이 삽입 관통되는 구멍
310: 이너 인 포스(제1 구조 부재)
320: 아우터 인 포스(제2 구조 부재)
322, 422, 424, 522, 622: 플랜지편, 측벽편
322A, 422A, 424A, 522A, 622A: 접속부
322U, 422U, 424U, 522U, 622U: 절결 오목부
410: 이너 인 포스(제1 구조 부재)
420: 아우터 인 포스(제2 구조 부재)
510: 범퍼 이너 인 포스
520: 범퍼 아우터 인 포스
610B: 필러 아우터 인 포스
620: 보강 부재

Claims

복수의 판 부재의 겹침부가, 복수의 접합부에 있어서 기계적 접합 수단 또는 마찰 교반점 접합 수단에 의해 점상으로 접합되어 있고, 상기 접합부에는, 적어도 한쪽의 판 부재에, 기계적 접합 수단이 삽입 관통되는 구멍, 혹은 마찰 교반점 접합 수단에 의한 점 접합 시에 형성된 구멍이 존재하고 있는 겹침 접합 구조에 있어서,
상기 판 부재 중 적어도 어느 판 부재의 겹침부에는, 인접하는 접합부 사이에 상기 겹침부의 단부로부터 접합부 방향으로 절결 오목부가 형성되어 있고,
상기 절결 오목부의 내측 저부는, 상기 구멍의 내경을 K로 한 때, 상기 겹침부의 단부로부터 K 이상 깊은 위치에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 겹침 접합 구조.
제1항에 있어서, 상기 구멍의 단부와 상기 절결 오목부가 형성된 판 부재의 단부 사이의 거리 L이, 상기 구멍의 내경 K에 대하여, L≥0.8K의 관계를 만족시키도록 상기 구멍이 위치하고 있는 것을 특징으로 하는, 겹침 접합 구조.
제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 구멍은, 상기 적어도 한쪽의 판 부재를 관통하는 관통 구멍인 것을 특징으로 하는, 겹침 접합 구조.
제1항 내지 제3항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 구멍의 단부와 상기 절결 오목부의 단부의 최단 거리가 0.8K 이상인 것을 특징으로 하는, 겹침 접합 구조.
제1항 내지 제4항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절결 오목부는, 적어도 상기 구멍이 존재하고 있는 판 부재에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 겹침 접합 구조.
제1항 내지 제5항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절결 오목부의 내측 저부는, 상기 겹침부의 단부로부터 1.5K 이상의 범위까지 들어가 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 겹침 접합 구조.
제1항 내지 제6항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절결 오목부의 내측 저부가, 상기 겹침부의 단부에 평행인 평행부를 갖는 것을 특징으로 하는, 겹침 접합 구조.
제7항에 있어서, 상기 평행부의 길이가 0.5K 이상인 것을 특징으로 하는, 겹침 접합 구조.
제1항 내지 제8항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 절결 오목부가 형성되는 판 부재가, 상기 접합부를 사이에 두고 상기 겹침부의 단부의 반대측에 굽힘부가 형성되고, 단면이 해트 형상인 해트형 부재이고, 상기 절결 오목부는, 상기 해트형 부재의 상기 굽힘부보다 상기 단부측의 범위에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 겹침 접합 구조.
제1항 내지 제9항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 판 부재가 강판 부재이고, 상기 절결 오목부는, 인장 강도가 590㎫ 이상인 강판 부재에 형성되어 있는 것을 특징으로 하는, 겹침 접합 구조.
제1항 내지 제10항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기계적 접합 수단은, 블라인드 리벳, 셀프 피어싱 리벳, 드릴 나사, 볼트, 레지스턴스 엘리먼트 웰딩의 어느 것인 것을 특징으로 하는, 겹침 접합 구조.
제1항 내지 제11항 중 어느 한 항에 있어서, 상기 기계적 접합 수단 또는 마찰 교반점 접합 수단에 의한 접합에 더하여, 수지에 의한 접합이 병용되어 있는 것을 특징으로 하는, 겹침 접합 구조.