JP2001191968A

JP2001191968A - ワーク接合方法

Info

Publication number: JP2001191968A
Application number: JP2000003481A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kondo; 正紀近藤; Kenji Suzuki; 健司鈴木; Hiroshi Tarui; 大志樽井
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 2000-01-12
Filing date: 2000-01-12
Publication date: 2001-07-17

Abstract

(57)【要約】【課題】軽金属製のワーク相互を、治具を使用するこ
となく、全体にわたり連続接合を行うことができ、簡単
で作業能率も良く、しかも強固な接合が可能なワーク接
合方法を提供する。【解決手段】少なくとも一対の軽金属材からなるワー
クＷを熱硬化性の両面接着テープＴにより相互に仮止め
した後、前記ワークＷをレーザ溶接により接合し、当該
レーザ溶接の熱的影響により前記両面接着テープＴを熱
硬化させるようにしたことを特徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、軽金属の押し出し
成形あるいは鋳造により成形されたワーク相互を接合す
るワーク接合方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】最近の自動車は、軽量化の要請が強く、
各種ピラー、サイドシル、サイドメンバ、クロスメン
バ、カウルボックス及びルーフレール等を閉断面の強度
部材としたり、材料自体に軽金属を使用している。

【０００３】これら部材あるいは材料（以下、単にワー
クと称す）は、車体組立て工程において順次連結あるい
は溶接されてホワイトボディとされ、塗装工程、艤装品
等の組付け工程を経て、最終的に各種機能部品、内装部
品が組み付けられる。

【０００４】このような自動車組立方法は、プレス工程
から最終工程までの間に塗装工程が介在しているので、
塗料を乾燥させる工程や、色を変える設備等が必要とな
り、自動車製造に要する時間が掛かるのみでなく、設備
等の設置により工場スペースも多大なものとなる。

【０００５】このため、最近では、車体の大部分を形成
した後に塗料を行うようにした方法が採用されている
（例えば、特願平１０−３５３４２８号参照）。

【０００６】この方法による自動車製造は、１つの工程
や作業の遅れが自動車製造工程全体に影響を及ぼすこと
になる。特に、溶接作業の迅速化や簡素化は、極めて重
要となることから、レーザビーム溶接（以下単にレーザ
溶接）が使用されている。

【０００７】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
レーザ溶接では、前述の迅速な自動車製造方法に十分対
応できない場合もある。例えば、軽金属材料の一種であ
るアルミニウム材からなる長尺なワーク同士を迅速に接
合する場合、治具を使用することなくレーザ溶接すれ
ば、ワークを組立てる前に、クリップやリベットあるい
はボルトやナット等を用いて仮止めしなければならな
い。

【０００８】クリップによる仮止めでは、ワークを締結
する力が弱く、リベットでは、ワークの一部が変形する
虞れがある。また、ボルトやナットでは、予めワークに
下孔を明けなければならないこともあり、ワークを締結
するポイントが多くなると、締付け工数も増大し、ワー
クの重量増となる。重量増を避けるには、レーザ溶接作
業後、直ちにボルトやナットを外す必要があるが、これ
では工数がさらに増大し、結果的にコストアップにつな
がることになる。

【０００９】一方、治具を使用する場合は、上述した問
題はないものの、治具をセットすることによりレーザ溶
接できない部分が生じ、連続接合ができない虞れもあ
る。連続接合を可能とするために、溶接に対応して治具
を外すことも可能ではあるが、この操作を自動化すれば
制御が複雑になり、溶接システム全体も複雑になる。

【００１０】本発明は、上記した従来技術のもつ課題を
解決するためになされたもので、軽金属製のワーク相互
を、治具を使用することなく、全体にわたり連続接合を
行うことができ、簡単で作業能率も良く、しかも強固な
接合が可能なワーク接合方法を提供することを目的とす
る。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明の目的は、下記す
る手段により達成される。

【００１２】（１）少なくとも一対の軽金属材からな
るワークを熱硬化性の両面接着テープにより相互に仮止
めした後、前記ワークをレーザ溶接により接合し、当該
レーザ溶接の熱的影響により前記両面接着テープを熱硬
化させるようにしたことを特徴とするワーク接合方法。

【００１３】（２）前記ワークは、前記両面接着テー
プの接合面が粗面となるように前処理したことを特徴と
するワーク接合方法。

【００１４】（３）前記両面接着テープは、前記レー
ザ溶接の施こされる部位から２〜１０ｍｍ離間した範囲
内に取付けるようにしたことを特徴とするワーク接合方
法。

【００１５】（４）前記両面接着テープは、前記ワー
クに予め形成された溝内に貼り付けるようにしたことを
特徴とするワーク接合方法。

【００１６】（５）前記溝は、前記両面接着テープの
厚さに対して、０〜０．４ｍｍ程度浅くしたことを特徴
とするワーク接合方法。

【００１７】（６）前記ワークは、少なくとも一方に
形成された位置決め凸部が、他方に形成された凹部と嵌
合し、両者の凹凸嵌合により位置決めした状態で前記レ
ーザ溶接により接合するようにしたことを特徴とするワ
ーク接合方法。

【００１８】

【発明の効果】請求項１に記載の発明では、ワークの仮
止め時は、ワークの下孔加工等を行う必要がなく、ワー
ク自体も変形させることがなく、溶接時には、干渉物が
ないので、連続的な溶接作業が可能となり、作業性、生
産性が著しく向上することになる。溶接後は、溶接の熱
により接着テープが硬化するので、溶接と接着テープに
よる接合効果が相乗的に発揮され強固な接合が可能とな
る。しかも、接着テープによるワーク相互間のシール効
果も同時に実現できる。特に、長尺なワークを接合する
場合には、仮止めや溶接作業が一層容易となる。

【００１９】請求項２に記載の発明では、接着テープを
接合するワークの接合面を粗面とすれば、より高い仮止
め接合が可能となり、作業性、生産性が向上する。

【００２０】請求項３に記載の発明では、接着テープの
取付位置が溶接部位から所定範囲内であれば、溶接熱に
よる悪影響が生じることなく、テープが確実に熱硬化
し、ワーク相互の接合力を高めることができる。

【００２１】請求項４に記載の発明では、接着テープの
厚さによるワークの浮き上がりが抑制され、接着テープ
の密着性、仮止め力が向上し、また、溝が接着テープを
貼るときのガイドや位置決めとなり、接着テープの取付
けも確実となり、作業性、生産性が向上する。

【００２２】請求項５に記載の発明では、溝の深さを接
着テープの厚さに対して所定値浅くすれば、両ワーク相
互間の隙間も所定値となり、レーザ溶接の接合がより確
実となる。

【００２３】請求項６に記載の発明では、一方のワーク
に対する他方のワークの位置決めが容易で、接着テープ
の取付けも確実となり、作業性、生産性が著しく向上す
る。また、凹凸嵌合された両ワークの合わせ目に沿って
溶接すれば、溶接代が広がり、接合品質も向上する。

【００２４】

【発明の実施の形態】以下、図面に基づいて、本発明の
実施の形態を説明する。

【００２５】図１は軽金属を用いて構成された自動車の
車体を示す要部分解斜視図、図２は本発明の一実施形態
に係る方法でワークを接合した状態を示し、図１の２−
２線に沿う断面図、図３は図２の要部拡大断面図であ
る。

【００２６】まず、本実施形態に係るワーク接合方法が
適用される自動車の車体構成について述べる。最近の自
動車の車体は、軽量化及び高剛性化の要請から大部分が
軽金属を用いて構成されており、しかも自動的組立て作
業の簡素化や設備の低減等を図るために、図１に示すよ
うに、大きな複数のユニットを予め形成し、これを合体
させることにより構成されている。

【００２７】この自動車の製造方法においては、例え
ば、まず、ボディサイドユニットＵb、フロアユニット
Ｕf及びルーフユニットＵrという３つの大きなユニット
を予め形成する。

【００２８】ボディサイドユニットＵbには、下部から
側方にピン１が突設され、このピン１とフロアユニット
Ｕfのロケート孔Ｒ1とを嵌合させることによりボディサ
イドユニットＵbとフロアユニットＵfが仮結合される。

【００２９】また、ルーフユニットＵrには、フロント
ピラー２とセンターピラー３が形成され、これらがボデ
ィサイドユニットＵbのロケート孔Ｒ2, Ｒ3に嵌合さ
れ、ルーフユニットＵrとボディサイドユニットＵbが仮
結合される。

【００３０】このようにして連結された各ユニットＵ
（Ｕb、Ｕf及びＵrの総称）は、相互間が溶接により連
結されるとともに他の部材も溶接等により取付けられ、
車体全体の剛性が高められ、全体が１つの軽量な車体と
される。

【００３１】この結果、各ユニットＵの位置決め、仮組
みから精度出しまで自動的に行うことができ、車体治具
設備を廃止でき、設備費が大幅に低減できることになる
（特願平１０−３５３４２８号参照）。

【００３２】このような車体構成において、前記ユニッ
トＵに、軽金属からなる他の部材を溶接する場合は、治
具等を使用することなく、またワークに変形や予備加工
等を施すことなく、簡単に連続接合を行うことができる
ことが好ましい。

【００３３】例えば、前記ボディサイドユニットＵb
は、高延性のアルミダイキャスト等により構成されたボ
ディサイド基材４の下端側部に、アルミニウム合金等の
軽金属を押出し成形することにより構成されたサイドシ
ル５が溶接により取付けられ、またルーフユニットＵr
では、高延性のアルミダイキャスト等により構成された
ルーフ基材６に、アルミニウム合金等の軽金属を押出し
成形することにより構成されたルーフサイドレール７が
溶接により取付けられる。

【００３４】これらサイドシル５やルーフサイドレール
７は、押出し成形された比較的長尺な軽金属材であり、
これらを各基材４,６に取付けるには、ワーク自体の変
形や予備加工等を行うことなく、簡単に連続接合できる
ことが好ましい。

【００３５】本実施形態に係るワーク接合方法は、この
ような押出し成形された比較的長尺な軽金属材と他の部
材との接合に使用されるものである。

【００３６】本実施形態を、図２，３について説明す
る。図２は、ボディサイドユニットＵbのボディサイド
基材４にサイドシル５を接合している状態を示してい
る。なお、ここでは、断面中空の短柵状部材の長手側端
縁を相互に接続したフロアユニットＵfがボディサイド
基材４に接合されているが、ボディサイド基材４とサイ
ドシル５を接合した後に、当該ボディサイドユニットＵ
bとフロアユニットＵfを接合してもよい。

【００３７】本実施形態は、まず、ボディサイド基材４
（ワークＷ₁と称す）あるいは軽金属材からなる押出し
成形されたサイドシル５（ワークＷ₂と称す）の平坦な
接合面４aまたは５aに、熱硬化性の両面接着テープＴを
取付ける。

【００３８】次に、ワークＷ₂をワークＷ₁に接合する。
この場合、両ワークＷの端部は、図３に示すように、平
坦な接合面４aまたは５aであるため、両ワークＷ間には
隙間Ｇが生じるが、この隙間Ｇは、０〜０．４ｍｍ程度
であることが好ましい。この隙間Ｇを定めるに当たり実
験を行った。結果は、隙間Ｇが０．４ｍｍを越えると、
レーザ溶接の品質を確保できない状態が生じた。この結
果を考慮すれば、前記隙間Ｇの範囲は、前記したものが
好ましいといえる。

【００３９】また、両ワークＷは、扁平で均一な肉厚の
接着テープＴにより接合されているので、前記隙間Ｇ
は、略全長にわたり均一なものとなる。したがって、両
ワークＷの端部にレーザ溶接を施すと、簡単にかつ迅速
に行うことができ、両ワークＷの接合も極めて確実なも
のとなる。

【００４０】なお、使用する接着テープＴとしては、住
友３Ｍ社製の準構造用アクリルフォームテープが好まし
く使用されるが、これのみでなく類似の他のテープを使
用してもよい。

【００４１】この接着テープＴを貼った後に、レーザ溶
接が施こされると、両ワークＷが接合されるが、本実施
形態では、レーザ溶接の熱的影響が接着テープＴに伝わ
り、当該接着テープＴが固化し、この接着テープＴによ
る接合力とレーザ溶接による接合力が相俟ってより強力
に両ワークＷが接合される。

【００４２】ここに、レーザ溶接時に発生する熱量は、
レーザガンの出力、溶接ビードの径、溶接速度に依存す
るが、レーザ溶接される部分から接着テープＴまでの距
離との関係では、遠いと伝達熱量が小さく、接着テープ
Ｔの熱硬化が不十分となり、近すぎると接着テープＴが
溶接熱により燃焼し、燃焼ガスが発生し、作業環境の悪
化する虞れがある。

【００４３】このため、本実施形態では、前記レーザ溶
接が施こされる部位と前記両面接着テープＴの最も近い
側（近端側）の距離ａと、両面接着テープＴの最も遠い
側（遠端側）の距離ｂが所定値となるようにしている。

【００４４】この所定値ａ，ｂを求める実験を行った。
前記準構造用アクリルフォームテープを使用し、当該距
離ａが２ｍｍ未満にすると、溶接熱の影響があらわれ、
燃焼ガスが生じることが判明した。

【００４５】次に、前記接着テープＴがレーザ溶接の温
度で熱硬化する場合の距離について調べた。図４はレー
ザ溶接した部分から１０，２５，４０ｍｍ離間した部分
の温度変化を調べた図である。

【００４６】図４から明らかなように、レーザ溶接し、
約１分経過後の４０ｍｍ離れた点の温度は、５０℃程度
であり、２５ｍｍ離間した点の温度でも、６０℃程度で
あったが、１０ｍｍ離間した点の温度は、９０℃以上も
あった。

【００４７】当該接着テープＴが９０℃以上で熱硬化す
ることを考慮すれば、前記距離ｂは１０ｍｍ以内としな
ければならないことになる。

【００４８】したがって、接着テープＴの取付位置は、
近端側が２ｍｍ以上離間し、遠端側が１０ｍｍ以内の範
囲内となることが好ましく、この範囲内に貼ることがで
きる接着テープＴであれば、どのような幅のものでもよ
い。

【００４９】一方、両ワークの剪断強度、つまり剥離強
度についても調べた。実験に当たり、両ワークＷ間に貼
った接着テープＴの位置のみを種々変化させ、他の条件
（例えば幅など）が同一としたものを準備した。そし
て、ワークＷの端部に熱を加えて接着テープを熱硬化さ
せて両ワークＷを接合させた後、両ワークを剥離するよ
うに引張り、剪断強度を調べた。この結果は、図５から
明らかなように、２〜１０ｍｍの範囲に接着テープＴを
貼ったものの剪断強度は、実用に耐え得る２０ｋｇ／ｃ
ｍ²以上となることが判明したが、２５ｍｍ、４０ｍｍ
では十分な剪断強度が得られなかった。

【００５０】前記接着テープＴが貼られるワークＷの接
合面は、いずれか一方若しくは両方が粗面となるように
前処理してもよい。この処理としては、サンドブラスト
等を使用した物理的処理の他に、酸あるいはカセイソー
ダ等を用いた化成処理やプライマ塗布等の化学的処理等
を使用することが好ましい。接着テープ貼着部分を粗面
とすれば、両ワークＷが接着テープＴを介して接合する
とき、より高い接合力が得られ、強固な仮止めができ、
作業性、生産性も向上する。

【００５１】なお、前述のレーザ溶接としては、通常の
ＹＡＧレーザ溶接、炭酸ガスレーザ溶接等が使用される
が、電子ビーム溶接を使用してもよい。

【００５２】図６は本実施形態の変形例に使用されるワ
ークの要部拡大断面図である。

【００５３】前述した実施形態では、接着テープＴがワ
ークＷの平坦な部分に貼られているが、これのみでなく
図６に示すようなワークＷとしても良い。

【００５４】本発明では、前記隙間Ｇが得られる接着テ
ープＴであれば、どのようなものを使用してもよいが、
より好ましくは、図示するように、両ワークＷのいずれ
か一方若しくは両方に、予め溝Ｍを形成し、この溝Ｍ内
に前記接着テープＴを貼り付けるようにしてもよい。特
に、前記サイドシル５のように押出し成形されるもので
は、型形状を多少変更すれば溝Ｍの形成はきわめて簡単
にできる。

【００５５】この場合の隙間Ｇも、前記０〜０．４ｍｍ
程度であることが好ましいので、この溝Ｍの深さは、接
着テープＴの厚さｔに対して、０〜０．４ｍｍ程度浅く
し、溝Ｍの底部である接合面４ａに接着テープＴを貼っ
たとき、前記ワークＷ₂の平坦な面より０〜０．４ｍｍ
程度接着テープＴが突出しているようにすることが好ま
しい。

【００５６】この結果、大きな隙間Ｇが生じることによ
るレーザ溶接不可という事態が防止でき、ワークの浮き
上がりも抑制され、接着テープＴの密着性、仮止め力が
向上する。また、溝Ｍが接着テープＴを貼るときのガイ
ドとなり、接着テープＴの取付けも確実となり、作業
性、生産性も向上する。

【００５７】図７は本実施形態の別の変形例に使用され
るワークの要部拡大断面図である。

【００５８】上述したワーク接合方法は、平坦な接合面
４ａ，５ａを有するワークＷを接合する場合であるが、
本発明はこれのみでなく、図７に示すようなワークＷを
使用しても良い。

【００５９】本変形例は、少なくとも一方のワークＷ₁
に楔状凸部８を、他方のワークＷ₂に当該楔状凸部８と
嵌合する凹部９をそれぞれ形成し、両者の凹凸嵌合によ
り位置決めした後にレーザ溶接を施すようにしている。

【００６０】ただし、凹凸部８，９は、必ずしも各ワー
クＷの長手方向全長にわたって形成されたものである必
要はなく、図示はしないが部分的に断面楔状の凹凸嵌合
するものであっても良い。

【００６１】このようにすれば、一方のワークＷ₁に対
する他方のワークＷ₂の位置決めが容易となり、これら
凹凸部８，９が基準となって接着テープＴを取付けるこ
ともでき、接着テープＴの取付けも確実となり、両ワー
クＷが位置ずれしないので、溶接作業はさらに向上し、
生産性が著しく向上する。特に、この凹凸嵌合された両
ワークＷの合わせ目１０に沿ってレーザ溶接すれば、溶
接代が広がり、接合品質も向上することになる。

【００６２】本発明は、上述した実施の形態のみに限定
されるものではなく、特許請求の範囲内で種々改変使用
することができる。例えば、前記実施の形態では、主と
して自動車車体のサイドシル５について説明したが、ル
ーフサイドレール７や他の構成部材にも適用できる。ま
た、前記実施の形態では、自動車車体を形成する場合に
ついて説明したが、本発明は、これのみでなく、種々の
押出し成形される板材あるいは単なる板材を溶接する場
合にも適用できるものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】最近の自動車の車体を示す要部分解斜視図で
ある。

【図２】本発明に係る実施形態により接合されたワー
クを示し、図１の２−２線に沿う断面図である。

【図３】図２の要部を示す拡大断面図である。

【図４】溶接部から離間した部分の温度状態を調べた
図である。

【図５】接着テープを熱硬化させた後のワークの剪断
強度を示す図である。

【図６】本実施形態の変形例に使用されるワークの要
部を示す断面図である。

【図７】本実施形態の別の変形例に使用されるワーク
の要部を示す断面図である。

【符号の説明】

４ａ，５ａ…接合面、８…凸部、９…凹部、ａ…レーザ溶接部位とワークの近端側との間の距離、ｂ…レーザ溶接部位とワークの遠端側との間の距離、Ｍ…溝、Ｔ…接着テープ、Ｗ…ワーク。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者樽井大志神奈川県横浜市神奈川区宝町２番地日産自動車株式会社内Ｆターム(参考） 3D114 AA04 BA01 CA06 EA05 EA17 FA16 4E068 AJ01 BD00 BE00 DB04 DB15

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】少なくとも一対の軽金属材からなるワー
クを熱硬化性の両面接着テープにより相互に仮止めした
後、前記ワークをレーザ溶接により接合し、当該レーザ
溶接の熱的影響により前記両面接着テープを熱硬化させ
るようにしたことを特徴とするワーク接合方法。
【請求項２】前記ワークは、前記両面接着テープの接
合面が粗面となるように前処理したことを特徴とする請
求項１に記載のワーク接合方法。
【請求項３】前記両面接着テープは、前記レーザ溶接
の施こされる部位から２〜１０ｍｍ離間した範囲内に取
付けるようにしたことを特徴とする請求項１又は２に記
載のワーク接合方法。
【請求項４】前記両面接着テープは、前記ワークに予
め形成された溝内に貼り付けるようにしたことを特徴と
する請求項１〜３のいずれかに記載のワーク接合方法。
【請求項５】前記溝は、前記両面接着テープの厚さに
対して、０〜０．４ｍｍ程度浅くしたことを特徴とする
請求項４に記載のワーク接合方法。
【請求項６】前記ワークは、少なくとも一方に形成さ
れた位置決め凸部が他方に形成された凹部と嵌合し、両
者の凹凸嵌合により位置決めした状態で前記レーザ溶接
により接合するようにしたことを特徴とする請求項１〜
６のいずれかに記載のワーク接合方法。