JP2003340584A - 重ね合わせ鋼板の製造方法および製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 少なくとも一方が亜鉛系めっき鋼板により構
成される重ね合わせ鋼板をレーザ溶接により製造するた
めの方法と装置とを提供する。 【解決手段】 第１の鋼板を第２の鋼板の投影領域内入
るように重ね合わせるとともに、第１の鋼板と第２の鋼
板とをそれぞれ別の搭載面に固定して配置し、第２の鋼
板の表面にレーザビームを照射して、少なくとも一方が
亜鉛系めっき鋼板から構成される重ね合わせ鋼板を製造
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、重ね合わせ鋼板の
製造方法および製造装置に関する。より具体的には、本
発明は、溶接部が閉じた領域を形成するようにレーザ溶
接を行われるとともに、溶接欠陥を有さない少なくとも
一方が亜鉛系めっき鋼板により構成される重ね合わせ鋼
板を製造するための方法および装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば合金化溶融亜鉛めっき鋼板や溶融
亜鉛めっき鋼板に代表される亜鉛系めっき鋼板は、優れ
た耐食性を有することから、自動車車体用鋼板、家電製
品用鋼板、産業機械用鋼板、家具用鋼板さらには建材用
鋼板等の広範な用途に供されている。この亜鉛系めっき
鋼板は、一般的に、例えばプレス成形を行われて所定の
形状に成形されてからその外縁部同士を接合部として適
宜重ね合わされ、この接合部に接着、ろう付け、スポッ
ト溶接やシーム溶接のような抵抗溶接、 TIG溶接、 MIG
溶接さらにはプラズマアーク溶接等を行われることによ
り、例えば自動車車体等の製品形状に組み立てられる。
特に、自動車車体は、周知のように、スポット溶接を主
体として組み立てられる。

【０００３】この亜鉛系めっき鋼板の接合技術として、
レーザビームを利用したレーザ溶接が注目されている。
しかし、例えば亜鉛系めっき鋼板にレーザ溶接を適用し
て、亜鉛系めっき鋼板同士あるいは亜鉛系めっき鋼板お
よび通常の鋼板を単に重ね合わせてレーザ溶接を行おう
とすると、亜鉛系めっき鋼板は鋼の融点より低沸点の亜
鉛により表面処理がなされているため、重ね合わせ面の
近傍における表面処理成分である亜鉛が爆発的に蒸発
し、溶融した鉄分を吹き飛ばして溶接欠陥を生じてしま
う。

【０００４】このため、かかる溶接欠陥の発生を防止し
て良好な溶接部を得るために、２枚の鋼板同士が重ね合
わされた溶接予定部に、蒸発する亜鉛を排出するための
隙間を設ける技術が知られており、この隙間を適正な大
きさとするために、例えば、特開平10−216974号公報に
は重ね合わせる鋼板に例えばプレスにより予め突起部を
形成し、この突起部により形成された隙間部でレーザ溶
接を行う発明が、特開平４−279291号公報には重ね合わ
せる鋼板の間にシートを挟んで適正な寸法の隙間を確保
する発明が、さらに、特開平７−32180 号公報には溶接
前に溶接予定部近傍にレーザビームを照射して一方の鋼
板を熱変形させることにより適正な寸法の隙間を確保し
てからレーザ溶接を行う発明が、それぞれ開示されてい
る。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】近年、自動車車体を構
成する鋼板のうち、例えばドアインナー、フロアパネル
のような比較的寸法が大きく１枚の鋼板により提供され
てきた鋼板を、少なくとも１枚の亜鉛系めっき鋼板を含
む２枚または３枚以上の鋼板を重ね合わせた重ね合わせ
鋼板で代替することが、検討されている。この重ね合わ
せ鋼板は、２枚の鋼板それぞれの外縁部同士を単に重ね
合わせたような、これまでにも存在していた鋼板とは異
なり、例えば、一方の鋼板を他方の鋼板の投影領域の範
囲内に配置し、一方の鋼板の外縁部に、溶接部が閉じた
領域を形成するようにして溶接されるものである。

【０００６】すなわち、かかる重ね合わせ鋼板によれ
ば、自動車車体の設計に応じて板厚が部分的に最適値に
設定された鋼板を提供することができるため、車体のよ
りいっそうの軽量化および高剛性化を図ることが期待さ
れ、さらに自動車車体の設計の自由度が増すことからこ
れまでは車種毎に個別に設定せざるを得なかった部品の
共用化を促進してコスト低減を図ることも期待される。

【０００７】しかしながら、本発明者らの検討結果によ
れば、上述した従来の発明に基づいてレーザ溶接を行っ
ても、かかる重ね合わせ鋼板を提供することは難しい。
すなわち、特開平10−216974号公報、特開平４−279291
号公報さらに特開平７−32180 号公報により提案された
従来の発明は、確かに２枚の鋼板を重ね合わせてレーザ
溶接を行うものではあるが、比較的小物の鋼板またはプ
レス成形部品（ブラケット等）をレーザ溶接により溶接
相手材に接合することを意図するものである。このた
め、これらの公報には、直線状（特開平７−32180 号公
報の図３等）や蛇行線状（特開平７−32180 号公報の図
５等）といったレーザ溶接を行うことが開示されるのみ
であり、他方の鋼板の投影領域の範囲内に配置された一
方の鋼板の外縁部で溶接部が閉じた領域を形成するよう
にしてレーザ溶接を行うことは全く開示されていない。

【０００８】したがって、これらの従来の発明にしたが
って溶接部が閉じた領域を形成するようにしてレーザ溶
接を行おうとしても、レーザ溶接時における２枚の鋼板
の間における隙間の間隔を、溶接部の全長にわたって適
正に維持することは極めて難しく、溶接欠陥を生じずに
レーザ溶接を行うことはできない。

【０００９】特に、特開平10−216974号公報により開示
された発明を実施するには、突起部を二次元に形成する
ために例えばプレス等の予加工工程を追加する必要があ
る。また、特開平４−279291号公報により開示された発
明では、鋼板の間にシートを挟む必要があるばかりでな
く、溶接後にはこのシートを取り除く必要もある。さら
に、特開平７−32180 号公報により開示された発明で
は、レーザビームを２度照射する必要がある。このた
め、これらの従来の発明によると、製造コストの上昇は
避けられず、量産製品として低製造コストが強く要求さ
れる自動車車体用鋼板として用いることは事実上不可能
であるという課題もある。

【００１０】なお、特開平７−32180 号公報により開示
された発明では、１度目のレーザビームの照射に起因し
た熱歪みが不可避的に発生するために２度目のレーザビ
ームの照射の際における隙間の大きさがばらついてしま
い、レーザ溶接を行うために適正な距離の隙間を安定し
て形成することはできない。

【００１１】本発明は、従来の技術が有するかかる課題
に鑑みてなされたものであり、重ね合わせ鋼板の製造方
法および製造装置を提供すること、具体的には、溶接さ
れる鋼板同士の距離を適正に維持しながらレーザ溶接を
行って、少なくとも一方が亜鉛系めっき鋼板により構成
される重ね合わせ鋼板を製造するための方法および装置
を提供することである。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上述した
課題を解決するため鋭意検討を重ねた結果、以下に列記
する新規かつ重要な知見を得た。

【００１３】(1) 第１の鋼板を第２の鋼板の投影領域の
範囲内に重ね合わせ、第１の鋼板の外縁部で第２の鋼板
の表面にレーザビームを照射することによりレーザ溶接
するには、例えば、第１の鋼板を第１の支持部材により
支持するとともに第２の鋼板を第２の支持部材により支
持することによって、溶接部の全域で第１の鋼板および
第２の鋼板の間の隙間を安定して確保することが、不可
欠となること、

【００１４】(2) 第１の支持部材および第２の支持部材
の一方または双方を、第１の鋼板または第２の鋼板の板
厚方向と略平行な方向に移動自在に配置することが、第
１の鋼板および第２の鋼板の間の隙間を適正な寸法とす
るためには望ましいこと、

【００１５】(3) 第１の鋼板を例えば磁石等により吸引
して第１の支持部材に固定させるとともに、第２の鋼板
を第２の支持部材に固定することが、第１の鋼板および
第２の鋼板の間の隙間を適正な寸法とするためには望ま
しいこと、

【００１６】(4) レーザビームを第２の鋼板の表面に照
射する際には、例えば流体式や機械式の押圧手段で第２
の鋼板を第１の鋼板に付けて弾性変形させることが、第
１の鋼板および第２の鋼板の間の隙間を適正な寸法に維
持するためには望ましいこと、

【００１７】(5) この適正な寸法は、0.05mm以上であっ
て第２の鋼板の板厚の40％以下であることが望ましい。
この寸法が、0.05mm未満であるとレーザ溶接時に蒸発す
る亜鉛を十分に排出することができない可能性があり、
一方、第２の鋼板の板厚の40％を超えると溶融金属が溶
け落ちる可能性がある。

【００１８】(6) 溶接対象である亜鉛系めっき鋼板とし
ては、純亜鉛めっき鋼板、溶融亜鉛めっき鋼板、合金化
溶融亜鉛めっき鋼板のみならず、これらのめっき鋼板の
表面に樹脂被覆層を形成した被覆鋼板等にも適用でき
る。

【００１９】本発明は、これらの知見に基づいてなされ
たものである。本発明は、少なくとも一方が亜鉛系めっ
き鋼板である第１の鋼板および第２の鋼板を、第１の鋼
板が第２の鋼板の投影領域内に入るように重ね合わせて
配置してから第２の鋼板の表面にレーザビームを照射す
ることによって第１の鋼板と第２の鋼板とをレーザ溶接
することにより重ね合わせ鋼板を製造する方法であっ
て、第１の鋼板および第２の鋼板の配置が、第１の鋼板
を、第１の支持部材に設けられた第１の搭載面に搭載し
て固定するとともに、第２の鋼板を、第２の支持部材に
第１の搭載面と略平行に設けられた第２の搭載面に搭載
して固定することによって、レーザビームの照射位置に
おける第１の鋼板と第２の鋼板との間に隙間が形成され
るように、行われることを特徴とする重ね合わせ鋼板の
製造方法である。

【００２０】この本発明にかかる重ね合わせ鋼板の製造
方法では、第１の支持部材に設けられた吸引手段によっ
て第１の鋼板を第１の搭載面に固定することが例示され
る。これらの本発明にかかる重ね合わせ鋼板の製造方法
では、レーザビームの照射の際には、第２の鋼板を第１
の鋼板へ向けて弾性変形させることが、レーザビームの
照射位置における第１の鋼板と第２の鋼板との間におけ
る隙間を適正な距離に維持するために、望ましい。

【００２１】別の観点からは、本発明は、少なくとも一
方が亜鉛系めっき鋼板である第１の鋼板および第２の鋼
板を有するとともに第１の鋼板が第２の鋼板の投影領域
内に位置する重ね合わせ鋼板の製造装置であって、第１
の鋼板を搭載するための第１の搭載面を有する第１の支
持部材と、第１の搭載面と略平行に設けられて第２の鋼
板を搭載するための第２の搭載面を有する第２の支持部
材と、第２の鋼板の表面にレーザビームを照射するため
のレーザ溶接機とを備え、レーザビームの照射位置にお
ける第１の鋼板と第２の鋼板との間には、隙間が形成さ
れるとともに、第１の支持部材が、第１の鋼板を第１の
搭載面に固定させるための吸引手段を有することを特徴
とする重ね合わせ鋼板の製造装置である。

【００２２】この場合に、レーザビームは、第２の鋼板
の表面の閉じた領域を形成して照射されることが例示さ
れる。この本発明にかかる重ね合わせ鋼板の製造装置で
は、さらに、レーザビームの照射の際に、第２の鋼板を
第１の鋼板へ向けて弾性変形させることによって、隙間
を適正な距離に維持するための隙間適正距離維持手段を
備えることが、望ましい。

【００２３】この本発明にかかる重ね合わせ鋼板の製造
装置では、第１の支持部材および第２の支持部材の一方
または双方が、板厚方向と略平行な方向へ移動自在に設
けられることが例示される。

【００２４】これらの本発明にかかる重ね合わせ鋼板の
製造装置では、第２の支持部材が、第２の搭載面に搭載
された第２の鋼板を固定するための固定手段を備えるこ
とが例示される。

【００２５】これらの本発明にかかる重ね合わせ鋼板の
製造装置では、隙間適正距離維持手段が、第２の鋼板を
第１の鋼板に向けて弾性変形させることによって、第２
の鋼板を第１の鋼板に当接させる押圧手段であることが
例示される。

【００２６】これらの本発明にかかる重ね合わせ鋼板の
製造装置では、適正な距離が、0.05mm以上であって第２
の鋼板の板厚の40％以下であることが例示される。本発
明によれば、例えば、少なくとも一方が亜鉛系めっき鋼
板である第１の鋼板および第２の鋼板を板厚方向に離間
させて配置しておき、溶接部が閉じた領域を形成するよ
うに第２の鋼板の表面にレーザビームを連続的、断続的
または間欠的に照射することによって、第１の鋼板およ
び第２の鋼板がレーザ溶接されてなる重ね合わせ鋼板が
製造される。

【００２７】この場合、第２の鋼板が、閉じた領域の外
側の領域で固定されて配置されるとともに、レーザビー
ムの照射の際に、第２の鋼板を第１の鋼板に向けて弾性
変形させることにより、レーザビームの照射位置におけ
る第１の鋼板および第２の鋼板の隙間を適正な距離に維
持することが望ましい。

【００２８】ここで、「溶接部が閉じた領域を形成する
ように」とは、溶接部により連続的に形成される領域ま
たは溶接部に断続的もしくは間欠的に形成される領域
が、例えば長方形、正方形、円形、楕円形その他の閉じ
た形状の領域を呈することを意味しており、この閉じた
領域がこれ以外の残余の領域に対して区画されること以
外を意味しないものではない。

【００２９】また、これらの本発明において「連続的」
とは溶接線が実線として形成されることを意味してお
り、「断続的」とは溶接線が破線や一点鎖線状等に形成
されることを意味しており、「間欠的」とは溶接線が一
部が欠けた実線状に形成されることを意味している。

【００３０】

【発明の実施の形態】(第１の実施の形態)以下、本発明
にかかる重ね合わせ鋼板の製造方法および製造装置の実
施の形態を、添付図面を参照しながら詳細に説明する。

【００３１】図１は、本実施の形態の製造装置１を、一
部透視状態で示す斜視図である。また、図２(a) は図１
におけるＡ−Ａ断面図、図２(b) は本実施の形態の製造
装置１の上面図である。

【００３２】図１および図２に示すように、本実施の形
態の製造装置１は、少なくとも一方が亜鉛系めっき鋼板
である第１の鋼板Ｐ₁ とこの第１の鋼板Ｐ₁ よりも寸法
の大きな第２の鋼板Ｐ₂ を有する重ね合わせ鋼板Ｐを製
造するための装置であり、本実施の形態では、第１の鋼
板Ｐ₁ は第２の鋼板Ｐ₂ の投影領域の範囲内に完全に含
まれるように、配置される。

【００３３】本実施の形態の製造装置１は、第１の支持
部材２と、第２の支持部材３と、レーザ溶接機４とを有
する。そこで、製造装置１のこれらの構成要素を順次説
明する。

【００３４】[ 第１の支持部材２］図１、図２(a) およ
び図２(b) に示すように、この製造装置１は第１の支持
部材２を有する。第１の支持部材２は略直方体状の外形
を有しており、その上面には、第１の鋼板Ｐ₁ を搭載お
よび支持するための第１の搭載面2aが水平に形成されて
いる。この第１の支持部材２の外形はこの略立方体状に
限定されるものではなく、搭載する第１の鋼板Ｐ₁ の寸
法等に応じて適宜決定すればよい。

【００３５】また、この第１の支持部材２には、第１の
鋼板Ｐ₁ を吸引することが可能な吸引手段として電磁石
９が内蔵されており、第１の搭載面2aに搭載された第１
の鋼板Ｐ₁ を第１の搭載面2aに固定させる。この電磁石
９は、後述する溶接部５の近傍に溶接部５に略沿うよう
にして設けられる。これにより、溶接部５すなわちレー
ザビームの照射位置における第１の鋼板Ｐ₁ と第２の鋼
板Ｐ₂ との間の間隙を所定の距離に確保できる。なお、
本実施の形態では、吸引手段として電磁石９を用いた
が、本発明はこの形態に限定されるものではなく、例え
ば真空吸引装置等の吸引手段のように、第１の鋼板Ｐ₁
を第１の搭載面2aに固定させることができる他の手段も
用いることも可能である。

【００３６】また、図１では図示していないが、図２
(a) および図２(b) に示すように、第１の搭載面2aに
は、溶接部５の内側にこの溶接部５に沿うようにして、
レーザ照射用凹部2bが設けられている。

【００３７】さらに、この第１の支持部材２は、図示し
ていないが、サーボモータの軸にボールスクリュを取り
付けた機構を有しており、このボールスクリュの駆動に
よって、第１の鋼板Ｐ₁ および第２の鋼板Ｐ₂ それぞれ
の板厚方向と略平行な方向、すなわち上下方向に昇降可
能に構成されている。第１の支持部材２の高さをこの機
構により調整することにより第１の搭載面2aの搭載位置
を調整することができ、これにより、第１の鋼板Ｐ₁ お
よび第２の鋼板Ｐ₂ の間隙６の上下方向距離を自在に調
整することができる。

【００３８】本実施の形態における第１の支持部材２
は、以上のように構成される。 [ 第２の支持部材３］図１、図２(a) および図２(b) に
示すように、この製造装置１は第２の支持部材３を有す
る。第２の支持部材３は、第１の支持部材２を包囲する
ことができる中空形状を有しており、その上面には、第
２の鋼板Ｐ₂ を搭載および支持するための第２の搭載面
3aが水平に形成されている。この第２の支持部材３の外
形は特定の形状に限定されるものではなく、搭載する第
２の鋼板Ｐ₂ の寸法等に応じて適宜決定すればよい。

【００３９】この第２の搭載面3aに搭載された第２の鋼
板Ｐ₂ は、第１の搭載面2aに搭載された第１の鋼板Ｐ₁
との間に、所定の間隙６が設けられている。また、第２
の支持部材３には、搭載された第２の鋼板Ｐ₂ を第２の
搭載面3aに確実に固定するための固定手段として、クラ
ンプ装置７が設けられている。第２の鋼板Ｐ₂ は、この
クランプ装置７により、溶接部５により形成される閉じ
た領域の外側の領域で固定される。

【００４０】さらに、この第２の支持部材３は、上述し
た第１の支持部材２と同様に、図示していないが、サー
ボモータの軸にボールスクリュを取り付けた機構を有し
ており、このボールスクリュの駆動によって、第１の鋼
板Ｐ₁ および第２の鋼板Ｐ₂それぞれの板厚方向と略平
行な方向、すなわち上下方向に昇降可能に構成されてい
る。第２の支持部材３の高さをこの機構により調整する
ことにより第２の搭載面3aの搭載位置を調整することが
でき、これにより、第１の鋼板Ｐ₁ および第２の鋼板Ｐ
₂ の間隙６の上下方向距離を自在に調整することができ
る。

【００４１】本実施の形態における第２の支持部材３
は、以上のように構成される。 [ レーザ溶接機４］図１、図２(a) および図２(b) に示
すように、この製造装置１はレーザ溶接機４を有する。
本実施の形態のレーザ溶接機４は、慣用されるレーザヘ
ッド4aを有するものであり、第２の鋼板Ｐ₂ の表面にレ
ーザビームを照射することによって、第２の鋼板Ｐ₂ の
表面に溶接部５を形成する。第２の鋼板Ｐ₂ の表面に
は、溶接部５により閉じた領域が形成される。

【００４２】このレーザ溶接機４は、レーザビームを連
続的、断続的または間欠的に照射することができ、これ
により、第２の鋼板Ｐ₂ の表面に形成される溶接部５
は、実線状、破線もしくは一点鎖線状、または一部が欠
けた実線状に、それぞれ形成される。

【００４３】また、レーザ溶接機４により形成される溶
接部５は、本実施の形態では、第１の鋼板Ｐ₁ の端部か
ら内側へ０〜15mm程度の、第１の鋼板Ｐ₁ の外縁部に形
成される。

【００４４】第１の支持部材２と、第２の支持部材３
と、レーザ溶接機４とを有する本実施の形態の製造装置
１は、以上のように構成される。次に、この製造装置１
を用いて、第１の鋼板Ｐ₁ および第２の鋼板Ｐ₂ を有す
る重ね合わせ鋼板Ｐを製造する状況を説明する。

【００４５】図１および図２に示すように、本実施の形
態では、第１の鋼板Ｐ₁ を、第１の搭載面2aを有する第
１の支持部材２によって支持するとともに、第２の鋼板
Ｐ₂を、第１の搭載面と略平行に設けられた第２の搭載
面3aを有する第２の支持部材３によって支持する。

【００４６】そして、第１の支持部材２に内蔵された電
磁石９を作動させることにより、第１の鋼板Ｐ₁ を第１
の搭載面2aに固定させる。また、第２の支持部材３に設
けられたクランプ装置７により、第２の鋼板Ｐ₂ を第２
の搭載面3aに確実に固定する。

【００４７】このようにして、本実施の形態では、第１
の鋼板Ｐ₁ および第２の鋼板Ｐ₂ を板厚方向に離間させ
て配置するが、第１の支持部材２および第２の支持部材
３それぞれの高さ方向位置を適宜調整することにより、
第１の鋼板Ｐ₁ および第２の鋼板Ｐ₂ の板厚方向の距離
は0.05mm以上であって第２の鋼板Ｐ₂ の板厚の40％以下
となるように調整することが、第１の鋼板Ｐ₁ および第
２の鋼板Ｐ₂ のレーザ照射部に亜鉛蒸気の抜け道として
の適正な隙間６を設定するために望ましい。

【００４８】隙間６が0.05mmより小さいと、隙間６が十
分ではないために亜鉛の蒸発に起因した溶接欠陥が発生
するおそれがあり、一方隙間６が第２の鋼板Ｐ₂ の板厚
の40％を超えると、溶融した金属が落ち込み溶接不良が
生じ易いからである。第１の鋼板Ｐ₁ および第２の鋼板
Ｐ₂ の板厚方向の距離は0.05mm以上であって第２の鋼板
Ｐ₂ の板厚の40％以下となるようにすることにより、重
ね合わせ面における亜鉛蒸気を確実に排出するために必
要な隙間６が安定して確保され、これにより、溶接欠陥
の発生が抑制される。

【００４９】この後、溶接部５が閉じた領域を形成する
ように第２の鋼板Ｐ₂ の表面にレーザビームを照射する
ことによって、第２の鋼板Ｐ₂ および第１の鋼板Ｐ₁ を
レーザ溶接する。レーザ溶接の条件は、健全な溶接を行
うことができるように適宜設定すればよい。本実施の形
態ではこのようにして重ね合わせ鋼板Ｐが製造される。

【００５０】この重ね合わせ鋼板Ｐは、少なくとも一方
が亜鉛系めっき鋼板である第１の鋼板Ｐ₁ および第２の
鋼板Ｐ₂ を有するレーザ溶接による重ね合わせ鋼板であ
って、レーザ溶接の溶接部５が閉じた領域を形成するよ
うに連続的、断続的または間欠的に設けられているもの
である。また、第１の鋼板Ｐ₁ は、第２の鋼板Ｐ₂ の投
影領域の範囲内に配置されるとともに、その外縁部にお
いて第２の鋼板Ｐ₂ に接合されている。

【００５１】このように、本実施の形態によれば、レー
ザビームの照射時に、第１の鋼板Ｐ ₁ および第２の鋼板
Ｐ₂ の間の隙間６を、溶接部５の略全周について略一定
に確保することができるため、この溶接部５の全周につ
いて良好な溶接品質を確保することができる。

【００５２】したがって、本実施の形態によれば、第１
の鋼板Ｐ₁ の全部を第２の鋼板Ｐ₂の所定の位置に重ね
合わせ、突起部の形成など事前加工を一切施すことな
く、重ね合わせ部の隙間６を安定して確保しながら、第
２の鋼板Ｐ₂ および第１の鋼板Ｐ₁ をその重ね合わせ領
域の略全域で、例えば溶接部５が閉じた矩形の領域をな
すようにレーザ溶接され、溶接部５の品質が良好な重ね
合わせ鋼板Ｐを製造することができる。

【００５３】したがって、本実施の形態によれば、板厚
が部分的に増減する多種類の鋼板を提供することがで
き、例えばフロアパネル等の、自動車車体を構成する鋼
板の板厚を部分的に自在に設定して車体のよりいっそう
の軽量化および高剛性化を図るとともに、車体構成パネ
ルの設計の自由度を増加して、これまでは車種毎に個別
に設定せざるを得なかった部品の共用化を促進してコス
ト低減を図ることができる。

【００５４】(第２の実施の形態)次に、本発明の第２の
実施の形態を説明する。なお、以降の説明では、上述し
た第１の実施の形態と相違する部分を説明し、共通する
部分については同一の図中符合を付すことにより重複す
る説明を省略する。

【００５５】図３は本実施の形態の説明図であり、図３
(a) は本実施の形態の装置１−１を示す説明図、図３
(b) は製造される重ね合わせ鋼板Ｐ' を示す説明図であ
る。本実施の形態では、図３(a) に示すように、重ね合
わせる第２の鋼板Ｐ₂ と、２枚の第１の鋼板Ｐ₃ 、Ｐ₄
とのそれぞれの板厚に対応するため、第１の支持部材２
の上面に略Ｔ字状に凸部８を形成してある。

【００５６】このため、この凸部８により形成される二
つの凹部に２枚の第１の鋼板Ｐ₃ 、Ｐ₄ を嵌め込んで、
それぞれに溶接部５が形成されるようにレーザ溶接を行
うことにより、図３(b) に示すように、二つの板厚増加
部が設けられた重ね合わせ鋼板Ｐ' を製造することがで
きる。

【００５７】この重ね合わせ鋼板Ｐ' も、例えば自動車
車体のドアーインナーパネル等に用いることができ、こ
れにより、車体のよりいっそうの軽量化および高剛性化
を図るとともに、車体構成パネルの設計の自由度を増加
して、これまでは車種毎に個別に設定せざるを得なかっ
た部品の共用化を促進してコスト低減を図ることができ
る。

【００５８】(第３の実施の形態)図４(a) は、本実施の
形態の製造装置１−２を示す断面図であり、図４(b) は
加圧装置10による加圧を行わない場合の溶接部５の近傍
を拡大して示す断面図であり、図４(c) は加圧装置10に
よる加圧を行う場合の溶接部５の近傍を拡大して示す断
面図である。

【００５９】本実施の形態の製造装置１−２は、図４
(b) に例示するように、第２の鋼板Ｐ ₂ に反り等が存在
して、第１の鋼板Ｐ₁ と第２の鋼板Ｐ₂ との間の隙間６
の適正な距離を維持できなくなることを防ぐため、上述
した第１の実施の形態の製造装置１に、隙間適正距離維
持手段10を備えるものである。

【００６０】図４(a) および図４(c) に示すように、本
実施の形態では、隙間適正距離維持手段10として例えば
液圧式の押圧手段を用いた。この押圧手段10は、レーザ
溶接機４によるレーザビーム照射時に、第２の鋼板Ｐ₂
の表面におけるレーザビーム照射域の内側を押圧して、
第２の鋼板Ｐ₂ を第１の鋼板Ｐ₁ に向けて弾性変形させ
ることによって、第２の鋼板Ｐ₂ を第１の鋼板Ｐ₁ に接
触させる。これにより、溶接部すなわちレーザビームの
照射位置における第１の鋼板Ｐ₁ および第２の鋼板Ｐ₂
の隙間６を適正な距離とする。

【００６１】押圧手段10により第２の鋼板Ｐ₂ の表面に
おけるレーザビーム照射域の内側、すなわち第２の鋼板
Ｐ₂ における重ね合わせ部のレーザ照射位置より内側の
部分を押圧することにより、レーザビームの照射時に第
２の鋼板Ｐ₂ を第１の鋼板Ｐ ₁ に接触させることによっ
て、第２の鋼板Ｐ₂ の端部から押圧手段10による加圧部
にかけての隙間形状変動を小さくすることができ、これ
により、隙間６の形状が一定となり、レーザ照射部の隙
間６を一層安定して形成することが可能となる。これに
より、溶接部５における第１の鋼板Ｐ₁ および第２の鋼
板Ｐ₂ の間に適正な隙間６である、0.05mm以上であって
第２の鋼板Ｐ₂ の板厚の40％以下を安定して確保するこ
とが可能となる。

【００６２】このため、本実施の形態の製造装置１−２
によれば、第２の鋼板Ｐ₂ に反りが存在する場合にも、
第１の鋼板Ｐ₁ との間に、溶接部すなわちレーザビーム
の照射位置の全周について適正な隙間６を安定して形成
することができる。

【００６３】(第４の実施の形態)図５は、本実施の形態
の製造装置１−３を示す断面図である。この製造装置１
−３は、図１および図２に示す製造装置１に、さらに、
第２の鋼板Ｐ₂ の重ね合わせ部を加圧するための可動式
のローラー型加圧装置11を備えるものである。

【００６４】ローラー型加圧装置11により、レーザ溶接
の進行に合わせて、レーザ照射位置より内側を第１の鋼
板Ｐ₁ へ向けて加圧することにより、加圧した部分から
第１の鋼板Ｐ₁ の端部にかけて隙間形状を略一定に調整
することができる。なお、加圧機構としては押さえ位置
が狭い場合には、ローラー型ではなく先端が細いピン型
の加圧機構を用いることもできる。

【００６５】この本実施の形態によっても、第３の実施
の形態と同様の効果を得ることができる。

【００６６】

【実施例】(実施例１)さらに、本発明を実施例を参照し
ながら、より具体的に説明する。

【００６７】図１および図２に示す製造装置１ (装置
Ａ）、図４に示す製造装置１−２ (装置Ｂ）、図５に示
す製造装置１−３ (装置Ｃ）および図２に示す装置にお
いて電磁石７を内蔵しない装置 (装置Ｄ）を使用して、
レーザ溶接を行った。供試材を表１に示す。

【００６８】

【表１】

【００６９】第１の鋼板Ｐ₁ には、幅900mm および長さ
800mm の合金化溶融亜鉛めっき鋼板(GA45)を用いるとと
もに、第２の鋼板Ｐ₂ には幅800mm および長さ700mm の
合金化溶融亜鉛めっき鋼板、裸鋼板(CR)または溶融亜鉛
めっき鋼板(G160)を用いた。なお、第１の鋼板Ｐ₁ およ
び第２の鋼板Ｐ₂ の板厚はいずれも0.7mm であり、これ
らの鋼板の母材は軟鋼である。

【００７０】そして、供試材GA45と、GA45、CRまたはGI
60とを重ね合わせた後、重ね合わせ部（800 ×700 mm)
の端部より10mm内側の部分を、下記条件でレーザ溶接に
より全周溶接し、それぞれ、総計100 枚の溶接テストを
行い、目視により亜鉛によるピット、溶融金属の落ち込
み等の表面欠陥発生率（表面欠陥発生枚数/ 100 枚）を
調査した。

【００７１】(溶接方法) YAG レーザ溶接機 発信モード ：連続発振モード 出力 ：３kW 溶接速度 ：４ｍ/min フォーカス ：鋼板表面 シールドガス：アルゴン 結果を表２に示す。

【００７２】

【表２】

【００７３】表２における試験１は、装置Ｄを使用して
第１の支持部材２および第２の支持部材３の高さを、第
１の鋼板Ｐ₁ の板厚である0.7mm に0.2 mmを加算した0.
9mmだけずらして設定して、レーザ溶接を行った。その
結果、重ね合わせ鋼板Ｐを製造することはできたもの
の、10数％程度の溶接欠陥が発生した。これは、第１の
鋼板Ｐ₁ の反りにばらつきがあるため、第１の鋼板Ｐ₁
および第２の鋼板Ｐ₂ の間の隙間６にばらつきが発生し
たためであると考えられる。

【００７４】試験２は、装置Ａを使用して第１の支持部
材２および第２の支持部材３の高さを、第１の鋼板Ｐ₁
の板厚である0.7mm に0.2 mmを加算した0.9mm だけずら
して設定して、レーザ溶接を行った。その結果、溶接欠
陥の発生率を数％程度まで減少し、良好な結果が得られ
た。

【００７５】試験３は、装置Ｂを使用して、第１の支持
部材２および第２の支持部材３の高さを、第１の鋼板Ｐ
₁ の板厚である0.7mm に0.2 mmを加算した0.9mm だけず
らして設定して、レーザ溶接を行った。なお、押圧手段
10による第２の鋼板Ｐ₂ の押圧は、第１の鋼板Ｐ₁ およ
び第２の鋼板Ｐ₂ の重ね合わせ部の中央部（700mm ×60
0mm)を加圧力300kgfで行った。試験２に比較すると、溶
接欠陥の発生率が減少し、極めて良好であった。

【００７６】試験４は、装置Ｃを使用して、第１の支持
部材２および第２の支持部材３の高さを、第１の鋼板Ｐ
₁ の板厚である0.7mm に0.2 mmを加算した0.9mm だけず
らして設定して、レーザ溶接を行った。なお、ローラー
型の加圧装置１−３による加圧は、レーザ照射位置より
10mm内側を、加圧力40kgf で行った。試験３に比較する
と、溶接欠陥の発生率が低く、極めて良好であった。

【００７７】さらに、試験５は、装置Ｃを使用して、第
１の支持部材２および第２の支持部材３の高さを、第１
の鋼板Ｐ₁ の板厚である0.7mm に0.5 mmを加算した1.2m
m だけずらして設定して、レーザ溶接を行った。この場
合、鋼板端部における２枚の板間の隙間６は0.5mm と大
きいが、ローラー型の加圧装置１−３によりレーザ照射
位置 (溶接部５) では隙間６が約0.25mmとなっており、
溶接欠陥の発生率が低く良好な溶接を行うことができ
た。

【００７８】なお、表１に示すように、本発明例の効果
は、GA45/GA45 、GA45/CR 、GA45/GI60 のいずれの組み
合わせでも確認できた。 (実施例２)図１および図２に示す製造装置１ (装置Ａ）
を用い、電磁石５により第１の鋼板Ｐ₁ を吸引するとと
もに、第１の支持部材２の高さを調整してレーザ照射位
置における隙間６を変更して溶接を行い、溶接欠陥の発
生を調査した。

【００７９】なお、第２の鋼板Ｐ₂ には 200×200mm の
GA45を用い、第１の鋼板Ｐ₁ には190 ×190mm のGA45ま
たはCRを用いた。板厚はいずれも0.7 〜1.6mm とした。
本実施例における溶接方法と、溶接欠陥の調査および評
価方法を以下に列記する。

【００８０】溶接方法 YAG レーザ溶接機 発信モード ：連続発振モード 出力 ：３kW 溶接速度 ：1.5 〜４ｍ/min フォーカス ：鋼板表面 シールドガス：アルゴン 溶接位置 ：下側の端部より10mmの位置を全周溶接溶接性評価 目視にて、亜鉛によるピット、溶接金属の落ち込み等の
表面欠陥を調査 欠陥発生率が５％以下：○印 欠陥発生率が５％超 ：×印 実験結果を表３にまとめて示す。

【００８１】

【表３】

【００８２】表３に示すように、板厚および材料によら
ず、レーザ照射位置の隙間６を0.05mm以上上板の板厚の
40％以下の範囲に設定した条件では、この範囲外とした
条件に比較すると、溶接欠陥の発生率が小さく良好であ
った。

【００８３】なお、実施例では YAGレーザでの例を用い
て示したが、 YAGレーザに限定されるものではなく、炭
酸ガスレーザ、YAG レーザ、半導体励起レーザ、半導体
レーザなど各種レーザを用いることができる。

【００８４】また、本実施例では、合金化溶融亜鉛めっ
き鋼板や溶融亜鉛めっき鋼板での例を用いたが、亜鉛ニ
ッケルめっき鋼板等の、沸点が鋼の融点より低い物質で
めっきされた各種の亜鉛めっき鋼板にも適用が可能であ
る。さらに亜鉛ニッケルめっき鋼板に有機被覆を施した
鋼板にも適用することができる。

【００８５】

【発明の効果】以上詳細に説明したように、本発明によ
り、溶接される鋼板同士の距離を適正に維持しながらレ
ーザ溶接を行って、少なくとも一方が亜鉛系めっき鋼板
により構成される重ね合わせ鋼板の製造方法および製造
装置を提供できた。

【００８６】これにより、板厚が部分的に増減する多種
類の鋼板を提供することができるため、例えば、自動車
車体を構成する鋼板の板厚や寸法を部分的に自在に設定
して車体のよりいっそうの軽量化および高剛性化を図る
とともに、車体構成パネルの設計の自由度を増加して、
これまでは車種毎に個別に設定せざるを得なかった部品
の共用化を促進してコスト低減を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施の形態の製造装置を、一部透視状態
で示す斜視図である。

【図２】図２(a) は図１におけるＡ−Ａ断面図、図２
(b) は本実施の形態の製造装置の上面図である。

【図３】第２の実施の形態の説明図であり、図３(a) は
本実施の形態の装置を示す説明図、図３(b) は製造され
る重ね合わせ鋼板を示す説明図である。

【図４】図４(a) は、第３の実施の形態の製造装置を示
す断面図であり、図４(b) は加圧装置による加圧を行わ
ない場合の溶接部の近傍を拡大して示す断面図であり、
図４(c) は加圧装置による加圧を行う場合の溶接部の近
傍を拡大して示す断面図である。

【図５】第４の実施の形態の製造装置を示す断面図であ
る。

【符号の説明】 １ 製造装置 ２ 第１の支持部材 2a 第１の搭載面 ３ 第２の支持部材 3a 第２の搭載面 ４ レーザ溶接機 ５ 溶接部 ６ 隙間 P₁ 第１の鋼板 P₂ 第２の鋼板 Ｐ 重ね合わせ鋼板

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 福井 清之 大阪府大阪市中央区北浜４丁目５番33号 住友金属工業株式会社内 Ｆターム(参考） 4E068 AA01 BF00 CA17 CE09 DA14 DB01

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 少なくとも一方が亜鉛系めっき鋼板であ
   る第１の鋼板および第２の鋼板を、前記第１の鋼板が前
   記第２の鋼板の投影領域内に入るように重ね合わせて配
   置してから前記第２の鋼板の表面にレーザビームを照射
   することによって前記第１の鋼板と前記第２の鋼板とを
   レーザ溶接することにより重ね合わせ鋼板を製造する方
   法であって、 前記第１の鋼板および前記第２の鋼板の配置は、該第１
   の鋼板を、第１の支持部材に設けられた第１の搭載面に
   搭載して固定するとともに、前記第２の鋼板を、第２の
   支持部材に前記第１の搭載面と略平行に設けられた第２
   の搭載面に搭載して固定することによって、前記レーザ
   ビームの照射位置における前記第１の鋼板と前記第２の
   鋼板との間に隙間が形成されるように、行われることを
   特徴とする重ね合わせ鋼板の製造方法。
2. 【請求項２】 前記第１の支持部材に設けられた吸引手
   段によって前記第１の鋼板を前記第１の搭載面に固定す
   る請求項１に記載された重ね合わせ鋼板の製造方法。
3. 【請求項３】 前記レーザビームの照射の際には、前記
   第２の鋼板を前記第１の鋼板へ向けて弾性変形させる請
   求項１または請求項２に記載された重ね合わせ鋼板の製
   造方法。
4. 【請求項４】 少なくとも一方が亜鉛系めっき鋼板であ
   る第１の鋼板および第２の鋼板を有するとともに該第１
   の鋼板が前記第２の鋼板の投影領域内に位置する重ね合
   わせ鋼板の製造装置であって、 前記第１の鋼板を搭載するための第１の搭載面を有する
   第１の支持部材と、該第１の搭載面と略平行に設けられ
   て前記第２の鋼板を搭載するための第２の搭載面を有す
   る第２の支持部材と、前記第２の鋼板の表面にレーザビ
   ームを照射するためのレーザ溶接機とを備え、 前記レーザビームの照射位置における前記第１の鋼板と
   前記第２の鋼板との間には、隙間が形成されるととも
   に、 前記第１の支持部材は、前記第１の鋼板を前記第１の搭
   載面に固定させるための吸引手段を有することを特徴と
   する重ね合わせ鋼板の製造装置。
5. 【請求項５】 さらに、前記レーザビームの照射の際
   に、前記第２の鋼板を前記第１の鋼板へ向けて弾性変形
   させることによって、前記隙間を適正な距離に維持する
   ための隙間適正距離維持手段を備えることを特徴とする
   請求項４に記載された重ね合わせ鋼板の製造装置。