JP2010082655A - 溶接構造体及び溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】連続的に形成された溶接線の端部への応力集中を抑制すること。
【解決手段】重ね合わされた複数の金属部材に高エネルギービームを連続的に照射して溶接線Ｗ１〜Ｗ４を形成した溶接構造体であって、溶接線Ｗ１〜Ｗ４の端部Ｐが、その端点Ｐ１を囲むように曲折された曲折部Ｇを有することを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、複数の金属部品を溶接する技術に関する。

レーザのような高エネルギービームを照射することにより、金属部品を溶接する際に、溶接線を直線状に形成すると、端部に応力が集中してしまう。このため、部品間に大きな衝撃荷重が加わった際に、溶接線が端部から雪崩状に破断してしまう可能性がある。

この問題を解決するため、例えば、特許文献１乃至３では、溶接線の端部を屈曲して形成することにより、溶接線の端部への応力集中を抑制する技術が開示されている。また、特許文献４では、スポット溶接によって形成されたナゲット列の端部に位置するナゲットの周囲に、円弧状にナゲットを形成することにより、ナゲット列の端部に位置するナゲットへの応力集中を抑制する技術が開示されている。
特開昭５９−９２１８９号公報 特開２００３−２９０９５１号公報 特開２００８−７６４号公報 特許２００１−６２５７５号公報

しかしながら、自動車のような種々の衝突形態が想定される溶接構造体においては、特許文献１乃至３で開示された技術では、溶接線を屈曲して形成しても、衝撃荷重の入力方向によっては、溶接線の端部に応力が集中してしまう可能性がある。また、特許文献４で開示された技術では、ナゲット列の端部に位置するナゲットの周囲を増し打ちされたナゲットで囲むことにより応力集中を抑制するため、連続的に形成する場合に比べて耐荷重が小さいという問題がある。

従って、本発明の目的は、連続的に形成された溶接線の端部への応力集中を抑制することにある。

上記課題を解決するため、本発明においては、重ね合わされた複数の金属部材に高エネルギービームを連続的に照射して溶接線を形成した溶接構造体であって、前記溶接線の端部が、その端点を囲むように曲折された曲折部を有する溶接構造体が提供される。

また、本発明においては、重ね合わされた複数の金属部材を保持する保持工程と、前記保持工程で保持された前記複数の金属部材に高エネルギービームを連続的に照射して予め定めた溶接線を形成する溶接工程と、前記溶接線の端部が、その端点を囲むように曲折された曲折部を形成するように、前記溶接工程と同期して前記複数の金属部材を相対的に移動させる移動工程と、を有する溶接方法が提供される。

本発明に係る溶接構造体及び溶接方法によれば、前記溶接線の端部が、その端点を囲むように曲折された曲折部を有するため、前記溶接線の端部への応力集中を抑制することができる。これにより、前記溶接線が端部から破断することを抑制することができる。

また、本発明においては、前記溶接線は、第１溶接線と、前記第１溶接線と重ならない第２溶接線とを有し、前記複数の金属部材は、第１部材と、前記第１部材に前記第１溶接線で接合された第２部材と、前記第１又は第２部材に前記第２溶接線で接合された第３部材とを有し、前記曲折部は、前記第１溶接線の端部に形成された第１曲折部と、前記第２溶接線の端部に形成された第２曲折部とを有し、前記第１曲折部は、前記第２溶接線の延長線上で前記第２曲折部と近接して配置される構成であってもよい。この構成によれば、前記第１曲折部が、前記第２溶接線の延長線上で前記第２曲折部と近接して配置されるため、前記第２溶接線が延びる方向に衝突荷重が負荷された場合に、前記第１曲折部に前記衝突荷重を確実に伝達することができる。

また、本発明においては、前記溶接線は、第１溶接線と、前記第１溶接線と重ならない第２溶接線とを有し、前記複数の金属部材は、第１部材と、前記第１部材に前記第１溶接線で接合された第２部材と、前記第１又は第２部材に前記第２溶接線で接合された第３部材とを有し、前記第２曲折部は、前記第１溶接線の延長線上で前記第１曲折部と近接して配置される構成であってもよい。この構成によれば、前記第２曲折部が、前記第１溶接線の延長線上で前記第１曲折部と近接して配置されるため、前記第１曲折部と近接して配置されるため、前記第１溶接線が延びる方向に衝突荷重が負荷された場合に、前記第２曲折部に前記衝突荷重を確実に伝達することができる。

また、本発明においては、前記第１部材が車体底部を形成するフロアパネル、前記第２部材が前記フロアパネルの車両前後方向前方で車幅方向に延在するダッシュパネル、前記第３部材が前記ダッシュパネルの車両前後方向前方で車両前後方向に延在するフロントサイドフレームである構成であってもよい。この構成によれば、前記フロアパネル、前記ダッシュパネル及び前記フロントサイドフレームの間の衝突荷重の伝達を確実に行うことができる。

また、本発明においては、前記第１部材が車体底部を形成するフロアパネル、前記第２部材が前記フロアパネルの上下方向上方で車幅方向に延在するクロスメンバパネル、前記第３部材が前記フロアパネルの上下方向下方で前記クロスメンバパネルと交差するように車両前後方向に延在するフロアフレームである構成であってもよい。この構成によれば、前記フロアパネル、前記クロスメンバパネル及び前記フロアフレームの間の衝突荷重の伝達を確実に行うことができる。

また、本発明においては、前記溶接線は、前記曲折部に連続する非曲折部を更に有し、前記複数の金属部材の少なくとも１つが、前記非曲折部を形成可能な幅を有する第１溶接代と、前記曲折部を形成可能であって、前記第１溶接代よりも広い幅を有する第２溶接代と、を有する構成であってもよい。この構成によれば、前記非曲折部が形成される前記第１溶接代よりも、前記曲折部が形成される前記第２溶接代を広く確保するため、車体重量の軽量化を行うことができる。

本発明によれば、連続的に形成された溶接線の端部への応力集中を抑制することができる。

以下に、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。なお、以下に説明する実施の形態は、本発明の実現手段としての一例であり、本発明は、その趣旨を逸脱しない範囲で以下の実施形態を修正又は変形したものに適用可能である。

＜第１の実施形態＞
図１は、本発明の一実施形態に係る溶接構造体を示す上面図である。図２は、図１のＸ部を示す拡大図である。図３において、（ａ）は図２のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、（ｂ）は図２のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。図４は、図２を部分的に拡大して示す斜視図である。図５は、図４のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。

本発明に係る溶接構造体は、重ね合わされた複数の金属部材にレーザ等の高エネルギービームを連続的に照射して溶接線Ｗを形成した構造体である。溶接線Ｗは、溶接線Ｗ１、Ｗ２（第１溶接線）と、溶接線Ｗ１、Ｗ２と車両平面視で重ならない溶接線Ｗ３、Ｗ４（第２溶接線）とを有する。

複数の金属部材は、本実施形態では、フロアパネル（第１部材）ＦＰと、フロアパネルＦＰに溶接線Ｗ１、Ｗ２で接合されたダッシュパネルＤＰ（第２部材）と、ダッシュパネルＤＰに溶接線Ｗ３、Ｗ４で接合されたフロントサイドフレームＳＦ（第３部材）とを有する。

フロアパネルＦＰは、車体底部を形成し、車室のフロア面となる。ダッシュパネルＤＰは、フロアパネルＦＰの車両前後方向前方で車幅方向に延在し、車室とエンジンルームとの隔壁となる。フロントサイドフレームＳＦは、ダッシュパネルＤＰの車両前後方向前方で車両前後方向に延在する。このフロントサイドフレームＳＦの車両前後方向後端部からフロアパネルＦＰの車両前後方向後端部に掛けて、フロアパネルＦＰの下面に沿って車両前後方向後方にフロアフレームＦＦが延設されている。

溶接線Ｗ５の端部Ｐは、その端点Ｐ１を囲むように曲折された曲折部Ｇを有する。曲折部Ｇは、本実施形態では、略円弧状に形成されており、溶接線Ｗの端点Ｐ１がその略円弧内に位置している。なお、曲折部Ｇは、略円弧状に形成されていなくても、その端点Ｐ１を内部に位置させるように形成されていればよい。また、図２では、溶接線Ｗ５の端部Ｐを示したが、溶接線Ｗ５の端部Ｐを除く溶接線Ｗ１〜Ｗ１６の端部Ｐについても同様に、その端点Ｐ１を囲むように曲折された曲折部Ｇを有している。

曲折部Ｇは、溶接線Ｗ１の車幅方向内方側の端部に形成された曲折部Ｇ１（第１曲折部）と、溶接線Ｗ３の車両前後方向後方側の端部に形成された曲折部Ｇ３（第２曲折部）とを有する。曲折部Ｇ１は、溶接線Ｗ３の延長線上で曲折部Ｇ３と近接して配置される。

同様に、曲折部Ｇは、溶接線Ｗ２の車幅方向内方側の端部に形成された曲折部Ｇ２と、溶接線Ｗ４の車両前後方向後方側の端部に形成された曲折部Ｇ４とを有する。曲折部Ｇ２は、溶接線Ｗ４の延長線上で曲折部Ｇ４と近接して配置される。

これにより、フロントサイドフレームＳＦが、溶接線Ｗ３、Ｗ４が延びる方向（すなわち、車両前後方向）に衝突荷重を受けた場合に、曲折部Ｇ１、Ｇ２に衝突荷重を確実に伝達することができる。

ここで、図４、図５に示すように、フロアパネルＦＰは、車体側部に車両前後方向に延びるサイドシルＳＳと溶接線Ｗ１９により同様に溶接されている。なお、図中の符号ＴＢは、フロントサイドフレームＳＦとサイドシルＳＳとを連結する閉断面を形成するトルクボックスである。

また、曲折部Ｇには、本実施形態では、略直線状である非曲折部Ｎが連続的に形成されている。なお、非曲折部Ｎは、本実施形態では、略直線状に形成されるものとするが、パネル形状に応じて曲折していても構わないし、所定周期の波形等の種々の形状に形成されたものであっても構わない。

なお、曲折部Ｇは、溶接線Ｗ１の延長線上で曲折部Ｇ１と近接して配置されていてもよい。この場合には、フロアパネルＦＰ又はダッシュパネルＤＰが、溶接線Ｗ１、Ｗ２が延びる方向（すなわち、車幅方向）に衝突荷重を受けた場合に、曲折部Ｇ３、Ｇ４に衝突荷重を確実に伝達することができる。

［溶接装置及び溶接方法について］
図６は、本発明の一実施形態に係る溶接装置ＷＭを示す図である。図７は、溶接装置ＷＭの動作手順を示す図である。

溶接装置ＷＭは、重ね合わされた複数の金属部材を保持するクランプ部材ＣＰと、クランプ部材ＣＰによって保持された複数の金属部材に高エネルギービームを照射して予め定めた溶接線Ｗを形成する照射部ＬＵと、溶接線Ｗの端部Ｐが、その端点Ｐ１を囲むように曲折された曲折部Ｇを形成するように、照射部ＬＵによる溶接線Ｗの形成処理と同期して複数の金属部材を相対的に移動させるロボットアームＲＡとを備える。

クランプ部材ＣＰは、複数の金属部材を上下方向上方から押し付けるクランプ部材ＣＰ１と、複数の金属部材を上下方向下方から押し付けるクランプ部材ＣＰ２とを有する。これにより、複数の金属部材を重ね合わせた状態で保持可能としている。なお、クランプ部材ＣＰ１とクランプ部材ＣＰ２との間を調整することにより、板厚や材質等に応じた隙間を設けて保持することも可能である。

照射部ＬＵには、高エネルギービームを発生させる光源Ｌが光ファイバＬＦを介して接続されている。ロボットアームＲＡは、予め設定されたコンピュータプログラムに従って照射部ＬＵの照射口ＬＵ１の位置を任意に移動させることができる。

次に、上述の溶接装置を用いて溶接構造体を製造する手順について説明する。まず、クランプ部材ＣＰが重ね合わされた複数の金属部材を保持する（保持工程）。次に、照射部ＬＵが、クランプ部材ＣＰが保持した複数の金属部材に高エネルギービームを照射して予め定めた溶接線Ｗを形成する（溶接工程）。そして、溶接線Ｗの端部Ｐが、その端点を囲むように曲折された曲折部を形成するように、照射部ＬＵによる照射処理と同期してロボットアームＲＡが照射部ＬＵを移動させる（移動工程）。なお、クランプ部材ＬＵ１を同様のロボットアーム等を用いて可動構造とすれば、照射部ＬＵを動かさなくても複数の金属部材側を移動させればよい。すなわち、複数の金属部材を照射部ＬＵに対して相対的に移動させればよい。

以上述べた通り、本実施形態によれば、溶接線の端部が、その端点を囲むように曲折された曲折部を有するため、溶接線の端部への応力集中を抑制することができる。これにより、溶接線が端部から破断することを抑制することができる。

また、複数の溶接線が車両平面視で重ならないため、熱影響部の拡大による溶接部の脆弱化を抑制することができる。

なお、曲折部は、本実施形態では、溶接線の端部のいずれにも設けたが、いずれか一方の端部のみに設けても構わない。

＜第２の実施形態＞
上述の第１の実施形態では、溶接構造体が、フロアパネルＦＰ、ダッシュパネルＤＰ及びフロントサイドフレームＳＦを溶接した構造体であるものとしたが、本実施形態のように、他の複数の金属部品を溶接しても構わない。

図８は、第２の実施形態に係る溶接構造体を示す上面図である。図９において、（ａ）は図８のＤ−Ｄ線に沿った断面図であり、（ｂ）は図８のＥ−Ｅ線に沿った断面図である。

複数の金属部材は、本実施形態では、フロアパネルＦＰ（第１部材）と、フロアパネルＦＰに溶接線Ｗ２５〜Ｗ３２（第１溶接線）で接合されたクロスメンバパネルＣＭ（第２部材）と、フロアパネルＦＰに溶接線Ｗ２１、Ｗ２２、Ｗ３３、Ｗ３４、Ｗ４０、Ｗ４１、Ｗ４７、Ｗ４８（第２溶接線）で接合されたフロアフレームＦＦ（第３部材）とを有する。各溶接線は、図９で示すように車両平面視で重ならない位置に形成されている。このため、熱影響部の拡大を抑制することができる。

フロアパネルＦＰは、車体底部を形成し、車室のフロア面となる。クロスメンバパネルＣＭは、フロアパネルＦＰの上下方向上方で車幅方向に延在する。フロアフレームＦＦは、フロアパネルＦＰの上下方向下方でクロスメンバパネルＣＭと交差するように車両前後方向に延在する。また、フロアフレームＦＦは、その車両前後方向前端部がフロントサイドフレームＳＦの車両前後方向後端部と接合されている。

以上述べた通り、本実施形態によれば、溶接線の端部が、その端点を囲むように曲折された曲折部を有するため、溶接線の端部への応力集中を抑制することができる。これにより、溶接線が端部から破断することを抑制することができる。

なお、溶接構造体は、４つ以上の金属部材を溶接した構造体であっても構わない。

＜第３の実施形態＞
上述の第１及び第２の実施形態では、溶接構造体が３つの金属部材を溶接した構造体であるものとしたが、本実施形態のように、溶接構造体が２つの金属部材だけを溶接した構造体であってもよい。

図１０は、第３の実施形態に係る溶接構造体を示す斜視図である。複数の金属部材は、本実施形態では、クラッシュカンを形成する２つの部材ＣＣ１、ＣＣ２を有する。部材ＣＣ１、ＣＣ２は、車両前後方向に延びる２つの溶接線Ｗ５１、Ｗ５２によって接合されて溶接構造体を形成する。

溶接線Ｗ５１及びＷ５２の端部は、上述の実施形態と同様に、その端点を囲むように曲折された曲折部を有する。

部材ＣＣ１は、非曲折部Ｎ（すなわち、直線部分）を形成可能な幅を有する溶接代ｄ１（第１溶接代）と、曲折部Ｇを形成可能であって、溶接代よりも広い幅を有する溶接代ｄ２（第２溶接代）とを有する。この構成によれば、溶接代ｄ１を溶接代ｄ２よりも小さくした分だけ車体重量の軽量化を図ることができる。

以上述べた通り、本実施形態によれば、溶接線の端部が、その端点を囲むように曲折された曲折部を有するため、溶接線の端部への応力集中を抑制することができる。これにより、溶接線が端部から破断することを抑制することができる。

本発明の第１の実施形態に係る溶接構造体を示す上面図である。 図１のＸ部の拡大図である。 （ａ）は図１のＡ−Ａ線に沿った断面図であり、（ｂ）は図１のＢ−Ｂ線に沿った断面図である。 図１を部分的に拡大して示す斜視図である。 図４のＣ−Ｃ線に沿った断面図である。 本発明の一実施形態に係る溶接装置を示す図である。 溶接装置の動作手順を示す図である。 第２の実施形態に係る溶接構造体を示す上面図である。 （ａ）は図８のＤ−Ｄ線に沿った断面図であり、（ｂ）は図８のＥ−Ｅ線に沿った断面図である。 第３の実施形態に係る溶接構造体を示す上面図である。

符号の説明

Ｗ１〜Ｗ４ 溶接線
Ｐ 端部
Ｐ１ 端点
Ｇ 曲折部

Claims (7)

1. 重ね合わされた複数の金属部材に高エネルギービームを連続的に照射して溶接線を形成した溶接構造体であって、
   前記溶接線の端部が、その端点を囲むように曲折された曲折部を有することを特徴とする溶接構造体。
2. 前記溶接線は、第１溶接線と、前記第１溶接線と重ならない第２溶接線とを有し、
   前記複数の金属部材は、第１部材と、前記第１部材に前記第１溶接線で接合された第２部材と、前記第１又は第２部材に前記第２溶接線で接合された第３部材とを有し、
   前記曲折部は、前記第１溶接線の端部に形成された第１曲折部と、前記第２溶接線の端部に形成された第２曲折部とを有し、
   前記第１曲折部は、前記第２溶接線の延長線上で前記第２曲折部と近接して配置されることを特徴とする請求項１に記載の溶接構造体。
3. 前記溶接線は、第１溶接線と、前記第１溶接線と重ならない第２溶接線とを有し、
   前記複数の金属部材は、第１部材と、前記第１部材に前記第１溶接線で接合された第２部材と、前記第１又は第２部材に前記第２溶接線で接合された第３部材とを有し、
   前記第２曲折部は、前記第１溶接線の延長線上で前記第１曲折部と近接して配置されることを特徴とする請求項１に記載の溶接構造体。
4. 前記第１部材が車体底部を形成するフロアパネル、前記第２部材が前記フロアパネルの車両前後方向前方で車幅方向に延在するダッシュパネル、前記第３部材が前記ダッシュパネルの車両前後方向前方で車両前後方向に延在するフロントサイドフレームであることを特徴とする請求項２又は３に記載の溶接構造体。
5. 前記第１部材が車体底部を形成するフロアパネル、前記第２部材が前記フロアパネルの上下方向上方で車幅方向に延在するクロスメンバパネル、前記第３部材が前記フロアパネルの上下方向下方で前記クロスメンバパネルと交差するように車両前後方向に延在するフロアフレームであることを特徴とする請求項２又は３に記載の溶接構造体。
6. 前記溶接線は、前記曲折部に連続する非曲折部を更に有し、
   前記複数の金属部材の少なくとも１つが、
   前記非曲折部を形成可能な幅を有する第１溶接代と、
   前記曲折部を形成可能であって、前記第１溶接代よりも広い幅を有する第２溶接代と、
   を有することを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載のいずれか１項に記載の溶接構造体。
7. 重ね合わされた複数の金属部材を保持する保持工程と、
   前記保持工程で保持された前記複数の金属部材に高エネルギービームを連続的に照射して予め定めた溶接線を形成する溶接工程と、
   前記溶接線の端部が、その端点を囲むように曲折された曲折部を形成するように、前記溶接工程と同期して前記複数の金属部材を相対的に移動させる移動工程と、
   を有することを特徴とする溶接方法。

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