JP2014522730A - ワークピースの一体溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 コスト有効性に優れかつ耐久性に優れた溶接を行うことができる改善された溶接方法を提供することにある。
【解決手段】 車両サスペンションのコントロールアームのウェブおよびベルトのような２つのシート状ワークピースを溶接する方法を提供する。本発明の方法は、第１および第２ワークピースがほぼ平らな接触面により互いに接触するように、第１ワークピースを第２ワークピースに対して或る角度で位置決めする工程を有している。本発明の方法では、第１および第２ワークピースの材料を接触面の全幅を横切って単一溶接加工で溶融する工程が続けられる。
【選択図】 図１Ｂ

Description

このＰＣＴ特許出願は、「溶接アセンブリおよび溶接方法（Welding Assembly And Method）」の名称に係る２０１１年７月１９日付米国仮特許出願第６１／５０９，２０７号の利益を主張する。この米国仮特許出願の全開示は、本願の開示の一部とみなしかつ本願に援用する。

本発明は溶接に関し、より詳しくは、２つ以上のワークピースを一体に溶接する方法に関する。

一般に、溶接は、２つ以上のワークピースを一体に接合する種々の産業で使用されている。幾つかの一般的な溶接形式として、レーザビーム溶接、ミグ溶接、ハイブリッドレーザアーク溶接、摩擦圧接溶接等がある。１対のワークピースをＴ型に一体溶接する場合、すなわち一方のワークピースを他方のワークピースに対して垂直に配置する場合には、一般に、２つのワークピースが交差する各角部に、分離した別個の溶接シームが形成される。従来技術の溶接方法では、１つの溶接アセンブリを使用して、ワークピースの材料を各角部で別々に溶融して別個の溶接シームを形成するか、２つの別々の溶接アセンブリ（各角部に向けられた１つの溶接アセンブリ）が第１ワークピースおよび第２ワークピースの材料を同時に溶融して、別個の溶接シームを形成している。

自動車産業では、溶接は多くの車両部品に存在する。例えば、サスペンションシステムのコントロールアームの製造は、しばしば、ウェブを、該ウェブの周囲の一部に沿って延びる１つ以上のベルトに接合する少なくとも１つの溶接加工を有している。使用する溶接アセンブリの形式の如何を問わず、多くの既知の溶接方法は、一般に、少なくとも２つの分離した別個の溶接シーム、すなわちウェブとベルトとの交差部の各角部に１つの溶接シームを形成する。また、ウェブを他のコンポーネンツ、例えばマウントまたはブシュレシーバに連結するには他の溶接を必要とする。

コスト有効性に優れかつ耐久性に優れた溶接を行うことができる改善された溶接方法に対する大きな要望が継続して存在している。

本発明の一態様によれば、シート状の第１ワークピースをシート状の第２ワークピースに溶接する方法が提供される。本発明の方法は、第１および第２ワークピースがほぼ平らな接触面により互いに接触するように、第１ワークピースを第２ワークピースに対して或る角度で位置決めする工程を有している。本発明の方法では、第１および第２ワークピースの材料を接触面の全幅を横切って単一溶接加工で溶融する工程が続けられる。ここで溶融工程とは、第１ワークピースとは反対側の第２ワークピースの側面に向けられた溶接アセンブリを用いて、第１および第２ワークピースの材料を接触面の全幅を横切って単一溶接加工で溶融する工程であると定義される。或いは、溶融工程は、第１ワークピースと第２ワークピースとの交差部の角部に向けられた溶接アセンブリを用いて、接触面の全幅を横切って第１および第２ワークピースから材料を溶融する工程であると定義される。
本発明の他の態様によれば、車両のサスペンション用コントロールアームの製造方法が提供される。本発明の方法は、シート状ベルトおよびシート状ウェブがほぼ平らな接触面により互いに接触するように、ベルトをウェブに対して或る角度で位置決めする工程を有している。本発明の方法では、ベルトおよびウェブの材料を接触面の全幅を横切って単一溶接加工で溶融する工程が続けられる。

上記方法は非常に多くの用途に適用できかつ広範囲の材料および形状のワークピースの溶接に使用できる。また、例えばレーザビーム溶接アセンブリ、ハイブリッドレーザアーク溶接アセンブリまたは摩擦圧接溶接アセンブリを含む広範囲の種々の形式の溶接アセンブリを使用できる。第１ワークピースと第２ワークピースとの間に得られる溶接は、既知の他の溶接加工から形成される溶接と少なくとも同じ耐久性を有するが、既知の他の溶接加工により形成される溶接より効率的でありかつ信頼性をもって形成される。また、本発明は、広範囲の用途に亘ってフレキシビリティを有する長所を有し、ワークピースの成形時に高いブランク効率が得られる。更に、得られる溶接は、第１および第２ワークピースの曲線または他の形状について形成することができる。

本発明の他の長所は、添付図面に関連して述べる以下の詳細な説明を参照することにより、容易にかつより良く理解されるであろう。

Ｔ型に配置された第１ワークピースおよび第２ワークピースを示す断面図であり、溶接アセンブリが、第１ワークピースとは反対側の、第２ワークピースの表面に向けられているところを示すものである。 図１Ａの第１および第２ワークピースの溶接後の状態を示す断面図である。 互いに傾斜して配置された第１ワークピースおよび第２ワークピースを示す断面図であり、溶接アセンブリが、第１ワークピースとは反対側の、第２ワークピースの表面に向けられているところを示すものである。 図２Ａの第１および第２ワークピースの溶接後の状態を示す断面図である。 Ｔ型に配置された第１ワークピースおよび第２ワークピースを示す断面図であり、溶接アセンブリが、第１ワークピースと第２ワークピースとの間の接触表面の角部に向けられているところを示すものである。 図３Ａの第１および第２ワークピースの溶接後の状態を示す断面図である。 互いに傾斜して配置された第１ワークピースおよび第２ワークピースを示す断面図であり、溶接アセンブリが、第１ワークピースと第２ワークピースとの間の接触面の角部に向けられているところを示すものである。 図４Ａの第１および第２ワークピースの溶接後の状態を示す断面図である。 溶接加工により形成された例示の制御アームを示す斜視図である。

本発明の一態様は、一対のワークピースを溶接して、強くかつ低コストの溶接シームを製造する工程に関するものである。ワークピースは、好ましくは、例えば鋼、アルミニウム、鉄系材料または非鉄材料を含む広範囲の材料からなるシート状（すなわち、薄くかつほぼ平らな形状）をなしている。また、ワークピースは、同じ材料または異なる材料で形成できる。

ここで図１Ａを参照すると、第１ワークピース２０および第２ワークピース２２はＴ型に配置されており、第１ワークピース２０は、第２ワークピース２２から垂直方向に離れるように延びている。これにより、両ワークピース２０、２２の間にほぼ平らな接触面が形成され、接触面の両側には角部２４が露出されている。溶接アセンブリ２６は、第１ワークピース２０とは反対側の第２ワークピース２２の表面に向けられている。溶接アセンブリ２６が付勢されると、溶接アセンブリ２６は、継手の両角部２４の間の全接触面を含む両ワークピース２０、２２の材料を溶融する。ここで図１Ｂに示すように、溶接加工が完了すると、両ワークピース２０、２２の交差部を横切って延びる非常に強い溶接シーム２７が形成される。図示のように、溶接シーム２７は、各角部２４の材料の少なくとも幾分かを含んでいる。

溶接アセンブリ２６は、レーザビーム溶接（laser beam welding：ＬＢＷ）アセンブリ、ハイブリッドレーザアーク溶接（hybrid-laser arc welding：ＨＬＡＷ）アセンブリまたは摩擦圧接溶接アセンブリが好ましい。溶接アセンブリ２６がＬＢＷアセンブリまたはＨＬＡＷアセンブリである場合には、レーザビームの直径、焦点および出力は、第１ワークピース２０と第２ワークピース２２との間の接触面の両角部２４の間で溶融される材料の量が最適になるように選択される。溶接アセンブリ２６が摩擦圧接アセンブリである場合には、回転プローブの長さ、直径および回転速度は、第１ワークピース２０と第２ワークピース２２との間の接触面の両角部２４の間の材料の溶融が最適になるように選択される。これらの溶接アセンブリ以外に、他の任意の形式の溶接アセンブリを使用できることに留意すべきである。

ここで図２Ａを参照すると、第１ワークピース１２０は第２ワークピース１２２に対して傾斜して配置されているが、第１ワークピース１２０の端部は、第１ワークピース１２０と第２ワークピース１２２との間の接触面がほぼ平らになるように角度が付される。このようにして、接触面の両側には、角部１２４が露出される。溶接アセンブリ１２６は、第１ワークピース１２０とは反対側の、第２ワークピース１２２の表面に向けられている。溶接アセンブリ１２６が付勢されると、溶接アセンブリ１２６は、継手の両角部１２４の間の全接触面を含む両ワークピース１２０、１２２の材料を溶融する。図２Ｂに示すように、溶接加工が完了すると、両ワークピース１２０、１２２の交差部の幅を横切って延びる非常に強い溶接シーム１２７が形成され、溶接シーム１２７は、各角部１２４の材料の少なくとも幾分かを含んでいる。両ワークピースの交差部の接触面がほぼ平らである限り、両ワークピースは互いに任意の所望角度に配置できることに留意すべきである。

ここで図３Ａを参照すると、上記Ｔ型に配置された第１および第２ワークピース２２０、２２２が再び示されており、両ワークピース２２０、２２２の間の接触面が１対の露出角部２２４の間に延びている。しかしながら、図３Ａは、溶接アセンブリ２２６が第２ワークピース２２２に対して小さい角度で一方の角部２２４に向けられて配置されている点で図１とは異なる。溶接アセンブリ２２６が付勢されると、溶接アセンブリ２２６は、第１および第２ワークピース２２０、２２２の材料を、両ワークピース２２０、２２２を通って反対側の角部２２４まで溶融する。図３Ｂに示すように、得られた溶接シーム２２７は、第１および第２ワークピース２２０、２２２の間の接触面を横切って延びている。ＬＢＷ溶接アセンブリおよびＨＬＡＷ溶接アセンブリは、材料に深く浸透しかつ反対側の角部２２４で両ワークピース２２０、２２２を溶融することができるため好ましい。更に、ＬＢＷ溶接アセンブリおよびＨＬＡＷ溶接アセンブリは、溶接シームの周囲の熱影響ゾーンを最小にできる点でも好ましい。しかしながら、これら以外に、任意の適当な形式の溶接アセンブリを使用できることに留意すべきである。

ここで図４Ａを参照すると、第１ワークピース３２０は第２ワークピース３２２に対して傾斜して配置されているが、第１ワークピース３２０の端部は、第１ワークピース３２０と第２ワークピース３２２との間の接触面がほぼ平らになるように角度が付されている。図３と同様に、溶接アセンブリ３２６は、第２ワークピース３２２に対して小さい角度で傾斜されている。付勢されると、溶接アセンブリ３２６は、第１および第２ワークピース３２０、３２２の材料を、両ワークピース３２０、３２２を通って反対側の角部３２４まで溶融する。

第１および第２ワークピースは、任意の所望の金属コンポーネンツで構成でき、かつ例えばスタンピング、鋳造、鍛造、機械加工等を含む任意の所望の加工方法により別々に形成できる。例えば、図５には、上記いずれかの溶接方法で形成できる車両のサスペンション用コントロールアーム４２８が概略的に示されている。例示のコントロールアーム４２８では、ウェブ４２０が上記第１ワークピースに相当し、ベルト４２２ａ、ブシュレシーバ４２２ｂおよびマウント４２２ｃの全てが上記第２ワークピースに相当する。ブシュレシーバ４２２ｂは、車両（図示せず）のホイールアセンブリ（図示せず）またはフレーム（図示せず）に連結するための複数のブシュ４３０を支持する。理解されようが、上記いずれの溶接方法も、ベルト４２２ａおよびブシュレシーバ４２２ｂの曲線の周囲を溶接できる。

上記いずれの溶接方法もモジュラであり、種々の部品を迅速かつコスト有効性に優れた態様で形成するのに使用できる。また、異なる形式の種々の溶接アセンブリを使用でき、かつ一体接合されるワークピースは種々の材料を使用できる。

本発明の他の態様によれば、シート状の第１ワークピース２０をシート状の第２ワークピース２２に溶接する方法が提供される。この方法は、第１および第２ワークピース２０、２２がほぼ平らな接触面により互いに接触するように、第１ワークピース２０を第２ワークピース２２に対して或る角度で位置決めする工程を有している。この方法には、接触面の全幅に亘って第１および第２ワークピース２０、２２の材料を単一溶接加工で溶融する工程が続けられる。

また、この溶融工程は、第１ワークピース２０に対向する第２ワークピース２２の側面に向けられた溶接アセンブリ２６を用いて、単一溶接加工で、接触面の全幅を横切って第１および第２ワークピース２０、２２の材料を溶融するものと定義される。或いは、溶融工程は、第１ワークピース２０と第２ワークピース２２とが交差する角部２４に向けられた溶接アセンブリ２６を用いて、両ワークピース２０、２２の間の接触面の全幅を横切って第１および第２ワークピース２０、２２から材料を溶融するものと定義することもできる。

本発明の更に別の態様によれば、車両のサスペンション用コントロールアーム４２８の製造方法が提供される。この方法は、ベルト４２２ａおよびウェブ４２０がほぼ平らな接触面により互いに接触するように、シート状ベルト４２２ａをシート状ウェブ４２０に対して或る角度で位置決めする工程を有している。この方法には、接触面の全幅に亘ってベルト４２２ａおよびウェブ４２０の材料を単一溶接加工で溶融する工程が続けられる。

上記教示を考慮に入れて、本発明の多くの改変が可能であり、かつこれらの改変は、特に説明したもの以外でも本発明の範囲内で実施できることは明白である。

２０、１２０、２２０、３２０ 第１ワークピース
２２、１２２、２２２、３２２ 第２ワークピース
２４、１２４、２２４、３２４ 角部
２６、１２６、２２６、３２６ 溶接アセンブリ
２７、１２７、２２７、３２７ 溶接シーム
４２０ ウェブ
４２２ａ ベルト
４２２ｂ ブシュレシーバ
４２８ コントロールアーム
４３０ ブシュ

Claims (11)

1. シート状の第１ワークピースをシート状の第２ワークピースに溶接する方法において、
   第１および第２ワークピースがほぼ平らな接触面により互いに接触するように、第１ワークピースを第２ワークピースに対して或る角度で位置決めする工程と、
   第１および第２ワークピースの材料を接触面の全幅を横切って単一溶接加工で溶融する工程とを有することを特徴とする溶接方法。
2. 前記溶融工程は、第１ワークピースとは反対側の第２ワークピースの側面に向けられた溶接アセンブリを用いて、第１および第２ワークピースの材料を接触面の全幅を横切って単一溶接加工で溶融する工程であることを特徴とする請求項１記載の溶接方法。
3. 前記単一溶接加工は、レーザビーム溶接加工、ハイブリッドレーザアーク溶接加工および摩擦圧接溶接加工のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項２記載の溶接方法。
4. 前記溶融工程は、第１ワークピースと第２ワークピースとの交差部の角部に向けられた溶接アセンブリを用いて、接触面の全幅を横切って第１および第２ワークピースから材料を溶融する工程であることを特徴とする請求項１記載の溶接方法。
5. 前記単一溶接加工は、レーザビーム溶接加工およびハイブリッドレーザアーク溶接加工のうちの１つであることを特徴とする請求項１記載の溶接方法。
6. 車両のサスペンション用コントロールアームの製造方法において、
   シート状ベルトおよびシート状ウェブがほぼ平らな接触面により互いに接触するように、ベルトをウェブに対して或る角度で位置決めする工程と、
   ベルトおよびウェブの材料を接触面の全幅を横切って単一溶接加工で溶融する工程とを有することを特徴とする製造方法。
7. 前記ベルトとウェブとの間のほぼ平らな接触面は、少なくとも１つの曲線を通って延びていることを特徴とする請求項６記載の製造方法。
8. 前記溶融工程は、ウェブとは反対側のベルトの側面に向けられた溶接アセンブリを用いて、ベルトおよびウェブの材料を接触面の全幅を横切って単一溶接加工で溶融する工程であることを特徴とする請求項６記載の製造方法。
9. 前記単一溶接加工は、レーザビーム溶接加工、ハイブリッドレーザアーク溶接加工および摩擦圧接溶接加工のうちの少なくとも１つであることを特徴とする請求項８記載の製造方法。
10. 前記溶融工程は、ベルトとウェブとの交差部の角部に向けられた溶接アセンブリを用いて、接触面の全幅を横切ってベルトおよびウェブから材料を溶融する工程であることを特徴とする請求項６記載の製造方法。
11. 前記単一溶接加工は、レーザビーム溶接加工およびハイブリッドレーザアーク溶接加工のうちの１つであることを特徴とする請求項１０記載の製造方法。

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