JP2015077610A - レーザ接合構造及びレーザ接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】外筒と内側部材をレーザ光により溶接する際に突起部が不要で、溶接品質を確保することができるレーザ接合構造及びレーザ接合方法を得る。
【解決手段】レーザ接合構造１１は、金属製の外筒１２と、外筒１２の中に配置される金属製の補強部材１４と、を備えている。補強部材１４は、外筒１２の内形に沿って配置された複数のフランジ部１４Ｄ、１４Ｅおよび連結壁部１４Ｂを備えており、複数のフランジ部１４Ｄ、１４Ｅおよび連結壁部１４Ｂが外筒１２と接触又は近接するように配置されている。外筒１２とフランジ部１４Ｄ、１４Ｅおよび連結壁部１４Ｂとの合わせ部には、外筒１２の外側からレーザ光を照射することで、外筒１２とフランジ部１４Ｄ、１４Ｅおよび連結壁部１４Ｂとを溶かして円柱状のナゲットが形成されたレーザ溶接部２２が設けられている。
【選択図】図１

Description

本発明は、レーザ接合構造及びレーザ接合方法に関する。

下記特許文献１には、レーザ光を用いて２枚の板状部材を接合する接合方法が開示されている。この接合方法では、板状部材が亜鉛めっき等の塗装材料により塗装されており、溶接時に発生する塗装材料の蒸気を逃がすため、板状部材間に所定の隙間を設ける必要がある。このため、予め一方の板状部材の溶接面に所定のレーザ光を照射して表面に突起部（凹凸部）を形成した後、この突起部が形成された溶接面の側に他方の板状部材を重ね合せることで、２枚の板状部材間に所定の隙間を設けている。この状態で、当該重ね合わせた部位に溶接用のレーザ光を照射することで、２枚の板状部材を溶接している。

特開平１１−４７９６７号公報 特開２０１２−１１５８７６号公報

上記特許文献１では、一方の板状部材に形成された突起部により、２枚の板状部材の間に所定の隙間を設けることができる。しかし、例えば、筒体（円、四角、六角等）の中に筒体の内形に沿って配置された筒等の内側部材を配置し、筒体と内側部材とをレーザ光により接合する場合に、筒体と内側部材のいずれか一方に突起部を設けても、筒体と内側部材との間に所定の隙間を確保することは困難である。例えば、突起部の高さが小さく形成された場合には、突起部を介して筒体と内側部材が配置された側の隙間は、ほぼ突起部の高さに設定されるが、突起部と反対側の筒体と内側部材との隙間が大きくなりすぎて溶接品質に影響が出る可能性がある。

本発明は上記事実を考慮し、外筒と内側部材をレーザ光により溶接する際に突起部が不要で、溶接品質を確保することができるレーザ接合構造及びレーザ接合方法を得ることが目的である。

請求項１の発明に係るレーザ接合構造は、金属製の外筒と、前記外筒の中に設けられ、前記外筒の内形に沿って接合部が配置され、前記接合部が前記外筒と接触又は近接するように配置された金属製の内側部材と、前記外筒と前記接合部との合わせ部に設けられ、前記外筒の外側からレーザ光を照射することで、前記外筒と前記接合部とを溶かして円柱状のナゲットが形成されたレーザ溶接部と、を有する。

請求項２の発明は、請求項１に記載のレーザ接合構造において、一部又は全部の前記接合部と前記外筒との間に隙間が形成され、当該隙間の寸法が前記外筒の板厚以内に設定されている。

請求項３の発明は、請求項１又は請求項２に記載のレーザ接合構造において、前記接合部が、前記内側部材の壁部から屈曲された複数のフランジ部である。

請求項４の発明は、請求項１又は請求項２に記載のレーザ接合構造において、前記内側部材が内筒であり、前記内筒に複数の前記接合部が設けられている。

請求項５の発明は、請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のレーザ接合構造において、前記外筒が周方向に分割された複数の部材により構成されており、前記内側部材が前記複数の部材に跨って配置され、前記接合部により前記複数の部材にそれぞれ接合されている。

請求項６の発明に係るレーザ接合方法は、金属製の外筒の中に、前記外筒の内形に沿って配置された接合部を備えた金属製の内側部材を配置し、前記接合部を前記外筒と近接又は接触するように配置する工程と、前記外筒と前記接合部との合わせ部に前記外筒の外側からレーザ光を照射し、前記外筒と前記接合部とを溶かして円柱状のナゲットが形成されるレーザ溶接部により前記合わせ部を接合する工程と、を有する。

請求項１記載の本発明によれば、金属製の外筒の中に金属製の内側部材が設けられている。内側部材には、外筒の内形に沿って接合部が配置されており、接合部が外筒と接触又は近接するように配置されている。そして、外筒と接合部との合わせ部に、外筒の外側からレーザ光を照射することで、外筒と接合部とを溶かして円柱状のナゲットが形成されたレーザ溶接部を設けることにより、外筒と接合部との合わせ部が接合されている。このレーザ接合構造では、外筒及び内側部材の接合部のいずれか一方に、外筒と接合部との間に隙間を作るための突起部を設ける必要がない。突起部がないため、仮に内側部材が設計値よりも小さく製造されても、外筒と内側部材の間の隙間がさほど広がらす、溶接が可能である。このため、外筒と接合部との合わせ部の溶接品質を確保することができる。

請求項２記載の本発明によれば、一部又は全部の接合部と外筒との間に隙間が形成され、隙間の寸法が外筒の板厚以内に設定されている。これにより、外筒と接合部との合わせ部に、外筒の外側からレーザ光を照射した際に、外筒と接合部との合わせ部に円柱状のナゲットが形成されたレーザ溶接部を設けることができ、溶接品質を確保することができる。

請求項３記載の本発明によれば、接合部が、内側部材の壁部から屈曲された複数のフランジ部であり、外筒に複数のフランジ部を近接又は接触するように配置しやすい。このため、外筒と複数のフランジ部との合わせ部をそれぞれ溶接することができる。

請求項４記載の本発明によれば、内側部材が内筒であり、外筒の中に、外筒の内形に沿って配置された複数の接合部を備えた内筒が配置されている。その際、外筒に複数の接合部を近接又は接触するように配置することで、外筒と複数の接合部との合わせ部をそれぞれ溶接することができる。

請求項５記載の本発明によれば、外筒が周方向に分割された複数の部材により構成されており、一体で構成された内側部材が複数の部材に跨って配置され、内側部材の接合部により複数の部材にそれぞれ接合されている。これにより、一体で構成された内側部材を複数の部材に多面に渡り接合し、効率的に強度・剛性を向上させることができる。

請求項６記載の本発明によれば、金属製の外筒の中に、外筒の内形に沿って配置された接合部を備えた金属製の内側部材を配置し、接合部を外筒と近接又は接触するように配置する。次いで、外筒と接合部との合わせ部に外筒の外側からレーザ光を照射し、外筒と接合部とを溶かして円柱状のナゲットが形成されたレーザ溶接部を設けることにより、外筒と接合部との合わせ部を接合する。このレーザ接合方法では、外筒及び内側部材の接合部のいずれか一方に、外筒と接合部との間に隙間を作るための突起部を設ける必要がない。突起部がないため、仮に内側部材が設計値よりも小さく製造されても、外筒と内側部材の間の隙間がさほど広がらす、溶接が可能である。このため、外筒と接合部との合わせ部の溶接品質を確保することができる。

本発明に係るレーザ接合構造及びレーザ接合方法によれば、外筒と内側部材をレーザ光により溶接する際に突起部が不要で、溶接品質を確保することができる。

第１実施形態に係るレーザ接合構造が適用された構造部材を示す斜視図である。 図１中の２−２線に沿った構造部材を示す断面図であって、外筒と内側部材をレーザ光により接合する状態を示す図である。 （Ａ）は、図１に示す構造部材に用いられる内側部材を示す斜視図であり、（Ｂ）は内側部材の展開図である。 （Ａ）は、図１に示す構造部材を製造するためのレーザ接合方法を示す平面図であり、（Ｂ）は、外筒と内側部材との合わせ部のレーザ溶接部を示す断面図である。 第２実施形態に係るレーザ接合構造が適用された構造部材を示す斜視図である。 図５中の６−６線に沿った構造部材を示す断面図であって、外筒と内側部材をレーザ光により接合する状態を示す図である。 第１比較例に係るレーザ接合構造が適用された構造部材を示す斜視図である。 第２比較例に係るスポット溶接による接合構造が適用された構造部材を示す斜視図である。

以下、図１〜図４を用いて、本発明に係るレーザ接合構造の第１実施形態について説明する。

図１には、本実施形態に係るレーザ接合構造１１が適用された構造部材１０が斜視図にて示されている。図２には、図１中の２−２線に沿った構造部材１０の断面図が示されている。なお、図１および図２では、説明を分かりやすくするため、便宜上、図中の上下方向及び左右方向に合わせて縦、横、上方、下方と表現する場合がある。但し、実際の構造部材１０が図１および図２中の上下方向及び左右方向に合わせて空間中に配置されていることを意図するものではなく、構造部材１０の配置方向は適宜に設定可能である。

図１及び図２に示されるように、レーザ接合構造１１が適用された構造部材１０は、長手方向と直交する断面が略六角形状の閉じ断面とされた外筒１２と、外筒１２の中（内部）に配置される内側部材としての補強部材１４と、を備えている。外筒１２は、図１中の横方向の一方（図１中の奥側）に配置される金属製の第１パネル部材１６と、図１中の横方向の他方（図１中の手前側）に配置される金属製の第２パネル部材１８と、で構成されている。

第１パネル部材１６は、長手方向と直交する断面が略ハット形状に形成されている。より具体的には、第１パネル部材１６は、図１中の上下方向に沿って配置された縦壁部１６Ａと、縦壁部１６Ａの上端部から斜め上方向に広がるように配置された傾斜壁部１６Ｂと、傾斜壁部１６Ｂの上端部から上方側に延びたフランジ部１６Ｃと、縦壁部１６Ａの下端部から斜め下方向に広がるように配置された傾斜壁部１６Ｄと、傾斜壁部１６Ｄの下端部から下方側に延びたフランジ部１６Ｅと、を備えている。

第２パネル部材１８は、長手方向と直交する断面が、第１パネル部材１６と逆方向に配置された略ハット形状に形成されている。第２パネル部材１８は、図１中の上下方向に沿って配置された縦壁部１８Ａと、縦壁部１８Ａの上端部から斜め上方向に広がるように配置された傾斜壁部１８Ｂと、傾斜壁部１８Ｂの上端部から上方側に延びたフランジ部１８Ｃと、縦壁部１８Ａの下端部から斜め下方向に広がるように配置された傾斜壁部１８Ｄと、傾斜壁部１８Ｄの下端部から下方側に延びたフランジ部１８Ｅと、を備えている。

第１パネル部材１６のフランジ部１６Ｃと第２パネル部材１８のフランジ部１８Ｃとは、面接触された状態で溶接等により接合されている。また、第１パネル部材１６のフランジ部１６Ｅと第２パネル部材１８のフランジ部１８Ｅとは、面接触された状態で溶接等により接合されている。これにより、第１パネル部材１６と第２パネル部材１８とで略六角形状の閉じ断面とされた外筒１２が形成されている。

図１及び図３（Ａ）に示されるように、補強部材１４は、一体（一部品）で構成されている。補強部材１４は、略六角形状に形成された平面状の壁部１４Ａと、壁部１４Ａの端部から壁部１４Ａと略直交する方向に屈曲された接合部としての連結壁部１４Ｂと、連結壁部１４Ｂの端部から壁部１４Ａと対向するように屈曲された略六角形状の平面状の壁部１４Ｃと、を備えている（図３（Ｂ）に示す補強部材１４の展開図を参照）。

壁部１４Ａの連結壁部１４Ｂが設けられた位置以外の略六角形状の各辺（５辺）には、壁部１４Ｃと反対方向に屈曲された接合部としてのフランジ部１４Ｄが形成されている。すなわち、壁部１４Ａには、５個のフランジ部１４Ｄが形成されている。同様に、壁部１４Ｃの連結壁部１４Ｂが設けられた位置以外の略六角形状の各辺（５辺）には、壁部１４Ａと反対方向に屈曲された接合部としてのフランジ部１４Ｅが形成されている。すなわち、壁部１４Ｃには、５個のフランジ部１４Ｅが形成されている。

図１及び図２に示されるように、第１パネル部材１６と第２パネル部材１８とで構成された外筒１２の中に補強部材１４が配置されている。構造部材１０の長手方向から見た断面視にて、壁部１４Ａの複数のフランジ部１４Ｄおよび連結壁部１４Ｂの外形は、外筒１２の内形に沿って配置されている。本実施形態では、壁部１４Ａの複数のフランジ部１４Ｄおよび連結壁部１４Ｂの外形は、外筒１２の内形よりも僅かに小さく設定されており、外筒１２の中に補強部材１４が配置可能とされている。壁部１４Ａの複数のフランジ部１４Ｄおよび連結壁部１４Ｂは、外筒１２と接触又は近接するように配置されている（図２参照）。

なお、図２では、壁部１４Ａのすべてのフランジ部１４Ｄおよび連結壁部１４Ｂが、外筒１２とほぼ一定の隙間を保持して近接するように配置されているが、これは模式的な図である。実際には、補強部材１４および外筒１２の加工精度や寸法公差等により、複数のフランジ部１４Ｄおよび連結壁部１４Ｂのいずれか一部が外筒１２と接触し、他のフランジ部１４Ｄおよび連結壁部１４Ｂが外筒１２と近接して配置されることになる。また、他のフランジ部１４Ｄおよび連結壁部１４Ｂが外筒１２と近接して配置される場合、これらの隙間の寸法も、それぞれの位置で異なるものとなる。

同様に、構造部材１０の長手方向から見た断面視にて、壁部１４Ｃの複数のフランジ部１４Ｅの外形は、外筒１２の内形に沿って配置されている。本実施形態では、壁部１４Ｃの複数のフランジ部１４Ｅの外形は、外筒１２の内形よりも僅かに小さく設定されており、複数のフランジ部１４Ｅは、外筒１２と接触又は近接するように配置されている。

壁部１４Ａの複数のフランジ部１４Ｄおよび連結壁部１４Ｂと外筒１２との合わせ部（近接又は接触して配置された部分）は、レーザ溶接部２２により接合されている。より具体的には、図２に示されるように、複数のフランジ部１４Ｄおよび連結壁部１４Ｂと外筒１２との合わせ部に、外筒１２の外側からレーザ光２４を照射する。その際、後述するＬＳＷ（レーザ・スクリュー・ウェルディング）により、外筒１２とフランジ部１４Ｄおよび連結壁部１４Ｂとを溶かして円柱状のナゲットが形成されたレーザ溶接部２２を設けることにより、フランジ部１４Ｄおよび連結壁部１４Ｂと外筒１２との合わせ部を接合している。図１では、溶接箇所を分かりやすくするため、レーザ溶接部２２を×印で表現している。

ＬＳＷ（レーザ・スクリュー・ウェルディング）により、外筒１２の外側からレーザ光２４を照射する際には、複数のフランジ部１４Ｄおよび連結壁部１４Ｂと外筒１２との間に隙間が形成されていてもよい。この場合、複数のフランジ部１４Ｄおよび連結壁部１４Ｂと外筒１２との隙間は、溶接される部分の外筒１２の板厚以内に設定されていることが好ましい。

例えば、外筒１２の板厚（厚さ）が約１．０ｍｍであれば、複数のフランジ部１４Ｄおよび連結壁部１４Ｂと外筒１２との隙間は、１．０ｍｍ以内に設定されることが好ましい。この場合、複数のフランジ部１４Ｄおよび連結壁部１４Ｂの板厚は、１．０ｍｍ以上に設定されていても、１．０ｍｍより小さく設定されていても、溶接が可能である。すなわち、外筒１２の板厚が、例えば１．０ｍｍの場合、複数のフランジ部１４Ｄおよび連結壁部１４Ｂと外筒１２との間が０〜１．０ｍｍであれば、溶接が可能である。このように隙間を調整することにより、複数のフランジ部１４Ｄおよび連結壁部１４Ｂと外筒１２との合わせ部にレーザ溶接部２２がより確実に形成され、溶接品質を確保することができる。

図４（Ａ）に示されるように、補強部材１４のフランジ部１４Ｄと外筒１２との合わせ部を接合する際には、ＬＳＷ（レーザ・スクリュー・ウェルディング）により接合する。その際、外筒１２及び補強部材１４の少なくとも一方が塗装（表面処理）されていてもよい。まず、平面視にて中心位置Ｃを中心として溶接形状に沿って１回目のレーザ光２４を走査し、略円形状の走査軌跡２４Ａを描く（この状態が一般的な線レーザによる接合とほぼ同じである）。その後、本実施形態のＬＳＷ（レーザ・スクリュー・ウェルディング）では、走査軌跡２４Ａとほぼ同一の走査軌跡を描くように、２回目のレーザ光２４の走査、３回目のレーザ光２４の走査を行う。次いで、走査軌跡２４Ａの半径方向内側に４回目のレーザ光２４を走査し、略円形状の走査軌跡２４Ｂを描く。さらに、走査軌跡２４Ｂの半径方向内側に５回目のレーザ光２４を走査し、略円形状の走査軌跡２４Ｃを描く。

これにより、図４（Ｂ）に示されるように、補強部材１４のフランジ部１４Ｄと外筒１２との合わせ部に、外筒１２とフランジ部１４Ｄとを溶かして円柱状のナゲットが形成されたレーザ溶接部２２を設ける。このレーザ溶接部２２により、外筒１２とフランジ部１４Ｄとを接合することができる。
なお、レーザ光２４の走査は、中心位置Ｃを中心として略円形状に複数回行うことで、複数の走査軌跡を形成すればよく、レーザ光２４の走査回数は変更可能である。

同様に、壁部１４Ｃの複数のフランジ部１４Ｅと外筒１２との合わせ部（近接又は接触して配置された部分）は、レーザ溶接部２２により接合されている。すなわち、複数のフランジ部１４Ｅと外筒１２との合わせ部に、外筒１２の外側からレーザ光２４を複数回照射し、ＬＳＷ（レーザ・スクリュー・ウェルディング）により接合する。これにより、外筒１２とフランジ部１４Ｅとを溶かして円柱状のナゲットが形成されたレーザ溶接部２２を設けることで、壁部１４Ｃのフランジ部１４Ｅと外筒１２との合わせ部を接合することができる。

このような構造部材１０では、外筒１２が周方向に分割された２枚の第１パネル部材１６と第２パネル部材１８により形成されており、一体で構成された補強部材１４が第１パネル部材１６と第２パネル部材１８に跨って配置されている。この状態で、補強部材１４の複数のフランジ部１４Ｄおよびフランジ部１４Ｅが第１パネル部材１６および第２パネル部材１８にそれぞれ接合されると共に、連結壁部１４Ｂが第２パネル部材１８に接合されている。

本実施形態では、補強部材１４の各フランジ部１４Ｄ、１４Ｅと外筒１２（第１パネル部材１６、第２パネル部材１８）との合わせ部は、それぞれ２つのレーザ溶接部２２により接合されている。補強部材１４の連結壁部１４Ｂと第２パネル部材１８と合わせ部は、４つのレーザ溶接部２２により接合されている。なお、レーザ溶接部２２の数は、本実施形態に限定されるものではなく、変更が可能である。

なお、本実施形態では、ＬＳＷ（レーザ・スクリュー・ウェルディング）により接合する際に、レーザ光２４の走査を略同心円状に複数回行っているが、これに限定されるものではない。例えば、レーザ光２４を楕円状、半円状、多角形状に複数回走査したり、渦巻き状に走査することにより、略円柱状のナゲットが形成されたレーザ溶接部を設ける方法でもよい。

本実施形態では、第１パネル部材１６、第２パネル部材１８、補強部材１４を構成する材料は、溶接が可能な金属材料であれば使用可能であり、例えば、鋼板、アルミニウム合金などを用いることができる。

本実施形態の構造部材１０は、例えば、自動車、鉄道車両、建設部材などに用いられている。

ここで、構造部材１０を製造するためのレーザ接合方法について説明する。

まず、第１パネル部材１６と第２パネル部材１８と用いて外筒１２を作成する。図１に示されるように、第１パネル部材１６のフランジ部１６Ｃと第２パネル部材１８のフランジ部１８Ｃとを面接触させると共に、第１パネル部材１６のフランジ部１６Ｅと第２パネル部材１８のフランジ部１８Ｅとを面接触させる。この状態で、フランジ部１６Ｃとフランジ部１８Ｃ、およびフランジ部１６Ｅとフランジ部１８Ｅを溶接（スポット溶接、線レーザ溶接等を問わない）等により接合する。これにより、第１パネル部材１６と第２パネル部材１８とで略六角形状の閉じ断面とされた外筒１２を形成する。

さらに、外筒１２の中に補強部材１４を配置する。その際、外筒１２を形成した後、外筒１２の中に補強部材１４を挿入してもよいし、補強部材１４を配置した後に補強部材１４の周囲に外筒１２を形成してもよい。さらに、壁部１４Ａの複数のフランジ部１４Ｄを外筒１２（第１パネル部材１６、第２パネル部材１８）の内面と接触又は近接するように配置し、連結壁部１４Ｂを第２パネル部材１８の内面と接触又は近接するように配置する。また、壁部１４Ｃの複数のフランジ部１４Ｅを外筒１２（第１パネル部材１６、第２パネル部材１８）の内面と接触又は近接するように配置する。本実施形態では、連結壁部１４Ｂが第２パネル部材１８側に配置されているが、これに限定するものではなく、連結部材を第１パネル部材１６側に配置してもよい。

その際、補強部材１４および外筒１２の加工精度や寸法公差等により、複数のフランジ部１４Ｄ、１４Ｅと外筒１２（第１パネル部材１６および第２パネル部材１８）との隙間、連結壁部１４Ｂと第２パネル部材１８との隙間の寸法が若干変動するが、これらの隙間の寸法を外筒１２の板厚（例えば１．０ｍｍ）以内に調整することが可能である。

その後、補強部材１４の複数のフランジ部１４Ｄと外筒１２（第１パネル部材１６、第２パネル部材１８）との合わせ部、補強部材１４の連結壁部１４Ｂと第２パネル部材１８との合わせ部、補強部材１４の複数のフランジ部１４Ｅと外筒１２（第１パネル部材１６、第２パネル部材１８）との合わせ部に、順次、外筒１２の外側からレーザ光２４を照射する。その際、ＬＳＷ（レーザ・スクリュー・ウェルディング）を用いることにより、外筒１２と補強部材１４とを溶かして円柱状のナゲットが形成されたレーザ溶接部２２を設ける。これにより、補強部材１４の複数のフランジ部１４Ｄ、１４Ｅ、および連結壁部１４Ｂと外筒１２との合わせ部が複数のレーザ溶接部２２により接合される。

次に、本実施形態のレーザ接合構造１１の作用並びに効果について説明する。

補強部材１４は、外筒１２の内形に沿って配置された複数のフランジ部１４Ｄ、１４Ｅおよび連結壁部１４Ｂを備えており、複数のフランジ部１４Ｄ、１４Ｅおよび連結壁部１４Ｂが外筒１２の内面と接触又は近接するように配置されている。そして、外筒１２と複数のフランジ部１４Ｄ、１４Ｅおよび連結壁部１４Ｂとの合わせ部に、外筒１２の外側からレーザ光２４を照射することで、外筒１２と複数のフランジ部１４Ｄ、１４Ｅおよび連結壁部１４Ｂとを溶かして円柱状のナゲットが形成されたレーザ溶接部２２を設ける。レーザ溶接部２２を複数設けることで、外筒１２と複数のフランジ部１４Ｄ、１４Ｅおよび連結壁部１４Ｂとの合わせ部が接合されている。

このようなレーザ接合構造１１では、外筒１２及び補強部材１４のいずれか一方に、外筒１２と複数のフランジ部１４Ｄ、１４Ｅおよび連結壁部１４Ｂとの間に隙間を作るための突起部を設ける必要がない。突起部がないため、仮に補強部材１４が設計値よりも小さく製造されても、外筒１２と補強部材１４の間の隙間がさほど広がらす、ＬＳＷ（レーザ・スクリュー・ウェルディング）による接合が可能である。

さらに、レーザ接合構造１１では、レーザ光２４による溶接前の外筒１２と複数のフランジ部１４Ｄ、１４Ｅおよび連結壁部１４Ｂとの間の一部または全部に隙間が形成されており、隙間の寸法が外筒１２の板厚（例えば１．０ｍｍ）以内に設定されている。これにより、外筒１２と複数のフランジ部１４Ｄ、１４Ｅおよび連結壁部１４Ｂとの合わせ部に、外筒１２の外側からレーザ光２４を照射した際に、ＬＳＷ（レーザ・スクリュー・ウェルディング）により外筒１２と補強部材１４とを溶かして円柱状のナゲットが形成されたレーザ溶接部２２を設けることができる。このため、外筒１２と補強部材１４の複数のフランジ部１４Ｄ、１４Ｅおよび連結壁部１４Ｂとの合わせ部の溶接品質を確保することができる。

また、補強部材１４は、壁部１４Ａから屈曲された複数のフランジ部１４Ｄ、壁部１４Ｃから屈曲された複数のフランジ部１４Ｅを備えており、外筒１２に複数のフランジ部１４Ｄ、１４Ｅを近接又は接触するように配置しやすい。このため、外筒１２と複数のフランジ部１４Ｄ、１４Ｅとの合わせ部をそれぞれ溶接することができる。

さらに、外筒１２が周方向に分割された２枚の第１パネル部材１６と第２パネル部材１８により構成されており、一体で構成された補強部材１４が第１パネル部材１６と第２パネル部材１８に跨って配置されている。そして、補強部材１４の複数のフランジ部１４Ｄ、１４Ｅが第１パネル部材１６と第２パネル部材１８にそれぞれ接合されると共に、補強部材１４の連結壁部１４Ｂが第２パネル部材１８に接合されている。これにより、一体で構成された補強部材１４を第１パネル部材１６と第２パネル部材１８に多面に渡り接合することができ、効率的に構造部材１０の強度・剛性を向上させることができる。

図７には、第１比較例のレーザ接合構造１０１が適用された構造部材１００が斜視図にて示されている。図７に示されるように、構造部材１００では、第１パネル部材１６と第２パネル部材１８とで構成された外筒１２の中に補強部材１０４が配置されている。補強部材１０４は、第２パネル部材１８の内面に沿って略台形状に形成された平面状の壁部１０４Ａと、壁部１０４Ａの端部から屈曲された連結壁部１０４Ｂと、連結壁部１０４Ｂの端部から壁部１０４Ａと対向するように屈曲された略台形状の平面状の壁部１０４Ｃと、を備えている。

壁部１０４Ａの連結壁部１０４Ｂが設けられた位置の両側の辺には、壁部１０４Ｃと反対方向に屈曲されたフランジ部１０４Ｄが形成されている。壁部１０４Ｃの連結壁部１０４Ｂが設けられた位置の両側の辺には、壁部１０４Ａと反対方向に屈曲されたフランジ部１０４Ｅが形成されている。補強部材１０４の２つのフランジ部１０４Ｄ、連結壁部１０４Ｂ、および２つのフランジ部１０４Ｅは、第２パネル部材１８の内面とほぼ接触するように配置されている。この状態で、補強部材１０４の２つのフランジ部１０４Ｄ、連結壁部１０４Ｂ、および２つのフランジ部１０４Ｅと第２パネル部材１８は、第２パネル部材１８側から線レーザを照射して形成された溶接部１０６により接合されている。

線レーザにより接合する際には、補強部材１０４の２つのフランジ部１０４Ｄ、連結壁部１０４Ｂ、および２つのフランジ部１０４Ｅと第２パネル部材１８とをほぼ面接触させるように配置する必要がある。本発明者の実験によると、線レーザにより２枚の板材を接合する際には、２枚の板材の隙間を０．１〜０．３ｍｍに設定しなければ、溶接品質を確保することができないことが確認されている。このため、各部材の加工精度や寸法公差等により、片側の第２パネル部材１８の断面内にしか補強部材１０４を接合することができない。すなわち、線レーザにより溶接する場合には、第１パネル部材１６と第２パネル部材１８に跨って補強部材を設けることができない。

また、特開２０１０−１５５５０９号公報には、車両用のロッカとして、断面ハット形状に形成されたロッカアウタおよびロッカインナのそれぞれに、補強部材が設けられた構造が開示されている。この構造では、ロッカアウタと一方の補強部材がスポット溶接により接合され、ロッカインナと他方の補強部材がスポット溶接により接合されている。この構造でも、ロッカアウタおよびロッカインナに跨って一体に構成された補強部材を設けることはできない。

また、特開２０１０−１４３４６１号公報には、断面ハット形状であるロッカアウタとロッカインナにそれぞれ接着剤により接着された樹脂部材を介して補強部材が設けられた構造が開示されている。この構造では、接着剤と樹脂部材を使用しており、部品のバラツキにより精度を確保した接合を行うことが困難である。

これに対して、本実施形態のレーザ接合構造１１では、図１等に示されるように、例えば、外筒１２と補強部材１４の接合部との隙間の寸法を外筒１２の板厚以内に調整することで、ＬＳＷ（レーザ・スクリュー・ウェルディング）により外筒１２と補強部材１４の接合部とを溶かして円柱状のナゲットが形成されたレーザ溶接部２２を設けることができる。このため、第１パネル部材１６と第２パネル部材１８の断面内に跨って補強部材１４を設けることができる。

なお、本実施形態のレーザ接合構造１１では、補強部材１４の５つのフランジ部１４Ｄ、１４Ｅの全部と連結壁部１４Ｂが外筒１２の略六角形状の全面にレーザ溶接部２２により接合されているが、これに限定されるものではない。例えば、補強部材１４の５つのフランジ部１４Ｄ（又は５つフランジ部１４Ｅ）と連結壁部１４Ｂのいずれか２つ以上が外筒１２の略六角形状のいずれか２面以上にレーザ溶接部２２により接合されている構成でもよい。この場合、例えば、補強部材１４の５つのフランジ部１４Ｄ（又は５つフランジ部１４Ｅ）と連結壁部１４Ｂの対向する２つ以上が外筒１２にレーザ溶接部２２により接合されていることが好ましい。

また、本実施形態では、外筒１２が周方向に分割された２枚の第１パネル部材１６と第２パネル部材１８により構成されているが、これに限定されるものではない。例えば、外筒が周方向に分割された複数の部材により構成されていてもよい。

次に、図５及び図６を用いて、本発明に係るレーザ接合構造の第２実施形態について説明する。なお、前述した第１実施形態と同一構成部分については、同一番号を付してその説明を省略する。

図５および図６に示されるように、本実施形態のレーザ接合構造４１が適用された構造部材４０は、外筒４２の中（内部）に内側部材としての内筒４４が配置されている。外筒４２は、略矩形状に形成された金属製の筒状体で構成されている。より具体的には、外筒４２は、図５及び図６中の上下方向の上方側に配置された略平面状の横壁部４２Ａと、横壁部４２Ａの両端部で下方側に屈曲された略平面状の縦壁部４２Ｂ、４２Ｃと、これらの縦壁部４２Ｂ、４２Ｃの下端部を繋ぐ略平面状の横壁部４２Ｄと、を備えている。

内筒４４は、外筒４２の内形に沿って配置された金属製の筒状体で構成されている。より具体的には、内筒４４は、図５及び図６中の上下方向の上方側に配置された接合部としての略平面状の横壁部４４Ａと、横壁部４４Ａの両端部で下方側に屈曲された接合部としての略平面状の縦壁部４４Ｂ、４４Ｃと、これらの縦壁部４４Ｂ、４４Ｃの下端部を繋ぐ接合部としての略平面状の横壁部４４Ｄと、を備えている。

内筒４４は、外形が外筒４２の内形より僅かに小さく形成されており、外筒４２の中に配置されることで補強部材として機能している。外筒４２と内筒４４は、一体で構成された閉じ断面形状とされており、例えば、ロール成形部材、押し出し成形部材、ハイドロ成形部材等により形成されている。

図６に示されるように、内筒４４の横壁部４４Ａは、外筒４２の横壁部４２Ａと接触又は近接するように配置され、内筒４４の縦壁部４４Ｂ、４４Ｃは、外筒４２の縦壁部４２Ｂ、４２Ｃと接触又は近接するように配置されている。内筒４４の横壁部４４Ｄは、外筒４２の横壁部４２Ｄと接触又は近接するように配置されている。

内筒４４の横壁部４４Ａ、縦壁部４４Ｂ、４４Ｃ、および横壁部４４Ｄと外筒４２との合わせ部は、レーザ溶接部４６によりそれぞれ接合されている。より具体的には、図６に示されるように、内筒４４の横壁部４４Ａ、縦壁部４４Ｂ、４４Ｃ、および横壁部４４Ｄと外筒４２との合わせ部に、外筒４２の外側からレーザ光２４が照射される。その際、ＬＳＷ（レーザ・スクリュー・ウェルディング）により、外筒４２と内筒４４とを溶かして円柱状のナゲットが形成されたレーザ溶接部４６を設けることで、内筒４４の横壁部４４Ａ、縦壁部４４Ｂ、４４Ｃ、および横壁部４４Ｄと外筒４２との合わせ部が接合されている。

外筒４２の外側からレーザ光２４を照射する際には、外筒４２と内筒４４との間に隙間が形成されていてもよい。この場合、外筒４２と内筒４４との隙間の寸法が、外筒４２の板厚以内に設定されていることが好ましい。

このようなレーザ接合構造４１では、外筒４２及び内筒４４のいずれか一方に、外筒４２と内筒４４との間に隙間を作るための突起部を設ける必要がない。突起部がないため、仮に内筒４４が設計値よりも小さく製造されても、外筒４２と内筒４４の間の隙間がさほど広がらす、ＬＳＷ（レーザ・スクリュー・ウェルディング）による接合が可能である。このため、外筒４２と内筒４４との合わせ部の溶接品質を確保することができる。

また、一体で構成された内筒４４の４面が、一体で構成された外筒４２の４面にそれぞれレーザ溶接部４６により接合されている。このため、効率的に構造部材４０の強度・剛性を向上させることができる。

図８には、第２比較例のスポット溶接による接合構造１２１が適用された構造部材１２０が斜視図にて示されている。図８に示されるように、構造部材１２０では、一体に構成された外筒４２の中に補強部材１２４が配置されている。補強部材１２４は、断面視にて略Ｌ字状に形成されている。より具体的には、補強部材１２４は、図８中の上方側の横壁部４２Ａの内面に沿って配置された平面状の横壁部１２４Ａと、横壁部１２４Ａの端部から屈曲されると共に縦壁部４２Ｃの内面に沿って配置された縦壁部１２４Ｂと、を備えている。

補強部材１２４の横壁部１２４Ａは、外筒４２の横壁部４２Ａに面接触状態で配置されており、補強部材１２４の縦壁部１２４Ｂは、外筒４２の縦壁部４２Ｃに面接触状態で配置されている。外筒４２における補強部材１２４の横壁部１２４Ａと対向する横壁部４２Ｄには、溶接位置に対応して複数（本実施形態では２つ）の円形状の開口部１２６が形成されている。外筒４２における補強部材１２４の縦壁部１２４Ｂと対向する縦壁部４２Ｂには、溶接位置に対応して複数（本実施形態では２つ）の円形状の開口部１２６が形成されている。これらの開口部１２６は、スポット溶接用の溶接ガン（電極）を挿入するために形成されている。

すなわち、横壁部４２Ｄの開口部１２６から一方の溶接ガンを挿入し、補強部材１２４の横壁部１２４Ａと外筒４２の横壁部４２Ａとの接触面の両側から一対の溶接ガンを接触させることで、スポット溶接が行われる。これにより、補強部材１２４の横壁部１２４Ａと外筒４２の横壁部４２Ａとがスポット溶接部１２８により接合されている。また、縦壁部４２Ｂの開口部１２６から一方の溶接ガンを挿入し、補強部材１２４の縦壁部１２４Ｂと外筒４２の縦壁部４２Ｃとの接触面の両側から一対の溶接ガンを接触させることで、スポット溶接が行われる。これにより、補強部材１２４の縦壁部１２４Ｂと外筒４２の縦壁部４２Ｃとがスポット溶接部１２８により接合されている。

このような構造部材１２０では、スポット溶接を行うために、外筒４２に溶接ガンを挿入するための開口部１２６を形成する必要があり、接合部付近の剛性が低下する。また、場所によって開口部１２６を閉じる必要があり、開口部１２６を閉じるためのプラグホールが必要となる場合はコストが高くなる。

一方、外筒と補強部材とをプラグ溶接により接合する場合には、溶接するために外筒等の接合部に貫通孔を設ける必要がある。このため、水入りや防錆面での懸念がある。また、プラグ溶接では、接合スピードが遅く、工数アップにつながる。ここで、プラグ溶接とは、栓溶接ともいい、板材を重ね合わせて接合する場合に、一方の板材に丸穴（プラグ）をあけておき、この穴を埋めるように溶接し接合する方法である。

これに対して、本実施形態のレーザ接合構造４１では、外筒４２に開口部や貫通孔を設ける必要がない。また、一体で構成された内筒４４の４面が、一体で構成された外筒４２の４面にそれぞれレーザ溶接部４６により接合されているため、効率的に構造部材４０の強度・剛性を向上させることができる。

なお、本実施形態のレーザ接合構造４１では、内筒４４の４面が、一体で構成された外筒４２の４面にそれぞれレーザ溶接部４６により接合されているが、これに限定されるものではない。例えば、内筒４４の２面以上が、外筒４２の２面以上にレーザ溶接部４６により接合されている構成でもよい。
また、本実施形態のレーザ接合構造４１では、外筒４２および内筒４４は、矩形状であるが、これに限定されるものでなく、例えば、円形状、多角形状の外筒および内筒を用いてもよい。

また、本実施形態のレーザ接合構造４１に代えて、外筒が周方向に分割された複数の部材により構成され、該外筒の中に、一体で構成された内筒が配置されてレーザ溶接部により接合される構造でもよい。

また、第１実施形態及び第２実施形態のレーザ接合構造が適用された構造部材は、例えば、自動車の車両骨格部材（例えば、ロッカなど）や、車両構造部材などに用いることで、効率的に強度・剛性を向上させることができる。
さらに、外筒の内部に配置される内側部材は、補強部材に限定されるものではなく、例えば一方の部材（外筒）と他方の部材（内側部材）を繋ぐ場合にも本発明のレーザ接合構造を適用することができる。

１０ 構造部材
１１ レーザ接合構造
１２ 外筒
１４ 補強部材（内側部材）
１４Ａ 壁部
１４Ｂ 連結壁部（接合部）
１４Ｃ 壁部
１４Ｄ フランジ部（接合部）
１４Ｅ フランジ部（接合部）
１６ 第１パネル部材（複数の部材）
１８ 第２パネル部材（複数の部材）
２２ レーザ溶接部
２４ レーザ光
４０ 構造部材
４１ レーザ接合構造
４２ 外筒
４４ 内筒（内側部材）
４４Ａ 横壁部（接合部）
４４Ｂ 縦壁部（接合部）
４４Ｃ 縦壁部（接合部）
４４Ｄ 横壁部（接合部）
４６ レーザ溶接部

Claims (6)

1. 金属製の外筒と、
   前記外筒の中に設けられ、前記外筒の内形に沿って接合部が配置され、前記接合部が前記外筒と接触又は近接するように配置された金属製の内側部材と、
   前記外筒と前記接合部との合わせ部に設けられ、前記外筒の外側からレーザ光を照射することで、前記外筒と前記接合部とを溶かして円柱状のナゲットが形成されたレーザ溶接部と、
   を有するレーザ接合構造。
2. 一部又は全部の前記接合部と前記外筒との間に隙間が形成され、当該隙間の寸法が前記外筒の板厚以内に設定されている請求項１に記載のレーザ接合構造。
3. 前記接合部が、前記内側部材の壁部から屈曲された複数のフランジ部である請求項１又は請求項２に記載のレーザ接合構造。
4. 前記内側部材が内筒であり、前記内筒に複数の前記接合部が設けられている請求項１又は請求項２に記載のレーザ接合構造。
5. 前記外筒が周方向に分割された複数の部材により構成されており、
   前記内側部材が前記複数の部材に跨って配置され、前記接合部により前記複数の部材にそれぞれ接合されている請求項１から請求項４までのいずれか１項に記載のレーザ接合構造。
6. 金属製の外筒の中に、前記外筒の内形に沿って配置された接合部を備えた金属製の内側部材を配置し、前記接合部を前記外筒と近接又は接触するように配置する工程と、
   前記外筒と前記接合部との合わせ部に前記外筒の外側からレーザ光を照射し、前記外筒と前記接合部とを溶かして円柱状のナゲットが形成されるレーザ溶接部により前記合わせ部を接合する工程と、
   を有するレーザ接合方法。

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