JP3747896B2 - 車両外板パネルの接合構造 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、車両の外板となる一方のパネルの端部と、車両の外板となる他方のパネルの端部と、を重ね合わせてスポット溶接により接合する車両外板パネルの接合構造に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
一般に、車両の外板パネル等は、いわゆる一体物としてプレス成形されることが多いが、例えば、図７(A) 、(B) に示すように、一定以上に全長が長く設定された車種の外板パネルにおいては、２枚以上のパネルＷａ、Ｗｂに分割してプレス成形し（図７(A) ）、それらを溶接により接合することで外板パネルを形成するように構成されている（図７(B) ）。
【０００３】
このような車両の外板パネルは、車両ボディの外板面を形成するものであるから、接合部分の面品質には高い精度が要求される。そのため、分割されたパネルＷａ、Ｗｂを接合する方法として、例えば、図８(A) に示すように、パネルＷａ、Ｗｂのそれぞれの端部Ｗａ’、Ｗｂ’をＬ字形状に車両内方向に折り曲げ、両者の折り曲げ部同士を突き合わせることによりできる重ね合わせ部分Ｐをスポット溶接する方法がある。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、このような図８(A) に示すような接合方法によると、図８(B) に示すように、接合される両パネルＷａ、Ｗｂ間に段差Ｓ１ができやすい。また図８(C) の左図に示すように、両パネルＷａ、Ｗｂ間に隙間Ｓ２ができると、この隙間Ｓ２を埋めるため両パネルＷａ、Ｗｂを押しつぶすように加圧し溶接するので、パネルＷａ、Ｗｂが引っ張られ、車両外側に向けて歪Ｓ３ができやすい（図８(C) の右図）。そのため、このような段差Ｓ１や歪Ｓ３が、接合部分の面品質を低下させるという問題がある。また、このように低下した外板面の面品質は、後工程による修正作業により向上させることも可能ではあるが、当該修正に伴う作業工数の増大を招くという問題がある。
【０００５】
本発明は、上述した課題を解決するためになされたものであり、その目的とするところは、接合部分の面品質の低下を抑制し得る車両外板パネルの接合構造を提供することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段および作用・効果】
上記目的を達成するため、請求項１の車両外板パネルの接合構造では、車両の外板となる一方のパネルの端部と、車両の外板となる他方のパネルの端部と、を重ね合わせてスポット溶接により接合する車両外板パネルの接合構造であって、前記一方のパネルと前記他方のパネルとが段差のない面一の外板面を形成するように、前記他方のパネルの端部の板厚分相当の段差を前記一方のパネルの端部に設け、前記両パネルの端部同士を板厚方向に重ね合わせ、該重ね合わせた部位の内板側にあたる前記一方のパネルの端部に、当該一方のパネルの端部の一般部より外板面反対側に一段高い座面を部分的に形成し、該座面を押しつぶしてスポット溶接することにより前記両パネルを接合するようにしたことを技術的特徴とする。
【０００７】
請求項１の発明では、一方のパネルと他方のパネルとが段差のない面一の外板面を形成するように、他方のパネルの端部の板厚分相当の段差を一方のパネルの端部に設け、両パネルの端部同士を板厚方向に重ね合わせ、該重ね合わせた部位の内板側にあたる一方のパネルの端部に、当該一方のパネルの端部の一般部より外板面反対側に一段高い座面を部分的に形成し、該座面を押しつぶしてスポット溶接することにより両パネルを接合する。これにより、押しつぶされた座面は、例えば球面状に変形して他方のパネルに対して点当たりするので、当該変形した座面とこの座面に接触する他方のパネルとの間には点状に絞られた通電経路が形成される。そのため、この通電経路を流れる溶接電流の密度を高めることができる。また通常のスポット溶接よりも遥かに低い加圧力で溶接することで板間の接触抵抗を高くすることができる。これらにより両パネルの境界に溶け込み（ナゲット）を生じさせることなく溶接が可能となり、通常のスポット溶接よりも溶接部の発熱が小さいため溶接部の熱ひずみも小さく、パネルの面品質の低下を抑えることができる。また、これにより、低下した面品質を修正するのに要する作業工数を削減することができる。
【０００８】
なお、当該変形した座面とこの座面に接触する他方のパネルとの間に、略１４７Ｎの加圧力が加えられている間、略１０ｋＡの溶接電流を略５／６０秒間、通電して重ね合わせ部位を溶接するようにした車両外板パネルの接合構造であっても良い。これにより、両パネルの境界に溶け込み（ナゲット）を生じさせることなく、両パネルの界面付近を一方のパネルの金属結晶粒と他方のパネルの金属結晶粒とが互いに混じり合った状態にすることができる（図６(A) 参照）。
【０００９】
即ち、変形した座面とこの座面に接触する他方のパネルとの間に、略１４７Ｎの加圧力が加えられ、略１０ｋＡの溶接電流が略５／６０秒間、通電されることにより、ナゲットが形成される前段階において両パネルを接合することができ、溶接部の熱ひずみを小さくすることができ、また一方のパネルに溶接電極を加圧接触させても、その加圧力が通常のスポット溶接による加圧力よりも遥かに低いので、他方のパネルの表面に押圧される押さえ板等による押圧痕がさらにできにくくなり、接合部分の面品質の低下をより抑制することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の車両外板パネルの接合構造の一実施形態について図を参照して説明する。
図１には、車両外板パネルの接合構造を適用した外板パネルの溶接装置２０および当該外板パネルを構成するパネルＷａ、Ｗｂが図示されている。なお、図１に示すパネルＷａ、Ｗｂは、簡略化されて表現されているため、両パネルＷａ、Ｗｂの重ね合わせ部ＷＷにおいては段差があるように見えるが、実際には図２(B) に示すように、パネルＷａ（一方のパネル）とパネルＷｂ（他方のパネル）とが段差のない面一の外板面Ｍを形成するように両パネルＷａ、Ｗｂの端部同士が板厚方向に重ね合わせられていることに留意されたい。
【００１１】
まず、溶接装置２０の構成を図１および図３(A) に基づいて説明する。
図１に示すように、溶接装置２０は、主に、電極チップ２６、２７と、この両電極チップ２６、２７を支持するとともにそれぞれ加圧するシリンダ２４、２５と、この両シリンダ２４、２５を手首部２２ａにより支持するロボットアーム２２を備えたロボットと、電極チップ２６、２７に加圧、溶接されるパネルＷａ、Ｗｂを電極チップ２６、２７の反対側から受ける押さえ板２８と、そして電極チップ２６、２７に溶接電流を供給可能な図略の溶接トランスと、から構成されている。なお、本実施形態の場合、パネルＷａ、Ｗｂには、例えば板厚は０．８mmに設定された鋼板が用いられる。
【００１２】
図３(A) に示すように、電極チップ２６、２７は、その先端部２６ａ、２７ａがそれぞれ球面に形成されており、両電極チップ２６、２７は所定の間隔を隔てて並行に位置するように、シリンダ２４、２５にそれぞれ支持されている。例えば電極チップ２６、２７の先端部２６ａ、２７ａの直径である先端径Ｄ0 が１６mmに形成されている場合には、両電極チップ２６、２７の離隔距離は３５mm程度に設定される。
【００１３】
シリンダ２４、２５は、支持している電極チップ２６、２７を上下方向に移動可能に構成されており、特に、下方向、即ちパネルＷａ、Ｗｂ方向には、所定の加圧力によって電極チップ２６、２７を押し下げる役割を有する。これにより、重ね合わせた２枚のパネルＷａ、ＷｂのうちのパネルＷａの表面に、離間する一対の電極チップ２６、２７を加圧接触させることができる。
【００１４】
ロボットアーム２２は、その手首部２２ａにシリンダ２４、２５を支持固定しており、それぞれのシリンダ２４、２５に支持された電極チップ２６、２７をパネルＷａの一般部３５より一段高く形成された凸部３０上の所定位置に移動させる役割を有する。なお、この凸部３０については後で詳述する。
【００１５】
押さえ板２８は、パネルＷｂに当接する平坦面を有する板状の銅板で、電極チップ２６、２７に加圧、溶接されるパネルＷａ、Ｗｂを電極チップ２６、２７の反対側から受ける役割を有するものである。なお、この押さえ板２８は、１点の溶接箇所に対し１枚づつ分割して設けられているため、両電極チップ２６、２７に通電される溶接電流が流れる電流経路として、当該押さえ板２８を経由した経路が構成されることを防止している。
【００１６】
図略の溶接トランスは、電極チップ２６、２７に接続された電流ケーブルを介して所定の溶接電流を供給し得るように構成されている。この溶接トランスは、シリンダ２４、２５による加圧時期に合わせて溶接電流を通電し得るように、図略の制御装置に制御されており、例えば、（５／６０）秒間の単発的な通電パターンや、（１５／６０）秒間の通電を（４５／６０）秒毎に繰り返す等の通電パターン等を任意に設定できるようになっている。また本実施形態の場合、通電電流は、例えば１０ｋＡに設定されているが、７ｋＡ〜１１ｋＡであっても良い。
【００１７】
このように溶接装置２０を構成することで、重ね合わせられた２枚のパネルＷａ、Ｗｂのうちの一方のパネルＷａの表面に離間する一対の電極チップ２６、２７を加圧接触させて両電極チップ２６、２７間に溶接電流を流すことができる。
【００１８】
次に、パネルＷａ、Ｗｂの構成を図２および図３に基づいて説明する。
図２(A) に示すように、パネルＷａ、Ｗｂは、スポット溶接により接合されることによって車両外板パネルを構成するもので、車両の外板となる、一方のパネルＷａの端部Ｗａ’と他方のパネルＷｂの端部Ｗｂ’とが重ね合わせられて溶接により接合される。そのため、図２(B) に示すように、両パネルＷａ、Ｗｂは、段差のない面一の外板面Ｍを形成するように、端部Ｗａ’、Ｗｂ’が板厚方向に重ね合わせられ、当該重ね合わせ部ＷＷの内板側のパネルＷａに、部分的に一般部３５より一段高い座面３０ａを形成し、後述するように、この座面３０ａを押しつぶしてスポット溶接することにより両パネルＷａ、Ｗｂを接合している。
【００１９】
即ち、図３(B) 、(C) に示すように、電極チップ２６、２７により加圧される側のパネルＷａに一般部３５より一段高く形成される凸部３０は、パネルＷａの一般部３５から縮径しながら盛り上がるように形成されるテーパ部３０ｂを介して、頂部に円形状の平坦面に形成される座面３０ａを有するように構成されている。このように頂部に位置する座面３０ａは、円形に形成されているため、後述するように、電極チップ２６、２７の先端部２６ａ、２７ｂにより、座面３０ａを球面状に容易に変形させることができる。なお、図２(A) 、(B) には、電極チップ２６、２７により押しつぶされた後の凸部３０等が図示されている。また図２(B) には、押さえ板２８が二点鎖線により図示されている。
【００２０】
具体的には、凸部３０は、パネルＷａにプレス加工を施すことにより形成され、例えば、座面３０ａの直径である座面径Ｄ1 を１８mmに設定した場合、凸部３０の直径である凸部径Ｄ2 は２８mmに設定され、また一般部３５から座面３０ａまでの高さである座面高Ｈは０．７mm〜１．０mmに設定されている。なお、座面３０ａの座面径Ｄ1 は、１４mm〜１８mmの範囲で設定される。
【００２１】
次に、このような重ね合わせ部ＷＷに形成される凸部３０の座面３０ａに施されるスポット溶接の各工程等を図１、図４〜図６に基づいて説明する。なお図４および図５では、当該スポット溶接の各工程を順番にそれぞれの各分図(A) 〜(C) により示している。また図５(D) には、図５(C) に示す一点鎖線円５Ｄ内を拡大して模式的に表したもの、さらに図６(A) には図５(D) に示す一点鎖線円６Ａ内を拡大して模式的に表したものがそれぞれ図示されている。
【００２２】
図１、図４(A) に示すように、重ね合わせ部ＷＷのパネルＷａの端部Ｗａ’に形成された凸部３０の上方に位置するように、ロボットアーム２２による電極チップ２６、２７の移動および位置決めが完了すると、次にシリンダ２４、２５により電極チップ２６、２７が凸部３０の座面３０ａ方向に押し下げられる。
【００２３】
そして、シリンダ２４、２５による電極チップ２６、２７の押し下げにより、電極チップ２６、２７の先端部２６ａ、２７ａが座面３０ａに当接しても、さらにシリンダ２４、２５によって電極チップ２６、２７の加圧が進むため、これにより、座面３０ａはパネルＷｂ方向に向かって押しつぶされる。
【００２４】
即ち、図４(B) に示すように、凸部３０が存在することにより、パネルＷａとパネルＷｂとの間に形成される空間部Ｋを狭くするように、シリンダ２４、２５により加圧された電極チップ２６、２７が凸部３０の座面３０ａを押しつぶす。一方、電極チップ２６、２７の先端部２６ａ、２７ａは、前述の如く、球面に形成されているため、座面３０ａは、先端部２６ａ、２７ａと同様の球面形状に変形しながら、パネルＷｂ側に向かって押しつぶされる。これにより、座面３０ａには球面状の窪みを有する凹部が形成されるため、座面３０ａの裏側にはパネルＷｂに向かって球面状に突出する接触面３０ｃが形成されることになる。
【００２５】
図５(C) に示すように、さらにシリンダ２４、２５による電極チップ２６、２７の加圧が進むことによって座面３０ａが電極チップ２６、２７により押しつぶされる。そして、電極チップ２６、２７による加圧力が４９０Ｎ〜７３５Ｎに設定されることによって、座面３０ａの裏側に形成される球面状の接触面３０ｃは、その頂部（点接触部３０ｄ）がパネルＷｂに接触した状態、つまり接触面３０ｃのうちの最も突出した部分（点接触部３０ｄ）が他の部分よりもいち早くパネルＷｂに点接触した状態を維持することができる。これにより、パネルＷａに形成される座面３０ａの裏側にあたる接触面３０ｃは、このような点接触部３０ｄを介してパネルＷｂに点接触し、ここに点状に絞られた通電経路、つまり接触抵抗の大きい通電経路が形成されることになる。なお、図５(D) には、図５(C) に示す一点鎖線円５Ｄ内を拡大し模式的に表しているので、点接触部３０ｄが所定範囲に拡がって見える。
【００２６】
このように電極チップ２６、２７による加圧力が４９０Ｎ〜７３５Ｎに設定される状態においては、パネルＷａの変形した座面３０ａとこの座面３０ａに接触するパネルＷｂとの間には、略１４７Ｎの加圧力が加えられていることが本願発明者らにより確認されている。この略１４７Ｎによる加圧の間に、略１０ｋＡの溶接電流を略５／６０秒間、両電極チップ２６、２７に通電するように図略の制御装置を制御する。即ち、図５(C) 、(D) に示すように、変形した座面３０ａとこれに接触するパネルＷｂとの間に、略１４７Ｎの加圧力を加え、略１０ｋＡの溶接電流を略５／６０秒間、通電する。
【００２７】
これにより、図６(A) に示すように、ナゲットが形成される前段階において、両パネルＷａ、Ｗｂの境界に溶け込み、即ちナゲットを生じさせるなく、両パネルＷａ、Ｗｂの界面Ｘ付近を一方のパネルＷａの金属結晶粒αと他方のパネルＷｂの金属結晶粒βとが互いに混じり合った状態、つまり両パネルＷａ、Ｗｂを接合することができる。そのため、通常のスポット溶接よりも遥かに低い発熱で溶接することができ、熱ひずみを抑え、接合部分の面品質の低下を抑制することができる。また通常のスポット溶接による加圧力（例えば１９６０Ｎ）よりも遥かに低い加圧力で重ね合わせ部ＷＷを接合することができるので、一方のパネルＷａに電極チップ２６、２７を加圧接触させても、その加圧力が通常のスポット溶接による加圧力よりも遥かに低く、他方のパネルＷｂの表面に押圧される押さえ板２８による押圧痕ができにくくなる。したがって、接合部分の面品質の低下をより抑制することができる。
【００２８】
なお、図６(B) には、両パネルＷａ、Ｗｂ間に加えられる加圧力が不足した場合等における図５(D) の６Ａ円内拡大模式図が示されている。この模式図には、両パネルＷａ、Ｗｂの金属結晶粒α、βに、断続的に接合されていない部分γが存在し、金属結晶粒α、βが十分に混じり合っていない状態が図示されている。このような状態では、両パネルＷａ、Ｗｂの接合が不十分であるため、要求される所定の接合強度を得られないことが本願発明者らにより確認されている。
【００２９】
以上説明したように、本実施形態に係る車両外板パネルの接合構造によると、一方のパネルＷａと他方のパネルＷｂとが段差のない面一の外板面Ｍを形成するように、両パネルＷａ、Ｗｂの端部Ｗａ’、Ｗｂ’同士を板厚方向に重ね合わせ、該重ね合わせ部ＷＷの内板側のパネルＷａに、部分的に一般部３５より一段高い座面３０ａを形成し、該座面３０ａを押しつぶしてスポット溶接することにより両パネルＷａ、Ｗｂを接合する。これにより、押しつぶされた座面３０ａは、例えば球面状に変形して他方のパネルＷｂに対して点当たりするので、当該変形した座面３０ａとこの座面３０ａに接触する他方のパネルＷｂとの間には点状に絞られた通電経路が形成される。そのため、この通電経路を流れる溶接電流の密度を高めることができるので、通常のスポット溶接よりも遥かに低い発熱で溶接することができ、熱ひずみを抑え、接合部分の面品質の低下を抑制することができる。また通常のスポット溶接に必要な加圧力よりも遥かに低い加圧力（例えば１４７Ｎ）を一方のパネルＷａと他方のパネルＷｂとの間に加えても両パネルＷａ、Ｗｂを接合することができる。したがって、他方のパネルＷｂの表面に押圧される押さえ板２８による押圧痕ができにくくなるので、接合部分の面品質の低下をさらに抑制することができる。また、これらにより低下した面品質を修正するのに要する作業工数を削減することができる。
【００３０】
なお、上述した実施形態から、「重ね合わせた２枚のパネルの一方の表面に、離間する一対の電極を加圧接触させて両電極間に溶接電流を流し、これらの２枚のパネルを溶接するシリーズスポット溶接方法であって、前記一方のパネルの前記電極を加圧接触させる部位に、部分的に一般部より一段高い座面を形成するとともに、前記電極は先端を球面に形成し、当該電極を前記座面に、前記座面を押しつぶすように加圧接触させて溶接するシリーズスポット溶接方法において、前記電極に押しつぶされ球面状に変形した座面とこの座面に接触する他方のパネルとの間には、略１４７Ｎの加圧力が加えられており、この加圧力が加えられている状態において略１０ｋＡの溶接電流が略５／６０秒間、前記両電極間に通電されることを特徴とするシリーズスポット溶接方法」の発明を技術的思想の創作として抽出することもできる。
【００３１】
このシリーズスポット溶接方法の発明では、重ね合わせた２枚のうちの一方のパネルの電極を加圧接触させる部位に、部分的に一般部より一段高い座面を形成するとともに、電極は先端を球面に形成し、電極を座面に、座面を押しつぶすように加圧接触させて溶接する。これにより、加圧された電極の先端は、一般部より一段高い座面を押しつぶすことで、まず座面を球面状に変形させ、次いでこの球面状に変形した座面を他方のパネルに対して点当たりにすることができる。
【００３２】
そして、電極に押しつぶされ球面状に変形した座面とこの座面に接触する他方のパネルとの間には、略１４７Ｎの加圧力が加えられており、この加圧力が加えられている状態において略１０ｋＡの溶接電流が略５／６０秒間、両電極間に通電される。このため、一方のパネルと他方のパネルとの間には、球面状に変形した座面により点状に絞られた通電経路が形成され、この通電経路を流れる溶接電流の密度を高めることができ、このような通電経路を流れる溶接電流を略１０ｋＡ、通電時間を略５／６０秒に設定することにより、一方のパネルと他方のパネルとの間に溶け込み（ナゲットの形成）までには到ることなく、双方のパネルを形成する金属結晶粒が互いに混じり合った状態（図６(A) 参照）にすることができる。
【００３３】
即ち、電極に押しつぶされた座面とこの座面に接触する他方のパネルとの間に略１４７Ｎの加圧力が加えられ、略１０ｋＡの溶接電流が略５／６０秒間、両電極間に通電されることにより、ナゲットが形成される前段階において双方のパネルを接合することができるので、通常のスポット溶接による加圧力（例えば１９６０Ｎ）よりも遥かに低い加圧力で重ね合わせた２枚のパネルを接合することができる。これにより、一方のパネルに電極を加圧接触させても、その加圧力が通常のスポット溶接による加圧力よりも遥かに低いので、他方のパネルの表面に押圧される押さえ板等による押圧痕ができにくくなる。したがって、所定の接合強度を維持しつつ、接合部分の面品質の低下を抑制することができる。また、これにより、低下した面品質を修正するのに要する作業工数を削減することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の車両外板パネルの接合構造を適用した外板パネルの溶接装置および当該外板パネルを構成するパネルを示す説明図である。
【図２】図２(A) は、本実施形態に係る外板パネルの接合構造を車室内側から見た斜視図で、図２(B) は図２(A) に示す2B−2B線断面図である。
【図３】図３(A) は、本実施形態に係る外板パネルの溶接装置に用いられる電極チップ先端の側面図、図３(B) は、パネルＷａに形成される座面の平面図、図３(C) は、図３(B) に示す座面の側面図である。
【図４】本実施形態に係る外板パネルの溶接装置による溶接工程を示す説明図で、図４(A) は電極チップの加圧による変形前の座面、図４(B) は電極チップの加圧による変形途中の座面をそれぞれ示すものである。
【図５】本実施形態に係る外板パネルの溶接装置による溶接工程を示す説明図で、図５(C) は押しつぶされ球面状に変形した座面が他方のパネルに対して点当たりしている状態を示すもの、図５(D) は図５(C) に示す一点鎖線円５Ｄ内を拡大したものである。
【図６】図６(A) は、図５(D) に示す一点鎖線円６Ａ内を拡大した説明図で、両パネルの金属結晶粒が十分に混じり合った状態を模式的に示すもので、図６(B)は両パネルの金属結晶粒が十分に混じり合っていない状態を模式的に示すものである。
【図７】一定以上に全長が長く設定された車種における外板パネルの構成例を示す説明図で、図７(A) は分割された溶接前のパネル、図７(B) は溶接により接合されたパネル、をそれぞれ示すものである。
【図８】従来のスポット溶接により接合されるパネルの接合構造例を示す説明図で、図８(A) は良好な接合例、図８(B) はパネル間に段差ができた接合例、図８(C) はパネル間に隙間ができた接合例、をそれぞれ示すものである。
【符号の説明】
２０ 溶接装置
２６、２７ 電極チップ
２６ａ、２７ａ 先端部
２８ 押さえ板
３０ 凸部
３０ａ 座面
３５ 一般部
Ｗａ パネル （一方のパネル、内板側のパネル）
Ｗａ’ 端部 （一方のパネルの端部）
Ｗｂ パネル （他方のパネル）
Ｗｂ’ 端部 （他方のパネルの端部）
ＷＷ 重ね合わせ部 （重ね合わせた部位）
Ｍ 外板面

Claims (1)

1. 車両の外板となる一方のパネルの端部と、車両の外板となる他方のパネルの端部と、を重ね合わせてスポット溶接により接合する車両外板パネルの接合構造であって、
   前記一方のパネルと前記他方のパネルとが段差のない面一の外板面を形成するように、前記他方のパネルの端部の板厚分相当の段差を前記一方のパネルの端部に設け、前記両パネルの端部同士を板厚方向に重ね合わせ、該重ね合わせた部位の内板側にあたる前記一方のパネルの端部に、当該一方のパネルの端部の一般部より外板面反対側に一段高い座面を部分的に形成し、該座面を押しつぶしてスポット溶接することにより前記両パネルを接合するようにしたことを特徴とする車両外板パネルの接合構造。

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