JP4239274B2

JP4239274B2 - レーザ溶接方法および装置

Info

Publication number: JP4239274B2
Application number: JP04178799A
Authority: JP
Inventors: 秀生嘉山
Original assignee: Nissan Motor Co Ltd
Current assignee: Nissan Motor Co Ltd
Priority date: 1999-02-19
Filing date: 1999-02-19
Publication date: 2009-03-18
Anticipated expiration: 2019-02-19
Also published as: JP2000237884A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車の車体パネル、特に、ルーフとドリップとを一体成形した構造のルーフパネルをレーザ溶接によりボディーサイドパネルと結合するのに好適なレーザ溶接方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザ溶接は、被溶接物（ワーク）の片側からの溶接で済むとともに、ビード幅が狭いため抵抗スポット溶接やアーク溶接に比べて接合部の設計自由度が大きく、溶接継手としての幅を狭くすることが可能になるといった利点を有するため、自動車の一部車体パネルの結合に採用されている。
【０００３】
例えば、ルーフとドリップとを一体成形した構造のルーフパネル（以下単に「ルーフ」という）をレーザ溶接によりボディーサイドパネル（以下単に「ボディーサイド」という）と結合する工法において、従来、車両上下方向の位置決めを行うのに、二つの方法があった。第１の方法は、図５に示すように、ボディーサイド２のアウタ側に段差３を設け、この上にルーフ１の端部を載せて突合せにより位置決めを行うという方法であり、第２の方法は、図６に示すように、レーザ溶接加工ヘッド１１ｂに装着された隙間矯正治具１３ｂに取り付けられたクランプローラ７により、ルーフ１端部のフランジ部４の下から位置決めを行うという方法である。
【０００４】
いずれの方法においても、その方法でルーフ１の車両上下方向の位置決めを行った後、治具面付き隙間矯正ローラ１８により、ルーフ１をボディーサイド２に押し付けて両者の隙間の大きさを矯正しかつ位置決めを確保しながら、レーザ溶接ヘッド１２からレーザ光６を溶接部に照射しつつレーザ光と被溶接物とを溶接線方向に相対移動させながらレーザ溶接を行うようにしている。なお、一般に、隙間矯正治具１３ａ，１３ｂとレーザ溶接ヘッド１２は同一の加工ヘッド１１ａ，１１ｂに取り付けられている。また、特に図６中、「８」は直動ガイド、「９」はクランプローラ７用加圧シリンダである。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、第１の方法にあっては、ルーフ１端部のフランジ部４ａを載せる段差３をボディーサイド２のアウタ側に設けたことにより、ドリップモールを取り付けるための加え代をルーフ１端部のフランジ部４ａに設けなければならないため、フランジ部４ａの幅（フランジ幅）をその分広げる必要があり、ルーフ１の歩留まりが悪化するとともに、ルーフ１端部が内側に折れ曲がる際のインバース量（図５中の寸法Ｅ）の増加によりルーフ１の成形性が悪化するという問題があった。
【０００６】
一方、第２の方法にあっては、専ら治具７，１８による位置決めであるため、部品からの位置出し精度が甘くなり、ルーフドリップとドアの位置ずれが発生する可能性が少なくないという問題があった。また、ルーフ１端部のフランジ部４の下側にクランプローラ７が移動する空間が必要であるため、ボディーサイド２の閉断面部５ｂの面積を大きく取ることができず、ボディーサイド２の強度・剛性のアップならびに軽量化を図ることができないという問題もあった。
【０００７】
本発明は、上記従来技術の問題点に鑑みてなされたものであり、ルーフの歩留まりと成形性の向上、ルーフの車両上下方向の位置決め精度の向上、ならびにボディーサイドの閉断面部の面積の拡大を同時に図ることができるレーザ溶接方法および装置を提供することを目的とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明の上記目的は、下記の手段によって達成される。
【０００９】
（１）本発明に係るレーザ溶接方法は、ルーフとドリップとを一体成形した構造のルーフパネルをレーザ溶接によりボディーサイドパネルと結合するレーザ溶接方法において、前記ボディーサイドパネルのアウタ側に段差を設け、溶接時に前記段差と前記ルーフパネルの端部のフランジ部とのギャップの大きさを一定値に保ちながら前記ルーフパネルを前記ボディーサイドパネルに押し付けて前記ルーフパネルの前記フランジ部に連続する部位と前記ボディーサイドパネルの前記段差に連続する部位とにおいて前記ルーフパネルと前記ボディーサイドパネルとを加圧拘束するとともに、前記加圧拘束された位置の直近位置にレーザ光を照射して溶接作業を行うことを特徴とする。
【００１０】
（２）この場合、好ましくは、溶接時に前記段差と前記フランジ部との間に一定の高さ寸法の治具ローラをセットし、該治具ローラを溶接の進行と共に溶接線方向に相対移動させる。
【００１１】
（３）本発明に係るレーザ溶接装置は、ルーフとドリップとを一体成形した構造のルーフパネルをレーザ溶接によりボディーサイドパネルと結合するレーザ溶接装置において、溶接時に前記ボディーサイドパネルのアウタ側に設けられた段差と前記ルーフパネルの端部のフランジ部との間にセットされ、両者のギャップの大きさを一定値に保ちながら溶接の進行と共に溶接線方向に相対移動可能な治具ローラと、前記ルーフパネルを前記ボディーサイドパネルに押し付けて前記ルーフパネルの前記フランジ部に連続する部位と前記ボディーサイドパネルの前記段差に連続する部位とにおいて前記ルーフパネルと前記ボディサイトパネルとを加圧拘束するとともに、前記ルーフパネルの前記フランジ部を前記治具ローラに押し当てる加圧ローラとを有することを特徴とする。
【００１２】
【発明の効果】
本発明によれば、溶接時にボディーサイドパネルのアウタ側の段差とルーフパネルの端部のフランジ部との間のギャップの大きさを、例えば治具ローラにより、一定値に保ちながらルーフパネルをボディーサイドパネルに押し付けてルーフパネルのフランジ部に連続する部位とボディーサイドパネルの段差に連続する部位とにおいてルーフパネルとボディーサイドパネルとを加圧拘束するとともに、加圧拘束された位置の直近位置にレーザ光を照射して溶接作業を行うようにしたので、溶接完了時にフランジ部と段差との間に空間が存在するようになるため、通常のフランジ幅（フランジ部の幅）でドリップモールを取り付けることができる。したがって、従来の第１の方法と比較して、ルーフのフランジ部に対して通常のフランジ幅を確保すれば足りるため、ルーフの歩留まりが向上するとともに、その成形性が向上する。
【００１３】
また、ルーフのフランジ部の下側には一定の高さ寸法の治具ローラが移動する空間があれば足り、従来の第２の方法と比較して、クランプローラが移動するほどの空間は不要であるため、ボディーサイドパネルの閉断面部の面積を拡大することができる。このため、ボディーサイドパネルの強度・剛性アップならびに軽量化を図ることができる。
【００１４】
また、ボディーサイドパネルのアウタ側に設けた段差を利用しての位置決めであり、従来の第２の方法と比較して、専ら治具による位置決めではないため、ルーフの車両上下方向の位置決め精度が向上する。
【００１５】
すなわち、本発明によれば、ルーフの歩留まりと成形性の向上、ルーフの車両上下方向の位置決め精度の向上、ならびにボディーサイドの閉断面部の面積の拡大を同時に図ることができる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、添付した図面を参照して、本発明の一実施の形態を説明する。
【００１７】
図１および図２は、本発明の一実施の形態に係るレーザ溶接装置の概略構成図であり、図１は、ルーフがセットされる前の状態、図２は、ルーフおよび溶接加工ヘッドがセットされた後の状態をそれぞれ示している。なお、図５または図６と共通する部分には、同一の符号を付している。
【００１８】
このレーザ溶接装置１０は、例えば図示しない産業用ロボットのアーム先端に取り付けられるレーザ溶接加工ヘッド（以下単に「加工ヘッド」という）１１を有し、この加工ヘッド１１には、レーザ溶接ヘッド１２と隙間矯正治具１３とが一体的に装着されている。隙間矯正治具１３は、ルーフ（ルーフとドリップとを一体成形した構造のルーフパネル）１をボディーサイド（ボディーサイドパネル）２に押し付けて両者の隙間の大きさを矯正する機能を有するとともに、ルーフ１の車両上下方向の位置決めを行う機能を有している。本発明では、ルーフ１を車両上下方向に位置決めするために、ボディーサイド２のアウタ側に段差３を設け、溶接時にその段差３とルーフ１端部のフランジ部４とのギャップの大きさが一定値になるように設計されている。
【００１９】
レーザ溶接ヘッド１２は、レーザ光６の集光光学系を含んでおり、このレーザ溶接ヘッド１２からレーザ光６が溶接部に照射される。レーザ溶接ヘッド１２は、隙間矯正治具１３の可動部１４に支持固定され、該可動部１４は、直動ガイド１５を介して加工ヘッド１１全体の支持部材１６に取り付けられ、該支持部材１６に支持固定された加圧シリンダ（例えば、エアシリンダ）１７によって図１中のＡ方向に往復動作可能となっている。
【００２０】
隙間矯正治具１３には、その可動部１４に加圧ローラ（治具面付き隙間矯正ローラ）１８が回転自在に装着されている。すなわち、加圧ローラ１８は、レーザ溶接ヘッド１２に対して所定の固定された位置関係にある。これにより、加圧ローラ１８は、加圧シリンダ１７の伸縮動作に応じてレーザ溶接ヘッド１２と共に図中Ａ方向に変位可能で、かつ、加圧シリンダ１７によって加圧力が付与されるようになっている。加圧ローラ１８の加圧力は、加圧シリンダ１７へのエア供給によって調節される。この加圧力の加減によってルーフ１とボディーサイド２との隙間の大きさが調節される。また、加圧ローラ１８は、ルーフ１の溶接部近傍に押し当てられる押圧面１９と、ルーフ１のフランジ部４を後述する治具ローラに押し当てる治具面２０とを備えている。
【００２１】
また、隙間矯正治具１３には、その支持部材１６に治具ローラ２１が装着されている。治具ローラ２１は、溶接時に、ボディーサイド２のアウタ側に設けられた段差３とルーフ１端部のフランジ部４との間にセットされ、両者のギャップの大きさを一定値に保ちながら溶接の進行と共に溶接線方向に移動するように構成されている。すなわち、治具ローラ２１は、溶接の進行と共に移動するが、高さ方向の寸法は一定に保つことができるようになっている。
【００２２】
治具ローラ２１の具体的構成は、例えば、図３の斜視図に示すとおりである。ここでは、ロッド２２の先端に傾斜して固定されたブラケット２３に２個のホイール（転動部）２４ａ，２４ｂを回転自在に取り付けて構成されている。ロッド２２に対するブラケット２３の取付け傾斜角を変えることによって治具ローラ２１の高さ方向の寸法Ｌを変えることができる。この治具ローラ２１の高さ方向の寸法Ｌが、溶接時において保持されるべきボディーサイド２の段差３とルーフ１のフランジ部４とのギャップの大きさとなる（図４参照）。なお、図４は、図２中の治具ローラ２１を同図中のＢ方向から見た要部概略図であり、加工ヘッド１１セット後の溶接時の治具ローラ２１の状態を示している。
【００２３】
次に、以上のように構成されたレーザ溶接装置１０の動作を説明する。
【００２４】
ルーフ１とボディーサイド２とを溶接線に沿って連続的にレーザ溶接する場合、まず、図１に示すように、ルーフ１をセットする前に、図示しないロボットアームによって加工ヘッド１１を所定の位置に動かして、治具ローラ２１を定位置にセットする。
【００２５】
次に、ルーフ１を図１中のＣ方向に下げて、ルーフ１をセットした後、加圧シリンダ１７により可動部１４を同図中Ｄ方向に前進させて、加工ヘッド１１をセットする。すなわち、レーザ溶接ヘッド１２と加圧ローラ１８とが所定の溶接位置に移動し、溶接部の隙間矯正とともにレーザ溶接を開始する。このときの状態、つまり、ルーフ１と加工ヘッド１１とが共にセットされた後の状態は、図２に示すとおりである。より詳細には、加工ヘッド１１が溶接位置にセットされると、加圧ローラ１８の治具面２０がルーフ１のフランジ部４を治具ローラ２１に押し当てて、ボディーサイド２の段差３とルーフ１のフランジ部４とのギャップの大きさが一定値Ｌに設定され、車両上下方向の位置決めが完了する。これと同時に、加圧ローラ１８の押圧面１９がルーフ１の溶接部近傍に押し当てられ、ルーフ１をボディーサイド２に押し付ける。このとき、加圧ローラ１８は加圧シリンダ１７によって付与される一定の加圧力の下でルーフ１とボデーサイド２との結合を加圧拘束する（つまり、溶接部近傍を加圧して両パネル１，２の隙間の大きさを矯正する）とともに、その加圧拘束された位置の直近位置（溶接部）にレーザ溶接ヘッド１２からレーザ光６を照射してレーザ溶接を開始する。
【００２６】
そして、溶接の進行と共に、上記のように加工ヘッド１１がセットされた状態で、すなわち、加圧ローラ１８によりルーフ１のフランジ部４を治具ローラ２１に押し当てるとともに溶接部近傍を加圧し、一方でその加圧された位置の直近位置（溶接部）にレーザ溶接ヘッド１２からレーザ光６を照射しながら、図示しないロボットアームが加工ヘッド１１を所定の軌跡に沿って動かすことにより、溶接が連続的に行われる。このとき、治具ローラ２１も、加圧ローラ１８（の治具面２０）によって押さえられた状態でボディーサイド２の段差３とルーフ１のフランジ部４との間を移動するが、治具ローラ２１の高さ方向の寸法は一定（Ｌ）であるため、ボディーサイド２の段差３とルーフ１のフランジ部４とのギャップの大きさを一定値Ｌに保ちながら溶接を行うことができる。
【００２７】
したがって、本実施の形態によれば、溶接時にボディーサイド２のアウタ側の段差３とルーフ１端部のフランジ部４との間のギャップの大きさを治具ローラ２１により一定値に保ちながら溶接を行うようにしたので、溶接完了時にフランジ部４と段差３との間に空間が存在するようになるため、通常のフランジ幅（フランジ部４の幅）でドリップモールを取り付けることができる。したがって、図５に示す従来の第１の方法と比較して、ルーフ１のフランジ部４に対して通常のフランジ幅を確保すれば足りるため、ルーフ１の歩留まりが向上するとともに、その成形性が向上する。
【００２８】
また、ルーフ１のフランジ部４の下側には一定の高さ寸法の治具ローラ２１が移動する空間があれば足り、図６に示す従来の第２の方法と比較して、クランプローラ７が移動するほどの空間は不要であるため、ボディーサイド２の閉断面部５の面積を拡大することができる。このため、ボディーサイド２の強度・剛性アップならびに軽量化を図ることができる。
【００２９】
また、ボディーサイド２のアウタ側に設けた段差３を利用しての位置決めであり、図６に示す従来の第２の方法と比較して、専ら治具による位置決めではないため、ルーフ１の車両上下方向の位置決め精度が向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態に係るレーザ溶接装置の、ルーフセット前の状態を示す概略構成図である。
【図２】図１のレーザ溶接装置の、ルーフおよび溶接加工ヘッドセット後の状態を示す概略構成図である。
【図３】治具ローラの要部斜視図である。
【図４】図２中の治具ローラを同図中のＢ方向から見た要部概略図である。
【図５】従来のルーフ位置決め方法の一例を示す説明図である。
【図６】従来のルーフ位置決め方法の他の例を示す説明図である。
【符号の説明】
１…ルーフ（ルーフパネル）、
２…ボディーサイド（ボディーサイドパネル）、
３…段差、
４…フランジ部、
６…レーザ光、
１１…レーザ溶接加工ヘッド、
１２…レーザ溶接ヘッド、
１３…隙間矯正治具、
１８…加圧ローラまたは治具面付き隙間矯正ローラ、
２１…治具ローラ。

Claims

ルーフとドリップとを一体成形した構造のルーフパネルをレーザ溶接によりボディーサイドパネルと結合するレーザ溶接方法において、
前記ボディーサイドパネルのアウタ側に段差を設け、溶接時に前記段差と前記ルーフパネルの端部のフランジ部とのギャップの大きさを一定値に保ちながら前記ルーフパネルを前記ボディーサイドパネルに押し付けて前記ルーフパネルの前記フランジ部に連続する部位と前記ボディーサイドパネルの前記段差に連続する部位とにおいて前記ルーフパネルと前記ボディーサイドパネルとを加圧拘束するとともに、前記加圧拘束された位置の直近位置にレーザ光を照射して溶接作業を行うことを特徴とするレーザ溶接方法。
溶接時に前記段差と前記フランジ部との間に一定の高さ寸法の治具ローラをセットし、該治具ローラを溶接の進行と共に溶接線方向に相対移動させることを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接方法。
ルーフとドリップとを一体成形した構造のルーフパネルをレーザ溶接によりボディーサイドパネルと結合するレーザ溶接装置において、
溶接時に前記ボディーサイドパネルのアウタ側に設けられた段差と前記ルーフパネルの端部のフランジ部との間にセットされ、両者のギャップの大きさを一定値に保ちながら溶接の進行と共に溶接線方向に相対移動可能な治具ローラと、
前記ルーフパネルを前記ボディーサイドパネルに押し付けて前記ルーフパネルの前記フランジ部に連続する部位と前記ボディーサイドパネルの前記段差に連続する部位とにおいて前記ルーフパネルと前記ボディサイトパネルとを加圧拘束するとともに、前記ルーフパネルの前記フランジ部を前記治具ローラに押し当てる加圧ローラと、
を有することを特徴とするレーザ溶接装置。