JP4345586B2 - レーザー溶接方法 - Google Patents

Description

本発明は、パネル材を３枚重ねでレーザー溶接するレーザー溶接方法に関する。

レーザー溶接は、重ね合わせた金属板の上方からレーザー光を照射して、重ね合わせた金属板どうしを溶接するものである（例えば、特許文献１参照）。

このレーザー溶接とは、レーザー光を主として金属に集光した状態で照射し、金属を局部的に溶融・凝固させることによって接合する方法である。
特開２０００−１７６６６４号公報（第６頁、第１図）

しかしながら、かかる従来のレーザー溶接は２枚の金属板を重ね合わせて接合するようにしているが、場合によって３枚の金属板をレーザー溶接する場合がある。

このように３枚の金属板をレーザー溶接するにあたって、前記従来と同様に３枚を同時にレーザー溶接しようとすると、レーザー光の容量を増大する必要がありコストが嵩んでしまうとともに、３枚の金属板間の２箇所の接合面をそれぞれ同様の条件で溶接できなくなる恐れがある。

そこで、本発明は３枚の板材を重ねてレーザー溶接する場合にも、レーザー光の容量を上げることなく、中間の板材に対してその両面の板材の接合面を略同様の条件で確実に溶接できるようにしたレーザー溶接方法を提供するものである。

本発明にあっては、中間板と、この中間板の両面にそれぞれ配置した２枚の接合板と、を３枚重ねでレーザー溶接するにあたって、中間板の両面に配置した２枚の接合板の溶接部分に、投影平面で形状を相互にずらせた形状変化部分を設け、それぞれの異なった形状変化部分と中間板との間でレーザー溶接することを最も主要な特徴とする。

本発明のレーザー溶接方法によれば、中間板の両面に配置した各接合板は、それぞれに形成した形状変化部分のずれた部分を中間板にレーザー溶接することにより、各接合板は形状変化部分によって中間板とのレーザー溶接部分が２枚重ねとなるので、レーザー光の容量を上げることなく、中間板両面と接合板との間の２箇所の接合面を略同様の条件で確実に溶接できる。

以下、本発明の実施形態を図面と共に詳述する。

図１〜図４は本発明にかかるレーザー溶接方法の第１実施形態を示し、図１は本発明が適用される車体要部の組付け途中を示す斜視図、図２は図１中Ａ−Ａ線に対応する車体要部の断面図、図３はレーザー溶接部分の断面図、図４はレーザー溶接部分の平面図である。

この第１実施形態のレーザー溶接方法は、図１に示すようにフロアパネル１の車体前方部に結合されるフロントサイドメンバ２の接合部分に適用され、上方に開放するハット形断面に形成された一方の接合板としてのフロントサイドメンバ２は、中間板としてのダッシュパネル３およびフロアパネル１の下面に閉断面を構成するように結合される。

また、前記ダッシュパネル３および前記フロアパネル１の上面には、前記フロントサイドメンバ２の配置部分に対応して下方に開放するハット形断面の他方の接合板としてのステイフナーメンバ４を結合してある。

前記フロントサイドメンバ２のフロアパネル１前部の車幅方向（図１中左右方向）内側部には、フロントサイドメンバ２の下側とフロアパネル１の下面に跨って略三角形状のサイドインナメンバ５を結合してある。

尚、前記フロアパネル１の車幅方向側縁にはサイドシル６が設けられるとともに、このサイドシル６の車体前方端部からフロントピラー７が立ち上がっている。図２に示すように、前記フロントサイドメンバ２は、車幅方向両側部に側縁としての一対のフランジ２ａ，２ｂが対向配置されるとともに、前記ステイフナーメンバ４は、車幅方向両側部に側縁としての一対のフランジ４ａ，４ｂが対向配置されている。

そして、フランジ２ａ，２ｂをフロアパネル１の下面に当接するとともに、フランジ４ａ，４ｂを前記フランジ２ａ，２ｂに重ねるようにしてフロアパネル１の上面に当接させ、それぞれのフランジ２ａ，２ｂおよびフランジ４ａ，４ｂ部分を、フロアパネル１に溶接してそれぞれを一体に接合するようにしている。

また、前記サイドインナメンバ５は、その車幅方向外方側部をフロントサイドメンバ２の下面にスポット溶接するとともに、車幅方向内方側部のフランジ５ａをフロアパネル１の下面にスポット溶接してある。

従って、フロントサイドメンバ２の車幅方向内方のフランジ２ｂは前記サイドインナメンバ５によって覆われることになり、この覆われた部分でそのフランジ２ｂを下方からフロアパネル１に直接溶接することが不可能となってしまう。

このため、フロアパネル１を挟んでこれの上面に配置したフランジ４ａ，４ｂと下面に配置したフランジ２ａ，２ｂとを、フロアパネル１の上方側からレーザー溶接するようにしている。

ここで、本実施形態では、フランジ４ａ，４ｂとフロアパネル１とフランジ２ａ，２ｂとによって３枚重ねとなったパネルを上方からレーザー溶接するにあたって、図３に示すように、フランジ２ａ，２ｂおよびフランジ４ａ，４ｂを、投影平面で形状を相互にずらした形状変化部分、例えば幅変化部分１０としてあり、それぞれの異なった幅変化部分１０とフロアパネル１との間でレーザー溶接するようにしている。

前記幅変化部分１０は、図４に示すように、レーザー溶接する側、つまりフロアパネル１の上面側に配置したフランジ４ａ，４ｂの幅Ｗ１を、他方のフランジ２ａ，２ｂの幅Ｗ２よりも狭く形成することにより構成し、溶接側のフランジ４ａ，４ｂとフロアパネル１とをレーザー溶接Ｌｗ１するとともに、フロアパネル１と他方のフランジ２ａ，２ｂがフランジ４ａ，４ｂよりも突出する部分とをレーザー溶接Ｌｗ２してある。

従って、この第１実施形態のレーザー溶接方法によれば、フロアパネル１の両面に配置したフランジ４ａ，４ｂおよびフランジ２ａ，２ｂは、それぞれに形成した幅変化部分１０をフロアパネル１に、それぞれの片側において２本の直線状のレーザー線をもってレーザー溶接Ｌｗ１，Ｌｗ２することができる。

このため、フランジ４ａ，４ｂおよびフランジ２ａ，２ｂはその形状変化部分、つまり、異なる幅Ｗ１，Ｗ２によってフロアパネル１とのレーザー溶接Ｌｗ１，Ｌｗ２部分で２枚重ね構造となるので、レーザー光の容量を上げることなく、フランジ４ａ，４ｂとフロアパネル１との間、およびフランジ２ａ，２ｂとフロアパネル１との間の２箇所の接合面を略同様の条件で確実に溶接することができる。

従って、レーザー溶接のコストを高くすることなく、３枚重ねとなったフランジ２ａ，２ｂおよび４ａ，４ｂとフロアパネル１との溶接強度を確保して確実に接合することができる。

図５，図６は本発明の第２実施形態を示し、前記第１実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図５はレーザー溶接部分の断面図、図６はレーザー溶接部分の平面図である。

この第２実施形態のレーザー溶接方法は、図５，図６に示すように、形状変化部分としての側縁変化部分１１を、フロアパネル１の両面に配置したフランジ４ａ，４ｂおよびフランジ２ａ，２ｂの側縁を、それぞれの山部４ｍ，２ｍと谷部４ｖ，２ｖとが交互に配置される波形状（鋸歯状でもよい）に形成し、それぞれの側縁の山部４ｍ，２ｍとフロアパネル１との間を、それぞれの片側において１本の直線状のレーザー線によってレーザー溶接Ｌｗ３するようにしている。

従って、この第２実施形態のレーザー溶接方法によれば、側縁変化部分１１によってフランジ４ａ，４ｂの山部４ｍと、フランジ２ａ，２ｂの山部２ｍとは交互に配置されるため、それぞれの山部４ｍおよび２ｍはフロアパネル１との当接部分で２枚重ねとなる。

このため、フランジ４ａ，４ｂおよびフランジ２ａ，２ｂは、それぞれの山部４ｍ，２ｍによってフロアパネル１に対して２枚重ね構造としてレーザー溶接Ｌｗ３できるため、第１実施形態と同様にレーザー光の容量を上げることなく、フランジ４ａ，４ｂおよびフランジ２ａ，２ｂとフロアパネル１との間の２箇所の接合面を略同様の条件で確実に溶接することができる。

また各フランジ４ａ，４ｂおよび２ａ，２ｂは、それぞれ谷部４ｖ，２ｖの存在により、溶接熱による応力の集中を小さくできて波打ち変形を抑制することができる。

図７，図８は本発明の第３実施形態を示し、前記各実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図７はレーザー溶接部分の断面図、図８はレーザー溶接部分の平面図である。

この第３実施形態のレーザー溶接方法は、図７，図８に示すように、基本的に第２実施形態と同様に、フランジ４ａ，４ｂおよびフランジ２ａ，２ｂの側縁に、それぞれの山部４ｍ，２ｍと谷部４ｖ，２ｖとが交互に配置される波形状（または鋸歯状）に形成した側縁変化部分１１を形成してある。

そして、本実施形態では図８に示すように、車幅方向に対向した左右のフランジ４ａ，４ｂおよびフランジ２ａ，２ｂにそれぞれ形成した側縁変化部分１１をそれぞれ非対称に形成してある。

即ち、左右（車幅方向）に対向したフランジ４ａ，４ｂおよびフランジ２ａ，２ｂの山部４ｍ，２ｍは一定のピッチＰ１をもって長さ方向に多数形成されるが、本実施形態ではそれぞれの山部４ｍ，２ｍを、車両前後方向（図８中左右方向）に半ピッチ（Ｐ１／２）づつ相対的にずらせて非対称としてある。

そして、このように山部４ｍ，２ｍを車両前後方向に半ピッチづつずらせた状態で、前記第２実施形態と同様にそれぞれの山部４ｍ，２ｍとフロアパネル１との間でレーザー溶接Ｌｗ３するようにしている。

従って、この第３実施形態のレーザー溶接方法によれば、フランジ４ａ，４ｂおよびフランジ２ａ，２ｂとフロアパネル１とを、それぞれの山部４ｍ，２ｍによって２枚重ね構造としてレーザー溶接Ｌｗ３することができるとともに、それぞれの山部４ｍ，２ｍを車両前後方向にずらせたことにより、第２実施形態と同様にフランジ４ａ，４ｂおよびフランジ２ａ，２ｂに応力が集中するのを緩和することができる。

図９，図１０は本発明の第４実施形態を示し、前記各実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図９はレーザー溶接部分の断面図、図１０はレーザー溶接部分の平面図である。

この第４実施形態のレーザー溶接方法は、図９，図１０に示すように、基本的に第１実施形態と同様に幅変化部分１０を設けて、フロアパネル１の上面側に配置したフランジ４ａ，４ｂの幅Ｗ１を、他方のフランジ２ａ，２ｂの幅Ｗ２よりも狭く形成することにより構成してある。

そして、本実施形態では図１０に示すように、溶接側のフランジ４ａ，４ｂとフロアパネル１との２枚重ね部分と、フロアパネル１と他方のフランジ２ａ，２ｂがフランジ４ａ，４ｂよりも突出する部分との２枚重ね部分と、に跨るようにしてそれぞれの片側において１本のレーザー線を波形状にしてレーザー溶接Ｌｗ４してある。

従って、この第４実施形態のレーザー溶接方法によれば、第１〜第３実施形態と同様のレーザー容量で溶接しても、フランジ４ａ，４ｂおよびフランジ２ａ，２ｂとフロアパネル１とが３枚重ねとなった部分では、フランジ４ａ，４ｂとフロアパネル１とが、また、フランジ２ａ，２ｂのフランジ４ａ，４ｂよりも突出した部分ではフランジ２ａ，２ｂとフロアパネル１とが、それぞれ溶接され、しかも、１本のレーザー線でレーザー溶接Ｌｗ４することができるとともに、このレーザー溶接Ｌｗ４のレーザー線を波形状にしたことにより、この溶接部分の所定長さに対する溶接Ｌｗ４の長さを長く取ることができるため、溶接強度を高めることができる。

図１１，図１２は本発明の第５実施形態を示し、前記各実施形態と同一構成部分に同一符号を付して重複する説明を省略して述べるものとし、図１１はレーザー溶接部分の断面図、図１２はレーザー溶接部分の平面図である。

この第５実施形態のレーザー溶接方法は、図１１，図１２に示すように、基本的に第１実施形態と同様に幅変化部分１０を設けて、フロアパネル１の上面側に配置したフランジ４ａ，４ｂの幅Ｗ１を、他方のフランジ２ａ，２ｂの幅Ｗ２よりも狭く形成することにより構成してあり、また、第４実施形態と同様にそれぞれの片側において１本のレーザー線を波形状にしてレーザー溶接Ｌｗ４してある。

そして、本実施形態では図１２に示すように、車幅方向に対向した左右のフランジ４ａ，４ｂおよびフランジ２ａ，２ｂとフロアパネル１との間に施したレーザー溶接Ｌｗ４の波形を、左右で相互に非対称としてある。

即ち、左右に施した一対のレーザー溶接Ｌｗ４は、その波形部分のピッチＰ２を車両前後方向（図１２中左右方向）に半ピッチ（Ｐ２／２）づつ相対的にずらせて非対称としてある。

従って、この第５実施形態のレーザー溶接方法によれば、対向して施された対を成すレーザー溶接Ｌｗ４の波形部分を相互に非対称としたので、レーザー溶接Ｌｗ４の波形部分に作用する応力集中を全体的に緩和することができる。

ところで、本発明のレーザー溶接方法は前記第１〜第５実施形態に例をとって説明したが、これら実施形態に限ることなく本発明の要旨を逸脱しない範囲で他の実施形態を各種採用することができ、中間板や接合板は車体に用いられる鋼板やアルミ板等の金属に限ることなく、レーザー溶接が可能な物質全般に本発明を適用できることは勿論である。

本発明が適用される車体要部の組付け途中を示す斜視図である。 図１中Ａ−Ａ線に対応する車体要部の断面図である。 本発明の第１実施形態におけるレーザー溶接部分の断面図である。 本発明の第１実施形態におけるレーザー溶接部分の平面図である。 本発明の第２実施形態におけるレーザー溶接部分の断面図である。 本発明の第２実施形態におけるレーザー溶接部分の平面図である。 本発明の第３実施形態におけるレーザー溶接部分の断面図である。 本発明の第３実施形態におけるレーザー溶接部分の平面図である。 本発明の第４実施形態におけるレーザー溶接部分の断面図である。 本発明の第４実施形態におけるレーザー溶接部分の平面図である。 本発明の第５実施形態におけるレーザー溶接部分の断面図である。 本発明の第５実施形態におけるレーザー溶接部分の平面図である。

符号の説明

１ フロアパネル（中間板）
２ フロントサイドメンバ（接合板）
２ａ，２ｂ フランジ（側縁）
２ｍ 山部
２ｖ 谷部
４ ステイフナーメンバ（接合板）
４ａ，４ｂ フランジ（側縁）
４ｍ 山部
４ｖ 谷部
１０ 幅変化部分（形状変化部分）
１１ 側縁変化部分（形状変化部分）
Ｌｗ１，Ｌｗ２，Ｌｗ３，Ｌｗ４ レーザー溶接

Claims (6)

1. 中間板と、この中間板の両面にそれぞれ配置した２枚の接合板と、を３枚重ねて一方側からレーザー溶接するにあたって、
   中間板の両面に配置した２枚の接合板の溶接部分に、投影平面で形状を相互にずらした形状変化部分を設け、それぞれの異なった形状変化部分と中間板との間でレーザー溶接することを特徴とするレーザー溶接方法。
2. 形状変化部分は、レーザー溶接する側に配置した接合板の側縁の中間板に対する重合幅を他方の接合板の側縁の中間板に対する重合幅よりも狭くした幅変化部分であり、溶接側の接合板と中間板とをレーザー溶接するとともに、中間板と他方の接合板が溶接側の接合板よりも突出する部分とをレーザー溶接することを特徴とする請求項１に記載のレーザー溶接方法。
3. 形状変化部分は、中間板の両面に配置した接合板の側縁を、一方の側縁の山部と他方の側縁の谷部とが交互に配置される波形状若しくは鋸歯状に形成した側縁変化部分であり、それぞれの側縁の山部と中間板との間でレーザー溶接することを特徴する請求項１に記載のレーザー溶接方法。
4. 各接合板の側縁変化部分は、それぞれ一対設けられて対向配置され、各接合板の対向する側縁変化部分をそれぞれ非対称に形成したことを特徴とする請求項３に記載のレーザ−溶接方法。
5. レーザー溶接の軌跡となるレーザー線を波形にしたことを特徴とする請求項２に記載のレーザー溶接方法。
6. 各接合板の幅変化部分は、それぞれ一対設けられて対向配置され、各接合板の対向する側縁変化部分に施すレーザー溶接の波形を相互に非対称にしたことを特徴とする請求項５に記載のレーザー溶接方法。

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