JP4790617B2 - 特別設計溶接ブランク及びその製造方法 - Google Patents

Description

この発明は、一般的には特別設計又は特注溶接ブランクに関し、より詳しくは、二枚の金属シートピースの間に形成された境界面に関する。

この出願は、２００３年６月１３日出願日の米国仮出願第６０／４７８，２９７号の優先権を主張し、その仮出願の内容をここに引用する。

特別設計溶接ブランク（ＥＷＢ）が、それは又は特注溶接ブランク（ＴＷＢ）と呼ばれ、使用が要求される用途は多く、とりわけ自動車産業で要求されている。この種のブランクは、コスト、重量、部品の複雑性を減らし、しかも構造品質を保つ。例えば、それは、自動車ドアパネル内に普通に使用され、そのＥＷＢ又はＴＷＢは、一般的には薄い金属シートピースからなり、より厚い金属シートピースに突合せ溶接されて、一体のブランクを形成する。ドアパネル領域の大部分は、より薄い金属シートピースが占める。しかし、ドアヒンジの取付け位置の領域は、より厚い、より強度のある金属シートが必要とされる。このように、ＥＷＢ又はＴＷＢは、必要なそれらの箇所の強度を増加することができ、ドアパネル全体を、より重い、よりコストの掛かる、より厚い金属シートで作る必要がない。

レーザ溶接は、マッシュシーム溶接等のより従来的技術を置換するものとして使用され、ＥＷＢ又はＴＷＢ用溶接技術として良く知られていて、高品質な高精度に溶接されたブランクを製造できる。このように、レーザ溶接ブランクは特注溶接ブランクの一種である。あるレーザ溶接方法では、一方が他方より厚い二枚のブランクが、互いに合わされ、それらの直線エッジが当接している。それらのブランクが突合せられると、上下のクランプがそれらの金属シートピースに係合されて、それらの金属シートピースはそこで堅く保持される。高電力のレーザビームが、突合せ端面の境界面に沿って向けられて、一様な直線溶着を生じる。静止設置と言われるある用途では、それらの金属シートピースを静止位置に維持し、一方、レーザ溶接ユニットはその突合せ面に沿って動く。逆に、他の用途では、レーザ溶接ユニットを静止して保ち、その二枚の金属シートピースを方向づける。このような技術は、この技術分野では既知であり、ペルー氏等による「特許文献１」、同じくペルー氏等による「特許文献２」に教示されている。
米国特許第5,614,112号（1997年3月25日発行日） 米国特許第5,328,083号（1994年7月12日発行日）

前述の製品及び技術は、ある用途では十分である。しかし、更に改良する余地は多い。本発明の目的は、一般的には、特別設計溶接ブランクとその製造方法を提供し、そのブランクは改良した溶接シームを有する。

この発明の一様態に従って、特別設計溶接ブランクが提供され、そのブランクは概して、第一金属シートピースと、第二金属シートピースと、溶接シームとを有する。その第一・第二金属シートピースは、端面どうしの当接面に沿って互い突合せされていて、端面の一方は他方より厚く、その溶接シームは少なくともその当接面の一部に沿って延設される。第一・第二金属シートピースの内面は、その境界面の第一セグメントに沿って面一に配列されている。第一・第二金属シートピースの外面は、その境界面の第二セグメントに沿って面一に配列されている。

この発明の別の様態に従って、それら第一・第二金属シートピースの端面の厚さは異なっていて、それらの端面は境界面に沿って互いに突合わされている。その溶接シームは、その境界面の一部に沿って延設されていて、その境界面の少なくとも一つのセグメントは外側突出部を有し、その境界面の少なくとも一つのセグメントは内側突出部を有する。

この発明の更に別の様態に従って、自動車に使用されるドアパネルアセンブリが提供され、そのドアパネルアセンブリは、内側ドアパネルと、外側ドアパネルと、シールとを有する。内側ドアパネルは、厚い金属シートピースと、薄い金属シートピースと、シームとを有し、そのシームはその二枚の金属シートピースの境界面に沿っていて、前述ものと同様である。一方、そのシールは、そのドアパネルアセンブリの縁の少なくとも一部に沿って、延設されている。その境界面の第一セグメントでは、それら金属シートピースの内面のレベルが合わされ、そのシールはその第一セグメントと面一に延設されるようになっており、その境界面の第二セグメントでは、それら金属シートピースの外面のレベルが合わされ、その外側ドアパネルがその第二セグメントと面一に接触するようになっている。

この発明の更に別の様態に従って、前述の具現例と同様に、特別設計溶接ブランクを製作する方法が提供される。

本発明の目的・特徴・優位性は、特別設計溶接ブランクを提供し、そのブランクは、厚い金属シートピースと薄い金属シートピースとの間の改良した境界面を有し、その境界面は、隣接する構造部材との合わせを改良するために、特別設計溶接ブランクの両側で面一となるセグメントを有していて、強度と構造品質を改良したブランクを提供し、改良した方法で製作され、そのブランクは、比較的簡明なデザインであり、経済的に製作・組立ができて、使用有効寿命が長い。

この発明のこれら及び他の目的・特徴・優位性は、以下の好適実施例及び最適様態、請求項の記載、添付図により明らかにされる。

図１、２を説明すると、本発明の実施例による特別設計溶接ブランクを使用した自動車ドアパネルアセンブリ８を示している。それらは、電子ビーム溶接、マッシュシーム溶接、又は他の既知の技術での溶接が可能なので、特注溶接ブランク１０はレーザ溶接によらなくてもよいが、特注溶接ブランク１０は、好ましくはレーザ溶接されたブランクである。従って、特注溶接ブランクは、今後の、レーザ溶接ブランクとして呼ぶ。ドアパネルアセンブリ８は、一般的には、内側ドアパネル１２と、外側ドアパネル１４とを有して、それらの両方は、金属シート部材であり、縁が接合され、又は、既知の方法で互いに取りつけられている。背景技術で説明したように、内側ドアパネル１２のようなある構成部材は、厚さが色々な金属シート素材を使用することが要求される。内側ドアパネル１２は、好ましくは、レーザ溶接ブランク１０を具え、そのブランク１０は、薄い金属シート１８のピースに溶接された縦長の厚い金属シート１６を有し、そのアセンブリは特別設計溶接ブランク又は特注溶接ブランクと呼ばれる。厚い金属シート１６は、ヒンジ２０が設けられたドアパネルの側に沿って延設されて、そのドアの断面強度を補強する。しかし、その増強は内側ドアパネルの全体に渡っては必要ない。実際に、内側ドアパネル１２は、厚いシート素材がその全体領域に使われると、非常に重くなりコストが増加する。それ故、内側ドアパネル１２の大部分は、薄い金属シート１８からなり、厚い金属シート１６は補強する領域だけに使用される。レーザ溶接ブランク１０の厚い及び薄い金属シートピースは、端面が突合わされて、それらの端面は、合わせ端面としても呼ばれ、二つのピース間の境界面２２を形成する。この境界面は、レーザ溶接シームにより維持され、そのシームは境界面全体に延びているか、又は、その少なくとも一部に沿って延びている。

図２を説明すると、その図はドアパネルアセンブリ８の略断面図を示している。説明を簡明にするために、この図は、自動車の典型的ドアパネルアセンブリの詳細・複雑部全体を示すものではなく、内側・外側ドアパネルアセンブリ間の合わせ縁又はシームに関連した部分を示し、それらの詳細は、自動車のドアパネルアセンブリアセンブリの技術分野で、良く知られている。むしろ、この図は、レーザ溶接ブランク１０の使用に関連した優位性をいくつかを際立たせるように意図している。境界面２２は、厚い及び薄い金属シートピース間の両端面当接面であり、セグメント３０、３２を有する。セグメント３０は、その二枚の金属シートピースがレーザ溶接ブランク１０の内面（乗員区画に最も近い側）で面一に配列する境界面の部分である。言い換えれば、セグメント３０はレーザ溶接ブランクの内面で面一又は同一面となる二枚の金属シートピースの境界面の領域であり、二枚の金属シートピースは、レーザ溶接ブランクの外面で段差があり又は非面一である。これは、厚い金属シートが、薄い金属シートに、両端面当接面で突合せされていることによる。図面に示すように、セグメント３０の段差部が外側ドアパネル１４の方に外側に向いていて、この技術分野では、“外側段差”として知られる配置である。一方、セグメント３２は、ドアパネルアセンブリの底の方に位置していて、そこでは、二枚の金属シートピースがレーザ溶接ブランク１０の外面で面一に配列されて、レーザ溶接ブランクの内面で段差があり又は非面一であり、この技術分野ではこの状態は“内側段差”と言われている。以下の段落で説明するように、一つの境界面に沿って外側段差と内側段差の両方を持つと、外側段差と内側段差とのどちらかだけを持つ溶接シームよりも多くの優位性がある。

その優位性の一つは、境界面２２がレーザ溶接ブランク１０の両側に位置する隣接構成部材と面一に接触することができることである。以前は、レーザ溶接ブランクが使用され場合に、境界面の全体長さに一様に延在する外側段差又は内側段差を一般的には設けている。従って、その境界面は、レーザ溶接ブランクの片側で面一に接触できるが、両側でそうなっていない。本発明の面一並列配置は、しばしば、改良したシール、改良したジョイント、又は改良した外観が、その長所であり、望ましい。例えば、二枚のシートの内面は、セグメント３０で面一に配列され、周縁シール３４がその境界面の略垂直方向に延びていて、そのセグメントに渡って延在して、段差またはギャップが生じる不連続が生じることがない。そのシールとその境界面に間の面一の関係により、改良したシールが提供されて、漏れ、風による騒音等を減らす。

一方、レーザ溶接ブランクの底（セグメント３２）の方に位置する内側段差は、しばしば有利であり、境界面２２の外面は外側ドアパネル１４に面一に接触し得る。ドアパネルアセンブリ８の製作の間、外側ドアパネル１４の下縁が、レーザ溶接ブランク１０の下縁付近でクリンプ又は縁止めされる。セグメント３０のように、セグメント３２で外側段差がある場合は、そのクリンプは、ドアの外から見れるうね又は段差を生じる。これは好ましくなく、グラインディングのような付加製作工程が、美的結果を得るのに必要となる。セグメント３２は、内側段差を有するようにデザインされ、金属シートピースの外面が同一レベル又は面一であり、外側ドアパネル１４は境界面部分でクリンプされて、外側ドアパネル内にうね又は段差を生じることがない。ドアパネルアセンブリにおけるレーザ溶接ブランク１０の使用は、前述したように、本発明のレーザ溶接ブランクの用途のほんの一例であり、多くの他の用途があることが注目に値する。

図３は、本発明の他の実施例５０を示していて、厚い・薄い金属シートピース６０、６２の間に形成された境界面５８を有する。境界面５８は、二つのセグメント５２、５４を有し、その二枚の金属シートピースは、内面等のレーザ溶接ブランクの片側で、面一に配列され、境界面の一つのセグメント５６では、二枚の金属シート部材がそのブランクの外面等の他側で面一に配列されている。従って、レーザ溶接ブランク５０は二つの外側段差と一つの内側段差とを有し、即ち、図２のレーザ溶接ブランクよりも一つ多い外側段差を有する。図２の実施例に従って、境界面２２は、セグメント３０、３２の間の略直線路に沿って延びている。反対に、図３に示す境界面５８では、セグメント５２、５６、５４の間で非直線又は曲がった路に沿って延びている。曲率の度合いは、無論、意図する用途の特定の要求に合うように変わり得る。その二つの実施例では、二枚の金属シートピースの合わせ端面は、互いに非平行に延びていて、セグメント３０、３２間と、セグメント５２、５６、５７間に延びる境界面の部分に沿って延びている。無論、外側段差及び内側段差の数は、特定用途の要求を満たすように変わり得て、ここで示した実施例に示す数と同じである必要はなく、例示しているだけである。

図４を説明すると、本発明の更に別の実施例９０が図示されていて、しかし、この実施例は負の段差として呼ぶものを有している。レーザ溶接ブランク９０は、厚い・薄い金属シートピース９４、９６との間にある境界面９２を有する。薄い金属シートピースが、厚い金属シートピースの内面及び外面９８、１００間に完全には隠れずに、前述の実施例と相違して、境界面９２のセグメント１０２、１０４では、薄い金属シートピースが部分的に厚い金属シートピース内に位置し、部分的に厚い金属シートピースの外面１００を越えて位置している。従って、レーザ溶接ブランク９０の全体平均厚は、厚い金属シートピース９４自体の厚さより大きい。レーザ溶接ブランク９０の境界面のセグメント１０６では、薄い金属シートピース９６は、厚い金属シートピースの外面１００を越えて位置している。セグメント１０６で、薄い金属シートピース９６の内面１０８は、厚い金属シートピース９４の外面１００と面一である。セグメント１０２、１０４、１０６は、負の段差と呼び、それらは、厚い金属シートピース９４の内面９８、外面１００を越えて位置する段差又は非面一部を形成する。言換えると、負の段差は、厚い金属シートピース９４の厚さ以内に位置しない境界面の段差又は非面一部である。

今説明した実施例のように、図５のレーザ溶接ブランク１１０も又、負の段差を有し、しかし、この実施例では、レーザ溶接ブランク１１０の両側に位置する負の段差を有する。レーザ溶接ブランクは、厚い金属シートピース１１４と薄い金属シートピース１１６との間に形成された境界面１１２を有する。セグメント１１８、１２０は、厚い金属シートピースの内面１２４に形成された負の段差であり、一方、セグメント１２２は厚い金属シートピースの外面１２６に形成された負の段差である。この特別な実施例では、負の段差１１８、１２０、１２６は、厚い金属シートピース１１４の対応部を超えて部分的に延びているだけであるが、それら負の段差の単又は複数が、セグメント１０６のように、厚い金属シートピースを側面を完全に越えて延びていることも可能である。

図６を説明すると、レーザ溶接装置７０が例示されていて、この特別な例は、本発明によるレーザ溶接ブランク５０に使用される。レーザ溶接装置７０は、第一ネスティング部材７２及び押圧パッド７４と、第二ネスティング部材７６及び押圧パッド７８と、レーザヘッド８０とを有する。第一ネスティング部材７２は、平坦上面の下側支持部材であり、好ましくは、磁化されて、それは厚い金属シートピース６０を堅く位置保持する。何故ならば、第一ネスティング部材７２は平坦であり、厚い金属シートピース６０は、平らな又は平面の向きに維持される。随意部材８２が使用されて、境界面５８の近くで付加支持部材となる。押圧パッド７４は、厚い金属シートピース６０の上面に載せられて、その金属シートが堅く捕捉されて、これにより、レーザ溶接中の好ましくない動きを防止する。同様に、薄い金属シートピース６２は、第二ネスティング部材７６と押圧パッド７８との間で捕捉されて位置する。第二ネスティング部材７６は、好ましくは、磁化されている。随意縁材８４は、同様に第二ネスティング部材に使用され得る。従って、薄い金属シートピース６２は、平面に維持されず、むしろ、その面は、内側段差及び外側段差、及び対応する前述の面一セグメントを生じるような外形である。この装置は、境界面を容易に便利に修正して、色々なネスティング部材と押圧パッドが使用されて、関連する高さ、長さなどは変えられて、種々のレーザ溶接ブランクの種々の実施例に対応でき、それは図２の示す実施例を含む。

製作中に、厚い金属シートピース６０は、第一ネスティング部材７２の頂部に置かれ、適切に位置付けされて、磁力でネスティング部材に引かれる。適切な位置付けが続いて、押圧パッド７４が降ろされて置かれて、厚い金属シートピースを更に固定する。同様な工程が薄い金属シートピース６２に関して実行され、薄いピースは、第二ネスティング部材７６の曲がった頂部と押圧パッド７８の曲がった底部との間に捕捉される。二枚の金属シートピースが、各ネスティング部材と押圧パッドとの間に固定されると、それらは互い合わされて、一方のピースの係合端面が他方のピースの係合端面に接触して、境界面５８を形成する。この種の両端面の当接は通常は突合せ結合と呼ばれる。二枚の金属シートピースの突合せに続いて、レーザヘッド８０が境界面にレーザビームを導いて、その境界面の全長又は一部に沿って溶接シームを生じる。レーザ溶接シームが形成されると、シームを冷却し固化するために適切な時間が与えられて、その後、レーザ溶接ブランクが、引き続く打ち抜き、トリミング、又は他の製作工程について、用意される。

本発明により、特別設計溶接ブランク、より詳しくは、レーザ溶接ブランク、及びその製作方法が提供されて、ここで特定した目的と優位性を達成することは、このように明らかである。前述の説明は、本発明の好適実施例であり、この発明は、この特別な実施例に限定されないことは、無論明らかである。例えば、直線に延びる負の段差セグメントが使用され得る。この場合、その境界面は、図４、５に示す例のように、負の段差を有しているが、薄い及び厚い金属シートピースの端面が並行である。従って、一様な並行した負の段差が境界面の全部又は一部に沿って形成される。又、二枚の金属シートピースが同厚である場合に、前述のような境界面を有するレーザ溶接ブランクを提供することも可能である。この技術の熟練者には、請求項に記載の発明の範囲内で、種々の変化及び修正例が可能であることは明らかである。

本発明の特別設計溶接ブランクの実施例を使用した自動車ドアパネルアセンブリの斜視図である。 図１の線２−２に沿って見た自動車ドアパネルアセンブリの横断面図であり、図１の特注溶接ブランクの端面側の図である。 本発明の特別設計溶接ブランクに関する別の実施例の端面側の図である。 本発明の特別設計溶接ブランクに関する更に別の実施例の端面側の図であり、特別設計溶接ブランクの片側に形成された負の段差を有する。 本発明の特別設計溶接ブランクに関する更に別の実施例の端面側の図であり、特別設計溶接ブランクの両側に形成された負の段差を有する。 本発明の特別設計溶接ブランクの製作に使用される装置例を示す斜視図である。

Claims (23)

1. 特別設計溶接ブランクであって、
   第一金属シートピースを具備し、該第一金属シートピースは、第一面と第二面と少なくとも一つの端面とを有し、
   第二金属シートピースを具備し、該第二金属シートピースは、第一面と第二面と少なくとも一つの端面とを有し、該第二金属シートピースの該端面は該第一金属シートピースの該端面より厚く、該第一・第二金属シートピースは該端面によって形成される境界面に沿って互いに突き合わされ、
   溶接シームを具備し、該溶接シームは少なくとも該境界面の少なくとも一部に沿って延在し、
   該第一・第二金属シートピースの各該第一面は該境界面の第一セグメントに沿って互いに面一に配列され、該第一・第二金属シートピースの各該第二面は該境界面の第二セグメントに沿って互い面一に配列された、ことを特徴とする上記特別設計溶接ブランク。
2. 前記第一・第二金属シートピースの各前記端面の稜線は、前記第一・第二セグメントの間で、互いに非平行に延在している請求項１記載の特別設計溶接ブランク。
3. 前記境界面は、前記第一・第二セグメントの間で、略直線路に沿って延在している請求項１記載の特別設計溶接ブランク。
4. 前記境界面は、前記第一・第二セグメントの間で、非直線路に沿って延在している請求項１記載の特別設計溶接ブランク。
5. 前記特別設計溶接ブランクは、更に一つ又は複数のセグメントを有し、該一つ又は複数のセグメントでは、前記第一・第二金属シートピースの各前記第一面は、互いに面一に配列された、請求項１記載の特別設計溶接ブランク。
6. 前記特別設計溶接ブランクは、更に一つ又は複数のセグメントを有し、該一つ又は複数のセグメントでは、前記第一・第二金属シートピースの各前記第二面は、互いに面一に配列された、請求項１記載の特別設計溶接ブランク。
7. 前記特別設計溶接ブランクはレーザ溶接ブランクである請求項１記載の特別設計溶接ブランク。
8. 請求項１記載の特別設計溶接ブランクを有する自動車ドアアセンブリ。
9. 特別設計溶接ブランクであって、
   第一金属シートピースを具備し、該第一金属シートピースは外面と内面と第一端面とを有し、
   第二金属シートピースを具備し、該第二金属シートピースは外面と内面と第二端面とを有し、該第一・第二端面は互いに異なった厚さであり、各該端面は端面境界面に沿って互いに突き合わせ、
   溶接シームを具備し、該溶接シームは少なくとも該境界面の少なくとも一部に沿って延設されており、
   該境界面の第一セグメントでは、該第一・第二金属シートピースの各該内面間で段差があり、該境界面の第二セグメントでは、該第一・第二金属シートピースの各該外面間で段差がある、ことを特徴とする上記特別設計溶接ブランク。
10. 前記第一・第二端面は、前記第一・第二セグメントの間で、互いに非平行に延在している請求項９記載の特別設計溶接ブランク。
11. 前記境界面は、前記第一・第二セグメントの間で、略直線路に沿って延在している請求項９記載の特別設計溶接ブランク。
12. 前記境界面は、前記第一・第二セグメントの間で、非直線路に沿って延在している請求項９記載の特別設計溶接ブランク。
13. 前記端面の当接面は更に一つ又は複数のセグメントを有し、該一つ又は複数のセグメントでは、前記第一・第二金属シートピースの各前記内面間に段差がある、請求項９記載の特別設計溶接ブランク。
14. 前記端面の当接面は、更に一つ又は複数のセグメントを有し、該一つ又は複数のセグメントでは、前記第一・第二金属シートピースの各前記外面間に段差がある、請求項９記載の特別設計溶接ブランク。
15. 前記第一・第二セグメントの少なくとも一つは、前記第二金属シートピースの前記内面又は外面を越えて少なくとも部分的に延在していて、負の段差を形成した、請求項９記載の特別設計溶接ブランク。
16. 前記第一セグメントは、前記第二金属シートピースの前記内面を越えて少なくとも部分的に延在して、負の段差を形成し、前記第二セグメントは、前記第二金属シートピースの前記外面を越えて少なくとも部分的に延在して、負の段差を形成した、請求項９記載の特別設計溶接ブランク。
17. 前記特別設計溶接ブランクはレーザ溶接ブランクである請求項９記載の特別設計溶接ブランク。
18. 請求項９記載の特別設計溶接ブランクを有する自動車ドアパネルアセンブリ。
19. 自動車上に使用されるドアパネルアセンブリであって、内側ドアパネルと外側ドアパネルとを有し、該内側ドアパネルは、
    該内側ドアパネルの一部を補強する厚い金属シートピースを具備し、該厚い金属シートピースは外面と内面と端面とを有し、
    薄い金属シートピースを具備し、該薄い金属シートピースは第一面と第二面と端面とを有し、該薄い金属シートピースの該端面は、該厚い金属シートピースの該端面より薄く、該厚い・薄い金属シートピースは、各該端面の境界面に沿って互い当接し、該境界面の第一セグメントでは、該厚い・薄い金属シートピースの各該内面は、互いに面一であり、該境界面の第二セグメントでは、該厚い・薄い金属シートピースの各該外面は、互いに面一であり、
    レーザ溶接シームを具備し、該レーザ溶接シームは該境界面の少なくとも一部に沿って延在しており、
    シールを具備し、該シールは該ドアパネルアセンブリの周縁の少なくとも一部に沿って延在し、
    該シールは該第一セグメントで該境界面に沿って延設され、該外側ドアパネルは該第二セグメントで、該境界面に接触する、
    ことを特徴とする上記ドアパネルアセンブリ。
20. 特別設計溶接ブランクを製造する方法であって、
    （ａ）第一・第二金属シートピースを配備する工程を具備し、該第一金属シートピースの合わせ端面は該第二金属シートピースの合わせ端面より薄く、
    （ｂ）境界面に沿って該両端面を合わせ、該第二金属シートピースを非一平面状態に維持する工程と、
    （ｃ）該第一・第二金属シートピースを該境界面に沿って溶接する工程とを具備した、上記方法において、
    前記工程（ｂ）が、前記両端面を合わせ、前記第一・第二金属シートピースの各第一面を前記境界面の第一セグメントに沿って互いに面一に配列することを特徴とする方法。
21. 前記工程（ｂ）が、前記両端面を合わせ、前記第一・第二金属シートピースの各第二面を前記境界面の第二セグメントに沿って互いに面一に配列することを含む、請求項２０記載の方法。
22. 前記工程（ｂ）が、前記両端面を合わせ、前記両端面を、前記第一・第二セグメントの間で、前記境界面に沿って互いに非平行に延在させることを含む、請求項２１記載の方法。
23. 前記工程（ｂ）が、前記両端面を合わせ、前記境界面を、前記第一・第二セグメントの間で、非線形路に沿って延在させることを含む、請求項２１記載の方法。

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