JP4865370B2

JP4865370B2 - ロールヘミング方法及び溶接構造物

Info

Publication number: JP4865370B2
Application number: JP2006066738A
Authority: JP
Inventors: 栄作長谷川; 浩美和
Original assignee: Honda Motor Co Ltd
Current assignee: Honda Motor Co Ltd
Priority date: 2006-03-10
Filing date: 2006-03-10
Publication date: 2012-02-01
Anticipated expiration: 2026-03-10
Also published as: JP2007237283A

Description

本発明は、アウタパネルのフランジを折り曲げて、突起を有するインナパネルを挟み込むロールヘミング方法及び該方法で加工されたパネルを溶接した溶接構造物に関する。

車両のドア等のパネル材は、インナパネルとアウタパネルとを組み合わせて構成されている場合がある。インナパネルとアウタパネルとを組み合わせる場合には、アウタパネルのフランジを折り曲げるヘミング加工を行ってインナパネルを挟み込んだ上で、さらにスポット溶接を行って接合強度を確保することが行われている。

スポット溶接を確実に行うためにはインナパネルに突起を設けておき、該突起の上にフランジが当接するように折り曲げた後、フランジの表面から突起を押圧するように溶接電極を押し当ててスポット溶接を行うとよい。これにより、突起部に電流が集中して確実な溶融が得られ、溶接強度が向上する。

この場合、フランジを折り曲げる際に該フランジの裏面で突起を押しつぶしてしまうとスポット溶接時に電流を集中させる効果が低減してしまうため、突起を残しながらフランジを折り曲げる方策が望まれている。

パネル材の突起等を押しつぶさないためには、表面がゲル状のヘミングローラを用いることにより、凹凸に追従させながら転動を行う方法が提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、ヘミング加工ではフランジを複数回に分けて段階的に折り曲げると、高精度な折り曲げ部が得られて好適である。本出願人は、ヘミング加工を少なくとも２回に分けて行う方法について特許文献２及び特願２００５−１８０６１１号等において提案している。

実用新案登録第２５６１５９６号公報特開２００５−３４９４７１号公報

ところで、前記の特許文献１記載のヘミングローラでは、全面がゲル材で構成されており、突起等の凹凸部に対して追従することができるが、それ以外の箇所もゲル材を介して押圧をするため、十分な加圧力が得られない。また、ゲル材は突起等を乗り越える度に変形を繰り返すことから低寿命となり、実用的ではない。

本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、パネル材に設けられた突起を潰すことなくフランジを折り曲げ可能なロールヘミング方法、及び該方法で加工されたパネルを高い強度で溶接した溶接構造物を提供することを目的とする。

本発明に係るロールヘミング方法は、同軸上且つ同径の第１円柱及び第２円柱と、前記第１円柱と前記第２円柱との間に設けられた環状凹部と、を有するヘミングローラを用い、アウタパネルのフランジを折り曲げて、突起を有するインナパネルを挟み込むロールヘミング方法であって、前記第１円柱をフランジの外面端部に当接して押圧するとともに、前記第２円柱を前記フランジの外面基部に当接して押圧し、前記環状凹部が前記突起の上部を通過するように前記ヘミングローラを前記フランジの延在する第１方向に転動させる工程と、前記第１円柱及び前記第２円柱を前記フランジに当接して押圧し、前記環状凹部が前記突起の上部を通過するように、前記ヘミングローラを第１方向と交差する第２方向に転動させる工程とを有することを特徴とする。

このように、フランジの延在する第１方向にヘミングローラを転動させる際、折り曲げるフランジ上で、環状凹部を突起の上部を通過させると、該突起が潰れることがない。また、第１方向に交差する第２の方向に向かって再度ヘミングローラを転動させ、この際にも環状凹部を突起の上部を通過させると、フランジ上で突起を中心として第１方向に沿って中空の膨らみとして残っている部分が押圧される。これにより、フランジはインナパネルの突起を中心とした層状突起となる。この層状突起は中空部分のほとんどない小さい突起であり、その後のスポット溶接時に電流を集中させることができる。

また、本発明に係るヘミングローラは、フランジの外面端部を押圧する第１円柱と、前記第１円柱と同軸上且つ同径で、前記フランジの外面基部を押圧する第２円柱と、前記第１円柱と前記第２円柱との間に設けられた環状凹部とを有することを特徴とする。このようなヘミングローラは、上記のロールヘミング方法に対して好適に用いられ、インナパネルの突起を押し潰すことがない。また、該突起を交点とする異なる２方向に転動することにより、突起を中心としたフランジに中空の膨らみがほとんどなくなり、その後のスポット溶接時に電流を集中させることができる。

この場合、前記環状凹部は、断面円弧形状であってもよい。このような断面円弧形状によれば、環状凹部と第１円柱との境界部、及び環状凹部と第２円柱との境界部によるフランジに対する加圧痕が付きにくい。

さらに、本発明に係る溶接構造物は、同軸上且つ同径の第１円柱及び第２円柱と、前記第１円柱と前記第２円柱との間に設けられた環状凹部と、を有するヘミングローラを用い、アウタパネルのフランジを折り曲げて、突起を有するインナパネルを挟み込み、前記突起を交点とする異なる２方向に、前記環状凹部が前記突起の上部を通過するように前記ヘミングローラを転動させて、前記突起を中心とした層状突起を設け、前記層状突起に溶接電極を当接してスポット溶接をしたことを特徴とする。このような溶接構造物は、スポット溶接を行う際に層状突起における二層間に集中的に流れ込み、十分に発熱を起こして確実な溶融が得られ、高い溶接強度が得られる。

本発明に係るロールヘミング方法によれば、フランジの延在する第１方向にヘミングローラを転動させる際、折り曲げるフランジ上で、環状凹部を突起の上部を通過させることから、該突起が潰れることがない。また、第１方向に交差する第２の方向に向かって再度ヘミングローラを転動させ、この際にも環状凹部を突起の上部を通過させることから、フランジ上で突起を中心として第１方向に沿って中空の膨らみとして残っている部分が押圧される。これにより、フランジはインナパネルの突起を中心として中空部分のほとんどない小さい層状突起となり、その後のスポット溶接時に電流を集中させることができる。

また、本発明に係るヘミングローラによれば、上記のロールヘミング方法に対して好適に用いられ、インナパネルの突起を押し潰すことがない。また、該突起を交点とする異なる２方向に転動することにより、突起を中心とした膨出部に中空の膨らみがほとんどなくなって層状突起が得られ、その後のスポット溶接時に電流を集中させることができる。

さらに本発明に係る溶接構造物は、スポット溶接を行う際に層状突起における二層間に集中的に流れ込み、十分に発熱を起こして確実な溶融が得られ、高い溶接強度が得られる。

以下、本発明に係るロールヘミング方法及びヘミングローラについて実施の形態を挙げ、添付の図１〜図１６を参照しながら説明する。本実施の形態に係るヘミングローラ１０は、図１に示すロールヘミング加工装置１１で用いられ、本実施の形態に係るロールヘミング方法はロールヘミング加工装置１１で行われる。また、本実施の形態に係る溶接構造物は、ロールヘミング加工装置１１を用いて製造される。

図１に示すように、ロールヘミング加工装置１１は、アウタパネル１２とインナパネル１４からなるワーク（溶接構造物）Ｗの縁部をロールヘミング加工するための装置であって、ワークＷを支持する加工テーブル１６と、ロボット１８と、該ロボット１８の先端に設けられた加工ツール２０とを有する。ワークＷは、加工テーブル１６上で金型２１を介して支持されている。ワークＷは所定のワーク自動交換手段によって加工テーブル１６に搬入、搬出されるようにしてもよい。

ロボット１８は産業用の多関節型であり、加工ツール２０を稼動範囲内の任意の位置において任意の姿勢となるように移動可能である。また、ロボット１８は、図示しないティーチングペンダントの操作により、実際に動作を行わせながら動作ティーチングを行うことができる。さらに、３次元ＣＡＤ（ＣｏｍｐｕｔｅｒＡｉｄｅｄＤｅｓｉｇｎ）等を用いたオフライン処理によって、実際のロボット１８を動作させることなく動作ティーチングを行うことも可能である。ロボット１８は所定のコントローラの作用下に動作する。

加工ツール２０は、アウタパネル１２の縁部から略直角に起立した形状のフランジ３０をアウタパネル１２の内側方向へ折り曲げるためのツールであって、インナパネル１４の縁部１４ａを挟み込んで一体化することができる（図７参照）。ワークＷは、アウタパネル１２が下でインナパネル１４が上となるように組み合わされて金型２１の上に仮固定されており、インナパネル１４の縁部１４ａは、アウタパネル１２の屈曲部に沿って配置されている。このときフランジ３０は上方に向かって延在している。

インナパネル１４の縁部１４ａにはプレス成形された複数の突起３２が設けられている。これらの突起３２は、折り曲げられるフランジ３０に挟み込まれる位置に設けられており、具体的には、フランジ３０の略中間高さ部分によって挟み込まれる位置に設けられている。突起３２は、例えば、所定の等間隔に設けられている。

図２及び図３に示すように、加工ツール２０は、ヘミングローラ１０と、該ヘミングローラ１０の両端を回転自在に保持するアーチ部材３４とを有する。アーチ部材３４は、ロボット１８の最先端軸に接続されている。加工ツール２０はロボット１８に対して着脱自在である。

ヘミングローラ１０は、フランジ３０の外面端部３０ａを押圧する第１円柱４０と、該第１円柱４０と同軸上且つ同径で、フランジ３０の外面基部３０ｂを押圧する第２円柱４２と、これらの第１円柱４０と第２円柱４２との間に設けられた浅い環状凹部４４とを有する。ヘミングローラ１０の幅はフランジ３０の高さＨに略等しい（図５参照）。

次に、このように構成されるロールヘミング加工装置１１を用いて、ワークＷのロールヘミング方法を行う手順について図４〜図１４を参照しながら説明する。以下の説明では、表記したステップ番号順に処理が実行されるものとする。

図４のステップＳ１において、先ず、ワークＷをアウタパネル１２が下、インナパネル１４が上となるように加工テーブル１６上に固定する。このとき、フランジ３０は上方に向かって起立しているものとする。

ステップＳ２において、ロボット１８を動作させ、加工ツール２０を移動させる。このとき、ヘミングローラ１０の第１円柱４０をフランジ３０の外面端部３０ａに当接して押圧するとともに、第２円柱４２をフランジ３０の外面基部３０ｂに当接して押圧しながら、ヘミングローラ１０を４５°傾斜させ、フランジ３０の側面を押圧する。これにより、フランジ３０は図５の矢印Ａの方向に押圧され、曲げ基点Ｐを略中心として４５°傾斜するように適切に折り曲げられる。

ステップＳ３において、ロボット１８の動作作用下に、第１回目のロールヘミング加工（プリヘミング加工とも呼ばれる。）を行う。つまり、図５に示すように、ワークＷに対するヘミングローラ１０の姿勢を保持しながら加工ツール２０をフランジ３０の延在する方向に転動させことにより、フランジ３０を内側方向へ４５°折り曲げるロールヘミング加工を連続的に行う。なお、フランジ３０が延在する方向をＸ方向（第１方向）とし、インナパネル１４に平行でＸ方向に直交する方向をＹ方向（第２方向）とし、Ｘ方向及びＹ方向に直交する方向をＺ方向とする。

第１回目のロールヘミング加工はフランジ３０の一端から他端の全長に亘って行う。なお、図５及び後述する図７、図１０及び図１３では、理解を容易にするためにフランジ３０の延在方向を直線状に図示しているが、該フランジ３０の延在方向は２次元的又は３次元的な曲線状であってもよいことはもちろんである。フランジ３０の延在方向が曲線状であるときには、ヘミングローラ１０の軸がフランジ３０の方向（Ｘ方向）に対して直角となる向きを保持しながらロボット１８の作用下に転動させる。

ステップＳ４において、ロボット１８の作用下にヘミングローラ１０の向きをさらに４５°傾斜させ、回転軸がインナパネル１４の表面と平行となるように移動し、第１円柱４０及び第２円柱４２と金型２１とにより、アウタパネル１２、インナパネル１４の縁部１４ａ及びフランジ３０の３枚を挟み込む。これにより、アウタパネル１２、インナパネル１４の縁部１４ａ及びフランジ３０がプレスされて一体化される。

ステップＳ５において、第２回目のロールヘミング加工（本ヘミング加工とも呼ばれる。）を行う。つまり、ロボット１８の動作によって、加工ツール２０が屈曲部の全長に沿って移動してロールヘミング加工が行われてアウタパネル１２、インナパネル１４の縁部１４ａ及びフランジ３０の３枚が一体化する（図７参照）。

図６及び図７に示すように、この第２回目のロールヘミング加工においては、第１回目のロールヘミング加工と同様に、第１円柱４０をフランジ３０の外面端部３０ａに当接して押圧するとともに、第２円柱４２をフランジ３０の外面基部３０ｂに当接して押圧させて矢印Ｘ方向に転動させる。また、環状凹部４４は第１円柱４０と第２円柱４２との間に設けられていることから、突起３２の上部を通過するように移動することになり、突起３２を潰すことがない。

なお、図７（及び図１０）においては、加工部位が視認可能となるように加工ツール２０を二点鎖線の透明状に図示している。

第２回目のロールヘミング加工においては、図７及び図８に示すように、矢印Ｘ方向に延在する細長い膨出部５０が残る。膨出部５０は平面視で突起３２の位置を中心とした中央部のＹ方向幅は環状凹部４４の幅Ｂと略等しく、Ｘ方向両端は鋭角状であって、突起３２以外の部分は中空構造となっている。また、膨出部５０は突起３２の位置が頂部となっており矢印Ｘ延在方向に沿って左右に低くなる形状となっている。

膨出部５０が形成されるのは、フランジ３０の面のうち、ヘミングローラ１０では第１円柱４０及び第２円柱４２に当接する部分は押圧されるが、Ｙ方向で突起３２が設けられる中央位置は環状凹部４４通過することから押圧されず、該突起３２の反力によって塑性変形を起こして相対的に膨出するためである。

次に、ステップＳ６において、ロボット１８の作用下に、Ｚ方向を基準としてヘミングローラ１０の向きを９０°回転させた後、図９及び図１０に示すように、環状凹部４４が突起３２の上部を通過する位置で、第１円柱４０及び第２円柱４２をフランジ３０に当接して押圧してＹ方向に転動させる。

このステップＳ６では、環状凹部４４が突起３２の上部を通過することから、該突起３２を潰すことがない。また、第１円柱４０及び第２円柱４２は膨出部５０のうち中空構造部分の上を通り、押圧することから、中空部分のみが押しつぶされ、結果として層状突起５６が形成される。層状突起５６は、インナパネル１４の突起３２と、アウタパネル１２の膨出部５０のうち左右に延在する中空部分がなくなって突起３２の上層を覆うようにして残った部分によって二層からなる突起を形成しているものである。

図１１に示すように、層状突起５６の形状は、概略的に、Ｘ方向に延在する平行な一対の仮想線６０、６０と、Ｙ方向に延在する平行な一対の仮想線６２、６２を底面の４辺とする四角錐台であって、より詳細には、該四角錐台を形成する各面が滑らかにつながっており、頂部は略半球形状となっている。仮想線６０、６０は、前記のステップＳ５において環状凹部４４の両端部が通過した幅Ｂの経路であり、同様に、仮想線６２、６２は前記のステップＳ６において環状凹部４４の両端部が通過した幅Ｂの経路である。

なお、浅い環状凹部４４は、断面円弧形状であることから、幅Ｂの両端部において第１円柱４０及び第２円柱４２との面とのなす角度θ（図６参照）が鈍角になっており、ヘミングローラ１０によってヘミング加工を行う際に、経路となる仮想線６０、６０及び６２、６２に対する加圧力が鈍角形状に基づいて適度に分散され、加圧痕が付きにくい。

ステップＳ６の層状突起５６を形成する工程は、全ての突起３２に対して順に行う。このようにヘミング加工がなされたワークＷでは、複数の層状突起５６に対してそれぞれ突起３２がほとんど隙間なく係合しているため、アウタパネル１２とインナパネル１４は相当強固に接続されているが、次のステップＳ７の溶接工程により一層強固に接続されることになる。

なお、ステップＳ５におけるヘミングローラ１０の転動方向と、ステップＳ６におけるヘミングローラ１０の転動方向は直交する方向が望ましいが、設計条件によっては突起３２の位置を交点とする異なる２方向に転動させればよい。

ステップＳ７において、図１２及び図１３に示すように、層状突起５６の上面から溶接電極７０を押し当てながら電圧を印加し、スポット溶接を行う。この際、ワークＷを接地しておく。

溶接電極７０に電圧を印加することにより、図１４に示すように、主に、フランジ３０とインナパネル１４との間の部分が溶融してナゲット７２が形成される。また、層状突起５６は加熱により軟化し、溶接電極７０の加圧力によって押しつぶされる。したがって、通電を停止して冷却・凝固してスポット溶接が完了した部分の溶接痕７４は、略平面状になる。ステップＳ７のスポット溶接工程は、全ての層状突起５６に対して順に行う。ステップＳ７のスポット溶接工程は、ワークＷを加工テーブル１６以外の場所に移して行ってもよい。

上述したように、本実施の形態に係るロールヘミング方法によれば、フランジの延在するＸ方向にヘミングローラ１０を転動させる際、折り曲げるフランジ３０上で、環状凹部４４を突起３２の上部を通過させることから、該突起３２が潰れることがない。また、Ｘ方向に直交するＹ方向に向かって再度ヘミングローラ１０を転動させ、この際にも環状凹部４４を突起３２の上部を通過させることから、膨出部５０のうち突起３２を中心としてＸ方向に沿って中空の膨らみとして残っている部分が押圧される。これにより、フランジ３０はインナパネル１４の突起３２を覆う小さい層状突起５６となり、その後のスポット溶接時に電流を集中させることができる。

また、本実施の形態に係るヘミングローラ１０によれば、上記のロールヘミング方法に対して好適に用いられ、インナパネル１４の突起３２を押し潰すことがない。また、該突起３２を交点とする異なる２方向に転動することにより、突起を中心とした膨出部５０に中空の膨らみがほとんどなくなって層状突起５６が得られ、その後のスポット溶接時に電流を集中させることができる。

また、ヘミングローラ１０はゲル材等の変形する材質を用いていないため高寿命である。

さらに本実施の形態に係る溶接構造物は、ワークＷをヘミング加工及びスポット溶接を行って得られ、スポット溶接時に層状突起５６における二層間に集中的に流れ込み、十分に発熱を起こして確実に溶融し、凝固後には高い溶接強度が得られる。このようにして加工された溶接構造物は、溶接痕７４の周りに僅かに残った層状突起５６の一部や、仮想線６０、６０及び６２、６２の部分の僅かな加圧痕等によって特定が可能である。

なお、本実施の形態に係るヘミング方法及び溶接構造物は、ヘミングローラ１０以外にも以下のような変形例に係るヘミングローラ８０及び９０等を用いてもよい。

図１５に示すように、ヘミングローラ８０は、同軸上且つ同径の第１円柱８２及び第２円柱８４と、これらの第１円柱８２と第２円柱８４との間に設けられた小径のスペーサ８６とを有する。図１５から明らかなように、ヘミングローラ８０における第１円柱８２と第２円柱８４との間には環状凹部８８が形成されている。このようなヘミングローラ８０は、２つの円柱体を第１円柱８２及び第２円柱８４として用いて、その間にスペーサ８６を挿入するだけの簡便な構成であり、組立工程だけで、加工工程がなく廉価に製作することができる。

図１６に示すように、ヘミングローラ９０は、ヘミングローラ１０と同様の第１円柱４０、第２円柱４２及び環状凹部４４と、第１円柱４０よりも先に設けられた傾斜角４５°の円錐部９２とを有する。円錐部９２と第１円柱４０との間には僅かな段差９４が設けられている。このようなヘミングローラ９０によれば、第１回目のロールヘミング加工の際には、第１円柱４０を金型に当接させるとともに、円錐部９２をフランジ３０に当接させて４５°の屈曲加工を行うことができる。また、第２回目のロールヘミング加工の際には、仮想線で示すように、第１円柱４０をフランジ３０の外面端部３０ａに当接して押圧するとともに、第２円柱４２をフランジ３０の外面基部３０ｂに当接して押圧し、環状凹部４４が突起３２の上部を通過するように転動して屈曲加工を行うことができる。したがって、第１回目及び第２回目のロールヘミング加工で、ヘミングローラ９０の向きを変える必要がない。また、ヘミングローラ９０に対して軸が平行な状態で一体的に移動する構成で円盤状のガイドローラ９６を設けるとともに、金型２１の裏面にガイドローラ９６が係合してＸ方向に延在する第１ガイド溝９８ａ及び第２ガイド溝９８ｂを設けておくとよい。第１ガイド溝９８ａは、第１回目のロールヘミング加工の際にガイドローラ９６が係合・転動し、ヘミングローラ９０の円錐部９２がフランジ３０を４５°屈曲させるように案内する。第２ガイド溝９８ｂは、第２回目のロールヘミング加工の際にガイドローラ９６が係合・転動し、ヘミングローラ９０の第１円柱４０及び第２円柱４２がフランジ３０を押圧するとともに環状凹部４４が突起３２の上部を通過するように案内する。

本発明に係るロールヘミング方法、ヘミングローラ及び溶接構造物は、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成乃至工程を採り得ることはもちろんである。

ロールヘミング加工装置の概略構成図である。ヘミングローラを有する加工ツールの斜視図である。ヘミングローラの正面図である。本実施の形態に係るロールヘミング方法の手順を示すフローチャートである。第１回目のロールヘミング加工の際のワーク及び加工ツールの一部断面斜視図である。第２回目のロールヘミング加工の際のワーク及び加工ツールの断面側面図である。第２回目のロールヘミング加工の際のワーク及び加工ツールの一部断面斜視図である。突起及び該突起を中心に形成される膨出部の断面正面図である。膨出部の中空部を潰し、層状突起を形成する工程におけるワーク及び加工ツールの断面正面図である。膨出部の中空部を潰し、層状突起を形成する工程におけるワーク及び加工ツールの一部断面斜視図である。層状突起の拡大斜視図である。スポット溶接工程の際のワーク及び加工ツールの断面側面図である。スポット溶接工程の際のワーク及び加工ツールの一部断面斜視図である。スポット溶接によって得られる溶接構造物の断面側面図である。第１変形例に係るヘミングローラ及びワークの側面図である。第２変形例に係るヘミングローラ及びワークの側面図である。

符号の説明

１０、８０、９０…ヘミングローラ１１…ロールヘミング加工装置
１２…アウタパネル１４…インナパネル
１８…ロボット３０…フランジ
３０ａ…外面端部３０ｂ…外面基部
３２…突起４０、８２…第１円柱
４２、８４…第２円柱４４、８８…環状凹部
５０…膨出部５６…層状突起
７０…溶接電極８６…スペーサ
Ｗ…ワークＸ…方向（第１方向）
Ｙ…方向（第２方向）

Claims

同軸上且つ同径の第１円柱及び第２円柱と、
前記第１円柱と前記第２円柱との間に設けられた環状凹部と、
を有するヘミングローラを用い、アウタパネルのフランジを折り曲げて、突起を有するインナパネルを挟み込むロールヘミング方法であって、
前記第１円柱をフランジの外面端部に当接して押圧するとともに、前記第２円柱を前記フランジの外面基部に当接して押圧し、前記環状凹部が前記突起の上部を通過するように前記ヘミングローラを前記フランジの延在する第１方向に転動させる工程と、
前記第１円柱及び前記第２円柱を前記フランジに当接して押圧し、前記環状凹部が前記突起の上部を通過するように、前記ヘミングローラを第１方向と交差する第２方向に転動させる工程と、
を有することを特徴とするロールヘミング方法。
同軸上且つ同径の第１円柱及び第２円柱と、
前記第１円柱と前記第２円柱との間に設けられた環状凹部と、
を有するヘミングローラを用い、
アウタパネルのフランジを折り曲げて、突起を有するインナパネルを挟み込み、前記突起を交点とする異なる２方向に、前記環状凹部が前記突起の上部を通過するように前記ヘミングローラを転動させて、前記突起を中心とした層状突起を設け、前記層状突起に溶接電極を当接してスポット溶接をしたことを特徴とする溶接構造物。