JPH06182571A

JPH06182571A - 金属部材の接合方法

Info

Publication number: JPH06182571A
Application number: JP4337512A
Authority: JP
Inventors: Mitsugi Fukahori; 貢深堀
Original assignee: Mazda Motor Corp
Current assignee: Mazda Motor Corp
Priority date: 1992-12-17
Filing date: 1992-12-17
Publication date: 1994-07-05
Anticipated expiration: 2015-11-27
Also published as: JP3113107B2

Abstract

(57)【要約】【構成】金属部材２・２の接合部にフレア継手１を形
成する。フレア継手１の両部材接合面部４に、金属部材
２・２の端面側（Ａ方向）からレーザビームを照射して
溶接し、溶接部５を形成する。その後、互いに逆方向に
湾曲した両フランジ部３・３を押圧して曲げ、互いに当
接させる。【効果】金属部材が両振りにならないので、疲労強度
が向上する。溶接部に圧縮応力が掛かるので、溶接部の
溶接強度が向上する。アンダーカットが形成されても溶
接部の破断の起点とはならない。フレア継手にシール部
材を装着するときには、シール部材のフレア継手への取
り付け性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、高密度エネルギビーム
を用いて、二つの金属部材の接合部に設けられたフレア
継手を溶接する金属部材の接合方法に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】自動車のボディは、これを構成する各部
材同士をスポット溶接等することにより組み立てられて
おり、例えば自動車１台当たり、3000〜4000箇所に溶接
が施されるようになっている。上記のスポット溶接は、
大量生産に適した溶接方法として従来より採用されてい
るが、近年の自動車における、保証期間延長等による防
錆鋼板の使用の拡大や、ボディの軽量化等による高張力
鋼板およびアルミ材の使用の拡大に対しては、スポット
溶接で対応することが困難となってきている。例えば、
スポット溶接ではアルミ材同士を強固に溶接することが
難しく、また、表面にメッキが施された鋼板を溶接する
と、スポット溶接機の電極表面に気化したメッキが付着
するため、定期的に電極の清掃等のメンテナンスが必要
となり、生産性が低下する。

【０００３】そこで、スポット溶接の代わりに、レーザ
ビーム等の高密度エネルギビームを用いた溶接方法が盛
んに試みられている。レーザビームを用いた従来の溶接
方法としては、突き合わせ継手や重ね継手にレーザビー
ムを照射して溶接する方法が一般に行われているが、そ
の他に、例えば特開昭５７−１４９０８３号公報に開示
されているように、二つの金属部材を重ね合わせ、これ
ら金属部材の重ね合わせ端面にレーザビームを照射して
溶接する方法も行われている。そして、これら溶接に用
いられるレーザ発振機としては、ＣＯ₂レーザとＹＡＧ
（ Yttrium-Aluminum-Garnet）レーザとが知られてい
る。

【０００４】ところが、ＣＯ₂レーザは、ミラーでレー
ザビームを反射させて溶接部位に照射するようになって
いるため、このミラーがずれるとレーザビームの集光位
置がずれ、レーザビームのエネルギ分布が拡がって溶接
が難しくなる。従って、振動の多い自動車ボディ組立工
程では溶接部の品質の確保が難しくなるという問題を有
している。また、ＹＡＧレーザは、レーザビームのエネ
ルギが小さいために、通常用いられる突き合わせ継手や
重ね継手等の継手構造では、上述した鋼板同士を強固に
溶接することが難しいという問題を有している。

【０００５】そこで、或る程度レーザビームの集光位置
がずれても溶接部の品質の確保が容易で、しかも低出力
のレーザビームであっても両鋼板を強固に溶接可能な継
手構造として、フレア継手を用いた溶接方法が提案され
ている。フレア継手にこれら鋼板の端面側からレーザビ
ームを照射して溶接を施した場合、レーザビームの集光
位置が両鋼板接合面部から多少ずれても、レーザビーム
は各鋼板に形成されたフランジ間で反射して両鋼板接合
面部に集光し、効率良く各鋼板に吸収されるので、低出
力のレーザビームであっても両鋼板が強固に溶接され
る。また、このようにしてレーザビームが両鋼板接合面
部に集光されるので、例えば突き合わせ継手の場合のよ
うにレーザビームの集光位置等を高精度に調整する必要
はない。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、図１１
に示すように、金属部材３１・３１の接合部に形成され
たフレア継手３２の両部材接合面部３３を、これら金属
部材３１・３１の端面側からレーザビームを照射して溶
接しただけでは、例えば溶接部（図中、便宜上網掛けで
示す）３４に二つの金属部材３１・３１を引き離す方向
（図中、Ｆ方向）の応力が掛かって、溶接部３４への曲
げや捩じりの変形が繰り返し行われると、図１２に示す
ように、この溶接部３４を支点として金属部材３１・３
１が両振りを起こし易くなり、金属部材３１・３１の変
形や、溶接部３４の溶接強度の低下を招くこととなる。

【０００７】また、図１３に示すように、レーザビーム
を用いた溶接では、フレア継手３２のフランジ部３５・
３５における溶接部３４近傍に、レーザビームによって
表面が抉られたアンダーカット３６・３６が形成され易
く、このアンダーカット３６・３６が溶接部３４の破断
の起点となる虞れを有している。

【０００８】本発明の金属部材の接合方法は、上記の問
題に鑑みなされたものであり、溶接部に応力が掛かって
も、曲げや捩じりの変形が起こり難く、金属部材の両振
りや溶接部の破断を生じない接合方法を提供することを
目的としている。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明の金
属部材の接合方法は、上記の課題を解決するために、高
密度エネルギビームを用いて、二つの金属部材の接合部
に設けられたフレア継手を溶接する金属部材の接合方法
であって、上記フレア継手の両部材接合面部を、上記金
属部材の端面側から溶接した後、この溶接部よりも端面
側に形成されたフレア継手の両フランジ部を互いに押圧
して当接させることを特徴としている。

【００１０】また、請求項２記載の発明の金属部材の接
合方法は、上記の課題を解決するために、請求項１記載
の金属部材の接合方法において、両フランジ部のフラン
ジ端部近傍のみを互いに押圧して当接させることを特徴
としている。

【００１１】

【作用】上記の請求項１記載の方法によれば、金属部材
の端面側からフレア継手の両部材接合面部を溶接した
後、この溶接部よりも端面側に形成されたフレア継手の
両フランジ部を互いに押圧して当接させる。

【００１２】これにより、フレア継手の両フランジ部が
互いに当接することによって溶接部が外部に対して閉じ
た構造となるので、二つの金属部材を引き離す方向に応
力が掛かっても、これら金属部材が両振りにならず、疲
労強度が向上する。また、溶接部に圧縮応力が掛かるの
で、溶接部の溶接強度が向上する。さらに、フランジ部
における溶接部近傍にアンダーカットが形成されたとし
ても、このアンダーカットに圧縮応力が掛かるので、溶
接部の破断の起点とはならない。その上、例えば、ドア
付近等に形成されたフレア継手に、このフレア継手を被
覆して見栄えを良くするためのシール部材を装着すると
きには、シール部材のフレア継手への取り付け性が向上
する。

【００１３】上記の請求項２記載の方法によれば、溶接
部より端面側に形成されたフレア継手の両フランジ部の
フランジ端部近傍のみを互いに押圧して当接させる。

【００１４】それゆえ、両フランジ部における、互いに
当接していない部分によって溶接部近傍の外側に凸部が
形成されるので、フレア継手の剛性が向上すると共に、
例えば、フレア継手にシール部材を装着するときには、
上記の凸部がフレア継手からのシール部材の脱落を防止
するストッパーの役目を果たす。これにより、請求項１
の作用に加えて、シール部材の剛性を低下させてもシー
ル部材をフレア継手に係止させることができるので、シ
ール部材の軽量化を図ることが可能となる。

【００１５】

【実施例】本発明の一実施例について図１ないし図８に
基づいて説明すれば、以下の通りである。

【００１６】図１に示すように、高密度エネルギビーム
（以下、レーザビームと称する）を用いて溶接されるフ
レア継手１は、二つの金属部材２・２の接合部に形成さ
れており、互いに逆方向に湾曲したフランジ部３・３
と、両部材接合面部４とを有している。レーザビーム
は、金属部材２・２の端面側（図中、Ａ方向）から両部
材接合面部４に照射され、この両部材接合面部４が溶接
されて溶接部５が形成される。その後、図２に示すよう
に、溶接部５よりも端面側に形成された両フランジ部３
・３が互いに押圧されて当接することにより、フレア継
手１、即ち金属部材２・２の接合が終了する。

【００１７】上記の接合を行う接合装置の一例を図３お
よび図４に示す。図３に示すように、接合装置１０は、
本体部であるマウント１１の中央部に、フレア継手１の
両部材接合面部４にレーザビームを照射するレーザトー
チ１２が設けられている。このレーザトーチ１２は、例
えばＣＯ₂レーザやＹＡＧレーザ等のレーザ発振機を内
部に備えている。また、レーザトーチ１２の先端部近傍
における、金属部材２・２を挟んで互いに対向する位置
には、溶接時に、これら金属部材２・２を互いに押圧し
て当接させる一対の加圧ローラ１３ａ・１３ｂが設けら
れており、これら加圧ローラ１３ａ・１３ｂは、加圧ロ
ーラホルダ１４ａ・１４ｂ上に設置されている。上記の
加圧ローラ１３ａ・１３ｂは、溶接が施されたフレア継
手１を後述の潰しローラ１７・１７方向（図中、Ｃ方
向）に移動させることができるように、Ｄ方向に回転自
在となっている。また、加圧ローラホルダ１４ａ・１４
ｂは、マウント１１に設けられたシリンダ１５・１５に
摺動可能に嵌合されているピストン１６・１６に固定さ
れている。

【００１８】そして、例えば、加圧ローラホルダ１４ａ
が固定されているピストン１６は図示しないロック装置
によって所定位置に固定されており、これにより、加圧
ローラ１３ａは、フレア継手１の両部材接合面部４にレ
ーザビームを照射可能なように、金属部材２・２の位置
決めを行うようになっている。他方の加圧ローラホルダ
１４ｂは、ピストン１６によって上記の固定された加圧
ローラホルダ１４ａ方向に進退移動可能となっており、
これにより、加圧ローラ１３ｂは、位置決めされた金属
部材２・２を加圧ローラ１３ａ方向に押圧して、互いに
当接させるようになっている。

【００１９】図４に示すように、上記の加圧ローラ１３
ａ・１３ｂよりも後方の所定位置（即ち、加圧ローラ１
３ａ…よりもＣ方向側の所定位置）には、溶接が施され
たフレア継手１の両フランジ部３・３を押圧して曲げ、
互いに当接させる一対の潰しローラ１７・１７が設けら
れており、これら潰しローラ１７・１７は、潰しローラ
ホルダ１８・１８上に設置されている。上記の潰しロー
ラ１７・１７は、接合を終えたフレア継手１をＣ方向に
移動させることができるように、Ｄ方向に回転自在とな
っている。また、潰しローラホルダ１８・１８は、上述
の加圧ローラホルダ１４ａ・１４ｂと同様に、マウント
１１に設けられたシリンダ１９・１９に摺動可能に嵌合
されているピストン（図示せず）に固定されており、こ
れらピストンによって互いに接近する方向および遠ざか
る方向に進退移動可能となっている。これにより、二つ
の潰しローラ１７・１７は、これらの間に挟み込んだ両
フランジ部３・３を押圧して曲げ、互いに当接させるよ
うになっている。

【００２０】図５に示すように、上記構成の接合装置１
０により、金属部材２・２は、先ず、加圧ローラ１３ａ
・１３ｂにより互いに押圧されて当接し、この状態でフ
レア継手１の両部材接合面部４にレーザトーチ１２から
レーザビームが照射されて溶接が施される。次に、加圧
ローラ１３ａ・１３ｂがＤ方向に回転することにより、
溶接が施された金属部材２・２はＣ方向に移動させら
れ、潰しローラ１７・１７によりフレア継手１の両フラ
ンジ部３・３が押圧されて曲げられ、互いに当接する。
この後、金属部材２・２は、潰しローラ１７・１７がＤ
方向に回転することによりＣ方向に移動させられて接合
が終了する。

【００２１】尚、上記の説明においては、接合装置１０
が固定され、金属部材２・２がＣ方向に移動する構成と
なっているが、逆に、金属部材２・２が固定され、接合
装置１０がＣ方向と逆の方向に移動する構成となってい
てもよい。また、本接合方法を行うための装置は、勿
論、上記の接合装置１０に限定されるものではなく、フ
レア継手１の両部材接合面部４に、金属部材２・２の端
面側から溶接を施し、その後、両フランジ部３・３を互
いに押圧して当接させることが可能な装置であればよ
い。さらに、上記の説明の如く、両部材接合面部４の溶
接とフランジ部３・３の押圧とを一連の動作で行う以外
に、これら溶接と押圧とをそれぞれ別の装置で行うこと
により、両部材接合面部４の溶接を全て完了した後に、
両フランジ部３・３を互いに押圧して当接させるように
してもよい。その上、両フランジ部３・３を互いに押圧
して当接させる方法は、上述の如く一対のローラ（潰し
ローラ１７・１７）で行う方法に限定されるものではな
く、例えば、図６に示すように、プレス機（図示せず）
の押さえ型２１の上型２１ａおよび下型２１ｂ間にフレ
ア継手１のフランジ部３・３を挾装し、プレスすること
により互いに当接させる方法であってもよい。

【００２２】また、上記の説明においては、両フランジ
部３・３がそれぞれ円弧状に形成されているフレア継手
１を例に挙げて説明したが、勿論、何れか一方のフラン
ジ部が円弧状に形成され、他方のフランジ部が直線状に
形成されているフレア継手においても、本接合方法を適
用することが可能である。

【００２３】次に、具体例として、図７に示すように、
自動車ボディを構成する一部材であるセンターピラー２
５のアウター２５ａの周縁部とインナー２５ｂの周縁部
とをレーザビームによって溶接し、これら周縁部を互い
に当接させる接合方法を行った結果を示す。

【００２４】板厚 0.8mmのアウター２５ａと板厚 1.2mm
のインナー２５ｂとの接合部にフレア継手を形成して、
レーザ出力 0.8kw、溶接速度 2 m／分の条件にて端面側
からレーザビームを照射して溶接し、フランジ部を互い
に当接させて接合すると、良好な継手強度を有する溶接
継手が得られた。

【００２５】これに対し、従来の接合方法として、上記
のアウター２５ａおよびインナー２５ｂを重ね継手で溶
接したところ、本接合方法と同程度の継手強度を得るた
めには、レーザ出力 2kw、溶接速度 2 m／分の条件にて
レーザビームを照射しなければならなかった。このこと
から、本接合方法は、従来の接合方法で用いられるレー
ザ出力よりも低い出力のレーザビームを用いても、アウ
ター２５ａおよびインナー２５ｂを強固に接合可能であ
ることがわかる。

【００２６】また、二つの金属部材２・２の接合部にフ
レア継手１を形成し、このフレア継手１の両部材接合面
部４を、これら金属部材２・２の端面側から溶接した
後、この溶接部５よりも端面側の両フランジ部３・３を
互いに押圧して当接させることからなる本接合方法は、
以下に示す点で従来の接合方法よりも優れていることが
わかる。

【００２７】即ち、本接合方法は、フレア継手１の両フ
ランジ部３・３が互いに押圧されて当接することによっ
て溶接部５が外部に対して閉じた構造となるので、金
属部材２・２を引き離す方向に応力が掛かっても、これ
ら金属部材２・２が両振りにならず、疲労強度が向上す
る。溶接部５に圧縮応力が掛かり、溶接部５の溶接強
度が向上する。フランジ部３・３における溶接部５近
傍にアンダーカットが形成されたとしても、このアンダ
ーカットに圧縮応力が掛かり、溶接部５の破断の起点と
はならない。図８に示すように、例えば、ドア付近等
に形成されたフレア継手１に、このフレア継手１を被覆
して見栄えを良くするためのシーミングウエルト等のシ
ール部材２６を装着するときには、シール部材２６のフ
レア継手１への取り付け性が向上する。

【００２８】尚、フレア継手１におけるフランジ部３・
３の長さ、即ち金属部材２・２の端面からの溶接部５の
位置は、例えば金属部材２・２の大きさや材質、板厚、
あるいは溶接条件等に応じて、最適な接合が行えるよう
に適宜設定すればよい。また、金属部材２・２の材質や
板厚は、特に限定されるものではなく、材質の異なった
金属部材同士であっても接合することが可能である。

【００２９】また、上記の実施例においては、図２に示
すように、溶接部５よりも端面側の両フランジ部３・３
を互いに押圧して、その全面を当接させる場合を例に挙
げて説明したが、一般に、溶接部５は元の金属部材２・
２よりも硬度が大きくなるため、押圧しても変形し難く
なっている。そこで、本発明の他の実施例として、例え
ば、両フランジ部３・３における溶接部５近傍を互いに
当接させることが困難な場合には、図９に示すように、
両フランジ部３・３におけるフランジ端部３ａ・３ａ近
傍のみを互いに押圧して当接させてもよい。この場合に
は、図１０に示すように、互いに当接していないフラン
ジ基部３ｂ・３ｂによって溶接部５近傍の外側に凸部が
形成されるので、フレア継手１の剛性が向上すると共
に、例えば、フレア継手１にシール部材２７を装着する
ときには、上記の凸部がフレア継手１からのシール部材
２７の脱落を防止するストッパーの役目を果たす。これ
により、フランジ部３・３全面を互いに押圧して当接さ
せる場合の作用・効果に加えて、シール部材２７の剛性
を低下させてもシール部材２７をフレア継手１に係止さ
せることができるので、シール部材２７の軽量化を図る
ことが可能となる。

【００３０】尚、上記の凸部の形状は、特に限定される
ものではなく、例えば、その断面を略「く」の字型、あ
るいは略円弧状に形成する等、種々の形状とすることが
可能である。

【００３１】

【発明の効果】請求項１記載の金属部材の接合方法は、
以上のように、フレア継手の両部材接合面部を、金属部
材の端面側から溶接した後、この溶接部よりも端面側に
形成されたフレア継手の両フランジ部を互いに押圧して
当接させる方法である。

【００３２】これにより、フレア継手の両フランジ部が
互いに当接することによって溶接部が外部に対して閉じ
た構造となるので、二つの金属部材を引き離す方向に応
力が掛かっても、これら金属部材が両振りにならず、疲
労強度が向上する。また、溶接部に圧縮応力が掛かるの
で、溶接部の溶接強度が向上する。さらに、フランジ部
における溶接部近傍にアンダーカットが形成されたとし
ても、このアンダーカットに圧縮応力が掛かるので、溶
接部の破断の起点とはならない。その上、例えば、ドア
付近等に形成されたフレア継手に、このフレア継手を被
覆して見栄えを良くするためのシール部材を装着すると
きには、シール部材のフレア継手への取り付け性が向上
するという効果を奏する。

【００３３】請求項２記載の金属部材の接合方法は、以
上のように、両フランジ部のフランジ端部近傍のみを互
いに押圧して当接させる方法である。

【００３４】それゆえ、両フランジ部における、互いに
当接していない部分によって溶接部近傍の外側に凸部が
形成されるので、フレア継手の剛性が向上すると共に、
例えば、フレア継手にシール部材を装着するときには、
上記の凸部がフレア継手からのシール部材の脱落を防止
するストッパーの役目を果たす。これにより、請求項１
の効果に加えて、シール部材の剛性を低下させてもシー
ル部材をフレア継手に係止させることができるので、シ
ール部材の軽量化を図ることが可能となるという効果を
奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】フレア継手を示す要部の斜視図である。

【図２】本発明の一実施例における接合方法を用いて接
合したフレア継手の断面図である。

【図３】フレア継手を接合する接合装置の概略の正面図
である。

【図４】図３におけるＢ−Ｂ矢視断面図である。

【図５】上記接合装置によりフレア継手が接合される様
子を示す説明図である。

【図６】押さえ型を備えたプレス機によりフレア継手の
両フランジ部が互いに押圧されて当接する様子を示す説
明図である。

【図７】センターピラーを示す概略の分解斜視図であ
る。

【図８】接合したフレア継手にシール部材を装着する様
子を示す説明図である。

【図９】本発明の他の実施例における接合方法を用いて
接合したフレア継手の断面図である。

【図１０】接合したフレア継手にシール部材を装着する
様子を示す説明図である。

【図１１】従来の接合方法を用いて接合したフレア継手
の断面図である。

【図１２】従来の接合方法を用いて接合したフレア継手
が応力によって両振りを起こす様子を示す説明図であ
る。

【図１３】アンダーカットが形成されたフレア継手を示
す断面図である。

【符号の説明】

１フレア継手２金属部材３フランジ部４両部材接合面部５溶接部１０接合装置１２レーザトーチ１３ａ加圧ローラ１７潰しローラ２５センターピラー２６シール部材

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】高密度エネルギビームを用いて、二つの金
属部材の接合部に設けられたフレア継手を溶接する金属
部材の接合方法であって、上記フレア継手の両部材接合面部を、上記金属部材の端
面側から溶接した後、この溶接部よりも端面側に形成さ
れたフレア継手の両フランジ部を互いに押圧して当接さ
せることを特徴とする金属部材の接合方法。
【請求項２】両フランジ部のフランジ端部近傍のみを互
いに押圧して当接させることを特徴とする請求項１記載
の金属部材の接合方法。