JP2000326078A - 溶接方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】表面処理が施された板材をレーザ溶接をすると
きには、表面処理材が蒸発ガスになって排出されるよう
にするために、両板材の間に隙間が設置してある。この
隙間は、ディスタンス材やエンボスの形で設置すること
が一般的であるが、ディスタンス材は原価面で不利であ
り、また、エンボスの高さを常に一定に求めることは、
非常に困難である。 【解決手段】上述の課題を解決するために、重ね合わさ
れた板材５、６の端縁部１５、１６を強制的に押し広げ
て、蒸発ガス排出用の隙間を形成し、端縁部１５、１６
の近くを溶接する方法である。そして、この溶接は、一
方の板材の方から溶融させて相手方の板材に溶着させる
方式のものが適用される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】亜鉛メッキ、合成樹脂材料の
塗装等の表面処理が施された金属製板材をレーザビーム
等で溶着させることが行われている。この場合、表面処
理材の蒸発ガスを排出するために両板材の間に隙間が設
定されている。この発明は、このような隙間を設定する
分野に属している。

【０００２】

【従来の技術】図４から図７にしたがって従来技術を説
明する。図７は、鋼板製の自動車車体の一部を示す横断
平面図であり、ドア１がはまり込むドアフレーム２の部
分を示している。ドアフレーム２は同図の箇所では、ピ
ラー部に相当しており、外板３と内板４とがその各々の
フランジ５、６においてレーザ溶接で結合されている。
内外板３、４に使用している鋼板には、図示していない
が亜鉛・ニッケル合金のメッキがなされている。

【０００３】図４から図６は、フランジ５、６の部分を
拡大したもので、理解しやすくするために両フランジ
５、６の間の隙間７は誇張して図示してある。レーザビ
ーム９が照射されると、最初の内は、フランジ６が加熱
されその熱によってメッキ材料が蒸発ガスとなり、それ
とほぼ同時またはその直後には、今度はフランジ６が溶
融する。この溶融金属はメッキ材料の蒸発ガスの膨張に
よって飛散させられて、ブローホールが発生する。この
ような現象に対処するために、隙間７を設置してそこか
ら蒸発ガスの排出を行っているのである。ここでの板材
は上述のようなメッキ鋼板であり、一般的には、板厚は
０．８mm〜１．０mm、隙間７は０．１０mm〜０．４０mm
であり、このような隙間を確保するために、図示のよう
な種々な方策が採用されている。

【０００４】すなわち、図６の場合は、低融点材料８を
両フランジ５、６の間に挟み込んで所定の隙間を確保し
ている。この材料８は、メッキ材料の沸点よりも低い温
度で溶融するものから選ばれているもので、例えば、セ
ルロース系のインサート部材が採用される。蒸発ガスが
発生する前にすでに低融点材料８が溶融しているので、
蒸発ガスが発生したときには低融点材料８を押し出しな
がら外部に排出され、フランジ６や５の溶融金属にガス
圧が作用することはない。図５の場合は、フランジ６を
湾曲させて隙間７を設置したものである。蒸発ガスは、
隙間７を通って図５の紙面に対して垂直方向に排出され
る。図４の場合は、フランジ６にエンボス１０を設けて
その突起によって隙間７を形成している。蒸発ガスは、
この隙間７から排出される。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】図６のような場合であ
ると、隙間を設置するためにわざわざ低融点材料を使用
するものであり、コスト面において不利である。さら
に、低融点材料は比較的硬度が低いので、微妙な隙間を
均一に求める手法としては、好ましい方法とはいえな
い。つぎに、図５の場合であると、プレス精度のバラツ
キによって、隙間が過小であるとガス排出が不十分にな
ったり、溶融領域も均一にならないという問題がある。
また、隙間が過大であると、ガス排出はなされても溶融
性の点で不足が発生する恐れがある。さらに、図４の場
合であると、エンボスの高さを均一に設定することが困
難であり、図５の場合と同様な問題がある。

【０００６】

【課題を解決するための手段とその作用】上述の問題点
は、一方の板材の方から溶融させて相手方の板材に溶着
させる方法において発生しているもので、本発明はこれ
らの問題を解決するために発案されたものである。な
お、このような溶融過程であるから、本発明において採
用される溶接の種類は、レーザ溶接、アーク溶接、プラ
ズマ溶接等を包含している。

【０００７】請求項１の発明は、表面処理が施された少
なくとも２枚の板材を重ね合わせ、一方の板材の方から
溶融させて両板材を溶着する形式のものにおいて、溶着
箇所は板材の端縁の近くとされ、両板材の端縁部を強制
的に拡開させてガス排出用の隙間を形成することを特徴
とする溶接方法である。したがって、表面処理材の蒸発
ガスは、強制的に形成された隙間から外部へ排出され
る。

【０００８】請求項２の発明は、請求項１において、両
板材は板金部品のフランジであり、その端縁を強制的に
拡開することを特徴とする溶接方法である。したがっ
て、蒸発ガスはフランジの端縁の方に移動して、外部に
排出される。

【０００９】請求項３の発明は、請求項２において、フ
ランジ端縁の一方が他方よりも突き出ており、この突き
出た箇所を強制的に拡開することを特徴とする溶接方法
である。したがって、突き出し箇所を押し広げて形成さ
れた隙間から蒸発ガスが排出される。

【００１０】

【発明の実施の形態】図１〜図３の実施形態は、図７の
車体構造部に本発明を適用した場合であり、以下、これ
にしたがって、本発明をくわしく説明する。図１は、本
願発明を原理的に示した縦断側面図であり、レーザ溶接
の場合である。ここでの板材は前述のフランジ５、６で
あり、両者は加圧部材１１、１２によって強く挟み付け
られている。両フランジ５、６は、その端縁部において
拡開部材１３によって強制的に押し広げられており、こ
うすることによって、両フランジ間に隙間１４が形成さ
れている。拡開部材１３の押しつけによって、フランジ
６は図示のように弾性変形を呈するが、他方のフランジ
５は真っ直ぐなままである。隙間１４は、加圧部材１
１、１２の箇所から右方に向かって次第に大きくなって
いる。符号１５、１６は各フランジの端縁部であり、端
縁部１６は拡開部材１３を押し当てるために、端縁部１
５よりも突き出た状態になっている。レーザビーム９
は、端縁部１５、１６の近くに照射され、その箇所はメ
ッキ材の蒸発ガスの排出にとって適正な隙間になってい
る所である。

【００１１】隙間１４の形態を決定する因子は、加圧部
材１１、１２から端縁部１６までの距離ＬＷと、拡開部
材１３の進出長さＬＨと、フランジ６の撓み形状等であ
る。

【００１２】図１のような原理のものを実用化するため
の一例として、図２のような溶接装置２１がある。内板
３と外板４は、両フランジ５、６が重ね合わされた状態
で治具１７、１８によって固定されている。この溶接装
置２１はロボット機構で動作されるものであり、溶接装
置２１の基礎部材であるコ字型のフレーム１９に支持ア
ーム２０が結合されている。支持アーム２０は、通常の
６軸ロボットの先端部のアームであり、フレーム１９全
体をフランジ５、６の長手方向（図２の紙面に対して垂
直方向）に移動させ、さらにフランジの形状に応じて屈
曲した移動軌跡をフレーム１９に付与するものである。

【００１３】前述の加圧部材１１、１２に相当する加圧
ローラ２２、２３によって両フランジ５、６が挟み付け
られる構造であり、両ローラ２２、２３の加圧力は油圧
や空気圧など種々なものが考えられるが、ここでは圧縮
コイルスプリングを利用している。支持枠２４、２５に
軸２６、２７が取り付けられ、これにローラ２２、２３
が支持されている。支持枠２４、２５にはガイドロッド
２８、２９が結合され、これは、フレーム１９に固定し
た案内筒３０、３１内に進退自在にはめ込んである。前
述の圧縮コイルスプリング３２、３３が支持枠２４、２
５とフレーム１９の間に設置され、これによる弾力によ
ってフランジ５、６を加圧している。

【００１４】前述の拡開部材１３に相当する拡開ローラ
３４によって、端縁部１６を押し広げるように構成され
ている。拡開ローラ３４の軸３５は支持枠３６に架設さ
れ、フレーム１９にしっかりと固定された支柱３７に支
持枠３６が固定されている。支柱３７、支持枠３６、拡
開ローラ３４の直径等は、前述の進出長さＬＨが所定値
に設定されるように、各部の寸法が選定されている。レ
ーザ集光部３８がフレーム１９に固定され、それから照
射されるレーザビーム９がフランジの適正箇所へ到達す
るように、レーザ集光部３８の取付け位置が定められて
いる。なお、符号３９は光ファイバーである。また、図
２のものの平面状態は図示していないが、軸２６、２
７、３５およびレーザビーム９等は、垂直方向の一仮想
平面上またはその近傍に位置させてある。

【００１５】図２の状態で、ロボット機構によって溶接
装置２１を移動させながらレーザビーム９を照射する
と、両フランジ５、６は加圧ローラ２２、２３によって
密着させられ、それと同時に拡開ローラ３４によって隙
間１４が形成されて、メッキ材料の蒸発ガスはこの隙間
から排出される。このような作動は、溶接装置２１の移
動にともなって連続的になされている。

【００１６】図３の実施形態は、図２のものの変形例で
あり、フランジの端縁部１５、１６の長さを同じにして
おき、真横から拡開ローラ４０を作用させている。円筒
状のローラ４０の中央部に円周方向に拡開リブ４１を設
けたもので、そろばん珠のように尖った所を両フランジ
５、６の間に押し込むと、隙間１４が形成される。この
変形例も、前述のものと同様な支持枠４２、軸４３およ
びガイドロッド４４が装備されている。

【００１７】実験の一例は次の通りである。使用板材
は、厚さ１．０mmの亜鉛・ニッケル合金メッキをした鋼
板であり、溶接箇所における両フランジ間の隙間は０．
２３mmである。そのために図１のＬＷは８．０mm、ＬＨ
は０．３mmに設定した。レーザ溶接機は出力２．８Ｋｗ
の連続発振で、レーザの種類はＹＡＧレーザ、移動速度
は１．３ｍ／ｍｉｎ．である。なお、図示はしていない
が、シールドガスとしてアルゴンガスを使用した。この
結果、溶接部にはブローホールの発生あるいは蒸発ガス
の挙動による異常は全く認められなかった。

【００１８】以上の説明では、亜鉛・ニッケル合金のメ
ッキを施した鋼板を例示しているが、他の表面処理鋼板
としては、メラミン樹脂やアクリル樹脂を焼き付け塗装
をしたカラード鋼板にも本発明を適用することができ
る。この場合は、塗膜がガス状になって発散するのを、
前述のようにして排出するのである。さらに、メッキさ
れた板材が、亜鉛メッキ鋼板、ターンメッキ鋼板、溶融
アルミニウムメッキクロム合金鋼板など各種鋼板であっ
ても、本発明を適用することができる。また、鋼板以外
の板材として、亜鉛メッキをしたアルミニウム板材や表
面処理をしたチタン板材に本発明を適当することができ
る。

【００１９】特許請求の範囲には記載していないが、次
の事項は請求項として記載することができる。すなわ
ち、図１のＬＷとＬＨとの関係を設定することによっ
て、均一な隙間が正確に確保できることである。また、
加圧部材や拡開部材をローラ構造にすることによって、
連続的な溶接が可能となる。これら以外にも請求項とし
て記載できる事項が実施形態の中から見いだすことがで
きる。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、板材の端縁近くが溶着
箇所とされ、端縁部を強制的に拡開させて両板材間に隙
間を設置して溶接を行うものであるから、拡開の度合い
によって隙間が期待通りの寸法になり、常に均一な隙間
管理が簡単に実現し、よって、表面処理材の蒸発ガスを
的確に排出することができる。そして、従来技術のよう
に低融点材料を特別に準備するようなことを回避できる
から、原価的にも作業的にも有利なものとなる。

【００２１】両板材の隙間は、板材の端縁部側を拡開し
て形成されるものであるから、隙間は次第に大きくなる
ように変化している。したがって、そのときどきの溶接
条件に適した大きさの隙間部分を選択すれば、最適の溶
接品質が得られる。隙間は、このように楔状になってい
るから、蒸発ガスは隙間の広いほうに向かって排出され
てゆくので、ガス排出が円滑でかつ確実になされる。

【００２２】本発明の方法を板金部品のフランジ部分に
適用すると、細長いフランジに沿って均一な隙間が確保
できるので、溶接線を真っ直ぐあるいは所定のカーブに
そって美しく形成することができ、溶接強度の面におい
ても有利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明を原理的に示した簡略的な縦断側面図
である。

【図２】図１の原理を実用化した溶接装置の側面図であ
る。

【図３】他の溶接装置を部分的に示す側面図である。

【図４】従来技術のフランジ部分の縦断側面図である。

【図５】他の従来技術のフランジ部分の縦断側面図であ
る。

【図６】さらに他の従来技術のフランジ部分の縦断側面
図である。

【図７】ドアフレームの部分の横断平面図である。

【符号の説明】

５、６ 板材、フランジ １５、１６ 端縁、端縁部 １４ 隙間

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 表面処理が施された少なくとも２枚の板
   材を重ね合わせ、一方の板材の方から溶融させて両板材
   を溶着する形式のものにおいて、溶着箇所は板材の端縁
   の近くとされ、両板材の端縁部を強制的に拡開させてガ
   ス排出用の隙間を形成することを特徴とする溶接方法。
2. 【請求項２】 請求項１において、両板材は板金部品の
   フランジであり、その端縁を強制的に拡開することを特
   徴とする溶接方法。
3. 【請求項３】 請求項２において、フランジ端縁の一方
   が他方よりも突き出ており、この突き出た箇所を強制的
   に拡開することを特徴とする溶接方法。