(57)【要約】【課題】複数枚の金属板の積層体を簡単かつ確実に結合させることが可能なレーザ溶接方法を提供する。【解決手段】金属板積層体のレーザ溶接方法において、積層される２つの金属板の一方に突出部を設け、該突出部を他方の金属板に当接させ、該当接部分に圧力が付与されるように２つの金属板の間に力を加えながら、突出部に対してレーザ光を照射して溶融させるようにした。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２つの金属板を積層させて結合させるレーザ溶接方法において、
上記２つの金属板の一方に突出部を設けるステップと、
上記突出部を他方の金属板に当接させ、該当接部分に圧力が付与されるように上記２つの金属板の間に力を加えながら、上記突出部に対してレーザ光を照射して溶融させるステップと、
を有することを特徴とする金属板積層体のレーザ溶接方法。
【請求項２】
上記突出部は上記他方の金属板に対して平面で接触する、請求項１記載の金属板積層体のレーザ溶接方法。
【請求項３】
上記レーザ光を照射するステップでは、上記一方の金属板のうち上記突出部以外の領域に対して加圧を行う、請求項１または２記載の金属板積層体のレーザ溶接方法。
【請求項４】
上記レーザ光を照射するステップでは、渦巻き状の軌跡で上記レーザ光を照射する、請求項１ないし３のいずれか１項記載の金属板積層体のレーザ溶接方法。
【請求項５】
中間金属板とその両側の一対の外側金属板を積層させ、上記一対の外側金属板にそれぞれ上記突出部を設け、該一対の外側金属板の突出部が上記中間金属板を挟んで対向する位置関係で上記レーザ光の照射を行う、請求項１ないし４のいずれか１項記載の金属板積層体のレーザ溶接方法。
【請求項６】
上記金属板の積層体は車両用ドアフレームを構成する部品の一部である、請求項１ないし５のいずれか１項記載の金属板積層体のレーザ溶接方法を用いた車両用ドアフレームの製造方法。
【請求項７】
上記金属板の積層体は、ドアの窓枠を構成するドアサッシュと、ドアロックを支持するロックブラケットと、ドアのベルトラインに沿って配設されるベルトリンフォースのそれぞれの一部である、請求項６記載の金属板積層体のレーザ溶接方法を用いた車両用ドアフレームの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は金属板積層体のレーザ溶接方法に関する。本発明はまた、金属板積層体を溶接で結合させる車両用ドアフレームの製造方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
特許文献１は車両用ドアを開示している。この車両ドアは、金属製のドアパネルと、ドアパネルに固定した金属製のドアサッシュと、ドアパネルに対して上下方向にスライド自在に支持したドアガラスと、を具備している。この種の車両用ドアの製造では、複数枚の金属板を積層して溶接で結合する構造が多用される。その一例として、ドアサッシュをドアパネル内に挿入した挿入部分の断面構造（発明の詳細な説明における図１のII−II矢線と同じ位置の断面）を図７に示した。ドアサッシュ５０は、ドアガラスを保持するガラスランＧＲを挿入させるガラスラン保持部５１を有し、ガラスラン保持部５１から車内側に向けて突出する筒状部５２を有している。ドアサッシュ５０の車内側にはロックブラケット５３が設けられ、さらに車内側にはベルトリンフォース５４が設けられる。ロックブラケット５３は、ドアロックを支持すると共にドアパネルに対して固定される。ベルトリンフォース５４はドアパネル内に前後方向に延設された長尺部材であり、図７ではその端部付近を示している。
【０００３】
ドアサッシュ５０の筒状部５２とロックブラケット５３とベルトリンフォース５４が積層する箇所を溶接で結合させる。図７は従来の結合手法の一例を示しており、まず筒状部５２とロックブラケット５３をＭＩＧ溶接（Metal Inert Gas Welding）し（図７中に符号Ｗ１１で示す）、さらにロックブラケット５３にベルトリンフォース５４を重ねてスポット溶接する。ロックブラケット５３にはＭＩＧ溶接用の貫通穴５３ａが形成されている。図７は、筒状部５２とロックブラケット５３の間のＭＩＧ溶接を行った後に、ベルトリンフォース５４を含めてスポット溶接した状態を示している。
【０００４】
金属板の積層体を接合させる手法として、ＭＩＧ溶接のようなアーク溶接やスポット溶接に加えて、近年ではレーザ溶接が多用されるようになっている。例えば特許文献１では、ロール成形によってドアサッシュの形状を確定させてから、積層された金属板をレーザ溶接によって互いに固定している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１３-１９９２７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
図７に示すドアサッシュ挿入部分で、先に述べたＭＩＧ溶接とスポット溶接を併用する製造方法を用いた場合、ドアサッシュ５０の筒状部５２とロックブラケット５３をＭＩＧ溶接で結合させた後で、この筒状部５２とロックブラケット５３の結合体に対してベルトリンフォース５４をスポット溶接する必要があり、これら３つの部材をまとめて溶接することができなかった。これに対し、ドアサッシュ５０の筒状部５２、ロックブラケット５３及びベルトリンフォース５４の３部材を積層させてまとめてレーザ溶接すると、ＭＩＧ溶接とスポット溶接を併用する方法に比して作業性が飛躍的に向上する。
【０００７】
複数枚の金属板の積層体をレーザ溶接する場合、溶接される部分を確実に当接させた上でレーザ光の照射を行う必要がある。しかし、部品の精度誤差等が原因で溶接対象箇所が適切に当接しないおそれがあった。このような状態でレーザ溶接を行うと、溶接不良となってそれぞれの金属板が分離してしまうおそれがある。例えば、ドアサッシュ単体の製造工程においてレーザ溶接を行う特許文献１と異なり、図７の構造では、それぞれ個別に製造された３部材（ドアサッシュ５０、ロックブラケット５３、ベルトリンフォース５４）を結合させるので、各部品の精度誤差が公差範囲内に収まっていても、精度のばらつきが累積してレーザ溶接の際に無視できない大きさのずれが生ずる可能性がある。つまり、従来はレーザ溶接を使用しにくい箇所であった。
【０００８】
ここでは自動車のドアを例として述べたが、複数の金属板の積層体に対してレーザ溶接を用いる場合には、自動車のドアの分野に限らず同様の問題を考慮する必要がある。
【０００９】
本発明は以上の問題点に鑑みてなされたものであり、複数枚の金属板の積層体を簡単かつ確実に結合させることが可能なレーザ溶接方法、及び金属板積層体のレーザ溶接方法を用いた車両用ドアフレームの製造方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明は、少なくとも２つの金属板を積層させて結合させるレーザ溶接方法において、２つの金属板の一方に突出部を設けるステップと、突出部を他方の金属板に当接させ、該当接部分に圧力が付与されるように２つの金属板の間に力を加えながら、突出部に対してレーザ光を照射して溶融させるステップと、を有することを特徴としている。
【００１１】
突出部は他方の金属板に対して平面で接触させてもよい。
【００１２】
レーザ光を照射するステップでの圧力付与に際して金属板に力を加える位置は任意に設定できるが、一例として、突出部を有する一方の金属板のうち突出部以外の領域を押圧するとよい。
【００１３】
レーザ光を照射するステップでは、渦巻き状の軌跡でレーザ光を照射することが好ましい。
【００１４】
本発明は３枚以上の金属板の結合にも適用が可能である。中間金属板とその両側の一対の外側金属板からなる３枚の金属板に適用する場合、一対の外側金属板にそれぞれ突出部を設け、該一対の外側金属板の突出部が中間金属板を挟んで対向する位置関係にしてレーザ光の照射を行うとよい。
【００１５】
本発明による金属板積層体のレーザ溶接方法は様々な技術分野に適用できる。例えば、車両用ドアフレームの構成する部品を結合させるための手段として用いることができる。具体的には、ドアの窓枠を構成するドアサッシュと、ドアロックを支持するロッブラケットと、ドアのベルトラインに沿って配設されるベルトリンフォースのそれぞれの一部を積層させて結合させるための方法に適用すると有効である。
【発明の効果】
【００１６】
以上の本発明によれば、溶接対象となる複数枚の金属板を突出部により当接させ、加圧しながら突出部に対してレーザ光の照射を行って溶融させることにより、複数枚の金属板を簡単かつ確実に結合させることが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】本発明のレーザ溶接方法を適用して製造される車両の前部座席用ドアを車内側から見た側面図である。
【図２】図１のII−II矢線に沿う断面図である。
【図３】図２の断面に表されたドアサッシュとロックブラケットとベルトリンフォースをレーザ溶接する工程を示す断面図である。
【図４】同レーザ溶接が完了した状態を示す断面図である。
【図５】レーザ溶接の第１の変形例を示す断面図である。
【図６】レーザ溶接の第２の変形例を示す断面図である。
【図７】図２と同様の断面位置のドアサッシュとロックブラケットとベルトリンフォースを従来の手法によって溶接した状態を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
以下、添付図面を参照しながら本発明の一実施形態について説明する。この実施形態は、図１に示す自動車の前部座席用の右側のドア１０（以下、ドア１０と呼ぶ）のドアフレームを構成する金属板の結合に本発明を適用したものである。最初にドアの要部構造を説明する。以下の説明では、ドア１０のドアサッシュ１４において窓開口１６に臨む側を「内周側」と呼び、これと反対側の車両ボディ開口部に臨む側を「外周側」と呼ぶ。また、前方、後方、上方、下方、車内側、車外側といった方向の表現は、ドア１０が取り付けられる自動車のボディを基準とした方向（左右方向は運転席から前方を見たときの方向）を意味する。
【００１９】
図１に示すドア１０は、実線で示すドアフレームアッセンブリ１１と、仮想線で概略形状を示す金属製のドアパネル１２を備えている。ドアフレームアッセンブリ１１は、ドアパネル１２の上部に枠状に形成された金属製のドアサッシュ１４と、ドアサッシュ１４の下部に接続したヒンジブラケット３０及びロックブラケット３１と、ヒンジブラケット３０とロックブラケット３１を接続して前後方向に延設された長尺のベルトリンフォース３２と、から構成されている。ドアパネル１２の上縁部（ベルトリンフォース３２の上縁部）とドアサッシュ１４の内縁部とで囲まれた窓開口１６内には、図示を省略するドアガラスが昇降する。窓開口１６に臨むドアサッシュ１４の内周部には弾性材料からなるガラスランＧＲ（図２）が設けてあり、ドアガラスの縁部がガラスランＧＲにより保持される。一方、ドアサッシュ１４の外周部には弾性材料からなるウェザーストリップ（図示略）が設けてある。ドアサッシュ１４は、その前縁部を構成するフロントサッシュ１７と、ドア上縁部を形成するアッパサッシュ１８と、ドアパネル１２の後部から上方へ延設された立柱サッシュ２７と、を備えている。フロントサッシュ１７の上端部とアッパサッシュ１８の前端部は溶接してあり、さらにアッパサッシュ１８の後端部と立柱サッシュ２７の上端部はドアコーナー部で溶接してある。図示を省略した車両ボディに対してドア１０を閉じたとき、アッパサッシュ１８は車両ボディのルーフパネルのドア開口部に沿って位置し、ウェザーストリップが弾性変形しながら当該ドア開口部の内周面に対して接触する。
【００２０】
ドアパネル１２は車内側に位置するインナパネルと車外側に位置するアウタパネルを備えており、フロントサッシュ１７と立柱サッシュ２７の下方の一部は、インナパネルとアウタパネルの間に挿入される。フロントサッシュ１７におけるドアパネル１２への挿入部分にはヒンジブラケット３０が固定され、立柱サッシュ２７におけるドアパネル１２への挿入部分にはロックブラケット３１が固定され、ヒンジブラケット３０とロックブラケット３１に対してベルトリンフォース３２の前後端部が固定されている。なお、ベルトリンフォース３２は複数の部材を組み合わせたアッセンブリとして構成されており、ベルトリンフォース３２のうち前後方向に長い本体部分とは別に形成したサブブラケットがロックブラケット３１に対して固定される。
【００２１】
図２に示すように、立柱サッシュ２７はアウタ部材２８とインナ部材２９を組み合わせて構成されている。アウタ部材２８は、板状の鉄系材料（例えばＳＵＳ）を図示を省略した搬送装置によって所定方向に移送しながらロール成形またはプレス成形して、図示断面形状の長尺材として形成される。インナ部材２９は、アウタ部材２８と同様の材料をプレス成形して図示断面形状の長尺材として形成される。立柱サッシュ２７は、車内側に位置し閉鎖断面形状とされた筒状部１９と、筒状部１９から車外側に延びる接続部２０と、車外側に位置する意匠部２１とを備えている。なお、図２の断面位置ではアウタ部材２８側の意匠部２１のみが表れているが、立柱サッシュ２７のうちドアパネル１２から上方に突出する外観部分では、インナ部材２９にも外周側に向けて幅広となる意匠部２１が形成されている。図２に示すように筒状部１９の車外側部１９ａ、接続部２０、及び意匠部２１によって囲まれるガラスラン保持部２２にガラスランＧＲが挿入されている。
【００２２】
立柱サッシュ２７の筒状部１９は、車外側部１９ａに対向して車内側に位置する車内側部１９ｂを有しており、この車内側部１９ｂの車内側の面に対してロックブラケット３１の結合部３１ａが重なり、さらに被挟持部３１ａの車外側の面に対してベルトリンフォース３２の結合部３２ａが重なる。図２のように、車内側部１９ｂと結合部３１ａと結合部３２ａの積層部分は、後述する突起（突出部）４０、４１を除いて互いに略平行な平板状になっており、車内側部１９ｂと結合部３１ａと結合部３２ａを積層させた状態でレーザ溶接を行い、立柱サッシュ２７とロックブラケット３１とベルトリンフォース３２をまとめて結合させる。その結合の工程を説明する。
【００２３】
図３と図４は、車内側部１９ｂと結合部３１ａと結合部３２ａをレーザ溶接する工程を示したものである。以下の説明では便宜上、車内側部１９ｂを外側金属板Ｍ１、結合部３１ａを中間金属板Ｍ２、結合部３２ａを外側金属板Ｍ３と呼ぶ。なお、ここでの「外側」とは、中間金属板Ｍ２を挟んだ両側に位置することを意味しており、ドア１０における車外側とは意味が異なる。各金属板Ｍ１、Ｍ２及びＭ３は互いの対向面が略平行となるように形成されており、図３に示すように、外側金属板Ｍ１には中間金属板Ｍ２に接近する側（車内側）に突出する突部４０が設けられ、外側金属板Ｍ３には中間金属板Ｍ２に接近する側（車外側）に突出する突部４１が設けられている。突部４０と突部４１はそれぞれ、中間金属板Ｍ２に対向する面と反対の裏面側から押し上げて突出させる突起状形状加工によって形成されており、突部４０と突部４１の裏面側には突起状形状加工時の打痕４０ａ、４１ａが存在している。突部４０と突部４１の先端は図３のように湾曲する断面形状に形成されている。
【００２４】
図３のように、中間金属板Ｍ２を挟んで突部４０と突部４１が対向する（突部４０と中間金属板Ｍ２の接点と、突部４１と中間金属板Ｍ２の接点が一直線上に位置する）関係で外側金属板Ｍ１、中間金属板Ｍ２及び外側金属板Ｍ３をセットする。続いて、図示を省略する加圧装置によって、外側金属板Ｍ１を中間金属板Ｍ２側に向けて加圧し（図３の矢印Ｆ１）、外側金属板Ｍ３を中間金属板Ｍ２側に向けて加圧し（図３の矢印Ｆ２）ながら（別言すれば、突起４０、４１の突出高を小さくさせる方向の圧力を加えながら）、突部４０の背後に配設したレーザ光出射部ＬＷ（トーチ）からレーザ光を出射して、このレーザ光を突起４０と突起４１の箇所に照射してレーザ溶接する。外側金属板Ｍ１と外側金属板Ｍ３に対する加圧は、突起４０と突起４１を除いた周囲の領域に対して行う。そして、加圧しながらレーザ溶接することによって、図４に示すように突起４０と突起４１が溶融して突出形状ではなくなり、外側金属板Ｍ１と外側金属板Ｍ３がそれぞれ中間金属板Ｍ２に対して面接触またはそれに近い状態となる。図３と図４に示す領域Ｗ１、Ｗ２はレーザ光によって溶融された部分を示している。レーザ光出射部ＬＷは首振り動作によってレーザ光の出射方向を調整可能であり、図３の初期溶融部Ｗ１のように突起４０と突起４１の中央部分を溶融させ、さらにレーザ光出射部ＬＷを首振り動作させて渦巻状に溶融領域を拡大させるスパイラル溶接を行うことによって、図４の最終溶融部Ｗ２を形成して強固な固定を実現することができる。
【００２５】
このように、外側金属板Ｍ１と外側金属板Ｍ３にそれぞれ中間金属板Ｍ２に対する当付位置を決める突起４０、４１を設け、加圧しながら突起４０、４１をターゲットとしてレーザ溶接を行うことによって、外側金属板Ｍ１、中間金属板Ｍ２及び外側金属板Ｍ３の間に若干の寸法誤差があったとしても互いの当接箇所を確実に溶接して溶接不良を防ぐことができる。そして３枚の外側金属板Ｍ１、中間金属板Ｍ２及び外側金属板Ｍ３を一度のレーザ溶接でまとめて結合させるため、短時間で作業を完了させることができ生産性に優れている。
【００２６】
なお、図３では突部４０の背後（打痕４０ａ側）にレーザ光出射部ＬＷを配しているが、突部４１の背後（打痕４１ａ側）にレーザ光出射部ＬＷを配してもよい。いずれの場合もレーザ光の出力を適切に設定することによって、３枚の外側金属板Ｍ１、中間金属板Ｍ２及び外側金属板Ｍ３を確実に貫通させて溶接することができる。
【００２７】
また、本実施形態では外側金属板Ｍ１と外側金属板Ｍ３の両方に対して互いに逆方向の加圧力Ｆ１、Ｆ２を個別に付与するものとしたが、外側金属板Ｍ１と外側金属板Ｍ３のいずれか一方を固定物に支持させた上で、外側金属板Ｍ１と外側金属板Ｍ３の他方に対する加圧（中間金属板Ｍ２に接近させる方向の加圧）のみを行ってレーザ溶接しても同様の効果を得ることができる。
【００２８】
図５に示す第１の変形例は、外側金属板Ｍ１に設ける突起１４０と外側金属板Ｍ３に設ける突起１４１の当付面（先端面）の形状を異ならせたものである。先に説明した実施形態の突起４０と突起４１は、中間金属板Ｍ２に対して点接触（線状の領域で溶接する場合は線接触）する形状であるのに対し、突起１４０と突起１４１はそれぞれ中間金属板Ｍ２に対して面接触する平面状の当付面を有している。この当付面形状の変更に伴い、突起１４０、１４１の裏面側に形成される打痕１４０ａ、１４１ａの形状も先の実施形態と異なる（図５では特定の断面位置を示しているので打痕１４０ａ、１４１ａの平面的な形状は見えていない）。この第１の変形例におけるレーザ溶接の手法は先に説明した実施形態と共通であり、突起１４０と突起１４１の周囲に対して加圧力を付与しながらレーザ溶接を行うことにより、図４と同様の結合状態になる。
【００２９】
レーザ溶接に際して突起４０（１４０）、４１（１４１）の周囲を加圧する既述の構成と異なり、図６に示す第２の変形例は、外側金属板Ｍ１において中間金属板Ｍ２に当接する突出部と、外側金属板Ｍ３において中間金属板Ｍ２に当接する突出部に対して加圧しながらレーザ溶接を行うものである。この第２の変形例では、外側金属板Ｍ１における突出部は、立柱サッシュ２７の筒状部１９のうち車内側部２１９ｂの全体であり（図２に示す車内側部１９ｂに対応する部位であるが、便宜上符号を異ならせている）、加圧装置を構成する押圧部Ｐ１によって車内側部２１９ｂを中間金属板Ｍ２に接近する側に加圧することができる。外側金属板Ｍ３における突出部は、ベルトリンフォース３２の結合部２３２ａ（図２に示す結合部３２ａに対応する部位であるが、便宜上符号を異ならせている）の全体であり、加圧装置を構成する押圧部Ｐ２によって結合部２３２ａを中間金属板Ｍ２に接近する側に加圧することができる。加圧装置の押圧部Ｐ１、Ｐ２によって外側金属板Ｍ１（車内側部２１９ｂ）と外側金属板Ｍ３（結合部２３２ａ）をそれぞれ中間金属板Ｍ２側に押圧しながら、レーザ光出射部ＬＷから出射されたレーザ光により溶接を行う。溶接後の状態は図４とほぼ同様になるが、図４の形態では打痕４０ａ、４１ａの痕跡がわずかに残るのに対し、図６の変形例では突起４０（１４０）、４１（１４１）を形成していないため、溶接後に打痕４０ａ、４１ａのような痕跡が残らない。
【００３０】
以上、図示実施形態に基づき本発明を説明したが、本発明は図示した実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない限りにおいて改良や改変が可能である。例えば、図示実施形態では３枚の金属板の積層体を結合させているが、本発明は２枚以上の金属板を結合するものであれば適用が可能である。２枚の金属板の結合に適用する場合、図示実施形態の外側金属板Ｍ１または外側金属板Ｍ３を省略した構成でレーザ溶接を行えばよい。つまり、２枚の金属板のうち一方に突出部を形成して他方の金属板に当接させた状態で、この当接部分に対して圧力を付与しながら、突出部に対してレーザ光を照射してレーザ溶接を行えばよい。
【００３１】
２枚の金属板を構成単位とした場合、当接部分に対する圧力の付与は、突出部を有する側の金属板を加圧する態様、突出部に当接される側の金属板を加圧する態様、２枚の金属板の両方を加圧する態様、のいずれでも実現可能である。例えば、２枚の金属板を図示実施形態の外側金属板Ｍ１と中間金属板Ｍ２とした場合、外側金属板Ｍ１に対して図３、図５及び図６に示す加圧力Ｆ１を付与してもよいし、中間金属板Ｍ２に対して図３、図５及び図６に示す加圧力Ｆ２を付与してもよいし、その両方の加圧を行ってもよい。外側金属板Ｍ１のみを押圧する場合は中間金属板Ｍ２を固定支持させ、中間金属板Ｍ２のみを押圧する場合は外側金属板Ｍ１を固定支持させる。また、突出部を有する側の金属板に対して加圧する場合は、図３及び図５のように金属板のうち突出部（突起４０、４１）以外の領域を押圧してもよいし、図６のように突出部（車内側部２１９ｂ）を押圧してもよい。
【００３２】
また、図示実施形態は自動車のドアフレームアッセンブリを構成する金属板の結合に適用したものであるが、本発明の適用分野は自動車のドアフレームの製造に限定されるものではなく、積層させた金属板を溶接で結合させる構成に対して広く適用が可能である。
【符号の説明】
【００３３】
１０  ドア
１１  ドアフレームアッセンブリ
１２  ドアパネル
１４  ドアサッシュ
１６  窓開口
１７  フロントサッシュ
１８  アッパサッシュ
１９  筒状部
１９ａ  車外側部
１９ｂ  車内側部
２０  接続部
２１  意匠部
２２  ガラスラン保持部
２７  立柱サッシュ
２８  アウタ部材
２９  インナ部材
３０  ヒンジブラケット
３１  ロックブラケット
３１ａ  結合部
３２  ベルトリンフォース
３２ａ  結合部
４０  ４１  １４０  １４１  突起（突出部）
４０ａ  ４１ａ  １４０ａ  １４１ａ  打痕
２１９ｂ  車内側部（突出部）
２３２ａ  結合部（突出部）
Ｆ１  Ｆ２  加圧力
ＧＲ  ガラスラン
ＬＷ  レーザ光出射部
Ｍ１  Ｍ３  外側金属板
Ｍ２  中間金属板
Ｐ１  Ｐ２  押圧部
Ｗ１  初期溶融部
Ｗ２  最終溶融部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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