(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
高密度エネルギービーム溶接による板厚の厚い第１の板材と板厚の薄い第２の板材との重ね継手の形成方法であって、
第１の板材の重ね部において、板厚を薄くすることにより、第１の板材の板厚よりも板厚が薄い板薄部を形成し、
前記板薄部に第２の板材を重ね合わせるとともに、第２の板材の端部を第１の板材の板厚部分に当接させて位置決めを行い、
第２の板材の端部に当接する前記第１の板材の板厚部分と前記第２の板材の前記端部とに前記高密度エネルギービームを照射して両部材を融着する溶け込みを形成することを特徴とする重ね継手の形成方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板厚に差のある２枚の板の高密度エネルギービーム溶接による重ね継手の形成方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
高密度エネルギービーム（電子線、レーザ等）を用いた溶接により、板厚の異なる２枚の板材から重ね継手を形成する際には、図３（ａ）に示すように、両板材１０１，１０２の重ね部１０５において板厚の薄い板１０１側から高密度エネルギービーム１０３を照射して板厚の厚い板１０２に至る溶け込み１０４を形成することが一般的である。このように、板厚の薄い板材１０１側から高密度エネルギービーム１０３を照射することで、短い照射時間で厚い板材に至る溶け込み１０４を確実に形成することができ、充分な強度を有する重ね継手を形成することが可能となる。
【０００３】
なお、以下の記述においては、「板厚の薄い板」を「薄板材」と、「板厚の厚い板」を「厚板材」ということもある。
また、前記のような重ね継手の形成の際には、溶接中に両板材がずれてしまわないように、数多くの固定用治具を用いて両板材を固定して溶接位置の精度を高めることが必要であった。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、前記のような板厚の異なる２枚の板材から重ね継手を形成する際には以下のような問題が生じることがあった。
例えば、自動車製造時には、自動車の構造上の制約及び、溶接機の移動可能範囲上の制約より、図３（ｂ）に示すように、板厚の異なる２枚の板の重ね部１０５において、厚板材１０２側から高密度エネルギービーム１０３を照射しなけばならない場合が発生することがあった。
【０００５】
このような場合には、通常の溶接では、薄板材１０１に至る溶け込みを形成することが難しい。そのため、高密度エネルギービーム１０３の照射時間を長くする等により、確実に両板材１０１，１０２を溶接するようにしてはいたが、高密度エネルギービーム１０３の照射時間が長くなることにより自動車製造に要する時間が延びるという問題が発生した。また、高密度エネルギービーム１０３の照射時間が通常よりも長くなるので、高密度エネルギービーム１０３を発生するための電力が余計にかかるという問題が発生した。
【０００６】
また、図３（ｃ）には板厚の異なる２枚の板材ですみ肉溶接により重ね継手を形成している様子を表した斜視図を示した。厚板材１０２と薄板材１０１とですみ肉溶接により重ね継手を形成する際には、図示しない固定用手段により両板材１０１，１０２を固く固定した後にすみ肉溶接を実行していたのであるが、溶接時に生じる横収縮（図３（ｃ）の太い矢印）のために両板材１０１，１０２がずれてしまうという問題が存在した。
【０００７】
本発明は、このような問題点に鑑みなされたものであり、高密度エネルギービーム１０３による溶接により、板厚の異なる２枚の板材で重ね継手を形成する際に、厚板材１０２側からも高密度エネルギービーム１０３の照射を行うことができる重ね継手の形成方法を提供することを課題とする。
さらに、重ね継手形成の際に、両板材１０１，１０２の位置決めを容易に行うことができ、使用する固定用治具の個数を減らすことができる重ね継手の形成方法を提供することを課題とする。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、前記の問題点を解決するために次のように構成した。請求項１の発明は、  高密度エネルギービーム溶接による板厚の厚い第１の板材と板厚の薄い第２の板材との重ね継手の形成方法であって、第１の板材の重ね部において、板厚を薄くすることにより、第１の板材の板厚よりも板厚が薄い板薄部を形成し、前記板薄部に第２の板材を重ね合わせるとともに、第２の板材の端部を第１の板材の板厚部分に当接させて位置決めを行い、第２の板材の端部に当接する前記第１の板材の板厚部分と前記第２の板材の前記端部とに前記高密度エネルギービームを照射して両部材を融着する溶け込みを形成することを特徴とする重ね継手の形成方法である。
【００１０】
さらに、第１の板材において切削加工等して得られた部分と通常の板厚を有する部分との境界には段差が形成されるので、第１の板材と第２の板材との位置決めの際に、この段差をガイドとして用い、前記第２の板材をこの段差に当接するように設置することで容易に位置決めを行うことができる。さらに、溶接実行中に、この段差が第２の板材の横変形による変位を抑制する役割を果たすので、位置決めに用いる固定用治具の個数を減少させることが可能となる。
【００１６】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を図面を用いて説明するが、本発明はこの実施の形態にのみ限定されるものではなく、本発明の技術的思想を具現化する種々の変更が加えられうる。
【００１７】
図１は本発明の第１の実施形態を示す断面図であり、図２は本発明の第２の実施形態を示す断面図である。
【００１８】
図１に示した、第１の実施形態は請求項１の発明に対応するものであり、ＹＡＧレーザを用いて板厚に差のある２枚の板材で重ね継手を形成する場合を想定している。第１の板材１の板厚は、ＹＡＧレーザの溶け込み深さと同等の約４ｍｍ程度である。また第２の板材２の板厚は第１の板材よりも薄く形成されている。
【００１９】
本発明の重ね継手の形成方法においては、まず、第１の板材１と第２の板材２との重ね部３（重ね継手部）となる部分において、第１の板材１の板厚を押出成形や切削加工等により薄くして板薄部４を形成する。図１（ａ）においてハッチングを施した部分が切削加工により削り取られた部分を示している。板薄部４の形成に伴い、第１の板材１の板薄部４と切削加工を行っていない部分との境界には段差５が形成される（図１（ａ））。
【００２０】
続いて、第２の板材２を前記段差５に当接させながら、第１の板材１の薄板部４に重ね合わせて位置決めを行い、両板材の重ね部３を不図示の固定用治具により固く固定する（図１（ｂ））。
【００２１】
その後に、第１の板材１の側から重ね部３の所定位置にＹＡＧレーザ６を照射して、重ね継手を形成する。ＹＡＧレーザ６の溶け込み７の深さは、未切削の第１の板材１の板厚と同程度であるので、重ね部３に照射されたＹＡＧレーザ６による溶け込み７は、板厚が薄くされた第１の板材１を貫通し、第２の板材２にまで及ぶので、この両板材１，２に跨って形成される溶け込み７により両板材１，２は固く融着される（図１（ｂ））。
【００２２】
図１（ｂ）においては、第１の板材１側からＹＡＧレーザ６の照射を行う例を示しているが、勿論、第２の板材２側からＹＡＧレーザ６を照射したとしても、第２の板材２の板厚はＹＡＧレーザ６の溶け込み７の深さよりも薄いので、第１の板材１に及ぶ溶け込み７が形成されて同等の結果が得られる。
【００２３】
このように本発明の重ね継手の形成方法においては、重ね部３（重ね継手部）において、第１の板材１を切削加工してＹＡＧレーザ６の溶け込み７の深さよりも板厚を薄くしたので、板厚の厚い第１の板材１の側からＹＡＧレーザ６を照射することでも第２の板材２に至る溶け込み７を形成することができ、溶接不良なく、充分な強度を有する重ね継手を得ることが可能となった。
【００２４】
また、本発明の重ね継手の形成方法を用いることで、自動車製造工程等においても厚板側からも溶接を行うことが可能となったので、自動車等の構造上の制約及び、溶接機の移動可能範囲上の制約に囚われることなく溶接作業を実施することができ、溶接作業の効率を大幅に高めることが可能となった。
【００２５】
また、押出成形や切削加工に伴い第１の板材１に形成される段差５は、第２の板材２を位置決めする際にガイドとして機能し、位置決め作業を容易にするとともに、溶接中に生じる変形及び横収縮等により、第２の板材２が適切な溶接位置より変位してしまうことを防止する効果を兼ね備えている。このように、第１の板材１に設けられた段差５が第２の板材２の変位を防止するために、溶接時に両板材１，２を固定するために用いていた固定用治具の使用個数を減少することが可能となった。
【００２６】
第１の板材１に設けた段差５の効果を図１（ｃ）を用いて詳述する。図１（ｃ）は、第１の板材１と第２の板材２を段差５においてすみ肉溶接を行っている模式図を示している。「従来の技術」の項で述べたように、このような溶接を行う場合には、第２の板材が横収縮を起こし、溶接線がずれてしまうという問題が発生する（図３（ｃ））。従来は、多数の固定用治具を用いて、横収縮を防止していた。しかし、本願発明においては、溶接部に段差５が存在し、この段差５が第２の板材２の横収縮を抑制する効果を発揮するので、従来に比べて用いる固定用治具の個数を大幅に減少することが可能となった。
【００２７】
図２に示した第２の実施形態は請求項２に対応するものであり、ＹＡＧレーザ６を用いて板厚に差のある２枚の板材で重ね継手を形成する場合を想定している。第１の実施形態同様に第１の板材１の板厚はＹＡＧレーザ６の溶け込み７の深さと同等の４ｍｍ程度である。また、第２の板材２の板厚は、第１の板材１の板厚よりも薄く形成されている。なお、図２において図１と同じ部材には同一の符号を付しその説明を省略する。
【００２８】
第２の実施形態では、まず、第１の板材１と第２の板材２との重ね部３（重ね継手部）となる部分において、第１の板材の断面を凹型形状に加工して凹部９を形成する（図２（ａ））。凹部９の形成に伴い取り除かれた部分を図２（ａ）においてハッチングで示した。このように凹部９を形成することが第２の実施形態における最大の特徴点である。この凹部９の深さＤは重ね部３の幅と等しく加工される。また、凹部９の幅Ｗは、第２の板材２を密着して嵌装するために第２の板材２の板厚と等しいか僅かに大きく形成する。また、凹部９を挟んで対峙する第１の板材１の２つの壁部８ａ，８ｂは、それぞれの厚さが等しくなるように加工することが望ましい（図２（ａ））。
【００２９】
続いて、第２の板材２を前記凹部９の底に至るまで嵌装して重ね部３（重ね継手部）に「第１の板材８ａ／第２の板材２／第１の板材８ｂ」という順に積層されたサンドイッチ構造を形成すると共に、両板材１，２の位置決めを行い不図示の固定用治具により両板材１，２を挟持して固く固定する（図２（ｂ））。
【００３０】
その後に、重ね部３（重ね継手部）の所定の位置にＹＡＧレーザ６を照射して重ね継手を形成する。ＹＡＧレーザ６の溶け込み７の深さは未加工の第１の板材１の板厚と同程度であるので、ＹＡＧレーザ６による溶け込み７は、前記したサンドイッチ構造を全て貫通して、ＹＡＧレーザ６が照射されていない側の第１の板材（図２（ｂ）では壁部８ｂに相当する）にまで達するので、この溶け込み７により第１の板材１と第２の板材２とが固く融着される。
なお、第２の板材２として、前記凹部９に嵌合するように、重ね部３が凸状に加工された板材をもちいてもよい。
【００３１】
第２の実施形態においては、重ね部３（重ね継手部）は第２の板材２が第１の板材１に挟持された構造となっているので、重ね部３の表裏に特別な区別は無く、どちらの方向（表（８ａ）又は裏（８ｂ））からＹＡＧレーザ６を照射しても溶接不良なく、充分な強度の重ね継手を形成することが可能である。
【００３２】
本実施の形態においては、ＹＡＧレーザ６の照射方向に表裏の区別が無いために、自動車製造工程等において、自動車等の構造上の制約及び、溶接機の移動可能範囲上の制約に囚われることなく溶接作業を実施することができ、溶接作業の効率を大幅に高めることが可能となった。
【００３３】
また、本実施の形態においては第１の板材１に設けた凹部９の底の部分に第２の板材２が当接しているので、溶接時に生じる変形及び収縮等により第２の板材２が適切な溶接位置より変位することを抑制することができる。これに伴い、両板材１，２の位置決めに用いていた固定用治具の個数を大幅に減少することが可能となった。
【００３４】
なお、第１の実施形態及び第２の実施形態においては高密度エネルギービームとしてＹＡＧレーザ６を例示したが、本発明は、電子線溶接等の他の高密度エネルギービーム溶接においても応用可能であることは勿論である。
【００３５】
【発明の効果】
本発明は前記のように構成したので以下に示す顕著な効果を奏する。
本発明では、異なる板厚を有する２枚の板材により重ね継手を形成する際に、重ね継手部において板厚の厚い第１の板材を切削して板厚を薄くして板厚の薄い第２の板材を重ね合わせて重ね継手部を形成した後に溶接を行うので、第１の板材側、第２の板材側のどちらの方向からも高密度エネルギービームを照射することが可能となった。これにより、自動車製造工程等において、自動車等の構造上の制約及び、溶接機の移動可能範囲上の制約に囚われることなく溶接作業を実施することができ、溶接作業の効率を大幅に高めることが可能となった（請求項１）。
【００３６】
また、重ね継手部において第１の板材に形成される段差が、第２の板材が溶接中に変位することを抑制するので、両板材を固定する固定用治具の使用個数を大幅に減少することが可能となった（請求項１）。
【００３７】
また、本発明は、板厚の厚い第１の板材の重ね部（重ね継手部）となる部分の断面に凹型形状とし、この凹部に第２の板材を嵌装した後に高密度エネルギービーム溶接を行うので、高密度エネルギービームの照射方向の選択の自由度を高めることが可能となった。これにより、自動車製造工程等において、自動車等の構造上の制約及び、溶接機の移動可能範囲上の制約に囚われることなく溶接作業を実施することができ、溶接作業の効率を大幅に高めることが可能となった（請求項２）。
【図面の簡単な説明】
【図１】  板厚の異なる２枚の板材の重ね継手形成法の第１の実施形態を示す図面である。
【図２】  板厚の異なる２枚の板材の重ね継手形成法の第２の実施形態を示す図面である。
【図３】  板厚の異なる２枚の板材の重ね継手形成法の従来法を示す図面である。
【符号の説明】
１  第１の板材
２  第２の板材
３  重ね部
４  板薄部
５  段差
６  ＹＡＧレーザ
７  溶け込み
８ａ，８ｂ  壁部
９  凹部
【図１】
0004634651.tif 000002
【図２】
0004634651.tif 000003
【図３】
0004634651.tif 000004