(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
予め複数の分割部に分割されかつ製品の外観部になる本体プレートと、非外観部になる底部プレートとを備え、本体プレートは各分割部の端面を対面させた状態で端面相互の合わせ部を溶接し、本体プレートと底部プレートはそれぞれの端部に形成されたフランジを重ね合わせた状態でフランジ表面と略直交方向からレーザー溶接することにより中空の燃料タンクを製造する方法において、
前記本体プレートの各分割部相互の溶接に際し、前記本体プレートの内面にアルミメッキを施すとともに、各分割部を製品の外観面となる部分に突合せ状にして隣り合う端部の各接合面を所定の間隙をもって対面させ、この間隙へアルミメッキが施された内面側から光軸を各接合面と平行にしてレーザー光線を照射しながらレーザー溶接することを特徴とする燃料タンクの製法。
【請求項２】
前記底部プレートの両面にアルミメッキを施したことを特徴とする請求項１に記載した燃料タンクの製法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、複数部分に分割された本体プレートと単一の底部プレートを備えた複数ピース構成の燃料タンクをレーザー溶接にて製造する方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
レーザー溶接により燃料タンクを製造することは公知であり、例えば、特許第２９１８８２９号には、各構成部のフランジを重ね合わせてフランジ面と略直交する方向からレーザー溶接すること、及びこの溶接部に溶接不要部の逃げ部となる間隙を設けること、材料としてアルミメッキ鋼板を使用することが示されている。
【０００３】
また、図２に示すように、予め複数に分割された分割部２，２を有する本体プレート１と、単一の底部プレート３を相互に溶接して一体化する３ピース構成の燃料タンクは公知である。この場合、本体プレート１においては、複数の分割部２，２を外観面で溶接一体化するが、図５のＡに示すように、分割部２，２の端面相互を突き合わせて内側からミグ溶接等により溶接し、その後、溶接部４にて外観面側へ突出する裏ビード７を図５のＢに仮想線Ｃで示すように、溶接後の研磨等の仕上加工で除去していた。
【０００４】
さらに、本体プレート１と底部プレート３の溶接においては、それぞれの端部に形成されたフランジ５，６で重ね合わせ、フランジ表面と略直交方向からレーザー溶接することも行われていた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
ところで製品の上面等外観部内で溶接しなければならない本体プレート１においては、分割部２，２の外観面にフランジを形成できないので、前記ミグ溶接等による溶接方法を採用することが一般的である。しかしこのようにすると裏ビード７の除去に多くの工数を必要とするので、溶接後の仕上加工に手間がかかることになる。そのうえ、図５のＢに拡大して示すように、溶接後の後加工で裏ビード７を除去するために仮想線Ｃで示す部分を削るので本体プレート１が溶接部４で薄肉化する。
【０００６】
そこで、このような分割部２，２相互の溶接には裏ビード７の発生がないレーザー溶接の採用が望まれるところであるが、このようなフランジのない端面相互を突き合わせて溶接する場合、レーザー光線は照射面の反対側となる裏面側（使用時の外観面となる側）へは届かず、いわゆる裏抜け性がないので、焦点を合わされた比較的狭い範囲のみが溶融されることになり、その結果、十分な溶接強度を得るためには溶接速度を遅くすることが要求されるため溶接効率を上げることが困難であった。したがって効率的なレーザー溶接方法が望まれていた。
【０００７】
また、底部プレート３として比較的安価で一般的な亜鉛メッキ鋼板を採用した場合、母材である内側の鉄に対して表面の亜鉛メッキ層の方が沸点が低いので、高温のレーザー溶接を行うと溶接部にピンホールが発生して溶接強度を損なうことがある。したがってこのようなピンホールの発生を防止できる溶接方法が望まれる。そのうえ、底部プレート３を防錆を目的とするレーザー溶接後の後処理として塗装する必要があった。しかしながらそれほど外観品質の要求されない非外観部となる底部プレート３はできれば塗装レス化を実現したいところであるから、このようなレーザー溶接後の後処理である塗装の省略も望まれていた。本願はこのような諸要請を満足させるものである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため本願の燃料タンクの製法に係る第１の発明は、予め複数の分割部に分割されかつ製品の外観部になる本体プレートと、非外観部になる底部プレートとを備え、本体プレートは各分割部の端面を対面させた状態で端面相互の合わせ部を溶接し、本体プレートと底部プレートはそれぞれの端部に形成されたフランジを重ね合わせた状態でフランジ表面と略直交方向からレーザー溶接することにより中空の燃料タンクを製造する方法において、
前記本体プレートの各分割部相互の溶接に際し、前記本体プレートの内面にアルミメッキを施すとともに、各分割部を製品の外観面となる部分に突合せ状にして隣り合う端部の各接合面を所定の間隙をもって対面させ、この間隙へアルミメッキが施された内面側から光軸を各接合面と平行にしてレーザー光線を照射しながらレーザー溶接することを特徴とする。
【０００９】
第２の発明は、上記第１の発明において、前記底部プレートの両面にアルミメッキを施したことを特徴とする。
【００１０】
【発明の効果】
第１の発明によれば、溶接する分割部の接合面相互間に間隙を設けたので、この間隙に向かってレーザー光線を照射すると、レーザー光線は対面する接合面間で多重反射をしながら裏面へ抜ける。このためレーザー光線の裏抜け性が実現して、レーザー光線を反射する接合面のほぼ全域で溶融するため、溶融範囲が広範囲になり、溶接速度を著しく高速化できるから溶接効率が向上する。したがって、フランジを形成できない突き合わせ状の溶接部分に対して、十分な溶接強度でかつ高効率でレーザー溶接を適用することができる。また、従来のＭＩＧ溶接等の場合のように裏ビードの形成がないので、溶接後の裏ビード除去に関する仕上げ加工が削減され、製造工数を削減できる。
【００１１】
第２の発明によれば、本体プレートと底部プレートを重ね合わせてレーザー溶接するとき、双方の接合部には内側の鉄よりも高沸点のアルミメッキが施されているため、ピンホールの発生を防止して強固な溶接が可能になる。しかも、溶接部におけるアルミメッキ層の存在により溶接後の防錆を目的とする後処理が不要となる。そのうえ、底部プレートの両面にアルミメッキを施したので、非外観部となる底部プレートの外表面側はアルミメッキ層のままで済ませることができ、従来のような防錆のための塗装が不要となり、底部プレートに対する塗装レスを実現できる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
以下、図面に基づいて自動２輪車用の燃料タンクに適用した一実施例を説明する。図１は本実施例に係るレーザー溶接方法を説明する溶接部の模式的な拡大断面図であり、Ａに溶接時の状態、Ｂに溶接後の状態をそれぞれ示す。図２は本実施例に係る自動２輪車用燃料タンクの概略的な横断面図、図３は本体プレートのレーザー溶接を原理的に示す図、図４は底部プレートのレーザー溶接を模式的示す要部拡大断面図である。
【００１３】
まず燃料タンク全体を概説する。図２において、本実施例に係る自動２輪車用燃料タンクは外観部となる本体プレート１を構成する左右の分割部２と、非外観部となる底部プレート３を備えた３ピース構造であり、左右の分割部２，２は、燃料タンクの左右中央部にて溶接され、その溶接ラインは燃料タンクの外観面となる上面中央を前後方向へ延びている。
【００１４】
本体プレート１を構成する左右の分割部２，２はそれぞれ製品時に内表面となる内面側にアルミメッキが施された片面アルミメッキ鋼板であり、底部プレート３は両面にアルミメッキが施された両面アルミ鋼板である（後述する図１のＢ及び図４の説明参照）。また、底部プレート３は左右方向両端を下方へ折り曲げられた縦フランジ６，６とし、これを左右の分割部２，２の各下端部周囲に形成された下部フランジ５の内側へ重ね、そのフランジ表面と略直交する外方からレーザー溶接されている。
【００１５】
次に、本体プレート１の溶接について説明する。図３及び図１に示すように、本体プレート１における左右の分割部２，２の溶接は、各分割部２，２を上下反転させて、それぞれの隣り合う接合面８，８を若干の寸法ｄの間隙９を形成するように対面させる（図３，図１のＡ）。この間隙９の寸法ｄは、溶接構造、レーザー光線の種類、出力、被溶接材料である分割部２，２の素材並びに接合面８，８の厚さ等によって適宜決定するが、例えば、分割部２，２を板厚０．８〜１．０ｍｍで母材がＳＰＣの片面アルミ鋼板としたとき、好ましくは０．０５〜０．５ｍｍ程度に設定する。
【００１６】
この状態で本体プレート１の内側から、間隙９の上方に配置されたレーザー溶接装置の放物面をなす反射鏡１０よりレーザー光線１１を間隙９内へ照射する。レーザー光線１１の焦点は間隙９内にて後述する多重反射が生じ易い位置、例えば、図１のＡに示すように間隙９のｄが２０ｍｍのとき、間隙９の中央下部に０．３ｍｍ径となるように設定し、間隙９を上方に向かって広がるようにレーザー光線１１を通すことにより、間隙９内を通過時に間隙９に臨む接合面８，８の表面で多重反射させる。このときのレーザー光線１１における光軸は、接合面８，８と略平行になるようにすればよいが、必要により接合面８，８に対して若干傾けて設定してもよい。
【００１７】
この溶接に使用するレーザー光線１１は、炭酸ガスレーザーやＹＡＧレーザー等公知のものを適宜用いることができるが、例えば、炭酸ガスレーザーの場合は長焦点ミラーを使用する（焦点距離を図３にＬで示す）。また、ＹＡＧレーザーの場合は長焦点のコンパクトヘッドを作成して使用する。レーザー光線１１の出力や溶接速度は条件により種々調整可能であるが、例えば、出力３ＫＷの炭酸ガスレーザーを用いて前記例示条件で溶接するとき、３〜５ｍ／分程度にする。
【００１８】
このようにしてレーザー溶接すると、間隙９内へ照射されたレーザー光線１１は対面する接合面８，８間で多重反射され、裏側（使用時表面側）へ抜ける。このため、レーザー光線１１の裏抜け性を実現でき、接合面８，８のほぼ全体がレーザー光線１１により加熱されて速やかに溶融し、やがて双方の溶融部が間隙９を埋めることにより左右の分割部２，２が間隙９部分にて溶接される。
このとき、図１のＢに示すように溶融したアルミ成分は浮遊している溶接部両面の表層部にメッキ層４ｂとして残る。
【００１９】
このレーザー光線１１の多重反射により、溶接速度は著しく向上し、従来と同程度の溶接強度を得る場合、前記３〜５ｍ／分程度の溶接速度を実現できる。この間隙９がない従来の状態において同一条件で同等品質を得るようにレーザー溶接した場合、その溶接速度は１〜３ｍ／分程度である。したがって、著しく高速化できることは明らかであり、しかも、製品の外観面内となる部分にフランジを形成することなく突き合わせ状にしてレーザー溶接しても十分に効率化できることを意味する。
【００２０】
また、このレーザー溶接によって生じる溶接部４は、図１のＢに示すように、光線１１の照射側と反対側となる外観面側の表面４ａが間隙９内からわずかに盛り上がるのみで、外観面側へ裏ビードとして大きく突出することはない。したがって、従来のような溶接後にこの裏ビードを除去するための仕上げ加工を削減でき、外観面における溶接であっても、他の部分と同様に塗装処理するだけで足りる。このため、燃料タンクの製造工数を削減できる。
【００２１】
そのうえ、図１のＡ，Ｂに示すように、本実施例における分割部２，２は内面側にアルミメッキ１２を施したアルミメッキ鋼板となっているが、分割部２，２の接合面８，８と略平行にレーザー光線１１を照射することにより、アルミメッキ１２の外表面を直接照射する場合と異なり、不要物は溶接部４へ混入せず外部へ逃げ易くなるから、溶接強度を高くすることができる。また、溶融したアルミ成分が浮遊して溶接部両面の表層部にメッキ層４ｂとして残るので、溶接部は耐食性に優れる。
【００２２】
次に、底部プレート３の溶接について説明する。図４に示すように、底部プレート３は両面にアルミメッキ１３が施された両面アルミメッキ鋼板である。このため、底部プレート３の縦フランジ６は、分割部２の下部フランジ５とアルミメッキ１２及び１３が接した状態で重なる。この状態で下部フランジ５の表面と直交して下部フランジ５の外方からレーザー溶接すると、アルミメッキ１２及び１３相互が溶接する。
【００２３】
このとき、各アルミメッキ１２及び１３は、それぞれの母材である鉄よりも沸点が高いから、高温のレーザー溶接によっても溶接部にピンホールを発生せず、溶接部１４は強固に溶接する。このとき、溶接部１４の両面も凹部１４ａをなし、この表面にアルミ成分の浮遊による薄いメッキ層１４ｂが形成されている。
なお、不要部が溶接部１４へ混入しないように、溶接部１４よりも下方側の下部フランジ５と縦フランジ６の間に逃げ用の間隙を形成しておくこともできる。
【００２４】
また、燃料タンクの内面となる分割部２，２及び底部プレート３の各内面にアルミメッキ１２，１３が形成されているので、これら内面に対して溶接後の防錆処理をする必要がない。そのうえ、底部プレート３の外面もアルミメッキ１３により十分な防錆処理がなされており、しかも非外観面となるからこのままで外観塗装せずに使用可能となる。したがって、非外観部である底部プレート３の塗装レスを実現できる。
【００２５】
さらに、下部フランジ５と縦フランジ６の溶接部をアルミメッキ１２，１３で強固に溶接させせることのみが目的の場合には、分割部２，２の内面のうち、下部フランジ５の内面側にのみアルミメッキ１２を部分的に設けるだけでもよい。
【００２６】
なお、本願発明は上記実施例に限定されるものではなく、種々に変形や応用が可能であり、例えば、本体プレートの分割部は、左右に分割するものでなく前後等に分割したものでもよい。また、分割部の数は２以上であれば足り、例えば、中央及び左右に３分割して本体プレートの溶接ラインを燃料タンクの左右各上部側面に形成したものでもよい。さらに、本願発明は、亜鉛−錫メッキ鋼板を用いた燃料タンクにも適用でき、燃料タンクの用途も各種車両等がある。
【図面の簡単な説明】
【図１】実施例の本体プレートにおける溶接部を模式的に示す拡大断面図
【図２】実施例の燃料タンクにおける概略横断面図
【図３】実施例の本体プレートにおけるレーザー溶接方法を原理的に示す図
【図４】実施例の底部プレートにおける溶接部を模式的に示す拡大断面図
【図５】従来の本体プレート溶接方法を模式的に示す図
【符号の説明】
１：本体プレート、２：分割部、３：底部プレート、４：溶接部、下部フランジ５、縦フランジ６，接合面８、間隙９、レーザー溶接装置１０、１１：レーザー光線、１２：アルミメッキ、１３：アルミメッキ
【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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