JP2015202708A - 車両用ドアサッシュのレーザ溶接方法及び金属材料のレーザ溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】一対の金属部材を、その端面を突き合わせて溶接して結合する金属材料のレーザ溶接方法において、精密なギャップ管理を要することなくレーザ溶接することができるレーザ溶接方法を得る。【解決手段】一対の金属部材を側面視したとき該一対の突合せ端面の少なくとも一方の一端部に、鋭角コーナー部を形成するステップ；上記一方の金属部材の突合せ端面と、他方の金属部材の突合せ端面とを、側面視で上記一方の金属部材の上記鋭角をなすコーナー部が他方の金属部材の突合せ端面より突出する位置関係で突き合わせるステップ；及び上記他方の金属部材の突合せ端面より突出している上記一方の突合せ端面の鋭角コーナー部にレーザ光を当てて上記複数の金属部材の突合せ端面を溶接するステップ；を有する金属材料のレーザ溶接方法。【選択図】図１

Description

本発明は、車両用ドアサッシュの複数のサッシュ部材をレーザ溶接する方法及び金属二部材をレーザ溶接する方法に関する。

レーザ溶接は、レーザ光（一般的にCO₂レーザ、YAGレーザあるいは半導体ファイバレーザ）を熱源として溶接二部材（主として金属）に集光した状態で照射し、溶接二部材を局部的に溶融凝固させることによって接合する方法として知られている（特許文献１）。レーザ溶接は、ＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接と比較したとき、原則として溶接棒（フィラーワイヤ）が不要であり、溶接速度が例えば数ｍ／秒と非常に速いという利点がある。車両用ドアサッシュについては、従来ＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接によって複数の車両側面視で延長方向の異なるサッシュ部材を溶接することが行われていた（特許文献２）。

特開２００３-１３６２６２号公報 特開２００３-１１２５２５号公報

しかし、レーザ溶接は、溶接すべき一対の金属部材の突合せ端面のギャップ管理が困難である。ギャップが大きいと、レーザ光によってむしろそのギャップが拡大してしまい、事実上溶接ができないという問題があった。車両用ドアサッシュのような薄肉の金属材料では、この問題が一層顕著になり、レーザ溶接を適用する妨げになっていた。

本発明は、レーザ溶接に対する以上の問題意識の下に、精密なギャップ管理を要することなく、車両用ドアサッシュを構成する複数のサッシュ部材あるいは金属二部材をレーザ溶接することができるレーザ溶接方法を得ることを目的とする。

本発明は、ドアパネルの上方に窓開口を形成する車両用ドアサッシュであって、上記ドアサッシュは、複数の金属製サッシュ部材の端面を突き合わせ、該突合せ端面に沿ってレーザ光を照射して溶接結合する車両用ドアサッシュのレーザ溶接方法の態様においては、溶接する一対のサッシュ部材の突合せ端面の少なくとも一方の一端部に、上記レーザ溶接の進行方向と平行な方向から見て鋭角のコーナー部を形成するステップ；上記一方のサッシュ部材の突合せ端面と、他方のサッシュ部材の突合せ端面とを、上記一方のサッシュ部材の上記鋭角をなすコーナー部が他方のサッシュ部材の突合せ端面より突出する位置関係で突き合わせるステップ；及び上記他方のサッシュ部材の突合せ端面より突出している上記一方の突合せ端面の鋭角コーナー部にレーザ光を当てて上記一対のサッシュ部材の突合せ端面を溶接するステップ；を有することを特徴としている。

一対の突合せ端面は、複数の互いに交差する平面の組合わせで形成するのが実際的である。

また本発明は、一対の金属部材の端面を突き合わせ、該突合せ端面に沿ってレーザ光を照射して溶接結合する金属材料のレーザ溶接方法の態様においては、上記一対の金属部材の突合せ端面の少なくとも一方の一端部に、上記レーザ溶接の進行方向と平行な方向から見て鋭角のコーナー部を形成するステップ；上記一方の金属部材の突合せ端面と、他方の金属部材の突合せ端面とを、上記鋭角をなすコーナー部が他方の金属部材の突合せ端面より突出する位置関係で突き合わせるステップ；及び上記他方の金属部材の突合せ端面より突出している上記一方の突合せ端面の鋭角コーナー部にレーザ光を当てて上記一対の金属部材の突合せ端面を溶接するステップ；を有することを特徴としている。

本発明のレーザ溶接方法によれば、精密なギャップ管理を要することなく、車両用ドアサッシュを構成する複数のサッシュ部材あるいは金属二部材をレーザ溶接することができる。

（Ａ）、（Ｂ）、（Ｃ）、（Ｄ）は、本発明に係るレーザ溶接方法の一実施形態を示すもので、（Ａ）は金属素材切断前の斜視図、（Ｂ）は切断後突合せ端面を突き合わせた状態の斜視図、（Ｃ）は（Ｂ）の一部拡大斜視図、（Ｄ）はレーザ溶接によって突合せ端面間のギャップが埋まる状態を示す模式（断面）図である。 本発明に係るレーザ溶接方法を適用する車両用ドアサッシュの側面図である。 図２のIII部拡大側面図である。 図４は図３の斜視図である。 図５は従来の突合せ端面の状態を示す、図４に対応する斜視図である。 図３のVI-VI線に沿う断面図である。。 意匠部材、ガラスラン及びウェザーストリップを装着した状態の図３のVI-VI線に沿う断面図である。 図２のVIII部拡大側面図である。 図８のIX-IX線に沿う断面図である。 図８のアッパサッシュの端面形状に立柱サッシュの上端面形状を合わせて描いた説明図である。

図１は、本発明によるレーザ溶接方法の基本的な一実施形態を示している。矩形断面の金属棒材（例えば鋼材）１０は、同図（Ａ）に示す切断線１１、１２で切断され、二つの溶接金属部材１３、１４に分離される。この金属部材１３と金属部材１４の対向する端面は、突合せ端面１３ａと突合せ端面１４ａとなる。この金属部材１３と金属部材１４は、突合せ端面１３ａと突合せ端面１４ａを突き合わせたとき、特定方向（図１（Ｂ）のＡ方向）から見たときには直線状をなしている。一方、該特定方向と直交する側面方向（同Ｂ方向）から見たとき（側面視）には、金属部材１３の突合せ端面１３ａの両コーナー部は直角をなしているのに対し、金属部材１４の突合せ端面１４ａの両コーナー部の一方（同図（Ｂ）の上側の端部）は鋭角Ｅをなし、他方（同図（Ｂ）の下側の端部）は鈍角Ｄをなしている。

以上の金属部材１３と金属部材１４は、同図（Ｂ）に示すように、突合せ端面１４ａの鋭角Ｅをなすコーナー部が金属部材１３の突合せ端面１３ａより突出する位置関係で突き合わされる。勿論、最初に突合せ端面１３ａと突合せ端面１４ａを突合せ、その後突合せ端面１４ａを突合せ端面１３ａから突出させてもよい。このとき、金属部材１３と金属部材１４の延長方向は側面視したとき互いに交差している。この突合せ状態において、同図（Ｃ）に示すように、突合せ端面１３ａから突出している突合せ端面１４ａの鋭角コーナー部に対して溶接レーザ光Ｌを照射し、上記Ｂ方向（突合せ端面１４ａの平面と直交する方向）に移動させて溶接を進行させていく。すなわち、Ｂ方向はレーザ溶接の進行方向（あるいは溶接進行方向と平行な方向）である。この溶接レーザ光Ｌの軌跡は直線でもよいが、円弧を描きながら進行するスピン軌跡Ｓ（同図（Ｃ））とすることが好ましい。

すなわち、以上のレーザ溶接方法によると、溶接レーザ光Ｌによる溶接の進行に伴い、突合せ端面１３ａから突出している突合せ端面１４ａの鋭角コーナー部が溶融し、その溶融金属が同図（Ｄ）に模式的に示すように突合せ端面１３ａと突合せ端面１４ａの間のギャップＧ内に進入して埋めるため、仮にギャップＧの大きさにばらつきがあっても、側面視と直交する方向にレーザ溶接を進行させることができる。ギャップＧをより確実に埋める量の溶融金属を発生させるためには、直線状に溶接レーザ光Ｌを移動させるよりスピン軌跡Ｓを描いて移動させることが好ましい。

図２以下は、本発明を車両用ドアサッシュのレーザ溶接方法に適用した実施形態を示している。ドアパネルの上方に窓開口を形成する車両用ドアサッシュ２０は、図２に示すように、立柱サッシュ２１、アッパサッシュ２２及びフロントサッシュ２３によって窓開口２４を形成する。立柱サッシュ２１とフロントサッシュ２３の下部は、ドアパネル内に位置するリンフォース２５によって接続されている。

アッパサッシュ２２とフロントサッシュ２３は、鉄系材料の同一断面形状のロール成形品からなり、立柱サッシュ２１は、アッパサッシュ２２、フロントサッシュ２３とは断面形状の異なるプレス成形品からなっている。図３ないし図７は、アッパサッシュ２２とフロントサッシュ２３の突合せ溶接部分に本発明のレーザ溶接方法を適用した実施形態を示している。同一断面形状のアッパサッシュ２２とフロントサッシュ２３は、図６、図７に示すように、窓開口側に位置する第一部材Ｘと車両ボディ側に位置する第二部材Ｙとからなっており、第一部材Ｘには、窓開口２４側に凸の深Ｕ字状部Ｘ１と、深Ｕ字状部Ｘ１から車外側に延びる車外側延長部Ｘ２が形成されている。第二部材Ｙには、深Ｕ字状部Ｘ１とともに袋状部Ｚを構成する窓開口２４側に凸の浅Ｕ字状部Ｙ１と、この浅Ｕ字状部Ｙ１から車外側に延びた後、車外側延長部Ｘ２を挟着して折り返された車外側延長ヘム部Ｙ２とが形成されている。浅Ｕ字状部Ｙ１には、その車内側と車外側に、ウェザーストリップＷを保持する保持縁Ｙ１１と保持凹部Ｙ１２が形成されており、第一部材Ｘには、保持縁Ｙ１１に沿う屈曲縁Ｘ１１が形成されている。

車外側延長ヘム部Ｙ２（車外側延長部Ｘ２）の車外側には、図７に示すように、意匠部材２６が装着され、この意匠部材２６と深Ｕ字状部Ｘ１の外面との間に、窓開口２４内を昇降する窓ガラスが進退するガラスランＧＲが装着される。また第二部材Ｙの保持縁Ｙ１１（第一部材Ｘの屈曲縁Ｘ１１）と保持凹部Ｙ１２（浅Ｕ字状部Ｙ１）には、車両ドアを閉じたとき車両ボディと弾接するウェザーストリップＷＳが装着される。

図３は、以上の同一断面を有するアッパサッシュ２２とフロントサッシュ２３の突合せ端面２２ａと２３ａを側面視したときの形状を示している。アッパサッシュ２２とフロントサッシュ２３の延長方向は車両側面視で交差しており、平面視（図３の紙面と平行な方向から見たとき）では直線状をなしている。突合せ端面２２ａと２３ａは、第１の突合せ端面（切断面）２２ａ１（２３ａ１）と、この第１の突合せ端面２２ａ１(２３ａ１)に対して角度αだけ傾斜した第２の突合せ端面（切断面）２２ａ２(２３ａ２)からなっており、フロントサッシュ２３の第２の突合せ端面２３ａ２側のコーナー部（図３の上部）に、鋭角Ｅをなす鋭角コーナー部が形成され、第１の突合せ端面２３ａ１側のコーナー部（図３の下部）に、鈍角Ｄをなす鈍角コーナー部が形成されている。そして、この鋭角コーナー部は、アッパサッシュ２２の端部より距離Ｐ（図３、図４、図６）だけ突出している。図６には、第１の突合せ端面２２ａ１（２３ａ１）と第２の突合せ端面２２ａ２(２３ａ２)との境界を２２ａｂ(２３ａｂ)として示した。

図３は、フロントサッシュ２３の第２の突合せ端面２３ａ２側の鋭角コーナー部の突出量Ｐが明瞭に表れるように、角度αを大きく描いているが、実際には突出量Ｐが０.５ｍｍ前後となるように角度αを定めれば十分である。なお、図３は、切断面２２ａ１（２３ａ１）と切断面２２ａ２(２３ａ２)を紙面と垂直な面として描いているが、切断面を紙面と垂直な方向とは異ならせることにより、突出量Ｐを図３の紙面と垂直な方向に一定量とすることができ、図４、図６はその状態を描いている。また、サッシュ部材２２（２３）を構成する第一部材Ｘの屈曲縁Ｘ１１の突合せ面の間にも、同様の手法（切断面を図３の紙面と垂直な方向から適当な方向に適当な角度だけ異ならせる、あるいは突合せ端面を複数の互いに交差する平面から構成する）により、フロントサッシュ２３の屈曲縁Ｘ１１の方が、アッパサッシュ２２の屈曲縁Ｘ１１より高い段差Ｑ（図４、図６）が生じている。

そして、レーザ溶接は、第２の突合せ端面２２ａ２から突出している突合せ端面２３ａ２の鋭角コーナー部に対して溶接レーザ光Ｌを照射し、上記側面視と直交する方向（突合せ端面２３ａの突出部の延在方向）に移動させて溶接を進行させて行く。図３では、この溶接の進行方向（あるいは溶接の進行方向と平行な方向）Ｂは紙面と垂直な方向として表れている。この溶接レーザ光Ｌの平面軌跡は直線でもよいが、円弧を描きながら進行するスピン軌跡Ｓ（図４）とすることが好ましい。また、アッパサッシュ２２とフロントサッシュ２３の第一部材Ｘの屈曲縁Ｘ１１の突合せ面については、高い側（フロントサッシュ２３）の屈曲縁Ｘ１１の突出部に同様にレーザ光Ｌを照射する。このレーザ溶接範囲は、図６にＷ１とＷ２として示した。図６の２箇所の溶接範囲Ｗ１、Ｗ２において、レーザ溶接は、段差が生じている部分の端部（図の右端）から開始して段差がない（あるいは少ない）部分に進行させる。図６の溶接範囲における溶接の進行方向Ｂは紙面と平行な方向であり、かつ本実施形態での溶接の進行方向（及び溶接の進行方向と平行な方向）とは段差が生じている突合せ端面での溶接の進行方向を言う。本実施形態によるレーザ溶接部位は、金属が溶融して平らになるので、外観が悪くなることがない。加えて、溶接部位Ｗ１は、ウェザーストリップＷＳによって覆われ、外観に露出しない。

また、本実施形態のレーザ溶接方法によると、第２の突合せ端面２２ａ２から突出している突合せ端面２３ａ２の鋭角コーナー部に対して溶接レーザ光Ｌを照射して溶接を進行させて行く結果、レーザ光を照射する部分から離れた突合せ端面間のギャップが縮小することが確認された。このため、段差のない部分での溶接も容易になる。図６の領域Ｗ３は、このように突合せ端面間のギャップを減少させた上で実行する溶接領域を示している。この領域では、アッパサッシュ２２とフロントサッシュ２３の突合せ面に段差が生じていない。

従来のアッパサッシュ２２の突合せ端面２２ａとフロントサッシュ２３の突合せ端面２３ａは、図３に鎖線で示し、図４に斜視図で示すように、単一の直線（平面）からなる突合せ端面２２ａ１と２３ａ１で切断され突き合わされていた。この従来態様では、突合せ端面２２ａと２３ａには側面視で段差が生じない。このため、仮にこの突合せ端面に溶接レーザ光を照射すると、突合せ端面２２ａと２３ａ間には僅かにギャップが存在するので、溶接二部材（アッパサッシュ２２とフロントサッシュ２３）が繋がらず、溶接欠陥が生じやすかった。なお、図４、図５では、アッパサッシュ２２とフロントサッシュ２３の突合せ端面において、浅Ｕ字状部Ｙ１の保持縁Ｙ１１と屈曲縁Ｘ１１の端部に形成した切欠２２Ｃ、２３Ｃが描かれている。この切欠２２Ｃ、２３Ｃは、第二部材Ｙの保持縁Ｙ１１（第一部材Ｘの屈曲縁Ｘ１１）と保持凹部Ｙ１２（浅Ｕ字状部Ｙ１）で構成されるウェザーストリップ保持溝へのウェザーストリップＷＳの挿入を容易にする。

図８ないし図１０は、断面形状が異なる立柱サッシュ２１の上端の突合せ端面とアッパサッシュ２２の突合せ端面の溶接に本発明によるレーザ溶接方法を適用した実施形態である。アッパサッシュ２２は上述ようにロール成形による一様断面材からなるのに対し、立柱サッシュ２１はプレス成形品から非一様断面に形成されている。図９は、立柱サッシュ２１の上端部近傍を除く下部の基本的な断面形状を示している。立柱サッシュ２１は、インナー部材２１Ｐとアウター部材２１Ｑとからなり、インナー部材２１Ｐは、車外側の意匠部２１ａと、意匠部２１ａから車内側に延びる車内側延長部２１ｂと、車内側延長部２１ｂに連なり車内側に突出するＵ字状部２１ｃとを有している。アウター部材２１Ｑは、車外側の意匠部２１ｄと、車内側延長部２１ｅと、車内側延長部２１ｂの車外側の開口部を塞ぐ閉塞部２１ｆとを有しており、意匠部２１ｄ、車内側延長部２１ｅおよび閉塞部２１ｆで形成される空間にはガラスランが保持される。立柱サッシュ２１（インナー部材２１Ｐとアウター部材２１Ｑ）はプレス成形品からなるので、意匠部２１ａの幅あるいはＵ字状部２１ｃの車内側への突出量を、上下方向で変化させることができる。

この立柱サッシュ２１は、上端に行くに従い、アッパサッシュ２２との突合せ端面を形成するために形状が徐変する。図１０は、アッパサッシュ２２の突合せ端面の形状を実線で描き、立柱サッシュ２１（インナー部材２１Ｐ）の突合せ端面の形状を破線で描いたものである。アッパサッシュ２２の断面形状は変化していない。これに対し、立柱サッシュ２１のアッパサッシュ２２との突合せ端面では、アウター部材２１Ｑは存在せず、インナー部材２１Ｐの意匠部２１ａも存在しない。インナー部材２１ＰのＵ字状部２１ｃは、異形端面２１ｃ’、２１ｃ”と変化し、車内側延長部２１ｂは異形端面２１ｂ’、２１ｂ”と変化する。異形端面２１ｃ”は、アッパサッシュ２２の浅Ｕ字状部Ｙ１に対応した形状をなし、異形端面２１ｂ’はこの異形端面２１ｃ”に滑らかに連なり、異形端面２１ｂ”はアッパサッシュ２２の車外側延長ヘム部Ｙ２に沿っている。そして、この実施形態では、アッパサッシュ２２の車外側延長ヘム部Ｙ２の端部が立柱サッシュ２１の異形端面２１ｂ’より「ｐ」だけ突出し、異形端面２１ｂ”より「Ｐ」だけ突出している。図９と図１０の符号２１ｃ１は、インナー部材２１ＰのＵ字状部２１ｃの板端を示している。

従って、この実施形態では、立柱サッシュ２１とアッパサッシュ２２の突合せ端面において、立柱サッシュ２１より突出しているアッパサッシュ２２の車外側延長ヘム部Ｙ２に最初にレーザ光を照射して溶融させることにより、その溶融金属によって立柱サッシュ２１とアッパサッシュ２２の間のギャップを埋めることができる。あるいは、図示実施形態では、アッパサッシュ２２の突合せ端面中の浅Ｕ字状部Ｙ１も、立柱サッシュ２１（インナー部材２１Ｐ）の異形端面２１ｃ”より突出しているから、この突出部に対してもレーザ光を照射することができる。図１０においても、溶接の進行方向Ｂは紙面と平行な方向であり、かつ本実施形態での溶接の進行方向（及び溶接の進行方向と平行な方向）とは段差が生じている突合せ端面での溶接の進行方向を言う。

以上のように、本発明による車両用ドアサッシュのレーザ溶接方法は、溶接すべきサッシュ部材の断面形状が同一形状であっても異形状であっても適用できる。

１０ 金属棒材
１１ １２ 切断線
１３ １４ 金属部材
１３ａ １４ａ 突合せ端面
２０ 車両用ドアサッシュ
２１ 立柱サッシュ
２１Ｐ インナー部材
２１Ｑ アウター部材
２２ アッパサッシュ
２３ フロントサッシュ
２２ａ ２３ａ 突合せ端面
２２ａ１ ２３ａ１ 第１の突合せ端面
２２ａ２ ２３ａ２ 第２の突合せ端面
２２ａｂ ２３ａｂ 境界
２４ 窓開口
２５ リンフォース
Ｅ 鋭角
Ｄ 鈍角
Ｇ ギャップ
Ｌ 溶接レーザ光
Ｓ スピン軌跡

Claims (3)

1. ドアパネルの上方に窓開口を形成する車両用ドアサッシュであって、上記ドアサッシュは、複数の金属製サッシュ部材の端面を突き合わせ、該突合せ端面に沿ってレーザ光を照射して溶接結合する車両用ドアサッシュのレーザ溶接方法において、
   溶接する一対のサッシュ部材の突合せ端面の少なくとも一方の一端部に、上記レーザ溶接の進行方向と平行な方向から見て鋭角のコーナー部を形成するステップ；
   上記一方のサッシュ部材の突合せ端面と、他方のサッシュ部材の突合せ端面とを、上記一方のサッシュ部材の上記鋭角をなすコーナー部が他方のサッシュ部材の突合せ端面より突出する位置関係で突き合わせるステップ；及び
   上記他方のサッシュ部材の突合せ端面より突出している上記一方の突合せ端面の鋭角コーナー部にレーザ光を当てて上記一対のサッシュ部材の突合せ端面を溶接するステップ；
   を有することを特徴とする車両用ドアサッシュのレーザ溶接方法。
2. 請求項１記載の車両用ドアサッシュのレーザ溶接方法において、上記一対の突合せ端面は、複数の互いに交差する平面の組合わせで形成されている車両用ドアサッシュのレーザ溶接方法。
3. 一対の金属部材の端面を突き合わせ、該突合せ端面に沿ってレーザ光を照射して溶接結合する金属材料のレーザ溶接方法において、
   上記一対の金属部材の突合せ端面の少なくとも一方の一端部に、上記レーザ溶接の進行方向と平行な方向から見て鋭角のコーナー部を形成するステップ；
   上記一方の金属部材の突合せ端面と、他方の金属部材の突合せ端面とを、上記鋭角をなすコーナー部が他方の金属部材の突合せ端面より突出する位置関係で突き合わせるステップ；及び
   上記他方の金属部材の突合せ端面より突出している上記一方の突合せ端面の鋭角コーナー部にレーザ光を当てて上記一対の金属部材の突合せ端面を溶接するステップ；
   を有することを特徴とする金属材料のレーザ溶接方法。

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