JP2006255732A - 金属板の接合方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ溶接と接着剤による接合とを併用することを前提として、ポロシティの発生をなくして接合強度の向上を図った金属板の接合方法を提供する。
【解決手段】車体パネル１，２のフランジ部３，４同士を接合するにあたり、フランジ部３の根元部に棚状の補助パネル５を予め添設し、フランジ部３と補助パネル５とのなすコーナー部に発泡性熱硬化型接着剤８を塗布する。フランジ部３，４同士を重ね合わせた上でレーザ溶接部位６にレーザ溶接を施して接合する。同時にレーザ溶接に伴って発生する熱により接着剤８を発泡・硬化させて接合する。
【選択図】 図２

Description

本発明は、自動車の車体パネルに代表されるような金属板の接合方法に関し、特にレーザ溶接と接着剤による接合とを併用した金属板の接合方法に関するものである。

自動車の車体を構成することになる車体パネル同士の接合にはスポット溶接が多用されているが、スポット溶接は隣接する打点間が溶接されていない非連続溶接であるため、例えば車体にねじり方向の入力が発生した場合に隣接する打点間の非溶接部位が口開きしてねじり剛性が低下するおそれがある。このようなことから、車体剛性の向上を目的として車体パネル同士を連続的に接合するべく、スポット溶接に代えて、入熱量が少なく且つ溶接速度の速いレーザ溶接が採用される傾向にある。

その一方、レーザ溶接はビード一本当たりの幅寸法および接合面積が共に小さいことから、接合面積を増やすべく溶接ビードを２〜３本平行に配列することが有効であるが、入熱量が少ないレーザ溶接と言えども母材を溶融させて接合することには変わりはなく、過入熱によって車体精度が悪化することが懸念される。

そこで、接合部の剛性向上や水密性向上等の補助的機能も兼ねて、上記のようなレーザ溶接に加えて接着剤やシール材による接合を併用することが行われている。具体的には、接合強度の向上を図るためにレーザ溶接と接着剤等を併用することを前提として、接合箇所を極力減らしながら設計自由度を上げるべく、接着剤を塗布した面上にレーザ溶接を施す技術が特許文献１で提案されている。
特開平７−１６４１７２号公報

特許文献１に記載の技術では、接着剤を介在させた金属板同士の接合部位に重ねてレーザ溶接を施す方式であるため、レーザ光の照射により熱を加えると有機物である接着剤からガスが発生して、そのガスが溶融金属の内外に入り込んでポロシティとなり、接合強度がかえって低下するおそれがある。特にこの傾向は、母材である金属板がめっき鋼板等の表面処理鋼板である場合に一層顕著となる。

本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、レーザ溶接と接着剤による接合とを併用することを前提としながらも、ポロシティの発生をなくして接合強度の向上を図った金属板の接合方法を提供しようとするものである。

請求項１に記載の発明は、二枚の金属板同士を重ね合わせて接合するにあたり、少なくともいずれか一方の金属板の接合面に発泡性熱硬化型接着剤を塗布した上で金属板同士を重ね合わせ、その重ね合わせ部位のうち上記発泡性熱硬化型接着剤の塗布位置から所定距離離れた位置にレーザ溶接を施し、レーザ溶接に伴って発生する熱により発泡性熱硬化型接着剤を発泡・硬化させて接合することを特徴とする。

この場合、上記発泡性熱硬化型接着剤の塗布位置は、請求項２に記載のように、レーザ溶接時にそのレーザ溶接位置からの熱的影響を受ける位置に設定するものとする。

また、発泡性熱硬化型接着剤としては、例えばエポキシ系の構造用接着剤を用いるものとし、必要に応じてマスチックシーラと称される発泡性熱硬化型マスチック剤を用いることも可能である。ただし、上記発泡性熱硬化型接着剤またはマスチック剤には、Ｐ−トルエンスルホニルヒドラジドあるいはＰ−トルエンスルホイルヒドラゾーン等の発泡剤を予め混ぜ合わせておくものとする。

したがって、少なくとも請求項１に記載の発明では、レーザ溶接部位に対する接着剤による接合部位の位置が、レーザ溶接時にそのレーザ溶接部位からの熱的影響を受ける位置に制限されるものの、レーザ溶接部位と接着剤による接合部位とが相互に離れることによって、従来のような接着剤からのガスの発生もなければポロシティの発生もなくなる。そのため、真の意味でのレーザ溶接と接着剤による接合とを併用することが可能となり、接合強度が向上するようになる。

請求項１に記載の発明によれば、ポロシティの発生を伴うことなくレーザ溶接と接着剤による接合とを併用することが可能となって、金属板同士の接合強度が大幅に向上する。

図１は本発明のより具体的な実施の形態を示す図であり、自動車の車体を構成することになる車体パネル同士の接合に適用した場合の例を示している。

図１に示すように、鋼板製の双方の車体パネル１，２には接合部となるフランジ部３，４を予め曲折成形してあるとともに、同時に一方の車体パネル１にはフランジ部３の根元部に沿うように添設するべくその根元部側でフランジ部３とほぼ直交するような棚状の補助パネル５を予めスポット溶接をもって接合してある（なお、スポット溶接による打点位置を符号Ｓで示す）。補助パネル５の接合方法としては、スポット溶接以外の溶接やリベットによる機械締結なども用いることができる。さらに、他方の車体パネル２におけるフランジ部４の根元部にはレーザ溶接部位６と干渉しないように所定のピッチで複数のエア抜き穴７を形成してある。

そして、双方の車体パネル１，２同士は、互いに重ね合わせたフランジ部３，４の根元部に介装された発泡性熱硬化型接着剤（以下、単に接着剤という）８をもって接合してあるとともに、レーザ溶接部位６での連続したレーザ溶接をもって相互に接合してある。

このような車体パネル１，２同士の接合に際しては、図２の（Ａ）に示すように、最初に補助パネル５が添設された一方の車体パネル１単体の状態で、フランジ部３の根元部すなわちフランジ部３の根元部側の接合面と補助パネル５とのなすコーナー部に接着剤８をフランジ部３の長手方向に沿ってビード状に塗布する。

接着剤８としては、後述するレーザ溶接部位６から伝わる熱でその硬化と発泡が進行する特性のものとし、例えばエポキシ系の構造用接着剤を用いる。この接着剤８には例えばＰ−トルエンスルホニルヒドラジドあるいはＰ−トルエンスルホイルヒドラゾーン等の発泡剤を予め混ぜ合わせておく。なお、必要に応じて上記接着剤８に代えてマスチックシーラと称される発泡性熱硬化型マスチック剤を用いることも可能であり、この場合にもそのマスチック剤には上記と同様の発泡剤を予め混ぜ合わせておくものとする。

次いで、同図（Ｂ）に示すように、接着剤８が塗布された一方の車体パネル１のフランジ部３と他方の車体パネル２のフランジ部４とを重ね合わせた上で、同図（Ｃ）に示すようにその重ね合わせ部位におけるレーザ溶接部位６にレーザ溶接を施して両者を溶接接合する。この場合、接着剤８の塗布位置とレーザ溶接部位６との相対位置関係としては、レーザ溶接時にそのレーザ溶接部位６からの熱的影響が接着剤８にまで及ぶような位置関係に予め設定してある。したがって、レーザ溶接の進行ととともにそのレーザ溶接部位６からの熱的影響で接着剤８の発泡・硬化が徐々に促進されて、その接着剤８が双方のフランジ部３，４の根元部と補助パネル５とのなす空間を充填するようになるとともに、レーザ溶接部位６での接合とともに接着剤８による接合が行われることになる。なお、レーザ溶接もしくは接着剤８の発泡・硬化に伴ってガスが発生したとしても、それらのガスは図１に示したエア抜き穴７から外部に排出されて、双方のフランジ部３，４同士の対向接合面間に封じ込められてしまうことはない。

この場合、接着剤８の発泡・硬化が進んでもその接着剤８がエア抜き穴７からはみ出さないように予めそのエア抜き穴７の位置を設定してあり、したがってエア抜き穴７は接着剤８の発泡・硬化の度合いを目視確認するに際にも使用される。

こうして接着剤８の併用によるレーザ溶接が施された車体パネル１，２は、周知のように後工程にて塗装が施されるとともに、さらに塗膜の定着および硬化を目的として乾燥処理としてオーブンでの焼き付け処理が施される。この焼き付け処理の際にも一旦は発泡・硬化が促進された接着剤８が再度加熱されることになり、接着剤８の架橋がさらに促進されてその接着接合力がより強固なものとなる。なお、上記塗装に際しても、エア抜き穴７は前処理あるいは電着塗装の際の液抜き穴としても利用される。

ここで、レーザ溶接時のＹＡＧレーザによるレーザ出力を２．５ｋＷ、溶接速度を３ｍ／ｍｉｎとして上記接着接合を併用してレーザ溶接を行ったところ、従来のようなポロシティの発生がなく、きわめて良好な接合が行えることを確認できた。

本発明の接合方法のもとで接合した溶接継手の概略を示す要部拡大斜視図。 図１に示す溶接継手の接合手順を示す工程説明図。

符号の説明

１，２…車体パネル
３，４…フランジ部
５…補助パネル
６…レーザ溶接部位
８…発泡性熱硬化型接着剤

Claims (7)

1. 二枚の金属板同士を重ね合わせて接合するにあたり、
   少なくともいずれか一方の金属板の接合面に発泡性熱硬化型接着剤を塗布した上で金属板同士を重ね合わせ、
   その重ね合わせ部位のうち上記発泡性熱硬化型接着剤の塗布位置から所定距離離れた位置にレーザ溶接を施し、
   レーザ溶接に伴って発生する熱により発泡性熱硬化型接着剤を発泡・硬化させて接合することを特徴とする金属板の接合方法。
2. 上記発泡性熱硬化型接着剤の塗布位置は、レーザ溶接時にそのレーザ溶接位置からの熱的影響を受ける位置に設定することを特徴とする請求項１に記載の金属板の接合方法。
3. 二枚の金属板に曲折成形されたフランジ部同士を重ね合わせて接合するにあたり、
   一方の金属板のフランジ部のうち接合面側の根元部に棚状の補助パネルを添設するとともに、そのフランジ部の接合面と補助パネルとのなすコーナー部に発泡性熱硬化型接着剤を塗布し、
   フランジ部同士を重ね合わせた上でその重ね合わせ部位のうち発泡性熱硬化型接着剤の塗布位置から所定距離離れた位置にレーザ溶接を施し、
   レーザ溶接に伴って発生する熱により発泡性熱硬化型接着剤を発泡・硬化させて接合することを特徴とする金属板の接合方法。
4. 上記発泡性熱硬化型接着剤の塗布位置は、レーザ溶接時にそのレーザ溶接位置からの熱的影響を受ける位置に設定することを特徴とする請求項３に記載の金属板の接合方法。
5. 上記補助パネルを一方の金属板に予め溶接固定することを特徴とする請求項３または４に記載の金属板の接合方法。
6. 少なくともいずれか一方のフランジ部のうちレーザ溶接位置と接着剤塗布位置との間に予め穴を形成してあることを特徴とする請求項３〜５のいずれかに記載の金属板の接合方法。
7. 上記金属板は自動車の車体パネルであって、
   溶接に続いて塗装を施すとともに、塗装後の焼き付け処理の際に発泡性熱硬化型接着剤を再度加熱することを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載の金属板の接合方法。

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