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技術 溶接構造体及び溶接構造体の作製方法

出願人 株式会社今仙電機製作所
発明者 田邉隆雄矢野秀希
出願日 2016年8月9日 (4年10ヶ月経過) 出願番号 2016-156681
公開日 2018年2月15日 (3年3ヶ月経過) 公開番号 2018-023989
状態 特許登録済
技術分野 打抜き・穴抜き
主要キーワード 中心線β ハイテンション鋼 字状継手 屈曲角度θ 架設部材 プレス抜き加工 フランジ材 溶融幅
関連する未来課題
重要な関連分野

この項目の情報は公開日時点(2018年2月15日)のものです。
また、この項目は機械的に抽出しているため、正しく解析できていない場合があります

図面 (9)

課題

垂直な端面を有していないプレス断面を有する第2母材を使用して、第1母材に対してこのプレス断面をそのまま溶接しても、安定した高強度の溶接強度を有する溶接構造体を提供し、またこの溶接構造体の作製方法を提供する。

解決手段

本発明の溶接構造体は、金属からなる第1母材10と、端面が傾いて形成されているプレス断面を有する金属からなる第2母材20と、を有し、前記第2母材20の端面が前記第1母材10に対向するように立設して配置されてなり、かつ前記第2母材20の端面が前記第1母材10の面に対して、隙間を減少させるように垂直方向から傾いて立設された状態で溶接されていることを特徴とする。

概要

背景

従来、T字継手部を備えたレーザー溶接形鋼にあって、形成された溶融部の形状を適正なものとして所望の接合強度、所望の耐食性を確保したレーザー溶接形鋼を提供する方法として、以下の技術が提案されている。

かかるレーザー溶接は、いずれも鋼板からなるフランジ材に対してウェブ材の端部に垂直に押し当てられて形作られたT字状継手部がレーザー光の片側からの1パス照射によって溶融接合された形鋼であって、当該形鋼長手方向に垂直な断面の溶接部形状を、a:ウェブ材の表溶融幅溶接側)、b:ウェブ材の裏溶融幅(非溶接側)、c:フランジ材の板圧方向最大溶け込み深さ、d:フランジ材の表溶融幅(溶接側)、e:フランジ材の裏溶融幅(非溶接側)、Tw:ウェブ材の板厚としたとき、a>0mm、b>0mm、c≧0.14Tw、d≧0mm、e≧0mm、a+d≦2mm、b+e≦2mmとしたことを特徴とするものである(特許文献1)。

しかしながら、かかる方法は、フランジ材に対してウェブ材の端部が隙間なく当接していることが条件となる。すなわち、例えば、プレス抜き加工で加工された端面は長手方向に対して垂直に形成されておらず、斜面状に形成されるため、ウェブ材の端部がフランジ材の表面に隙間なく配置できない場合には、この方法では適切な溶融接合を行なうことができないという課題がある。

勿論、最新の技術においては、ファインブランキング抜きやシェービング抜き等のように垂直な断面を作製する打ち抜き技術は存在するが、高コストであり、生産性が低いことから、このような傾きを有する端面をそのまま利用して、安定かつ強力に溶接された溶接構造体及び溶接構造体の作成方法が望まれている。

概要

垂直な端面を有していないプレス断面を有する第2母材を使用して、第1母材に対してこのプレス断面をそのまま溶接しても、安定した高強度の溶接強度を有する溶接構造体を提供し、またこの溶接構造体の作製方法を提供する。本発明の溶接構造体は、金属からなる第1母材10と、端面が傾いて形成されているプレス断面を有する金属からなる第2母材20と、を有し、前記第2母材20の端面が前記第1母材10に対向するように立設して配置されてなり、かつ前記第2母材20の端面が前記第1母材10の面に対して、隙間を減少させるように垂直方向から傾いて立設された状態で溶接されていることを特徴とする。

目的

従来、T字継手部を備えたレーザー溶接形鋼にあって、形成された溶融部の形状を適正なものとして所望の接合強度、所望の耐食性を確保したレーザー溶接形鋼を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

金属からなる第1母材と、端面が傾いて形成されているプレス断面を有する金属からなる第2母材と、を有し、前記第2母材の端面が前記第1母材に対向するように立設して配置されてなり、かつ前記第2母材の端面が前記第1母材の面に対する隙間を減少させるように垂直方向から傾いて立設された状態で溶接されていることを特徴とする溶接構造体

請求項2

前記第2母材の端面と前記第1母材の面との隙間が、0.3mm以下となるように傾けて溶接されていることを特徴とする請求項1記載の溶接構造体。

請求項3

前記第2母材は屈曲部が形成され、溶接部位に対して前記屈曲部より遠い側の前記第2母材は、前記第1母材に対して垂直に立設されていることを特徴とする請求項1又は2に記載の溶接構造体。

請求項4

前記第2母材の溶接部位は、第2母材の所望の立設位置よりずらした位置に溶接されていることを特徴とする請求項3に記載の溶接構造体。

請求項5

前記第2母材と、前記第1母材とを架設する架設部材を備えていることを特徴とする請求項1から4のいずれか1項に記載の溶接構造体。

請求項6

前記第1母材は、自動車用シートレール装置アッパーレール又はロアレールであることを特徴とする請求項1から5のいずれか1項に記載の溶接構造体。

請求項7

請求項1から6のいずれか1項に記載の溶接構造体を作製する方法において、プレス抜き加工によって、端面をプレス方向に対して傾斜を有するように加工するプレス抜き工程と、前記プレス抜き工程によって抜き加工された第2母材の端面を溶接される第1母材に対して隙間を減少させるように傾斜して配置する配置工程と、前記配置工程によって配置された前記第1母材と前記第2母材とをレーザー溶接する溶接工程と、からなることを特徴とする溶接構造体の作製方法

請求項8

さらに、前記プレス抜き工程において抜き加工された前記第2母材に屈曲部を形成する屈曲工程を含むことを特徴とする請求項7に記載の溶接構造体の作製方法。

技術分野

0001

本発明は、溶接構造体及び溶接構造体の作製方法に関する。

背景技術

0002

従来、T字継手部を備えたレーザー溶接形鋼にあって、形成された溶融部の形状を適正なものとして所望の接合強度、所望の耐食性を確保したレーザー溶接形鋼を提供する方法として、以下の技術が提案されている。

0003

かかるレーザー溶接は、いずれも鋼板からなるフランジ材に対してウェブ材の端部に垂直に押し当てられて形作られたT字状継手部がレーザー光の片側からの1パス照射によって溶融接合された形鋼であって、当該形鋼長手方向に垂直な断面の溶接部形状を、a:ウェブ材の表溶融幅溶接側)、b:ウェブ材の裏溶融幅(非溶接側)、c:フランジ材の板圧方向最大溶け込み深さ、d:フランジ材の表溶融幅(溶接側)、e:フランジ材の裏溶融幅(非溶接側)、Tw:ウェブ材の板厚としたとき、a>0mm、b>0mm、c≧0.14Tw、d≧0mm、e≧0mm、a+d≦2mm、b+e≦2mmとしたことを特徴とするものである(特許文献1)。

0004

しかしながら、かかる方法は、フランジ材に対してウェブ材の端部が隙間なく当接していることが条件となる。すなわち、例えば、プレス抜き加工で加工された端面は長手方向に対して垂直に形成されておらず、斜面状に形成されるため、ウェブ材の端部がフランジ材の表面に隙間なく配置できない場合には、この方法では適切な溶融接合を行なうことができないという課題がある。

0005

勿論、最新の技術においては、ファインブランキング抜きやシェービング抜き等のように垂直な断面を作製する打ち抜き技術は存在するが、高コストであり、生産性が低いことから、このような傾きを有する端面をそのまま利用して、安定かつ強力に溶接された溶接構造体及び溶接構造体の作成方法が望まれている。

先行技術

0006

特開2012−152820号公報

発明が解決しようとする課題

0007

本発明は、垂直な端面を有していないプレス断面を有する第2母材を使用して、第1母材に対してこのプレス断面をそのまま溶接した場合であっても、安定した高強度の溶接強度を有する溶接構造体を提供し、またこの溶接構造体の作製方法を提供することにある。

課題を解決するための手段

0008

本発明は、上述の目的を達成するために、以下の手段を採った。

0009

本発明にかかる溶接構造体は、
金属からなる第1母材と、
端面が傾いて形成されているプレス断面を有する金属からなる第2母材と、
を有し、
前記第2母材の端面が前記第1母材に対向するように立設して配置されてなり、かつ前記第2母材の端面が前記第1母材の面に対する隙間を減少させるように垂直方向から傾いて立設された状態で溶接されていることを特徴とする。

0010

かかる構成を採用することによって、端面が傾斜して形成されていても、隙間を減少させた状態で溶接することができるので、溶接強度を向上させることができる。

0011

また、本発明にかかる溶接構造体において、前記第2母材の端面と前記第1母材の面との隙間が、0.3mm以下となるように傾けて溶接されていることを特徴とするものであってもよい。隙間が0.3mm以下の状態で溶接することによって、溶接強度を飛躍的に向上させることができる。

0012

また、本発明にかかる溶接構造体において、前記第2母材は屈曲部が形成され、溶接部位に対して前記屈曲部より遠い側の前記第2母材は、前記第1母材に対して垂直に立設されていることを特徴とするものであってもよい。かかる構成を採用することによって、第1母材に対して第2母材を傾けて溶接しても屈曲部より遠い部分は垂直に立設させた立設部を形成することができる。

0013

さらに、本発明にかかる溶接構造体において、前記第2母材の溶接部位は、前記第2母材の所望の立設位置よりずらした位置に溶接されていることを特徴とするものであってもよい。かかる構成を採用することによって、所望の位置に第2母材を立設することができる。

0014

さらに、本発明にかかる溶接構造体において、前記第2母材と、前記第1母材とを架設する架設部材を備えていることを特徴とするものであってもよい。かかる構成を採用することによって、第2母材をさらに強固に第1母材に固定することができる。

0015

さらに、本発明にかかる溶接構造体において、前記第1母材は、自動車用シートレール装置アッパーレール又はロアレールであることを特徴とするものであってもよい。本発明の溶接構造体は、シートレール装置のアッパーレール又はロアレールに好適に適用することができる。

0016

さらに、本発明にかかる溶接構造体を作製する方法は、
プレス抜き加工によって、端面をプレス方向に対して傾斜を有するように加工するプレス抜き工程と、
前記プレス抜き工程によって抜き加工された第2母材の端面を溶接される第1母材に対して隙間を減少させるように傾斜して配置する配置工程と、
前記配置工程によって配置された第1母材と第2母材とをレーザー溶接する溶接工程と、
からなることを特徴とする。

0017

さらに、前記溶接構造体を作製する方法において、
前記プレス抜き工程において抜き加工された第2母材に屈曲部を形成する屈曲工程を含むことを特徴とするものであってもよい。

発明の効果

0018

本発明は、垂直な端面を有していないプレス断面を有する第2母材を使用して、第1母材に対してこのプレス断面をそのまま溶接しても、安定した高強度の溶接強度を有する溶接構造体を提供し、またこの溶接構造体の作製方法を提供する。

図面の簡単な説明

0019

図1は、実施形態にかかる溶接構造体100を示す模式図である。
図2は、実施形態にかかる第2母材20の作製方法を示す模式図である。
図3は、プレス加工によって作製された第2母材20を垂直に立設した場合の状態を示す模式図である。
図4は、実施形態にかかる溶接構造体100の別形態を示す模式図である。
図5は、実施形態にかかる溶接構造体100の別形態を示す模式図である。
図6は、本発明にかかる溶接構造体100を自動車のシートレール装置のアッパーレールに適用した例を示す模式図である。
図7は、本発明にかかる溶接構造体100の効果を説明するための比較例を示す模式図である。
図8は、本発明にかかる溶接方法の別実施形態を示す模式図である。

実施例

0020

以下、本発明の実施形態について図面に沿って詳細に説明する。なお、以下に説明する実施形態及び図面は、本発明の実施形態の一部を例示するものであり、これらの構成に限定する目的に使用されるものではない。また、各図において対応する構成要素には同一又は類似の符号が付されている。

0021

本実施形態にかかる溶接構造体100は、図1に示すように、鋼材や鋼板等の金属からなる第1母材10と、プレス抜き加工によって加工された端面を有する金属製の第2母材20とを、レーザー溶接機50によってレーザー溶接したものである。

0022

溶接構造体100に使用される第2母材20は、図2に示すように、パンチ61とダイ62によるプレス抜き加工によって抜き加工されたものである。従って、第2母材20の端面21は、パンチ61の押圧によってせん断面破断面が形成され、端面(断面)21は第2母材20の平面22に対して垂直な面ではなく傾きを有するプレス抜き端面が形成される。この傾きは限定されるものではないが、概ね1°〜15°くらいの範囲で形成されることが多く、この傾きは金型によって調整することができる。このような傾いた端面21を有する第2母材20は垂直に立設して溶接すると、図3に示すように、第1母材10と第2母材20との間に大きな隙間が形成されてしまいレーザー溶接によって、完全に溶接されない部位が発生したり、穴あき部が形成されたり、溶接の弱い部位が発生する可能性がある。また、接点が小さいため、溶接後に製品が傾いてしまう可能性がある。そこで、本発明では、傾いた端面21を有する第2母材20は、第1母材10に対して傾けた状態で溶接される。傾けた状態とすることで第1母材10と第2母材20の端面との全体の隙間をより狭くすることができ、レーザー溶接した場合であっても溶接強度の向上を図ることができる。この際に傾いた端面21と同じ角度だけ傾けて溶接することが最も好ましい。例えば、3°傾いた端面を有する第2母材20に対しては、第2母材20を3°傾けた状態にし、隙間がなるべく小さくなるようにしてレーザー溶接されたものであることが好ましい。しかし、完全に同一角度でなくても、隙間がすべての部位で0.3mm以下となるように傾けた状態でレーザー溶接されたものであれば、問題なく溶接することができる。より好ましくは0.2mm以下の隙間で溶接したものが好ましい。

0023

こうして作製された溶接構造体100は、第1母材10と第2母材20の溶接の隙間減少及び溶接面の増大による溶接強度の向上を図ることができる。また、安定した溶接を行なうことができるため、作業性又は量産性の向上を図ることができる。

0024

なお、本実施形態は、上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得る。

0025

前述した溶接構造体100において、図4に示すように第2母材20に屈曲部23を設けてもよい。屈曲部23は、溶接部位から所定の距離において曲げ加工されたものであり、第2母材20の屈曲部23より上方部分が垂直に立設できるようにしたものである。すなわち、第2母材20を溶接する際の傾き具合に応じて、屈曲部23を屈曲させることで溶接部位より遠い部分を垂直に立設することができる。例えば、第2母材20の傾きが3°である場合には、(180°−3°)の屈曲部23を設けることによって屈曲部23より上を垂直に立設することができる。溶接位置は、図4に示すように、垂直に立設される第2母材20の中心線βと、溶接部における中心線γとの間隔x分、予めずらした状態で溶接することによって、第2母材20の垂直部分を所望の位置に配置することができる。すなわち、屈曲点から溶接部までの垂直距離x、屈曲角度θの場合には、x=ytanθ分、予めずらして溶接するとよい。

0026

また、このように屈曲形成された溶接構造体100に対して、図5に示すように、第2母材20の一部と、第1母体10の一部に架設するように架設部材22を取り付けることによって、第2母材20をより強固に固定することができる。

0027

また、前述した溶接構造体100において、第1母材10の面を予め傾きに合うように傾斜して配置し、第2母材20を第1母材10に対して傾けて溶接することで第2母材20が所望の傾きとなるようにすることができる。例えば、図6自動車用のシートレール装置のアッパーレールに応用した例が示してある。アッパーレールが第1母材10に相当し、このアッパーレールに取り付けられる例えばブラケット等の溶接部材が第2母材20に相当する。自動車用のシートレール装置のアッパーレール(10)は、少なくとも天面13とこの天面13から垂直に形成される側面14とを備え、天面13にシート用のブラケット20等が溶接される。このアッパーレールは、ハイテンション鋼を使用しているため、折り曲げの際にスプリングバッグ現象が発生する。そのため90°に曲げたい場合には、90°+αの角度で一端曲げを作製する必要がある。そのため、図6に示すように、天面13に本来不要な角度αを設けた後、後工程でプレスによって平面に戻すといった工程を行っている。ここで平面にしないと、従来の端面が垂直な第2母材を溶接した場合、図7に示すように第2母材が傾いてしまうからである。しかし、本実施形態にかかる第2母材20を使用することによって、天面を平面に戻す工程を行なうことなく、傾斜した状態で溶接することで第2母材20を垂直に立設させることができる。そのため、後工程が不要となる。同様にしてロアレールにも適用することができる。この場合ロアレールが第1母材10に相当し、ロアレールに溶接される溶接部材が第2母材20に相当する。

0028

以上のような溶接構造体は、以下の工程による溶接方法によって作製することができる。本実施形態にかかる溶接方法は、主として、プレス抜き工程、配置工程及び溶接工程とを含んでいる。

0029

プレス抜き工程は、図2に示すように、いわゆるパンチ61とダイ62からなる金型でプレスによって第2母材20を作製する工程である。プレス抜き加工は、パンチ61の押圧によって、第2母材20にせん断面と破断面が形成されやすく、端面21は垂直な面ではなく傾きを有する破断面又はせん断面が形成される。端面21の傾きは、パンチ61とダイ62の調整により傾きを調整することができ、所望の角度の端面21を作製することができる。

0030

配置工程は、傾きを有する端面21に合わせて、図1に示すように、第1母材10と第2母材20との隙間が0.3mm以下となるように傾けて配置する。配置方法は特に限定するものではなく、種々の方式を使用することができる。例えば、第2母材20の傾きに適応する治具を作製してもよい。

0031

溶接工程は、0.3mm以下の隙間に配置された第1母材10及び第2母材20をレーザー溶接機50によって溶接する工程である。使用するレーザーは特に限定するものではなく、CO2レーザーYAGレーザーその他溶接に使用可能なレーザーであればどのようなレーザーを使用してもよい。レーザーは、図8に示すように、第1母材10に対して第2母材20の反対側からレーザーを照射してもよい。

0032

本溶接方法において、プレス抜き工程において抜き加工された第2母材20に前述した屈曲部23を形成する屈曲工程を含んでいても良い。屈曲工程は、溶接工程の前に行っても良いし、溶接工程の後に行っても良い。

0033

また、本溶接方法において、第1母材10を加工する加工工程を含んでいても良い。例えば、シートレール装置のアッパーレールのように第1母材10を予め加工する工程を含んでいてもよい。かかる工程によって、第2母材20の立設方向を所望の方向に設置することができる。

0034

こうした上記実施形態にかかる溶接方法によって溶接された溶接構造物によれば、溶接の隙間減少及び溶接面の増大による溶接強度の向上を図ることができる。また、安定した溶接を行なうことができるため、作業性又は量産性の向上を図ることができる。さらに、溶接の隙間減少により溶接機ティーチング修正時間を削減することができる。

0035

なお、本発明は上述した実施形態に何ら限定されることはなく、本発明の技術的範囲に属する限り種々の態様で実施し得る。

0036

上述した実施形態で示すように、様々な金属部品の溶接構造体として、産業利用可能である。

0037

10…第1母材、13…天面、14…側面、20…第2母材、21…端面、22…平面、23…屈曲部、50…レーザー溶接機、61…パンチ、62…ダイ、100…溶接構造体

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