レーザースクリューウェルディングとは？トヨタ車ボディの接合剛性が60%アップ!?

クルマのボディ溶接の方法として広く採用されているのが、「スポット溶接」です。2枚の鋼板を電極で挟み、通電した際の電気抵抗による発熱で鋼板を溶かし、点接合をします。短い時間で接合ができるのですが、近接するスポット間の電流リークを避けるために、短いピッチで溶接ができず、高い接合剛性を実現することは困難です。

一方「レーザー溶接」は、レーザーを集光した熱で鋼板を溶かして接合します。点ではなく、線で溶接ができるので、スポット溶接に対して接合剛性を上げることができます。

ただし、2枚の鋼板間に微妙な隙間があると溶接がうまく行きません。また隙間が大きい場合は、溶け落ちや穴空きといった溶接不良が発生するため、溶接条件によっては品質が安定せず、適用できる範囲が限定されるという課題があります。

そのため「レーザー溶接」は、「スポット溶接」した点の間を補強するカタチで使われるのが、一般的です。

2012年にトヨタが公開したレーザースクリューウェルディング(LSW)とは、ロボットの先端に装着したレーザー発振器からレーザを照射して、重ねた鋼板を溶接する手法です。「スポット溶接」の補強的な役目ではなく、代替となる溶接技術です。従来の「レーザー溶接」に対して優れている点は、課題であった板隙による品質低下を、レーザー出力や走査パターンの適正化によって、解消していることです。

具体的には、次のような成果があります。
・スポット間隔を狭くでき、密度の高い溶接ができる(接合剛性の向上)
・スポット溶接の約3倍の速さで溶接が可能(生産効率の向上)
・片側からの溶接アクセスができるので、スポット溶接では困難な、狭い箇所や構造も溶接可能

ちなみに、4代目の現行プリウスに採用した効果は、打点ポイント数を旧型車に比べて30%増やすことができ、車両のねじり剛性は60%向上しています。

溶接技術の進化によるメリットは、走行性能の向上として表れます。

クルマは、加速・減速時やコーナリング時に、ボディがねじれながら走行しています。車体剛性が高いと、走行中のボディのねじれが抑制され、コーナリングフォースや駆動力を、確実に路面へ伝えることができるので、ステアリングやアクセルのレスポンスが向上します。

また、突起物を乗り越した後に生じる車体の揺れも、短い時間で収まるようになり、乗り心地(ダンピング感)も向上。車体各部の歪みに起因する、車体振動や騒音も低減できます。

さらに接合剛性を上げることで車体剛性が向上すれば、補強材を減らすなどの車体構造を見直すことができるため、車体の軽量化につながりますし、レーザースクリューウェルディングの特徴である、片側アクセスでの溶接は、スポット溶接に比べて接合できる部位が増えるので、骨格設計の制約が減り、軽量化設計も容易になります。

レーザースクリューウェルディングは、「スポット溶接」と「レーザー溶接」の課題を克服し、両方の特長を生かした画期的な技術といえます。最大の成果は、剛性や軽量化、生産性といった、トレードオフであった要求を、同時にクリアした点です。

優れたクルマづくりには、設計技術や開発技術に加えて、こうした生産技術の寄与もかかせないのです。