JP2002192379A - レーザ溶接方法及びその装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】インサート材などを用いずに重ね合わせたワー
クの間に間隙を形成して該ワークを溶接する。 【解決手段】位置決め機構１６は、基板５４に取着され
た板状のツール５６と、ツール５６の側面に所定間隔離
間して略平行にシム部材５８を介して取着されたツール
６０とから構成される。三角形状のツール５６は、基板
５４の下面に取着された上面５６ａの両端部に隣接する
傾斜面５６ｂと傾斜面５６ｃとの接合部に尖端６２が形
成される。形状がツール５６に略相似したツール６０
は、基板５４の下面と上面６０ａとの間にシム部材６４
を介挿し、上面６０ａの両端部に隣接する傾斜面６０ｂ
と傾斜面６０ｃとの接合部に尖端６６が形成されシム部
材５８とともにツール５６に取着される。尖端６２の長
さｌ１と尖端６６の長さｌ２との差ｌ３は、上部ワーク
Ｗ２の板厚Ｔ２と、下部ワークＷ１と上部ワークＷ２と
の間から亜鉛ガスが逃げられる隙間Ｈとを加算した長さ
に設定されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、重ね合わせたワー
クに対してレーザビームを照射することにより前記ワー
クを溶接するレーザ溶接方法及びその装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば、ワークを重ね合わせてレーザビ
ームを照射することにより溶接を行うレーザ溶接方法と
しては、特許第２７４３７０８号公報に開示されている
方法が知られている。

【０００３】このレーザ溶接方法は、亜鉛メッキされた
ワークの間に、薄いインサート材を介在させて溶接を行
う。この場合、インサート材を構成する有機物の融点及
び沸点は、亜鉛の融点及び沸点より低いものが選定され
ている。従って、ワークの間にインサート材を介在させ
た状態でレーザビームを照射することにより、先ずイン
サート材が気化し、その後に亜鉛メッキ材が気化する。
その際、最初にインサート材が気化することによりワー
クの間に間隙が形成され、その間隙から亜鉛メッキ材の
気化した亜鉛成分が導出されながらワーク同士が溶着さ
れる。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この従
来技術に係るレーザ溶接方法においては、亜鉛メッキさ
れたワークの間にインサート材を介在させる作業が必要
であるため、生産工程が増加するとともに、専門的技術
者の介在を必要とする。その結果、生産コストの高騰を
招くという問題点が指摘されている。さらに、例えば、
ワークが自動車の車体のような大型な部材に対してイン
サート材を介在させる作業は非常に煩雑であるという欠
点があった。

【０００５】本発明は、前記の欠点を克服するためにな
されたもので、例えば、インサート材などを介在させる
ことなく重ね合わされたワークの間に容易に間隙を形成
して該ワークを溶接することができ、これにより、生産
工程の簡略化と生産コストの低廉化を達成し、しかも、
ワークが自動車の車体のような大型な部材に対しても、
煩雑な作業を行うことなく溶接を施すことができるレー
ザ溶接方法及びその装置を提供することを目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、ワークを重ね
合わせ、前記重ね合わせた部位に対してレーザビームを
照射することにより該ワークを溶接するレーザ溶接方法
であって、位置決め機構の一方のツールは下部ワークを
押圧し、他方のツールは前記下部ワークに対して上部ワ
ークが隙間を有するように押圧した状態でレーザビーム
を照射して該ワーク同士を溶接することを特徴とする。

【０００７】また、本発明は、ワークを重ね合わせ、前
記重ね合わせた部位に対してレーザビームを照射するこ
とにより該ワークを溶接するレーザ溶接装置であって、
前記ワークの溶接部位の位置決めを行うための位置決め
機構を有し、前記位置決め機構は、所定間隔離間して略
平行に配設された少なくとも１組のツールと、前記１組
のツールに設けられた長さの異なる保持先端部とを備
え、少なくとも一つの保持先端部の長さは他の保持先端
部の長さより長く設定され、前記他の保持先端部の長さ
は前記一つの保持先端部により下部ワークを押圧した状
態で該下部ワークに対して上部ワークが隙間を有するよ
うに設定されることを特徴とする。

【０００８】本発明によれば、ツールの長い保持先端部
で重ね合わせた下部ワークを押え、ツールの短い保持先
端部により上部ワークを押えることにより、前記上部及
び下部ワーク間の隙間を所望の間隔にすることが可能に
なる。

【０００９】さらに、本発明によれば、重ね合わせた下
部ワークを基準にして上部ワークの溶接熱による変形量
を制御できるため、前記上部及び下部ワーク間の隙間を
安定して確保することができる。

【００１０】この場合、前記１組のツールは、略三角形
状に形成され前記ワークを押圧する保持先端部を有する
ことにより、上部及び下部ワークは前記保持先端部によ
り直線状に線接触で押圧されるので、前記ワークの塑性
変形が小さく抑えられ該ワークの位置精度を向上するこ
とができ、好適である。

【００１１】さらに、この場合、前記他のツールの長さ
は、そのツールに係合されるシム部材の厚さにより調整
すると、一つのツールの長さとの差が最適に保持される
ので、好適である。

【００１２】従って、本発明に係るレーザ溶接方法及び
その装置によれば、例えば、亜鉛メッキされたワークを
重ね合わせて溶接する場合に、長い保持先端部で下部ワ
ークを押え、短い保持先端部により上部ワークを押えて
レーザビームを照射することにより該ワークに施された
亜鉛メッキ材が気化し、しかも上部ワーク及び下部ワー
ク間に隙間を安定して確保することができるため、該隙
間から気化した亜鉛成分が流出して確実にワーク同士を
溶着することができ、スパッタやブローホールのない良
好な品質の重ね合わせの溶接が可能となる。

【００１３】しかも、従来にようなローラで押し付ける
タイプの溶接装置のように大きな力でワークを加圧する
必要がないので、ワークの精度に悪影響を与えない利点
もある。

【００１４】

【発明の実施の形態】本発明に係るレーザ溶接方法につ
きそれを実施するための溶接装置との関係において好適
な実施の形態を挙げ、添付の図１乃至図４を参照しなが
ら以下詳細に説明する。なお、このレーザ溶接装置は、
その用途が限定されるものではなく、例えば、自動車の
ルーフ部などの亜鉛メッキされた鋼板を重ね合わせて溶
接する場合に用いると好ましい。

【００１５】本実施の形態に係るレーザ溶接装置１０
は、図１に示されるように、原位置復帰機構１２と、レ
ーザビームヘッド１４と、位置決め機構１６とを有し、
ロボットアーム１８の先端に取着されている。

【００１６】原位置復帰機構１２はロボットアーム１８
に固着される支持ブラケット２０を有し、該支持ブラケ
ット２０は上面板２２と、この上面板２２に対して略直
交する長手方向に延在する側面板２４とを備える。前記
上面板２２には、エアシリンダなどのアクチュエータ２
６が取着され、前記側面板２４の内側面２４ａには、後
述する移動部材３０を摺動自在に支持するガイド部材２
８が取着されている。一側面がガイド部材２８に摺動自
在に支持された移動部材３０は、一側部がアクチュエー
タ２６のロッド３２にナット３４を介して螺着され、他
側部にロボットアーム１８側に指向して一体的に形成さ
れた屈曲部３６が設けられている。よって、移動部材３
０は、ガイド部材２８にガイドされてアクチュエータ２
６の駆動作用下に、長手方向（図１では上下方向）に沿
って往復動作可能に設けられている。屈曲部３６の上面
にナット３８を介して螺着されたねじ部材４０は、レー
ザビームヘッド１４のストローク量を調整する機能を有
し、前記ねじ部材４０のねじ込み量を増減させることに
より前記レーザビームヘッド１４の変位ストロークが調
整される。なお、前記側面板２４の下面に取着された弾
性部材４２は、ねじ部材４０が当接した際のストッパー
及び衝撃緩衝の機能を有する。

【００１７】移動部材３０の他側面には、ベースプレー
ト４４が固着されている。前記ベースプレート４４に
は、レーザビームＬを照射するためのレーザビームヘッ
ド１４が取着されている。このレーザビームヘッド１４
は、この内部に集光レンズ（図示せず）を保持し、光フ
ァイバ４６を介して送られるレーザビームＬを所定の焦
点距離で集光させてワークＷに照射するものである。

【００１８】前記移動部材３０の屈曲部３６の底面４８
には、ガイド部材５２が設けられる。前記ガイド部材５
２は、図１において下方に所定角度、例えば、レーザビ
ームＬの集光角度に準じて傾斜して延在する板状の保持
部５０を有する。前記ガイド部材５２の他側部には、ワ
ークＷの位置決めを行う位置決め機構１６が支持されて
いる。

【００１９】前記位置決め機構１６は、図２乃至図３に
示されるように、ガイド部材５２の他側部に取着した基
板５４に装着された板状のツール５６と、前記ツール５
６の側面に沿って所定間隔離間して略平行に配設された
シム部材５８を介して該ツール５６の側面に取着された
ツール６０とから構成される。この場合、ツール５６及
び６０は１組を構成する。

【００２０】前記ツール５６は三角形状である。この場
合、前記ツール５６は、基板５４の下面に取着された上
面５６ａと、この上面５６ａの両端部に隣接する傾斜面
５６ｂ、５６ｃとを有し、該傾斜面５６ｂ、５６ｃは下
方に延在し、これらの傾斜面５６ｂ、５６ｃの接合部に
尖端６２が形成される。前記尖端６２は、上面５６ａか
ら下方に鉛直方向に沿って長さｌ１を有して設けられ、
重ね合わせた下部ワークＷ１及び上部ワークＷ２よりな
るワークＷにレーザビームＬを照射する際に、下部ワー
クＷ１の上面を押圧して該下部ワークＷ１を押えるよう
に機能をする。この場合、傾斜面５６ｂは下方に所定角
度、例えばレーザビームＬの集光角度に沿って傾斜する
ように設けられている。

【００２１】一方、形状がツール５６に略相似するツー
ル６０は、基板５４の下面と該ツール６０の上面６０ａ
との間にシム部材６４が介挿され、且つ上面６０ａの両
端部に隣接する傾斜面６０ｂと傾斜面６０ｃとの接合部
には尖端６６が形成され、取付けボルト６８及びナット
７０により前記シム部材５８とともに前記ツール５６に
取着される。前記尖端６６は、上面６０ａから下方に鉛
直方向に沿って長さｌ２を有して設けられ、上部ワーク
Ｗ２の上面を押圧して該上部ワークＷ２を押えるように
機能する。なお、シム部材５８はツール５６及び６０間
の間隔、すなわち、尖端６２及び６６（保持先端部）間
の間隔を調整する機能を有する。

【００２２】このように、ツール５６、６０のそれぞれ
に形成される尖端６２、６６は、基板５４の下面からそ
れぞれ長さｌ１、ｌ２を有して、重ね合わせた下部ワー
クＷ１及び上部ワークＷ２のそれぞれの上面を押える。
よって、長さｌ１及びｌ２は、ｌ１＞ｌ２の関係に設定
されている。

【００２３】前記シム部材６４は、ツール６０の尖端６
６の長さｌ２を調整する機能を有する。前記尖端６６の
長さｌ２は、尖端６２により下部ワークＷ１を押えた状
態で上部ワークＷ２の板厚Ｔ２と、重ね合わせた下部ワ
ークＷ１と上部ワークＷ２との間からガス、例えば亜鉛
メッキ材のガスが逃げられる隙間Ｈ（図３参照）とが保
持できるように設定される。

【００２４】換言すれば、尖端６２の長さｌ１と尖端６
６の長さｌ２との差ｌ３は、上部ワークＷ２の板厚と、
重ね合わせた下部ワークＷ１と上部ワークＷ２との間か
ら亜鉛ガスが逃げられる隙間Ｈとを加算した長さに設定
されている。

【００２５】本実施の形態に係るレーザ溶接装置１０
は、基本的には以上のように構成されるものであり、次
にその作用及び効果について説明する。

【００２６】先ず、図１に示すように、亜鉛メッキされ
た長尺状のワークＷは、下部ワークＷ１と上部ワークＷ
２とを重ね合わせて位置決め機構１６により位置決めさ
れる。具体的には、アクチュエータ２６の駆動作用下に
移動部材３０を下降させ、位置決め機構１６がワークＷ
を押える。

【００２７】ここで、本実施の形態に係るレーザ溶接装
置１０は、図３に示されるように、ロボットアーム１８
の駆動作用下に、位置決め機構１６を前方にして矢印Ａ
方向に変位する。従って、下部ワークＷ１及び上部ワー
クＷ２の上面のそれぞれは、ツール５６の尖端６２、ツ
ール６０の尖端６６に押えられた状態で、レーザビーム
ヘッド１４から前記下部ワークＷ１及び上部ワークＷ２
に対してレーザビームＬがツール５６とツール６０との
間に照射される（図４参照）。

【００２８】レーザビームＬは下部ワークＷ１及び上部
ワークＷ２に対して垂直に照射されるとともに、前記レ
ーザビームＬを前記下部ワークＷ１及び上部ワークＷ２
に照射することによって該下部ワークＷ１及び上部ワー
クＷ２に施された亜鉛メッキが気化する。しかしなが
ら、尖端６６の長さｌ２は、上部ワークＷ２の板厚Ｔ２
と、下部ワークＷ１と上部ワークＷ２との間から亜鉛メ
ッキ材のガスが逃げる隙間Ｈとを保持するように設定さ
れているので、レーザビームＬの入熱及び重ね合わせ状
態の不良に起因して発生するワークＷ１及びＷ２の間の
隙間を最適に矯正することができる。

【００２９】さらに、隙間Ｈから気化された亜鉛メッキ
材のガスが流出して、確実に下部ワークＷ１と上部ワー
クＷ２とを溶着させることが可能となる。

【００３０】なお、下部ワークＷ１と上部ワークＷ２と
を溶接する際に、ツール５６の尖端６２及びツール６０
の尖端６６が溶接熱を帯びた場合には、冷却機構（図示
せず）によって冷却してもよい。

【００３１】下部ワークＷ１と上部ワークＷ２との溶接
が終了後、これらの下部ワークＷ１及び上部ワークＷ２
は次工程に搬送され最終的に製品として完成される。

【００３２】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
ツールの長い保持先端部で重ね合わせた下部ワークを押
え、ツール短い保持先端部により上部ワークを押えるこ
とにより、前記上部ワーク及び下部ワーク間の隙間を所
望の間隔にすることが可能になる。

【００３３】さらに、本発明によれば、重ね合わされた
下部ワークを基準にして上部ワークの溶接熱による変形
量を制御できるため、前記重ね合わせた上部ワーク及び
下部ワーク間の隙間を安定して確保することができる。

【００３４】従って、例えば、亜鉛メッキされたワーク
を重ね合わせて溶接する場合に、長い尖端で下部ワーク
を押え、短い尖端により上部ワークを押えてレーザビー
ムを照射することにより上部ワーク及び下部ワークに施
された亜鉛メッキが気化する等、上部ワーク及び下部ワ
ーク間に隙間を安定して確保することができるため、該
隙間から気化した亜鉛成分が流出して確実に上部ワーク
と下部ワークとを溶着することができ、スパッタやブロ
ーホールのない良好な品質の重ね合わせの溶接が可能と
なる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施の形態に係るレーザ溶接装置の一部を破
断させた状態を示す側面説明図である。

【図２】図１におけるレーザ溶接装置の位置決め機構の
近傍を示す一部省略拡大側面図である。

【図３】図１のＺ矢視方向からみたレーザ溶接装置の位
置決め機構の近傍を示す一部省略拡大説明図である。

【図４】図１におけるレーザ溶接装置の位置決め機構の
近傍を示す一部省略拡大斜視説明図である。

【符号の説明】

１０…レーザ溶接装置 １４…レーザビー
ムヘッド １６…位置決め機構 ５０…保持部 ５２…ガイド部材 ５４…基板 ５６、６０…ジグ部材 ５８、６４…シム
部材 ６２、６６…尖端 Ｈ…隙間 Ｌ…レーザビーム Ｗ…ワーク Ｗ１…下部ワーク Ｗ２…上部ワーク

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 小田 幸治 埼玉県狭山市新狭山１−10−１ ホンダエ ンジニアリング株式会社内 (72)発明者 北川 純 埼玉県狭山市新狭山１−10−１ ホンダエ ンジニアリング株式会社内 Ｆターム(参考） 4E068 BF00 CA14 CB05 DA14 DB15

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワークを重ね合わせ、前記重ね合わせた部
   位に対してレーザビームを照射することにより該ワーク
   を溶接するレーザ溶接方法であって、 位置決め機構の一方のツールは下部ワークを押圧し、他
   方のツールは前記下部ワークに対して上部ワークが隙間
   を有するように押圧した状態でレーザビームを照射して
   該ワーク同士を溶接することを特徴とするレーザ溶接方
   法。
2. 【請求項２】ワークを重ね合わせ、前記重ね合わせた部
   位に対してレーザビームを照射することにより該ワーク
   を溶接するレーザ溶接装置であって、 前記ワークの溶接部位の位置決めを行うための位置決め
   機構を有し、 前記位置決め機構は、所定間隔離間して略平行に配設さ
   れた少なくとも１組のツールと、 前記１組のツールに設けられた長さの異なる保持先端部
   と、 を備え、少なくとも一つの保持先端部の長さは他の保持
   先端部の長さより長く設定され、前記他の保持先端部の
   長さは前記一つの保持先端部により下部ワークを押圧し
   た状態で該下部ワークに対して上部ワークが隙間を有す
   るように設定されることを特徴とするレーザ溶接装置。
3. 【請求項３】請求項２記載のレーザ溶接装置において、 前記１組のツールは、略三角形状に形成され前記ワーク
   を押圧する保持先端部を有することを特徴とするレーザ
   溶接装置。
4. 【請求項４】請求項２記載のレーザ溶接装置において、 前記他のツールの長さは、そのツールに係合されるシム
   部材の厚さにより調整されることを特徴とするレーザ溶
   接装置。