JP2009018326A - レーザースポット溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗スポット溶接は、スパッタ（散り）の発生をゼロにすることはできず周囲の部材の誤作動の原因になる欠点があり、レーザースポット溶接は、ワークＷＷ間の密着度が低い場合は、求められる強度をもった溶接ができない欠点があった。
【解決手段】ワークＷＷの両側からワークＷを加圧可能な中空円筒チップ１ａ、１ｂを設け、一方側の中空円筒チップ１ａの内にはレーザーを発信可能なグラスファイバー２の先端２０を円筒端部１０から一定間隔をおいて設けるとともに、中空円筒チップ１ａの側壁面にガス抜き孔３を開け、他方側の中空円筒チップ１ｂの内には、熱センサー５を設けたレーザースポット溶接装置による。
【選択図】 図１

Description

この発明は、自動車製造工場等の製造現場で、鋼板等の被溶接材（ワーク）間をレーザーを用いて溶接するレーザースポット溶接装置に関する。

自動車製造組立ラインにおいて、鋼板等の被溶接材（ワーク）間を溶接するためには抵抗スポット溶接や、レーザー溶接が知られている。

抵抗スポット溶接は、様々な方式が知られているが、溶接しようとするワーク２枚間のスポット部に両側から電圧を掛けてワークの電気抵抗を利用して溶接するものである。

また、レーザースポット溶接は、溶接しようとするワーク２枚間のスポット部の片側からアクセスしてレーザー放射によりスポット部を溶接するものである。

しかし抵抗スポット溶接は、スパッタ（散り）の発生が起きやすく、スパッタの発生をゼロにすることはできなかった。そのため治具可動部にスパッタが着く不具合や、センサーにスパッタが付着して本来のセンサーの働きができず誤作動の原因になる欠点があった。

また、レーザースポット溶接は、抵抗スポット溶接と異なりスパッタの発生は無く、片側からのアクセスのため、溶接部位への自由度が高く、また熱影響が少ないため製品精度が良いというメリットがある。

しかしながら、従来のレーザースポット溶接（図４参照）では、片側からのアクセスのため２枚のワークＷ、Ｗ間の密着度が低い場合は、求められる強度をもった溶接ができない欠点があった。更に、レーザーＬの発信部位とワークＷの距離Ｄを一定に保つ必要があるため、ワークの設置位置の精度、ワーク間の精度が必要であるため、ワーク固定治具が必要であった。

上記課題を解決するために、ワークの両側からワークを加圧可能な中空円筒チップを設け、一方側の中空円筒チップの内にはレーザーを発信可能なグラスファイバーの先端を円筒端部から一定間隔をおいて設けるとともに中空円筒チップの側壁面に複数のガス抜き孔を開け、他方側の中空円筒チップの内には、熱センサーを設けたことを特徴とするレーザースポット溶接装置を提案する。

又、中空円筒チップが、レーザー光を通過させない素材で設けられている０００８欄に記載のレーザースポット溶接装置を提案する。

２つの中空円筒チップが、サーボ加圧ユニットのサーボガンに設けられる０００８欄又は０００９欄に記載のレーザースポット溶接装置を提案する。

この発明によれば、レーザーの発信部を中空円筒チップ内に設け円筒端部から一定間隔をおいて設けてあるため、スパッタが散ることが全く無くなった。完全スパッタレスの効果は以下の通りである。治具可動部や周辺センサーにスパッタが着くことがないため治具可動部や周辺センサーの誤作動が無くなった。スパッタが付着しないため駆動チェーンやＬＭレールなどの寿命が延びる。塗装工場への鉄粉の持込みが減少するため、塗装品質が向上した。また、抵抗スポット溶接時にできる磁界が発生しないため、周辺センサー（ワーク密着度確認等）の誤作動が無くなった。冷却のために必要だった配水管が不用となった。

両側から中空円筒チップでスポット溶接部分を挟み付けるため、従来のレーザースポット溶接の欠点であったワーク間の密着度不足を防ぐことができ溶接精度が向上した。

更に、レーザーの発信部が、中空円筒チップの端部から一定の間隔で固定配置されているため、レーザー発信部とワークとの間隔を一定の距離として確実に保持できるため精度の高いレーザースポット溶接ができるようになった。

抵抗スポット溶接と比較すると、トランス及び冷却ホースが不用になるとともにサーボガンによるワークへの両側からの加圧力がワーク密着力のみのため、サーボガンを小型化、軽量化できる。そのために設置や移動などの作業が容易になった。

また、非接触溶接で溶着の心配がないためスポット溶接部間の高速移動が可能になった。

更に、従来のレーザースポット溶接では、作業者の目をＹＡＧレーザーの紫外線から守るため工程全周囲に保護囲いを設置する必要があったが、この発明では請求項２のようにレーザーが通過しない素材で形成することにより密閉されるため、保護囲い設置の必要がなくなった。

次ぎに、この発明の実施形態であるレーザースポット溶接装置の斜視説明図である図１、同じく要部拡大説明図である図２、従来の抵抗スポット溶接の斜視説明図である図３、従来のレーザースポット溶接の要部拡大説明図である図４に基づいて説明する。

この発明の実施形態であるレーザースポット溶接装置は、２枚の鋼板であるワークＷ、Ｗの両側からワークＷ、Ｗを加圧可能な２つの中空円筒チップ１ａ、１ｂとを有する。２つの中空円筒チップ１ａ、１ｂは、それぞれサーボ加圧ユニット４の部材として設置されており、その端部間に被溶接部材であるワークＷ、Ｗを保持可能な構成である。２つの中空円筒チップ１ａ、１ｂは、金属製からなり、円筒内径は約２５ｍｍφ程度である。

一方側の中空円筒チップ１ａは、その中空内部にはレーザーを発信可能な素材、この実施形態ではグラスファイバー２を設け、グラスファイバー２の先端２０を円筒端部１０から一定間隔をおいて固定して設けている。この実施形態ではレーザーを発信可能な素材２は、グラスファイバーである。

中空円筒チップ１ａは、ほぼグラスファイバー２の先端２０の位置する側壁面付近に複数のガス抜き孔３を貫通孔として設ける。このガス抜き孔３の径は、１〜２ｍｍ程度であり、数は円周方向等間隔で８〜１０個程度である。

他方側の中空円筒チップ１ｂの内には、固定して熱センサー５を設けている。熱センサー５は、中空円筒チップ１ｂの端部から２〜３ｍｍ付近に固定して設けられている。

２つの中空円筒チップ１ａ及び１ｂは、サーボ加圧ユニット４のサーボガン４０に取り付けて設けられる。サーボ加圧ユニット４は、抵抗スポット溶接に使用されるサーボガンからトランスＴと冷却水用ホースＨを除いた装置であり、サーボガンでスポットするのと同じようにワークを両側から加圧し密着後にレーザースポットを行なう。サーボ加圧ユニット４は、抵抗スポット溶接のサーボ加圧ユニットより小型化される。

６は不活性ガス供給ホースであり、サーボ加圧ユニット４を通り中空円筒チップ１ａに連通している。

次のこの発明の実施形態であるレーザースポット溶接装置の作動について説明する。サーボ加圧ユニット４のサーボガン４０に取り付けられている２つの中空円筒チップ１ａ、１ｂにより鋼板等の被溶接部材であるワークＷ、Ｗを先端部１０、１０で挟み込み加圧密着させる。これによってワークＷとレーザー発信部であるグラスファイバー２の先端２０との距離は一定に保たれる。

この状態でグラスファイバー２の先端２０からレーザーＬを発信し、ワークＷ、Ｗのスポット溶接を行なう。溶接が完了したか否かはスポット溶接部が発熱して一定の温度になったか否かを、他方の中空円筒チップ１ｂに設けられている熱センサー５に感知して行なう。熱センサー５はあらかじめ定められた温度を感知すると溶接完了信号を発信して知らせる。

溶接時にスパッタが、もし発生した場合でも中空円筒チップ１ａ内に残り外には出ない。溶接時には、不活性ガス供給ホース６から中空円筒チップ１ａ内を通り溶接部位に不活性ガスＧが供給され、不活性ガスＧはガス抜き孔３から外部に排出される。

この発明は、自動車製造組立ライン等のワークスポット溶接を行なう製造現場においてスポット溶接装置として利用される。

この発明の実施形態であるレーザースポット溶接の斜視説明図 同じく要部拡大説明図 従来のレーザースポット溶接の斜視説明図 従来のレーザースポット溶接の要部拡大説明図

符号の説明

１ 中空円筒チップ
１０ 円筒先端
１ａ 中空円筒チップ（グラスファイバー入り）
１ｂ 中空円筒チップ（熱センサー入り）
２ レーザー発信素材（グラスファイバー）
２０ 素材端部（グラスファイバー端部）
３ ガス抜き孔
４ サーボ加圧ユニット
４０ サーボガン
５ 熱センサー
６ 不活性ガス供給ホース
Ｗ ワーク
Ｌ レーザー
Ｈ 冷却水用ホース
Ｔ トランス
Ｇ 不活性ガス
Ｄ 距離

Claims (3)

1. ワークの両側からワークを加圧可能な中空円筒チップを設け、一方側の中空円筒チップの内にはレーザーを発信可能なグラスファイバーの先端を円筒端部から一定間隔をおいて設けるとともに中空円筒チップの側壁面に複数のガス抜き孔を開け、他方側の中空円筒チップの内には、熱センサーを設けたことを特徴とするレーザースポット溶接装置。
2. 中空円筒チップが、レーザー光を通過させない素材で設けられている請求項１に記載のレーザースポット溶接装置。
3. ２つの中空円筒チップが、サーボ加圧ユニットのサーボガンに設けられる請求項１又は請求項２に記載のレーザースポット溶接装置。

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