(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
加熱によりガスが発生する被覆層にて表面処理されたワークを２枚の板材の重ね継手でレーザ溶接を行うレーザ溶接装置において、前記２枚の板材を、上側の板材から下側の板材に向けて押し付ける第１のワーク押付部材と、この第１のワーク押付部材と同方向から下側の板材のみを押し付けて前記２枚の板材相互の隙間を調整する第２のワーク押付部材とを備え、前記第１のワーク押付部材は、ワークにおけるレーザ光が照射される部位に対して溶接進行方向に先行した位置にあり、前記第２のワーク押付部材は、前記ワークにおけるレーザ照射部位近傍に位置して、前記第１のワーク押付部材と前記第２のワーク押付部材とは、溶接進行方向に対して相互にずれた位置にあることを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項２】
第２のワーク押付部材による下側の板材に対する押し付け方向の位置が、第１のワーク押付部材による上側の板材に対する押し付け方向の位置より、［上側の板材の板厚＋０．５］ｍｍ以内の範囲で押付方向にずれていることを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接装置。
【請求項３】
ワークは、亜鉛メッキ鋼板であることを特徴とする請求項１または２記載のレーザ溶接装置。
【請求項４】
加熱によりガスが発生する被覆層にて表面処理されたワークを２枚の板材の重ね継手でレーザ溶接を行うレーザ溶接方法において、第１のワーク押付部材により、前記２枚の板材を、上側の板材から下側の板材に向けて押し付けるとともに、第２のワーク押付部材により、前記第１のワーク押付部材と同方向から下側の板材のみを押し付けて前記２枚の板材相互の隙間を調整しながらレーザ溶接を行うレーザ溶接方法であって、前記第１のワーク押付部材は、ワークにおけるレーザ光が照射される部位に対して溶接進行方向に先行した位置にあり、前記第２のワーク押付部材は、前記ワークにおけるレーザ照射部位近傍に位置して、前記第１のワーク押付部材と前記第２のワーク押付部材とは、溶接進行方向に対して相互にずれた位置にあることを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項５】
ワークは、亜鉛メッキ鋼板であることを特徴とする請求項４記載のレーザ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、加熱によりガスが発生する被覆層にて表面処理されたワークを、２枚の重ね継手でレーザ溶接を行うレーザ溶接装置およびレーザ溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
亜鉛メッキ鋼板を重ね継手でレーザ溶接を行う場合（例えば特開平１０−１５６５６６号公報参照）、継手隙間を許容値以下にするために、図７に示すように、ワーク押付部材１によりワークＷを押し付け状態で、レーザ加工ヘッド３からレーザ光５をワークＷに照射して行っている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、上記した亜鉛メッキ鋼板の重ね継手溶接では、母材が溶融する温度に達したときに、メッキされている亜鉛がガス化する。
【０００４】
ところが、亜鉛がガス化する際に、ワークＷを構成する板材相互が密着して継手隙間が「０（ゼロ）」になっていると、ガス化した亜鉛が継手隙間から外部に放出されず、溶融池Ｍを吹き飛ばしてブローホールＢが発生し、溶接部の強度低下を招く。
【０００５】
上記した図７の例では、ワーク押付部材１が上側の板材を押圧すると、この板材が下方に変形し、この変形が下側の板材を押さえ込み、結果として２枚の板材相互間のギャップ（継手隙間）が小さくなっていく。さらに押さえ力が大きくなると、ワークＷ全体が弾性変形して隙間がほぼゼロとなり、亜鉛蒸気が抜けにくくなり、ブロホールの発生となる。
【０００６】
このように、一つのワーク押付部材１によって２枚の板材を押し付ける構成であると、継手隙間を非常に狭い状態で精度よく管理するために、押付力を微妙に調整する必要があり、ブロホールが発生しないような継手隙間とするには極めて困難なものとなっている。
【０００７】
そこで、この発明は、ブローホールの発生を抑制して溶接部の強度低下を防止することを目的としている。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
前記目的を達成するために、請求項１の発明は、加熱によりガスが発生する被覆層にて表面処理されたワークを２枚の板材の重ね継手でレーザ溶接を行うレーザ溶接装置において、前記２枚の板材を、上側の板材から下側の板材に向けて押し付ける第１のワーク押付部材と、この第１のワーク押付部材と同方向から下側の板材のみを押し付けて前記２枚の板材相互の隙間を調整する第２のワーク押付部材とを備え、前記第１のワーク押付部材は、ワークにおけるレーザ光が照射される部位に対して溶接進行方向に先行した位置にあり、前記第２のワーク押付部材は、前記ワークにおけるレーザ照射部位近傍に位置して、前記第１のワーク押付部材と前記第２のワーク押付部材とは、溶接進行方向に対して相互にずれた位置にある構成としてある。
【００１１】
請求項２の発明は、請求項１の発明の構成において、第２のワーク押付部材による下側の板材に対する押し付け方向の位置が、第１のワーク押付部材による上側の板材に対する押し付け方向の位置より、［上側の板材の板厚＋０．５］ｍｍ以内の範囲で押付方向にずれている構成としてある。
【００１２】
第２のワーク押付部材による板材に対する押し付け方向の位置が、第１のワーク押付部材による板材に対する押し付け方向の位置より、［上側の板材の板厚＋０．５］ｍｍを越えた範囲で押付方向にずれていると、板材相互の隙間が大きくなりすぎ、アンダカットや未溶接状態が発生する。
【００１３】
請求項３の発明は、請求項１または２の発明の構成において、ワークは、亜鉛メッキ鋼板である構成としてある。
【００１４】
請求項４の発明は、加熱によりガスが発生する被覆層にて表面処理されたワークを２枚の板材の重ね継手でレーザ溶接を行うレーザ溶接方法において、第１のワーク押付部材により、前記２枚の板材を、上側の板材から下側の板材に向けて押し付けるとともに、第２のワーク押付部材により、前記第１のワーク押付部材と同方向から下側の板材のみを押し付けて前記２枚の板材相互の隙間を調整しながらレーザ溶接を行うレーザ溶接方法であって、前記第１のワーク押付部材は、ワークにおけるレーザ光が照射される部位に対して溶接進行方向に先行した位置にあり、前記第２のワーク押付部材は、前記ワークにおけるレーザ照射部位近傍に位置して、前記第１のワーク押付部材と前記第２のワーク押付部材とは、溶接進行方向に対して相互にずれた位置にあるレーザ溶接方法としてある。
【００１５】
請求項５の発明は、請求項４の発明のレーザ溶接方法において、ワークは、亜鉛メッキ鋼板としてある。
【００１６】
【発明の効果】
請求項１の発明によれば、第１のワーク押付部材により２枚の板材を押し付けた状態で、第２のワーク押付部材により２枚の板材相互の隙間を調整しつつレーザ溶接が行えるので、２枚の板材相互の隙間を適正に保持しつつ、ブローホールの発生を抑制して溶接部の強度低下を防止することができる。また、第１のワーク押付部材による２枚の板材への押付動作により、２枚の板材の形状精度のばらつきを矯正でき、２枚の板材相互の隙間管理をより高精度に行うことができる。
また、第１のワーク押付部材と第２のワーク押付部材とが、溶接進行方向に対して相互にずれた位置にあるので、第１のワーク押付部材による２枚の板材の形状精度に対するばらつき矯正および、第２のワーク押付部材による２枚の板材相互の隙間の調整を確実に行うことができる。
さらに、第２のワーク押付部材により板材相互の隙間が調整された部位近傍が、レーザ照射されるので、ブローホールの発生を確実に抑制して溶接部の強度低下を防止することができる。
【００１９】
請求項２の発明によれば、第２のワーク押付部材による下側の板材に対する押し付け方向の位置が、第１のワーク押付部材による上側の板材に対する押し付け方向の位置より、［上側の板材の板厚＋０．５］ｍｍ以内の範囲で押付方向にずれているので、アンダカットや未溶接状態の発生を防止することができる。
【００２０】
請求項３の発明によれば、溶接時に亜鉛メッキ鋼板から発生するガス化した亜鉛が、第２のワーク押付部材によって調整された板材相互の隙間から外部に放出され、ブローホールの発生を防止することができる。
【００２１】
請求項４の発明によれば、第１のワーク押付部材により２枚の板材を押し付けた状態で、第２のワーク押付部材により２枚の板材相互の隙間を調整しつつレーザ溶接が行えるので、２枚の板材相互の隙間を適正に保持しつつ、ブローホールの発生を抑制して溶接部の強度低下を防止することができる。また、第１のワーク押付部材による２枚の板材への押付動作により、２枚の板材の形状精度のばらつきを矯正でき、２枚の板材相互の隙間管理をより高精度に行うことができる。
また、第１のワーク押付部材と第２のワーク押付部材とが、溶接進行方向に対して相互にずれた位置にあるので、第１のワーク押付部材による２枚の板材の形状精度に対するばらつき矯正および、第２のワーク押付部材による２枚の板材相互の隙間の調整を確実に行うことができる。
さらに、第２のワーク押付部材により板材相互の隙間が調整された部位近傍が、レーザ照射されるので、ブローホールの発生を確実に抑制して溶接部の強度低下を防止することができる。
【００２２】
請求項５の発明によれば、溶接時に亜鉛メッキ鋼板から発生するガス化した亜鉛が、第２のワーク押付部材によって調整された板材相互の隙間から外部に放出され、ブローホールの発生を防止することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、この発明の実施の形態を図面に基づき説明する。
【００２４】
図１は、この発明の実施の一形態を示すレーザ溶接装置の全体構成図である。ワークＷは、加熱によりガスが発生する、例えば亜鉛が表面処理としてメッキされている亜鉛メッキ鋼板である２枚の板材Ｗｕ，Ｗｄを重ね合わせたもので、この２枚の板材Ｗｕ，Ｗｄに対し、レーザ加工ヘッド７から照射されるレーザ光９により重ね継手溶接を行う。レーザ加工ヘッド７に一端が接続される光ファイバ１１の他端に設けられるレーザ発振器としては、ＹＡＧレーザを用い、図中で矢印Ａ方向にレーザ加工ヘッド７が移動しながら溶接を行う。すなわち、この矢印Ａ方向が溶接進行方向となる。
【００２５】
図２は、上記したレーザ溶接装置が使用される自動車の車体製造ラインの斜視図で、車体搬送ライン１３上を搬送される自動車の車体１５におけるルーフ１７とボディサイド１９との左右の接合部２１に対し、上記したレーザ溶接装置を保持したレーザ溶接用ロボット２３が、車体前後方向に沿ってレーザ溶接装置を移動させながら溶接作業を行う。なお、図２中で符号２５で示すものはレーザ発振器である。
【００２６】
図３は、上記した車体１５における接合部２１の断面図で、図中で左右方向が車幅方向に相当する。ボディサイドアウタ２７のフランジ２９上に、ルーフパネル３１のフランジ３３が重ね合わされて、この重ね合わされた接合部２１にレーザ光９を照射してレーザ溶接を行う。すなわち、この各フランジ２９，３３が、図１における板材Ｗｄ，Ｗｕにそれぞれ該当する。上記した図３において、レーザ加工ヘッド７は、紙面の裏側から表側に向けて移動する。
【００２７】
図１に示すレーザ加工ヘッド７の下端側部には、ピン保持ブラケット３５が、ワークＷに向けて突出して状態で装着され、その先端のピン保持部３７には、第１のワーク押付部材としての押付ピン３９と、第２のワーク押付部材としての隙間調整ピン４１とが、それぞれ取り付けられている。
【００２８】
図４は、図１における各ピン３９，４１による押付部の拡大された側面図で、図５はルーフパネル３１とボディサイドアウタ２７とを互いに離間させた状態での同押付部の斜視図である。押付ピン３９は隙間調整ピン４１に対し、ピン間距離Ｌだけ溶接進行方向Ａ側に位置し、各ピン３９，４１は、いずれも溶接進行方向Ａに対し、先端が後方側に向けて傾斜した状態となっている。
【００２９】
また、押付ピン３９は、図３に示すように、ルーフパネル３１のフランジ３３の上から下方に向けて押し付け、隙間調整ピン４１は、ボディサイドアウタ２７のフランジ２９のみを下方に向けて押し付ける構成となっている。このため、隙間調整ピン４１は、押付ピン３９に対し図１および図４中で紙面表側に位置していることになる。すなわち、押付ピン３９は、２枚の板材Ｗｕ，Ｗｄを上側の板材Ｗｕから押し付け、隙間調整ピン４１は、下側の板材Ｗｄのみを押し付けている。
【００３０】
さらに、隙間調整ピン４１によるワークＷに対する押し付け方向の位置は、押付ピン３９によるワークＷに対する押し付け方向の位置より、上側の板材Ｗｕの板厚ｔ程度のギャップｇだけ下方に位置している。なお、ここでのピン間ギャップｇは、上側の板材Ｗｕ（フランジ３３）の板厚をｔとすると、図４に示すように［ｔ＋０．５］ｍｍ以内の範囲であれば、ｇ＜ｔであってもよい。
【００３１】
そして、レーザ光９の照射位置としては、押付ピン３９より溶接進行方向後方側で、その照射位置の近傍にて隙間調整ピン４１が下側の板材Ｗｄすなわちフランジ２９を押し付ける構成となっている。
【００３２】
図１に示すように、レーザ溶接用ロボット２３はヘッド保持ブラケット４３を備えている。ヘッド保持ブラケット４３は、基部４５の先端に、図１中で上下方向に延長されるシリンダ取付部４７を備えるとともに、シリンダ取付部４７の上端に図１中で左方向に突出するガイド取付部４９を備えている。シリンダ取付部４７には、レーザ加工ヘッド７を上下動させるエアシリンダ５１が装着され、ガイド取付部４９には、レーザ加工ヘッド７の上下移動をガイドするガイドレール５３の上部が装着されている。
【００３３】
一方、レーザ加工ヘッド７には、ヘッド保持具５５が装着されている。ヘッド保持具５５は、レーザ加工ヘッド７に固定される固定部５７と、エアシリンダ５１のピストンロッド５９の先端が連結固定される連結部６１と、ガイドレール５３に沿って上下動するスライド部６３とを、それぞれ備えている。
【００３４】
また、レーザ加工ヘッド７の先端には、溶接フュームやスパッタからレーザ伝送系を保護したり、溶接部を保護するためのシールドガスとなる、アルゴンガスを吐出するノズル６５が設けられている。このノズル６５には、図２に示してあるアルゴンガスボンベ６７からガス配管６９を通してアルゴンガスが供給される。
【００３５】
上記した構成のレーザ溶接装置によれば、エアシリンダ５１の駆動により、そのピストンロッド５９が図１中で下方に進出移動することで、ヘッド保持具５５を介してレーザ加工ヘッド７が下方に移動し、これにより押付ピン３９および隙間調整ピン４１が、ワークＷを所定の加圧力によって下方に押し付けつつ、レーザ溶接用ロボット２３の教示動作に従ってレーザ加工ヘッド７が矢印Ａ方向に移動ながら、レーザ光９を隙間調整ピン４１近傍のフランジ３３（上側の板材Ｗｕ）上に照射する。
【００３６】
ワークＷの表面形状が滑らかでない場合や、ロボット教示のばらつきによる加圧力の変化は、エアシリンダ５１の作動により加圧力が一定となるよう調節する。
【００３７】
このとき、押付ピン３９は、２枚のフランジ３３，２９に対し、上側の板材Ｗｕであるフランジ３３を押し付ける一方、隙間調整ピン４１は、下側の板材Ｗｄであるフランジ２９のみを押し付けている。
【００３８】
溶接進行方向Ａに対して先行する押付ピン３９の役割は、上側のフランジ３３を下方に弾性変形させて下側のフランジ２９に押し付け、両フランジ３３，２９相互をなじませ、密着度を高める。つまり、フランジ３３，２９相互間の隙間をほぼゼロにする役割を持つ。通常、ワークＷには、図４に示すように、微小なうねり６７があり、このようなうねり６７が押付ピン３９の押付動作によって解消されることになる。
【００３９】
一方、後方の隙間調整ピン４１は、フランジ３３とフランジ２９との間の隙間を調整する役割を持っており、先行する押付ピン３９によって弾性変形させられて、うねりがなくなっている部分の下側のフランジ２９を押し付けるため、フランジ３３，２９相互間の隙間が安定したものとなる。安定した継手隙間が得られることで、ブローホールの発生を防止することができ、溶接部の強度低下を防止することができる。
【００４０】
以上の理屈から、安定した継手隙間を得るために、溶接進行方向に沿ったピン間距離Ｌは、隙間調整ピン４１により押し付ける位置が、押付ピン３９によりワークが弾性変形している部位で、かつ押付ピン３９に近づきすぎない位置となるように設定することが望ましい。
【００４１】
図６は、ワークに対し押付部材による所定の加圧力の基で、ブローホールが全く発生しない溶接割合（％）を、押付部材を一つとした従来のものと、押付部材を押付ピン３９と隙間調整ピン４１との二つとした本発明とを比較したものである。これによれば、本発明のものは、ブローホールが全く発生しない溶接割合が、従来のものに対し向上していることがわかる。なお、図６での溶接は、溶接進行方向に沿って間欠的に溶接を行う、いわゆるステッチ溶接を行った場合である。
【００４２】
なお、押付ピン３９と隙間調整ピン４１とのピン間ギャップｇについては、［ｔ＋０．５］ｍｍを越えた値であると、フランンジ３３，２９相互の隙間が大きすぎることになり、ブローホールは発生しにくくなるが、アンダカットやフランジ相互が充分に溶接されない未溶接状態が発生し、好ましいものではない。逆に、ピン間ギャップｇが、例え板厚ｔより小さくても、レーザ照射ポイントにてフランジ３３，２９相互の隙間を形成できるので、有効である。
【図面の簡単な説明】
【図１】この発明の実施の一形態を示すレーザ溶接装置の全体構成図である。
【図２】図１のレーザ溶接装置が使用される自動車の車体製造ラインの斜視図である。
【図３】図１のレーザ溶接装置によりレーザ溶接される自動車の車体の要部の断面図である。
【図４】図１の要部の拡大された側面図である。
【図５】図３におけるルーフパネルとボディサイドアウタとを互いに離間させた状態での要部の拡大された斜視図である。
【図６】押付部材によりワークを押し付けた状態で、ブローホールが全く発生しない溶接割合を、従来と本発明とで比較して示した説明図である。
【図７】従来例を示すレーザ溶接装置の全体構成図である。
【符号の説明】
Ｗ  ワーク
Ｗｕ  上側の板材
Ｗｄ  下側の板材
７  レーザ加工ヘッド
９  レーザ光
２９  フランジ（下側の板材）
３３  フランジ（上側の板材）
３９  押付ピン（第１のワーク押付部材）
４１  隙間調整ピン（第２のワーク押付部材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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