(57)【要約】  【課題】リモートレーザ溶接法にて広範囲の溶接を行うにあたり、溶接部位の矯正のための加圧拘束とアシストガスの供給を効率良く行えるようにしたレーザ溶接用ワーククランプ装置を提供する。  【解決手段】クランプシリンダ１１にて進退駆動されることによりワークＷの溶接部位を加圧拘束するクランプ治具６を設ける。クランプ治具６のうち溶接ビードＢｗ形成位置に対応する部分に穴をあけてガスチャンバー部１２を形成するとともに、ガスチャンバー部１２に連通するアシストガス導入通路１３を設ける。アシストガスガス導入通路１３を通してガスチャンバー部１２にアシストガスを導入し、クランプ治具６による溶接部位の加圧拘束状態でガスチャンバー部１２に予めアシストガスを滞留させる。  【選択図】  図２
2006007237.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークの溶接部位にレーザビームを照射して溶接を施すにあたり、そのレーザ溶接に先立ってワークの溶接部位を加圧拘束するワーククランプ装置であって、
駆動手段にて進退駆動されることによりワークの溶接部位を加圧拘束するクランプ治具を設け、
このクランプ治具のうち溶接ビード形成位置に対応する部分に穴をあけてガスチャンバー部を形成するとともに、
ガスチャンバー部に連通するアシストガス導入通路を設け、
上記ガス導入通路を通してガスチャンバー部にアシストガスを導入することにより、クランプ治具による溶接部位の加圧拘束状態でガスチャンバー部にアシストガスを滞留させるようになっていることを特徴とするレーザ溶接用ワーククランプ装置。
【請求項２】
溶接部位が水平であって、その水平な溶接部位の上方からレーザビームを照射してレーザ溶接を施すようになっていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接用ワーククランプ装置。
【請求項３】
上記ガスチャンバー部の上面にレーザビームが透過可能な蓋体を設け、
クランプ治具による溶接部位の加圧拘束状態でガスチャンバー部が密閉空間となるように形成されていることを特徴とする請求項２に記載のレーザ溶接用ワーククランプ装置。
【請求項４】
レーザビームをミラーにより反射させて溶接軌跡に沿って誘導するリモートレーザ溶接法により溶接を施すようになっていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ溶接用ワーククランプ装置。
【請求項５】
重ね継手の形態で溶接を施すようになっていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ溶接用ワーククランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、例えば重ね継手の形態でレーザ溶接を施すにあたり、そのレーザ溶接に先立って溶接対象となるワークの溶接部位を隙間なきように矯正するべく加圧拘束するワーククランプ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
量産工程で使用されるレーザ溶接設備は、例えば溶接母機として多自由度の溶接ロボットを用い、その溶接ロボットの先端にレーザ加工ヘッド（溶接トーチ）を持たせる一方、ファイバーケーブルで伝達可能なＹＡＧレーザ等を用いて加工ヘッドから溶接部位に対しレーザビームを照射するようにしたものが主流を占めているが、例えば溶接ポイントが広範囲に点在する場合には加工ヘッドの移動に時間がかかるほか、狭い溝等のように加工ヘッドが干渉するような部位の溶接には対応できないことになる。
【０００３】
そこで、近年に至り、比較的長焦点のレーザビームをミラーにより反射させ、そのミラーの角度を可変制御することによりレーザビームを瞬時に移動させて溶接を施すようにしたリモートレーザ（スキャナーレーザ）溶接法と称される技術が特許文献１等で提案されている。
【特許文献１】特開２００３−１４５２８５号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
リモートレーザ溶接法は、ミラーを動かすことで離れた溶接ポイントに短時間でレーザビームを移動できる反面、先に述べたように溶接ポイントが広範囲に点在する場合には溶接部位を矯正するべく同部位を加圧拘束する装置が大型化するほか、溶接品質を安定化させるためのアシストガス（Ａｒ、Ｈｅ等の不活性ガス）を広範囲に且つ大量に噴射する必要があり、設備の小型化や簡素化ならびにコスト低減の上でなおも改善の余地を残している。
【０００５】
本発明はこのような課題に着目してなされたものであり、とりわけリモートレーザ溶接法にて広範囲の溶接を行うにあたり、溶接部位の矯正のための加圧拘束とアシストガスの供給を効率良く行えるようにしたレーザ溶接用ワーククランプ装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、ワークの溶接部位にレーザビームを照射して溶接を施すにあたり、そのレーザ溶接に先立ってワークの溶接部位を加圧拘束するワーククランプ装置であって、駆動手段にて進退駆動されることによりワークの溶接部位を加圧拘束するクランプ治具を設け、このクランプ治具のうち溶接ビード形成位置に対応する部分に穴をあけてガスチャンバー部を形成するとともに、ガスチャンバー部に連通するアシストガス導入通路を設け、上記ガス導入通路を通してガスチャンバー部にアシストガスを導入することにより、クランプ治具による溶接部位の加圧拘束状態でガスチャンバー部にアシストガスを滞留させるようになっていることを特徴とする。
【０００７】
基本となる溶接法としては、先に述べたようにレーザビームを瞬時に移動することができるリモートレーザ溶接法が好ましいが、必ずしもリモートレーザ溶接法に限定されない。
【０００８】
また、レーザビームとしては、例えばＹＡＧレーザのほかＣＯ2レーザを用いるものとし、また、アシストガスとしては、Ａｒ（アルゴン）あるいはＨｅ（ヘリウム）等の不活性ガスを用いるものとする。
【０００９】
したがって、この発明では、クランプ治具が広範囲の溶接部位を効果的に加圧拘束して同部位を矯正することになる。そして、そのクランプ治具による加圧拘束状態において、クランプ治具に形成されたガスチャンバー部がレーザビームの通過を許容する一方、そのガスチャンバー部にアシストガスが予め滞留していることにより溶接部位が不活性の状態となり、溶接品質の安定化を図ることができる。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、クランプ治具がアシストガスを滞留させておくガスチャンバー部としての機能を兼ね備えているため、設備の小型化と簡素化を図ることができることはもちろんのこと、アシストガスをガスチャンバー内に滞留させることによって連続的且つ大量にアシストガスを噴射する必要がなく、使用ガス量の低減と無駄をなくしてコストの低減に寄与できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１以下の図面は本発明の好ましい実施の形態を示しており、特に図１はリモートレーザ溶接法の概略構成を、図２は図１の要部拡大図をそれぞれ示している。
【００１２】
リモートレーザ溶接法は、図１に示すように、レーザ発振器１から発振されたレーザビームＬｂをミラー内蔵型の導管２にて二つの可動式のミラー３，４に導き、これらのミラー３，４の角度を可変制御することにより、最終的に被溶接物たるワークＷの所定の溶接部位にレーザビームＬｂを導いて溶接を施すものである。なお、各ミラー３，４は一軸または二軸の可変自由度を有しているものであり、これらのミラー３，４の可変自由度は溶接部位の瞬時の移動のほか、特定の溶接部位でのレーザビーム照射位置の連続的な移動に使用される。
【００１３】
図２は図１の詳細としてレーザ溶接用ワークランプ装置を示しており、ブロック状のセット治具５の上に、アウタパネルＰａとインナパネルＰｂとを左右一対のフランジ部Ｆ，Ｆ同士をもって重ね合わせてなるワークＷを水平姿勢にて位置決めする。そして、ワークＷのフランジ部Ｆ，Ｆ同士の間の隙間をなくしてこれを矯正するべく、クランプ治具６にてワークＷのフランジ部Ｆ，Ｆをセット治具５に押し付けてクランプし、その状態でフランジ部Ｆ，Ｆを溶接部位としてこれにレーザビームＬｂを照射することにより、いわゆる重ね継手の形態でレーザ溶接が施されることになる。
【００１４】
なお、図２では片側のフランジ部Ｆ，Ｆ同士の重合部についてのみクランプ治具６を描いているが、もう一方のフランジ部Ｆ，Ｆ同士の重合部についても同様にクランプ治具６が配置されることは言うまでもない。
【００１５】
クランプ治具６は、フラットバー状の押さえプレート７と一体に一対のアーム８が延設形成されたものであって、アーム８はヒンジピン９を介して固定式のブラケット１０に旋回可能に支持されているとともに、アーム８には駆動手段である一対のクランプシリンダ１１のピストンロッド１２が連結されている。これにより、クランプ治具６はクランプシリンダ１１の伸縮作動に応じて旋回動作、すなわちセット治具５上のフランジ部Ｆ，Ｆに対して進退移動して、そのフランジ部Ｆ，Ｆを加圧拘束するようになっている。
【００１６】
本実施の形態では、図２から明らかなように、フランジ部Ｆ，Ｆの長手方向に沿ってその三箇所に間歇的にレーザ溶接を施す場合を想定しており、クランプ治具６の押さえプレート７のうち実際の溶接位置に一致する部分には三つの穴をあけて相互に独立したガスチャンバー部１２，１２を形成してある。
【００１７】
ガスチャンバー部１２，１２は、上記のようなレーザ溶接に際してレーザビームＬｂの通過を許容する領域にほかならず、図２のほか図３，４に示すように、最終的に溶接ビードＢｗが形成された領域を囲繞しつつ、その溶接ビードＢｗの周囲を不活性化させるのに必要なアシストガスを貯留できるだけの大きさの空間となっている。そして、押さえプレート７には各ガスチャンバー部１２，１２に連通するアシストガス導入通路１３が形成されているとともに、アシストガス導入通路１３の開口端部である導入ポート１４にはチューブ１５が接続されるようになっていて、図示しないガスボンベ等のガス供給源からアシストガスとしてＡｒ（アルゴン）あるいはＨｅ（ヘリウム）等の不活性なガスが供給されるようになっている。
【００１８】
したがって、このように構成されたレーザ溶接用ワーククランプ装置によれば、図２ではクランプ治具６がフランジ部Ｆ，Ｆをクランプしている状態を示しているが、クランプ治具６がアンクランプ状態、すなわちクランプ治具６のアーム８が直立姿勢にある状態で、ワークＷがセット治具５上に投入されて位置決めされる。
【００１９】
セット治具５上にワークＷが位置決めされると、図２に示すようにクランプ治具６がクランプ状態となって、ワークＷのフランジ部Ｆ，Ｆを加圧拘束する。そして、実際の溶接に先立って、アシストガス導入通路１３を介してＡｒ等のアシストガスをガスチャンバー部１２，１２に導入してフルに充満もしくは滞留させる。この場合、特にＡｒは空気よりも重いためそれ自体でガスチャンバー部１２，１２内に滞留して、溶接位置近傍の雰囲気を不活性雰囲気とする上で好都合となる。したがって、ガスチャンバー部１２，１２内にアシストガスを充満もしくは滞留させたならば、連続してアシストガスを供給し続ける必要はない。
【００２０】
各ガスチャンバー部１２，１２にアシストガスを導入したならば、先に述べたリモートレーザ溶接法により、ガスチャンバー部１２，１２ごとにそのガスチャンバー部１２，１２を通してフランジ部Ｆ，ＦにレーザビームＬｂを照射してレーザ溶接を施す。すなわち、各ガスチャンバー部１２，１２ごとにレーザビーム照射位置に図５のような溶け込みＳができ、最終的には図４に示すようにレーザビームＬｂの移動軌跡として溶接ビードＢｗが形成されることでレーザ溶接が施される。
【００２１】
この場合、ガスチャンバー部１２，１２内でのレーザビームＬｂの連続的な移動はもちろんのこと、例えば一つ目のガスチャンバー部１２から二つ目のガスチャンバー部１２へのレーザビームＬｂの瞬間的な移動は、図１に示したミラー３，４の角度の可変制御にて行うものとする。
【００２２】
このように本実施の形態によれば、ワークＷのフランジ部Ｆ，Ｆを矯正するべくこれを加圧拘束するクランプ治具６が実質的にガスチャンバー部１２，１２とガス導入通路１３とを兼ね備えているため、設備の小型化と簡素化を達成できることになる。しかも、ガスチャンバー部１２，１２内に予めＡｒ等のアシストガスを充満もしくは滞留させることにより、多量のガスを供給し続ける必要もなく、少ないガス使用量で溶接品質の優れたレーザ溶接を施すことが可能となる。
【００２３】
図６は本発明の第２の実施の形態を示す図であり、図５と共通する部分には同一符号を付してある。
【００２４】
この第２の実施の形態では、ガスチャンバー部１２，１２内にＡｒ等のアシストガスを確実に封じ込めるために、ガスチャンバー部１２，１２の上面に蓋体１４を設けて、実質的にアシストガスを封じ込めたガスチャンバー部１２，１２を密閉空間とするようにしたものである。
【００２５】
ただし、レーザビームＬｂの種類および蓋体１４の材質によってはレーザビームＬｂそのものの透過が蓋体１４により遮られてしまうこともあることから、例えばレーザビームＬｂとしてＣＯ２レーザを使用する場合には薄いジンクセレン板（ＣＯ２レーザを透過する亜鉛とセレンの合金）製の蓋体１４を使用するものとし、またＹＡＧレーザを使用する場合には、ガラス板製の蓋体１４を用いるものとする。
【００２６】
この第２の実施の形態によれば、ガスチャンバー部１２，１２の密閉製が高くなって、溶接品質が一段向上するようになる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明に用いられるリモートレーザ溶接法の概略を示す説明図。
【図２】本発明に係るレーザ溶接用クランプ装置の具体的な実施の形態を示す要部斜視図。
【図３】図２におけるクランプ治具の斜視図。
【図４】図３の平面説明図。
【図５】図４のＡ−Ａ線に沿う断面図。
【図６】本発明の第２の実施の形態を示す断面図。
【符号の説明】
【００２８】
３，４…ミラー
５…セット治具
６…クランプ治具
７…押さえプレート
１１…クランプシリンダ（駆動手段）
１２…ガスチャンバー部
１３…アシストガス導入通路
Ｂｗ…溶接ビード
Ｌｂ…レーザビーム
Ｗ…ワーク
【図１】
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【図２】
2006007237.tif 000004
【図３】
2006007237.tif 000005
【図４】
2006007237.tif 000006
【図５】
2006007237.tif 000007
【図６】
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