(57)【要約】【課題】製品形状に依存せず、大幅なコスト増加なしに、安定したシールド状態とすることができるレーザ溶接装置を得ること。【解決手段】本発明のレーザ溶接装置１００は、キャリア２とハブ３との間で溶接部が円形の周状に連続するワーク１に対してシールドガスを供給しながらレーザ溶接するものであり、溶接部に対向配置されてキャリア２とハブ３との間を通して溶接部にシールドガスを供給するメインノズル１３０と、キャリア２の円筒中心部で窓穴１１に対向して配置されて窓穴１１を通して溶接部にシールドガスを供給するサブノズル１４０と、ワーク１を回転させるワーク回転手段１１０と、サブノズル１４０をワーク１と同期回転させるサブノズル回転手段１５０と、キャリア２とハブ３との間を通して溶接部にレーザ光を照射し、ワーク１の回転により溶接部を走査する位置に固定配置されたレーザ光源１２０を有する。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
窓穴が設けられた第１の円筒状部材と該第１の円筒状部材の径方向外側に対向して同軸上に配置される第２の円筒状部材との間で溶接部が円形の周状に連続するワークに対してシールドガスを供給しながらレーザ光を照射して前記溶接部を溶接するレーザ溶接装置であって、
前記溶接部に対向配置されて前記第１の円筒状部材と前記第２の円筒状部材との間を通して前記溶接部に前記シールドガスを供給するメインノズルと、
前記第１の円筒状部材の円筒中心部で前記窓穴に対向して配置されて前記窓穴を通して前記溶接部にシールドガスを供給するサブノズルと、
前記ワークを回転させるワーク回転手段と、
前記サブノズルを前記ワークの回転と同期して回転させるサブノズル回転手段と、
前記第１の円筒状部材と前記第２の円筒状部材との間を通して前記溶接部に前記レーザ光を照射し、前記ワークの回転により前記溶接部を走査する位置に固定配置されたレーザ光源と、
を有することを特徴とするレーザ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接部にシールドガスを供給しながらレーザ光を照射して溶接するレーザ溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接部の近くに窓や孔があるワークをレーザ溶接する場合、これら窓や孔からシールドガスが抜けるのを避けるために、窓部に蓋もしくは蔽いのようなものを設置するか、シールドガスの流量を増やすことで対応している。特許文献１には、シールドガスの拡散を防ぐためにフード部で溶接部の周辺を蔽う技術が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平５-１３１２８８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば狭い空間の底部を溶接する場合には、蓋若しくは蔽いのようなものを設置することはスペース上容易ではない。一方、シールドガスによるシールド状態を確保するために、シールドガスの流量を増やすことは、コスト増加に直結するとともに、シールド状態を乱す原因となるため、容易には選択できない。
【０００５】
本発明は、上記の点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、製品形状に依存せず、大幅なコスト増加なしに、安定したシールド状態とすることができるレーザ溶接装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
上記課題を解決する本発明のレーザ溶接装置は、窓穴が設けられた第１の円筒状部材と該第１の円筒状部材の径方向外側に対向して同軸上に配置される第２の円筒状部材との間で溶接部が円形の周状に連続するワークに対してシールドガスを供給しながらレーザ光を照射して前記溶接部を溶接するレーザ溶接装置であって、前記溶接部に対向配置されて前記第１の円筒状部材と前記第２の円筒状部材との間を通して前記溶接部に前記シールドガスを供給するメインノズルと、前記第１の円筒状部材の円筒中心部で前記窓穴に対向して配置されて前記窓穴を通して前記溶接部にシールドガスを供給するサブノズルと、前記ワークを回転させるワーク回転手段と、前記サブノズルを前記ワークの回転と同期して回転させるサブノズル回転手段と、前記第１の円筒状部材と前記第２の円筒状部材との間を通して前記溶接部に前記レーザ光を照射し、前記ワークの回転により前記溶接部を走査する位置に固定配置されたレーザ光源と、を有することを特徴とする。
【０００７】
かかる構成によれば、窓穴を通してサブノズルから溶接部にシールドガスを供給するので、メインノズルから溶接部に供給されたシールドガスが窓穴から抜けるのを防ぐことができる。したがって、レーザ光を照射して溶接部を溶接する際に、安定したシールド状態とすることができ、安定した溶接品質を得ることができる。そして、レーザ光源を固定しているので、レーザ溶接装置の構造を簡単化でき、製造コストを低くすることができる。また、レーザ光の照射精度を高くすることができ、質の高い溶接を行うことができる。
【発明の効果】
【０００８】
本発明によれば、製品形状に依存せず、大幅なコスト増加なしに、安定したシールド状態とすることができる。
【０００９】
本発明に関連する更なる特徴は、本明細書の記述、添付図面から明らかになるものである。また、上記した以外の、課題、構成及び効果は、以下の実施形態の説明により明らかにされる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本実施の形態のレーザ溶接装置により溶接されるワークの全体斜視図。
【図２】図１のII−II線断面図。
【図３】図１のIII−III線断面図。
【図４】レーザ溶接装置の構成を説明する図。
【図５】図４のＶ−Ｖ線矢視図。
【図６】サブノズルの斜視図。
【図７】レーザ溶接装置の要部を拡大して一部断面で示す図。
【図８】シールド状態のフィードバック制御を説明するフローチャート。
【図９】フィードバック制御によるプラズマ受光強度の変化を示すグラフ。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
次に、本発明の実施の形態について説明する。
図１は、本実施の形態のレーザ溶接装置により溶接されるワークの全体斜視図、図２は、図１のII−II線断面図、図３は、図１のIII−III線断面図である。
【００１２】
本実施の形態では、オートマチックトランスミッションの内部構成部品をワーク１の例として説明する。ワーク１は、第１の円筒状部材であるキャリア２と第２の円筒状部材であるハブ３を備えており、キャリア２とハブ３との間で溶接部が円形の周状に連続する構成を有している。
【００１３】
キャリア２は、所定の肉厚を有する円筒形状の本体部１０を有しており、本体部１０の軸方向両側の端面中央には、それぞれ貫通孔１２、１３が設けられている。そして、本体部１０の外周面には、窓穴１１が設けられている。窓穴１１は、周方向に所定間隔をおいて複数設けられており、本実施の形態では、９０°の間隔をおいて合計で４個の窓穴１１が設けられている。窓穴１１は、本体部１０の軸方向に沿って軸方向一方の端面から他方の端面までの間に亘って一定幅で連続して開口する形状を有している。
【００１４】
そして、本体部１０の軸方向中央位置には、スリーブ１４が設けられている（図２及び図３参照）。スリーブ１４は、本体部１０から径方向外側に向かって突出する円板形状を有しており、その先端には、本体部１０の軸方向に対して平行でかつ周状に連続する外周面１４ａが形成されている。
【００１５】
ハブ３は、キャリア２の本体部１０の径方向外側に対向して同軸上に配置されている。ハブ３は、キャリア２の本体部１０よりも短軸で大径の円筒部２１を有している。円筒部２１は、キャリア２の本体部１０の外周面のうち、スリーブ１４から軸方向一方の端面までの範囲に亘って対向する大きさを有している。
【００１６】
円筒部２１の一方端部には、径方向内側に向かって突出する内フランジ状の円板部２２が設けられている。円板部２２は、キャリア２のスリーブ１４が圧入される内径の内周面２２ａを有している。円板部２２の内周面２２ａとスリーブ１４の外周面１４ａは、円形の周状に連続する突き合わせ面となり、レーザ溶接装置により突き合わせ溶接される溶接部となる。溶接部は、キャリア２の本体部１０とハブ３の円筒部２１との間に挟まれた底部に位置する。
【００１７】
図４は、レーザ溶接装置の構成を説明する図、図５は、図４のＶ−Ｖ線矢視図、図６は、サブノズルの斜視図、図７は、レーザ溶接装置の要部を拡大して一部断面で示す図である。
【００１８】
レーザ溶接装置１００は、ワーク１に対してシールドガスを供給しながらレーザ光を照射して溶接部を溶接するものであり、ワーク回転手段１１０と、レーザ光源１２０と、メインノズル１３０（図７参照）と、サブノズル１４０と、サブノズル回転手段１５０と、を有している。
【００１９】
ワーク回転手段１１０は、キャリア２の本体部１０とハブ３の円筒部２１との間が上方に向かって開口する姿勢状態でワーク１を保持し、ワーク１の中心軸周りに回転させる構成を有する。ワーク１を回転させる速度は、レーザ光源１２０のレーザ強度や溶接部の溶接深さなどの仕様に応じて設定される。
【００２０】
レーザ光源１２０は、ワーク回転手段１１０に保持されたワーク１に対して、ワーク１の上方から溶接部にレーザ光を照射し、ワーク１の回転によりレーザ光の照射点が溶接部を走査する位置に固定配置されている。レーザ光は、キャリア２の本体部１０とハブ３の円筒部２１との間の狭い空間を通して溶接部に照射される。
【００２１】
メインノズル１３０は、図７に示すように、レーザ光源１２０の近傍位置でかつ溶接部に対向配置されており、キャリア２の本体部１０とハブ３の円筒部２１との間を通して溶接部にシールドガスを供給するようになっている。メインノズル１３０は、本実施の形態では、レーザ光源１２０よりもワーク１の回転方向下流側の位置に配置されており、かかる位置からレーザ光の照射点に向けて所定量のシールドガスを供給する。
【００２２】
サブノズル１４０は、キャリア２の円筒中心部で窓穴１１に対向して配置されて窓穴１１を通して溶接部にシールドガスを供給する。サブノズル１４０は、窓穴１１の位置に対応して設けられている。本実施の形態では、ワーク１に４つの窓穴１１が９０°の間隔をおいて設けられているので、各窓穴１１に対向するように、４つの吐出口１４１が９０°の間隔をおいて十字状に並ぶように設けられている（図６参照）。
【００２３】
サブノズル回転手段１５０は、サブノズル１４０をワーク１に対してワーク１の軸方向に沿って往復移動させ、窓穴１１を通して溶接部にシールドガスを供給する高さ位置（図４参照）と、ワーク１の貫通孔１２からワーク１の外に抜き出された高さ位置とに選択的に配置させる。そして、サブノズル回転手段１５０は、サブノズル１４０をワーク１の回転と同期して回転させ、常に窓穴１１に対向した位置に配置し、ワーク１の回転中において窓穴１１から溶接部にシールドガスを常に提供し続けることができる（図５参照）。
【００２４】
したがって、図７に示すように、レーザ光源１２０からレーザ光を照射してレーザ溶接を行う際に、メインノズル１３０から溶接部に供給されたシールドガスが窓穴１１から漏れ出すのを防ぎ、溶接部でのシールド状態を安定に保つことができる。したがって、安定したビード表面を形成でき、かつプラズマ排出効果も安定化できるため、ビード内部も安定して形成できる。
【００２５】
図８は、シールド状態のフィードバック制御を説明するフローチャート、図９は、フィードバック制御によるプラズマ受光強度の変化を示すグラフである。
【００２６】
レーザ溶接装置１００は、上記構成に加えて、溶接中のプラズマの受光強度を検出する受光強度検出手段と、検出したプラズマの受光強度に基づいて、サブノズル１４０から供給するシールドガスのガス流量をフィードバック制御するフィードバック制御手段を有している。
【００２７】
シールドガスを用いたレーザ溶接の場合、シールドガスによる溶接部のシールド状態が不安定になると、溶接中に溶接部から発生するプラズマが多くなり、そのプラズマによってレーザ光の一部若しくは全てが遮断され、溶接部に十分な入熱が入らなくなる。その結果、溶接深さが著しく減少し、溶接品質を満たさなくなる。
【００２８】
本実施の形態では、受光強度検出手段によって、溶接中のプラズマを受光してその受光強度を絶えず検出する。そして、検出したプラズマの受光強度が予め設定された閾値αを超えた際には、サブノズル１４０から供給されるシールドガスのガス流量を増加させる制御を行う。サブノズル１４０から供給されるシールドガスのガス流量を増加させることで、溶接部のシールド状態を高めて溶接中に溶接部から発生するプラズマを減少させることができ、溶接品質を適切なものに制御することができる。
【００２９】
図８のフローに示すように、フィードバック制御手段では、受光強度検出手段により検出したプラズマ受光強度の測定値を計測する（Ｓ１０１）。そして、予め実験で求めて設定した閾値αと測定値とを常に比較し（Ｓ１０２）、測定値の方が大きい場合には（Ｓ１０３でＹＥＳ）、サブノズル１４０から供給するシールドガスのガス流量を増加させる（Ｓ１０４）。シールドガスの増加は、測定値が閾値αよりも小さくなるまで（Ｓ１０５でＹＥＳ）行われる。
【００３０】
したがって、例えば図９に示すように、プラズマ受光強度が閾値αよりも低いシールドＯＫ状態から、閾値αよりも高いシールドＮＧ状態となったときに、サブノズル１４０から供給されるシールドガスのガス流量が増加される。したがって、プラズマ受光強度は再び閾値αよりも低いシールドＯＫ状態に回復する。
【００３１】
以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、前記の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、前記した実施の形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。さらに、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。
【符号の説明】
【００３２】
１  ワーク
２  キャリア（第１の円筒状部材）
３  ハブ  （第２の円筒状部材）
１０  本体部
１１  窓穴
１２、１３  貫通孔
１４  スリーブ
１４ａ  外周面
２１  円筒部
２２  円板部
２２ａ  内周面
１００  レーザ溶接装置
１１０  ワーク回転手段
１２０  レーザ光源
１３０  メインノズル
１４０  サブノズル
１５０  サブノズル回転手段
【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】
2018126770.tif 000009
【図８】
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【図９】
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