(57)【要約】【課題】２つの部材が偏心状態であっても、その２つの部材を、偏心の影響を受けることなく、重ね合わせ溶接することができるレーザ溶接方法を提供する。【解決手段】軸部材２０と円形部材３０とを重ね合わせた状態で、軸部材２０を回転させながら、円形部材３０の外周縁部にレーザ光を照射して、それらを重ね合わせ溶接するレーザ溶接方法において、円形部材３０の外周縁部を軸部材２０に仮留め点ａ〜ｄで仮留めして、Ｚ軸と仮留め点ａ〜ｄとの間の仮留め距離Ｒａ〜Ｒｄを算出し、周方向に隣り合う仮留め距離Ｒａ，Ｒｂの差が閾値以下であるか否かを判定し、仮留め距離Ｒａ，Ｒｄの差を閾値以下ではないと判定した場合には、仮留め点ａ，ｂ間の中間位置を、新たな仮留め点ｅとして設定し、新たに周方向に隣り合う仮留め距離Ｒａ，Ｒｅの差が閾値以下になると、その仮留め点ａ，ｅ間を、仮留め距離Ｒａ，Ｒｅの平均値を溶接半径として溶接する。【選択図】図３
2019181485.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸心周りに回転する回転部材と円形部材とを軸方向に重ね合わせた状態で、前記回転部材を軸心周りに回転させながら、前記円形部材の外周縁部にレーザ光を照射して、前記回転部材と前記円形部材とを重ね合わせ溶接するレーザ溶接方法において、
前記円形部材の外周縁部に設定した３つ以上の仮留め点において、前記外周縁部を前記回転部材に仮留めし、
前記軸心と前記仮留め点との間の各距離を、仮留め距離としてそれぞれ算出し、
周方向に隣り合う仮留め距離の差が閾値以下であるか否かを判定し、
周方向に隣り合う仮留め距離の差を閾値以下ではないと判定した場合には、
その周方向に隣り合う仮留め点間の中間位置を、新たな仮留め点として設定し、
新たに周方向に隣り合う仮留め距離の差が前記閾値以下となるまで、新たな仮留め点を設定し続け、
新たに周方向に隣り合う仮留め距離の差が閾値以下になると、その周方向に隣り合う仮留め点間を、当該周方向に隣り合う仮留め距離の平均値を溶接半径として溶接する
ことを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
周方向に隣り合う仮留め距離の差を閾値以下であると判定した場合には、
その周方向に隣り合う仮留め点間を、当該周方向に隣り合う仮留め距離の平均値を溶接半径として溶接する
ことを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
前記閾値は、レーザ光が前記円形部材の外周縁部に照射されたときの当該レーザ光の直径とする
ことを特徴とする請求項１または請求項２記載のレーザ溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、２つの部材をレーザ光を用いて重ね合わせ溶接するレーザ溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
レーザ溶接は、接合したい２つの加工物間の接合部に対して、レーザ光を照射することにより、その接合部を溶融させて接合する溶接法である。そして、従来のレーザ溶接方法としては、例えば、特許文献１に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００４−１８３８０９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記従来のレーザ溶接方法は、シャフトとスラスト軸受との接合に適用したものであって、それらを軸方向に嵌合させた状態で、その嵌合境界部にレーザ光を照射して、両部材間を溶接するものである。
【０００５】
しかしながら、シャフト及びスラスト軸受は、公差寸法内で加工されていても、それらの各部における加工寸法は、一定ではなく、ばらついている。更に、溶接時において、シャフト及びスラスト軸受を、治具等を用いて位置決めした場合でも、その治具においても、同様の問題が生じてしまう。この結果、上記従来のレーザ溶接方法は、シャフトとスラスト軸受とを偏心状態で溶接することになり、溶接むらを発生させるおそれがある。
【０００６】
この発明は、上記のような課題を解決するためになされたもので、２つの部材が偏心状態であっても、その２つの部材を、偏心の影響を受けることなく、重ね合わせ溶接することができるレーザ溶接方法を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
この発明に係るレーザ溶接方法は、軸心周りに回転する回転部材と円形部材とを軸方向に重ね合わせた状態で、回転部材を軸心周りに回転させながら、円形部材の外周縁部にレーザ光を照射して、回転部材と円形部材とを重ね合わせ溶接するレーザ溶接方法において、円形部材の外周縁部に設定した３つ以上の仮留め点において、外周縁部を回転部材に仮留めし、軸心と仮留め点との間の各距離を、仮留め距離としてそれぞれ算出し、周方向に隣り合う仮留め距離の差が閾値以下であるか否かを判定し、周方向に隣り合う仮留め距離の差を閾値以下ではないと判定した場合には、その周方向に隣り合う仮留め点間の中間位置を、新たな仮留め点として設定し、新たに周方向に隣り合う仮留め距離の差が閾値以下となるまで、新たな仮留め点を設定し続け、新たに周方向に隣り合う仮留め距離の差が閾値以下になると、その周方向に隣り合う仮留め点間を、当該周方向に隣り合う仮留め距離の平均値を溶接半径として溶接するものである。
【発明の効果】
【０００８】
この発明によれば、２つの部材が偏心状態であっても、その２つの部材を、偏心の影響を受けることなく、重ね合わせ溶接することができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】この発明の実施の形態１に係るレーザ溶接方法が適用されるレーザ溶接装置の概略構成図である。図１Ａは、レーザ溶接装置の正面図である。図１Ｂは、レーザ溶接装置の平面図である。
【図２】２つの部材の構成を示した図である。図２Ａは、軸部材と円形部材との重ね合わせの様子を示した斜視図である。図２Ｂは、軸部材と円形部材とを重ね合わせた状態でそれらをレーザ溶接する様子を示した断面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係るレーザ溶接方法の手順を示したワーク平面図である。図３Ａは、円形部材をフランジ部に仮留めしたときの様子を示した図である。図３Ｂは、仮留め距離を算出したときの様子を示した図である。図３Ｃは、周方向に隣り合う仮留め距離の差がレーザ光の直径以下となるか否かを判定したときの様子を示した図である。図３Ｄは、周方向に隣り合う仮留め点間の中間位置を新たな仮留め点としたときの様子を示した図である。図３Ｅは、全ての仮留め点を設定したときの様子を示した図である。図３Ｆは、周方向に隣り合う仮留め距離の平均距離を算出したときの様子を示した図である。図３Ｇは、周方向に隣り合う仮留め点間をレーザ溶接したときの様子を示した図である。図３Ｈは、全ての仮留め間をレーザ溶接したときの様子を示した図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係るレーザ溶接方法の処理手順を示したフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、この発明の実施の形態について図面を参照しながら詳細に説明する。
【００１１】
実施の形態１．
図１Ａ及び図１Ｂは、実施の形態１に係るレーザ溶接方法が適用されるレーザ溶接装置の概略構成図である。図２Ａ及び図２Ｂは、２つの部材の構成を示した図である。
【００１２】
図１Ａ及び図１Ｂに示したレーザ溶接装置１は、実施の形態１に係るレーザ溶接方法が適用される装置である。図２Ｂに示すように、レーザ溶接装置１は、軸部材２０と円形部材３０とを同軸状に重ね合わせた状態で、軸部材２０をその軸心周りに回転させながら、円形部材３０の外周縁部にレーザ光Ｌを照射して、それらの間の重ね合わせ境界部を溶融することにより、軸部材２０と円形部材３０とを重ね合わせ溶接するものである。
【００１３】
図２Ａ及び図２Ｂに示すように、軸部材２０は、回転部材を構成するものであって、軸部２１及びフランジ部２２を備えている。円形部材３０は、円形状をなしており、所定の厚さを有している。そして、ワークを構成する軸部材２０と円形部材３０とは、円形部材３０がフランジ部２２の上面に仮留めされた状態から、レーザ光Ｌが円形部材３０の外周縁部に照射されることにより、重ね合わせ溶接されるものである。
【００１４】
そこで、図１Ａ及び図１Ｂに示すように、レーザ溶接装置１は、Ｘ軸基台１１、Ｙ軸基台１２、ステージ１３、支柱部材１４、撮影カメラ１５、レーザ照射ユニット１６、及び、ガス吹き付け用ノズル１７を備えている。
【００１５】
Ｘ軸基台１１は、レーザ溶接装置１の幅方向となるＸ軸方向に向けて延びる部材ある。Ｙ軸基台１２は、レーザ溶接装置１の前後方向となるＹ軸方向に向けて延びる部材である。そして、Ｘ軸基台１１とＹ軸基台１２とは、互いに直交するように設けられている。
【００１６】
ステージ１３は、Ｘ軸基台１１にＸ軸方向に移動可能に支持されると共に、Ｙ軸基台１２にＹ軸方向に移動可能に支持されている。また、ステージ１３は、その上面に取り付けられた軸部材２０を、レーザ溶接装置１の鉛直軸となるＺ軸周りに回転させることができる。
【００１７】
具体的に、軸部材２０は、ステージ１３の上面に治具等を介して取り付けられることにより、その中心軸がＺ軸と一致する。これにより、ステージ１３は、軸部材２０を、その中心軸を回転中心として回転させることができる。従って、軸部材２０は、ステージ１３と共に、Ｘ軸方向及びＹ軸方向に移動し、更に、ステージ１３によって、Ｚ軸周りに回転する。
【００１８】
なお、Ｘ軸、Ｙ軸、及び、Ｚ軸は、互いに直交する座標軸であって、直交座標系を構成するものである。
【００１９】
支柱部材１４は、柱部１４ａ、梁部１４ｂ、及び、ノズル取付部１４ｃを有している。柱部１４ａは、レーザ溶接装置１の側部に立てられている。梁部１４ｂは、柱部１４ａの上端に片持ち支持されている。ノズル取付部１４ｃは、梁部１４ｂの自由端側に設けられている。
【００２０】
撮影カメラ１５及びレーザ照射ユニット１６は、梁部１４ｂの長さ方向中間部に固定されている。このうち、撮影カメラ１５は、ステージ１３に取り付けられた軸部材２０のフランジ部２２と、このフランジ部２２の上面に載せられた円形部材３０とを、上方から撮影可能となっている。これにより、撮影カメラ１５は、円形部材３０の外周位置を検出することができる。これに対して、レーザ溶接装置１は、撮影カメラ１５によって撮影された撮影画像を利用して、Ｚ軸と円形部材３０の外周縁部における任意の点との間の距離を、算出することができる。
【００２１】
また、レーザ照射ユニット１６は、レーザ出力口１６ａを有しており、当該レーザ出力口１６ａから下方に向けて、レーザ光Ｌを連続的に出力可能となっている。即ち、レーザ出力口１６ａから出力されたレーザ光Ｌは、円形部材３０の外周縁部から、軸部材２０と円形部材３０との間における重ね合わせ境界部に至る照射範囲を、照射する。このとき、レーザ光Ｌの光軸は、Ｚ軸と平行となっている。そして、レーザ溶接装置１は、レーザ光ＬにおけるＺ軸を中心とした溶接半径を、ステージ１３におけるＸ軸方向の移動及びＹ軸方向の移動によって、調整可能となっている。
【００２２】
ガス吹き付け用ノズル１７は、ノズル取付部１４ｃに吊り下げ固定されている。また、ガス吹き付け用ノズル１７は、不活性ガスとなるシールドガスを、レーザ光Ｌの照射範囲に向けて吹き付けるものである。これにより、レーザ溶接装置１は、大気中の酸素を排除した雰囲気の中で、レーザ溶接を行うことができるため、重ね合わせ境界部の酸化を防止することができる。
【００２３】
次に、レーザ溶接装置１を用いたレーザ溶接方法の手順について、図３Ａから図３Ｈを用いて詳細に説明する。
【００２４】
先ず、図３Ａに示すように、作業者は、ステージ１３の上面に軸部材２０を設置した後、そのフランジ部２２の上面に円形部材３０を載せる。続いて、作業者は、円形部材３０の外周縁部に、仮留め点ａ〜ｄを設定し、これらの仮留め点ａ〜ｄにおいて、円形部材３０の外周縁部をフランジ部２２の上面に仮留めする。
【００２５】
なお、上述したように、円形部材３０の外周縁部は、フランジ部２２に４つの点で仮留めされているが、仮留め点の数量は、３つ以上であれば良い。
【００２６】
次いで、図３Ｂに示すように、撮影カメラ１５は、仮留めされた円形部材３０を撮影して、仮留め点ａ〜ｄの位置を検出する。即ち、撮影カメラ１５は、仮留め点ａ〜ｄのＸ，Ｙ座標をそれぞれ検出する。続いて、レーザ溶接装置１は、撮影カメラ１５の検出結果に基づいて、Ｚ軸と仮留め点ａ〜ｄとの間の各距離を算出する。レーザ溶接装置１によって算出された各距離は、仮留め距離Ｒａ〜Ｒｄとなる。
【００２７】
そして、図３Ｃに示すように、レーザ溶接装置１は、円形部材３０の円周方向（以下、単に周方向と称す）において隣り合う仮留め距離Ｒａ，Ｒｂの差を算出する。続いて、レーザ溶接装置１は、算出した仮留め距離Ｒａ，Ｒｂの差が閾値以下であるか否かを判定する。ここで、閾値は、例えば、レーザ光Ｌの直径とする。このレーザ光Ｌの直径は、レーザ光Ｌが円形部材３０の外周縁部に照射されたときの照射直径である。
【００２８】
次いで、図３Ｄに示すように、レーザ溶接装置１が仮留め距離Ｒａ，Ｒｂの差をレーザ光Ｌの直径以下ではないと判定した場合には、作業者は、円形部材３０の外周縁部における周方向に隣り合う仮留め点ａ，ｂ間の中間位置を、新たな仮留め点ｅとして設定する。
【００２９】
同様に、レーザ溶接装置１は、周方向に隣り合う、仮留め距離Ｒｂ，Ｒｃの差、仮留め距離Ｒｃ，Ｒｄの差、及び、仮留め距離Ｒｄ，Ｒａの差を算出し、それらの差がレーザ光Ｌの直径以下であるか否かを判定する。
【００３０】
そして、図３Ｅに示すように、レーザ溶接装置１が仮留め距離Ｒｃ，Ｒｄの差をレーザ光Ｌの直径以下ではないと判定した場合には、作業者は、円形部材３０の外周縁部における周方向に隣り合う仮留め点ｃ，ｄ間の中間位置を、新たな仮留め点ｆとして設定する。続いて、レーザ溶接装置１は、撮影カメラ１５の検出結果に基づいて、Ｚ軸と仮留め点ｅ，ｆとの間の各距離を、仮留め距離Ｒｅ，Ｒｆとして算出する。
【００３１】
なお、実施の形態１に係るレーザ溶接方法においては、仮留め点ｅ，ｆの座標のみが必要とあるため、周方向中間位置となる仮留め点ｅ，ｆを、実際に仮留めするための点とはしない。
【００３２】
一方、図３Ｅに示すように、レーザ溶接装置１が、仮留め距離Ｒｂ，Ｒｃの差、及び、仮留め距離Ｒｄ，Ｒａの差を、レーザ光Ｌの直径以下であると判定した場合には、それらの各中間位置を、新たな仮留め点として設定しない。
【００３３】
次いで、図３Ｆに示すように、レーザ溶接装置１は、周方向に隣り合う、仮留め距離Ｒａ，Ｒｅの平均値、仮留め距離Ｒｅ，Ｒｂの平均値、仮留め距離Ｒｂ，Ｒｃの平均値、仮留め距離Ｒｃ，Ｒｆの平均値、仮留め距離Ｒｆ，Ｒｄの平均値、及び、仮留め距離Ｒｄ，Ｒａの平均値を、それぞれ算出する。
【００３４】
なお、図３Ｆは、仮留め距離Ｒａ，Ｒｅの平均値を算出した場合のみを代表して図示しており、レーザ溶接装置１によって算出された仮留め距離Ｒａ，Ｒｅの平均値は、平均距離Ｒａｅとなる。
【００３５】
そして、図３Ｇに示すように、レーザ溶接装置１は、周方向に隣り合う仮留め点ａ，ｅ間を、算出した平均距離Ｒａｅを溶接半径として、レーザ溶接する。即ち、平均距離Ｒａｅは、レーザ光ＬにおけるＺ軸を中心とした溶接半径となるものであって、円形部材３０の外周縁部における仮留め点ａ，ｅ間の円弧部分は、平均距離Ｒａｅを溶接半径として、レーザ溶接されることになる。
【００３６】
同様に、レーザ溶接装置１は、周方向に隣り合う、仮留め点ｅ，ｂ間、仮留め点ｂ，ｃ間、仮留め点ｃ，ｆ間、仮留め点ｆ，ｄ間、及び、仮留め点ｄ，ａ間を、算出した各平均距離を溶接半径として、レーザ溶接する。
【００３７】
従って、図３Ｈに示すように、レーザ溶接装置１は、円形部材３０の外周縁部において、複数の仮留め点ａ〜ｆによって周方向に分割された円弧部分ごとに、レーザ光Ｌの溶接半径を、当該レーザ光Ｌの直径に基づいて変更することによって、円形部材３０の外周縁部全周をレーザ溶接することができる。
【００３８】
次に、実施の形態１に係るレーザ溶接方法の処理手順について、図３Ａから図３Ｈを参照しつつ、図４を用いて詳細に説明する。
【００３９】
ステップＳＴ１において、作業者は、円形部材３０の外周縁部を、仮留め点ａ〜ｄでフランジ部２２に仮留めする（図３Ａ参照）。
【００４０】
ステップＳＴ２において、レーザ溶接装置１は、軸部材２０の回転中心となるＺ軸と、仮留め点ａ〜ｄとの間の仮留め距離Ｒａ〜Ｒｄを、算出する（図３Ｂ参照）。
【００４１】
ステップＳＴ３において、レーザ溶接装置１は、周方向に隣り合う仮留め距離Ｒａ，Ｒｂの差がレーザ光Ｌの直径以下であるか否かを判定する（図３Ｃ参照）。
【００４２】
ここで、レーザ溶接装置１が仮留め距離Ｒａ，Ｒｂの差をレーザ光Ｌの直径以下であると判定した場合には、その処理はステップＳＴ４に進む。一方、レーザ溶接装置１が仮留め距離Ｒａ，Ｒｂの差をレーザ光Ｌの直径以下ではないと判定した場合には、その処理はステップＳＴ５に進む。
【００４３】
ステップＳＴ４において、レーザ溶接装置１は、仮留め距離Ｒｂ，Ｒｃの差、仮留め距離Ｒｃ，Ｒｄの差、及び、仮留め距離Ｒｄ，Ｒａの差についても、レーザ光Ｌの直径との比較が完了したか否かを判定する。
【００４４】
ここで、レーザ溶接装置１が、全ての仮留め距離の差について、レーザ光Ｌの直径との比較が完了したと判定した場合には、その処理はステップＳＴ６に進む。一方、レーザ溶接装置１が、全ての仮留め距離の差について、レーザ光Ｌの直径との比較が完了していないと判定した場合には、その処理はステップＳＴ２に戻る。
【００４５】
ステップＳＴ５において、作業者は、周方向に隣り合う仮留め点ａ，ｂ間の中間位置を、新たな仮留め点ｅとして設定する（図３Ｄ参照）。また、作業者は、周方向に隣り合う仮留め点ｃ，ｄ間の中間位置を、新たな仮留め点ｆとして設定する（図３Ｅ参照）。
【００４６】
その後、レーザ溶接装置１の処理は、ステップＳＴ２に戻り、ステップＳＴ３へと続く。即ち、レーザ溶接装置１は、新たに周方向に隣り合う仮留め距離の差がレーザ光Ｌの直径以下となるまで、新たな仮留め点を設定し続ける。
【００４７】
ステップＳＴ６において、レーザ溶接装置１は、周方向に隣り合う仮留め距離Ｒａ，Ｒｅの平均値を算出し、この平均距離Ｒａｅを、仮留め点ａ，ｅ間の円弧部分における溶接半径とする（図３Ｆ参照）。
【００４８】
ステップＳＴ７において、レーザ溶接装置１は、全ての平均距離の算出が完了したか否かを判定する。
【００４９】
ここで、レーザ溶接装置１が全ての平均距離の算出が完了したと判定した場合には、その処理はステップＳＴ８に進む。一方、レーザ溶接装置１が全ての平均距離の算出が完了していないと判定した場合には、その処理はステップＳＴ６に戻る。
【００５０】
ステップＳＴ８において、レーザ溶接装置１は、周方向に隣り合う仮留め点ａ，ｅ間を、算出した平均距離Ｒａｅを溶接半径として、レーザ溶接する（図３Ｇ参照）。
【００５１】
ステップＳＴ９において、レーザ溶接装置１は、全ての仮留め点間へのレーザ溶接が完了したか否かを判定する（図３Ｈ参照）。即ち、レーザ溶接装置１は、円形部材３０の外周縁部全周へのレーザ溶接が完了したか否かを判定する。
【００５２】
ここで、レーザ溶接装置１が全ての仮留め点間へのレーザ溶接が完了したと判定した場合には、その処理は終了する。一方、レーザ溶接装置１が全ての仮留め点間へのレーザ溶接が完了していないと判定した場合には、その処理はステップＳＴ８に戻る。
【００５３】
以上より、実施の形態１に係るレーザ溶接方法は、円形部材３０の外周縁部を、３つ以上の仮留め点ａ〜ｄの設定によって、周方向に複数分割し、その分割した円弧部分ごとに、軸部材２０をＺ軸周りに回転させながら、閾値に基づいた溶接半径でレーザ溶接する。これにより、実施の形態１に係るレーザ溶接方法は、軸部材２０に対して偏心状態となる円形部材３０の外周縁部全周に亘って、シールドガスを吹き付けながら、レーザ光Ｌを照射することができる。従って、実施の形態１に係るレーザ溶接方法は、軸部材２０と円形部材３０とが偏心状態であっても、その２つの部材を、偏心の影響を受けることなく、重ね合わせ溶接することができる。
【００５４】
また、実施の形態１に係るレーザ溶接方法は、閾値として、レーザ光Ｌの直径を用いることにより、円形部材３０の外周縁部の中で、溶接されない部分を確実に無くすことができる。
【００５５】
なお、本願発明は、その発明の範囲内において、実施の形態の任意の構成要素の変形、もしくは、実施の形態の任意の構成要素の省略が可能である。
【符号の説明】
【００５６】
１    レーザ溶接装置
１１    Ｘ軸基台
１２    Ｙ軸基台
１３    ステージ
１４    支柱部材
１４ａ  柱部
１４ｂ  梁部
１４ｃ  ノズル取付部
１５    撮影カメラ
１６    レーザ照射ユニット
１６ａ  レーザ出力口
１７    ガス吹き付け用ノズル
２０    軸部材
２１    軸部
２２    フランジ部
３０    円形部材
Ｌ    レーザ光
ａ〜ｆ  仮留め点
Ｒａ〜Ｒｆ  仮留め距離
Ｒａｅ  平均距離
【図１】
2019181485.tif 000003
【図２】
2019181485.tif 000004
【図３】
2019181485.tif 000005
【図４】
2019181485.tif 000006