(57)【要約】【課題】溶接線が所定の曲率を有している場合であってもそれと同心円の曲率に沿ったかたちで加圧ローラを移動させて、レーザビーム照射位置である加工点の溶接線からのずれを未然に防止する。【解決手段】母材上の加工点Ｐに向けてレーザビームＬｂを照射する加工ヘッド１にローラ式の加圧矯正装置７を付帯させておき、加工点Ｐ位置近傍を加圧矯正装置７の加圧ローラ１０にて加圧しつつその加圧ローラ１０を加工ヘッド１とともに溶接方向に沿って移動させながらレーザ溶接を施す。その際に、母材上の溶接線の近傍に加圧ローラ１０を動かすべき軌跡に応じた誘導溝部１４を予め設けておき、この誘導溝部にて加圧ローラ１０を誘導しながら加工ヘッド１とともに移動させる。【選択図】図４
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材上の加工点に向けてレーザビームを照射するレーザ加工ヘッドにローラ式の加圧矯正装置を付帯させておき、上記母材上の加工点近傍を加圧矯正装置の加圧ローラにて加圧しつつその加圧ローラをレーザ加工ヘッドとともに溶接方向に沿って移動させながらレーザ溶接を施すようにしたレーザ溶接方法であって、
母材上の溶接線の近傍に加圧ローラを動かすべき軌跡に応じたローラ誘導手段を予め設けておき、このローラ誘導手段にて加圧ローラを誘導しながらレーザ加工ヘッドとともに移動させることを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
上記ローラ誘導手段は母材に予め曲折形成されていて且つ加圧ローラと接触する誘導溝部または段差部であることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
上記誘導溝部または段差部は重ね継手の形態で溶接を施す際に少なくとも重ね合わせた二枚の母材同士の間に微小隙間を確保する隙間形成手段を兼ねていることを特徴とする請求項１または２に記載のレーザ溶接方法。
【請求項４】
上記加圧ローラによる加圧とともに、母材のうちローラ加圧位置よりも溶接線に近い部分を補助加圧手段にて加圧して、上記微小隙間が適正な大きさとなるように矯正しながらレーザ溶接を施すことを特徴とする請求項３に記載のレーザ溶接方法。
【請求項５】
請求項１〜４のいずれかに記載のレーザ溶接方法に用いる加圧矯正装置であって、
上記加圧ローラはローラ支持体に支持軸を介して回転可能に支持されているとともに、加圧方向を指向する軸心周りに首振り旋回可能に支持されていることを特徴とするレーザ溶接用加圧矯正装置。
【請求項６】
請求項４に記載のレーザ溶接方法に用いる加圧矯正装置であって、
上記加圧ローラはローラ支持体に支持軸を介して回転可能に支持されているとともに、補助加圧手段として上記支持軸から延設した加圧ピンを備えていることを特徴とするレーザ溶接用加圧矯正装置。
【請求項７】
請求項４に記載のレーザ溶接方法に用いる加圧矯正装置であって、
上記加圧ローラはローラ支持体に支持軸を介して回転可能に支持されているとともに、上記加圧ローラに隣接してそれよりも小径の補助加圧ローラが補助加圧手段として設けられていることを特徴とするレーザ溶接用加圧矯正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザ溶接方法とそのレーザ溶接方法に用いる加圧矯正装置に関し、特にレーザビームの照射をもって連続溶接を施す際に溶接線近傍をローラ式の加圧矯正装置にて加圧拘束しながらレーザ溶接を行う方法とそれに用いる加圧矯正装置に関するものである。
【０００２】
なお、ここに言うレーザ溶接の語には、レーザビームの照射をもってろう付けを行ういわゆるレーザブレージングを含むものである。
【背景技術】
【０００３】
レーザビームの照射をもって連続溶接を施す際に溶接線近傍をローラ式の加圧矯正装置にて加圧拘束するようにした技術が特許文献１〜３等で知られている。これらの特許文献１〜３に記載の技術では、レーザビームを照射することになるレーザ加工ヘッドに加圧ローラを付帯させておき、レーザ溶接に際してレーザビーム（レーザ加工ヘッド）と母材とが相対移動する際に、例えば母材を固定側としてレーザビームを移動させる際に、それに併せて加圧ローラが母材上を回転（転動）しながら溶接線近傍を加圧拘束するようになっている。
【特許文献１】特開平１１−１９７８６４号公報
【特許文献２】特開平１１−３２０１５３号公報
【特許文献３】特開２００１−１９１１９１号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
上記のようなレーザ溶接において、レーザビームを照射することになるレーザ加工ヘッドは例えば溶接ロボットのロボットアームの先端に支持されていて、ロボット自体の自律動作により所定の軌跡に沿って移動することになり、加圧ローラはそのレーザ加工ヘッドの動きに追従して転動することになる。
【０００５】
しかしながら、溶接すべき軌跡であるところの溶接線が直線状でなく例えば円弧のように所定の曲率を有している場合であって、且つ加圧ローラが母材に及ぼすべき加圧力をある程度大きくすると、その加圧ローラと母材との摩擦のために加圧ローラはそれ自体の回転方向（所定の曲率を有する溶接線と同心円の接線方向）に直線的に移動しようとすることから、その影響でレーザ加工ヘッドの位置ひいてはレーザビーム照射位置である加工点位置が本来の溶接線からずれて、正規の溶接線通りに溶接できなくなる可能性がある。
【０００６】
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、特に溶接線が所定の曲率を有している場合であってもそれと同心円の曲率に沿ったかたちで加圧ローラを移動させて、レーザ加工ヘッドの位置ひいてはレーザビーム照射位置である加工点の溶接線からのずれを未然に防止して、溶接品質の向上を図ったレーザ溶接方法とそれに用いる加圧矯正装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、母材上の加工点に向けてレーザビームを照射するレーザ加工ヘッドにローラ式の加圧矯正装置を付帯させておき、上記母材上の加工点近傍を加圧矯正装置の加圧ローラにて加圧しつつその加圧ローラをレーザ加工ヘッドとともに溶接方向に沿って移動させながらレーザ溶接を施すにあたり、母材上の溶接線の近傍に加圧ローラを動かすべき軌跡に応じたローラ誘導手段を予め設けておき、このローラ誘導手段にて加圧ローラを誘導しながらレーザ加工ヘッドとともに移動させるようにしたものである。
【０００８】
また、上記レーザ溶接方法には、加圧矯正装置として、加圧ローラがローラ支持体に支持軸を介して回転可能に支持されていて、且つ加圧方向を指向する軸心周りに首振り旋回可能に支持されているものを使用するようにしたものである。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、加圧ローラが母材側のローラ誘導手段にて誘導されながら回転することになるので、従来のようにレーザ加工ヘッドの位置ひいてはレーザビーム照射位置である加工点が溶接線からずれることがなく、溶接接合位置精度が向上する。
【００１０】
また、加圧矯正装置として加圧ローラがいわゆる首振り旋回自由度を有するものを使用すれば、加圧ローラそのものがローラ誘導手段に追従しやすくなり、上記の位置ずれ防止効果のさらなる向上とともに溶接接合位置精度が一段と向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
図１は本発明に用いられるレーザブレージグ用レーザ加工ヘッド１の一例を示す図である。
【００１２】
このレーザ加工ヘッド１は溶接ロボット２のアーム３先端に装着されているとともに、母材上の加工点に向けてレーザビームＬｂを照射するヘッド本体４のほか、溶加材であるフィラーワイヤ５を加工点に供給するワイヤ供給ノズル６を備えている。そして、溶接ロボット２の自律動作によりレーザ加工ヘッド１がワイヤ供給ノズル６とともに母材に対し溶接線に沿って連続的に移動することで所定のレーザ溶接が施されることになる。
【００１３】
また、レーザ加工ヘッド１には母材を加圧矯正するための加圧矯正装置７を設けてある。この加圧矯正装置７はヘッド本体４に付帯させたローラ支持体としてのブラケット８に支持軸９をもって円板状の加圧ローラ１０を回転可能に支持させたものであり、この加圧ローラ１０の回転（転動）をもって後述するように母材上の加工点の近傍を加圧矯正しながらレーザ溶接を施すことになる。
【００１４】
ここで、本実施の形態では、図１に示したレーザ加工ヘッド１を用いることを前提として、図２，３に示すように自動車の車体の骨格をなすいわゆる閉断面構造の母材たるルーフサイドレール（ルーフサイドフレーム）１１に対し同じく母材たるルーフパネル１２をレーザ溶接する場合であって、且つルーフパネル１２の端末のフランジ部１２ａをルーフサイドレール１１との間に凹状の溝１３を形成するかたちでレーザ溶接する場合を想定しており、したがって溝１３の底面を加工点ＰとしてレーザビームＬｂを照射しつつその加工点Ｐの近傍を加圧ローラ１０にて加圧矯正しながらレーザ溶接を施すことになる。
【００１５】
なお、図２の溶接継手においては、少なくとも上側の母材であるルーフパネル１２が溶融亜鉛めっき鋼板等のめっき鋼板製のものとなっている。また、図２の符号Ｂｅは溶接ビードを示し、この溶接ビードＢｅが実質的に溶接線となっている。
【００１６】
この場合、図３にも示すように平面視にてルーフパネル１２側のフランジ部１２ａの端縁Ｅが溝１３とともに所定の曲率で湾曲していることから、加圧ローラ１０が動いてほしい軌跡Ｍもまた上記端縁Ｅと平行になるように湾曲していることになり、加圧ローラ１０が母材たるフランジ部１２ａに及ぼす加圧拘束力をある程度大きくすると、その加圧ローラ１０と母材であるフランジ部１２ａとの摩擦のために加圧ローラ１０はそれ自体の回転方向（所定の曲率を有する軌跡Ｍの接線方向）Ｆに直線的に移動しようとすることから、その影響でレーザ加工ヘッド１の位置ひいてはレーザビーム照射位置である加工点Ｐが本来の溶接線からずれて、正規の溶接線通りに溶接できなくなる可能性があることは先に述べた通りである。
【００１７】
そこで、本実施の形態では、図３の軌跡Ｍに沿って加圧ローラ１０が正しく回転するように、図４に示すようにルーフパネル１２側のフランジ部１２ａのうち上記軌跡Ｍに相当する位置にローラ誘導手段として予め誘導溝部１４を形成しておき、この誘導溝部１４に加圧ローラ１０の周縁部を合致させることにより加圧ローラ１０が上記軌跡Ｍに沿って回転するように当該加圧ローラ１０を積極的に誘導または案内するものである。
【００１８】
より詳しくは、ルーフパネル１２側のフランジ部１２ａのうち溶接線となる加工点Ｐの近傍であって且つ図３に示した軌跡Ｍに相当する位置に、ローラ誘導手段としてＶ溝状の誘導溝部１４を予め曲折形成してある。この誘導溝部１４は上記のように図３の軌跡Ｍに相当する位置に形成したものであるため、フランジ部１２ａの端縁Ｅと平行となるように形成されている。
【００１９】
ここで、先に述べたように少なくとも一方の母材であるルーフパネル１２がめっき鋼板であると、レーザ溶接時の熱で蒸発しためっき層のガスが溶着金属中に巻き込まれてポロシティの発生を招くことから、上記めっき層のガスを逃がすために母材であるルーフサイドレール１１とルーフパネル１２の間に所定の隙間Ｇを確保することが有効であるとされている。ただし、この微小隙間Ｇの大きさは溶接性の観点から一定の制限があることは言うまでもない。
【００２０】
このようなことから、上記誘導溝部１４は母材同士の間、すなわちルーフサイドレール１１とルーフパネル１２側のフランジ部１２ａとの間に所定の隙間Ｇを確保するための隙間形成手段を兼ねており、したがって誘導溝部１４の深さ（≒誘導溝部１４を形成したことに伴うフランジ部１２ａの裏側への突出量）は加圧ローラ１０を確実に誘導することができて且つ母材同士の間に許容される隙間Ｇの大きさを考慮して決定される。
【００２１】
したがって、本実施の形態によれば、図２に示したようにルーフパネル１２の端末のフランジ部１２ａをルーフサイドレール１１との間に凹状の溝１３を形成するかたちでそのルーフサイドレール１１とレーザ溶接を施すにあたり、図４に示すように加圧矯正装置７の加圧ローラ１０の周縁部を誘導溝部１４に合致させた上で、従来と同様に溶接ロボット２の自律動作によりレーザ加工ヘッド１を移動させて溶接を行う。
【００２２】
レーザ加工ヘッド１の移動に伴い加工点（レーザビーム照射位置）Ｐの近傍の誘導溝部１４に沿って加圧ローラ１０が回転することで母材同士を加圧拘束し、その母材同士の間の隙間Ｇが所定の大きさとなるように矯正しながらレーザビームＬｂの照射によって溶接が連続的に施されることになる。
【００２３】
この場合、加圧ローラ１０は誘導溝部１４に合致していて、その誘導溝部１４に誘導または案内されるかたちで回転しながら移動することになるので、加圧ローラ１０は図３に示した軌跡Ｍであるところのその誘導溝部１４に沿って常に移動するかたちとなり、図３に符号Ｆで示したように軌跡Ｍから外れてしまうことがなくなる。
【００２４】
また、加圧ローラ１０による矯正によって母材同士の間に所定の大きさの隙間Ｇが確保されることになるので、先に述べたように一方の母材であるルーフパネル１２がめっき鋼板であっても、レーザ溶接に伴って発生しためっき層のガスを上記隙間Ｇから外部に逃がすことができ、ポロシティ等の溶接欠陥の発生も未然に防止できるようになる。
【００２５】
図５は発明の第２の実施の形態を示し、図４に示した第１の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。
【００２６】
この第２の実施の形態では、一方の母材であるルーフパネル１２側のフランジ部１２ａに予め形成すべきローラ誘導手段として、図４のＶ溝状の誘導溝部１４に代えて、その誘導溝部１４と同位置に段差部１５を形成したものである。この段差部１５は、フランジ部１２ａの幅寸法を根元部側と端縁Ｅ側とに二分した場合に端縁Ｅ側の方が根元部側よりも一段高くなるように曲折形成したものであり、したがって、他方の母材であるルーフサイドレール１１とフランジ部１２ａの根元部側とは加圧ローラ１０の加圧力にて密着することになるものの、ルーフサイドレール１１とフランジ部１２ａの端縁Ｅ側との間には図４の隙間Ｇと同等の隙間が確保される。
【００２７】
したがって、この第２の実施の形態によれば、加圧ローラ１０をフランジ部１２ａの板厚方向に押し付けるとともに、その加圧ローラ１０の一側面周縁部を段差部１５の縦壁面に押し付けて、加圧ローラ１０がその縦壁面から離れることがないように維持しながら、溶接の進行とともに当該加圧ローラ１０を回転させる。こうすることにより、先の第１の実施の形態と同様の作用効果が得られることになる。
【００２８】
図６，７は本発明の第３の実施の形態を示し、図４，５に示した第１，第２の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。
【００２９】
この第３の実施の形態では、レーザ加工ヘッド１に付帯する加圧矯正装置１７のうち加圧ローラ１０を回転可能に支持しているローラ支持体としてのブラケット１８とレーザ加工ヘッド１のヘッド本体４との間に、そのブラケット１８とともにローラ支持体の一部を形成することになる略Ｌ字状の中間ブラケット２８を介装し、その中間ブラケット２８をヘッド本体４に固定するとともに、加圧ローラ１０による加圧矯正方向を指向するほぼ鉛直な回転軸１９を介して中間ブラケット２８に対しブラケット１８を首振り旋回可能に支持させたものである。
【００３０】
この第３の実施の形態によれば、支持軸９による加圧ローラ１０自体の回転自由度に加えて回転軸１９による首振り旋回自由度が有することで、図４，５に示した誘導溝部１４または段差部１５に対する加圧ローラ１０の追従性が一段と良好なものとなる利点がある。
【００３１】
図８は本発明の第４の実施の形態を示し、図４に示した第１の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。
【００３２】
この第４の実施の形態では、ローラ支持体であるブラケット８に対し加圧ローラ１０を回転可能に支持している支持軸２９をその加圧ローラ１０から突出するように延長するとともに、支持軸２９の先端に補助加圧手段として例えば断面が円形状の加圧ピン１６を連結したものである。そして、図８に示すように誘導溝部１４に合致した加圧ローラ１０がフランジ部１２ａをルーフサイドレール１１に押し付けている状態で同時に加圧ピン１６がフランジ部１２ａに当接して、そのフランジ部１２ａとルーフサイドレール１１とのなす隙間Ｇが規定の寸法となるように矯正するべく加圧ピン１６の長さを予め設定してある。これにより、誘導溝部１４に合致している加圧ローラ１０がその誘導溝部１４に沿って回転するのに伴って加圧ピン１６はフランジ部１１２ａ上を摺動することになる。
【００３３】
したがって、この第４の実施の形態によれば、加圧ローラ１０に加えて加圧ピン１６を併用したことより、第１の実施の形態と同様の作用効果が得られるほか、特に加圧ピン１６による矯正効果のために隙間Ｇの寸法精度が向上し、特にポロシティの抑制効果の向上によって溶接接合強度が一段と向上するようになる。
【００３４】
図９，１０は本発明の第５，第６の実施の形態を示し、図４に示した第１の実施の形態と共通する部分には同一符号を付してある。
【００３５】
これらの第５，第６の実施の形態では、図８に示した加圧ピン１８に代えて助加圧手段として補助加圧ローラ２０または３０を併用するようにしたものであり、図９の第５の実施の形態では、加圧ローラ１０と一体にこれよりも小径の補助加圧ローラ２０を隣接配置して、実質的にローラ全体を加圧ローラ１０と補助加圧ローラ２０とをもって段付二重ローラ構造としてある。また、図１０の第６の実施の形態では、加圧ローラ１０と所定距離隔ててこれよりも小径の補助加圧ローラ３０を隣接配置して、実質的にローラ全体を二重ローラ構造としてある。なお、加圧ローラ１０と補助加圧ローラ２０または３０との半径の差は、図８に示した加圧ローラ１０の外周面と加圧ピン１６の先端面とのなす距離と同等の大きさのものとして設定されている。
【００３６】
したがって、これらの第５，第６の実施の形態によれば、補助加圧ローラ２０または３０が図８の加圧ピン１６と同等のはたらきをすることで隙間Ｇの寸法精度が向上し、特にポロシティの抑制効果の向上によって溶接接合強度が一段と向上するようになるほか、図８の加圧ピン１６の場合にはその加圧ピン１６がフランジ部１２ａ上を摺動することで当該フランジ部１２ａに傷が着くおそれがあるが、補助加圧ローラ２０または３０の場合にはそれらが加圧ローラ１０とともに回転または転動することでフランジ部１２ａに傷が着くおそれがなくなる利点がある。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明に係る加圧矯正装置を備えたレーザ加工ヘッドの一例を示す斜視図。
【図２】図１のレーザ加工ヘッドを用いた溶接例を一例を示す図で、自動車の車体におけるルーフサイドレールとルーフパネルとの溶接接合部の断面説明図。
【図３】図２の平面説明図。
【図４】本発明に係るレーザ溶接方法の第１の実施の形態を示す図で、図１のレーザ加工ヘッドを図２の溶接接合部に適用した場合の要部拡大説明図。
【図５】本発明に係るレーザ溶接方法の第２の実施の形態を示す要部拡大説明図。
【図６】本発明の第３の実施の形態として加圧矯正装置の別の例を示す斜視図。
【図７】図６の正面説明図。
【図８】本発明に係るレーザ溶接方法の第４の実施の形態を示す要部拡大説明図。
【図９】本発明に係るレーザ溶接方法の第５の実施の形態を示す要部拡大説明図。
【図１０】本発明に係るレーザ溶接方法の第６の実施の形態を示す要部拡大説明図。
【符号の説明】
【００３８】
１…レーザ加工ヘッド
４…ヘッド本体
７…加圧矯正装置
８…ブラケット（ローラ支持体）
９…支持軸
１０…加圧ローラ
１１…ルーフサイドレール（母材）
１２…ルーフパネル（母材）
１２ａ…フランジ部
１４…誘導溝部（ローラ誘導手段，隙間形成手段）
１５…段差部（ローラ誘導手段，隙間形成手段）
１６…加圧ピン（補助加圧手段）
１７…加圧矯正装置
１８…ブラケット（ローラ支持体）
１９…回転軸
２０…補助加圧ローラ（補助加圧手段）
２８…中間ブラケット（ローラ支持体）
２９…支持軸
３０…補助加圧ローラ（補助加圧手段）
Ｂｅ…溶接ビード（溶接線）
Ｇ…隙間
Ｌｂ…レーザビーム
Ｐ…加工点
【図１】
2008260020.tif 000003
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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