(57)【要約】【目的】ポロシティ等の溶接欠陥を防止する。【構成】被溶接物１４ｂの表面を加圧部１６で押圧すると、被溶接物１４ａおよび１４ｂが互いに密着されるとともに、密着された部分の周囲にガス抜用の隙間Ｂが確保される。そして、密着された部分またはその近傍にレーザ光を照射すると、被溶接物１４ａおよび１４ｂが互いに溶接される。溶接工程では、被溶接物１４ａおよび１４ｂの一部が蒸発してガスが発生するが、このガスはガス抜用の隙間Ｂから排出されるので、ポロシティ等の溶接欠陥は生じない。【選択図】              図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに重ね合わされた板状またはシート状の被溶接物どうしを溶接するためのレーザ溶接方法であって、
前記被溶接物の表面を押圧して前記被溶接物どうしを密着させることにより、密着された部分の周囲の前記被溶接物間にガス抜用の隙間を確保し、
前記密着された部分またはその近傍にレーザ光を照射して、前記ガス抜用の隙間からガスを排出させながら前記被溶接物どうしを溶接する、レーザ溶接方法。
【請求項２】
互いに重ね合わされた板状またはシート状の被溶接物どうしを溶接するためのレーザ溶接装置であって、
前記被溶接物の表面を押圧して前記被溶接物どうしを密着させる加圧手段、および
前記加圧手段により密着された部分またはその近傍にレーザ光を照射して前記被溶接物どうしを溶接するレーザ光照射手段を備える、レーザ溶接装置。
【請求項３】
前記加圧手段による加圧方向と前記レーザ光照射手段によるレーザ光の照射方向とを交差させることにより、前記レーザ光によって溶融された前記被溶接物の溶融部分に圧力を付与するようにした、請求項２に記載のレーザ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
この発明は、加熱により大量のガスが発生する被溶接物（亜鉛メッキ鋼板等）の溶接に適する、レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
金属部材どうしを溶接するための溶接装置には種々のものがあるが、レーザ溶接装置は、「溶融ビード幅が狭く、溶融深さが深く、ひずみの小さい接合が可能である」という利点があることから、幅広い用途に用いられている（特許文献１参照）。
【０００３】
【特許文献１】
特開２００２−３２１０７４
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、レーザ溶接装置では、高エネルギー密度のレーザ光によって被溶接物が瞬時に加熱されてガス化されるため、ポロシティ，ブローホール，割れ等の溶接欠陥が生じ易いという問題があり、特に、加熱により大量のガスが発生する被溶接物（亜鉛メッキ鋼板等）の溶接においてこの問題は重大であった。
【０００５】
それゆえに、この発明の主たる目的は、ポロシティ等の溶接欠陥を防止できる、レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置を提供することである。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
請求項１に記載した発明は、「互いに重ね合わされた板状またはシート状の被溶接物１４ａ，１４ｂどうしを溶接するためのレーザ溶接方法であって、被溶接物１４ｂの表面を押圧して被溶接物１４ａ，１４ｂどうしを密着させることにより、密着された部分の周囲の被溶接物１４ａ，１４ｂ間にガス抜用の隙間Ｂを確保し、密着された部分またはその近傍にレーザ光を照射して、ガス抜用の隙間Ｂからガスを排出させながら被溶接物１４ａ，１４ｂどうしを溶接する、レーザ溶接方法」である。
【０００７】
この発明において、被溶接物１４ａ，１４ｂにレーザ光を照射すると、被溶接物１４ａ，１４ｂの一部が蒸発することによりガスが発生し、このガスがガス抜用の隙間Ｂから排出される。
【０００８】
請求項２に記載した発明は、「互いに重ね合わされた板状またはシート状の被溶接物１４ａ，１４ｂどうしを溶接するためのレーザ溶接装置１０であって、被溶接物１４ｂの表面を押圧して被溶接物１４ａ，１４ｂどうしを密着させる加圧手段１６、および加圧手段１６により密着された部分またはその近傍にレーザ光を照射して被溶接物１４ａ，１４ｂどうしを溶接するレーザ光照射手段１８を備える、レーザ溶接装置１０」である。
【０００９】
この発明において、加圧手段１６によって被溶接物１４ａ，１４ｂの表面を押圧して被溶接物１４ａ，１４ｂどうしを密着させると、密着された部分の周囲にはガス抜用の隙間Ｂが確保される。したがって、レーザ光照射手段１８によって被溶接物１４ａ，１４ｂどうしを溶接する際には、接合部に生じたガスを隙間Ｂから排出することができる。
【００１０】
請求項３に記載した発明は、請求項２に記載した発明において、「加圧手段１６による加圧方向とレーザ光照射手段１８によるレーザ光の照射方向とを交差させることにより、レーザ光によって溶融された被溶接物１４ａ，１４ｂの溶融部分Ｃに圧力を付与するようにした」ことを特徴とする。
【００１１】
この発明では、被溶接物１４ａ，１４ｂの溶融部分Ｃに圧力を付与することにより、溶融部分Ｃに発生したガスを隙間Ｂから効率よく排出することができる。
【００１２】
【発明の実施の形態】
図１〜図３を参照して、この発明が適用されたレーザ溶接装置１０は、図４に示すようなロボットアーム１２に装着されて２つの板状またはシート状の被溶接物１４ａおよび１４ｂを互いに溶接するものであり、一般には「スポット溶接ガン」と称されるものである。ただし、この発明は、「スポット溶接ガン」の他に、固定式の溶接装置にも適用可能であることを予め指摘しておく。
【００１３】
レーザ溶接装置１０（図１〜図３）は、「加圧手段」としての加圧部１６，「レーザ光照射手段」としてのレーザ光照射部１８，ガス吸引管２０および接続部２２等によって構成される。
【００１４】
加圧部１６は、被溶接物１４ａおよび１４ｂを互いに点状に密着させるものであり、図１および図２に示すように、略コ字状のフレーム２４，エアシリンダ装置２６，加圧筒２８および加圧ピン３０等によって構成される。
【００１５】
エアシリンダ装置２６は、フレーム２４の上部に取り付けられたシリンダ２６ａ（図１，図２）とシリンダ２６ａ内に摺動自在に収容されたピストン２６ｂ（図２）とによって構成され、図示しないエア供給源からシリンダ２６ａ内に供給されたエアによってピストン２６ｂが往復運動される。
【００１６】
加圧筒２８（図１〜図３）は、筒状の本体２８ａを含み、本体２８ａの先端面は一部を除いて傾斜され、傾斜されていない部分が被溶接物１４ｂの表面を押圧する押圧面２８ｂとなる。また、本体２８ａの側面には、シールドガス（アルゴンガス，ヘリウムガス等）を供給するための少なくとも１つ（この実施例では２つ）のガス供給口２８ｃが形成され、ガス供給口２８ｃには、ガス供給装置３２が接続される。
【００１７】
加圧ピン３０（図１〜図３）は、加圧筒２８の押圧面２８ｂと協働して被溶接物１４ａおよび１４ｂを挟持するとともに、これらに圧力を付与するものであり、押圧面２８ｂと対向するようにしてフレーム２４の下部に取り付けられる。
【００１８】
レーザ光照射部１８は、被溶接物１４ａおよび１４ｂにおける加圧部１６によって密着された部分の近傍にレーザ光を照射することにより、溶接しようとする部分（以下、「接合部」という。）を加熱して溶融させるものであり、図２に示すように、レーザ光源３４，光ファイバー３４ａ，出射部３５および集光レンズ３６等によって構成される。
【００１９】
レーザ光源３４は、レーザ光を発生させるものである。レーザ光源３４の種類は特に限定されるものではないが、例示するならば、ＹＡＧレーザ，エキシマレーザ，ガラスレーザ，ＣＯ２レーザまたは半導体レーザ等を挙げることができる。
【００２０】
出射部３５は、レーザ光源３４から光ファイバー３４ａを通して与えられたレーザ光を平行光にして出射するものであり、コリメータレンズ等により構成される。集光レンズ３６は、出射部３５から与えられたレーザ光を接合部に集光させるものである。そして、集光レンズ３６は、加圧筒２８の内部においてガス供給口２８ｃよりも奥側（ピストン２６ｂ側）に配置され、出射部３５は、集光レンズ３６よりもさらに奥側に配置される。
【００２１】
ガス吸引管２０は、加圧筒２８の下端から排出されたシールドガス（アルゴンガス，ヘリウムガス等）や被溶接物１４ａおよび１４ｂで発生したヒューム（煙）を吸引して排出するものであり、ガス吸引管２０には、吸引ポンプ等のようなガス吸引装置３８が接続される。
【００２２】
接続部２２は、加圧部１６，出射部３５，集光レンズ３６およびガス吸引管２０等を一体としてロボットアーム１２に接続するものである。
【００２３】
そして、加圧部１６，ガス供給装置３２，レーザ光源３４およびガス吸引装置３８には、一連の溶接動作やシールドガス等の供給・排気動作を制御するための制御装置４０が接続される。
【００２４】
レーザ溶接装置１０を用いて被溶接物１４ａと被溶接物１４ｂとを互いに溶接する際には、まず、図５（Ａ）に示すように、被溶接物１４ａと被溶接物１４ｂとを互いに重ね合わせ、被溶接物１４ａおよび１４ｂを図示しない冶具で定盤に固定する。そして、加圧筒２８の傾斜された面２８ｄが被溶接物１４ｂの端面Ａ側を向くようにしてレーザ溶接装置１０を位置決めする。
【００２５】
続いて、図５（Ｂ）に示すように、ロボットアーム１２およびエアシリンダ装置２６を駆動して、加圧筒２８の押圧面２８ｂと加圧ピン３０とによって被溶接物１４ａおよび１４ｂを挟持し、押圧面２８ｂで被溶接物１４ｂの表面を押圧して両者を点状に密着させる。すると、密着された部分の近傍では、被溶接物１４ａおよび１４ｂが湾曲されることによってガス抜用の隙間Ｂが確保される。このとき、加圧筒２８の傾斜面２８ｄは、被溶接物１４ｂの端面Ａ側を向いているので、被溶接物１４ｂが大きく湾曲されたとしても被溶接物１４ｂの表面が傾斜面２８ｄに当たる心配はない。
【００２６】
そして、図３に示すように、加圧筒２８の内部にシールドガス（アルゴン，ヘリウム等）を供給しながら接合部にレーザ光を照射して、被溶接物１４ａと被溶接物１４ｂとを溶接する。接合部がレーザ光により加熱されると、被溶接物１４ａおよび１４ｂの一部が蒸発してガスが発生するが、このガスはガス抜用の隙間Ｂから排出されるので、接合部にガスが溜まる心配はない。
【００２７】
この実施例によれば、被溶接物１４ａおよび１４ｂを点状に密着させることによってガス抜用の隙間Ｂを確保し、隙間Ｂからガスを排出させながら接合部を溶接できるので、ポロシティ等の溶接欠陥を防止できる。したがって、亜鉛メッキ鋼板等のような加熱により大量のガスが発生する被溶接物の溶接に適する。
【００２８】
また、加圧筒２８に、出射部３５および集光レンズ３６を保持する機能と被溶接物１４ｂの表面を押圧する機能とを持たせているので、これらの機能を別々の部材に持たせる場合に比べて構成を簡素化できる。
【００２９】
なお、上述の実施例では、接合部を被溶接物１４ａおよび１４ｂの端面Ａ近くに設定しているが、この発明は、図６に示すように、端面Ａから離れた位置で溶接する場合にも適用可能である。つまり、端面Ａから離れた位置であっても、被溶接物１４ａと被溶接物１４ｂとを点状に密着させれば、その近傍に隙間Ｂが生じるので、隙間Ｂからガスを排出することができる。
【００３０】
また、図７に示すように、被溶接物１４ａおよび１４ｂを挟んだ両側に加圧筒２８およびガス吸引管２０を配置するとともに、各加圧筒２８の内部に出射部３５および集光レンズ３６を配置し、図８に示すように、各加圧筒２８で被溶接物１４ａおよび１４ｂを密着させながら、レーザ光で接合部を溶接するようにしてもよい。
【００３１】
この場合には、被溶接物１４ａおよび１４ｂが同じように熱膨張するので、被溶接物１４ａおよび１４ｂの片側からレーザ光を照射する場合に比べて、被溶接物１４ａおよび１４ｂの反りを少なくすることができる。したがって、被溶接物１４ａおよび１４ｂを定盤に固定するための治具の数を少なくすることができ、溶接作業を迅速に行うことができる。
【００３２】
また、上述の実施例では、出射部３５および集光レンズ３６を加圧筒２８の内部に配置しているが、図９および図１０に示すように、出射部３５および集光レンズ３６を加圧筒２８の外部に配置し、加圧筒２８による加圧方向とレーザ光の照射方向とを交差させるようにしてもよい。
【００３３】
この場合には、図１１に示すように、レーザ光で溶融された部分（以下、「溶融部分」という。）Ｃに加圧筒２８によって圧力を付与することができるので、溶融部分Ｃで発生したガスを隙間Ｂから効率よく排出することができる。ただし、この場合には、必ずしも中空の加圧筒２８を用いる必要はなく、加圧筒２８に代えて、中実の加圧ピンや、被溶接物１４ｂに当接する湾曲面を有する加圧プレート等を用いるようにしてもよい。なお、加圧筒２８に代わる加圧ピンの形状は、特に限定されるものではないが、被溶接物１４ｂを効果的に湾曲させるためには、加圧ピンの先端面（押圧面）が所定の曲率で湾曲していることが望ましい。
【００３４】
また、図９〜図１１に示した構成においては、図１２に示すように、加圧筒２８および加圧ピン３０を「抵抗溶接電極」として抵抗溶接機４２に接続し、抵抗溶接とレーザ溶接とを併用して接合部を溶接するようにしてもよい。
【００３５】
この場合には、レーザ光によって被溶接物１４ｂの表面にある絶縁被膜を除去でき、絶縁被膜を除去した後は抵抗溶接が可能となるので、レーザ溶接と抵抗溶接とによって接合部をより迅速かつ確実に溶接することができる。
【００３６】
また、この場合には、加圧筒２８および加圧ピン３０に代えてローラ状の抵抗溶接電極を用いることによって、シーム溶接を行うようにしてもよい。
【００３７】
そして、図９〜図１１に示した構成や図１２に示した構成においても、図１３に示すように、被溶接物１４ａおよび１４ｂを挟んだ両側に加圧筒２８，出射部３５および集光レンズ３６およびガス吸引管２０を配置し、各加圧筒２８で被溶接物１４ａおよび１４ｂを密着させながら、各レーザ光照射部１８で接合部を溶接するようにしてもよい。
【００３８】
また、上述の実施例では、加圧筒２８の円弧状の端面を押圧面２８ｂとしているが、たとえば図１４に示すように、加圧筒２８の端部を厚肉にし、略半月状の端面を押圧面２８ｂとしてもよい。さらに、押圧面２８ｂは、被溶接物１４ｂの表面に対して平行である必要はなく、所定の曲率で湾曲していてもよい。
【００３９】
そして、被溶接物１４ａおよび１４ｂを挟んだ両側に出射部３５および集光レンズ３６を配置する場合には、たとえば図１５に示すように、フレーム２４の下部に貫通孔２４ａを形成し、この貫通孔２４ａ内に出射部３５および集光レンズ３６を収容する収容部（加圧筒２８）を配置するようにしてもよい。
【００４０】
さらに、上述の実施例では、加圧部１６においてエアシリンダ装置２６を用いているが、エアシリンダ装置２６に代えて、サーボモータ等の電動機を用いるようにしてもよい。
【００４１】
【発明の効果】
この発明によれば、被溶接物間にガス抜用の隙間を確保でき、その隙間からガスを排出しながら被溶接物どうしを溶接することができるので、ポロシティ，ブローホール，割れ等の溶接欠陥を防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明が適用されたレーザ溶接装置を示す図である。
【図２】レーザ溶接装置の細部を示すブロック図である。
【図３】レーザ溶接装置を用いたレーザ溶接方法（溶接工程）を示す図である。
【図４】レーザ溶接装置をロボットアームに取り付けた状態を示す図である。
【図５】レーザ溶接装置を用いたレーザ溶接方法（加圧工程）を示す図である。
【図６】レーザ溶接装置の他の使用方法を示す図である。
【図７】レーザ溶接装置の変形例を示す図である。
【図８】図７のレーザ溶接装置を用いたレーザ溶接方法（溶接工程）を示す図である。
【図９】他のレーザ溶接装置を示す図である。
【図１０】他のレーザ溶接装置の細部を示すブロック図である。
【図１１】他のレーザ溶接装置を用いたレーザ溶接方法（溶接工程）を示す図である。
【図１２】他のレーザ溶接装置の変形例（抵抗溶接の併用）を示すブロック図である。
【図１３】他のレーザ溶接装置の変形例（両面照射型）を示す図である。
【図１４】押圧面の変形例を示す図である。
【図１５】加圧筒取付構造の変形例を示す図である。
【符号の説明】
１０…  レーザ溶接装置
１４ａ，１４ｂ…  被溶接物
１６…  加圧部
１８…  レーザ光照射部
２０…  ガス吸引管
２２…  接続部
２４…  フレーム
２６…  エアシリンダ装置
２８…  加圧筒
３０…  加圧ピン
３２…  ガス供給装置
３４…  レーザ光源
３５…  出射部
３６…  集光レンズ
３８…  ガス吸引装置
４０…  制御装置
４２…  抵抗溶接機
【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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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
2004283835.tif 000014
【図１３】
2004283835.tif 000015
【図１４】
2004283835.tif 000016
【図１５】
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