(57)【要約】【課題】重ね合わせ溶接時の溶接欠陥の発生を抑制する。【解決手段】溶接部材の板面部分を上下に重ね合わせ、当該重ね合わせた溶接部材のうち溶接箇所付近に端部が位置する部材を上側に配置し、上方から溶接を行うことにより重ね合わせ溶接を行い、この際に上側溶接部材の端部から所定の距離離れた位置で溶接部材を重ね合わせた状態保持する治具であって、下側溶接部材１２に当接して当該下側溶接部材を２箇所で支持する２つの受け部材３１ａ，３１ｂと、上側溶接部材１３を上方から押圧する押さえ部材３２とを備えると共に、各受け部材３１ａ，３１ｂを、所定の間隔を設けて配置し、押さえ部材３２が、各受け部材３１ａ，３１ｂの溶接部材との各当接箇所の間に位置する溶接部材を押圧する。【選択図】        図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接部材の板面部分を上下に重ね合わせ、当該重ね合わせた溶接部材のうち溶接箇所付近に端部が位置する部材を上側に配置し、上方から溶接を行うことにより重ね合わせ溶接を行い、この際に前記上側溶接部材の端部から所定の距離離れた位置で前記溶接部材を重ね合わせた状態に保持する治具であって、
前記下側溶接部材に当接して当該下側溶接部材を２箇所で支持する２つの受け部材と、前記上側溶接部材を上方から押圧する押さえ部材とを備えると共に、
前記各受け部材を、所定の間隔を設けて配置し、
前記押さえ部材が、前記各受け部材の前記溶接部材との各当接箇所の間に位置する前記溶接部材を押圧する、ことを特徴とする溶接部材用治具。
【請求項２】
前記２つの受け部材を、一つの部材にて形成したことを特徴とする請求項１記載の溶接部材用治具。
【請求項３】
前記各受け部材の形状を、当該受け部材が前記下側溶接部材を溶接線に沿って線で支持するよう形成すると共に、
前記押さえ部材の形状を、当該押さえ部材が前記上側溶接部材を溶接線に沿って線で支持するよう形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の溶接部材用治具。
【請求項４】
前記押さえ部材の前記上側溶接部材との当接部分が円周部分となるよう、当該押さえ部材を溶接線に沿って回転する円形部材にて形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の溶接部材用治具。
【請求項５】
前記各受け部材の前記下側溶接部材との当接部分が円周部分となるよう、当該各受け部材を溶接線に沿って回転する円形部材にて形成すると共に、
前記押さえ部材の前記上側溶接部材との当接部分が円周部分となるよう、当該押さえ部材を溶接線に沿って回転する円形部材にて形成したことを特徴とする請求項１又は２記載の溶接部材用治具。
【請求項６】
前記上側溶接部材の端部側に位置する一方の前記受け部材の前記下側溶接部材との当接箇所が、他の前記受け部材の前記下側当接部材との当接箇所よりも上方に位置するよう配置したことを特徴とする請求項１，２，３，４又は５記載の溶接部材用治具。
【請求項７】
前記押さえ部材が、前記２つの受け部材の前記溶接部材との各当接箇所のほぼ中央に位置する前記溶接部材の該当個所を押圧する、ことを特徴とする請求項１，２，３，４，５又は６記載の溶接部材用治具。
【請求項８】
前記押さえ部材よりも前記上側溶接部材の端部側に、当該上側溶接部材の上方への変形を規制する規制部材を当該上側溶接部材の上方に備え、
この規制部材を、溶接前の状態で前記上側溶接部材と所定の隙間を設けて配置したことを特徴とする請求項１，２，３，４，５，６又は７記載の溶接部材用治具。
【請求項９】
前記規制部材を、前記上側溶接部材の端部側に位置する一方の前記受け部材よりも前記上側溶接部材の端部側に配置したことを特徴とする請求項８記載の溶接部材用治具。
【請求項１０】
前記規制部材を、前記上側溶接部材に対して上下方向に可動可能に配設したことを特徴とする請求項８又は９記載の溶接部材用治具。
【請求項１１】
前記押さえ部材と前記規制部材とを、一つの部材にて形成したことを特徴とする請求項８，９又１０は記載の溶接部材用治具。
【請求項１２】
前記押さえ部材の形状を、当該押さえ部材が前記上側溶接部材を溶接線に沿って線で支持するよう形成すると共に、
前記規制部材の形状を、当該規制部材が前記上側溶接部材を溶接線に沿って線で規制するよう形成したことを特徴とする請求項８，９，１０又は１１記載の溶接部材用治具。
【請求項１３】
前記押さえ部材の前記上側溶接部材との当接部分が円周部分となると共に、前記規制部材の前記上側溶接部材に対向する箇所が円周部分となるよう、当該押さえ部材及び規制部材をそれぞれ溶接線に沿って回転する円形部材にて形成したことを特徴とする請求項８，９，１０又は１１記載の溶接部材用治具。
【請求項１４】
溶接部材の板面部分を上下に重ね合わせ、当該重ね合わせた溶接部材のうち溶接箇所付近に端部が位置する部材を上側に配置し、上方から溶接を行うことにより重ね合わせ溶接を行い、この際に前記上側溶接部材の端部から所定の距離離れた位置で前記溶接部材を重ね合わせた状態に保持する治具であって、
前記下側溶接部材に当接して支持する受け部材と、前記上側溶接部材を上方から押圧する押さえ部材とを備えると共に、
前記押さえ部材を、前記受け部材よりも前記上側溶接部材の端部から離れて配置したことを特徴とする溶接部材用治具。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、溶接部材を保持する治具にかかり、特に、重ね合わせ溶接を行う際に用いる溶接部材用治具に関する。
【０００２】
【従来の技術】
自動車の車体をはじめ、板状部材を重ね合わせた状態で溶接する機会は多々あり、その際に、種々の問題が生じる。従来における重ね合わせ溶接技術を、トラックの荷台壁面に用いられるあおり板（ロールゲート）の閉断面部を形成するよう溶接する例を用いて説明する。また、溶接方法としては、レーザ溶接を用いることとする。
【０００３】
まず、一般的なレーザ溶接装置について、図９を参照して説明する。このレーザ溶接装置は、図示しないレーザ発振器から矢印Ａ１０１に示すよう供給されるレーザビームを溶接部材に照射する溶接用トーチ１０１を備え、当該トーチ１０１を駆動してレーザ照射箇所を移動する５軸駆動機構１０２を本体部１０３に備えている。そして、トーチ１０１を接近させてレーザビームを照射する対象である溶接部材を載置するワーク台１０４を備えている。さらに、このワーク台１０４に、溶接しやすくするよう溶接部材を保持する溶接部材用治具（図示せず）を備えている。本願は、この溶接部材を保持する溶接部材用治具に関する発明である。
【０００４】
次に、上述したように、具体的にロールゲートを溶接する場合について説明する。ロールゲート２０１の端部、すなわち、閉断面部２０１ａは、図１０（ａ）に示すように、一枚の板部材２０１を折り返すよう曲折させ、かかる曲折箇所を略正方形状にし、折り返した端部２０１ｂ付近を板部材自身の一部と重ね合わせる。そして、この重ね合わせた箇所２０１ｃを、折り返した端部２０１ｂ付近で、当該折り返した端部２０１ｂと貫通溶接、あるいは、隅肉溶接して形成する。
【０００５】
しかし、この重ね合わせ溶接時には、ロールゲート２０１を形成する材料である亜鉛メッキされた自動車用鋼板に、溶接欠陥が生じるという問題が生じる。これは、車体によく用いられる亜鉛メッキ鋼板をレーザ照射により重ね溶接すると、亜鉛の蒸発膨張によるポロシティ（気泡状の内部欠陥）やブローオフによるクレータ（膨張噴出した亜鉛蒸気によって溶接材料が吹き飛び、穴が開く）が発生するということによるものである。
【０００６】
そして、この様子を示す模式図を図１０（ｂ）に示す。溶接時に上述した欠陥が生じる現象を、２枚の板状部材２０２，２０３を重ね合わせて溶接した場合を例に挙げて説明する。これを解析してみると、重ね合わせた板状部材２０２，２０３の端部付近にレーザビーム２０４を照射すると、当該レーザ溶接時には、かかる溶接部材の間に蒸発した亜鉛２０５が発生する。このとき、溶接箇所である重ね合わせた板状部材の端部付近に、板状部材を上方から押さえる溶接部材用治具としての押さえ部材２０６を配置すると、溶接箇所付近の板状部材が密接した状態となり、かかる板状部材間に隙間が生じず、蒸発した亜鉛２０５が板状部材間に閉じこもる状態となる。すると、上述したように、亜鉛の蒸発膨張によるポロシティやブローオフによるクレータが発生するという、溶接欠陥が生じうる。
【０００７】
従って、これを解消するためには、図１０（ｃ）に示すよう、重ね合わせた溶接部材の間に隙間を形成し、かかる隙間から蒸発した亜鉛が抜けるよう、溶接部材を配置することが求められている。そして、重ね合わせた溶接部材間に隙間が生じるような場合には、図１０（ｃ）に示すように溶接時に生じる蒸発亜鉛２０５が外部に逃げることとなり、溶接欠陥の発生を抑制することができる。
【０００８】
しかしながら、上述したように、重ね合わせた部材間に隙間を一様に設定することは困難であり、同じ位置を押さえたとしても必ずしも重ね合わせ部分の溶接箇所に、適度な隙間ができるとは限らない。従って、良好な重ね合わせ溶接を実現するための技術開発が望まれ、かかる問題の解決を図る技術が、特許文献１に開示されている。
【０００９】
【特許文献１】
特開２０００−３２６０７８号公報
【００１０】
この特許文献１には、まず、従来の技術が記載されており、重ね合わせた溶接部材の間に、融点の低い材料を介挿したり、重ね合わせた部材のうち一方の部材に他方の部材に向かって突出するエンボスを形成して、上記問題点を解決するというものが記載されている。しかし、これらの技術では、融点の低い材料を介挿することのコストや、エンボスの精度の面で不都合があるため、さらに、別の技術を提案している。それを図１１を参照して説明する。
【００１１】
特許文献１記載の発明は、重ね合わせた板状部材の溶接時に、これら重ね合わせたものの間に隙間を強制的に形成しようと言うものである。ここで、図１１（ａ）に示す溶接装置３００について説明すると共に、これにより実現される溶接方法を説明する。この溶接装置３００では、２枚の溶接部材４１０，４２０にてフランジ部４１１，４２１を形成し、かかるフランジ部４１１，４２１にて重ね合わさっており、当該重ね合わさっている箇所で溶接するというものである。そして、フランジ部４１１，４２１の端部には、各溶接部材４１０，４２０の端部４１２，４２２が位置する。そして、フランジ部自体は、溶接装置３００の一部である加圧ローラ３１０，３２０にて上下方向から抑えており、溶接部材をほぼ同一箇所にて押圧している。これら加圧ローラ３１０，３２０は、溶接装置３００のフレーム３０１に備えられている。
【００１２】
また、溶接装置３００には、レーザビーム３３０を照射するレーザトーチ３３１が当該装置３００のフレーム３０１に備えられており、レーザビーム３３０が溶接部材のフランジ部に照射される。このとき、溶接箇所であるレーザ照射箇所は、加圧ローラ３１０，３２０による押圧箇所よりも端部側である。
【００１３】
さらに、溶接装置３００には、溶接部材の端部４１２，４２２が位置する箇所付近には、重ね合わせた溶接部材のフランジ部４１１，４２１のうち、上側に位置する一方の溶接部材フランジ部４１１の端部４１２を、上方に押し上げる拡開ローラ３４０が配設されている。この拡開ローラ３４０は、実際には、フレーム３０１の下部から軸３４１を介して備えられている。
【００１４】
そして、このとき、重ね合わせられた溶接部材のフランジ部４１１，４２１のうち、上側に位置するフランジ部４１１の端部４１２の方が、他のフランジ部４２１の端部４２１よりも突出した形状となっており、当該突出している端部４１２に拡開ローラ３４０のローラ部分を押し当てて、上方に押圧している。これにより、溶接部材間の端部を強制的に押し拡げ、隙間４３０を形成し、溶接時に発生する蒸発亜鉛を外部に排出する、というものである。なお、溶接装置３００の他の構成については、特許文献１を参照されたい。
【００１５】
また、これを応用した例を図１１（ｂ）に示す。この図に示すように、重ね合わせた板状部材である溶接部材４１０，４２０の端部４１２，４２２が、ほぼ等しい長さの場合に、当該端部４１２，４２２に、重ね合わせられた板状部材４１０，４２０を離間するよう拡開ローラ３５０周囲に形成された突起部３５１を介挿している。このようにしても、溶接部材間の端部４１２，４２２に強制的に隙間４３０を形成することができ、溶接時に発生する蒸発亜鉛を外部に排出することができる。
【００１６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、特許文献１記載の発明は、いずれも溶接箇所付近に重ね合わせた両溶接部材の端部が位置している場合に限られる点で不都合がある。すなわち、図１１（ａ），（ｂ）に示す例では、いずれも端部を押し上げるためのローラを溶接部材の端部側に備える必要があり、そのため、一方の部材が十分に長い部材である場合にはかかる構成が困難となる、という問題が生じる。
【００１７】
また、図１１（ａ），（ｂ）に示す例にように、溶接部材の端部側にローラなどの構成が備えられていると、その溶接箇所付近に溶接トーチを配置することが困難となる、という問題も生じる。特に、図１１（ａ）の場合には、下側からの溶接が困難であり、溶接の自由度が減少してしまう。
【００１８】
さらには、溶接部材を保持する治具の他に、そもそもローラなどの溶接部材を押し上げる構成の機器を備える必要があり、装置の構成要素が増え、装置コストの増加及び溶接時に装置の制御の煩雑化という不都合が生じる。
【００１９】
【発明の目的】
本発明は、上記従来例の有する不都合を改善し、特に、重ね合わせ溶接時の溶接欠陥の発生を抑制する溶接部材用治具を提供することをその目的とする。
【００２０】
【課題を解決するための手段】
そこで、本発明では、溶接部材の板面部分を上下に重ね合わせ、当該重ね合わせた溶接部材のうち溶接箇所付近に端部が位置する部材を上側に配置し、上方から溶接を行うことにより重ね合わせ溶接を行い、この際に上側溶接部材の端部から所定の距離離れた位置で溶接部材を重ね合わせた状態に保持する治具であって、下側溶接部材に当接して当該下側溶接部材を２箇所で支持する２つの受け部材と、上側溶接部材を上方から押圧する押さえ部材とを備えると共に、各受け部材を、所定の間隔を設けて配置し、押さえ部材が、各受け部材の前記溶接部材との各当接箇所の間に位置する溶接部材を押圧する、という構成を採っている。
【００２１】
このような構成にすることにより、まず、上下に重ね合わせられた溶接部材は受け部材によって２箇所で安定して支持され、その間を上方から押さえ部材によって押圧される。すると、溶接部材の治具による保持箇所付近には、押さえ部材による上からの押圧力が作用している箇所を挟んで、受け部材による下からの押圧力が作用するため、押さえ部材の押圧箇所を支点として、その近辺に上方に反り返る力がかかる。換言すると、上側溶接部材の端部側に位置する受け部材による下からの押圧力と、押さえ部材による上からの押圧力とにより、溶接部材の溶接箇所付近には回転偶力が生じる。同様に、他方の受け部材と押さえ部材とによっても、溶接箇所とは反対側に回転偶力が生じる。
【００２２】
ここで、上記回転偶力により、溶接部材は押さえ部材の押圧箇所を支点として上方に反り返る。但し、下側の溶接部材は、押さえ部材による支点からの距離が長いため、当該溶接部材自身の重さにより上方に反り返ることは抑制される。また、上側溶接部材の溶接箇所とは反対側に位置する箇所についても、当該溶接部材自身の重さにより上方に反り返ることは抑制される。
【００２３】
従って、上側の溶接部材の端部付近のみが上方に反り返って変形し、下側の溶接部材から離間する。これを溶接時に作用させると、溶接箇所付近の溶接部材間に隙間が生じる。そして、かかる隙間から溶接時に発生する蒸発亜鉛が外部に抜けるため、溶接欠陥を有効に抑制することができる。
【００２４】
また、２つの受け部材を、一つの部材にて形成すると望ましい。これにより、受け部材の構成が簡略化され、治具自体の構造の簡略化、及び、製造コストの削減を図ることができる。
【００２５】
また、各受け部材の形状を、当該受け部材が下側溶接部材を溶接線に沿って線で支持するよう形成すると共に、押さえ部材の形状を、当該押さえ部材が上側溶接部材を溶接線に沿って線で支持するよう形成すると望ましい。これにより、溶接線に沿って溶接部材のレーザ照射箇所の前後を押さえることができ、保持が安定し、良好な溶接を実現することができる。
【００２６】
また、押さえ部材の上側溶接部材との当接部分が円周部分となるよう、当該押さえ部材を溶接線に沿って回転する円形部材にて形成すると望ましく、同様に、各受け部材の下側溶接部材との当接部分が円周部分となるよう、当該各受け部材を溶接線に沿って回転する円形部材にて形成すると共に、押さえ部材の上側溶接部材との当接部分が円周部分となるよう、当該押さえ部材を溶接線に沿って回転する円形部材にて形成すると望ましい。これにより、溶接トーチの移動に伴って、溶接線に沿って押さえ部材、あるいは、押さえ部材及び受け部材を移動することができるため、溶接部材全体を押さえる構成にする必要がなく、治具自体のコンパクト化を図ることができると共に、確実に溶接箇所付近を押さえることができる。
【００２７】
また、上側溶接部材の端部側に位置する一方の受け部材の下側溶接部材との当接箇所が、他の受け部材の前記下側当接部材との当接箇所よりも上方に位置するよう配置すると望ましい。これにより、溶接箇所付近により大きな回転偶力を発生させることができ、上側溶接部材の端部付近の上方への反り返りを促すことができる。従って、より効果的に溶接部材間に隙間が形成されるようになり、溶接欠陥を抑制することができる。
【００２８】
また、押さえ部材が、２つの受け部材の溶接部材との各当接箇所のほぼ中央に位置する溶接部材の該当個所を押圧する、という構成とすると望ましい。これにより、治具による溶接部材の保持がより安定すると共に、上述したように作用するため、さらなる良好な溶接を実現することができる。
【００２９】
また、押さえ部材よりも上側溶接部材の端部側に、当該上側溶接部材の上方への変形を規制する規制部材を当該上側溶接部材の上方に備え、この規制部材を、溶接前の状態で上側溶接部材と所定の隙間を設けて配置すると望ましい。これにより、上述した受け部材と押さえ部材とによって、上側溶接部材の端部箇所が上方に反り返ったときに、規制部材に当接して当該変形が抑制される。従って、溶接部材が必要以上に変形することを抑制することができ、溶接後の製品の精度の向上を図ることができる。
【００３０】
また、規制部材を、上側溶接部材の端部側に位置する一方の受け部材よりも上側溶接部材の端部側に配置すると望ましい。これにより、溶接部材の最も変形の大きい箇所の近くに規制部材を配置しているため、有効に溶接部材の必要以上の変形を抑制することができる。
【００３１】
また、規制部材を、上側溶接部材に対して上下方向に可動可能に配設すると望ましい。これにより、溶接部材の厚さや材質に応じて、変形規制量を適宜設定することができ、より溶接後の製品の精度の向上を図ることができる。
【００３２】
また、押さえ部材と規制部材とを、一つの部材にて形成するようにすると、上述した受け部材の場合と同様に、溶接部材の上方に位置する押さえ部材及び規制部材の構成が簡略化され、治具自体の構造の簡略化、及び、製造コストの削減を図ることができる。
【００３３】
また、押さえ部材の形状を、当該押さえ部材が上側溶接部材を溶接線に沿って線で支持するよう形成すると共に、規制部材の形状を、当該規制部材が上側溶接部材を溶接線に沿って線で規制するよう形成すると望ましい。これにより、溶接線に沿って有効に溶接部材を押さえることができると共に、その変形も規制も溶接線に沿って行うことができ、良好な溶接を実現することができる。
【００３４】
また、押さえ部材の上側溶接部材との当接部分が円周部分となると共に、規制部材の上側溶接部材に対向する箇所が円周部分となるよう、当該押さえ部材及び規制部材をそれぞれ溶接線に沿って回転する円形部材にて形成すると望ましい。これにより、溶接トーチの移動に伴って、溶接線に沿って押さえ部材、規制部材を移動することができるため、溶接部材全体を押さえる構成にすることなく溶接箇所付近を有効に押さえることができ、治具のコンパクト化を図ると共に、溶接部材の変形も有効に規制できる。また、上述したように受け部材も円形部材にて形成することで、上記同様に治具自体のコンパクト化を図ることができると共に、確実に溶接箇所付近を押さえることができる。
【００３５】
さらに、本発明では、溶接部材の板面部分を上下に重ね合わせ、当該重ね合わせた溶接部材のうち溶接箇所付近に端部が位置する部材を上側に配置し、上方から溶接を行うことにより重ね合わせ溶接を行い、この際に上側溶接部材の端部から所定の距離離れた位置で溶接部材を重ね合わせた状態に保持する治具であって、下側溶接部材に当接して支持する受け部材と、上側溶接部材を上方から押圧する押さえ部材とを備えると共に、押さえ部材を、受け部材よりも上側溶接部材の端部から離れて配置する、という構成であってもよい。
【００３６】
このような構成としても、溶接箇所付近では、上述同様に受け部材と押さえ部材との押圧力により回転偶力が発生する。このとき、上側溶接部材の端部とは反対側に位置する溶接部材自体が溶接装置に保持されているため、かかる箇所の変形は抑制され、一方、上側溶接部材の端部付近は、上述同様に上側溶接部材のみが上方に反り返るよう変形する。このため、溶接時にかかる部材間に隙間が生じ、かかる隙間から溶接時に発生する蒸発亜鉛が外部に抜けることとなる。
【００３７】
従って、あらかじめ備わっている溶接装置の機能を用いることにより、より簡易な構成の治具にて上述同様の作用効果を実現でき、溶接欠陥を有効に抑制することができる。
【００３８】
【発明の実施の形態】
〈第１の実施形態〉
以下、本発明の第１の実施形態を、図１乃至図５を参照して説明する。図１は、本発明である溶接部材用治具が用いられる溶接装置の全体を示す図である。図２は、溶接箇所付近の拡大図を示す。図３は、治具の構成及びその作用を説明する模式図である。図４は、治具の変形例を示す模式図である。図５は、治具の各構成要素が可動可能に構成されている場合における構成の一例を示す図である。
【００３９】
（溶接部材）
まず、本発明にて溶接の対象となる溶接部材について説明する。溶接部材は、２枚の板状部材の板面部分を上下に重ね合わせられた状態で溶接されるものである。このとき、重ね合わせられた溶接部材は、別個独立の２枚の板状部材であることに限定されず、１枚の板状部材にて形成されてもよい。すなわち、一枚の板状部材が曲折されて、自己の他の箇所と重ね合わせられて溶接されるものであってもよい。本実施形態では、一枚の溶接部材にて重ね合わせ溶接を行う場合を例に挙げて説明する。なお、本発明である溶接部材用治具にて固定されて溶接される部材は、３枚以上を重ね合わせて溶接されるものであってもよい。
【００４０】
また、本実施形態では、上下に重ねられた溶接部材のうち、上側に位置する溶接部材の端部付近で溶接を行うというものである。すなわち、上側溶接部材の端部がある場合に、かかる端部の位置よりも下側溶接部材は長く存在し、当該端部付近にて溶接を行うというものである。さらに換言すると、２層に積層された溶接部材があって、途中で上側の溶接部材が途切れて１層になっており、この上側溶接部材が途切れている箇所付近で、上方から貫通溶接、あるいは、隅肉溶接を行うというものである。
【００４１】
そして、自動車の車体をはじめ、板状部材を重ね合わせた状態で溶接する箇所は多々あるが、本実施形態では、具体的に、トラックの荷台の壁面となるあおり板（ロールゲート１０）の閉断面部１１を形成するよう溶接する例を用いて説明する。図１及び図２に示すように、ロールゲート１０は、一枚の板部材を折り返すよう曲折させ、かかる曲折箇所を略正方形状（閉断面部１１）にし、折り返した端部付近を板部材自身と重ね合わせる。そして、ロールゲートの壁面部分となりうる箇所が下側溶接部材１２となり、当該下側溶接部材１２である板部材自身に折り返されて重ね合わせられた端部１３ａ側が上側溶接部材１３となる。そして、かかる曲折部が一枚の板部材の両端部に形成され、当該両端部で重ね合わせ溶接が行われる。
【００４２】
（溶接装置）
次に、これを溶接する溶接装置２０について、その構成を図１を参照して説明する。本実施形態における溶接装置２０はレーザ溶接を行うものである。従って、溶接箇所のレーザビームＬを照射するレーザトーチ２１，２２を備えている。そして、レーザトーチ２１，２２は２つ備えられており、一枚の溶接部材の両端部に形成される閉断面部を形成するよう溶接する。
【００４３】
また、溶接部材１０であるロールゲートを全体的に保持する溶接部材用治具３０を備えている。この溶接部材用治具３０は、レーザトーチ２１，２２に対応して２つ備えられていて、クランプハンドル３０ａを操作することにより、溶接部材１０の両端部に形成された閉断面部１１を適度な強さに締め付けて保持するようになっている。そして、本発明は、この溶接部材用治具に関するものであるので、以下に詳述する。なお、溶接装置２０のうち、レーザトーチ２１，２２などの他の部分については従来より用いられているものと同様の構成であるため、その詳細な説明は省略する。
【００４４】
（溶接部材用治具）
まず、ロールゲート１０の一端部側を溶接する場合を例に挙げて、溶接箇所付近における溶接部材用治具３０の構成を図２を参照して説明する。この治具３０は、閉断面部１１を形成するよう曲折して重なり合っている板状部材を、上下から押さえるというものである。具体的には、下から支持する受け部材３１と、上から押さえる押さえ部材３２とを備えている。
【００４５】
ここで、上記溶接部材用治具の一部である受け部材３１及び押さえ部材３２の構成の概略及びその作用を、図３の模式図を参照して説明する。なお、ここでは説明の都合上、上下に重なる溶接部材１０のうち下側を符号１２で示し、上側を符号１３で示す。このように別個独立の２枚の板状部材を重ね合わせて溶接する場合でもよく、ロールゲートのように１枚の部材にて形成される重ね合わせ部分を溶接する場合であってもよい。
【００４６】
この治具は、図３（ａ）に示すように、上側溶接部材１３の端部１３ａから所定の距離離れた位置で溶接部材１０を重ね合わせた状態に保持する治具である。そして、下側溶接部材１２に当接して当該下側溶接部材１２を２箇所で支持する２つの受け部材３１（第１の受け部材３１ａ、第２の受け部材３１ｂ）と、上側溶接部材１３を上方から押圧する押さえ部材３２とを備えている。換言すると、この治具は、溶接部材１０が重ね合わせられている箇所で当該溶接部材１２，１３を上下方向から挟むよう挟持する受け部材３１と押さえ部材３２とを備えている。なお、受け部材３１は治具本体部３５に下側から支持され、押さえ部材３２は治具本体部３５に上方から保持されている。
【００４７】
そして、図３（ａ）に示すように、上側溶接部材１３の端部１３ａから、押さえ部材３２は距離ｄ、第１の受け部材３１ａが距離ａ１、第２の受け部材３１ｂが距離ａ２だけ、離れて配置されている。なお、溶接は、上側溶接部材１３の端部１３ａを隅肉溶接により行われるか、あるいは、当該端部１３ａから第１の受け部材３１ａとの間である距離ａ１以内の箇所で、上方から貫通溶接により行われる。
【００４８】
ここで、受け部材３１ａ，３１ｂ及び押さえ部材３２の位置関係を説明する。まず、第１、第２の受け部材３１ａ，３１ｂは所定の間隔、例えば図３（ａ）では（ａ２−ａ１）の距離をあけて配設され、上下の溶接部材１２，１３が重ね合わせられている箇所で、下側から支持している。すなわち、上側溶接部材１３の端部１３ａの端面側とは反対側に配設されている。また、押さえ部材３２は、第１、第２の受け部材３１ａ，３１ｂの間に位置するよう配置され、これにより、当該押さえ部材３２が、各受け部材３１ａ，３１ｂの下側溶接部材１２との各当接箇所の間に位置する上側溶接部材１３を押圧するようになっている。すなわち、押さえ部材３２は、上側溶接部材１３に単に当接しているだけでなく、当該上側溶接部材１３を所定の押圧力にて下方に押圧している。これにより、溶接部材を下側から支持している受け部材３１ａ，３１ｂは、その反力により当該溶接部材を上方に押圧していることとなる。
【００４９】
なお、溶接部材１０が、上下それぞれ厚さが０．８ｍｍ〜１．０ｍｍの鋼板である場合に、押さえ部材３２を、上側溶接部材の端部から５ｍｍ以上（ｄ≧５ｍｍ）離間させて配置すると、後述するように良好な溶接部材を得ることができる。
【００５０】
このとき、各受け部材３１ａ，３１ｂは下側溶接部材１２と、押さえ部材３２は上側溶接部材１３とに溶接線に沿った線で当接している。なお、図３（ａ）では、溶接線方向から見た正面図を示しているため、点で当接している状態となっているが、実際には、紙面奥方向に向かって当接箇所が続いている。すなわち、受け部材３１ａ，３１ｂ、押さえ部材３２は、溶接線に沿って配置された所定の長さを有する部材である。但し、これらの部材は、溶接線に沿って長く形成された部材であることに限定されない。後述する第２の実施形態に示すように、略円柱形状である車輪状に形成され、その円周箇所が溶接部材１２，１３と当接する箇所となっているものであってもよい。かかる場合には、レーザトーチ２２と共に移動可能に装着されている。また、受け部材３１ａ，３１ｂ及び押さえ部材３２は、溶接部材１０に線あるいは点で当接していることに限定されない。従って、受け部材３１ａ，３１ｂ及び押さえ部材３２は、その断面形状が凸型、くさび形であることに限定されず、平面形状であってもよい。
【００５１】
そして、図３（ａ）のときに溶接部材にかかる力を、図３（ｂ）に模式的に示す。この図に示すように、２つの受け部材３１ａ，３１ｂによって下側溶接部材１２には、それぞれ矢印Ａ１，Ａ２の押圧力が、そして、押さえ部材３２によって上側溶接部材１３に矢印Ａ３の押圧力がかかる。このとき、押さえ部材３２と第１の受け部材３１ａとによる押圧力、すなわち、矢印Ａ３と矢印Ａ１とに示す押圧力に着目する。これら押圧力は、作用線が平行であるため、上下の両溶接部材には、矢印Ａ４方向の回転偶力が生じる。従って、押さえ部材３２の押圧点を支点として、両溶接部材１２，１３には上方に反り返る力がかかる。但し、下側溶接部材１２の反り返る力がかかっている箇所は、当該部材が回転端方向にさらに長く続いて形成されているためその重量が大きい。このため、当該溶接部材１２自身の重さにより上方に反り返ることは抑制される。従って、反り返るのは上側の溶接部材１３だけであり、しかも自身の質量が軽いその端部１３ａ付近のみが、図３（ｂ）の点線にて示すよう変形することとなる。
【００５２】
すると、反り返った上側の溶接部材１３の端部１３ａ付近は、下側の溶接部材１２から離間する。従って、図３（ｃ）に示すように、これを溶接時に作用させることで、溶接箇所付近の溶接部材間に隙間が生じる。そして、かかる隙間から溶接時に発生する蒸発亜鉛が外部に抜けるため、溶接欠陥を有効に抑制することができる。
【００５３】
なお、押さえ部材３２と第２の受け部材３１ｂとによる押圧力、すなわち、矢印Ａ３と矢印Ａ２とに示す押圧力に着目しても、上記同様に溶接部材には回転偶力が生じ、溶接部材１２，１３自体が上方に反り返る力が生じる。但し、上述した下側溶接部材１２と同様に、溶接部材１２，１３自身の重さにより、両部材１２，１３とも上方に反り返ることは抑制される。
【００５４】
ここで、図３では、押さえ部材３２は、第１、第２の受け部材３１ａ，３１ｂのほぼ中央よりもやや第１の受け部材３１ａより（上側溶接部材１３の端部１３ａ側）に配置した場合を例示したが、これに限定されるものではない。例えば、押さえ部材３２を、２つの受け部材３１ａ，３１ｂのほぼ中央に配置してもよい。すなわち、押さえ部材３２が、２つの受け部材３１ａ，３１ｂの下側溶接部材１２との各当接箇所のほぼ中央に位置する上側溶接部材１３の該当個所を押圧するようにしてもよい。これにより、治具３０による溶接部材１０の保持がより安定する。
【００５５】
また、押さえ部材３２による押圧力は調整が可能である。すなわち、押さえ部材３２の上下方向の位置を制御できるよう、治具３０本体部３５に押さえ部材駆動用アクチュエータが備えられている。これについては後述する。
【００５６】
また、第１、第２の受け部材３１ａ，３１ｂは、それぞれその位置の調整が可能である。すなわち、ネジなどにより、あるいは、アクチュエータによってその上下位置が微調整可能である。この装置についても後述するが、構成の概略及び作用については図４を参照して説明する。
【００５７】
図４（ａ）に示すように、例えば、第１の受け部材３１ａを第２の受け部材３１ｂよりもｔ１だけ高く配置して設定したとする。そして、押さえ部材３２にて溶接部材１２，１３を下方に押圧することで、図４（ｂ）の矢印に示すように、上側溶接部材１３の端部１３ａ側を第１の受け部材３１ａにてより大きな力で上方に押圧することができ、溶接箇所付近に、より大きな回転偶力を発生させることができる。これにより、上側溶接部材１３の端部付近の上方への反り返りを促すことができる。従って、より効果的に溶接部材間に隙間が形成されるようになり、溶接欠陥を抑制することができる。
【００５８】
なお、図２に示すように、２つ受け部材３１ａ，３１ｂは、下側溶接部材１２と当接する２つの凸部が形成された一体的な１つの部材３１にて構成されている。但し、必ずしもこれに限定されず、後述する図５に示すように、分離した２つの部材にて形成されていてもよい。
【００５９】
ここで、溶接部材用治具３０の各構成要素を駆動してその位置を制御する駆動機構について説明する。例えば、治具３０の本体部３５には、種々のアクチュエータが備えられており、各アクチュエータにて押さえ部材３２などを駆動する。具体的には、図２に示すように、押さえ部材３２を上下方向に駆動する符号３８ａに示すアクチュエータや、溶接部材１０自体を押圧するなどして溶接部材１０に対する押さえ部材３２の相対位置を移動する符号３８ｂのアクチュエータを備えている。また、一体的な受け部材３１を左右方向に駆動する符号３８ｃのアクチュエータや、上下方向に駆動する符号３８ｄのアクチュエータも備えている。例えば、符号３８ｃのアクチュエータを駆動して、受け部材３１の位置を調整することで、受け部材３１に対する押さえ部材３２の位置を調整できる。なお、符号３８ｅに示すアクチュエータは、溶接部材１０を下方に押さえるよう駆動するものである。そして、上記アクチュエータは、例えば、圧電効果により伸縮する圧電素子やエアシリンダにより形成されているが、これに限定されるものではなく、上述したネジなどによる調整機構でもよい。
【００６０】
また、本実施形態における受け部材３１ａ，３１ｂは、図５に示すように第１、第２の受け部材３１ａ，３１ｂがそれぞれ分離して形成されていてもよい。かかる場合には、各受け部材３１ａ，３１ｂの間に符号３８ｆに示すアクチュエータが備えられている。これにより、第１の受け部材３１ａから第２の受け部材３１ｂを離間するよう押圧することができ、各受け部材間の距離を調節することができる。また、第２の受け部材３１ｂの下には、当該第２の受け部材３１ｂを上下動させる符号３８ｇのアクチュエータが備えられている。これにより、上述したように、第１，第２の受け部材３１ａ，ｂの相対的な上下方向の位置を変化させることができる。
【００６１】
〈第２の実施形態〉
以下、本発明の第２の実施形態について、図６乃至図８を参照して説明する。本実施形態における治具には、上述した第１の実施形態にて示した構成に加えて、さらに、押さえ部材３２よりも上側溶接部材１３の端部１３ａ側に、当該上側溶接部材１３の上方への変形を規制する規制部材３３が当該上側溶接部材１３の上方に備えられている。この規制部材３３の構成を図６乃至図７に示す。
【００６２】
まず、本実施形態では、図６に示すように、第１の実施形態では一体的に形成されていた第１及び第２の受け部材３１ａ，３１ｂが、一点（あるいは線）で下側溶接部材１２に当接していて、第１の受け部材３３ａとして機能している。そして、ロールゲートの閉断面部を支持する箇所が、第２の受け部材３３ｂとして機能している。なお、この第２の受け部材３３ｂは、溶接装置２０の一部であってもよい。但し、第１、第２の受け部材は、上述した図２に示す形状のもので、一体的に形成されていてもよい。
【００６３】
また、図６に示すように、上述した規制部材３４ｂは、押さえ部材３４と一体化して形成されており、当該押さえ部材３４の上側溶接部材１３に対する押圧箇所よりも当該上側溶接部材１３の端部１３ａ側に位置して形成されている。具体的に、図７（ａ）の模式図を参照して説明する。押さえ部材３４には、当該部材自体を本体部３４とすると、実際に押さえ部材として上側溶接部材１３を押圧する押さえ突起部３４ａと、同様に上側溶接部材１３に向かって本体部３４から突出する規制突起部３４ｂとが形成されている。すなわち、押さえ部材本体部３４には、下方に突出する２つの突起部３４ａ，３４ｂが形成されていることとなる。
【００６４】
そして、規制突起部３４ｂの突出長さは、図７（ｂ）に示すように、押さえ突起部３４ａの突出長さよりも短く形成されている。これにより、まず、溶接前の押さえ部材本体部にて上側溶接部材を押さえた状態、すなわち、押さえ突起部３４ａ（押さえ部材）が上側溶接部材１３に当接した状態では、規制突起部３４ｂ（規制部材）の突出端は上側溶接部材１３とは所定の隙間を設けて配置された状態となる。例えば、押さえ突起部（押さえ部材）と規制突起部（規制部材）との長さの差ｔ２は、０．５〜１．０ｍｍである（図７（ｂ）参照）。
【００６５】
その後、溶接を行うと、上述したように上側溶接部材１３の端部１３ａ箇所が上方に反り返ったときに、当該上側溶接部材１３の反り返った箇所が規制突起部３４ｂ（規制部材）の突出端に当接するため、それ以上反り返って変形することを抑制することができる。従って、治具により、上側溶接部材１３を反り返るよう変形させて溶接部材１２，１３間に適度な隙間を形成することを促して溶接欠陥の発生の抑制を図ると共に、必要以上に溶接部材が変形してしまうことを抑制することができるため、溶接後の製品精度の向上を図ることができる。
【００６６】
さらに、規制部材である規制突起部３４ｂは、押さえ部材である押さえ突起部３４ａとは所定の距離離れて形成されているが、両突起が第１の受け部材３３ａ（上側溶接部材の端部側に位置する側の受け部材）の支持箇所を挟むよう配置される。従って、規制突起部３４ｂは、第１の受け部材３３ａよりも上側溶接部材１３の端部１３ａ側に位置する。具体的に、上側溶接部材１３の端部１３ａからの各部材３３ａ，３３ｂ又は各突起部３４ａ，３４ｂまでの距離ａ１，ａ２，ｄ１，ｄ２の関係を示すと、ｄ２＜ａ１＜ｄ１＜ａ２となる（図７（ａ）参照）。
【００６７】
このようにするとで、上述したように、回転偶力により上側溶接部材１３の端部付近が最も大きく変形するため、かかる箇所付近の変形を規制することで、溶接部材自体の必要以上の変形を抑制することができ、形状の均一化、寸法精度の向上を図ることができる。
【００６８】
なお、上述したように規制部材（規制突起部３４ｂ）が押さえ部材３４と一体化している場合には困難であるが、後述するように、別個の構成である場合には、上側溶接部材１３に対して上下方向に可動可能に形成してもよい。すると、溶接部材の厚さや材質によっては、当該溶接部材自体の変形の様子も変化するため、このような溶接部材の厚さや材質に応じて、変形規制量を適宜設定することができ、より溶接後の製品の精度の向上を図ることができる。
【００６９】
ここで、上述した押さえ部材３４ａあるいは規制部材３４ｂの具体的な構成について、図８を参照して説明する。
【００７０】
まず、上述した図７に示すように、押さえ部材３４ａと規制部材３４ｂとが一体的に形成されている場合の一例を、図８（ａ）に示す。この図に示すように、押さえ部材３４ａと規制部材３４ｂとが一体的となっている押さえ部材本体部３４は、中心を軸に回転可能な円柱形状（車輪形状）に形成されている。そして、その円柱の両端の外周には、押さえ部材３４ａ（突起部）及び規制部材３４ｂ（突起部）となる環状突起部３４ａ，３４ｂが形成されている。このとき、規制部材となる環状突起部３４ｂの外径の方が、押さえ部材となる環状突起部３４ａの外径よりも小さく形成されている。これは、溶接前に上側溶接部材１１３を押さえ部材３４ａにて押さえたときに、当該上側溶接部材１３と規制部材３４ｂとの間に隙間を形成して、当該隙間だけの変形を許容するためである。
【００７１】
そして、この車輪状の押さえ部材３４は、溶接線に沿って長く形成され備えられた溶接部材用治具本体部３５に駆動機構（図示せず）を介して備えられていている。かかる場合には、溶接装置を制御する制御部にて、押さえ部材３４の位置が制御されることとなる。すると、レーザトーチ２１の移動と共に溶接線に沿って移動可能となる。
【００７２】
また、押さえ部材３４は、レーザトーチ２１の先端部付近に取り付けられていてもよい。そして、レーザトーチ２１の移動と共に、車輪が回転して溶接部材を押さえる構成であってもよい。
【００７３】
このようにすることで、溶接箇所を直線状に溶接する際には、レーザトーチ２１の移動に合わせて溶接線に沿って回転させて移動することで、確実に溶接部材を押さえながら溶接を行うことができる。このとき、溶接部材あるいは押さえ部材等が弾性変形する場合には、線で溶接部材を押さえることができ、より溶接線に沿って有効に溶接部材を押さえることができる。押さえ部材３４ａ及び規制部材３４ｂを一体的に形成することで、これらの構成が簡略化され、治具自体の構造の簡略化、及び、製造コストの削減を図ることができる。
【００７４】
但し、押さえ部材３４ａ及び規制部材３４ｂは、一体的に形成されていることに限定されない。図８（ｂ）に示すように、それぞれ別個の車輪状部材にて構成されていてもよい。すなわち、押さえ部材としての車輪状部材３４ａと、規制部材としての車輪状部材３４ｂとが、溶接部材用治具本体部３５に備えられていてもよい。
【００７５】
そして、このように押さえ部材と規制部材とを、別個の部材にて構成した場合には、それぞれの上下方向の位置を相対的に変化するよう調整することが可能である。例えば、各車輪３４ａ，３４ｂの支持軸自体の高さをネジなどで手動にて調整可能としたり、あるいは、アクチュエータなどの駆動機構を設けて調整可能としてもよい。このようにすることにより、図７（ｂ）に示す、上述した押さえ部材３４ａと規制部材３４ｂとの先端位置の差ｔ２を、溶接部材や溶接後の製品の精度に応じて容易に設定可能となる。具体的には、製品の精度が要求される場合には、ｔ２をさほど大きく設定せず、また、確実に溶接不良を防止したい場合には、ｔ２を大きく設定して亜鉛蒸気を逃すようにする。また、溶接部材の厚さや材質に応じて、変形規制量を適宜設定してもよい。さらに具体的には、溶接部材が、それぞれ０．８ｍｍ〜１．０ｍｍの鋼板である場合に、規制部材３４ｂを、溶接前に上側溶接部材１３との対向面から０．１ｍｍ〜０．３ｍｍ離間させて配置することとすると、より良好な溶接部材を得ることができる。
【００７６】
さらに、押さえ部材３４ａと規制部材３４ｂとの水平方向の距離が、それぞれ変更可能な構成としてもよい。例えば、押さえ部材３４ａと規制部材３４ｂとをそれぞれ支持する支持体３４ａａ，３４ｂａは、治具本体部３５に備えられているが、当該治具本体部３５と支持体３４ａａ，３４ｂａとの間にアクチュエータを設けることで、水平方向に駆動し、その距離を狭めたり、広げたりしてもよい。そして、その距離を溶接部材の厚さや材質に応じて設定することで、各溶接部材に適した溶接を実現できる。
【００７７】
なお、本実施形態では、図８（ａ），（ｂ）に示すように押さえ部材等を車輪形状とした場合を例示したが、第１、第２の受け部材３１ａ，３１ｂも同様に車輪形状としてもよい。この場合には、これら受け部材は、溶接部材の溶接線に沿ってレーザトーチや押さえ部材などの移動に伴って移動可能に、治具本体部３５に備えられる。
【００７８】
【発明の効果】
本発明は、上記のように構成され機能するので、これによると、上側溶接部材の端部側に位置する受け部材による下からの押圧力と、押さえ部材による上からの押圧力とにより、溶接部材の溶接箇所付近には回転偶力が生じ、溶接部材は押さえ部材の押圧箇所を支点として上方に反り返るよう作用し、このとき、下側の溶接部材は、押さえ部材による支点からの距離が長いため、当該溶接部材自身の重さにより上方に反り返ることは抑制され、従って、上側の溶接部材の端部付近のみが上方に反り返って変形し、下側の溶接部材から離間することにより、溶接箇所付近の溶接部材間に隙間が生じ、かかる隙間から溶接時に発生する蒸発亜鉛が外部に抜けるため、溶接欠陥を有効に抑制することができる、という従来にない優れた効果を有する。
【００７９】
また、押さえ部材よりも上側溶接部材の端部側に、当該上側溶接部材の上方への変形を規制する規制部材を当該上側溶接部材の上方に備え、この規制部材を、溶接前の状態で上側溶接部材と所定の隙間を設けて配置すると、上述した受け部材と押さえ部材とによって、上側溶接部材の端部箇所が上方に反り返ったときに、規制部材に当接して当該変形が抑制され、溶接部材が必要以上に変形することを抑制することができ、溶接後の製品の精度の向上を図ることができる。
【００８０】
さらに、溶接部材間に隙間を形成する構成としたが、その主となる構成要素は押圧部材及び受け部材であり、従来例とは異なり治具自体が兼ねることとなるため、当該機構を溶接部に対して一方側にのみ備えればよく、レーザトーチがレーザを照射すべく溶接部材に近づくことの邪魔とならず、溶接の自由度が向上する。そして、かかる機構は簡単な構成であるため、特に、狭い箇所やフランジ部分などの押さえ場所の少ない場所においても使用できるという従来にない優れた効果を有する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１の実施形態における溶接装置及び溶接部材用治具の構成を示す概略図である。
【図２】図１に開示した溶接箇所付近の拡大図であり、溶接部材用治具の構成を示す概略図である。
【図３】図３（ａ）〜（ｃ）は、図２に開示した溶接部材用治具の構成及びその作用を示す模式図である。
【図４】図４（ａ），（ｂ）は、溶接部材用治具の変形例の構成及びその作用を示す模式図である。
【図５】溶接部材用治具の変形例の構成及びその作用を示す模式図である。
【図６】本発明の第２の実施形態における溶接部材用治具の構成を示す概略図である。
【図７】図７（ａ），（ｂ）は、図６に開示した溶接部材用治具の構成及びその作用を示す模式図である。
【図８】図８（ａ），（ｂ）は、溶接部材用治具の構成の一部を示す模式図である。
【図９】従来例におけるレーザ溶接装置を示す斜視図である。
【図１０】従来例における溶接の状態を説明する説明図である。図１０（ａ）は、溶接対象物の形状を示す図であり、図１０（ｂ），（ｃ）は、溶接時における溶接箇所の様子を示す模式図である。
【図１１】図１１（ａ），（ｂ）は、従来例である特許文献１に開示された溶接装置の構成を示す概略図である。
【符号の説明】
１０  ロールゲート（あおり板）〔溶接部材〕
１１  閉断面部
１２  下側溶接部材
１３  上側溶接部材
２０  溶接装置
２１，２２  レーザトーチ
３０  溶接部材用治具
３１  受け部材
３２  押さえ部材
３５  治具本体部
３８ａ〜３８ｇ  アクチュエータ
１３ａ  上側溶接部材の端部
３３ａ  第１の受け部材
３３ｂ  第２の受け部材
３４ａ  押さえ突起部（押さえ部材）
３４ｂ  規制突起部（規制部材）
【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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