(57)【要約】  本発明は、照射保護された工作機械内で、特にレーザ溶接装置（１）内で少なくとも二つの構成部品（６、７）をクランプ留めするためのクランプ装置に関連しており、第１構成部品（６）を支持するための収容部（１８）と、二つの構成部品（６、７）間の接合面（８、９）でクランプ圧を生じるために第２構成部品（７）に力を加えるためのクランプヘッド（１６）と、工作機械の周縁ビーム路（１０）内に配置された内側クランプ固定具（１１）であって、当該固定具は構成部品（６、７）を内側でクランプ留めするためのクランプ面（１２）を有している固定具と、及び、内側クランプ固定具（１１）を外側クランプヘッド（１６）に結合するための細い結合支柱（１５）とを備えて構成され、上記結合支柱（１５）は、構成部品（６、７）への工作機械ビーム路（１０）の到達を可能にしているクランプヘッド（１６）内の路溝（１７）を橋渡しする。
2010524691.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
作用ビーム（３）を用いる工作機械内で、特にレーザ溶接装置（１）内で少なくとも二つの構成部品（６、７）をクランプ留めするためのクランプ装置であって、
−  第１構成部品（６）を装着するためのキャリヤ（１８）と、
−  少なくとも一つのクランプチャック（１６）であって、その上に各クランプ固定具が第２構成部品（７）を固定するために配置されて両構成部品（６、７）間の接合面（８、９）にクランプ圧をもたらす、クランプチャックとを備えて構成されるクランプ装置において、
−  各クランプ固定具が、構成部品（６、７）の内側クランプ留めのためのクランプ面（１２）を有する工作機械の作用ビーム（３）の循環ビーム路（１０）内に配置される、内側クランプ固定具（１１、１１’）として設計されること、
−  作用ビーム（３）のための溝（７）が、各内側クランプ固定具（１１、１１’）を外側クランプチャック（１６）から分離すること、及び、
−  少なくとも一つの細い結合支柱（１５、１５’）が、内側クランプ固定具（１１、１１’）を外側クランプチャック（１６、１６’）に結合するために設けられ、少なくとも一つの結合支柱（１５、１５’）は、工作機械のビーム路（１０）を構成部品（６、７）に解放している溝（１７）を橋渡しすることを特徴とする、装置。
【請求項２】
結合支柱（１５、１５’）がヒレ状であり、それによって平坦な主面は、機械のレーザビーム（３）の方向に対して本質的に平行であることを特徴とする、請求項１に記載のクランプ装置。
【請求項３】
内側クランプ固定具（１１、１１’）のクランプ領域（１２）が、接合面（８、９）に対して平行であることを特徴とする、請求項１又は２に記載のクランプ装置。
【請求項４】
溝（１７）が、機械のビーム（３）の反対方向に円錐形に延びることを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一項に記載のクランプ装置。
【請求項５】
結合支柱（１５、１５’）の形状が、レーザビーム（３）の焦線に適合されることを特徴とする、請求項１〜４のいずれか一項に記載のクランプ装置。
【請求項６】
クランプチャック（１６）が、機械の循環ビーム路（１０）の外側に、構成部品（６、７）の外側クランプ留めのためのクランプ面（２８）と共に配置された外側クランプ固定具（２７）を有することを特徴とする、請求項１〜５のいずれか一項に記載のクランプ装置。
【請求項７】
内側、及び／又は、外側クランプ固定具（１１、１１’、２７）が複数の部品で作られることを特徴とする、請求項１〜６のいずれか一項に記載のクランプ装置。
【請求項８】
内側クランプ固定具（１１）の取付台を形成する結合支柱（１５）が、内側クランプ固定具（１１）内にはめこまれた二つの交差するシート金属ストリップ（２３、２３’）上に作られることを特徴とする、請求項１〜７のいずれか一項に記載のクランプ装置。
【請求項９】
特に三次元構成部品のクランプ留めのために、多数の別個の内側クランプ固定具（１１’）が各々、外側の、個々のクランプチャック（１６’）上に結合支柱（１５’）を介して配置されることを特徴とする、少なくとも請求項１に記載のクランプ装置。
【請求項１０】
クランプチャック（１６’）が各々、クランプ駆動装置によって、好ましくはピストンシリンダ駆動装置（３４）によって加圧可能な、結合支柱（１５’）を保持するクランプレバー（２９）を備えることを特徴とする、請求項９に記載のクランプ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、レーザに基づいた工作機械において、特にレーザ溶接装置において、少なくとも二つの構成部品をクランプ留めするための、クランプ装置に関している。
【背景技術】
【０００２】
この種類のクランプ装置は様々な印刷刊行物から公知である。例えば特許文献１は、加工部品用、特にプラスチックで作られた接合面であって、当該接合面は二部加工部品の縁周りの外周縁上に見える接合面のレーザ透過溶接(Laser-Durchstrahlschweissen)用の溶接ブラケットを表示している。第１の加工部品は、構成部品を吊り下げるためにキャリヤによって保持される。第２の加工部品にはクランプチャックが取り付けられて、接合面へクランプ圧を加えるために実際の溶接線の外側で保持される。
【０００３】
特許文献２のとおりの溶接装置に対しては、圧力効果が水力、空気圧、圧延又は他の締め具によって生ぜられる。明確に、レーザビームの隣の照射領域に沿って進む圧力ローラが解放される。この処理の著しい不利益は、圧力ローラを動かすことによって、当該ローラの移動方向に沿って接線力が加えられるということである。この力は、レーザ照射が透過する接合相手内に張力を生ずる。さらに、上記表面の破損が、加工部品表面に取り付けられた圧力ローラによって引き起こされるかもしれない。
【０００４】
特許文献３は、プラスチック容器の蓋用レーザ溶接装置を開示しており、当該蓋は、二重輪の形状をしたクランプ固定具によって溶接シームの領域内で容器縁上に押し付けられる。二つのクランプ輪間の溝は、こうして完全にレーザ透過窓によって覆われ、それによって真下の領域は蓋が固定されたときに封鎖され、補足的に過圧される。この方法は、容器上に均等に蓋を据えさせることを目的としている。レーザビームは窓と、二つの輪間の溝とを通り抜けて溶接領域に当たる。クランプ圧は、加工部品上方に設置された中心圧シリンダによってもたらされる。この構成は、溶接が必要なより小さい構成部品は目的としていない。
【０００５】
本発明の背景の観点から、主要な使用領域で、つまり透過溶接でクイックルックが行われるべきである。ここで、必須なレーザ出力の溶接領域への伝達は、レーザビーム波範囲に対して透過性である又は少なくとも半透過性である第１構成部品の蓋を通り抜けて進むレーザビームによって成し遂げられる。レーザエネルギーは、少なくとも部分的に、下側の接合相手で吸収される。結果として生じる熱は、下側の接合相手を部分的に溶かす。第１構成部品も、第２構成部品から蓋への熱伝達によって部分的に溶ける。二つの接合相手間の結合は、圧力を介して溶接領域上で終わる。レーザビームは溶接シームを押しのけて徐々に進む。
【０００６】
圧力効果を作り出すために、当該技術で進取的な状態を象徴する特許文献１は外側クランプ装置を開示しており、接合相手上における反対向きのクランプ力が溶接シームの一つの側に加えられる。これは、溶接シームに沿って照射された接合相手上に溶接品質に対して欠陥となる片側歪を導く。圧力分布は溶接されたシームに向かって小さくなり、構成部品の外側変形を引き起こし得る。このようにして、溶解した部分が固化した後に溶接シーム内で又は溶接シームの隣で亀裂を生じ得る歪がプラスチック構造体中に生じ得る。
【０００７】
さらに、溶接シームの外側にそれを取り付けるための材料が構成部品に殆んど無い又は全く無い場合には、外側クランプ装置を用いることが困難である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００８】
【特許文献１】DE 199 24 469 A1
【特許文献２】DE 195 10 493 A1
【特許文献３】US 5 049 720 A
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の課題は、当該技術の状態に伴う上述した問題に基づいて、クランプ装置を創り出す事であり、それによって溶和されるべき二つの構成部品が、それらの寸法に関係なくあらゆる場合にクランプ留めされるということが可能であって、問題の多い外側クランプ技術に対する必要性をなくすだろう。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
この課題は、請求項１の記載部分に列挙された特徴構成によって解決される。当該クランプ装置は、
−  機械の、循環しているビーム路内に置かれた内側クランプ固定具であって、内側から構成部品をクランプ留めするためのクランプ面を有している、内側クランプ固定具と、及び、
−  内側クランプ固定具を外側クランプチャックと結合するための細い結合支柱であって、ビーム路を機械から構成部品まで通す、クランプチャック内の溝に橋渡しをする、結合支柱とを備えて構成される。
【００１１】
本発明は、レーザに基づいた機械内で今まで、内側に存在しているクランプ部品に関連するシャドウィング効果のために用いられることの無かった内側クランプ技術を提案する。これに鑑みて本発明は、内側クランプ固定具を外側クランプチャックに固定する小さな結合支柱によって生じるような、レーザビームの周縁妨害が、溶接シームにかなりの程度有害というわけではないという発見から結論付けられた。溶接したシームの長さ方向に沿って熱伝導も生じることから、結合支柱によって陰にされた領域にも十分なエネルギーが供給され、それによって接合対の完璧な溶解と溶接が成し遂げられ得る。
【００１２】
本発明特有の内側クランプ、特に好ましい外側クランプと組み合わせた内側クランプによって、クランプ圧力分布が全溶接シームに対し遥かに均一となり、溶接シーム内及び周辺でのより低い応力を導く。これは、溶接シームの均一性を改善し、且つ、より低いレーザ出力を用いることによって、結果として達成すべき所望の溶接を可能にした。これは、加工部品処理中のパルス回数（時間）減少という結果ももたらすことができる。
【００１３】
更に有利な実施形態にしたがうと、ビーム路を橋渡しする結合支柱によって外側の個々のクランプチャック上に配置された、多数の個々のクランプ固定具によって、３次元構成部品の応力（張力）のために内側張力がもたらされる。好ましくは各結合支柱と共に内側クランプ固定具は、例えばピストンシリンダ駆動装置の形体の、クランプ駆動装置によって圧力を加えられ得るクランプレバーの部分である。
【００１４】
本発明の好ましい設計、更なる特徴、詳細及び利点は、具体的な要件及び添付の図面に基づいた以下の典型的な設計の記述から生ずる。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】クランプ装置を有するレーザ溶接装置の斜視図である。
【図２】図１に図示した構成の側面図である。
【図３】構成部品の内側クランプを備えたクランプ装置の上面図である。
【図４】図３の交差線IV-IVに対応するクランプ装置の断面図である。
【図５】図３の交差線V-Vに対応するクランプ装置の断面図である。
【図６】組み合わさった内側及び外側クランプを有するクランプ装置の上面図である。
【図７】図６の交差線VII-VIIに対応するクランプ装置の断面図である。
【図８】図６の交差線VIII-VIIIに対応するクランプ装置の断面図である。
【図９】個々のクランプ固定具を備えて成る内側クランプ装置の、他の実施形態の側面図である。
【図１０】個々のクランプ固定具を備えて成る内側クランプ装置の、他の実施形態の上面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図１及び２が明らかとしているように、レーザ溶接装置は、全体として１で表示されているレーザ溶接ヘッドで作られており、その構成においては現状技術であり、そのためこれ以上記載する必要もない。上記レーザ溶接ヘッド１は、スキャナーシステムとして、又は移動可能なコンター溶接ヘッド（Konturschweisskopf）として設計され得る。
【００１７】
スキャン装置２を介して、図２中点線でしるしをつけたレーザビーム３は、以下に記載するクランプ装置５によって保持された加工部品４を処理するために規定のビーム路１０（図３及び図６参照）を通り過ぎる。
【００１８】
図３〜５は、加工部品４の限定的な内側クランプ用クランプ装置５の構成を例示している。加工部品４は二つの構成部品から作られている、つまり、一つ目は立方体様で上部が開いた下部構成部品６と、上記上部上に装備しており且つ下部構成部品６の外側壁と同じ高さである蓋７とで作られている。後者は、レーザビームの波長に対して透過性の熱可塑性材料で作られており、一方で下部構成部品６は、レーザビーム吸収性及び熱変形可能な材料で作られる。レーザビーム３は、蓋７を通り抜けて、蓋下部縁８から成る溶接領域内に入り、下部構成部品６の上方前縁９を通り抜けることによって、上述した透過性溶接手法によって二つの構成部品６，７を共に溶解させる。
【００１９】
両構成部品６，７をクランプ留めするために、下部構成部品６は加工部品キャリヤ１８内に保持される。蓋７が、図３〜６中に点線のレーザビーム路１０内にある内側クランプ固定具１１によって内側クランプに設けられる。内側クランプ固定具１１は、クランプ輪の形体で図３〜５中に示唆されたクランプチャック１６に、縦（長さ）側面及び横側面１３、１４の上方中央に配置された結合支柱１５を用いることによって取り付けられる。結合支柱１５は、レーザ溶接ヘッド１から構成部品６，７までのビーム路１０を通すクランプチャック内の溝１７を橋渡しする。
【００２０】
それらは、特に図３中に見えるようにヒレ状をしており、それによって平坦な主面がレーザビーム３の方向と本質的に平行に進み、且つ、それ自体垂直である。さらにこの主面は、ビーム路１０に直角に存在し、それによってレーザビーム３は最小限だけ陰で覆われる。特殊用途のためには、横位配置の結合支柱が示されてもよい。
【００２１】
内側クランプ固定具１１のクランプ面１２は、図４及び図５中に見えるように、蓋７の形状に合わせられ、且つ、それ自体、蓋下部縁８と下部構成部品６の前縁９との間の溶接領域内にあてはまる溶接シームにあわせられる。このようにクランプチャック１６によって加えられたクランプ圧は、蓋７を介して、加工部品キャリヤ１８によって平衡を保たれた下部構成部品６まで均一に分散される。
【００２２】
更に図３〜５中に図示されたように、溝１７に面している内側クランプ固定具１１の表面は、狭い横側面１４上においてビーム方向と、クランプチャック１６の各表面２０に対して傾き、それによって溝１７はレーザビーム３のビーム方向に対して円錐形に延びる。このようにしてレーザビーム３は、狭い側面の領域内の溶接シームを形成する場合のこれと同様に、平坦な角度であってすら、障害無く溶接領域に到達することが可能である。
【００２３】
図３に従った上面図から、凹部２２が、狭い側面を橋渡ししている結合支柱１５の両平坦側面上に見える。それらは結合支柱１５の形状をレーザビーム３の焦線に合わせるために用いられる。
【００２４】
図４及び５に対応する両断面図から見えるように、一列に進み勝つ反対方向に面している各結合支柱１５は、全内側クランプ固定具１１に沿って進み且つ切欠き２４内中央で交差する、共有するストリップ形状をした金属シート２３、２３’上に作られる。各金属シート２３、２３’は、その外側末端でリング様クランプチャック１６に固定される。また溝１７内に於いて、金属シート２３、２３’はそれらの底部縁でくぼみ２５を有し、それによって、金属シート２３、２３’面に対角線に進むレーザビーム３に対して隠蔽量が最小化される。両金属シート２３、２３’は、内側クランプ固定具１１の上部にある覆い２６によって保持される。
【００２５】
図６〜８中に示されたクランプ装置設計に対し、図３〜５で示された設計と比較して内側クランプがある意味では変更されていない。同様の構成部品には、同様の参照番号が付されており、さらなる説明は必要ない。
【００２６】
図３〜５とは対照的に、図６〜８中に示された設計は、内側クランプ装置に加えて、クランプチャック１６の下側上にもたらされたクランプ輪２７によって実現された外側クランプ装置を有している。これは、外側から加工部品を捕らえ、クランプ開口部の内側の外周縁に沿って進む固定要素２８によって上方から蓋７の縁においてそれを固定する。上記内側クランプと共に、溶接領域が、ビーム路１０の両側に蓋下部縁８と下側構成部品６の前縁９との間でクランプ留めされる。
【００２７】
内側クランプ装置が図９及び図１０中に示されており、多数の内側クランプ固定具１１’が、下側構成部品６上の蓋７を引っ張るために多数の内側クランプ固定具１１’が取り付けられる。そしてまた、これら内側クランプ固定具１１’は、小さなラック様結合支柱１５’によってクランプ装置の外側クランプチャック１６’に結合される。上面図（図１０）中にクランプレバー２９の凹部２２によって形成されたこれら結合支柱１５’を介して、レーザビーム３のビーム路１０は橋渡しされる。更に、ビーム焦線への結合支柱１５’の適応は、上及び下くぼみ２５の結果として生じる。
【００２８】
クランプレバー２９自体は、詳細に示されてはいない加工部品収容部外側に配置された、回転軸３１内において支持体３０上にピボット回転可能に装着される。それとは上側に喰い違った内側クランプ固定具１１’とは反対のレバーアーム３２上に、ピストンシリンダ駆動装置３４の各ピストンロッド３３が蝶番でつけられる。ピストンシリンダ駆動装置３４によって、各一つの内側クランプ固定具１１’は、クランプ留めされるべき構成部品、つまり蓋７を、下側構成部品６に対してレーザ溶接装置のビーム路１０に沿って作り出されるべき溶接シーム内に上方から加圧するような方法で、加圧されてもよい。ピストンロッド３３を引っ込めることによって、内側クランプ固定具１１’が上方にピボット回転されてもよく、それによって加工部品４はレーザ溶接装置から取り除かれ得る。
【００２９】
ラック様結合支柱１５’のために、レーザ処理ビームのシャドウィングが、作り出されるべき溶接シームの欠損の恐れがないような程度の限界にあるにもかかわらず、特に高い品質要求のために、ビーム路を横断する各クランプ固定具１１’は、ピストンシリンダ駆動装置３４によって上方へ選択的にピボット回転されてもよい。
【００３０】
最後に、上記の全ての実施形態について、加工部品収容部を下方から負荷することによってクランプ圧が成し遂げられてもよく、それによって構成部品が一つの又は多数の内側クランプ固定具１１’に対してクランプされるように駆動するということに更に注目されたい。この場合、例えば図９及び１０に係る実施形態のピストンシリンダ駆動装置３４が付いていない。
【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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【国際調査報告】
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