(57)【要約】  【課題】フィラーワイヤの曲がり癖もしくは巻き癖を確実に矯正して、より一層の溶接品質の向上を図ったレーザ溶接装置を提供する。  【解決手段】被溶接物１に対しレーザ光４を照射する一方、ローラ式のワイヤ送り機構６により繰り出したフィラーワイヤ７をレーザ光照射部位２に供給して溶接を行う。ワイヤ送り機構６よりも上流側に、フィラーワイヤ７を予め加熱するワイヤ加熱手段としてのヒータ１２を設ける。さらにヒータ１２の上流側に、フィラーワイヤ７に張力を付与する張力付与手段としてワイヤボビン８にブレーキ１３を付帯させる。  【選択図】  図１
2005224837.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接物に対してレーザ光を照射する一方、ワイヤ送り機構による繰り出し力をもって繰り出したフィラーワイヤを上記レーザ光照射部位に供給して溶接を行うようにしたレーザ溶接装置であって、
上記ワイヤ送り機構よりも上流側に、繰り出すべきフィラーワイヤを予め加熱するワイヤ加熱手段と、同じく繰り出すべきフィラーワイヤに張力を付与する張力付与手段とを設け、
繰り出すべきフィラーワイヤに張力を付与した状態でその張力付与部位を加熱するようにしたことを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項２】
上記ワイヤ送り機構はローラ式のものであって、
このローラ式のワイヤ送り機構の上流側にワイヤ加熱手段を設けるとともに、
ワイヤ加熱手段よりもさらに上流側に張力付与手段を設けたことを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接装置。
【請求項３】
予めワイヤリールに巻回されているフィラーワイヤを、ローラ式のワイヤ送り機構による繰り出し力をもって繰り出すようになっていて、
上記ワイヤリールに付設された制動手段が張力付与手段として機能するようになっていることを特徴とする請求項２に記載のレーザ溶接装置。
【請求項４】
上記ワイヤ加熱手段が実質的に張力付与手段を兼ねていることを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接装置。
【請求項５】
被溶接物に対してレーザ光を照射する一方、そのレーザ光照射部位近傍に電極ワイヤとして機能するフィラーワイヤを供給して、レーザ溶接にアーク溶接を併用して溶接を行う複合型のレーザ溶接装置であって、
上記ワイヤ送り機構よりも上流側に、フィラーワイヤにアーク電流を印加するためのチップを設けるとともに、
このチップよりもさらに上流側に張力付与手段を設け、
繰り出すべきフィラーワイヤに張力を付与した状態で、その張力付与部位に上記チップにて通電して加熱するようにしたことを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項６】
予めワイヤリールに巻回されているフィラーワイヤを、ローラ式のワイヤ送り機構による繰り出し力をもって繰り出すようになっていて、
上記ワイヤリールに付設された制動手段が張力付与手段として機能するようになっていることを特徴とする請求項５に記載のレーザ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、被溶接物に対してレーザ光を照射する一方で、溶接ワイヤもしくは電極ワイヤとして機能するフィラーワイヤを上記レーザ光照射部位に供給して溶接を行うようにしたレーザ溶接装置に関し、特に予めコイル状に巻回されているフィラーワイヤのいわゆる曲がり癖もしくは巻き癖が溶接品質に影響しないように考慮されたレーザ溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
溶接ワイヤとして機能するフィラーワイヤを併用するレーザ溶接においては、レーザ光照射位置とフィラーワイヤの先端との相対位置関係が一定していることが溶接品質の安定化の上で重要となる。その一方、特に自動溶接で使用されるフィラーワイヤは予めワイヤボビン（ワイヤリール）にコイル状に巻回されていて、溶接の直前に繰り出されてレーザ光照射部位に供給されるのが一般的であるから、フィラーワイヤの曲がり癖もしくは巻き癖の影響でレーザ光の照射位置とワイヤ先端との相対位置関係にずれが生じ、溶接品質が低下するおそれがある。
【０００３】
そこで、このようなフィラーワイヤの曲がり癖もしくは巻き癖対策として、特許文献１に記載のように、ワイヤストレーナと称される曲がり矯正機構を設けたり、あるいは特許文献２に記載のように、フィラーワイヤを予め加熱することで矯正するようにしたものが提案されている。
【特許文献１】特開平７−３１４１６３号公報（図１）
【特許文献２】特開２００２−１７８１７７号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、特許文献１に記載の技術では、繰り出されたフィラーワイヤにワイヤストレーナをもって一定の矯正力を加えることを基本としているものであるが、ワイヤの巻き径や繰り出し方向の変化あるいは捻れ等の影響でフィラーワイヤの曲がり癖もしくは巻き癖が一定していないことから、その曲がり癖もしくは巻き癖を完全に除去することは難しい。
【０００５】
また、特許文献２に記載の技術は、フィラーワイヤに電流を流して加熱するか、もしくは加熱したフィラーワイヤを細径のワイヤガイドに通すことで曲がり癖もしくは巻き癖を矯正するものであるが、加熱しただけでは上記と同様に曲がり癖もしくは巻き癖を完全に除去することができないばかりでなく、加熱したフィラーワイヤを細径のワイヤガイドに通すと、ワイヤ表面の摩擦力の影響でフィラーワイヤに圧縮応力が加わって座屈してしまうおそれがり、フィラーワイヤの送給不良を招くおそれがある。
【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、フィラーワイヤの曲がり癖もしくは巻き癖を確実に矯正して、より一層の溶接品質の向上を図ったレーザ溶接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】
請求項１に記載の発明は、被溶接物に対してレーザ光を照射する一方、ワイヤ送り機構による繰り出し力をもって繰り出したフィラーワイヤを上記レーザ光照射部位に供給して溶接を行うようにしたレーザ溶接装置であって、上記ワイヤ送り機構よりも上流側に、繰り出すべきフィラーワイヤを予め加熱するワイヤ加熱手段と、同じく繰り出すべきフィラーワイヤに張力を付与する張力付与手段とを設け、繰り出すべきフィラーワイヤに張力を付与した状態でその張力付与部位を加熱するようにしたことを特徴とする。
【０００８】
より具体的には、請求項２に記載のように、上記ワイヤ送り機構はローラ式のものであって、このローラ式のワイヤ送り機構の上流側にワイヤ加熱手段を設けるとともに、ワイヤ加熱手段よりもさらに上流側に張力付与手段を設けることが望ましい。
【０００９】
したがって、請求項１に記載の発明では、加熱されて塑性変形しやすくなった状態のフィラーワイヤに引張力を加えると、フィラーワイヤは真直な状態に塑性変形し、その状態をもって当初の曲がり癖もしくは巻き癖が矯正される。これにより、レーザ光照射位置には常にフィラーワイヤが真直な状態で供給されるようになり、従来のようにレーザ光照射位置とワイヤ先端との相対位置関係が変化してしまうことがなくなる。
【発明の効果】
【００１０】
請求項１に記載の発明によれば、レーザ光照射位置に供給されるべきフィラーワイヤの曲がり癖もしくは巻き癖が確実に矯正されることから、従来のようにレーザ光照射位置とワイヤ先端との相対位置関係がずれるようなことがなく、その相対位置関係が一定したものとなることによって溶接品質が向上する。
【００１１】
また、フィラーワイヤの曲がり癖もしくは巻き癖が矯正されることによってフィラーワイヤの真直性が確保されることから、ワイヤ供給系の各部での摩耗が減少し、装置の信頼性および生産性も併せて向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は本発明のより具体的な実施の形態を示す図である。
【００１３】
図１に示すように、被溶接物１の溶接部位２に対してレーザ光学系３からレーザ光４を照射する一方、そのレーザ光照射部位２に対しワイヤガイドノズル５およびワイヤ送り機構６を介して溶接ワイヤであるフィラーワイヤ７を連続供給し、レーザ光照射部位２とフィラーワイヤ７の先端の相対位置関係を保ったまま、被溶接物１に対しレーザ光４およびワイヤガイドノズル５を相対移動させることで溶接が施される。
【００１４】
フィラーワイヤ７はワイヤボビン（ワイヤリール）８に幾重にもいわゆるコイル状に巻回された状態で供給されるようになっており、このワイヤボビン８から引き出されたフィラーワイヤ７はワイヤ送り機構６によって付与される繰り出し力をもって順次ワイヤガイドノズル５側に供給される。
【００１５】
ワイヤ送り機構６はいわゆるローラ式のものであって、例えばドライブローラ９とこれと対をなすドリブンローラ１０とでフィラーワイヤ７を挟み込んだ上で、ドライブローラ１０を駆動モータ１１にて定速回転駆動させることでフィラーワイヤ７に繰り出し力が付与されて、その結果としてワイヤガイドノズル５からフィラーワイヤ７が連続的に送り出されることになる。
【００１６】
フィラーワイヤ供給系のうちワイヤ送り機構６よりも上流側にはワイヤ加熱手段としてのコイル１２が配置されているほか、そのワイヤ加熱機構としてのコイル１２よりも上流側には張力付与手段として機能することになる制動手段たるブレーキ１３が付設されている。
【００１７】
ワイヤ加熱手段としてのコイル１２は、その内部にフィラーワイヤ７を挿通させた状態で電源１４から通電することで発熱し、ワイヤボビン８から繰り出されることになるフィラーワイヤ７を順次加熱することになる。
【００１８】
一方、制動手段たるブレーキ１３は、図１のほか図２に示すように、フィラーワイヤ７がワイヤ送り機構６の繰り出し力をもってワイヤボビン８を回転させながら、そのワイヤボビン８から引き出されるのに同期して、例えばワイヤボビン８のフランジ部８ａ等を摩擦面としてワイヤボビン８自体に所定の制動力を付与するものであり、それによってワイヤ送り機構６とワイヤボビン８との間ではフィラーワイヤ７に所定の張力が付与されることになる。
【００１９】
このように構成されたレーザ溶接装置では、溶接の進行に併せてフィラーワイヤ７がワイヤ送り機構６の繰り出し力をもってワイヤボビン８から順次繰り出されて、レーザ光照射部位２に供給される。
【００２０】
その際に、フィラーワイヤ７の繰り出しに伴って回転しようとするワイヤボビン８にブレーキ１３が制動力を付与することにより、少なくともそのワイヤボビン８からワイヤ送り機構６までの間ではフィラーワイヤ７に所定の張力すなわち引張力が付与される。同時に、フィラーワイヤ７はコイル１２を通過することで加熱される。
【００２１】
ここで、繰り出されたフィラーワイヤ７はワイヤボビン８に巻かれていた時の影響で曲がり癖もしくは巻き癖がついており、たとえ同じワイヤボビン８に巻かれていてフィラーワイヤ７であっても、ワイヤ繰り出し方向の違いや、ワイヤボビン８側のフィラーワイヤ７の残量差による巻き径の変化の影響で、曲がり癖もしくは巻き癖そのものが一定しておらず、フィラーワイヤ７の繰り出しに応じて変化する。
【００２２】
曲がり癖もしくは巻き癖を有したフィラーワイヤ７は、上記のように張力を付与された状態で加熱されると塑性変形して真直な状態となり、それに続いて徐冷されるとその状態のままで安定化する。すなわち、それまでの曲がり癖もしくは巻き癖が矯正されて真直性が付与される。
【００２３】
真直性を付与されたフィラーワイヤ７は、ワイヤ送り機構６の繰り出し力をもってスムーズにワイヤガイドノズル５側に繰り出されて、その真直な状態のままでレーザ光照射部位２に達し、最終的にはそのレーザエネルギーをもって溶融して溶接ビードと化することになる。
【００２４】
このように本実施の形態によれば、フィラーワイヤ７の供給系にてそのフィラーワイヤ７に所定の張力を付与しながら加熱することで、当初の曲がり癖もしくは巻き癖が確実に矯正されることから、レーザ照射部位２には曲がり癖もしくは巻き癖が矯正された真直なフィラーワイヤ７が常に供給されることになり、レーザ照射部位２とフィラーワイヤ７の先端との相対位置関係がきわめて安定したものとなる。
【００２５】
ここで、ワイヤボビン８に付設された制動手段たるブレーキ１３に別の付加機能を具備させることも可能である。例えば、溶接中の異常を検出してフィラーワイヤ７の繰り出しを直ちに停止したい場合に、そのブレーキ１３の制動力をもってワイヤボビン８をロックするようにすれば、慣性によりフィラーワイヤ７が余分に繰り出されて弛んでしまうような自体を未然を防止することができる。
【００２６】
その上、ブレーキ１３はワイヤボビン８を支える軸部に取り付けることも可能であり、例えば回転型のセンサであるロータリーエンコーダ等と併用することにより、ワイヤボビン８側におけるフィラーワイヤ７の繰り出し残量を検知して、より高精度にフィラーワイヤ７に付与すべき張力を制御することも可能である。
【００２７】
図２は本発明のより具体的な第２の実施の形態を示す図であって、図１と共通する部分には同一符号を付してある。
【００２８】
この第２の実施の形態では、ワイヤ送り機構６とワイヤボビン８との間に、ワイヤ加熱手段としてのヒータと張力付与手段たるブレーキ（制動手段）とを兼ねた回転ドラム１５を配置した点で第１の実施の形態のものと異なっている。
【００２９】
回転ドラム１５にはワイヤボビン８から繰り出されたフィラーワイヤ７が少なくとも一巻きだけ巻き掛けられた上でワイヤ送り機構６側に送給されるようになっている一方、ワイヤ送り機構６のワイヤ繰り出し力をもって回転ドラム１５がいわゆる連れ回りするも、その回転ドラム１５に巻き付けられた部分を含み且つワイヤ送り機構６と回転ドラム１５の間に位置するフィラーワイヤ７に所定の張力を付与する機能を有している。同時に、回転ドラム１５は内蔵する熱線等の熱源にて所定温度に加熱されるようになっている。
【００３０】
ここで、回転ドラム１５はワイヤボビン８から繰り出されたフィラーワイヤ７を再度巻き付けながらも、その巻き付け状態にて所定の張力を付与することで先に述べたようなフィラーワイヤ７の曲がり癖もしくは巻き癖を矯正するものであるから、回転ドラム１５の直径はワイヤボビン８側でのフィラーワイヤ７の最小巻き径と同等もしくはそれよりも大きく設定されている。
【００３１】
この第２の実施の形態によれば、回転ドラム１５が、フィラーワイヤ７を加熱するヒータとしての機能と、フィラーワイヤ７に所定の張力を付与するブレーキとしての機能とを有するものであるから、第１の実施の形態のものと同様のフィラーワイヤ７の曲がり癖もしくは巻き癖の矯正機能が発揮されることになる。
【００３２】
特に本実施の形態では、回転ドラム１５にフィラーワイヤ７を巻き付けているが故に、フィラーワイヤ７に付与する張力をきわめて容易に一定のものとすることができるほか、回転ドラム１５にフィラーワイヤ７が密着するが故に、フィラーワイヤ７を容易に回転ドラム１５と同じ温度とすることができ、フィラーワイヤ７の温度制御も容易となる。
【００３３】
なお、上記の回転ドラム１５をフィラーワイヤ７に張力を付与するためのブレーキとしてのみ使用して、ワイヤ加熱手段として図１に示したようなヒータ１２を併用するようにしてもよい。
【００３４】
また、上記の回転ドラム１５をフィラーワイヤ７を加熱するためのヒータとしてのみ使用して、張力付与手段として別の形態のもの、例えばローラ式のワイヤ送り機構６と同等の形態をもって制動力ひいては張力を付与するようにしてもよい。
【００３５】
図４は本発明のより具体的な第３の実施の形態を示す図であって、図１と共通する部分には同一符号を付してある。
【００３６】
この第３の実施の形態は、レーザ溶接とアーク溶接の一つであるＭＩＧ溶接とを併用するハイブリッド溶接法（複合溶接法）に本発明を適用したものである。
【００３７】
レーザ溶接とＭＩＧ溶接とを併用するハイブリッド溶接法では、先のレーザ溶接の場合と同様に、被溶接物１に対しレーザ光４とワイヤガイドノズル５とを相対移動させることを前提として、被溶接物１に対してレーザ光４を照射する一方、そのレーザ光照射部位２の直近位置にワイヤガイドノズル５を介して電極ワイヤとして機能するフィラーワイヤ７を供給する。そして、先のレーザ溶接と異なる点は、フィラーワイヤ７自体にアーク電流を流すべく通電してそのフィラーワイヤ７と被溶接物１との間にアークを発生させて溶接することにある。
【００３８】
本実施の形態では、ワイヤ送り機構６と張力付与手段たるブレーキ付１３きのワイヤボビン８との間に、フィラーワイヤ７に接触しつつこれに通電するチップ１６を設けて、ワイヤボビン８から繰り出されるフィラーワイヤ７のうちチップ１６からレーザ光照射部位（溶接部位）２までの間でそのフィラーワイヤ７自体にアーク電源１７から通電するように設定してある。したがって、チップ１６およびアーク電源１７は、フィラーワイヤ７に通電してこれを加熱するワイヤ加熱手段として機能することになる。
【００３９】
この第３の実施の形態では、フィラーワイヤ７のうちチップ１６よりも溶接部位２側ではアーク電流が流れて、フィラーワイヤ７自体の抵抗によるジュール熱で加熱される。そして、フィラーワイヤ７のうち少なくともワイヤ送り機構６とチップ１６との間では、ジュール熱による加熱と並行して、張力付与手段たるブレーキ１３の制動力によって張力が付与されていることから、先の実施の形態と同様に、加熱と張力付与をもってフィラーワイヤ７の曲がり癖もしくは曲げ癖が矯正されて、フィラーワイヤ７には真直性が付与されることになる。
【００４０】
しかも、アーク電流を利用してフィラーワイヤ７自体が発熱することから、非加工中に熱源を一定温度に保つ必要もなくなる。
【００４１】
したがって、この第３の実施の形態においても第１の実施の形態と全く同様の効果が得られることになる。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す構成説明図。
【図２】図１のワイヤボビンの詳細を示す図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は同図（Ａ）側面図。
【図３】本発明の第２の実施の形態を示す構成説明図。
【図４】本発明の第３の実施の形態を示す構成説明図。
【符号の説明】
【００４３】
１…被溶接物
２…レーザ溶接部位（溶接部位）
４…レーザ光
５…ワイヤガイドノズル
６…ワイヤ送り機構
７…フィラーワイヤ
８…ワイヤボビン（ワイヤリール）
１２…コイル（ワイヤ加熱手段）
１３…制動手段たるブレーキ（張力付与手段）
１５…回転ドラム（ワイヤ加熱手段／張力付与手段）
１６…チップ（ワイヤ加熱手段）
１７…アーク電源（ワイヤ加熱手段）
【図１】
2005224837.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
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