(57)【要約】【課題】母材側に突起やエンボス部を形成する必要がなく、しかも母材同士の間に確保すべき微小隙間の大きさを正確に設定できるようにしたレーザ溶接方法を提供する。【解決手段】レーザ溶接の対象母材となるレインフォースＷａ，Ｗｂ同士をロケートピン２にて位置決めしつつ重ね合わせた上で、両者の間にガスノズル１１をもって不活性ガスを吹き込む。ガス圧で下側のレインフォースＷａに対し上側のレインフォースＷｂを浮上させて両者の間に微小隙間Ｇを形成し、その隙間Ｇの大きさをストッパー装置１０で規制する。溶接は、微小隙間Ｇを確保した状態でレインフォースＷｂ側からレーザビームＬａを照射して行う。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
母材として表面処理が施された表面処理金属板を含む少なくとも二枚の金属板を重ね合わせるとともに、少なくとも溶接部位において上記表面処理金属板とそれに対面する他方の金属板との間に微小隙間を確保した状態でレーザ溶接を施すようにした方法であって、
上記表面処理金属板とそれに対面する他方の金属板との間に不活性ガスを吹き込むことにより、双方の金属板同士を互いに離間させて両者の間に微小隙間を確保し、その微小隙間が所定の大きさとなるように双方の金属板を規制した状態でレーザ光照射による溶接を施すことを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
上記表面処理金属板とそれに対面する他方の金属板のうちいずれか一方に形成された穴から両者の間に不活性ガスを吹き込んでその双方の金属板同士の間に微小隙間を確保する一方で、上記微小隙間が外部開放される位置から不活性ガスを外部に吹き出させることでその微小隙間に不活性ガスの流れを積極的に生成させ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】
上記微小隙間が所定の大きさとなるように、表面処理金属板とそれに対面する他方の金属板にそれぞれに当接する規制手段をもって双方の金属板同士のなす相互離間距離を規制す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】
上記不活性ガスの吹き込みに先立って、表面処理金属板とそれに対面する他方の金属板を貫通するロケートピンをもって双方の金属板同士の相対位置決めを行うことを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のレーザ溶接方法。
【請求項５】
母材として表面処理が施された表面処理金属板を含む少なくとも二枚の金属板を重ね合わせるとともに、少なくとも溶接部位において上記表面処理金属板とそれに対面する他方の金属板との間に微小隙間を確保した状態でレーザ溶接を施すにあたり、上記微小隙間が所定の大きさとなるように少なくとも二枚の金属板を規制する装置であって、
上記不活性ガスの吹き込みにより表面処理金属板とそれに対面する他方の金属板とが相互に離間することで形成される両者間の微小隙間が所定の大きさとなるようにそれぞれの金属板に当接して位置規制する規制手段と、
上記表面処理金属板とそれに対面する他方の金属板との間に不活性ガスを吹き込んで双方の金属板同士を互いに離間させる不活性ガス吹き込み手段と、
を備えていることを特徴とするレーザ溶接用母材隙間矯正装置。
【請求項６】
上記表面処理金属板とそれに対面する他方の金属板のうちいずれか一方に形成された穴から不活性ガス吹き込み手段をもって両者の間に不活性ガスを吹き込んでその双方の金属板同士の間に微小隙間を確保する一方で、上記微小隙間が外部開放される位置から不活性ガスを外部に吹き出させることでその微小隙間に不活性ガスの流れを積極的に生成させ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用母材隙間矯正装置。
【請求項７】
上記不活性ガスの吹き込みに先立って、表面処理金属板とそれに対面する他方の金属板を貫通してその双方の金属板同士の相対位置決めを行うロケートピンを備えていることを特徴とする請求項５または６に記載のレーザ溶接用母材隙間矯正装置。
【請求項８】
上記規制手段がトグルク機構を利用したストッパー装置であって、そのストッパー装置のベース部材が上記表面処理金属板とそれに対面する他方の金属板のうちいずれか一方の金属板に、上記ベース部材に揺動可能に支持されたストッパーアームが他方の金属板にそれぞれ当接するようになっていることを特徴とする請求項５〜７のいずれかに記載のレーザ溶接用母剤隙間矯正装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、めっき鋼板に代表されるような表面処理鋼板を母材として用いて重ね溶接継ぎ手の形態で溶接するのに適したレーザ溶接方法とレーザ溶接用母材隙間矯正装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば亜鉛めっき鋼板を母材として重ね溶接継ぎ手の形態でレーザ溶接を施す際に、母材表面の亜鉛めっき層がレーザエネルギーにより蒸発・飛散して溶接ビード部にポロシティ等の溶接欠陥の発生を招きやすいことが知られている。その一方、溶接母材間に微小隙間を設定した状態でレーザ溶接を施せば亜鉛めっき層が蒸発したことによって形成されたガスが逃げて上記のような溶接欠陥の発生を抑制できることもまた知られている。そして、母材間に微小隙間を設定する方法として、例えば特許文献１，２に記載のように母材の溶接部近傍に微小突起やエンボス部を形成する方法、および母材自体を予め断面略クランク状に曲折成形する等の方法が提案されている。
【特許文献１】特開２００１−１６２３８８号公報
【特許文献２】特開２００５−２９７０２６号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
特許文献１，２に代表されるような従来の技術では、微小隙間を設定することによってポロシティ等の溶接欠陥の発生が抑制される一方で、微小隙間の大きさを厳格に管理しないと逆に溶接品質の低下が危惧され、特に上側となる母材の板厚およびクランプ手段等にて押さえ付ける位置によって微小隙間の大きさが安定しないという不具合がある。
【０００４】
特に母材側に予め微小突起を形成することで微小隙間を確保しようとする場合、母材板厚によっては例えば高さが０．１５〜０．２５ｍｍ程度の突起を精度良く加工することが困難であり、突起またはエンボス高さ精度の維持管理に限界があった。
【０００５】
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、特に母材側に微小突起等を形成する必要がなく、しかも母材同士の間に確保すべき微小隙間の大きさを正確に設定できるようにしたレーザ溶接方法とレーザ溶接用母材隙間矯正装置を提供しようとするものである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
請求項１に記載の発明は、母材としてめっき鋼板等の表面処理が施された表面処理金属板を含む少なくとも二枚の金属板を重ね合わせるとともに、少なくとも溶接部位において上記表面処理金属板とそれに対面する他方の金属板との間に微小隙間を確保した状態でレーザ溶接を施すようにした方法であって、上記表面処理金属板とそれに対面する他方の金属板との間に不活性ガスを吹き込むことにより、双方の金属板同士を互いに離間させて両者の間に微小隙間を確保し、その微小隙間が所定の大きさとなるように双方の金属板を規制した状態でレーザ光照射による溶接を施すことを特徴とする。
【０００７】
上記不活性ガスとしては、例えばアルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）を用いるものとする。
【０００８】
この場合、請求項２に記載のように、上記表面処理金属板とそれに対面する他方の金属板のうちいずれか一方に形成された穴から両者の間に不活性ガスを吹き込んでその双方の金属板同士の間に微小隙間を確保する一方で、上記微小隙間が外部開放される位置から不活性ガスを外部に吹き出させることでその微小隙間に不活性ガスの流れを積極的に生成させることが、母材表面のめっき層が蒸発したことによって形成される有害ガスの積極的排気の上で望ましい。
【０００９】
また、双方の金属板同士の間に形成される微小隙間の大きさを厳格に管理する上では、請求項３に記載のように、上記微小隙間が所定の大きさとなるように、表面処理金属板とそれに対面する他方の金属板にそれぞれに当接する規制手段をもって双方の金属板同士のなす相互離間距離を規制することが望ましい。
【００１０】
請求項５に記載の発明は、請求項１に記載の技術をレーザ溶接用母材隙間矯正装置として捉えたものであって、母材として表面処理が施された表面処理金属板を含む少なくとも二枚の金属板を重ね合わせるとともに、少なくとも溶接部位において上記表面処理金属板とそれに対面する他方の金属板との間に微小隙間を確保した状態でレーザ溶接を施すにあたり、上記微小隙間が所定の大きさとなるように少なくとも二枚の金属板を規制する装置であることを前提としている。その上で、上記不活性ガスの吹き込みにより表面処理金属板とそれに対面する他方の金属板とが相互に離間することで形成される両者間の微小隙間が所定の大きさとなるようにそれぞれの金属板に当接して位置規制する規制手段と、上記表面処理金属板とそれに対面する他方の金属板との間に不活性ガスを吹き込んで双方の金属板同士を互いに離間させる不活性ガス吹き込み手段とを備えていることを特徴とする。
【００１１】
したがって、少なくとも請求項１，５に記載の発明では、母材である金属板同士の間に不活性ガスを吹き込むことにより、金属板同士が相互に離間して所定の微小隙間が確保され、同時に不活性ガスは溶接部の周囲の雰囲気を不活性雰囲気とする上で有効に作用するようになる。
【発明の効果】
【００１２】
請求項１に記載の発明によれば、母材である金属板同士の間に予め微小突起やエンボス部を加工することなしに所定の大きさの微小隙間を確保できるので、加工工数を削減できるとともに、従来のような厳格な突起またはエンボス高さ精度の維持管理工数が不要となほか、従来の方式と異なり母材同士を押さえ付けるのではなく不活性ガス圧にて金属板同士を相互に浮上もしくは相互離間させることで微小隙間を確保するため、その微小隙間の大きさのばらつきがなくなり、微小隙間の大きさが安定化して溶接品質の向上に寄与できる。
【００１３】
請求項５に記載の発明によれば、少なくとも規制手段と不活性ガス吹き込み手段があれば所期の目的を達成することができ、したがってきわめて簡単な構成のもとで微小隙間の大きさの安定化ひいては溶接品質の向上が図れるようになる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１〜３は本発明の好ましい実施の形態を示す図であり、この例では、自動車のトランクリッドの内側に配設されてトランクリッドインナパネルとして機能することになる例えば亜鉛めっき鋼板製のトランクリッドレインフォース（以下、これを単に「主レインフォース」と称する）Ｗａについて、母体となるその主レインフォースＷａのヒンジ取付位置に対して同じく亜鉛めっき鋼板製のヒンジレインフォース（以下、これを単に「副レインフォース」と称する）Ｗｂを溶接接合する場合の例を示している。なお、図１は治具ベース１を母体とする溶接組立設備の概略平面図を、図２は図１のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図を、図３は図１のＢ−Ｂ線に沿う断面図をそれぞれ示している。
【００１５】
図１，２に示すように、主レインフォースＷａには複数の窓状の穴Ｈが開口形成されており、その穴Ｈ以外の領域であって且つ両側部のトランクリッド用のヒンジ取付位置相当部に副レインフォースＷｂを重ね合わせた上でいわゆる重ね溶接継ぎ手の形態でレーザ溶接をもって溶接接合することになる。なお、Ｌａはレーザ溶接のためのレーザビームを、Ｂｗはレーザ溶接による溶接ビードをそれぞれ示している。また、主レインフォースＷａおよび副レインフォースＷｂの双方には、上記溶接ビードＢｗや後述するガス導入穴Ｒ２と干渉しない位置に予めロケート穴Ｒ１が開口形成されており、後述するようにこれらのロケート穴Ｒ１に対して共通のロケートピン２を挿入することにより両者の相対位置決めがなされることになる。
【００１６】
図１のほか図２，３に示すように、治具ベース１の上には複数のクランパー３を設けてあり、このクランパー３にて母体となる主レインフォースＷａを治具ベース１上に位置決めクランプするようになっている。なお、クランパー３は、治具ベース１に固定されたブラケット４に対し例えばエアシリンダ（クランプシリンダ）５駆動のクランプアーム６を旋回揺動可能に支持させた公知の構造のものであり、ブラケット４側の受け面４ａとクランプアーム６とをもって主レインフォースＷａを堅固に加圧挟持してクランプすることになる。
【００１７】
また、治具ベース１上であって且つ上記主レインフォースＷａのヒンジ取付位置相当部の近傍には、クランパー３とは別にトグル式の複数のストッパー装置７を設けてある。このストッパー装置７は機構的には先に述べたクランパー３と類似してはいてもその機能はクランパー３とは大きく相違し、後述する主レインフォースＷａとそれに重ね合わせた副レインフォースＷｂとの溶接接合に先立って、図２に示すように主レインフォースＷａと副レインフォースＷｂとの間に微小隙間Ｇを積極的に確保しつつ、その微小隙間Ｇが所定の大きさとなるように規制する機能を有している。なお、ストッパー装置７は、治具ベース１に固定されたベース部材としてのブラケット８に対し例えばエアシリンダ９駆動のストッパーアーム１０を旋回揺動可能に支持させた公知の構造のものであり、後述するように主レインフォースＷａと副レインフォースＷｂとを両者の間に微小隙間Ｇを確保しつつ重ね合わせたときのその総厚寸法をブラケット８側の受け面８ａとストッパーアーム１０とをもって規制することになる。
【００１８】
さらに、治具ベース１側には少なくとも二つのロケートピン２がポスト１２を介して突設されていて、これらのロケートピン２に対して主レインフォースｗａ側および副レインフォースＷｂ側に予め形成されているロケート穴Ｒ１をそれぞれ挿入することにより、このロケートピン２を基準として主レインフォースＷａと副レインフォースＷｂとの相対位置決めがなされることになる。
【００１９】
ここで、図２に示すように、主レインフォースＷａ側にはロケート穴Ｒ１とは別に例えば円形のガス導入穴Ｒ２が予め形成されていて、他方、治具ベース１側には不活性ガス吹き込み手段として機能することになる先端漏斗状のガスノズル１１がポスト１３を介して上向きに付設されている。そして、このガスノズル１１は例えばアルゴン（Ａｒ）あるいはヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガスを供給するための図示外の不活性ガス供給源に接続されていて、必要に応じて上記ガスノズル１１から不活性ガスを吹き出すことができるようになっている。
【００２０】
なお、このガスノズル１１からの不活性ガスの吹き出しは、図２に示すように主レインフォースＷａと副レインフォースＷｂとを重ね合わせた状態で両者の間に積極的に送り込むようにして行うことにより、下側の主レインフォースＷａから副レインフォースＷｂを浮上させて両者を積極的に相互離間させ、もって両者の間に微小隙間Ｇを確保するために行われる。
【００２１】
したがって、このような溶接組立設備によれば、最初に全てのクランパー３およびストッパー装置７をアンクランプ状態とした上で、治具ベース１上に、より具体的には受け面４ａ，８ａ上に母体となる主レインフォースＷａを載置し、その主レインフォースＷａ側のロケート穴Ｒ１とロケートピン２との係合をもって位置決めする。そして、クランパー３をクランプ動作させて主レインフォースＷａを治具ベース１に対し堅固にクランプする。
【００２２】
この時、主レインフォースＷａ側のガス導入穴Ｒ２とガスノズル１１の位置を予め一致させてあるため、上記のように治具ベース１に対し主レインフォースＷａが位置決めクランプされると、ガス導入穴Ｒ２の周縁部に対しガスノズル１１が圧接することになる。なお、上記のようにガス導入穴Ｒ２の周縁部に対するガスノズル１１の圧接状態の安定化を図るためには、ガスノズル１１自体が所定量だけ上下動可能であって且つ弾性体等にて上方に弾性付勢されていることが望ましい。
【００２３】
続いて、主レインフォースＷａの上に副レインフォースＷｂを重ね合わせて、その副レインフォースＷｂ側のロケート穴Ｒ１とロケートピン２との係合をもって主レインフォースＷａと副レインフォースＷｂとの相対位置決めを行う。そして、主レインフォースＷａと副レインフォースＷｂとの相対位置決めが完了したならば、ストッパー装置７をクランプ動作させて、図２に示すようにストッパーアーム１０を副レインフォースＷｂの上側に位置させる。
【００２４】
この状態では、主レインフォースＷａと副レインフォースＷｂとが重合状態にあっても、主レインフォースＷａに対し副レインフォースＷｂが浮上していないため、主レインフォースＷａと副レインフォースＷｂとの間に微小隙間Ｇが確保されず、なお且つ副レインフォースＷｂに対しストッパーアーム１０の先端が当接していない。
【００２５】
また、主レインフォースＷａおよび副レインフォースＷｂのそれぞれの板厚は既知である一方、これらの主レインフォースＷａと副レインフォースＷｂとのレーザ溶接に際して両者の間に確保すべき微小隙間Ｇの大きさは上記板厚等に応じて予め決定されている（例えば、微小隙間Ｇ＝０．１５〜０．２５ｍｍ程度）。したがって、上記のようにストッパー装置７をクランプ動作させた場合に、そのストッパーアーム１０の先端面と受け面８ａとの間に確保されるべく寸法が上記双方のレインフォースＷａ，Ｗｂの板厚と微小隙間Ｇの設定値との総和となるようにストッパーアーム１０のクランプ限位置が予め調整されている。
【００２６】
こうして、主レインフォースＷａと副レインフォースＷｂとの相対位置決めが完了したならば、ガスノズル１１からレインフォースＷａ，Ｗｂ同士の間に不活性ガスを吹き込む。この不活性ガスの吹き込みに伴い、副レインフォースＷｂがロケートピン２にガイドされながら主レインフォースＷａから浮上して双方のレインフォースＷａ，Ｗｂ同士が相互離間する。そして、副レインフォースＷｂの上昇限位置がストッパーアーム１０によって規制されることで、双方のレインフォースＷａ，Ｗｂ同士の間には予め設定された大きさの微小隙間Ｇが確保されることになり、同時に、その微小隙間Ｇは副レインフォースＷｂの周縁部の開口Ｑをもって外部に開放されることになる。
【００２７】
この外部開放に伴って、その微小隙間Ｇの空間を通路としてガス導入穴Ｒ２から副レインフォースｗｂの周縁部の開口Ｑに向かう不活性ガスの流れＦが生成されるかたちとなることから、副レインフォースＷｂは主レインフォースＷａからの浮上状態を自己保持して微小隙間Ｇの大きさを所定の大きさに維持することが可能となる。しかも、不活性ガスの吹き込み圧で浮上させた副レインフォースＷｂをストッパー装置３のストッパーアーム１０に当接させて微小隙間Ｇの大きさを規制しているので、その微小隙間Ｇの大きさを精度良く維持することが可能となる。
【００２８】
この状態で、例えばリモートレーザ溶接法により副レインフォースＷｂ側の溶接ビードＢｗとなるべき位置に図２のようにレーザビームＬａを照射してレーザ溶接を施す。
【００２９】
この場合、亜鉛めっき鋼板製のレインフォースＷａ，Ｗｂ同士の溶接故に、レーザエネルギーを受けて各レインフォースＷａ，Ｗｂの表面のめっき層が蒸発して溶接品質にとって有害なガスが発生することになるが、これらのガスは不活性ガスの流れＦをもって瞬時に微小隙間Ｇの外部に排出されるとともに、溶接部位とその周囲が不活性ガスをもって不活性雰囲気となることで溶接品質の向上が期待できるようになる。
【００３０】
このように本実施の形態によれば、不活性ガスの圧力をもって主レインフォースＷａに対し副レインフォースＷｂを浮上させ、さらにその浮上した副レインフォースＷｂをストッパー装置３のストッパーアーム１０に当接させることで両者の間の微小隙間Ｇを所定の大きさに維持するようにしているので、従来のようにレインフォースＷａまたはＷｂ自体に予め突起やエンボス部を形成することなしに所期の目的を達成することができ、また、従来のようにレインフォースＷａ，Ｗｂ同士を互いに押さえ付けて隙間Ｇの大きさを所定の大きさに維持する場合と比べて微小隙間Ｇの大きさも安定化し、その微小隙間Ｇの大きさを高精度に維持することが可能となる。
【００３１】
その上、双方のレインフォースＷａ，Ｗｂ同士の相対位置決めのためのロケートピン２を、主レインフォースＷａに対し副レインフォースＷｂを浮上させる際のガイドとしても兼用化しているため、他のガイド機構が不要であり、設備の簡素化にも寄与できるようになる。
【００３２】
図４，５は本発明の第２の実施の形態を示す図で、先の第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。
【００３３】
この第２の実施の形態では、予め湾曲した形状に絞り成形された主レインフォースＷａと副レインフォースＷｂとを重ね合わせた上でそれらの斜面部Ｍにてリモートレーザ溶接法をもって両者を溶接接合する場合に、レーザビームＬａとストッパー装置７との干渉を回避するようにしたものである。
【００３４】
図４，５に示すように、リモートレーザ溶接法では溶接位置に対し、反射ミラーまたはレーザ加工ヘッド１４をもって比較的長焦点距離のレーザビームＬａを照射することになるので、双方のレインフォースＷａ，Ｗｂ同士を斜面部Ｍにて溶接しようとすると、例えば図５の右側のストッパー装置７（ここでは７Ａとする）とレーザビームＬａとが干渉する可能性がある。そこで、本実施の形態では、斜面部Ｍに近い側のストッパー装置７Ａの最大高さ位置（ストッパーアーム１０の最大高さ位置）を主レインフォースＷａの最上面位置よりも低く抑えて、そのストッパー装置７Ａの一部と長焦点距離のレーザビームＬａとの干渉を効果的に回避するようにしたものである。
【００３５】
この第２の実施の形態においても先の第１の実施の形態と同様の効果が得られることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【００３６】
【図１】本発明の第１の実施の形態を示す平面説明図。
【図２】図１のＡ−Ａ線に沿う拡大断面説明図。
【図３】図１のＢ−Ｂ線に沿う拡大断面説明図。
【図４】本発明の第２の実施の形態を示す平面説明図。
【図５】図４のＣ−Ｃ線に沿う拡大断面説明図。
【符号の説明】
【００３７】
２…ロケートピン
７…ストッパー装置（規制手段）
８…ブラケット（ベース部材）
１０…ストッパーアーム
１１…ガスノズル（不活性ガス吹き込み手段）
Ｂｗ…溶接ビード
Ｆ…不活性ガスの流れ
Ｇ…微小隙間
Ｌａ…レーザビーム
Ｒ１…ロケート穴
Ｒ２…ロケート穴
Ｗａ…トランクリッドレインフォース（母材としての表面処理金属板）
Ｗｂ…ヒンジレインフォース（母材としての表面処理金属板）
【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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