(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
重ね母材の縁の端面の重ね接合位置に指向するレーザ照射ヘッド；
重ね母材の一平面に倣う第１組のローラ、および、該一平面と対向するもう一方の平面に倣う第２組のローラ；
第１組のローラを回転可能に支持する、前記レーザ照射ヘッドに連結された第１部材；
前記レーザ照射ヘッドに対する第１部材の、重ね母材の厚み方向の位置を調整する機構；
第２組のローラを回転可能に支持する、前記レーザ照射ヘッドに連結された第２部材；および、
前記第１組のローラと第２組のローラで重ね母材を挟んで加圧するために、第２組のローラが重ね母材を押して第１組のローラに押し付ける方向に、第２部材を駆動する加圧手段；
を備えるレーザ溶接装置。
【請求項２】
更に、前記重ね母材の縁の端面に対する前記レーザ照射ヘッドのレーザ出射ノズルの距離を一定に維持する倣い手段；を備える請求項１に記載のレーザ溶接装置。
【請求項３】
前記倣い手段は、重ね母材の縁の端面に倣うローラ，該ローラを回転可能に支持し、前記レーザ照射ヘッドに連結された部材、および、前記レーザ照射ヘッド又はそれに連結された部材を、レーザ照射ヘッドのレーザ出射ノズルが縁の端面に近づく方向に駆動する倣い駆動手段、を含む請求項２に記載のレーザ溶接装置。
【請求項４】
前記縁の端面に倣うローラは、第１組のローラである、請求項３に記載のレーザ溶接装置。
【請求項５】
第１組のローラは前記縁の端面に倣うフランジを有する、請求項４に記載のレーザ溶接装置。
【請求項６】
基台に対して一方向ｚに移動可能に支持されたヘッドホルダ；
該ヘッドホルダに固着された、該方向にレーザを出射するレーザ照射ヘッド；
該レーザ照射ヘッドのレーザ出射ノズルの下方の重ね母材の、前記方向ｚに平行な外表面に対向する円周面と重ね母材の縁の端面に対向するフランジを有する第１組のローラ、および、該外表面と対向するもう一方の外表面に対向する円周面を有する第２組のローラ；
第１組のローラを回転可能に支持する、前記レーザ照射ヘッドに連結された第１部材；
前記レーザ照射ヘッドに対する第１部材の、重ね母材の厚み方向の位置を調整する機構；
第２組のローラを回転可能に支持する第２部材；
前記レーザ照射ヘッドに対して第２部材を、重ね母材の厚み方向に往復動可に支持する案内機構；
前記第１組のローラと第２組のローラで重ね母材を挟んで加圧するために、第２組のローラが重ね母材を押して第１組のローラに押し付ける方向に、第２部材を駆動する加圧手段；および、
前記第１組のローラのフランジを重ね母材の縁の端面に倣わせるために、前記ヘッドホルダを、基台に対して前記方向ｚに倣い駆動する手段；
を備えるレーザ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、重ね母材の縁の端面部の接合位置に、端面に対向するレーザ照射ヘッドからレーザを照射する縁継手溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＹＡＧレーザ溶接は、下記のような特徴があり自動車等の自動溶接に広く使われている：
１）集束したレーザ光を得られ、低歪み、高速溶接が可能である，
２）金属材料でのレーザ光吸収率がＣＯ２レーザの数倍であるので、効率の良い溶接が可能。また波長がＣＯ２レーザの１／１０であるので、溶接時に発生するプラズマの影響を受けにくい，
３）レーザ光をフレキシブルな光ファイバで伝送できるので、ハンドリングが容易で多関節ロボットの利用も可能である。また、１００ｍ程度までの離れた場所への伝送が可能である，
４）レーザ光は時間分割（タイムシアリング），空間分割（パワーシェアリング）が可能であるので、複数の加工ステーションで用いることにより、高い利用効率を得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方ＹＡＧレーザ溶接では、レーザビームを集光させエネルギー密度を高め溶接を行うが、集光スポット径がφ０．３〜φ１ｍｍと微少であるため、重ね母材の縁の端面部の接合位置に、端面に対向するレーザ照射ヘッドからレーザを照射する縁継手溶接では、端面部の接合が不十分であると、すなわち隙間があると、レーザが端面部を通過するので、端面が溶接されない。また、重ね母材の接合線に対してレーザ照射位置ずれを生じ易い。これらにより、安定かつ信頼性の高い縁継手溶接が難しい。
【０００４】
本発明は、レーザによって、安定かつ信頼性が高い縁継手溶接をおこなうことを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）重ね母材(21)の縁の端面の重ね接合位置に指向するレーザ照射ヘッド(9)；
重ね母材(21)の一平面に倣う第１組のローラ(12)、および、該一平面と対向するもう一方の平面に倣う第２組のローラ(18)；
第１組のローラ(12)を回転可能に支持する、前記レーザ照射ヘッド(9)に連結された第１部材(11)；
前記レーザ照射ヘッドに対する第１部材の、重ね母材の厚み方向の位置を調整する機構(7)；
第２組のローラを回転可能に支持する、前記レーザ照射ヘッドに連結された第２部材(17)；および、
前記第１組のローラ(12)と第２組のローラ(18)で重ね母材(21)を挟んで加圧するために、第２組のローラが重ね母材を押して第１組のローラに押し付ける方向に、第２部材(17)を駆動する加圧手段(16)；
を備えるレーザ溶接装置。
【０００６】
なお、理解を容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述する実施例の対応又は相当要素に付した記号を、参考までに付記した。以下も同様である。
【０００７】
これによれば、加圧手段(16)で加圧駆動されて第１組と第２組のローラ(12,18)が重ね母材(21)を挟んで加圧する。これにより重ね母材の縁の端面部の接合が密着したものとなり、確実に端面が溶接される。重ね母材(21)の、第１組のローラ(12)が当接する板材(21a)の厚みが変わるときには、その変化分だけ、調整機構(7)によって第１部材(11)の位置（ｘ方向）を変更することにより、レーザ照射位置を重ね母材(21)の接合線にあわせることができる。色々な厚みの重ね母材(21)に適応できる。
【０００８】
【発明の実施の形態】
（２）更に、前記重ね母材(21)の縁の端面に対する前記レーザ照射ヘッド(9)のレーザ出射ノズルの距離を一定に維持する倣い手段(1〜9,11,12)；を備える上記（１）のレーザ溶接装置。これによれば、重ね母材(21)の縁の端面に対するレーザ焦点の位置（深さ）が一定に維持され、端面の溶接品質が安定し、縁継手レーザ溶接の信頼性が高い。
【０００９】
（３）前記倣い手段(1〜9,11,12)は、重ね母材(21)の縁の端面に倣うローラ(12)，該ローラ(12)を回転可能に支持し、前記レーザ照射ヘッド(9)に連結された部材(11)、および、前記レーザ照射ヘッド(9)又はそれに連結された部材を、レーザ照射ヘッド(9)のレーザ出射ノズルが縁の端面に近づく方向に駆動する倣い駆動手段(6)、を含む上記（２）のレーザ溶接装置。これによれば、ローラ(12)を端面に押し付けるようにレーザ照射ヘッド(9)又はそれに連結された部材（例えば連結部材11）を、エアーシリンダ，コイルばねなどの比較的に単純な駆動手段で駆動できる。倣い手段に、電気モータを動力としてレーザ照射ヘッドを往復駆動する機構と、レーザ照射ヘッドと重ね母材の端面との距離を検出する距離センサと、検出距離が設定値に合致するように電気モータを正逆転駆動するサーボ回路とを用いることもできるが、本実施態様のようにする方が、安価に装置を製造でき、しかもメンテナンスも容易である。
【００１０】
（４）前記縁の端面に倣うローラ(12)は、第１組のローラ(12)である、上記（３）のレーザ溶接装置。
【００１１】
（５）第１組のローラ(12)は前記縁の端面に倣うフランジを有する、上記（４）に記載のレーザ溶接装置。この実施態様では、第１組のローラ(12)は円周面の一端にフランジを有し、これが重ね母材(21)の縁の端面に当接することにより、第１組のローラ(12)が重ね母材(21)の縁の端面に倣う。したがって、重ね母材(21)の縁の端面に対するレーザ焦点の位置（深さ）が一定に維持され、端面の溶接品質が安定し、縁継手レーザ溶接の信頼性が高い。
【００１２】
（６）基台(1,2)に対して一方向ｚに移動可能に支持されたヘッドホルダ(4)；
該ヘッドホルダ(4)に固着された、該方向(z)にレーザを出射するレーザ照射ヘッド(9)；
該レーザ照射ヘッド(9)のレーザ出射ノズルの下方の重ね母材(21)の、前記方向ｚに平行な外表面に対向する円周面と重ね母材(21)の縁の端面に対向するフランジを有する第１組のローラ(12)、および、該外表面と対向するもう一方の外表面に対向する円周面を有する第２組のローラ(18)；
第１組のローラ(12)を回転可能に支持する、前記レーザ照射ヘッドに連結された第１部材(11)；
前記レーザ照射ヘッド(9)に対する第１部材(11)の、重ね母材(21)の厚み方向の位置を調整する機構(7)；
第２組のローラ(18)を回転可能に支持する第２部材(17)；
前記レーザ照射ヘッド(9)に対して第２部材(17)を、重ね母材(21)の厚み方向に往復動可に支持する案内機構(13〜15)；
前記第１組のローラと第２組のローラで重ね母材を挟んで加圧するために、第２組のローラが重ね部材を押して第１組のローラに押し付ける方向に、第２部材を駆動する加圧手段(16)；および、
前記第１組のローラ(12)のフランジを重ね母材(21)の縁の端面に倣わせるために、前記ヘッドホルダ(4)を、基台(1,2)に対して前記方向ｚに倣い駆動する手段(6)；を備えるレーザ溶接装置。
【００１３】
これによれば、上記（１）〜（５）に記載の作用効果と同様な作用効果が併せて得られる。
【００１４】
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。
【００１５】
【実施例】
図１に本発明の１実施例を示す。支持基台１には、基台連結枠２があり、そこにヘッドホルダ４が昇降ガイド５で、上下方向ｚには移動可であるが、水平方向ｘおよびｙには移動不可に支持されている。基台連結枠２にはエアーシリンダ６が固定されており、そのピストンロッドがヘッドホルダ４に連結されている。エアーシリンダ６が該ピストンロッドを突き出すとヘッドホルダ４が降下し、ピストンロッドを引き込むとヘッドホルダ４が上昇する。
【００１６】
ヘッドホルダ４にはＹＡＧレーザ照射ヘッド９が固定されている。ＹＡＧレーザ照射ヘッド９には、照射ｘ位置調整機構７を介して第１部材１１が連結されている。この第１部材１１の下端はｚ方向からｘ方向に曲がって、ヘッド９の円錐形のノズルボディ９ｃのレーザ出射ノズルの下方近くまで突出している。その先端に、重ね母材２１の第１板材２１ａの外表面に当接する円周面と、第１板材２１ａの上端面に乗るフランジを有する、フランジ付きの第１組のローラ１２が回転中心軸をｚ軸と平行にして、回転自在に支持されている。第１組のローラ１２は、ｙ方向に２個が並んであり、それらの中点（中間点）に、ノズルボディ９ｃのレーザ出射ノズルがある。
【００１７】
ＹＡＧレーザ照射ヘッド９には、ｘ軸に平行にガイド棒１３，１４が立てられており、これらのガイド棒１３，１４でキャリッジ１５がｘ方向にスライド可に案内されている。ガイドロッド１３，１４でエアーシリンダ１６が支持され、そのピストンロッドがキャリッジ１５に連結されている。エアーシリンダ１６が該ピストンロッドを突き出すとキャリッジ１５が図１上で左方に移動し、ピストンロッドを引き込むとキャリッジ１５が右方に移動する。
【００１８】
キャリッジ１５に第２部材１７の上端が固着されている。この第２部材１７の下端はｚ方向からｘ方向に曲がって、ノズルボディ９ｃのレーザ出射ノズルの下方近くまで突出している。その先端に、重ね母材２１の第２板材２１ｂの外表面に当接する円周面を有する第２組のローラ１８が回転中心軸をｚ軸と平行にして、回転自在に支持されている。第２組のローラ１８も、ｙ方向に２個が並んであり、それらの中点（中間点）に、ノズルボディ９ｃのレーザ出射ノズルがある。
【００１９】
図２に、重ね母材２１を挟圧する第１組および第２組のローラ１２および１８の縦断面を示す。照射ｘ位置調整機構７の調整ねじを時計回りに廻すと第１組のローラ１２を支持する第１部材１１（ローラ１２）が図１上で右方に移動し、これにより、重ね母材２１が同じく右方に移動する。照射ｘ位置調整機構７の調整ねじを反時計回りに廻すと重ね母材２１が左方に移動する。このときノズルボディ９ｃのレーザ出射ノズルのｘ位置は固定である。したがって、照射ｘ位置調整機構７の調整ねじを廻すことにより、重ね母材２１の端面上におけるレーザ照射ｘ位置を調整できる。重ね母材２１の第１板材２１ａの厚みに併せて、ノズルボディ９ｃのレーザ出射ノズルのｘ位置を、重ね母材２１の端面上の接合線に併せるように、照射ｘ位置調整機構７を用いて第１組のローラ１２のｘ位置を調整する。
【００２０】
ＹＡＧレーザ照射ヘッド９には、光ファイバケーブル１０によって、図示しないＹＡＧレーザ光源が出射するＹＡＧレーザが送給される。光ファイバ１０ａから出たＹＡＧレーザはある立体角で広がるが、光学系のレンズ９ａが実質上平行に絞り、そして収束光学系のレンズ９ｂがレーザ照射ヘッド９のレーザ照射ノズルの外の一点に収束するように絞り、高密度に収束したＹＡＧレーザが重ね母材２１の端面の接合線部に当たる。
【００２１】
縁継手溶接を行うときには、エアーシリンダ６および１６を、ともにピストンロッドを引き込んだ、低圧接続にしておき、支持基台１（例えばロボットアーム）を動かして、ローラ１２／１８間に重ね母材２１の縁を置きかつ母材２１の円周面が母材２１に略接触するｘ位置、ならびに、ローラ１２，１８の円周面のｚ方向中央位置あたりに母材２１の端面が位置するｚ位置に、ヘッド９を動かす。そしてエアーシリンダ１６に高圧エアーを送給してローラ１２，１８で母材２１を挟む。そしてエアーシリンダ６に高圧エアーを送給してローラ１２の上フランジの下面を母材２１の端面に押し当てる。図１にはこれが完了した状態を示す。そしてＹＡＧレーザ照射ヘッド９からＹＡＧレーザを出射する。
【００２２】
母材２１の上端面の接合線へのＹＡＧレーザ照射により接合線の外側（ｘ方向）に及ぶ溶融池ができ、端面部で第１板材２１ａと第２板材２１ｂが溶着する。ヘッド９をｙ方向に駆動することにより、または重ね母材２１をｙ方向に駆動することにより、線状に連続して縁溶接できる。このときローラ１２，１８が回転するので、移動抵抗は小さく、強い力で重ね母材２１を加圧できる。この加圧挟持が第１板材２１ａおよび第２板材２１ｂそれぞれの変形を抑止する。また、第１板材２１ａ／第２板材２１ｂ間の空隙を潰すので、緻密に接合して溶接した縁溶接継手が得られる。
【００２３】
【発明の効果】
以上のように、重ね母材２１をローラ１２，１８で加圧挟持するので重ね接合部の密着性が高く、端面部に溶融池ができて接合強度が高く外観が良い溶接となる。重ね母材の表面側と裏面側が共にローラ１２，１８で支えられているので、重ねた各板の変形が抑えられ、仕上り形状の良い縁溶接継手が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明の１実施例の縦断面図である。
【図２】  図１に示す第１組および第２組のローラ１２および１８の拡大縦断面図である。
【符号の説明】
１：支持基台              ２基台連結枠
４：ヘッドホルダ          ５：昇降ガイド
６：エアーシリンダ        ７：照射ｘ位置調整機構
９：ＹＡＧレーザ照射ヘッド
９ａ：レーザ光を平行にする光学系
９ｂ：収束光学系          ９ｃ：ノズルボディ
１０：レーザ伝送ケーブル  １０ａ：光ファイバ
１１：第１部材            １２：第１組のローラ
１３，１４：ガイド棒      １５：ｘキャリッジ
１６：エアーシリンダ      １７：第２部材
１８：第２組のローラ      ２１：重ね母材
２１ａ：第１板材          ２１ｂ：第２板材
【図１】
0004036388.tif 000002
【図２】
0004036388.tif 000003