(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを重ね合わせ、その重ね合わせた部位に対してレーザビームを照射することにより該ワークを溶接するレーザ溶接装置であって、
前記ワークを狭時するための一対のローラと、
レーザビームを照射するためのレーザビームヘッドと、
揺動部材と、該揺動部材に当接するクッション部材とを備える揺動部材原位置復帰機構とを有し、
前記レーザビームヘッドと前記揺動部材とは連結され、前記揺動部材が前記ワークの形状に追従して前記クッション部材を押圧しながら揺動することにより、前記レーザビームヘッドが前記ワークに対して垂直になるように移動し、かつ、該クッション部材の弾発力によって該揺動部材を強制的に原位置へと復帰させることを特徴とするレーザ装置。
【請求項２】
請求項１記載のレーザ溶接装置において、
支持部材と該支持部材に当接する弾性部材とを備える支持部材原位置復帰機構を有し、
前記レーザビームヘッドと前記支持部材とは連結され、前記支持部材は前記ワークの形状に追従して前記弾性部材を押圧しながら前記レーザビームの軸方向に移動自在であり、かつ、該弾性部材の弾発力によって該支持部材を強制的に原位置へと復帰させることを特徴とするレーザ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザビームをワークに照射して溶接を行うレーザ溶接装置に関し、特に、レーザビームをワークの面に対して所望の入射角度で照射することができるとともに、レーザビームヘッドを原位置に復帰させる原位置復帰機構を有するレーザ溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
例えば、自動車のドアなどフランジ部（板状部）を有するワークを重ね合わせ該フランジ部を溶接することにより製品となるワークを製造する場合、レーザビームを該フランジ部に照射して溶接を行うレーザ溶接装置が用いられている。この場合、一対のローラによって前記フランジ部を挟持しながら該フランジ部に対してレーザビームヘッドからレーザビームを照射して重ね合わせたワークを互いに溶着させている。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来技術に係るレーザ溶接装置においては、レーザビームを照射するレーザビームヘッドがワークに対して所定の位置に固定されているため、例えば、溶接しようとするワークが曲率を有する場合、該ワークの曲率部に対してレーザビームを所望の入射角度で照射することができないという不具合が生じている。レーザビームがワークに対して所望の入射角度で照射されないことにより、ワーク同士が完全に溶着されずに溶接不良の原因となり、最終的に溶接品質に優れた製品を得ることができなくなる。
【０００４】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、例えば、曲率を有するワークを溶接しようとする場合でも、レーザビームをワークの面に対して所望の入射角度で照射することができ、ワークの形状に追従して原位置から移動したレーザビームヘッドを原位置に復帰させることができるレーザ溶接装置を提供することを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
本発明は、ワークを重ね合わせ、その重ね合わせた部位に対してレーザビームを照射することにより該ワークを溶接するレーザ溶接装置であって、前記ワークを狭時するための一対のローラと、レーザビームを照射するためのレーザビームヘッドと、揺動部材と、該揺動部材に当接するクッション部材とを備える揺動部材原位置復帰機構とを有し、前記レーザビームヘッドと前記揺動部材とは連結され、前記揺動部材が前記ワークの形状に追従して前記クッション部材を押圧しながら揺動することにより、前記レーザビームヘッドが前記ワークに対して垂直になるように移動し、かつ、該クッション部材の弾発力によって該揺動部材を強制的に原位置へと復帰させることを特徴とする。
【０００６】
上記の形態において、支持部材と該支持部材に当接する弾性部材とを備える支持部材原位置復帰機構を有し、前記レーザビームヘッドと前記支持部材とは連結され、前記支持部材は前記ワークの形状に追従して前記弾性部材を押圧しながら前記レーザビームの軸方向に移動自在であり、かつ、該弾性部材の弾発力によって該支持部材を強制的に原位置へと復帰させることを特徴とする。
【０００７】
本発明に係るレーザ溶接装置を用いれば、溶接しようとするワークが、例えば、曲率を有する場合、該ワークの形状に追従して揺動部材原位置復帰機構を構成する揺動部材がクッション部材を押圧しながら揺動する。これにより、揺動部材に連結されるレーザビームヘッドも連動して揺動することになり、ワークの面に対して該レーザビームヘッドを所望の位置にすることができる。従って、ワークの面に対して、常に、レーザビームが所望の入射角度で照射されることになる。しかも、例えば、レーザビームヘッドが揺動した状態でワークの溶接が終了した場合、クッション部材の弾発力の作用下に揺動部材が原位置に復帰するとともに、レーザビームヘッドも連動して揺動し原位置に復帰することができる。
【０００８】
また、溶接しようとするワークが、例えば、段差を有する場合でも、支持部材原位置復帰機構を構成する支持部材が弾性部材を押圧しながらレーザビームヘッドの軸方向に移動することができるため、該レーザビームヘッドと該ワークとの間隔を常に一定の間隔に保つことが可能となる。これにより、確実にワーク同士を溶着させることができる。さらに、例えば、レーザビームヘッドが軸方向に移動した状態でワークの溶接が終了した場合、弾性部材の弾発力の作用下に支持部材が原位置に復帰するとともに、該支持部材に連結されるレーザビームヘッドも連動して移動し原位置に復帰することができる。
【０００９】
【発明の実施の形態】
本発明に係るレーザ溶接装置につき好適な実施の形態を挙げ、添付の図１〜図７を参照しながら以下詳細に説明する。なお、このレーザ溶接装置は、その用途が限定されるものではないが、例えば、自動車のドアなどフランジ部（板状部）を有する亜鉛メッキされたワークを重ね合わせて溶接する場合に用いると好ましい。
【００１０】
本発明の第１の実施の形態に係るレーザ溶接装置１０は、図１に示すように、支持部材原位置復帰機構としての第１の原位置復帰機構１２と、揺動部材原位置復帰機構としての第２の原位置復帰機構１４と、レーザビームヘッド１６と、挟持部１８とを有し、該レーザ溶接装置１０はロボットアーム２０の先端に取着されている。
【００１１】
第１の原位置復帰機構１２はロボットアーム２０に固着される支持ブラケット２２を有し、該支持ブラケット２２は上面板２４と、この上面板２４と平行して延在する下面板２６とを備える。前記上面板２４と前記下面板２６との間にはガイドバー２８が橋架され、該ガイドバー２８には該上面板２４及び該下面板２６に略平行な支持部材３０が摺動自在に嵌合する。この支持部材３０は、前記ガイドバー２８の軸方向に対して長尺に形成される（図１参照）。前記上面板２４と前記支持部材３０との間には、前記ガイドバー２８に巻回された第１のコイルスプリング３２が介装される。同様に、前記下面板２６と前記支持部材３０との間には、前記ガイドバー２８に巻回された第２のコイルスプリング３４が介装される。従って、前記支持部材３０は、図１中、矢印Ａ方向に移動した場合には、前記第１のコイルスプリング３２の弾発力の作用下に、また、図１中、矢印Ａ’方向に移動した場合には、前記第２のコイルスプリング３４の弾発力の作用下に、それぞれ原位置（図１中、実線に示す状態）に復帰することができる。
【００１２】
支持部材３０の一側面には、第２の原位置復帰機構１４が配設される。この第２の原位置復帰機構１４は、前記支持部材３０に固着されるベースプレート３６と、該ベースプレート３６の上方先端に固定される案内部材３８を有する。さらに、この案内部材３８は、図１において下方に指向するとともに、前記ベースプレート３６に略平行な屈曲部４０を有する。前記ベースプレート３６と前記屈曲部４０との間には、該ベースプレート３６に埋設されたベアリング４２に軸支される回転軸４４に固着した揺動部材４６が案内される。
【００１３】
この揺動部材４６は、図２に示すように、先端が略円弧状に形成された幅広部４８と、該幅広部４８の略円弧状に形成されていない側から、図２において下方に延在して該幅広部４８に一体的に形成される直線部５０と、略尖形状の先端部５２とからなる。また、前記揺動部材４６の直線部５０の両端中間に当接するように第１のクッション部材５４及び第２のクッション部材５６が、ベースプレート３６に植設された軸５４ａ及び５６ａをそれぞれ囲繞するように設けられる（図２参照）。従って、前記揺動部材４６は前記回転軸４４を軸にして、図２中、矢印Ｂ方向に揺動した場合には、前記第１のクッション部材５４の弾発力の作用下に、また、図２中、矢印Ｂ’方向に揺動した場合には、前記第２のクッション部材５６の弾発力の作用下に、それぞれ原位置（図２中、実線に示す状態）に復帰することができる。
【００１４】
なお、この第１の実施の形態において、第１のクッション部材５４及び第２のクッション部材５６としては、例えば、ウレタンリング、硬質ゴム及びコイルスプリングなどを例示することができるがこの限りではない。さらに、第１のクッション部材５４及び第２のクッション部材５６の配設位置を揺動部材４６の先端部５２に当接するようにベースプレート３６に設けてもよい（図２中、二点鎖線に示す位置）。
【００１５】
前記揺動部材４６の幅広部４８には、略Ｌ型の板状の第１のガイド５８と、該第１のガイド５８の略中央部に固定される第２のガイド６０とが固着される（図１参照）。この第１のガイド５８の屈曲部６２に固着される第１のスペーサ６４及び該第１のスペーサ６４に固着される第２のスペーサ６６を介してレーザビームＬを照射するためのレーザビームヘッド１６が取着されている。このレーザビームヘッド１６は、その内部に集光レンズ（図示せず）を保持し、光ファイバ７０を介して送られるレーザビームＬを所定の焦点距離で集束させてワークＷに照射するものである。
【００１６】
前記第１のガイド５８の底面７２には、図１において下方に所定角度傾斜して延在する板状の保持部７４が一体的に形成される第３のガイド７６が固着され、該第３のガイド７６の屈曲部近傍には揺動部材４６に対向した第４のガイド７８が固定される。この第４のガイド７８には第１の軸８０が係合する。前記第１の軸８０には、例えば、エアシリンダなどのアクチュエータ８２が回動自在に枢支される。このアクチュエータ８２から延在するロッド８４の先端には略コの字型のホルダ８６がナット８８によって螺着され、該ホルダ８６にはヨーク９２が第２の軸９０に回動自在に軸支される（図３参照）。図１から諒解されるように、このヨーク９２は、図１において上方に所定角度傾斜して延在している。なお、前記ヨーク９２は、レーザ溶接装置１０を設置する場所によって、図１において下方に所定角度傾斜して延在していてもよい。
【００１７】
第１の実施の形態においては、前記保持部７４と前記ヨーク９２とによってワークＷを挟持するための挟持部１８が支持されており、該挟持部１８は上ローラ部９６と下ローラ部９８とから構成される（図３参照）。
【００１８】
上ローラ部９６は、前記保持部７４の下部に固着される上ローラ固定部１００と、該上ローラ固定部１００の一側面に略平行に固定された軸１０２ａ及び１０４ａに固着される第１のローラ１０２及び第２のローラ１０４と、該上ローラ固定部１００の両端面に取着される一組の第１のステー１０６及び１０８を有する（図３参照）。この場合、前記第１のローラ１０２の直径をｄ１とし、前記第２のローラ１０４の直径をｄ２としたとき、直径ｄ１及びｄ２は、ｄ１＞ｄ２の関係を満足するように形成されている（図４参照）。なお、前記第１のローラ１０２及び前記第２のローラ１０４は、該第１のローラ１０２及び該第２のローラ１０４の温度が上昇した際に該第１のローラ１０２及び該第２のローラ１０４の温度を下げるための冷却機構（図示せず）に接続されている。
【００１９】
下ローラ部９８は、前記上ローラ固定部１００に対向し、かつ前記ヨーク９２の前記第２の軸９０に軸支されていない側に固着される下ローラ固定部１１０と、該下ローラ固定部１１０の一側面に略平行に固定された軸１１２ａ及び１１４ａに固着され、かつ前記第１のローラ１０２及び第２のローラ１０４のそれぞれに対向する第３のローラ１１２及び第４のローラ１１４と、該下ローラ固定部１１０の両端面に取着される一組の第２のステー１１６及び１１８を有する（図３参照）。この場合、前記第３のローラ１１２の直径をｄ３とし、前記第４のローラ１１４の直径をｄ４としたとき、直径ｄ３及びｄ４は、ｄ３＝ｄ４の関係を満足するように形成されている（図４参照）。さらに、前記第１のローラ１０２の直径ｄ１と前記第３のローラ１１２の直径ｄ３とは、ｄ１＝ｄ３の関係を満足している。従って、ｄ２＜ｄ１＝ｄ３＝ｄ４の関係を満足するように、第１のローラ１０２、第２のローラ１０４、第３のローラ１１２及び第４のローラ１１４は形成されている。なお、前記第３のローラ１１２及び前記第４のローラ１１４は、前記第１のローラ１０２及び前記第２のローラ１０４と同様に、該第３のローラ１１２及び該第４のローラ１１４の温度が上昇した際に該第３のローラ１１２及び該第４のローラ１１４の温度を下げるための冷却機構（図示せず）に接続されている。
【００２０】
前記第１のステー１０６及び１０８は、前記第２のステー１１６及び１１８の外方に位置するとともに、該第１のステー１０６及び１０８と該第２のステー１１６及び１１８とは第３の軸１２０によって軸支される。すなわち、前記下ローラ部９８は前記上ローラ部９６に対して、図３中、矢印Ｃ−Ｃ’方向に回動自在である。なお、図３中、参照符号９４は、リングを示す。
【００２１】
第１の実施の形態に係るレーザ溶接装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次にその作用及び効果について説明する。
【００２２】
先ず、図１に示すように、フランジ部（板状部）ＷＦ１及びＷＦ２を有するとともに、図１中、奥方向から手前方向に向かって亜鉛メッキされた長尺なワークＷの該フランジ部ＷＦ１及びＷＦ２を重ね合わせてワークＷを挟持部１８で挟持する。具体的には、アクチュエータ８２の駆動作用下に下ローラ部９８を上ローラ部９６に対して、図３中、矢印Ｃ方向に回転させる。このとき、第１のローラ１０２及び第２のローラ１０４と第３のローラ１１２及び第４のローラ１１４との間に空間が形成され、該空間に前記フランジ部ＷＦ１及びＷＦ２を挿入する。その後、前記アクチュエータ８２の駆動作用下に前記下ローラ部９８を前記上ローラ部９６に対して、図３中、矢印Ｃ’方向に回転させて前記フランジ部ＷＦ１及びＷＦ２を挟持する（図５中、Ｄに示す状態）。詳細には、前記第１のローラ１０２の直径ｄ１、前記第２のローラ１０４の直径ｄ２、前記第３のローラ１１２の直径ｄ３及び前記第４のローラ１１４の直径ｄ４は、ｄ２＜ｄ１＝ｄ３＝ｄ４の関係を満足するように形成されているため、該第１のローラ１０２と該第３のローラ１１２とによって前記フランジ部ＷＦ１及びＷＦ２が押圧挟持される。
【００２３】
その状態で、レーザビームヘッド１６からフランジ部ＷＦ１及びＷＦ２に対してレーザビームＬを第１のローラ１０２と第２のローラ１０４との間に照射する（図４参照）。これにより、レーザビームＬからみて第２のローラ１０４及び第４のローラ１１４側に位置するフランジ部ＷＦ１が熱応力の影響を受けることになる。この場合、前記第２のローラ１０４の直径ｄ２と前記第４のローラ１１４の直径ｄ４とは、ｄ２＜ｄ４の関係を満足するように形成されているため、該第２のローラ１０４と該第４のローラ１１４との間の間隔は重ね合わせたワークＷの厚みより大きくなる。従って、前記第２のローラ１０４側に位置するフランジ部ＷＦ１が歪み、該フランジ部ＷＦ１及びＷＦ２の間に間隙Ｈ１が形成される（図４参照）。但し、前記フランジ部ＷＦ１の過大な歪みを抑制するために、前記第２のローラ１０４の直径ｄ２と前記第４のローラの直径ｄ４の差は微小なものとなっている。
【００２４】
レーザビームＬはフランジ部ＷＦ１及びＷＦ２に対して垂直に照射されるとともに、該レーザビームＬを該フランジ部ＷＦ１及びＷＦ２に照射することによって該フランジ部ＷＦ１及びＷＦ２に施された亜鉛メッキが気化する。しかしながら、第１の実施の形態においては、第２のローラ１０４と第４のローラ１１４との間に位置する重ね合わされたフランジ部ＷＦ１及びＷＦ２の間に間隙Ｈ１が形成されるため、該間隙Ｈ１から気化された亜鉛成分が流出して、確実にワークＷ同士を溶着させることが可能となる。なお、フランジ部ＷＦ１及びＷＦ２を溶接している際、第１のローラ１０２、第２のローラ１０４、第３のローラ１１２及び第４のローラ１１４は溶接熱を帯びるため、該第１のローラ１０２、第２のローラ１０４、該第３のローラ１１２及び該第４のローラ１１４は、常時、冷却機構（図示せず）によって冷却されている。
【００２５】
さらに、ワークＷの溶接を継続する。この場合、図４中、矢印Ｉ方向を溶接の進行方向とする。その際、例えば、ワークＷが一定の曲率で湾曲しているものとする。この場合、レーザビームＬをワークＷに対して垂直に照射するために、該ワークＷの形状に追従してレーザビームヘッド１６が揺動する（図５中、Ｅに示す状態）。具体的には、第１のローラ１０２と第３のローラ１１２とによってワークＷが押圧されているため、該ワークＷの曲率部を溶接しようとする場合、第２の原位置復帰機構１４を構成する揺動部材４６が回転軸４４に対して、図２中、矢印Ｂ方向に第１のクッション部材５４を押圧しながら揺動する（図２中、二点鎖線に示す状態）。これにより、レーザビームヘッド１６がワークＷに対して垂直になるように揺動し、該レーザビームヘッド１６からレーザビームＬが該ワークＷのフランジ部ＷＦ１及びＷＦ２に対して垂直に照射され、確実にワークＷ同士を溶着させることが可能となる。
【００２６】
さらに、ワークＷの溶接を継続する。その際、例えば、ワークＷの高さが溶接初期の状態より下方にあるとする（図５中、Ｆに示す状態）。この場合、先ず、第１のクッション部材５４の弾発力の作用下に、揺動部材４６が、図２中、矢印Ｂ’方向に揺動して周方向の原位置に復帰することになる。すなわち、レーザビームヘッド１６が、周方向の原位置に復帰することになる。そして、ワークＷの高さが最初に溶接した位置より下方にあるため、第１の原位置復帰機構１２を構成する支持部材３０が第２のコイルスプリング３４の弾発力に抗して、図１中、矢印Ａ’方向に移動する。これにより、レーザビームヘッド１６がワークＷに対して垂直になるとともに、該レーザビームヘッド１６とフランジ部ＷＦ１及びＷＦ２との距離が溶接初期の状態（図５中、Ｄに示す状態）と同じ状態になり、該レーザビームヘッド１６からレーザビームＬが該ワークＷのフランジ部ＷＦ１及びＷＦ２に対して垂直に照射され、確実にワークＷ同士を溶着させることが可能となる。
【００２７】
ワークＷの溶接が終了した後、支持部材３０が第２のコイルスプリング３４の弾発力の作用下に、図１中、矢印Ａ方向に移動して軸方向の原位置に復帰する。すなわち、レーザビームヘッド１６が、軸方向の原位置に復帰することになる。
【００２８】
次に、本発明の第２の実施の形態に係るレーザ溶接装置２００について、図６及び図７を参照しながら説明する。この第２の実施の形態に係るレーザ溶接装置２００において、第１の実施の形態に係るレーザ溶接装置１０における構成要素と同一の構成要素には同一の参照符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２９】
この第２の実施の形態に係るレーザ溶接装置２００は、前記第１の実施の形態に係るレーザ溶接装置１０と略同様の構成を有するが、挟持部１８の構成が異なっている。
【００３０】
第２の実施の形態に係るレーザ溶接装置２００は、図６及び図７に示すように、上ローラ固定部１００の底面に所定間隔離間した第１の受け部材２０２及び第２の受け部材２０４が固着されている。また、下ローラ固定部１１０には、所定間隔離間した第１の位置決めボルト２０６及び第２の位置決めボルト２０８が螺入されている。この第１の位置決めボルト２０６は、その先端に前記第１の受け部材２０２に当接する第１の位置決めピン２１０が設けられるとともに、第１の位置決めナット２１２によって下ローラ固定部１１０に対する位置決めが行われている。第２の位置決めボルト２０８も、前記第１の位置決めボルト２０６と同様に、その先端に前記第２の受け部材２０４に当接する第２の位置決めピン２１４が設けられるとともに、第２の位置決めナット２１６によって下ローラ固定部１１０に対する位置決めが行われている。
【００３１】
従って、図７中、矢印Ｇ−Ｇ’方向に第１の位置決めボルト２０６及び第２の位置決めボルト２０８の下ローラ固定部１１０に対する締め具合を調整することにより、第１のローラ１０２と第３のローラ１１２との間を所望の間隔にすることができる。この第２の実施の形態に係るレーザ溶接装置２００においては、ワークＷのフランジ部ＷＦ１及びＷＦ２を重ね合わせて挟持した際に、重ね合わされた該フランジ部ＷＦ１及びＷＦ２の間に間隙Ｈ２が形成されるように、前記第１の位置決めボルト２０６及び前記第２の位置決めボルト２０８の位置が予め調整されている（図７参照）。
【００３２】
第２の実施の形態に係るレーザ溶接装置２００の作用及び効果については、第１の実施の形態に係るレーザ溶接装置１０の作用及び効果と略同様である。
【００３３】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、溶接しようとするワークが、例えば、段差を有する場合でも、第１の原位置復帰機構を構成する支持部材がコイルスプリングを押圧しながらレーザビームヘッドの軸方向に移動することができるため、該レーザビームヘッドと該ワークとの間隔を常に一定の間隔に保つことが可能となる。これにより、確実にワーク同士を溶着させることができる。さらに、例えば、レーザビームヘッドが軸方向に移動した状態でワークの溶接が終了した場合、コイルスプリングの弾発力の作用下に支持部材が原位置に復帰するとともに、該支持部材に連結されるレーザビームヘッドも連動して移動し原位置に復帰することができる。
【００３４】
また、溶接しようとするワークが、例えば、一定の曲率で湾曲している場合、該ワークの形状に追従して第２の原位置復帰機構を構成する揺動部材がクッション部材を押圧しながら揺動する。これにより、揺動部材に連結されるレーザビームヘッドも連動して揺動することになり、ワークの面に対して該レーザビームヘッドを所望の位置に設定することができる。従って、ワークの面に対して、常に、レーザビームが所望の入射角度で照射されることになる。このため、溶接不良が惹起しない。しかも、例えば、レーザビームヘッドが揺動した状態でワークの溶接が終了した場合、クッション部材の弾発力の作用下に揺動部材が原位置に復帰するとともに、レーザビームヘッドも連動して揺動し原位置に復帰することができるという特有の効果が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】第１の実施の形態に係るレーザ溶接装置の一部を破断させた状態を示す側面説明図である。
【図２】図１におけるレーザ溶接装置のＩＩ−ＩＩ線方向から見た矢視説明図である。
【図３】図１におけるレーザ溶接装置の挟持部の近傍を示す一部省略拡大斜視説明図である。
【図４】図３における挟持部の近傍を示す一部省略拡大正面説明図である。
【図５】図１におけるレーザ溶接装置によってワークを溶接する状態を連続的に示す概略動作説明図である。
【図６】第２の実施の形態に係るレーザ溶接装置にワークを挟持した状態を示す一部省略拡大側面説明図である。
【図７】図６におけるレーザ溶接装置の挟持部の近傍を示す一部省略拡大正面説明図である。
【符号の説明】
１０、２００…レーザ溶接装置      １２…第１の原位置復帰機構
１４…第２の原位置復帰機構        １６…レーザビームヘッド
１８…挟持部                      ３０…支持部材
３２…第１のコイルスプリング      ３４…第２のコイルスプリング
４６…揺動部材                    ５４…第１のクッション部材
５６…第２のクッション部材        １０２…第１のローラ
１０４…第２のローラ              １１２…第３のローラ
１１４…第４のローラ              Ｌ…レーザビーム
Ｗ…ワーク                        ＷＦ１、ＷＦ２…フランジ部
【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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