(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部に軸嵌入部が形成された金属薄板を、前記軸嵌入部に嵌入される突出軸部とこの突出軸部の根元に形成された肩部とを有する中心軸に溶接するようにした金属薄板の溶接方法において、前記金属薄板の軸嵌入部に前記中心軸の突出軸部を嵌入した状態で、前記金属薄板の軸嵌入部の周囲を、同一円周上に相対回転しながら等エネルギーを有する複数のパルス状レーザ光で前記中心軸の肩部に複数箇所溶接するようにした金属薄板の溶接方法であって、 前記金属薄板の軸嵌入部の周囲を押さえ手段で押さえて、この押さえ手段による押さえ箇所を除く複数箇所を等エネルギーを有するパルス状レーザ光による溶接によって固定し、前記押さえ手段を外した後に、前記金属薄板の軸嵌入部の周囲を、相対回転しながら複数のパルス状レーザ光で前記中心軸の肩部に複数箇所溶接することを特徴とする金属薄板の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属薄板を中心軸に溶接する金属薄板の溶接方法に関し、特に、レーザ光で溶接するようにした金属薄板の溶接方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来、金属薄板を中心軸に溶接する方法としては、例えば、図１１に示す方法がある。
【０００３】
この従来の溶接方法は、金属薄板１１０の中心に設けられた円穴からなる軸嵌入部１１１を、中心軸１２０の突出軸部１２１に嵌入した状態で、金属薄板１１０に対して上方から加圧しながら押さえる電極１３０と中心軸１２０との間に、電極１３０及び中心軸１２０と配線１４１、１４２で接続された電極１５０から電流を流し、接触抵抗によって発生する熱によって中心軸１２０に金属薄板１１０を溶接するようにしていた。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
ところが、上記従来の溶接方法では、電極１５０には寿命があり、およそ数百回ショット毎に電極１５０を交換する必要があり、その作業が面倒であるという問題があった。
【０００５】
また、電流の流れが、金属薄板１１０の表面の粗さや形状による接触状態によって大きく変化するために、良質な溶接を行うには限界があるという問題があった。
【０００６】
本発明は、上記従来の問題を解決し、レーザ光を用いて溶接することによって、中心軸に金属薄板を傾きがなく安定した溶接を行うことができ、且つ良質な溶接を行うことができる金属薄板の溶接方法を提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記の課題を解決するために、中心部に軸嵌入部が形成された金属薄板を、前記軸嵌入部に嵌入される突出軸部とこの突出軸部の根元に形成された肩部とを有する中心軸に溶接するようにした金属薄板の溶接方法において、前記金属薄板の軸嵌入部に前記中心軸の突出軸部を嵌入した状態で、前記金属薄板の軸嵌入部の周囲を、同一円周上に相対回転しながら等エネルギーを有する複数のパルス状レーザ光で前記中心軸の肩部に複数箇所溶接するようにした金属薄板の溶接方法であって、 前記金属薄板の軸嵌入部の周囲を押さえ手段で押さえて、この押さえ手段による押さえ箇所を除く複数箇所を等エネルギーを有するパルス状レーザ光による溶接によって固定し、前記押さえ手段を外した後に、前記金属薄板の軸嵌入部の周囲を、相対回転しながら複数のパルス状レーザ光で前記中心軸の肩部に複数箇所溶接することを特徴とする。
【０００８】
【０００９】
【００１０】
【００１１】
【００１２】
【００１３】
本発明によると、中心軸の突出軸部を金属薄板の軸嵌入部に嵌入し、この状態で、金属薄板の周囲を、同一円周上に相対回転しながら等エネルギーを有する複数のパルス状レーザ光で中心軸の肩部に複数箇所溶接するので、等エネルギー、等条件でバランスよくレーザ照射されて、レーザ溶接時に発生するプルーフやスパッタによる反力が相殺され、傾きのない安定した溶接を行うことができ、且つ良質な溶接を確実に行うことができる。
【００１４】
また、押さえ手段で金属薄板の軸嵌入部の周囲を押さえて、等エネルギーを有するパルス状レーザ光による溶接によって固定してから、この押さえ手段を外し、その後に金属薄板の軸嵌入部の周囲を、相対回転しながら複数のパルス状レーザ光で中心軸の肩部に複数箇所溶接しているので、金属薄板の板厚にギャップがあっても、良好な溶接を行うことができる。
【００１５】
【００１６】
【００１７】
【００１８】
【００１９】
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の参考例および実施の形態について、図を参照しつつ説明する。
【００２１】
図１は第１参考例の金属薄板の溶接方法を示すものであって、この第１参考例の金属薄板の溶接方法は、円形の金属薄板１０の中心の円穴からなる軸嵌入部１１を、中心軸２０の突出軸部２１に嵌入して、金属薄板１０を中心軸２０の肩部２２上に置き、金属薄板１０と中心軸２０の肩部２２との接触部に、等エネルギーで且つ同一集光スポット径のパルス状レーザ光３０を、金属薄板１０の軸嵌入部１１の周囲を回転しながら照射して金属薄板１０の同一円周上を中心軸２０の肩部２２に溶接する。
【００２２】
尚、金属薄板１０の板厚は０．３ｍｍ以下であることが好ましく、パルス状レーザ光３０のスポット径は０．１ｍｍ径、エネルギーは数ジュールが好適である。
【００２３】
また、金属薄板１０の表面仕上がり品質は、パルス状レーザ光３０の照射波形を階段状に上昇することが好適である。
【００２４】
この第１参考例の金属薄板の溶接方法では、パルス状レーザ光３０が、等エネルギー、等条件でバランスよく金属薄板１０にレーザ照射されるので、レーザ溶接時に発生するプルーフやスパッタによる反力が相殺され、中心軸２０に金属薄板１０を傾きがなく安定した溶接を行うことができ、且つ良質な溶接を確実に行うことができる。
【００２５】
図２は本発明の実施形態の金属薄板の溶接方法を示すものであって、この実施形態の金属薄板の溶接方法は、円形の金属薄板１０の中心の円穴からなる軸嵌入部１１を、中心軸２０の突出軸部２１に嵌入した状態で、円形の金属薄板１０の表面における突出軸部２１から対称な位置を、押さえピンからなる押さえ手段４０、４０で等しい力で加圧した状態で、この押さえ手段４０、４０から９０度回転した位置であって突出軸部２１から対称な位置を、等エネルギーで且つ同一集光スポット径のパルス状レーザ光３０、３０を照射して固定する。
【００２６】
その後に、押さえ手段４０、４０を外してから、パルス状レーザ光３０、３０を金属薄板１０の表面に照射しながら、金属薄板１０の全周を中心軸２０の肩部２２に溶接する。
【００２７】
この実施形態の金属薄板の溶接方法では、押さえ手段４０、４０で金属薄板１０の表面を押さえて、パルス状レーザ光３０、３０で金属薄板１０の軸嵌入部の周囲を中心軸２０の肩部２２に固定した後に、金属薄板の全周を複数箇所溶接するので、金属薄板の板厚にギャップがあっても、良好な溶接を行うことができる。
【００２８】
図３は第２参考例の金属薄板の溶接方法を示すものであって、この第２参考例の金属薄板の溶接方法は、円形の金属薄板１０の中心の円穴からなる軸嵌入部１１を、中心軸２０の突出軸部２１に嵌入した状態で、押さえ杆からなる押さえ手段４１で、中心軸２０の突出軸部２１と噛み合うようにして金属薄板１０に押しつけながら、パルス状レーザ光３０を発生する複数のレーザ出射鏡筒３５を押さえ手段４１と共に回転させて、複数のレーザ出射鏡筒３５からのパルス状レーザ光３０で、金属薄板１０の軸嵌入部１１の周囲を複数箇所、中心軸２０の肩部２２に溶接する。
【００２９】
尚、押さえ杆からなる押さえ手段４１は、耐磨耗性をもたせるために、金属にセラミックコートを施したものを使用することが好適である。また、レーザ出射鏡筒３５を傷つけないように、押さえ手段４１で金属薄板１０を押さえるポイントは、金属薄板１０におけるパルス状レーザ光の照射される同一円周上から外すのが好適である。
【００３０】
この第２参考例の金属薄板の溶接方法では、押さえ手段４１で金属薄板１０の軸嵌入部１１の周囲を押さえて、この押さえ手段４１と複数のパルス状レーザ光３０を共に軸嵌入部１１の周囲を回転しながら、複数のパルス状レーザ光３０で金属薄板１０の軸嵌入部１１の周囲を中心軸２０の肩部２２に複数箇所溶接するので、金属薄板１０の板厚に多少のギャップがあっても良好な溶接を行うことができる。
【００３１】
図４は第３参考例の金属薄板の溶接方法を概略示すものであって、この第３参考例の金属薄板の溶接方法は、ＹＡＧレーザ装置５１から光ファイバ５２を介して発生されたＹＡＧレーザ光は、固定光学系５０の凸レンズ５３によって平行光にされて、ＹＡＧレーザ光の波長で高反射する第１ハーフミラー５４により反射され、レーザビーム中心軸５５を中心とする２ｃｍ径の平行ビーム５６となる。更に、この平行ビーム５６は、出射鏡筒３５と同じ回転光学系６０に取り付けられＹＡＧレーザ光を５０％反射する第２ハーフミラー６１とＹＡＧレーザ光を１００％反射する第３ハーフミラー６２にて２分割され、２つの凸レンズ６３、６３にて集光されて２つの光ファイバー６４、６４に入射される。このとき、２つの集光スポット６５、６５は、光ファイバー６４、６４の入射断面積よりも小さく集光することによって、凸レンズ５３と第１ハーフミラー５４が取り付けられた固定光学系５０のレーザビーム中心軸５５と、回転光学系６０の中心軸６６が機械的に多少芯振れがあっても、常に、光ファイバ６４、６４の入射断面積が、芯振れで変動する凸レンズ６３、６３で集光された集光スポット６５、６５より大きいので、光ファイバ６４、６４のパワー変動がほとんど発生しない。尚、光ファイバ６４、６４に入射されたレーザ光は、先端に設けられたレーザ出射鏡筒３５、３５から金属薄板１０に照射される。
【００３２】
各条件としては、光ファイバ５２及び６４、６４は、ＳＩ型よりＧＩ型を使用する方が、ビームが中心に集まるので好適である。
【００３３】
また、凸レンズ６３、６３の集光距離は、ビームサイズを小さくするために、凸レンズ５３よりも短い方が好適である。
【００３４】
この第３参考例の金属薄板の溶接方法では、固定光学系５０と回転光学系６０とからのレーザ光で金属薄板１０の軸嵌入部１１の周囲を溶接すれば、固定光学系５０からのレーザ光の照射の芯振れがあっても、回転光学系６０からのレーザ光の照射によって、レーザ照射スポット位置の変動をなくしながら金属薄板１０の軸嵌入部１１の周囲を中心軸２０の肩部２２に複数箇所溶接することができて、安定したレーザ光による溶接を行うことができる。
【００３５】
図５は第４参考例の金属薄板の溶接方法を示すものである。
【００３６】
レーザ溶接の良否の最大のポイントは、図６に示すように、溶接箇所における接触面のギャップＧの大小が溶接品質に大きく影響することが公知事実として知られている。このギャップＧは、板厚の１／１０以下が好適であり、１／４以下になると通常のＹＡＧレーザ溶接では溶接が困難であり、中心に高溶け込みする高輝度のレーザ特性が必要である。いずれにしても、溶接照射部のスポットのビーム品質を確保しておけば、図５に示すように、レーザ溶接中あるいはその前後の金属薄板１０の基準高さＨを距離センサ７０で測定し、その変化が一定量以内であれば、ほぼ良品であるとみなすことができる。
【００３７】
図７は第５参考例の金属薄板の溶接方法を示すものであって、距離センサの代わりにレーザ光により高さだけでなく、金属薄板１０の傾きが検出できるようにしたものである。
【００３８】
レーザ光源７５から出射された平行レーザ光Ｒ１は、金属薄板１０の表面で反射してリニアセンサ７６に当たる。金属薄板１０が破線で示すように傾いていれば、金属薄板１０が実線で示すように水平である場合に比べて、レーザ光Ｒ２のように別の経路をたどるために、リニアセンサ７６で傾きを検出できる。
【００３９】
図８は上記した第２参考例の変形例の金属薄板の溶接方法を示すものであって、押さえ杆の代わりに凹型に押さえ杆からなる押さえ手段４２を用いており、金属薄板１０の軸嵌入部１１が、裏面側に中心軸２０の突出軸部２１が嵌入される凹部１１ａを設けた隆起部１１Ａで形成されている場合に、この隆起部１１Ａの裏面側の凹部１１ａを中心軸２０の突出軸部２１に嵌入した状態で、凹型押さえ杆からなる押さえ手段４２でこの隆起部１１Ａを押さえて金属薄板１０の軸嵌入部１１の周囲を出射鏡筒３５から出射されるレーザ光３０で溶接するようにしている。
【００４０】
図９は上記した第３参考例の変形例の金属薄板の溶接方法を示すものであって、回転光学系６０Ａの分岐ミラー６６、６６からのＹＡＧレーザ光を折り返しミラー６７、６７を用いて凸レンズ６３、６３に直接平行レーザ光６９、６９を導き、金属薄板１０の表面で集光すればよい。
【００４１】
また、図１０に示すように、レーザ装置５１からの光ファイバ５２Ａを直接出射鏡筒３５、３５に導く一方、回転光学系６０Ｂを半回転毎に回転方向を代えるようにしてもよい。
【００４２】
尚、上記実施の形態では、金属薄板として円形のものについて説明したが、これに限らず、例えば四辺形の金属薄板も適用できるものである。
【００４３】
【発明の効果】
本発明によれば、レーザ光を用いて等エネルギー、等条件で金属薄板にバランスよくレーザ照射するので、レーザ溶接時に発生するプルーフやスパッタによる反力が相殺されて、金属薄板を中心軸に傾きがなく安定した溶接を行うことができ、且つ良質な溶接を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１参考例の金属薄板の溶接方法を示し、（ａ）は溶接時の一部断面した正面図、（ｂ）は溶接時の平面図である。
【図２】本発明の実施形態の金属薄板の溶接方法を示し、（ａ）は押さえ手段で金属薄板を押さえて中心軸に固定する状態を示す平面図、（ｂ）は（ａ）の状態の正面図、（ｃ）は押さえ手段を外して溶接していく状態を示す平面図、（ｄ）は押さえ手段を外した状態の正面図である。
【図３】第２参考例の金属薄板の溶接方法を示し、（ａ）は溶接時の平面図、（ｂ）は溶接時の一部断面した正面図である。
【図４】第３参考例の金属薄板の溶接方法を示す概略正面図である。
【図５】第４参考例の金属薄板の溶接方法を示す一部断面した概略正面図である。
【図６】金属薄板の溶接方法における中心軸に対する金属薄板のギャップを説明するための説明図である。
【図７】第５参考例の金属薄板の溶接方法を示す説明図である。
【図８】第２参考例の変形例の金属薄板の溶接方法を示す一部断面した正面図である。
【図９】第３参考例の変形例の金属薄板の溶接方法を示す概略正面図である。
【図１０】第３参考例の別の変形例の金属薄板の溶接方法を示す概略正面図である。
【図１１】従来の金属薄板の溶接方法を示す説明図である。
【符号の説明】
１０ 金属薄板
１１ 軸嵌入部
２０ 中心軸
２１ 突出軸部
２２ 肩部
３０ パルスレーザ光
３５ 出射鏡筒
４０ 押さえ手段
４１ 押さえ手段
４２ 押さえ手段
５０ 固定光学系
５１ レーザ装置
５２ 光ファイバ
５４ 第１ハーフミラー
６０ 回転光学系
６１ 第２ハーフミラー
６２ 第３ハーフミラー
６４ 光ファイバ
６５ 集光スポット
７６ リニアセンサ（測定手段）
【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】
0004233625.tif 000010
【図１０】
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【図１１】
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