(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
被溶接部材と相対的に移動可能なレーザ照射部から前記被溶接部材へレーザ光を照射するレーザ溶接方法であって、
前記レーザ光は、前記被溶接部材の相対的な移動方向ベクトルと該レーザ光の入射方向ベクトルとを合成した合成ベクトルが前記被溶接部材の法線方向となるように前記被溶接部材に照射されることを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】
前記被溶接部材は円筒形であって、前記レーザ光を前記被溶接部材の径方向外側から照射することを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接方法。
【請求項３】
被溶接部材にレーザ光を照射して溶接するレーザ溶接装置であって、
前記被溶接部材を支持する支持部と、
前記支持部と相対的に移動可能に配設され、前記支持部に支持された前記被溶接部材の相対的な移動方向ベクトルと該レーザ光の入射方向ベクトルとを合成した合成ベクトルが前記被溶接部材の法線に沿った方向となるようにレーザ光を照射するレーザ光照射部と、
を備えることを特徴とするレーザ溶接装置。
【請求項４】
前記被溶接部材は円筒形であって、前記レーザ照射部は前記被溶接部材の径方向外側に配設されていることを特徴とする請求項３記載のレーザ溶接装置。
【請求項５】
前記支持部は、前記支持部を駆動する駆動部により周方向に回転可能であることを特徴とする請求項４記載のレーザ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ溶接方法およびレーザ溶接装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
大気汚染の防止など環境保護の観点からディーゼルエンジンやガソリンエンジンから排出される排出ガスに含まれる有害物質の除去が要求されている。特に近年では排出ガスに含まれる有害物質の排出量の規制が強化されている。有害物質の排出を低減するためには、燃料の噴射時期あるいは噴射量を精密に規定する必要がある。そのため、ディーゼルエンジンやガソリンエンジンのシリンダあるいは吸気系に燃料を噴射するインジェクタには、高い弁密性が要求されている。
【０００３】
従来、インジェクタはノズルボディに形成された弁座部とバルブニードルの当接部とが当接することにより、燃料の噴射が停止される構成となっている。弁座部と当接部とのシール性が閉弁時の弁密性を決定するため、弁座部と当接部とを高精度に加工している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
弁座部が形成されているノズルボディはインジェクタハウジングと溶接により接合しなければならない。しかしながら、ノズルボディとインジェクタハウジングとを重ね合わせて溶接する場合、溶接時にひずみが発生するおそれがある。従来、溶接はレーザ光を用いたレーザ溶接が使用されている。ひずみが発生すると、弁座部と当接部とを高精度に加工した場合でもそれらの間に隙間が生じ、弁密性が低下するおそれがある。
【０００５】
ひずみは、図８に示すようにノズルボディ１００とインジェクタハウジング１１０との接合部に対し垂直に、すなわちノズルボディ１００およびインジェクタハウジング１１０の法線Ｎに沿ってレーザ光が照射されるために発生する。ノズルボディ１００とインジェクタハウジング１１０との接合部は周方向に連続して溶接されるため、ノズルボディ１００を組み付けたインジェクタハウジング１１０は周方向に回転されながらレーザ光が照射される。しかし、図８に示すようにノズルボディ１００およびインジェクタハウジング１１０の回転方向のベクトルＶｒとレーザ光の入射方向のベクトルＶｉとから、合成ベクトルＶｓが合成される。レーザ溶接による溶け込み部１２０は、合成ベクトルＶｓに沿って形成される。そのため、レーザ溶接による溶け込み部１２０の形状は、図８に示すようにインジェクタ２の法線Ｎを軸として左右非対称となる。その結果、溶け込み部１２０の左右非対称な形状により歪みが生じ、溶接時のひずみにつながるため、インジェクタの弁密性低下の要因となる。
【０００６】
そこで、本発明の目的は、被溶接部材に照射されるレーザ光の照射角度を規定することで溶け込み部の歪みを防止し、溶接時のひずみの発生を低減するレーザ溶接方法およびレーザ溶接装置を提供することにある。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
本発明の請求項１または２記載のレーザ溶接方法によると、被溶接部材とレーザ照射部とは相対的に移動可能である。すなわち、被溶接部材は移動しレーザ照射部は固定、被溶接部材は固定されレーザ照射部は移動、または被溶接部材およびレーザ照射部が相互に移動のいずれの場合でもよい。このとき、レーザ光は被溶接部材の相対的な移動方向ベクトルとレーザ光の入射方向ベクトルとを合成した合成ベクトルが被溶接部材の法線に沿った方向となるように照射される。すなわち、当該合成ベクトルと被溶接部材の法線とが一致するようにレーザ光の照射方向が規定される。そのため、溶け込み部は被溶接部材の法線に沿って形成され、歪みの発生が防止される。したがって、溶接時に発生するひずみを低減することができる。例えばインジェクタのノズルとインジェクタボディとをレーザ溶接する場合、弁密性を向上することができる。なお、入射方向ベクトルとは、レーザ光が被溶接部材に照射され、照射されたレーザ光により溶解した溶け込み部を介して被溶接部材の法線方向内側へ進行するベクトルである。
【０００８】
本発明の請求項３または４記載のレーザ溶接装置によると、レーザ光照射部は被溶接部材を支持する支持部と相対的に移動可能である。レーザ光照射部は、合成ベクトルと被溶接部材の法線とが一致するようにレーザ光を照射可能な位置に配設される。そのため、溶け込み部は被溶接部材の法線に沿って形成され、歪みの発生が防止される。したがって、溶接時に発生するひずみを低減することができる。
【０００９】
本発明の請求項５記載のレーザ溶接装置によると、支持部は駆動部により周方向に回転可能に駆動される。そのため、レーザ照射部を固定し支持部を回転駆動することにより、レーザ光は被溶接部材の外周部を周方向に連続して照射される。したがって、被溶接部材の周方向へ均一にレーザ光を照射でき、ひずみの発生を低減することができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施の形態を示す一実施例を図面に基づいて説明する。
図２に示すように、本発明の一実施例によるレーザ溶接装置１は、支持部１１、駆動部１２およびレーザ照射部１３から構成されている。支持部１１には、被溶接部材であるインジェクタ２が支持される。駆動部１２は支持部１１を一定の方向へ回転駆動可能である。駆動部１２が支持部１１を駆動することにより、支持部１１は周方向へ回転運動する。レーザ照射部１３は、支持部１１の外側に配設されている。レーザ照射部１３は、照射されるレーザ光の光軸がインジェクタ２の法線に対し所定の角度θとなる位置に配設されている。レーザ照射部１３は固定されているので、支持部１１に支持されたインジェクタ２が支持部１１とともに回転することにより、インジェクタ２０の周方向にレーザ光が照射される。
【００１１】
被溶接部材であるインジェクタ２について説明する。
図３および図４に示すように、本実施例の被溶接部材として適用されるインジェクタ２はガソリンエンジンに用いられる。インジェクタ２は、概略円筒形状であり、主にノズルボディ３０、バルブニードル４０、インジェクタハウジング５０および電磁駆動部６０を有している。ノズルボディ３０は、先端に噴孔３１から噴射される燃料の霧化を向上するための噴孔カバー３２が配設されている。ノズルボディ３０の内周側には、弁座部３３が形成されている。バルブニードル４０は、先端部の近傍に当接部４１が形成されている。この当接部４１が弁座部３３に着座することにより、燃料の噴射が停止され、当接部４１が弁座部３３から離座することにより燃料の噴射が行われる。バルブニードル４０はスプリング４２により弁座部３３方向へ付勢されており、電磁駆動部６０のコイル６１に電流が印加されていないとき、スプリング４２の付勢力により当接部４１は弁座部３３へ着座している。コイル６１に電流が印加されると、バルブニードル４０はスプリング４２の付勢力に抗してコイル６１方向へ吸引され、当接部４１は弁座部３３から離座する。
【００１２】
ノズルボディ３０は、インジェクタハウジング５０と接合されている。図４に示すようにインジェクタハウジング５０の内周側にノズルボディ３０が挿入され、インジェクタハウジング５０の外周側からレーザ光が照射される。レーザ照射部１３から照射されたレーザ光は、ノズルボディ３０とインジェクタハウジング５０との溶接部位５１へ照射される。この溶接部位５１は、インジェクタハウジング５０の外周部に沿って周方向に設定されている。
【００１３】
次に、レーザ照射部１３の配置および作動について説明する。
レーザ照射部１３は、図２に示すように支持部１１に支持されたインジェクタ２の径方向外側に配設されている。レーザ照射部１３から照射されたレーザ光は、インジェクタ２の外周部の周方向に対し垂直には照射されず、図１に示すようにレーザ光の軸線Ｌがインジェクタ２の法線Ｎに対し所定の角度θをなす方向から照射される。レーザ照射部１３の位置を上記のように設定した理由は下記のとおりである。
【００１４】
支持部１１に支持されたインジェクタ２は、駆動部１２により図１および図２に示す矢印Ｒ方向へ回転駆動される。そのため、インジェクタ２は図１に示すような移動方向ベクトルＶｒを有している。一方、レーザ光は角度θから照射されるため、レーザ光による溶け込み部は入射方向ベクトルＶｉを有している。移動方向ベクトルＶｒと入射方向ベクトルＶｉとから、合成ベクトルＶｓが得られる。すなわち、この合成ベクトルＶｓがインジェクタ２の法線Ｎに沿った方向となるようにレーザ光を照射する。
【００１５】
上記のような方向からレーザ光を照射することにより、レーザ照射部１３から照射されインジェクタ２に入射したレーザ光のエネルギーは、合成ベクトルＶｓ方向すなわちインジェクタ２の法線方向へ進行する。そのため、レーザ溶接による溶け込み部７０の形状は、図１に示すようにインジェクタ２の法線Ｎを軸として左右対称となる。その結果、溶け込み部７０の歪みが防止され、ノズルボディ３０およびインジェクタハウジング５０への溶接ひずみの発生が低減される。したがって、レーザ照射部１３は、照射したレーザ光の軸線Ｌがインジェクタ２の法線Ｎに対し所定の角度θをなす位置に配設される。
【００１６】
レーザ光は、支持部１１に支持されたインジェクタ２の回転にともない、インジェクタ２の外周部に沿って周方向へ連続して照射される。そのため、溶け込み部７０は、図５に示すようにインジェクタ２の周方向へ連続して形成される。
【００１７】
レーザ溶接が完了した後、弁座部３３近傍の真円度を測定した結果は、図６に示すとおりである。比較のために、従来のようにインジェクタ２の法線Ｎ方向からレーザ光を照射したときの弁座部近傍の真円度を図７に示している。図６および図７では、実線Ｓ１、Ｓ２が測定された弁座部近傍の形状であり、破線Ｂ１、Ｂ２は真円を示している。Ｓ１およびＢ１は小径側を示し、Ｓ２およびＢ２は大径側を示している。
【００１８】
これらを比較すると、図１に示すようにレーザ光を所定の角度θから照射することにより、図６に示すように溶接時のひずみが低減され、真円度が向上していることがわかる。レーザ光の照射角度θは、インジェクタ２など被溶接部材の形状もしくは回転速度、またはレーザ光の入射エネルギーによって設定される。
【００１９】
レーザ溶接を実施する場合、インジェクタ２を支持部１１に搭載し、搭載されたインジェクタ２の径方向外側に配設されているレーザ照射部１３から溶接部位５１へレーザ光を照射する。レーザ光が照射されている状態で、駆動部１２はインジェクタ２が支持されている支持部１１を一定速度で回転駆動する。これにより、レーザ光はインジェクタ２の外周部に沿って周方向へ連続して照射され、インジェクタ２の全周にレーザ溶接が実施される。インジェクタ２が周方向へ１回転することにより溶接部位５１がインジェクタ２の外周部を１周する。本実施例では、支持部１１の回転角度を１８０°以上としている。
【００２０】
以上説明したように、本実施例のレーザ溶接装置１によると、レーザ照射部１３から照射されるレーザ光の軸線Ｌがインジェクタ２の法線Ｎに対し所定の角度θをなすようにレーザ照射部１３が配設されている。これにより、溶接部位５１の溶け込み部７０がインジェクタ２の法線Ｎに対し左右対称となる。そのため、溶け込み部７０の歪みによる溶接時のひずみが低減される。したがって、弁座部３３の真円度が向上し、インジェクタ２の弁密度を向上することができる。
【００２１】
以上、本発明の一実施例では被溶接部材としてインジェクタを適用した例について説明した。しかし、本発明が適用される被溶接部材はインジェクタに限るものではない。被溶接部材としては実施例で説明したインジェクタのように円筒形の部材に限らず、外周部が平面の被溶接部材にも適用することができる。
【００２２】
また、本発明の一実施例では被溶接部材であるインジェクタを支持する支持部が回転移動する構成とした。しかし、レーザ照射部が固定された被溶接部材の周囲を移動する構成、またはレーザ照射部および被溶接部材がそれぞれ同一もしくは逆方向へ移動する構成とすることもできる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施例によるレーザ溶接装置により溶接したインジェクタを示し、図４のＩ−Ｉ線で切断した断面のレーザ溶接部を示す模式図である。
【図２】本発明の一実施例によるレーザ溶接装置の構成を示す模式図である。
【図３】本発明の一実施例によるレーザ溶接装置に適用されるインジェクタを示す断面図である。
【図４】図３の弁座部近傍を拡大した図である。
【図５】図４のＩ−Ｉ線で切断した断面のレーザ溶接部を示す模式図であって、溶け込み部の形状を示す図である。
【図６】本発明の一実施例によるレーザ溶接装置により溶接したインジェクタの弁座部近傍の真円度を示す模式図である。
【図７】インジェクタの弁座部近傍の真円度を示す模式図であって、図６との比較のために従来のレーザ溶接装置により溶接したときの図である。
【図８】従来のレーザ溶接方法を説明するための図であって、図１と同一の部分を示す図である。
【符号の説明】
１    レーザ溶接装置
２    インジェクタ（被溶接部材）
１１    支持部
１２    駆動部
１３    レーザ照射部
【図１】
0004221542.tif 000002
【図２】
0004221542.tif 000003
【図３】
0004221542.tif 000004
【図４】
0004221542.tif 000005
【図５】
0004221542.tif 000006
【図６】
0004221542.tif 000007
【図７】
0004221542.tif 000008
【図８】
0004221542.tif 000009