JP2002321076A - 重ねられた２つ以上の金属シートをレーザ溶接する方法および装置、ならびに、この方法で使用されるシートクランプ装置 - Google Patents
重ねられた２つ以上の金属シートをレーザ溶接する方法および装置、ならびに、この方法で使用されるシートクランプ装置Info
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Abstract
(57)【要約】
【課題】 金属シート間に保護層の蒸気が逃げる隙間を
形成した状態で２つの金属シートをレーザ溶接する方法
および装置を提供する。 【解決手段】 低蒸発温度の材料からなる保護層を有す
る２つのシート１，２は、溶接の際に生じる前記保護層
の蒸気が逃げられるようにシート間に隙間Ｇ１が形成さ
れた後にレーザ溶接される。前記隙間Ｇ１は、溶接の際
にシート１，２をクランプする装置５の押圧によってシ
ートに生じる弾性変形状態から始まる一方のシートの弾
性復元で得られる。第１段階で、前記クランプ装置５
は、上述した一方のシートを弾性変形させることによっ
てシート１，２を完全に接触した状態にするために閉じ
る。第２段階で、前記クランプ装置５は、シート１，２
間に所定寸法の隙間Ｇ１が形成されるように、所定位置
に到達するまで制限された範囲だけ再び開く。
形成した状態で２つの金属シートをレーザ溶接する方法
および装置を提供する。 【解決手段】 低蒸発温度の材料からなる保護層を有す
る２つのシート１，２は、溶接の際に生じる前記保護層
の蒸気が逃げられるようにシート間に隙間Ｇ１が形成さ
れた後にレーザ溶接される。前記隙間Ｇ１は、溶接の際
にシート１，２をクランプする装置５の押圧によってシ
ートに生じる弾性変形状態から始まる一方のシートの弾
性復元で得られる。第１段階で、前記クランプ装置５
は、上述した一方のシートを弾性変形させることによっ
てシート１，２を完全に接触した状態にするために閉じ
る。第２段階で、前記クランプ装置５は、シート１，２
間に所定寸法の隙間Ｇ１が形成されるように、所定位置
に到達するまで制限された範囲だけ再び開く。
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、重ねられた金属シ
ートをレーザ溶接するための方法および装置に関する。
ートをレーザ溶接するための方法および装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】レーザビームによる重ねられたシートの
溶接は、特に自動車産業において自動車の車体やその部
品を生産するために、従来からの電気スポット溶接に代
わるものとして長い間提案されている。１９９０年頃か
ら始まったレーザ溶接技術の最初の普及の後（例えばコ
マウ(Comau)の欧州特許ＥＰ−Ｂ−０ ４４０ ００１
参照）、この技術の適用は、亜鉛めっきシート、すなわ
ち、例えば亜鉛めっきによって付着させた亜鉛保護層で
コーティングされたシートからなる自動車の車体の使用
が増加したために、止められてきている。亜鉛は４１９
℃の溶融温度と９０６℃の蒸発温度を有するのに対し、
シートを構成する鋼は一般に約１５３０℃の溶融温度を
有する。シートを溶接するためには鋼が溶融した状態に
する必要があり、これは亜鉛蒸気が存在する中で溶接が
行われることを意味する。電気スポット溶接の場合に
は、このような蒸気はいかなる実質的欠陥も発生させな
い。なぜなら、シートの鋼はシート間の接触領域（この
領域は最大電気抵抗率を有する）で溶け始め、しかも、
溶接電極がシートに圧力をかけるために、溶融金属(mel
ting bath)の余分と亜鉛蒸気がシート接触領域から排出
されるからである。これに対し、レーザ溶接の場合、溶
融金属はレーザビームが向けられたシートの外面で形成
され始める。一般に鍵穴形状をなす溶融金属領域がシー
ト間の接触領域まで進むとすぐに、このときにこの領域
で発生した亜鉛蒸気が溶融金属によって構成されるより
低い抵抗のルートを通って外側に逃げる。これにより、
溶融した金属の飛び散りが発生し、溶接接合部の質およ
び強度が害されるとともに、製品の美的外観が損なわれ
る。
溶接は、特に自動車産業において自動車の車体やその部
品を生産するために、従来からの電気スポット溶接に代
わるものとして長い間提案されている。１９９０年頃か
ら始まったレーザ溶接技術の最初の普及の後（例えばコ
マウ(Comau)の欧州特許ＥＰ−Ｂ−０ ４４０ ００１
参照）、この技術の適用は、亜鉛めっきシート、すなわ
ち、例えば亜鉛めっきによって付着させた亜鉛保護層で
コーティングされたシートからなる自動車の車体の使用
が増加したために、止められてきている。亜鉛は４１９
℃の溶融温度と９０６℃の蒸発温度を有するのに対し、
シートを構成する鋼は一般に約１５３０℃の溶融温度を
有する。シートを溶接するためには鋼が溶融した状態に
する必要があり、これは亜鉛蒸気が存在する中で溶接が
行われることを意味する。電気スポット溶接の場合に
は、このような蒸気はいかなる実質的欠陥も発生させな
い。なぜなら、シートの鋼はシート間の接触領域（この
領域は最大電気抵抗率を有する）で溶け始め、しかも、
溶接電極がシートに圧力をかけるために、溶融金属(mel
ting bath)の余分と亜鉛蒸気がシート接触領域から排出
されるからである。これに対し、レーザ溶接の場合、溶
融金属はレーザビームが向けられたシートの外面で形成
され始める。一般に鍵穴形状をなす溶融金属領域がシー
ト間の接触領域まで進むとすぐに、このときにこの領域
で発生した亜鉛蒸気が溶融金属によって構成されるより
低い抵抗のルートを通って外側に逃げる。これにより、
溶融した金属の飛び散りが発生し、溶接接合部の質およ
び強度が害されるとともに、製品の美的外観が損なわれ
る。
【０００３】上述した欠点を解消するために種々の解決
策が提案されてきている。最初の解決策は、亜鉛蒸気が
外側に逃げることができる隙間を重ねられたシート間に
形成するように、溶接領域における少なくとも一方のシ
ートの形状を変えることである（例えば、米国特許ＵＳ
−Ａ−４ ６８２ ００２およびＵＳ−Ａ−４ ９１６
２８４参照）。亜鉛蒸気の排出のための隙間を形成す
るためにシート間に間隔部材を設けるという同様の解決
策もある（ＷＯ−Ａ−９９／０８８２９、ＪＰ−Ａ−５
３１８５５）。
策が提案されてきている。最初の解決策は、亜鉛蒸気が
外側に逃げることができる隙間を重ねられたシート間に
形成するように、溶接領域における少なくとも一方のシ
ートの形状を変えることである（例えば、米国特許ＵＳ
−Ａ−４ ６８２ ００２およびＵＳ−Ａ−４ ９１６
２８４参照）。亜鉛蒸気の排出のための隙間を形成す
るためにシート間に間隔部材を設けるという同様の解決
策もある（ＷＯ−Ａ−９９／０８８２９、ＪＰ−Ａ−５
３１８５５）。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】しかし、上述した公知
の解決策はすべて、上述したような隙間部分を形成する
必要があるか、または、追加の間隔部材を適用しなけれ
ばならないので、従来の作業サイクルに対して追加の操
作を必要とするという欠点があり、これには時間がかか
るとともに生産コストを増加させることになる。
の解決策はすべて、上述したような隙間部分を形成する
必要があるか、または、追加の間隔部材を適用しなけれ
ばならないので、従来の作業サイクルに対して追加の操
作を必要とするという欠点があり、これには時間がかか
るとともに生産コストを増加させることになる。
【０００５】そこで、本発明の目的は、簡単かつ効率的
な方法で上述した技術的問題を解決することにある。
な方法で上述した技術的問題を解決することにある。
【０００６】
【課題を解決するための手段】前記目的を達成するため
に本発明は、互いに重ねられた２つ以上の金属シートを
レーザ溶接する方法であって、前記シートの少なくとも
１つは他のシートと接触する表面に保護層を有し、前記
保護層は前記シートを形成する材料の溶融温度よりも低
い蒸発温度を有する材料からなり、前記溶接されるシー
トは、重ねられたシートを互いに対して押圧するため
に、非作動状態と作動状態との間で移動可能なクランプ
手段によって溶接操作の際にクランプされ、クランプさ
れて重なったシートの溶接領域にレーザビームを向ける
ことによって溶接が行われる方法において、前記クラン
プ手段が非作動状態から互いに対してシートを押圧する
作動状態になったとき、このシートがこのシートと隣接
するシートとの間に隙間が形成される無負荷状態から、
この隙間がなくなってシートが溶接領域において互いに
完全に接触した変形状態への弾性変形を受けるように前
記シートの少なくとも１つは形成または配置(arranged)
されており、溶接操作が行われる前に、前記クランプ手
段は、第１段階で、前記弾性変形のために、溶接される
シート間の完全な接触を可能にするように非作動状態か
ら作動状態に持って来られ、第２段階で、前記第１段階
で弾性変形したシートの弾性復元を利用することにより
溶接されるシート間に所定寸法の隙間を再度形成するよ
うに、所定の制限された長さだけ非作動状態側に戻って
移動するように制御され、前記クランプ手段は、溶接が
行われる間、前記第２段階で到達した状態に保持され、
これにより溶接の際に発生した保護材料の蒸気が前記隙
間から逃げることができるようにしたことを特徴とする
方法を提供するものである。
に本発明は、互いに重ねられた２つ以上の金属シートを
レーザ溶接する方法であって、前記シートの少なくとも
１つは他のシートと接触する表面に保護層を有し、前記
保護層は前記シートを形成する材料の溶融温度よりも低
い蒸発温度を有する材料からなり、前記溶接されるシー
トは、重ねられたシートを互いに対して押圧するため
に、非作動状態と作動状態との間で移動可能なクランプ
手段によって溶接操作の際にクランプされ、クランプさ
れて重なったシートの溶接領域にレーザビームを向ける
ことによって溶接が行われる方法において、前記クラン
プ手段が非作動状態から互いに対してシートを押圧する
作動状態になったとき、このシートがこのシートと隣接
するシートとの間に隙間が形成される無負荷状態から、
この隙間がなくなってシートが溶接領域において互いに
完全に接触した変形状態への弾性変形を受けるように前
記シートの少なくとも１つは形成または配置(arranged)
されており、溶接操作が行われる前に、前記クランプ手
段は、第１段階で、前記弾性変形のために、溶接される
シート間の完全な接触を可能にするように非作動状態か
ら作動状態に持って来られ、第２段階で、前記第１段階
で弾性変形したシートの弾性復元を利用することにより
溶接されるシート間に所定寸法の隙間を再度形成するよ
うに、所定の制限された長さだけ非作動状態側に戻って
移動するように制御され、前記クランプ手段は、溶接が
行われる間、前記第２段階で到達した状態に保持され、
これにより溶接の際に発生した保護材料の蒸気が前記隙
間から逃げることができるようにしたことを特徴とする
方法を提供するものである。
【０００７】上述した特徴により、本発明の方法は、重
ねられた亜鉛めっきシートのレーザ溶接の際に発生する
亜鉛蒸気の排出の問題をうまく解決することができる。
上述した従来技術の場合と同様に、蒸気はシート間に形
成された隙間から逃がされ、これにより上記欠点の原因
を与えることになる蒸気の溶融金属内の通過を助長すす
ることがない。しかし、従来技術の場合には蒸気排出の
ための隙間は溶接前に少なくとも１つのシートに永久変
形を与えるか、または、シート間に間隔部材を挿入する
ことによって得られるのに対し、本発明の場合にはシー
トが永久変形を受けることがなく、かつ、間隔手段が設
けられることもない。実際、本発明の場合には、完全に
接触した状態から少なくとも１つのシートが弾性復元す
ることが利用される。ここでは、このシートは一時的
に、シートの弾性変形性能を利用してクランプ手段によ
って、所定位置が得られるまでクランプ手段を部分的に
再度開くことで達成される少しの変形状態にされる。こ
の方法により、シート間に所定寸法の隙間を得ることが
可能になり、この隙間は溶接溶融金属を通過することな
く亜鉛蒸気を外側に逃がすのに利用される。
ねられた亜鉛めっきシートのレーザ溶接の際に発生する
亜鉛蒸気の排出の問題をうまく解決することができる。
上述した従来技術の場合と同様に、蒸気はシート間に形
成された隙間から逃がされ、これにより上記欠点の原因
を与えることになる蒸気の溶融金属内の通過を助長すす
ることがない。しかし、従来技術の場合には蒸気排出の
ための隙間は溶接前に少なくとも１つのシートに永久変
形を与えるか、または、シート間に間隔部材を挿入する
ことによって得られるのに対し、本発明の場合にはシー
トが永久変形を受けることがなく、かつ、間隔手段が設
けられることもない。実際、本発明の場合には、完全に
接触した状態から少なくとも１つのシートが弾性復元す
ることが利用される。ここでは、このシートは一時的
に、シートの弾性変形性能を利用してクランプ手段によ
って、所定位置が得られるまでクランプ手段を部分的に
再度開くことで達成される少しの変形状態にされる。こ
の方法により、シート間に所定寸法の隙間を得ることが
可能になり、この隙間は溶接溶融金属を通過することな
く亜鉛蒸気を外側に逃がすのに利用される。
【０００８】本発明の好適な実施形態において、前記ク
ランプ手段には、前記第１段階の最後でシートが完全に
接触した状態になったことを検出するようにしたセンサ
手段が設けられている。このセンサ手段は、この状態が
達成されたことを直接または間接に検出するいかなるタ
イプのセンサで構成されてもよく、例えば、（閾値を超
えたことを検出する）力または圧力センサ、（可動部が
停止したことを検出する）クランプ手段の可動部の速度
センサ、（この装置が電気的に駆動される場合には）前
記クランプ手段を制御する電気モータの動作センサ、前
記モータで消耗される電流のセンサ、あるいは、他のい
かなるタイプのセンサであってもよい。
ランプ手段には、前記第１段階の最後でシートが完全に
接触した状態になったことを検出するようにしたセンサ
手段が設けられている。このセンサ手段は、この状態が
達成されたことを直接または間接に検出するいかなるタ
イプのセンサで構成されてもよく、例えば、（閾値を超
えたことを検出する）力または圧力センサ、（可動部が
停止したことを検出する）クランプ手段の可動部の速度
センサ、（この装置が電気的に駆動される場合には）前
記クランプ手段を制御する電気モータの動作センサ、前
記モータで消耗される電流のセンサ、あるいは、他のい
かなるタイプのセンサであってもよい。
【０００９】また、上述した好適な実施形態の場合、ク
ランプ手段は、所定位置に制御される駆動手段によって
非作動位置と作動位置との間で移動可能な少なくとも１
つの可動部材を備えている。
ランプ手段は、所定位置に制御される駆動手段によって
非作動位置と作動位置との間で移動可能な少なくとも１
つの可動部材を備えている。
【００１０】当然に、本発明はまた、本発明の方法に使
用される溶接装置にも向けられる。本発明の溶接装置
は、互いに溶接されるシートを溶接操作の際にクランプ
するクランプ手段を備え、前記クランプ手段は互いに対
して前記シートを押圧するために非作動状態と作動状態
との間で移動可能であり、クランプされて重なったシー
トの溶接領域にレーザビームを向けるようにしたレーザ
溶接手段をさらに備えた装置において、前記クランプ手
段が非作動状態から互いに対してシートを押圧する作動
状態になったとき、前記シートがこのシートと隣接する
シートとの間に隙間が形成される状態から、この隙間が
なくなってシートが溶接領域において互いに完全に接触
した変形状態への弾性変形を受けるように前記シートの
少なくとも１つは形成または配置されており、前記装置
は前記クランプ手段を駆動する駆動手段をさらに備え、
前記クランプ手段は上述した第１および第２段階にした
がって制御されることを特徴とするものである。
用される溶接装置にも向けられる。本発明の溶接装置
は、互いに溶接されるシートを溶接操作の際にクランプ
するクランプ手段を備え、前記クランプ手段は互いに対
して前記シートを押圧するために非作動状態と作動状態
との間で移動可能であり、クランプされて重なったシー
トの溶接領域にレーザビームを向けるようにしたレーザ
溶接手段をさらに備えた装置において、前記クランプ手
段が非作動状態から互いに対してシートを押圧する作動
状態になったとき、前記シートがこのシートと隣接する
シートとの間に隙間が形成される状態から、この隙間が
なくなってシートが溶接領域において互いに完全に接触
した変形状態への弾性変形を受けるように前記シートの
少なくとも１つは形成または配置されており、前記装置
は前記クランプ手段を駆動する駆動手段をさらに備え、
前記クランプ手段は上述した第１および第２段階にした
がって制御されることを特徴とするものである。
【００１１】本発明の装置の好適な実施形態では、上述
したように、クランプ手段には、シートが完全に接触し
た状態になったことを検出するようにしたセンサ手段が
設けられており、前記駆動手段は前記第１段階の最後に
おいてシートが完全に接触した状態でクランプ手段を停
止させる制御手段によって制御される。
したように、クランプ手段には、シートが完全に接触し
た状態になったことを検出するようにしたセンサ手段が
設けられており、前記駆動手段は前記第１段階の最後に
おいてシートが完全に接触した状態でクランプ手段を停
止させる制御手段によって制御される。
【００１２】さらに別の特徴によれば、クランプ手段
は、非作動位置と作動位置との間で移動可能な少なくと
も１つの可動部材を備えており、前記制御手段は、所定
位置が達成されたことをセンサ手段が検出した第２段階
の最後で前記可動部材を停止させる。
は、非作動位置と作動位置との間で移動可能な少なくと
も１つの可動部材を備えており、前記制御手段は、所定
位置が達成されたことをセンサ手段が検出した第２段階
の最後で前記可動部材を停止させる。
【００１３】前記駆動手段は、電気モータ、流体アクチ
ュエータ、圧電アクチュエータ、形状記憶合金アクチュ
エータ、または、他の手段からなってもよい。
ュエータ、圧電アクチュエータ、形状記憶合金アクチュ
エータ、または、他の手段からなってもよい。
【００１４】さらに別の態様によれば、本発明はまた、
本発明の方法に使用されるクランプ装置自体にも向けら
れる。本発明のクランプ装置は、前記重ねられたシート
を互いに対して押圧するために、非作動状態と作動状態
との間で移動可能な少なくとも１つのクランプ可動部材
と、前記クランプ可動部材を駆動する駆動手段と、前記
クランプ装置が前記シートを互いに完全に接触させて保
持した状態を検出するようにしたセンサ手段と、前記セ
ンサ手段から信号を受信する制御手段とを備え、前記制
御手段は、第１段階で、前記クランプ部材が非作動状態
から作動状態に持って来られて、前記シートが互いに完
全に接触した状態になったことが検出されたときに停止
され、第２段階で、前記クランプ部材が前記センサ手段
で検出される所定位置に到達するまで制限された長さだ
け非作動状態側へ戻って移動するように、前記駆動手段
を制御することを特徴とする。
本発明の方法に使用されるクランプ装置自体にも向けら
れる。本発明のクランプ装置は、前記重ねられたシート
を互いに対して押圧するために、非作動状態と作動状態
との間で移動可能な少なくとも１つのクランプ可動部材
と、前記クランプ可動部材を駆動する駆動手段と、前記
クランプ装置が前記シートを互いに完全に接触させて保
持した状態を検出するようにしたセンサ手段と、前記セ
ンサ手段から信号を受信する制御手段とを備え、前記制
御手段は、第１段階で、前記クランプ部材が非作動状態
から作動状態に持って来られて、前記シートが互いに完
全に接触した状態になったことが検出されたときに停止
され、第２段階で、前記クランプ部材が前記センサ手段
で検出される所定位置に到達するまで制限された長さだ
け非作動状態側へ戻って移動するように、前記駆動手段
を制御することを特徴とする。
【００１５】本発明のさらなる特徴および利点は、非制
限的な例として与えられた添付図面を参照して後述する
説明からより明らかになるであろう。
限的な例として与えられた添付図面を参照して後述する
説明からより明らかになるであろう。
【００１６】
【発明の実施の形態】図１ないし５は、本発明の方法の
最初の概略的表現を提供する。これらの図において、符
号１ａ，２ａでそれぞれ示される亜鉛保護層をそれぞれ
設けた２つの鋼シート１，２を示す。各図は、シートが
互いに溶接されるべき領域の近傍のシートの部分だけを
示す。このため、シート１，２は、レーザビームによっ
て重ねられた位置で互いに溶接される２つのフランジ
３，４を有する。図１ないし４は、溶接されるシート
１，２の他に、溶接を行うために互いに対してシート
１，２のフランジ３，４をクランプするクランプ装置５
を示す。これらの図は、溶接領域で２つのフランジ３，
４に向けられるレーザビームを集束させる装置からなる
溶接用手段を示していない。
最初の概略的表現を提供する。これらの図において、符
号１ａ，２ａでそれぞれ示される亜鉛保護層をそれぞれ
設けた２つの鋼シート１，２を示す。各図は、シートが
互いに溶接されるべき領域の近傍のシートの部分だけを
示す。このため、シート１，２は、レーザビームによっ
て重ねられた位置で互いに溶接される２つのフランジ
３，４を有する。図１ないし４は、溶接されるシート
１，２の他に、溶接を行うために互いに対してシート
１，２のフランジ３，４をクランプするクランプ装置５
を示す。これらの図は、溶接領域で２つのフランジ３，
４に向けられるレーザビームを集束させる装置からなる
溶接用手段を示していない。
【００１７】図６を参照して後述されるように、フラン
ジ３，４は、一般に、レーザ溶接部Ｗを提供するよう
に、レーザビームがクランプ装置５間の領域でシートに
対して向けられる際に複数のクランプ装置５によってク
ランプされる。図１には、シートに対する溶接レーザビ
ームの方向を示す矢印Ｌが概略的に示されている。レー
ザ溶接装置の構成の詳細および溶接される構造物に対し
てレーザビームを移動させる手段の構成の詳細は、ここ
では図示されない。なぜなら、それらはいかなる公知の
方法で構成されることができるとともに、それらの詳細
自体は本発明の範囲には入らないからである。また、図
面からそれらの詳細を削除することは、後の理解をより
簡単かつ容易にする。同様のことがクランプ装置５につ
いても当てはまる。このタイプのクランプ装置は、通
常、従来からの電気スポット溶接が行われる際に車体を
構成する金属シートをクランプするために自動車産業に
おいて使用されている。クランプ装置の具体的構成は、
クランプされるシートの形状や適用手段(application m
eans)に応じて大きく変わってもよい。クランプ装置５
は、通常、１つのシートのための基準支持面(reference
and supporting plane)７を形成する構造物６（図面で
はシート２のフランジ４を支持するものとして図示され
ている）と、開放非作動位置（図１）と閉鎖作動位置
（図２）との間で構造物６に対して軸９を中心に回転可
能に取り付けられたクランプ可動部材９とを有する。ク
ランプ装置の例は、コマウ(Comau)の欧州特許ＥＰ−Ｂ
−０ ９０９６０７において見いだすことができる。こ
の構造物６は、固定されてもよいし、または、溶接され
る構造の領域でクランプ装置を自己センタリング(self
centering)するための制限された移動が可能であっても
よい。さらに、クランプ装置は、支持部７を形成するた
めに非作動位置と作動位置との間で移動可能な第２の可
動部材を備えていてもよい。
ジ３，４は、一般に、レーザ溶接部Ｗを提供するよう
に、レーザビームがクランプ装置５間の領域でシートに
対して向けられる際に複数のクランプ装置５によってク
ランプされる。図１には、シートに対する溶接レーザビ
ームの方向を示す矢印Ｌが概略的に示されている。レー
ザ溶接装置の構成の詳細および溶接される構造物に対し
てレーザビームを移動させる手段の構成の詳細は、ここ
では図示されない。なぜなら、それらはいかなる公知の
方法で構成されることができるとともに、それらの詳細
自体は本発明の範囲には入らないからである。また、図
面からそれらの詳細を削除することは、後の理解をより
簡単かつ容易にする。同様のことがクランプ装置５につ
いても当てはまる。このタイプのクランプ装置は、通
常、従来からの電気スポット溶接が行われる際に車体を
構成する金属シートをクランプするために自動車産業に
おいて使用されている。クランプ装置の具体的構成は、
クランプされるシートの形状や適用手段(application m
eans)に応じて大きく変わってもよい。クランプ装置５
は、通常、１つのシートのための基準支持面(reference
and supporting plane)７を形成する構造物６（図面で
はシート２のフランジ４を支持するものとして図示され
ている）と、開放非作動位置（図１）と閉鎖作動位置
（図２）との間で構造物６に対して軸９を中心に回転可
能に取り付けられたクランプ可動部材９とを有する。ク
ランプ装置の例は、コマウ(Comau)の欧州特許ＥＰ−Ｂ
−０ ９０９６０７において見いだすことができる。こ
の構造物６は、固定されてもよいし、または、溶接され
る構造の領域でクランプ装置を自己センタリング(self
centering)するための制限された移動が可能であっても
よい。さらに、クランプ装置は、支持部７を形成するた
めに非作動位置と作動位置との間で移動可能な第２の可
動部材を備えていてもよい。
【００１８】図１ないし４は、クランプ装置５の可動部
材８を移動させる駆動手段を示していない。駆動手段
は、図５のブロック図において符号１０で示される。ク
ランプ装置を駆動するために使用される最も有用な技術
は、流体シリンダの使用である。しかし、電気的駆動を
有するクランプ装置もまた開発されてきている。これら
の装置は、一般に、出力軸が減速ギヤユニットを介して
クランプ装置の可動部材に連結されている電気モータを
備えている。この構成は、上述したように流体シリンダ
を含む流体アクチュエータ、圧電アクチュエータ、形状
記憶合金アクチュエータまたは他のいかなるタイプのア
クチュエータにより構成される駆動手段を使用する可能
性が排除されないのであれば、ここに示される本発明の
実施形態の場合において特に有利である。
材８を移動させる駆動手段を示していない。駆動手段
は、図５のブロック図において符号１０で示される。ク
ランプ装置を駆動するために使用される最も有用な技術
は、流体シリンダの使用である。しかし、電気的駆動を
有するクランプ装置もまた開発されてきている。これら
の装置は、一般に、出力軸が減速ギヤユニットを介して
クランプ装置の可動部材に連結されている電気モータを
備えている。この構成は、上述したように流体シリンダ
を含む流体アクチュエータ、圧電アクチュエータ、形状
記憶合金アクチュエータまたは他のいかなるタイプのア
クチュエータにより構成される駆動手段を使用する可能
性が排除されないのであれば、ここに示される本発明の
実施形態の場合において特に有利である。
【００１９】図５を参照すると、クランプ手段５、より
具体的にはクランプ装置の可動部材８には、具体的に図
示される例においては、力または圧力センサ１１と位置
センサ１２の両方が接続されている。これらのセンサは
いかなる公知の方法で構成されてもよいので、センサ１
１，１２の構成および配置の詳細はここでは示されな
い。位置センサは、可動部材８と、駆動手段を可動部材
に接続する運動学的連鎖の部材との両方に直接つながっ
ていてもよい。センサ１１，１２は、電気制御ユニット
１３に出力信号を送信することができる。電気制御ユニ
ット１３は、センサ１１，１２から受信する信号および
後述する所定のロジックにしたがって駆動手段１０を制
御する。
具体的にはクランプ装置の可動部材８には、具体的に図
示される例においては、力または圧力センサ１１と位置
センサ１２の両方が接続されている。これらのセンサは
いかなる公知の方法で構成されてもよいので、センサ１
１，１２の構成および配置の詳細はここでは示されな
い。位置センサは、可動部材８と、駆動手段を可動部材
に接続する運動学的連鎖の部材との両方に直接つながっ
ていてもよい。センサ１１，１２は、電気制御ユニット
１３に出力信号を送信することができる。電気制御ユニ
ット１３は、センサ１１，１２から受信する信号および
後述する所定のロジックにしたがって駆動手段１０を制
御する。
【００２０】図１を再び参照すると、本発明の本質的特
徴は、溶接されるシートの少なくとも１つ（ここで図示
される例ではシート１）が、クランプ部材８が係合する
ことによって、シート１，２の重ねられたフランジ３，
４間に隙間Ｇが形成されている無負荷状態から、前記隙
間Ｇが無くなってフランジ３，４が完全に接触した状態
（図２，３）へと弾性変形するように形成または構成(a
rranged)されていることにある。
徴は、溶接されるシートの少なくとも１つ（ここで図示
される例ではシート１）が、クランプ部材８が係合する
ことによって、シート１，２の重ねられたフランジ３，
４間に隙間Ｇが形成されている無負荷状態から、前記隙
間Ｇが無くなってフランジ３，４が完全に接触した状態
（図２，３）へと弾性変形するように形成または構成(a
rranged)されていることにある。
【００２１】当然に、添付図面に示されるシートの形状
は、非制限的な例として与えられている。この形状は、
クランプ装置が閉じることによって少なくとも１つのシ
ートが弾性変形を受けるとともに、既述した弾性変形が
生じていないときには重ねられたシート間に隙間が形成
されていれば、完全に異なっていてもよい。
は、非制限的な例として与えられている。この形状は、
クランプ装置が閉じることによって少なくとも１つのシ
ートが弾性変形を受けるとともに、既述した弾性変形が
生じていないときには重ねられたシート間に隙間が形成
されていれば、完全に異なっていてもよい。
【００２２】本発明では、開いたクランプ装置５内に２
つのシート１，２が配置された後、制御手段１３は、ク
ランプ装置５を閉じてフランジ３，４間を完全に接触さ
せるように（図２，３）、駆動手段１０を制御する。こ
の状態は、所定レベルの圧力に達したことを圧力センサ
１１が制御手段１３に通知したときに検出される。上述
したように、この状態はシート１の弾性変形によって達
成される。実際に、図示する例の場合、シート１のフラ
ンジ３は、フランジ４に接触する縁部３ａを有するとと
もに、この縁部から始まって上方に向いた傾斜部を有す
る。シート１はシート４上の接触領域を中心に回転する
ことができないより複雑な構造（例えば図６参照）の一
部を形成するものであるから、クランプ部材８によって
適用される圧力は弾性変形を生じさせる。
つのシート１，２が配置された後、制御手段１３は、ク
ランプ装置５を閉じてフランジ３，４間を完全に接触さ
せるように（図２，３）、駆動手段１０を制御する。こ
の状態は、所定レベルの圧力に達したことを圧力センサ
１１が制御手段１３に通知したときに検出される。上述
したように、この状態はシート１の弾性変形によって達
成される。実際に、図示する例の場合、シート１のフラ
ンジ３は、フランジ４に接触する縁部３ａを有するとと
もに、この縁部から始まって上方に向いた傾斜部を有す
る。シート１はシート４上の接触領域を中心に回転する
ことができないより複雑な構造（例えば図６参照）の一
部を形成するものであるから、クランプ部材８によって
適用される圧力は弾性変形を生じさせる。
【００２３】フランジ３，４が完全に接触した状態（図
２）になると、制御手段１３は、２つのフランジが所定
寸法の隙間Ｇ１を形成する所定位置（図４）に達するま
で、クランプ部材８を非作動位置側へ制限された長さだ
け戻して移動させるように、駆動手段１０を制御する。
２）になると、制御手段１３は、２つのフランジが所定
寸法の隙間Ｇ１を形成する所定位置（図４）に達するま
で、クランプ部材８を非作動位置側へ制限された長さだ
け戻して移動させるように、駆動手段１０を制御する。
【００２４】この位置は、位置センサ１２の援助により
制御手段１３によって特定される。図示する例の場合、
この結果は、クランプ部材８に主要部８Ａとこの主要部
８Ａに対してスライド移動可能な活動部８Ｂとを設ける
ことにより達成される。しかし、クランプ部材８全体を
後方に回転させることによって要求される結果が得られ
ると考えることもできる。
制御手段１３によって特定される。図示する例の場合、
この結果は、クランプ部材８に主要部８Ａとこの主要部
８Ａに対してスライド移動可能な活動部８Ｂとを設ける
ことにより達成される。しかし、クランプ部材８全体を
後方に回転させることによって要求される結果が得られ
ると考えることもできる。
【００２５】図４に示す状態になると、溶接操作が開始
される。当然に、隙間Ｇ１の存在は、溶接を阻害しな
い。なぜなら、レーザビームが作用する領域では溶接溶
融金属(welding melted bath)がこの隙間を部分的に満
たすからである。
される。当然に、隙間Ｇ１の存在は、溶接を阻害しな
い。なぜなら、レーザビームが作用する領域では溶接溶
融金属(welding melted bath)がこの隙間を部分的に満
たすからである。
【００２６】ドア装置の底部に沿った自動車の車体を構
成する外側および内側の金属シートの溶接に本発明の方
法を適用した例を示す図６を参照すると、溶接装置は部
分Ｗに沿ってレーザ溶接を行うように駆動される。図７
ないし９は、本発明の方法の開始段階、溶接されるフラ
ンジが完全に接触している中間段階（図８）、および、
溶接が実行されるときにフランジが部分的に隙間をあけ
ている段階（図９）の各段階における溶接されるシート
の形状を具体的に示す。
成する外側および内側の金属シートの溶接に本発明の方
法を適用した例を示す図６を参照すると、溶接装置は部
分Ｗに沿ってレーザ溶接を行うように駆動される。図７
ないし９は、本発明の方法の開始段階、溶接されるフラ
ンジが完全に接触している中間段階（図８）、および、
溶接が実行されるときにフランジが部分的に隙間をあけ
ている段階（図９）の各段階における溶接されるシート
の形状を具体的に示す。
【００２７】上述したように、それらはいかなる公知の
方法で構成されてもよいので、溶接装置およびレーザビ
ーム移動手段の構造は示されていない。当然に、レーザ
ビームに対して溶接部品が移動する場合においても本発
明の適用は排除されない。
方法で構成されてもよいので、溶接装置およびレーザビ
ーム移動手段の構造は示されていない。当然に、レーザ
ビームに対して溶接部品が移動する場合においても本発
明の適用は排除されない。
【００２８】上記説明から明らかなように、本発明は、
溶接前にシートを永久変形させるのに必要な操作がな
く、しかも、フランジ間に間隔部材を追加する必要もな
く、簡単で効率的な方法でもって、レーザビームにより
溶接される２つの亜鉛めっき鋼シート間に隙間Ｇ１を設
けるものである。レーザ溶接が行われる間、隙間Ｇ１の
存在は亜鉛蒸気が逃げるのを可能にし、これにより蒸気
は溶接溶融金属を通過しなければならないということが
なく、いかなる溶接欠陥も生じさせない。
溶接前にシートを永久変形させるのに必要な操作がな
く、しかも、フランジ間に間隔部材を追加する必要もな
く、簡単で効率的な方法でもって、レーザビームにより
溶接される２つの亜鉛めっき鋼シート間に隙間Ｇ１を設
けるものである。レーザ溶接が行われる間、隙間Ｇ１の
存在は亜鉛蒸気が逃げるのを可能にし、これにより蒸気
は溶接溶融金属を通過しなければならないということが
なく、いかなる溶接欠陥も生じさせない。
【００２９】本発明は、すべてのシートが保護層を有し
ているとき、および、一方のシートだけが保護層を有し
ているときの両方に適用可能であることは明らかであ
る。
ているとき、および、一方のシートだけが保護層を有し
ているときの両方に適用可能であることは明らかであ
る。
【００３０】さらに、本発明は保護層のないシートに適
用されてもよい。
用されてもよい。
【００３１】当然に、本発明の原理と同一であれば、構
成の詳細および実施形態は、本発明の範囲から外れるこ
となく、例示の方法で説明および図示されてきたものに
関して広く変えられてもよい。
成の詳細および実施形態は、本発明の範囲から外れるこ
となく、例示の方法で説明および図示されてきたものに
関して広く変えられてもよい。
【図１】 本発明の方法で溶接される２つの亜鉛めっき
鋼シート、および、この方法で使用される非作動状態に
あるクランプ装置の概略側面図。
鋼シート、および、この方法で使用される非作動状態に
あるクランプ装置の概略側面図。
【図２】 図１と同じ部分を示すが、クランプ装置が作
動状態にある図。
動状態にある図。
【図３】 図２のIII-III線で切った図。
【図４】 本発明の方法における第２段階を示す図。
【図５】 本発明の溶接装置を示すブロック図。
【図６】 本発明の方法が適用される自動車の車体の概
略部分側面図。
略部分側面図。
【図７】 クランプ装置が非作動状態に示される図６の
VII-VII線で切った拡大断面図。
VII-VII線で切った拡大断面図。
【図８】 本発明の方法の第１段階にある図７と同じ構
造を示す図。
造を示す図。
【図９】 本発明の方法の第２段階にある図７と同じ構
造を示す図。
造を示す図。
１，２…シート、３，４…フランジ、５…クランプ装
置、６…構造物または支持部、７…基準支持面、８…ク
ランプ可動部材、８Ａ…主要部、８Ｂ…活動部、９…
軸、１０…駆動手段、１１…圧力センサ、１２…位置セ
ンサ、１３…電気制御ユニット、Ｇ，Ｇ１…隙間、Ｌ…
レーザビーム。
置、６…構造物または支持部、７…基準支持面、８…ク
ランプ可動部材、８Ａ…主要部、８Ｂ…活動部、９…
軸、１０…駆動手段、１１…圧力センサ、１２…位置セ
ンサ、１３…電気制御ユニット、Ｇ，Ｇ１…隙間、Ｌ…
レーザビーム。
Claims (14)
- 【請求項１】 互いに重ねられた２つ以上の金属シート
（１，２）をレーザ溶接する方法であって、前記シート
（１，２）の少なくとも１つは他のシートと接触する表
面に保護層を有し、前記保護層は前記シートを形成する
金属の溶融温度よりも低い蒸発温度を有する材料からな
り、前記溶接されるシート（１，２）は、重ねられたシ
ート（１，２）を互いに対して押圧するために、非作動
状態と作動状態との間で移動可能なクランプ手段（５）
によって溶接操作の際にクランプされ、クランプされて
重なったシート（１，２）の溶接領域（Ｗ）にレーザビ
ーム（Ｌ）を向けることによって溶接が行われる方法に
おいて、 前記クランプ手段（５）が非作動状態から互いに対して
シート（１，２）を押圧する作動状態になったとき、こ
のシート（１）がこのシートと隣接するシート（２）と
の間に隙間（Ｇ）が形成される無負荷状態から、この隙
間がなくなってシート（１，２）が溶接領域において互
いに完全に接触した変形状態への弾性変形を受けるよう
に前記シート（１，２）の少なくとも１つは形成または
配置されており、 溶接が行われる前に、前記クランプ手段（５）は、第１
段階で、前記弾性変形のために、溶接されるシート
（１，２）の完全な接触を可能にするように非作動状態
から作動状態に持って来られ、第２段階で、前記第１段
階で弾性変形したシート（１）の弾性復元を利用するこ
とにより溶接されるシート（１，２）間に所定寸法の隙
間（Ｇ１）を再度形成するように、所定の制限された長
さだけ非作動状態側に戻って移動するように制御され、 前記クランプ手段（５）は、溶接の間、前記第２段階で
到達した状態に保持され、これにより溶接の際に発生し
た保護層の蒸気が前記隙間（Ｇ１）から逃げることがで
きるようにしたことを特徴とする方法。 - 【請求項２】 前記クランプ手段（５）には、前記第１
段階の最後で前記シート（１，２）が完全に接触した状
態になったことを検出できるセンサ手段が設けられてい
ることを特徴とする請求項１に記載の溶接方法。 - 【請求項３】 前記クランプ手段（５）は、所定位置に
制御される駆動手段によって非作動位置と作動位置との
間で移動可能な少なくとも１つの可動部材（８）を有す
ることを特徴とする請求項２に記載の溶接方法。 - 【請求項４】 互いに重ねられた２つ以上の金属シート
をレーザ溶接する装置であって、少なくとも１つのシー
トは他のシートと接触する表面に保護層を有し、前記保
護層の材料は前記シートを形成する材料の溶融温度より
も低い蒸発温度を有し、前記装置は、 互いに溶接されるシート（１，２）を溶接操作の際にク
ランプするクランプ手段（５）を備え、前記クランプ手
段（５）は互いに対して前記シート（１，２）を押圧す
るために非作動状態と作動状態との間で移動可能であ
り、 クランプされて重なったシート（１，２）の溶接領域
（Ｗ）にレーザビーム（Ｌ）を向けることができるレー
ザ溶接手段をさらに備えた装置において、 前記クランプ手段（５）が非作動状態から互いに対して
シート（１，２）を押圧する作動状態になったとき、前
記シート（１）がこのシートと隣接するシート（２）と
の間に隙間（Ｇ）が形成される無負荷状態から、この隙
間がなくなってシート（１，２）が溶接領域において互
いに完全に接触した変形状態への弾性変形を受けるよう
に前記シート（１，２）の少なくとも１つは形成または
配置されており、 前記装置は前記クランプ手段（５）を駆動する駆動手段
（１０）をさらに備えており、 前記クランプ手段（５）は、第１段階で、前記弾性変形
のために、溶接されるシート（１，２）の完全な接触を
可能にするように非作動状態から作動状態に持って来ら
れ、第２段階で、前記第１段階で弾性変形したシート
（１）の弾性復元を利用することにより溶接されるシー
ト（１，２）間に所定寸法の隙間（Ｇ１）を再度形成す
るように、所定の制限された長さだけ非作動状態側に戻
って移動するように制御され、 前記クランプ手段（５）は、溶接の間、前記第２段階で
到達した状態に保持され、これにより溶接の際に発生し
た保護層の蒸気が前記隙間（Ｇ１）から逃げることがで
きるようにしたことを特徴とする装置。 - 【請求項５】 前記クランプ手段（５）には前記シート
が完全に接触した状態を検出するようにしたセンサ手段
（１１）が設けられており、前記駆動手段（１０）は、
前記センサ手段（１１）から出力信号を受信して前記第
１段階の最後において前記シートが完全に接触した状態
で前記クランプ手段（５）を停止させる制御手段（１
３）によって制御されることを特徴とする請求項４に記
載の溶接装置。 - 【請求項６】 前記クランプ装置（５）は、非作動位置
と作動位置との間で移動可能な少なくとも１つの可動部
材（８）を備え、前記制御手段（１３）は所定位置に到
達したことを検出したときに前記第１段階の最後で前記
クランプ手段（５）を停止させることを特徴とする請求
項５に記載の溶接装置。 - 【請求項７】 前記駆動手段（１０）は、電気モータ、
流体アクチュエータ、圧電アクチュエータ、形状記憶合
金アクチュエータなどから選択されることを特徴とする
請求項６に記載の溶接装置。 - 【請求項８】 溶接されることになる重ねられた２つ以
上の金属シート（１，２）をクランプする装置におい
て、 前記重ねられたシート（１，２）を互いに対して押圧す
るために、非作動状態と作動状態との間で移動可能な少
なくとも１つのクランプ可動部材（８）と、 前記クランプ可動部材（８）を駆動する駆動手段（１
０）と、 前記クランプ装置が前記シート（１，２）を互いに完全
に接触させて保持した状態を検出できる圧力センサ手段
（１１）と、 前記センサ手段（１１）から信号を受信する制御手段
（１３）とを備え、 前記制御手段（１３）は、 第１段階で、前記クランプ部材（８）が非作動状態から
作動状態に持って来られて、前記圧力センサ手段（１
１）で検出される圧力が所定値になったことを検出した
とき停止され、 第２段階で、前記クランプ部材（８）が所定位置に到達
するまで制限された長さだけ非作動状態側へ戻って移動
するように、前記駆動手段（１０）を制御することを特
徴とする装置。 - 【請求項９】 前記クランプ可動部材（８）は、支持部
（６）に回転可能に連結された主要部（８Ａ）と、前記
主要部（８Ａ）にスライド移動可能に取り付けられた活
動部（８Ｂ）とを備え、前記第１段階において前記２つ
の部分（８Ａ，８Ｂ）が前記支持部（６）に対して一緒
に回転した後、前記第２段階において前記活動部（８
Ｂ）が前記主要部（８Ａ）に対して移動可能であること
を特徴とする請求項８に記載のクランプ装置。 - 【請求項１０】 前記クランプ可動部材（８）は、支持
部（６）に回転可能に連結された主要部（８Ａ）と、前
記主要部（８Ａ）に固定連結された活動部（８Ｂ）とを
備え、前記第２段階において前記可動部材（８）の全体
構造が非作動状態側へ戻って移動することを特徴とする
請求項８に記載のクランプ装置。 - 【請求項１１】 前記支持部（６）もまた、非作動位置
と作動位置との間で移動可能であることを特徴とする請
求項９に記載のクランプ装置。 - 【請求項１２】 前記装置の全体構造は、溶接される構
造の自己センタリングのために、制限された調節移動の
可能性をもって取り付けられていることを特徴とする請
求項９に記載のクランプ装置。 - 【請求項１３】 請求項１に記載の方法によって重ねら
れて溶接される少なくとも２つの金属シートからなるシ
ート金属構造。 - 【請求項１４】 請求項１３に記載の構造を有すること
を特徴とする自動車の車体。
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| IT2001TO000186A ITTO20010186A1 (it) | 2001-03-02 | 2001-03-02 | Procedinento e sistema per la saldatura laser di due o piu' lamiere metalliche fra loro sovrapposte, e dispositivo di bloccaggio delle lamie |
| IT2001A000186 | 2001-03-02 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JP2002321076A true JP2002321076A (ja) | 2002-11-05 |
| JP4231233B2 JP4231233B2 (ja) | 2009-02-25 |
Family
ID=11458644
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP2002055980A Expired - Fee Related JP4231233B2 (ja) | 2001-03-02 | 2002-03-01 | 重ねられた２つ以上の金属シートをレーザ溶接する方法および装置、ならびに、この方法で使用されるシートクランプ装置 |
Country Status (5)
| Country | Link |
|---|---|
| EP (1) | EP1238748B1 (ja) |
| JP (1) | JP4231233B2 (ja) |
| AT (1) | ATE349292T1 (ja) |
| DE (1) | DE60216996T2 (ja) |
| IT (1) | ITTO20010186A1 (ja) |
Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2008043972A (ja) * | 2006-08-14 | 2008-02-28 | Nissan Motor Co Ltd | レーザ溶接方法および装置 |
| JP2008229693A (ja) * | 2007-03-22 | 2008-10-02 | Tokyu Car Corp | 金属材の接合方法及び金属材 |
| KR101044596B1 (ko) | 2009-02-13 | 2011-06-29 | 주식회사 세원정공 | 아연도금강판의 레이저 용접용 클램핑 방법 |
Families Citing this family (18)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
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