JP2004276038A

JP2004276038A - レーザ溶接方法及び装置

Info

Publication number: JP2004276038A
Application number: JP2003067489A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Kuroki; 和弘黒木; Shigeyuki Tsukada; 重之塚田; Yusuke Owaki; 優介大脇
Original assignee: Toyota Motor Corp; Horie Metal Co Ltd
Current assignee: Toyota Motor Corp; Horie Metal Co Ltd
Priority date: 2003-03-13
Filing date: 2003-03-13
Publication date: 2004-10-07
Anticipated expiration: 2023-03-13
Also published as: JP4247779B2

Abstract

【課題】本体部とフランジ部が略直交する金属薄板の第１の部材及び第２の部材を、フランジ部が対向するように配置し、端面間にレーザビームを照射する溶接方法において、簡単な構成で迅速且つ適切に溶接接合し得るようにする。
【解決手段】第１案内部（ボールユニット１２）及び第２案内部（ボールユニット２２）を第１及び２の部材（アッパシェル１００とロアシェル２００）の本体部（１０１，２０１）に当接させると共に、第１把持部（ローラ部材１１）と第２把持部（ローラ部材２１）との間に第１及び第２の部材のフランジ部（１０２，２０２）を挟持する。この状態で、フランジ面に平行にレーザヘッド（３１）からレーザビームを照射しながら、フランジ部に沿って第１及び第２の支持部材（支持アーム１０、揺動アーム２０）を第１及び第２の部材に対して相対駆動する。
【選択図】図１

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、レーザ溶接方法及び装置に関し、特に、本体部とフランジ部が略直交するように夫々金属薄板によって形成して成る第１の部材及び第２の部材を溶接して、燃料タンク等の大型の装置を製造するのに好適なレーザ溶接方法及び装置に係る。
【０００２】
【従来の技術】
燃料タンク等の大型容器の製造に好適なレーザ溶接方法に関し、例えば下記の特許文献１には、隙間なく重ね合わせた両面アルミメッキ鋼板に対しレーザビームを相対的に移動させながら溶接する方法において、相対速度を遅くすることによって溶接強度を向上させることが提案されている。この特許文献１には、アルミメッキ鋼板から成る半殻体のフランジ部を重ね合わせて溶接する方法として、三種の代表例が以下のように説明されている。
【０００３】
先ず、（Ａ）として、レーザの照射方向をフランジ面方向に対して略直角方向とし、レーザ溶接機を周縁に沿って全周に亘って移動させながら溶接する方法が示され、（Ｂ）として、レーザの照射方向をフランジ面と略平行にし、両フランジ部の端部の接合面端部に向けて照射しながら溶接機を周縁に沿って全周に亘って移動させ全周を溶接する方法が示されている。更に、（Ｃ）として、フランジ部の張出し幅を変化させ、張出し幅の狭い方の接合端部に向けて斜め方向からレーザ光を照射する方法が示されている。
【０００４】
上記（Ａ）の範疇のレーザ溶接方法として、下記の特許文献２には、立体薄板構造体の２枚の薄板の端部を重ね合わせた状態で、これら両薄板の端部を溶接接合する方法において、レーザー光発生器から光ファイバーで導光されるレーザー光を受ける溶接ヘッドと、その溶接ヘッドの近くに設けられた少なくとも１対の相対向するローラを用い、両薄板の端部を相対向するローラで挟圧した状態で、溶接ヘッドとローラとを両薄板の端部に沿って同期移動させながら、溶接ヘッドからレーザー光を両薄板端部の板厚方向に出射して連続的に溶接する立体薄板構造体の溶接方法が提案されている。
【０００５】
また、上記（Ｂ）の範疇のレーザ溶接方法として、下記の特許文献３には、フランジ継目の所で重なる２つの金属板をフランジ継目の範囲で互いに押付け、溶接過程中に金属板とレーザビームとを互いに動かし、フランジ継目の面にあるレーザビームにより溶接を行い、溶接送り方向においてレーザビームより前にある位置で、金属板を互いに広げ、互いに広げられる金属板の間隙の底の範囲へレーザビームを照射するレーザ溶接方法において、金属板を互いに広げるため、溶接送り方法においてレーザビームより前にある楔状広げ部材を使用するレーザ溶接方法が提案されている。
【０００６】
更に、上記（Ｃ）の範疇における変形例として、下記の特許文献４には、レーザ加工ロボットのロボットアームの先端部に、レーザ加工ヘッドを備えたキャリヤ部材に、それぞれワークの水平面内輪郭及び上下方向面に弾性的に圧接追随する機械的接触追随手段を設けたレーザ加工ロボットのワーク倣い装置が提案されている。これにより、初期のロボット動作プログラムの少数の要点のラフなティーチングのみで、各点間は実際のワーク形状の倣いにより高精度のティーチングが行われる旨記載されている。
【０００７】
【特許文献１】
特許第３２２３１７２号公報
【特許文献２】
特開平５−１５４６７７号公報
【特許文献３】
特許第２９８１７３８号公報
【特許文献４】
特開平９−２４８６８３号公報
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
前掲の特許文献１には、前記（Ａ）乃至（Ｃ）のレーザ溶接方法に関し、夫々の利害得失に言及されており、特許文献１では前記（Ａ）のレーザ溶接方法における改良が提案されている。しかし、前記（Ａ）のレーザ溶接方法では、前掲の特許文献２の溶接方法と同様、フランジ部の幅を広くせざるを得ず、また、溶接後、外観品質を保つため防錆塗装を施す必要がある。前記（Ｂ）のレーザ溶接方法では防錆塗装は不要であるが、レーザ照射位置を保持することが困難である。これに対し、前掲の特許文献３に記載のレーザ溶接方法においては、金属板を互いに広げるための広げ部材を用いているが、その駆動制御は容易ではなく、必ずしも量産に適するものではない。
【０００９】
ここで、前記（Ｂ）のレーザ溶接方法は、本体部とフランジ部が略直交するように夫々金属薄板によって形成して成る第１の部材及び第２の部材を、各々のフランジ部が対向するように配置し、各々のフランジ部の端面間に対し、レーザヘッドからフランジ面に平行にレーザビームを照射して第１の部材及び第２の部材を接合するレーザ溶接方法ということができる。このレーザ溶接方法によれば、加工対象は円形に限らず複雑な３次元形状であっても、また、フランジ部の幅を然程広くすることなく、適切に溶接することができるので、燃料タンクの製造に好適である。
【００１０】
一方、前掲の特許文献４に記載のワーク倣い装置は、特許文献３において必須とされる広げ部材を必要とすることなく、レーザ照射位置を保持することができるが、特許文献４に記載の装置は、外形輪郭に沿ってその周縁を溶接する場合に用いられるものであることから、この溶接対象特有の構造であり、前記（Ｂ）又は（Ｃ）のレーザ溶接方法にそのまま適用することはできず、また、そのような適用に関する記載は見当たらない。
【００１１】
例えば、前掲の特許文献４には、レーザ加工ロボットのロボットアームの先端部に配設されたキャリア部材に、それぞれ一対のサイドローラ及び上下ローラ３がＺ方向軸心及びＸ方向軸心回りに自由回転可能に配設されていると記載され、加工ヘッドはワークとサイドローラ及び上下ローラにより、ワーク外形輪部（輪郭）に倣って溶接加工を実施することができる旨記載されている。しかし、このようなワーク倣い装置を前記（Ｂ）のレーザ溶接方法に適用するときには、ワーク外形輪郭とフランジ部の相違に対する適切な対応が必要であり、直ちに具体的手段が想起されるものではない。
【００１２】
そこで、本発明は、本体部とフランジ部が略直交するように夫々金属薄板によって形成して成る第１の部材及び第２の部材を、各々のフランジ部が対向するように配置し、各々のフランジ部の端面間に対し、レーザヘッドからフランジ面に平行にレーザビームを照射して接合するレーザ溶接方法において、簡単な構成で迅速且つ適切に第１の部材と第２の部材を溶接接合し得るようにすることを課題とする。
【００１３】
また、本発明は、簡単な構成で迅速且つ適切に上記第１の部材と第２の部材を容易に溶接接合し得るレーザ溶接装置を提供することを別の課題とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するため、本発明のレーザ溶接方法は、請求項１に記載のように、本体部とフランジ部が略直交するように夫々金属薄板によって形成して成る第１の部材及び第２の部材を、各々のフランジ部が対向するように配置し、各々のフランジ部の端面間に対し、レーザヘッドから当該フランジ部のフランジ面に平行にレーザビームを照射して前記第１の部材及び第２の部材を接合するレーザ溶接方法において、前記第１の部材の本体部に当接する第１案内部、及び前記第１の部材のフランジ部に当接する第１把持部を有し、該第１把持部の前記フランジ部との当接部に対し、先端を所定の位置関係に保持するように前記レーザヘッドを支持する第１の支持部材と、該第１の支持部材に対し相対移動可能に支持し、前記第２の部材の本体部に当接する第２案内部、及び前記第２の部材のフランジ部に当接する第２把持部を有し、該第２把持部が前記第２の部材のフランジ部に当接したときに前記第１把持部と対向するように配置する第２の支持部材とを備え、前記第１把持部と前記第２把持部との間に前記第１及び第２の部材のフランジ部を挟持した状態で、当該フランジ部のフランジ面に平行に前記レーザヘッドからレーザビームを照射しながら、当該フランジ部に沿って前記第１及び第２の支持部材を前記第１及び第２の部材に対して相対駆動するものである。
【００１５】
前記レーザ溶接方法において、請求項２に記載のように、前記第２把持部が前記第２の部材のフランジ部に当接したときに前記第１把持部の方向に所定の圧力で付勢し、該付勢状態を維持するように、前記第２の支持部材を前記第１の支持部材に支持するとよい。
【００１６】
尚、前記第１及び第２の案内部は着脱可能なボールユニットによって構成することができる。また、前記第１及び第２の把持部はローラ部材によって構成し、ローラ部材がフランジ面を転動しながらフランジ部を挟持するように構成するとよい。そして、ローラ部材によって第１及び第２の部材のフランジ部を挟持したときに、各フランジ部が弾性変形し端面間に微少間隙が形成されるように構成するとよい。
【００１７】
あるいは、本発明のレーザ溶接方法として、請求項３に記載のように、本体部とフランジ部が略直交するように夫々金属薄板によって形成して成る第１の部材及び第２の部材を、各々のフランジ部が対向するように配置し、各々のフランジ部の端面間に対し、レーザヘッドから当該フランジ部のフランジ面に平行にレーザビームを照射して前記第１の部材及び第２の部材を接合するレーザ溶接方法において、夫々前記第１及び第２の部材のフランジ部に平行な誘導部を有し、前記第１及び第２の部材の本体部に対し略平行で、前記第１及び第２の部材のフランジ部を挟持するように配置する第３の部材及び第４の部材と、前記第３の部材の誘導部に当接する第１被誘導部、及び前記第４の部材の誘導部に当接する第２被誘導部を有し、該第２被誘導部と前記第１被誘導部との間の所定の位置に対し、先端を所定の位置関係に保持するように前記レーザヘッドを支持する支持部材とを備え、前記第３の部材と前記及び第４の部材との間に前記第１及び第２の部材のフランジ部を挟持し、当該フランジ部のフランジ面に平行に前記レーザヘッドからレーザビームを照射しながら、当該フランジ部に沿って前記支持部材を前記第１乃至第４の部材に対して相対駆動するように構成してもよい。
【００１８】
例えば、前記誘導部としては、前記第３の部材及び第４の部材の外側表面に形成するＶ字溝とし、前記第１被誘導部及び第２被誘導部としては、Ｖ字溝に合致するＶ字断面を有するローラ部材とし、該ローラ部材を前記Ｖ字溝に沿って回動するように構成するとよい。
【００１９】
そして、本発明のレーザ溶接装置としては、請求項４に記載のように、本体部とフランジ部が略直交するように夫々金属薄板によって形成して成る第１の部材及び第２の部材を、各々のフランジ部が対向するように配置し、各々のフランジ部の端面間に対し、レーザヘッドから当該フランジ部のフランジ面に平行にレーザビームを照射して前記第１の部材及び第２の部材を接合するレーザ溶接装置において、前記第１の部材の本体部に当接する第１案内部、及び前記第１の部材のフランジ部に当接する第１把持部を有し、該第１把持部の前記フランジ部との当接部に対し、先端を所定の位置関係に保持するように前記レーザヘッドを支持する第１の支持部材と、該第１の支持部材に対し相対移動可能に支持し、前記第２の部材の本体部に当接する第２案内部、及び前記第２の部材のフランジ部に当接する第２把持部を有し、該第２把持部が前記第２の部材のフランジ部に当接したときに前記第１把持部と対向するように配置する第２の支持部材と、前記第１把持部と前記第２把持部との間に前記第１及び第２の部材のフランジ部を挟持した状態で、当該フランジ部のフランジ面に平行に前記レーザヘッドからレーザビームを照射しながら、当該フランジ部に沿って前記第１及び第２の支持部材を前記第１及び第２の部材に対して相対駆動する駆動手段を備えることとしたものである。
【００２０】
更に、請求項５に記載のように、前記第２の支持部材を前記第１の支持部材に対し揺動自在に支持し、前記駆動手段は、前記第２把持部が前記第２の部材のフランジ部に当接したときに前記第１把持部の方向に所定の圧力で付勢し、該付勢状態を維持するように、前記第２の支持部材を駆動するとよい。
【００２１】
前記駆動手段としては、例えばロボット装置のロボットアームに装着した構成とし、例えばリンク機構を介して、前記第２の支持部材を前記第１の支持部材に対し揺動可能に支持すると共に、例えば空気圧シリンダによって前記リンク機構を駆動して、前記第１及び第２の部材のフランジ部を挟持するように構成することができる。
【００２２】
あるいは、本発明のレーザ溶接装置としては、請求項６に記載のように、本体部とフランジ部が略直交するように夫々金属薄板によって形成して成る第１の部材及び第２の部材を、各々のフランジ部が対向するように配置し、各々のフランジ部の端面間に対し、レーザヘッドから当該フランジ部のフランジ面に平行にレーザビームを照射して前記第１の部材及び第２の部材を接合するレーザ溶接装置において、夫々前記第１及び第２の部材のフランジ部に平行な誘導部を有し、前記第１及び第２の部材の本体部に対し略平行で、前記第１及び第２の部材のフランジ部を挟持するように配置する第３の部材及び第４の部材と、前記第３の部材の誘導部に当接する第１被誘導部、及び前記第４の部材の誘導部に当接する第２被誘導部を有し、該第２被誘導部と前記第１被誘導部との間の所定の位置に対し、先端を所定の位置関係に保持するように前記レーザヘッドを支持する支持部材と、前記第３の部材と前記及び第４の部材との間に前記第１及び第２の部材のフランジ部を挟持し、当該フランジ部のフランジ面に平行に前記レーザヘッドからレーザビームを照射しながら、当該フランジ部に沿って前記支持部材を前記第１乃至第４の部材に対して相対駆動する駆動手段を備えたものとしてもよい。例えば、前記第３の部材及び第４の部材の外側表面にＶ字溝を形成して前記誘導部とすると共に、Ｖ字溝に合致するＶ字断面を有するローラ部材を前記第１被誘導部及び第２被誘導部とし、該ローラ部材を前記Ｖ字溝に沿って回動するように構成することができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。図１乃至図９は、本発明の一実施形態に係るレーザ溶接装置に関し、燃料タンクの溶接に供される。先ず、燃料タンク外周の溶接部を拡大して示す図１において、二分割の燃料タンクのアッパシェル１００とロアシェル２００が夫々本発明の第１の部材及び第２の部材を構成している。アッパシェル１００及びロアシェル２００は、何れも金属薄板、例えばアルミメッキ鋼板によって半割容器状に形成されており、本体部１０１及び２０１とフランジ部１０２及び２０２とが夫々略直交するように形成されている。
【００２４】
これらのアッパシェル１００及びロアシェル２００の溶接時には、各々のフランジ部１０２及び２０２が対向するように配置される。そして、各々のフランジ部１０２及び２０２の端面１０３及び２０３間に対し、レーザヘッド３１から各フランジ部１０２及び２０２のフランジ面に平行にレーザビームが照射されるように、レーザユニット３０が配置される。このレーザユニット３０は、本発明の第１の支持部材を構成する支持アーム１０に支持され、レーザヘッド３１が支持アーム１０に対し所定の位置関係（これについては後述する）となるように固定されている。また、本発明の第２の支持部材を構成するＬ字状の揺動アーム２０が、支持アーム１０に対し揺動可能に支持されている。
【００２５】
ここで、上記支持アーム１０、揺動アーム２０及びレーザユニット３０を含むレーザ装置全体の構成について、図２乃至図４を参照して説明する。図２に示すように、支持アーム１０はフローティング機構４０を介してロボットアーム５０に装着されている。ロボットアーム５０はロボット装置（図示せず）の一部を構成するものであり、周知であるので説明は省略する。支持アーム１０は、フローティグ機構４０に固着されたアーム本体１０ｂと、その先端に接合されたＬ字状のフィンガ部１０ａを有し、これに垂直にブラケット１０ｃ及び１０ｄが支持されている。そして、ブラケット１０ｃには、レーザユニット３０が固定され、アーム本体１０ｂと平行に支持され、レーザヘッド３１がフィンガ部１０ａに対し図２に示す位置関係に保持されている。また、ブラケット１０ｄには、揺動アーム２０が揺動可能に支持されている。
【００２６】
揺動アーム２０は、Ｌ字状のフィンガ部２０ａとＬ字状のアーム本体２０ｂが接合されてクランク形状とされ、アーム本体２０ｂは、その角部にて軸Ｃ１を中心に回動可能に、ブラケット１０ｄに軸支されている。更に、アーム本体２０ｂの先端には、駆動アーム２０ｃの一端が軸Ｃ２を中心に回動可能に軸支されている。この駆動アーム２０ｃの他端は駆動ユニット６０の空気圧シリンダ６１に連結されており、空気圧シリンダ６１によって図２の水平方向に移動し得るように構成されている。尚、空気圧シリンダ６１に代えて、油圧シリンダを用いてもよく、電動モータを用いてもよい。而して、本実施形態においては、アーム本体２０ｂ及び駆動アーム２０ｃによって揺動リンク機構が構成され、空気圧シリンダ６１による駆動アーム２０ｃの移動に応じて、アーム本体２０ｂが軸Ｃ１を中心に揺動し、フィンガ部２０ａの先端がフィンガ部１０ａの先端に対し近接又は離隔するように構成されている。
【００２７】
次に、図１に戻り、支持アーム１０のフィンガ部１０ａの先端には、本発明の第１把持部を構成するローラ部材１１が回動自在に支持され、支持アーム１０のフィンガ部１０ａの角部には、本発明の第１案内部を構成するボールユニット１２が装着されている。同様に、揺動アーム２０のフィンガ部２０ａの先端には、本発明の第２把持部を構成するローラ部材２１が回動自在に支持され、角部には、本発明の第２案内部を構成するボールユニット２２が装着されている。
【００２８】
ローラ部材１１及び２１は、図１に示すように、夫々ローラ１１ａ及び２１ａがベアリング１１ｂ及び２１ｂを介して軸１１ｃ及び２１ｃに回動自在に支持され、軸１１ｃ及び２１ｃはフィンガ部１０ａ及び２０ａの先端部に固定されている。これらのローラ部材１１及び２１は、溶接作動時には、夫々フランジ部１０２及び２０２に当接すると共に、両者が対向するように配置される。
【００２９】
一方、ボールユニット１２及び２２は、図５乃至図７に示すように構成されており、フィンガ部１０ａ及びフィンガ部２０ａに対し着脱可能に支持されている。即ち、ボール１２ａがベース１２ｂに収容され、所定距離外方に突出した状態で回転可能に支持されており、フィンガ部１０ａに形成された凹部にベース１２ｂが嵌合され、ボルトＢによって固定されている。従って、ベース１２ｂの厚さ（図５の左右方向の寸法）を適宜設定し、あるいは種々の厚さのベースを用意しておき、その中から適宜選択することにより、ボール１２ａのフィンガ部１０ａからの突出距離を適宜設定することができる。これにより、ローラ部材１１及び２１によって把持する位置を、フランジ部１０２及び２０２の幅に応じて適宜調整することができる。
【００３０】
上記のボールユニット１２及び２２は、溶接作動時には、夫々本体部１０１及び２０１の外側表面に当接するように配置される。そして、ボール１２ａはアッパシェル１００の本体部１０１の外側表面上を滑らかに移動するので、フィンガ部１０ａ（ひいてはローラ部材１１）を、本体部１０１に対し所定の間隙を維持し乍ら、円滑に移動させることができる。従って、ローラ部材１１のローラ１１ａは本体部１０１から所定距離離隔した位置でフランジ部１０２に当接し、この当接位置からフランジ部１０２の端面１０３までの距離は、成形時のフランジ部１０２の幅が略均一であれば、略一定に維持することができる。例えば、周長が１ｍ以上の燃料タンクを対象とする本実施形態においても５乃至２０ｍｍの範囲で一定に維持することができる。尚、ボールユニット２２も同一の構成であるので、説明は省略する。
【００３１】
而して、上記の構成になるレーザ溶接装置によってアッパシェル１００とロアシェル２００を溶接接合する場合には、図８に示すように、先ずアッパシェル１００及びロアシェル２００のフランジ部１０２及び２０２が対向するように配置する。このとき、レーザ溶接装置の駆動アーム２０ｃは図８の左方の初期位置に保持されており、揺動アーム２０の先端に装着されたローラ部材２１が、支持アーム１０の先端に装着されたローラ部材１１から最も離隔した位置に保持された状態にある。
【００３２】
そして、ロボットアーム５０を駆動し、ボールユニット１２のボール１２ａが本体部１０１の外側表面に当接する共に、ローラ部材１１のローラ１１ａがフランジ部１０２に当接するように支持アーム１０を配置すると、フランジ部１０２及び２０２の端面１０３及び２０３間に対し、フランジ面に平行にレーザヘッド３１が指向する図８の位置関係となる。この状態で、空気圧シリンダ６１を図８の右方に駆動し、駆動アーム２０ｃを同方向に駆動すると、揺動アーム２０は軸Ｃ１を中心に右回転で揺動する。従って、図９に示すように、ローラ部材２１がフランジ部２０２に当接するまで揺動アーム２０を駆動し所定の圧力で付勢した状態に維持する。このとき、ローラ部材２１はローラ部材１１に対向する位置となるので、両者によってフランジ部１０２及び２０２を所定の圧力で挟持する状態となる。この結果、図１に示すローラ部材１１及び２１のフランジ部１０２及び２０２への当接位置から端面１０３及び２０３までの間が弾性変形し、端面１０３及び２０３の位置で約０．１ｍｍの微少間隙が形成される。
【００３３】
而して、ローラ部材１１及び２１によってフランジ部１０２及び２０２を挟持した状態で、上記端面１０３及び２０３間に対し、レーザヘッド３１からフランジ部１０２及び２０２のフランジ面に平行にレーザビームを照射し乍ら、フランジ部１０２及び２０２に沿って移動させることにより、３次元形状の溶接対象に対しても連続して溶接することができる。この間、ローラ部材１１及び２１がフランジ面を転動しながら移動すると共に、ボール１２ａ及び２２ａが本体部１０１及び２０１に対し所定の間隙を維持し乍ら、円滑に移動するので、レーザヘッド３１を上記端面１０３及び２０３間に対し所定の位置関係に維持した状態で、比較的高速（例えば３ｍ／分以上）で移動し乍ら適切に溶接することができる。しかも、この溶接時に発生する蒸気は上記端面１０３及び２０３間の微少間隙から放出されるので安定した接合状態を確保することができる。尚、必要に応じ、上記端面１０３及び２０３間の微少間隙を略零にすることもできる。
【００３４】
次に、本発明の他の実施形態に係るレーザ溶接装置を図１０乃至図１３を参照して説明する。本実施形態においては、前述のアッパシェル１００及びロアシェル２００を所定の間隙を隔てて囲繞するように押え型３００及び４００が配置され、これらが本発明の第３の部材及び第４の部材を構成している。これらの押え型３００及び４００は、開口端部３０２及び４０２が前述のローラ１１ａ及び１１ｂの先端部と同様の断面形状に形成されており、これらの開口端部３０２及び４０２によってフランジ部１０２及び２０２を所定の圧力で挟持するように構成されている。更に、押え型３００及び４００の外側表面には、本発明の誘導部として、フランジ部１０２及び２０２から所定距離隔てて平行に、Ｖ字溝３０１及び４０１が形成されている。これらのＶ字溝３０１及び４０１は、溶接面の３／１００乃至１０／１００ｍｍの精度で形成することが望ましい。
【００３５】
そして、前述の支持アーム１０に代えて支持アーム７０がフローティング機構４０に固定されると共に、揺動アーム２０に代えて支持アーム８０が設けられ、フローティング機構４０に固定されている。即ち、本実施形態においては、図１１に示すように支持アーム７０及び８０は左右対称で、何れもフローティング機構４０に固定されており、これらによって支持部材が構成されている。従って、前述の駆動ユニット６０は備えていない。また、本実施形態においては、前述のローラ部材１１及び２１並びにボールユニット１２及び２２は備えておらず、図１１に示すＶ字溝３０１及び４０１に合致するＶ字断面を有するローラ部材７１及び８１が支持アーム７０及び８０に回動自在に支持されている。
【００３６】
即ち、図１０に示すように、支持アーム７０及び８０の支持部７０ａ及び８０ａには、夫々本発明の第１及び第２被誘導部を構成するローラ部材７１及び８１が回動自在に支持されている。ローラ部材７１及び８１は、夫々Ｖ字断面を有するローラ７１ａ及び８１ａがベアリング７１ｂ及び８１ｂを介して軸７１ｃ及び８１ｃに回動自在に支持され、軸７１ｃ及び８１ｃは支持部７０ａ及び８０ａの先端部に固定されている。これらのローラ部材７１及び８１は、ローラ７１ａ及び８１ａがＶ字溝３０１及び４０１に嵌合するように配置される。従って、レーザヘッド３１はＶ字溝３０１とＶ字溝４０１との間に配置され、所定の位置関係、即ち、フランジ部１０２及び２０２の端面１０３及び２０３間に対し、フランジ面に平行に先端が指向するように保持される。尚、図１０乃至図１３においては、前述の図１乃至図４に記載の部材と実質的に同じ部材については同一の符号を付している（尚、７０ｂ及び８０ｂはアーム本体）。
【００３７】
而して、図１０乃至図１３に記載の構成になるレーザ溶接装置によってアッパシェル１００とロアシェル２００を溶接接合する場合には、図１０に示すように、先ずアッパシェル１００及びロアシェル２００のフランジ部１０２及び２０２が対向するように配置する。そして、これらのアッパシェル１００及びロアシェル２００を所定の間隙を隔てて囲繞するように、押え型３００及び４００を配置し、開口端部３０２及び４０２によってフランジ部１０２及び２０２を所定の圧力で挟持する。この結果、図１０に示す開口端部３０２及び４０２のフランジ部１０２及び２０２への当接位置から端面１０３及び２０３までの間が弾性変形し、端面１０３及び２０３の位置で約０．１ｍｍの微少間隙が形成される。
【００３８】
この状態でロボットアーム５０を駆動し、ローラ部材７１及び８１が押え型３００及び４００のＶ字溝３０１及び４０１に嵌合するように、支持アーム７０及び８０を配置すると、レーザヘッド３１はフランジ部１０２及び２０２の端面１０３及び２０３間に対し、フランジ面に平行に指向する。而して、ローラ部材７１及び８１はＶ字溝３０１及び４０１に誘導され、押え型３００及び４００ひいてはアッパシェル１００及びロアシェル２００の本体部１０１及び２０１に対し所定の間隙を維持し乍ら、円滑に移動する。
【００３９】
而して、レーザヘッド３１からフランジ部１０２及び２０２のフランジ面に平行にレーザビームを照射し乍ら、フランジ部１０２及び２０２に沿って移動させることにより、連続して溶接することができる。この間、レーザヘッド３１を上記端面１０３及び２０３間に対し所定の位置関係に維持した状態で、移動し乍ら適切に溶接することができる。しかも、この溶接時に発生する蒸気は上記端面１０３及び２０３間の間隙から放出されるので安定した接合状態を確保することができる。尚、上記の何れの実施形態においてもアッパシェル１００及びロアシェル２００を固定しレーザユニット３０側を駆動することとしたが、固定側と駆動側を逆にしてもよく、要は相対的に駆動すればよい。
【００４０】
【発明の効果】
本発明は上述のように構成されているので以下に記載の効果を奏する。即ち、請求項１及び４に記載のレーザ溶接方法及び装置においては、第１案内部及び第２案内部を第１及び２の部材の本体部に当接させると共に、第１把持部と第２把持部との間に第１及び第２の部材のフランジ部を挟持した状態で、フランジ面に平行にレーザヘッドからレーザビームを照射しながら、フランジ部に沿って第１及び第２の支持部材を第１及び第２の部材に対して相対駆動するように構成されているので、３次元形状の溶接対象に対しても連続して溶接することができ、レーザヘッドをフランジ部の端面間に対し所定の位置関係に維持した状態で、フランジ部に沿って移動し乍ら、円滑且つ適切に溶接することができる。
【００４１】
前記レーザ溶接方法及び装置において、請求項２及び５に記載のように構成すれば、溶接時に発生する蒸気はフランジ部の端面間の微少間隙から放出されるので安定した接合状態を確保することができる。尚、フランジ部の端面間の微少間隙を略零にすることもできる。
【００４２】
また、請求項３及び６に記載のレーザ溶接方法及び装置においては、第１及び第２の部材の本体部に対し略平行で第１及び第２の部材のフランジ部を挟持するように配置する第３の部材及び第４の部材を備え、これら第３の部材と第４の部材との間に第１及び第２の部材のフランジ部を挟持し、フランジ面に平行にレーザヘッドからレーザビームを照射しながら、フランジ部に沿って支持部材を第１乃至第４の部材に対して相対駆動するように構成されているので、レーザヘッドをフランジ部の端面間に対し所定の位置関係に維持した状態で、フランジ部に沿って移動し乍ら、円滑且つ適切に溶接することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施形態に係るレーザ溶接装置において、燃料タンク外周の溶接部を拡大して示す一部断面図である。
【図２】本発明の一実施形態に係るレーザ溶接装置の正面図である。
【図３】本発明の一実施形態に係るレーザ溶接装置の側面図である。
【図４】本発明の一実施形態に係るレーザ溶接装置の底面図である。
【図５】本発明の一実施形態に係るレーザ溶接装置に供するボールユニットの一例を示す断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係るレーザ溶接装置に供するボールユニットの一例を示す平面図である。
【図７】本発明の一実施形態に係るレーザ溶接装置に供するボールユニットの一例を示す側面図である。
【図８】本発明の一実施形態に係るレーザ溶接装置の溶接作動前の状態を示す正面図である。
【図９】本発明の一実施形態に係るレーザ溶接装置の溶接作動状態を示す正面図である。
【図１０】本発明の他の実施形態に係るレーザ溶接装置において、燃料タンク外周の溶接部を拡大して示す一部断面図である。
【図１１】本発明の他の実施形態に係るレーザ溶接装置の正面図である。
【図１２】本発明の他の実施形態に係るレーザ溶接装置の側面図である。
【図１３】本発明の他の実施形態に係るレーザ溶接装置の底面図である。
【符号の説明】
１０支持アーム，２０揺動アーム，１１，２１ローラ部材，
１２，２２ボールユニット，３０レーザユニット，
３１レーザヘッド，４０フローティング機構，
５０ロボットアーム，６０駆動ユニット，６１空気圧シリンダ，
７１，８１ローラ部材，１００アッパシェル，２００ロアシェル，
１０１，２０１本体部，１０２，２０２フランジ部，
３００，４００押え型，３０１，４０１Ｖ字溝

Claims

本体部とフランジ部が略直交するように夫々金属薄板によって形成して成る第１の部材及び第２の部材を、各々のフランジ部が対向するように配置し、各々のフランジ部の端面間に対し、レーザヘッドから当該フランジ部のフランジ面に平行にレーザビームを照射して前記第１の部材及び第２の部材を接合するレーザ溶接方法において、前記第１の部材の本体部に当接する第１案内部、及び前記第１の部材のフランジ部に当接する第１把持部を有し、該第１把持部の前記フランジ部との当接部に対し、先端を所定の位置関係に保持するように前記レーザヘッドを支持する第１の支持部材と、該第１の支持部材に対し相対移動可能に支持し、前記第２の部材の本体部に当接する第２案内部、及び前記第２の部材のフランジ部に当接する第２把持部を有し、該第２把持部が前記第２の部材のフランジ部に当接したときに前記第１把持部と対向するように配置する第２の支持部材とを備え、前記第１把持部と前記第２把持部との間に前記第１及び第２の部材のフランジ部を挟持した状態で、当該フランジ部のフランジ面に平行に前記レーザヘッドからレーザビームを照射しながら、当該フランジ部に沿って前記第１及び第２の支持部材を前記第１及び第２の部材に対して相対駆動することを特徴とするレーザ溶接方法。
前記第２把持部が前記第２の部材のフランジ部に当接したときに前記第１把持部の方向に所定の圧力で付勢し、該付勢状態を維持するように、前記第２の支持部材を前記第１の支持部材に支持することを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接方法。
本体部とフランジ部が略直交するように夫々金属薄板によって形成して成る第１の部材及び第２の部材を、各々のフランジ部が対向するように配置し、各々のフランジ部の端面間に対し、レーザヘッドから当該フランジ部のフランジ面に平行にレーザビームを照射して前記第１の部材及び第２の部材を接合するレーザ溶接方法において、夫々前記第１及び第２の部材のフランジ部に平行な誘導部を有し、前記第１及び第２の部材の本体部に対し略平行で、前記第１及び第２の部材のフランジ部を挟持するように配置する第３の部材及び第４の部材と、前記第３の部材の誘導部に当接する第１被誘導部、及び前記第４の部材の誘導部に当接する第２被誘導部を有し、該第２被誘導部と前記第１被誘導部との間の所定の位置に対し、先端を所定の位置関係に保持するように前記レーザヘッドを支持する支持部材とを備え、前記第３の部材と前記及び第４の部材との間に前記第１及び第２の部材のフランジ部を挟持し、当該フランジ部のフランジ面に平行に前記レーザヘッドからレーザビームを照射しながら、当該フランジ部に沿って前記支持部材を前記第１乃至第４の部材に対して相対駆動することを特徴とするレーザ溶接方法。
本体部とフランジ部が略直交するように夫々金属薄板によって形成して成る第１の部材及び第２の部材を、各々のフランジ部が対向するように配置し、各々のフランジ部の端面間に対し、レーザヘッドから当該フランジ部のフランジ面に平行にレーザビームを照射して前記第１の部材及び第２の部材を接合するレーザ溶接装置において、前記第１の部材の本体部に当接する第１案内部、及び前記第１の部材のフランジ部に当接する第１把持部を有し、該第１把持部の前記フランジ部との当接部に対し、先端を所定の位置関係に保持するように前記レーザヘッドを支持する第１の支持部材と、該第１の支持部材に対し相対移動可能に支持し、前記第２の部材の本体部に当接する第２案内部、及び前記第２の部材のフランジ部に当接する第２把持部を有し、該第２把持部が前記第２の部材のフランジ部に当接したときに前記第１把持部と対向するように配置する第２の支持部材と、前記第１把持部と前記第２把持部との間に前記第１及び第２の部材のフランジ部を挟持した状態で、当該フランジ部のフランジ面に平行に前記レーザヘッドからレーザビームを照射しながら、当該フランジ部に沿って前記第１及び第２の支持部材を前記第１及び第２の部材に対して相対駆動する駆動手段を備えたことを特徴とするレーザ溶接装置。
前記第２の支持部材を前記第１の支持部材に対し揺動自在に支持し、前記駆動手段は、前記第２把持部が前記第２の部材のフランジ部に当接したときに前記第１把持部の方向に所定の圧力で付勢し、該付勢状態を維持するように、前記第２の支持部材を駆動することを特徴とする請求項４記載のレーザ溶接装置。
本体部とフランジ部が略直交するように夫々金属薄板によって形成して成る第１の部材及び第２の部材を、各々のフランジ部が対向するように配置し、各々のフランジ部の端面間に対し、レーザヘッドから当該フランジ部のフランジ面に平行にレーザビームを照射して前記第１の部材及び第２の部材を接合するレーザ溶接装置において、夫々前記第１及び第２の部材のフランジ部に平行な誘導部を有し、前記第１及び第２の部材の本体部に対し略平行で、前記第１及び第２の部材のフランジ部を挟持するように配置する第３の部材及び第４の部材と、前記第３の部材の誘導部に当接する第１被誘導部、及び前記第４の部材の誘導部に当接する第２被誘導部を有し、該第２被誘導部と前記第１被誘導部との間の所定の位置に対し、先端を所定の位置関係に保持するように前記レーザヘッドを支持する支持部材と、前記第３の部材と前記及び第４の部材との間に前記第１及び第２の部材のフランジ部を挟持し、当該フランジ部のフランジ面に平行に前記レーザヘッドからレーザビームを照射しながら、当該フランジ部に沿って前記支持部材を前記第１乃至第４の部材に対して相対駆動する駆動手段を備えたことを特徴とするレーザ溶接装置。