JP2005153015A - レーザ溶接による容器の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 複数の部材の重合部を密着状態に維持しつつ適切にレーザ溶接を行い、金属製容器を製造する。
【解決手段】 金属製容器を構成する複数の部材１０及び２０を重合する。開口部１１及び２１周りの環状の重合部の外側から開口部の中心に向かって、重合部の目標断面形状と相似形の断面形状の内側空間を構成する押圧部材３０によって、重合部の略全周に亘り中心方向に押圧し、重合部を密着状態に維持しつつ、重合部をレーザ溶接して複数の部材を一体的に接合する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、レーザ溶接による容器の製造方法に関し、特に、排気消音器の外筒等の製造に好適なレーザ溶接による容器の製造方法に係る。

レーザ溶接によって金属製部材を接合して容器を製造する方法として、種々の方法が知られており、製造対象の容器の種類も多岐に亘っている。例えば、車両に搭載される排気消音器の製造においても、従来の巻締め加工（カーリング形式のシーミング）に比べ、接合スピードの向上、排気消音器の気密性確保、カーリング部廃止による材料費の低減等の利点が考慮され、レーザ溶接が利用されている。例えば、下記の特許文献１には、外筒部材と端板又は外筒部材と隔壁板の接合面に多孔性板の接合面を重合せしめ、この重合部をレーザ溶接にて一体に結合する排気消音器が提案されている。

また、下記の特許文献２には、ガスタービン用燃焼器の燃焼筒と燃焼リングをレーザ溶接にて接合する場合、接合面をばらつきのないすきまを保持して密着させ、容易に且つ確実にレーザ溶接ができるようにすることを目的とした溶接装置が提案されている。即ち、同特許文献２には、燃焼筒内面に挿入された冷却リングを内側から支える複数個の断面円弧状の当板と、この当板をそれぞれ燃焼筒の半径方向に支える支柱と、この支柱を楔を介して支持し燃焼筒の軸心に置かれた心棒とよりなり、この楔を打ち込むことにより冷却リングと燃焼筒とを強固に密着させ、この密着部に外側よりレーザビームを照射して溶接する旨記載されている。

一方、製造対象として、上記の排気消音器等に比べるとかなり小型となるが、レーザ溶接による容器という点に着目すると、例えば下記の特許文献３に記載のような電池容器がある。同特許文献３では、電池容器と金属封口蓋との接合部を精度よく溶接可能にすることを目的として、容器の内径を金属蓋の外径より若干小にした電池が提案されている。そして、電池容器の開口部に金属蓋が圧入嵌合されるため、両者の接合部の密着性が高められること及び接合面が若干傾斜することにより接合部上方よりレーザ光を照射した場合、レーザ光が電池容器内に侵入するのが抑制されると記載されている。

同様に、筒型電池の製造法に関し、下記の特許文献４には、電池缶をプレスでもってダイス中に加圧状態で通過させ、径大部の外径を電池缶の他の部分の外径と等しくなるように成型加工することとし、これによってＬ字状の金属リングは電池缶の径大部ならびに成型用のパンチによって内側方向への締め付け力で強固に固定される旨記載されている。更に、Ｌ字状の金属リングは電池缶の開口部が当接する先端部はレーザ溶接法で溶接されると記載されている。

更に、下記の特許文献５には、密閉型コンプレッサの製造方法に関し、シェルを構成する一部要素と他の要素のうちの一方の開口部の広さを、他方の開口部の挿入の自動化を容易とさせる広さにしておいて、他方の開口部の挿入後に一方の開口部を外周側から絞ることにより重合部の隙間を狭くする旨記載されている。

特許第３１４５３１４号公報 特開昭５９−１３０６９４号公報 実開昭５９−１９２２６１号公報 特開平３−８４８５０号公報 特開平１１−２５７２２９号公報

ところで、レーザ溶接は、ＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接等の他の溶接法に比べ、溶接速度を速くすることができ、また溶接スパッタが発生しにくい等のメリットがある反面、ＭＩＧ溶接やＴＩＧ溶接では溶接対象間（複数の被溶接部材の間）の間隙が１．２ｍｍ程度であっても溶接可能であるのに対し、レーザ溶接では溶接対象間の間隙が０．３ｍｍを超えると溶接不良が発生しやすいことから、溶接対象間を密着させることが要求される。

前掲の特許文献３には、電池容器の開口部に金属蓋が圧入嵌合されると記載されており、溶接対象間の密着性が考慮されていると思われる。しかし、単品状態における容器及び蓋の断面径寸法が不均一であったり、両者が異形状になると、圧入できない場合や、蓋と容器とが傾斜状態で圧入されて、断面全周に亘って密着されない場合が生じ得る。このため、単品状態における容器及び蓋の断面径寸法や断面形状の精度を高くする必要があり、容器及び蓋に対し扱き加工等の寸法精度を向上させるための別加工が必要となる。

これに対し、前掲の特許文献４においては、電池缶をダイス中に加圧状態で通過させ、径大部の外径を電池缶の他の部分の外径と等しくなるように成型加工することとしているので、密着性の向上が期待される。しかし、特許文献４に記載の方法では、ダイスの通過後はスプリングバック作用により電池缶（筒体）の径が若干拡がってしまい、電池缶と金属リングの間隙を０．３ｍｍ以下の密着状態に維持することは困難である。同様に、特許文献５に記載の方法においても、重合部の隙間を狭くした後に、スプリングバック作用により重合部が拡がるので、重合部の隙間を０．３ｍｍ以下の密着状態に維持することは困難である。

一方、前掲の特許文献２においては、燃焼筒内面に挿入された冷却リングを内側から支える当板と、この当板をそれぞれ燃焼筒の半径方向に支える支柱と、この支柱を楔を介して支持する心棒を配置しなければならない。従って、前述の排気消音器のように筒体内に予めパイプ、隔壁等が設けられている場合には、筒体の内側に当板、支柱、心棒等を配置することはできず、複数の筒体を全周に亘って均一に密着させることはできない。仮に、特許文献２の方法を応用し、当板及び支柱に相当する押圧部材を筒体の外部に配置し、複数の筒体の重合部を筒体の外側から押圧して密着させるとしても、筒体の被溶接部が当板で覆われてしまい、筒体の外側からは溶接できないことになる。これに対し、筒体の内側から溶接するには、筒体内に溶接機を配置しなければならなくなるので、前述のように、筒体内にパイプ、隔壁等が設けられた排気消音器等には適用することはできない。

そこで、本発明は、金属製容器を構成する複数の部材を重合し、この重合部をレーザ溶接して容器を製造する方法において、重合部を密着状態に維持しつつ適切にレーザ溶接を行い得るレーザ溶接による容器の製造方法を提供することを課題とする。

上記の課題を達成するため、本発明は、請求項１に記載のように、開口部を有する少なくとも一つの部材を含み金属製容器を構成する複数の部材を重合して、前記開口部周りに環状の重合部を形成し、該重合部をレーザ溶接して容器を形成するレーザ溶接による容器の製造方法において、前記重合部の外側から前記開口部の中心に向かって、前記重合部の目標断面形状と相似形の断面形状の内側空間を構成する押圧部材によって、前記重合部の略全周に亘り中心方向に押圧し、前記重合部を密着状態に維持しつつ、前記重合部をレーザ溶接して前記複数の部材を一体的に接合することとしたものである。尚、前記重合部の目標断面形状は、円形、楕円形、長円形、三角形や四角形の多角形等、任意であり、前記押圧部材は、何れの断面形状の重合部に対しても略全周に亘り中心方向に押圧し、重合部を密着状態に維持し得る。

前記押圧部材は、請求項２に記載のように、複数のセグメントを備えたものとし、該複数のセグメントによって、前記重合部の目標断面形状と実質的に相似形の断面形状の内側空間を構成するとよい。更に、請求項３に記載のように、前記重合部の目標断面形状が、略平面部と曲面部を周方向に交互に有する場合には、前記複数のセグメントが前記略平面部のみを中心方向に直接押圧するように構成するとよい。

前記請求項１乃至３の何れかに記載の製造方法において、請求項４に記載のように、前記複数の部材のうちの前記重合部の最外側を構成する部材の、本体部から開口部に向かって、小断面部から大断面部に至る環状段差を形成し、前記押圧部材の内側空間の断面積を、前記小断面部の断面積より大で前記大断面部の断面積より小に設定し、前記押圧部材を前記小断面部から前記大断面部に向かって相対的に平行移動させて、少なくとも前記大断面部を中心方向に押圧することとするとよい。

前記請求項２又は３に記載の製造方法において、請求項５に記載のように、前記複数のセグメントの各々を、前記重合部の中心に向かって駆動して前記重合部を押圧することとしてもよい。

更に、上記の製造方法において、請求項６に記載のように、一対の前記押圧部材によって、前記重合部のレーザ溶接部を中心に軸方向の両側を押圧した状態で、前記重合部をレーザ溶接することとしてもよい。また、請求項７に記載のように、前記複数の部材が一対の有底筒体から成り、夫々の開口部を重合して重合部をレーザ溶接することとしてもよい。そして、請求項８に記載のように、前記複数の部材が、有底筒体と、該有底筒体の開口部を閉塞する端板から成り、当該有底筒体の開口部に前記端板を重合して重合部をレーザ溶接することとしてもよい。

また、本発明は、請求項９に記載のように、所定距離を隔てて並設した少なくとも一対の端板の外周に金属板を巻回し、該金属板の巻回後の側端面を衝合又は重合して筒体を形成し、該筒体の前記金属板衝合部又は重合部をレーザ溶接した後、前記筒体の外側から前記筒体の中心に向かって、前記筒体の目標断面形状と相似形の断面形状の内側空間を構成する押圧部材によって、前記筒体の略全周に亘り中心方向に押圧し、前記筒体と前記端板を密着状態に維持しつつ、前記筒体と前記端板との重合部をレーザ溶接して前記筒体と前記端板を一体的に接合することとしてもよい。

前記請求項９に記載の製造方法において、請求項１０に記載のように、前記押圧部材が複数のセグメントを備えたものとし、該複数のセグメントによって、前記重合部の目標断面形状と実質的に相似形の断面形状の内側空間を構成するとよい。請求項１１に記載のように、前記重合部の目標断面形状が、略平面部と曲面部を周方向に交互に有する場合には、前記複数のセグメントが前記略平面部のみを中心方向に押圧するように構成するとよい。

本発明は上述のように構成されているので以下の効果を奏する。即ち、請求項１に記載のレーザ溶接による容器の製造方法によれば、複数の部材の重合部の外側から開口部の中心に向かって、重合部の目標断面形状と相似形の断面形状の内側空間を構成する押圧部材によって、重合部の略全周に亘り中心方向に押圧し、重合部を密着状態に維持しつつ、重合部をレーザ溶接して複数の部材を一体的に接合するように構成されているので、重合部を密着状態に維持しつつ適切にレーザ溶接を行うことができる。特に、複数の部材を重合する前に一つの部材内に内蔵物が収容されている場合にも、確実に密着状態に維持することができる。また、各部材の精度が均一でない場合でも、確実に密着状態に維持することができ、安定したレーザ溶接を行なうことができる。

特に、請求項４に記載のように構成すれば、複数の部材に対し押圧部材を相対的に平行移動させることによって、容易且つ確実に、重合部を密着状態に維持した状態で、安定したレーザ溶接を行なうことができる。

そして、請求項２又は５に記載のように、押圧部材を複数のセグメントを備えたものとすれば、良好な作業性を確保することができ、容易且つ確実に、重合部を密着状態に維持することができる。更に、請求項３に記載のように、略平面部と曲面部を周方向に交互に有する目標断面形状の重合部に対しては、複数のセグメントが略平面部のみを中心方向に押圧するように構成すれば、多角形断面の重合部も確実に密着状態に維持することができる。

更に、請求項６に記載のように構成すれば、一層安定した状態でレーザ溶接を行なうことができる。また、請求項７又は請求項８に記載のように構成すれば、複数の部材が一対の有底筒体から成るものや、有底筒体とその開口部を閉塞する端板から成るものに対しても、重合部を密着状態に維持しつつ適切にレーザ溶接を行うことができるので、排気消音器等に容易に適用することができる。

また、請求項９に記載のレーザ溶接による容器の製造方法によれば、所定距離を隔てて並設した少なくとも一対の端板の外周に金属板を巻回し、金属板の巻回後の側端面を衝合又は重合して筒体を形成し、金属板衝合部又は重合部をレーザ溶接すると共に、筒体の外側から筒体の中心に向かって、筒体の目標断面形状と相似形の断面形状の内側空間を構成する押圧部材によって、筒体の略全周に亘り中心方向に押圧するように構成されているので、消音器の外筒が長尺あるいは大径である場合にも、重合部を密着状態に維持しつつ適切にレーザ溶接を行うことができる。特に、排気消音器が多角形断面や、楕円等の複数の曲率からなる円弧断面を有する場合に有効である。

そして、請求項１０に記載のように、押圧部材を複数のセグメントを備えたものとすれば、良好な作業性を確保することができ、容易且つ確実に、重合部を密着状態に維持することができ、更に請求項１１に記載のように構成すれば、多角形断面の重合部も確実に密着状態に維持することができる。

以下、本発明の望ましい実施形態について図面を参照して説明する。図１乃至図３は本発明のレーザ溶接による容器の製造方法における一実施形態に関し、一対の有底筒体（以下、単に筒体という）１０及び２０から成る金属製容器の製造状況を示すもので、本実施形態の筒体１０及び２０は円形断面を有する。図１に示すように、筒体１０及び２０は、夫々の開口部１１及び２１が重合されるように構成され、筒体１０が、重合部の最外側を構成する部材に相当し、本体部（１０ａ）から開口部１１に向かって、小断面部１０ａから大断面部１０ｂに至る環状段差１２が形成されている。これに対し、本実施形態の筒体２０は、筒体１０の小断面部１０ａと略同径の円筒状に形成されており、段差は形成されていない。而して、筒体２０は、その開口部２１が筒体１０の開口部１１に干渉することなく容易に収容される。尚、予め一対の同一形状の筒体を形成しておき、一方の筒体の開口部のみを拡径することによって段差１２を形成することとしてもよく、これにより被加工対象部品の共通化が可能となる。

これらの筒体１０及び２０は、例えばＳＵＳ４３２Ｔ、ＳＵＳ４０９等のステンレス材によって板厚１ｍｍの一層に形成され、あるいは板厚０．５ｍｍで２層に形成される。筒体１０及び２０の成形方法としては、例えば金属製の平板をパンチとダイスを用いた周知のプレス加工やスピニング加工等による深絞り成形を採用することができ、筒体１０の段差１２もプレス加工等によって容易に形成できる。尚、筒体１０及び２０の断面形状は、円形に限らず、楕円形、長円形、三角形（図１９に一例を示す）や四角形（図２２に一例を示す）の多角形等、任意である。また、径や深さも任意である。

一方、加工器具については、上記筒体１０及び２０の重合部の目標断面形状と相似形の断面形状（最終密着時における重合部の断面外周形状で、例えば円形断面）の内側空間を構成する押圧部材３０が用意される。本実施形態の押圧部材３０は、図１に断面を示すように環状に形成されたダイスで、その内側空間の断面積は、筒体１０の小断面部１０ａの断面積より大で、大断面部１０ｂの断面積より小に設定されている。

而して、筒体１０及び２０を図１に示すように開口部１１及び２１が重合するように配置し、押圧部材３０を筒体１０の小断面部１０ａから大断面部１０ｂに向かって、筒体１０の軸と略平行に平行移動させれば（あるいは、筒体１０及び２０を押圧部材３０に向かって平行移動させれば）、大断面部１０ｂが中心方向に押圧される。この結果、筒体１０の大断面部１０ｂが全周に亘って中心方向に押圧され、縮径を伴って変形（塑性変形もしくは弾性変形）し、筒体１０及び２０の重合部が密着状態となる。この場合において、大断面部１０ｂのみならず筒体２０も縮径を伴って変形されても構わない。尚、開口部１１及び２１が重合するように配置することは、接触、非接触を問わずラップさせることを意味し、従って、開口部１１及び２１の一方を他方に圧入することとしてもよい。また、この場合の密着状態とは、重合部の全周の何れの位置においても、筒体１０と筒体２０との間の間隙が０．３ｍｍ以下である状態をいう。

そして、筒体１０及び２０の重合部を上記の密着状態に維持しつつ、レーザ溶接機４０が駆動され、押圧部材３０による押圧部に対し可能な限り近傍位置、例えば押圧部材３０から約１ｍｍ離隔した位置にレーザ光ＬＢが照射され、重合部が全周に亘って溶接される。このように、押圧部材３０の僅か１ｍｍ横での溶接が可能であるが、これは、溶接ビーム径及び溶接部径の何れも細く安定しているレーザ溶接であるからであり、通常のＴＩＧ／ＭＩＧ溶接ではこれほど接近した状態で溶接することは不可能である。つまり、上記の押圧とレーザ溶接との組み合わせよって、略押圧部とも言い得る押圧部に近接した位置で溶接することが可能となり、従って、溶接精度及び溶接信頼性が著しく向上することとなる。尚、レーザ溶接機４０としては、ＣＯ２レーザ、ＹＡＧレーザ等を用いたものが好ましいが、アーク溶接であるＴＩＧとＹＡＧレーザを組み合わせたＴＩＧ−ＹＡＧハイブリットレーザを用いることとしてもよい。

上記の筒体１０及び２０に対して押圧部材３０を配置する工程（Ｓ）と、筒体１０及び２０の重合部を密着状態に維持しつつ、レーザ光ＬＢを重合部に対して垂直方向から照射して溶接する工程（Ｗ）を図２に示す。また、図３の右側に、筒体１０及び２０の重合部に対して斜め方向からレーザ光ＬＢを照射して溶接する工程（Ｗ）を示すように、隅肉溶接を行うこととしてもよい。尚、筒体１０及び２０、そして溶接後の容器が長尺である場合には、筒体１０及び２０の配置時や溶接後の容器の取り出し時の移動量が大きくなり作業性が損なわれる。この場合には、図示は省略するが、押圧部材３０を筒体１０及び２０の軸心を含む平面で２分割したものとし、押圧部材３０を分割して配置及び取り出しを行うこととすれば、良好な作業性を確保することができる。

図４乃至図７は本発明の他の実施形態を示すもので、筒体１０及び２０は前述の実施形態と同様である。本実施形態においては、図４及び図５に示すように、複数のセグメント（各セグメントを代表して５０で示す）から成る押圧部材が用いられる。これらのセグメント５０は、テーパ面の外周面を有すると共に円筒状の中空部を有する環状体を、その軸を含む平面で複数個（本実施形態では８個）に分割したものである。換言すれば、これらのセグメント５０が、図５に示すように環状に配置され、後述する縮径後の内側空間の断面積が、筒体１０の小断面部１０ａの断面積より大で、大断面部１０ｂの断面積より小となるように設定されており、最終的に、筒体１０及び２０の重合部の目標断面形状と実質的に相似形の断面形状（最終密着時における重合部の断面外周形状と実質的に同じで、例えば円形断面）の内側空間が構成される。更に、各セグメント５０間には、図５に示すようにバネ（代表して５１で示す）が配設されており、各セグメント５０が拡径方向に付勢されている。尚、バネ５１を設けることなく、型側面同士が密着するように構成してもよい。また、セグメント５０の個数は８個に限定されるものではなく３個以上であればよい。

一方、セグメント５０の外側には、セグメント５０のテーパ面と摺接するテーパ面を有する環状のガイド体６０が配置される。而して、図６の配置工程（Ｓ）に示すように、シリンダ等のアクチュエータＡＣによってガイド体６０を筒体１０の軸方向（図６の左矢印方向）に相対的に移動させると、テーパ面に沿ってセグメント５０が筒体１０及び２０の中心方向に移動し、大断面部１０ｂが中心方向に押圧され、この結果、筒体１０の大断面部１０ｂが全周に亘って中心方向に押圧され、縮径を伴って変形（塑性変形もしくは弾性変形）し、筒体１０及び２０の重合部が密着状態となる。即ち、複数のセグメント５０の各々が、重合部の中心に向かって駆動されて重合部を押圧することとなる。この場合において、大断面部１０ｂのみならず筒体２０も縮径を伴って変形されても構わない。

そして、筒体１０及び２０の重合部を上記の密着状態に維持しつつ、例えばガイド体６０から約１ｍｍ離隔した位置にレーザ光ＬＢが照射され、重合部が全周に亘って溶接される。尚、上記の筒体１０及び２０に対してセグメント５０及びガイド体６０を配置する工程（Ｓ）と、筒体１０及び２０の重合部を密着状態に維持しつつ、重合部に対して垂直方向からレーザ光ＬＢを照射して溶接する工程（Ｗ）を図６に示し、筒体１０及び２０の重合部に対して斜め方向からレーザ光ＬＢを照射して隅肉溶接を行う工程（Ｗ）を図７に示す。而して、本実施形態によっても、前述の実施形態と同様、重合部が常に密着し、筒体１０と筒体２０との間の間隙が０．３ｍｍ以下の状態に維持されてレーザ溶接されるため、溶接不良のない安定したレーザ溶接を行うことができる。尚、筒体１０及び２０、そして溶接後の容器が長尺である場合には、図示は省略するが、ガイド体６０を筒体１０及び２０の軸心を含む平面で２分割したものとし、それにあわせてセグメント５０を２つのグループに分け、ガイド体６０及びセグメント５０を分割して配置及び取り出しを行うこととすれば、良好な作業性を確保することができる。

図８乃至図１０は本発明の更に他の実施形態を示すもので、筒体１０及び２０は前述の実施形態と同様である。本実施形態においては、図８及び図９に示すように、複数のセグメント（本実施形態では４個で、各セグメントを代表して７０で示す）から成る押圧部材が用いられる。これらのセグメント７０は、図９に示すように環状に配置され、縮径後の内側空間の断面積が、筒体１０の小断面部１０ａの断面積より大で、大断面部１０ｂの断面積より小となるように設定されており、最終的に、筒体１０及び２０の重合部の目標断面形状と実質的に相似形の断面形状（最終密着時における重合部の断面外周形状と実質的に同じで、例えば円形断面）の内側空間が構成される。セグメント７０の個数は４個に限定されるものではなく３個以上であればよい。

本実施形態では各セグメント７０には、これらを筒体１０の中心方向へ進退可能にするシリンダＣＹが接続されており、各シリンダＣＹを駆動させて各セグメント７０を筒体１０の中心方向に移動させると、筒体１０及び２０の中心方向に移動し、大断面部１０ｂが中心方向に押圧され、この結果、筒体１０の大断面部１０ｂが全周に亘って中心方向に押圧され、縮径を伴って変形（塑性変形もしくは弾性変形）し、筒体１０及び２０の重合部が密着状態となる。即ち、複数のセグメント７０の各々が、重合部の中心に向かって駆動されて重合部を押圧することとなる。この場合において、大断面部１０ｂのみならず筒体２０も縮径を伴って変形されても構わない。

そして、筒体１０及び２０の重合部を上記の密着状態に維持しつつ、例えば図１０の溶接工程（Ｗ）に示すように、筒体１０及び２０の重合部に対して斜め方向からレーザ光ＬＢが照射され、全周に亘って重合部の隅肉溶接が行われる。而して、本実施形態によっても、前述の実施形態と同様、重合部が常に密着し、筒体１０と筒体２０との間の間隙が０．３ｍｍ以下の状態に維持されてレーザ溶接されるため、溶接不良のない安定したレーザ溶接を行うことができる。

図１１は、一対の押圧部材３１及び３２を用いて筒体１０及び２０の重合部を全周に亘って中心方向に押圧した状態で、重合部をレーザ溶接することしたものである。これによれば、図１乃至図３の実施形態に比べ、更に重合部の密着性が高まるので、一層安定したレーザ溶接を行なうことができる。尚、図示は省略するが、図４乃至図７の実施形態及び図８乃至図１０の実施形態に対しても、第２のセグメント（図示せず）を用いて、上記と同様に筒体１０及び２０の重合部を全周に亘って中心方向に押圧することとしてもよい。

図１２は、筒体１０及び２０の重合部の外周面が筒体１０及び２０の本体部と略面一となるように、開口部１３及び２３（重合部）をレーザ溶接して製造した容器を示すものである。このような容器は、前述の押圧部材やセグメントの押圧力や押圧量を適宜設定し、あるいは前述の押圧部材やセグメントの径を適宜設定して重合部を押圧することによって、段差が生じないように調整して製造することができる。

図１３は、上記の実施形態に係る容器の製造方法を、内蔵物を有する排気消音器ＭＦの外筒の製造に適用した例を示すもので、前述の筒体１０及び２０によって外筒が形成されている。尚、この排気消音器ＭＦの製造方法を説明すると、先ず、隔壁ＳＰにインレットパイプＩＰ及びアウトレットパイプＯＰを挿通し周知のカシメ接合により一本化してサブアッセンブリとする。次に、このサブアッセンブリを筒体１０の開口部１１から挿入し、インレットパイプＩＰの先端部を筒体１０の底部に貫入し、隔壁ＳＰと筒体１０とをスポット溶接で固着する。そして、筒体２０の開口部２１を筒体１０の開口部１１に対向配置して挿入し、アウトレットパイプＯＰの先端部を筒体２０の底部に貫入する。この後、前述の実施形態のように押圧部材又はセグメントを用いて重合部を密着状態とし、押圧部近傍にレーザ光を照射して溶接し一体的に接合する。これにより、気密性及び生産性に優れる排気消音器が得られる。尚、開口部１１及び２１の重合部と隔壁ＳＰとの位置を一致させて溶接することとしてもよい。つまり、３つの部材を同時に溶接することとしてもよい。

図１４乃至図１６は本発明の別の実施形態に係り、筒体１００の一方の開口部に、排気浄化部ＥＸの（触媒担体を収容保持する）筒体２１０を接続し、筒体１００の他方の開口部に端板２２０を接続して閉塞する排気浄化装置に適用したものである。筒体１００と排気浄化部ＥＸの筒体２１０との接続部、及び筒体１００と端板２２０の接続部における重合部の押圧（密着）及びレーザ溶接は、図１４に示すように、セグメント５００の長手方向内面に２箇所の押圧部５１０及び５２０を設け、その外面に長尺のガイド体６００を配置することによって、前述の図４乃至図７の実施形態におけるセグメント５０及びガイド体６０による密着状態と同様の状態とすることができる。而して、このセグメント５００によれば、２箇所の重合部を一工程で同時に密着させることができる。

特に、図１４に示す筒体１００と端板２２０の接合状況、及び図１５に示す筒体１００の開口部１０１と端板２２０のフランジ部２２１とのレーザ溶接状況は、有底筒体の開口部に対し、これを閉塞する端板を重合し、その重合部をレーザ溶接する容器の製造方法の一態様を示している。このようにして製造された排気浄化装置の一例を図１６に示す。尚、本実施形態では、端板２２０を筒体１００の開口部に挿入嵌合することとしているのに対し、図示は省略するが、逆に筒体１００の開口部を端板２２０（のフランジ部）に挿入する構成してもよい。

図１７乃至図１９は、上記図１４乃至図１６において両端が閉塞される筒体１００の本体部（一般部）の断面形状の例である。即ち、図１７に示すように金属性の板材を略円断面に曲げ、突き合わせ部を溶接やカシメ加工等により接合したもの（１１０）、図１８に示すように板材を複数巻回して接合したもの（１２０）、図１９に示すように板材を略三角形断面に形成したもの（１３０）等を用いることができる。また、重合部の形状も任意であり、重合部の形状に応じて、押圧部材（ダイス）及びセグメントの形状を適宜設定すればよい。

図２０及び図２１は、被溶接物(筒体１０及び２０)をレーザ溶接機４０に対して、３次元的に移動及び回転自在に支持する溶接位置決め装置（ポジショナ）９０を用いて、前述の方法で容器を製造する実施形態を示すものである。先ず、開口部にフランジ部が形成された筒体１０をクランプ部材９１（セグメント兼用）及び受け部材９２間に配置する。次に、筒体２０の開口部を筒体１０の開口部に挿入し、シリンダＣＹを駆動して、押さえ部材８０とポジショナ９０との間で両筒体を筒体の軸方向に挟持する。次に、アクチュエータ（シリンダ）ＡＣを駆動しガイド体６０を移動させると、クランプ部材９１が筒体１０の中心方向に移動し、重合部が全周に亘って筒体１０の中心方向に押圧され、縮径を伴って変形し、重合部は全周に亘って密着状態となる。このとき、一方(図の左側)の筒体の軸方向一般外面が、クランプ部材９１によって外方から締め付けられ径方向に強固に保持される。次に、クランプ部材９１、受け部材９２、アクチュエータＡＣ及びガイド体６０を一体的に筒体１０の軸を回転軸として回転させ、筒体１０及び２０全体を回転させる。そして、レーザ溶接機４０からレーザ光を重合部の押圧部位の近傍に照射して筒体１０及び２０を接合する。

図２１の下方に示すように、更に、ポジショナ９０の回転軸に対して直交する回転軸を中心に回転可能とすれば、ロボット装置によるレーザ溶接機４０の駆動と相俟って、一層効率的に溶接作業を行うことができる。また、図示は省略するが、クランプ部材９１とセグメントを分離して各々にガイド体６０を設けて移動させてもよい。更に、筒体１０及び２０とポジショナ９０を回転しないように固定し、レーザ溶接機４０を筒体１０及び２０の周りに回転させて溶接することとしてもよく、要は、筒体１０及び２０とレーザ溶接機４０とは相対的に回転させればよい。尚、図示は省略するが、テンション方式（重合部外周にバンドを巻き締めして密着させる方法）によって重合部の密着状態を確保することとしてもよい。

図２２は、本発明の更に別の実施形態に係り、筒体１０及び２０の重合部の目標断面形状が、略平面部と曲面部を周方向に交互に有する略四角断面であるときの容器の製造方法を示す。このように筒体１０及び２０の重合部の断面形状が多角形で、略平面部１０ｐ及び２０ｐ（断面四角形の場合には四箇所の一般面）と曲面部１０ｃ及び２０ｃ（断面四角形の場合には四箇所のコーナ）を周方向に交互に有する場合には、曲面部１０ｃ及び２０ｃ（コーナ）に比べて略平面部１０ｐ及び２０ｐ（一般面）の方が目標断面形状に維持され難い。これは、例えば金属製の平板をパンチとダイスを用いた周知の絞り加工によって加工する場合には、スプリングバック等の影響により略平面部１０ｐ及び２０ｐが外側へ開いてしまい、筒体１０と筒体２０との間に空隙が形成されることがあるからである。尚、略平面部１０ｐ及び２０ｐと曲面部１０ｃ及び２０ｃは、断面の曲率半径の大小で区別でき、曲率半径が大きい断面の前者の方が、曲率半径が小さい後者より面剛性が低く、目標断面形状に維持され難い。従って、このような場合には、以下の方法によって、筒体１０及び２０の開口部（重合部）を密着状態に保持するとよい。

先ず、図２２に示すように、一方の押圧部材３００には複数のセグメント（本実施形態では３１０、３２１及び３２２の３個）が固着されると共に、これに対向する他方の押圧部材４００にも複数のセグメント（本実施形態では４１０、４２１及び４２２の３個）が固着されており、これらのセグメント３１０等によって筒体１０及び２０の重合部の目標断面形状と相似形の断面形状の内側空間（但し、コーナは開放）が構成されている。そして、例えばシリンダＣＹ によって押圧部材３００及び４００が駆動されると、これらのセグメント３１０等によって筒体１０及び２０の略平面部１０ｐ及び２０ｐのみが中心方向に直接押圧されるように構成されている。尚、押圧部材３００及び４００の押圧方法としては、前述の図２、図６及び図９に示した何れの方法を用いることとしてもよい。また、各押圧部材のセグメントの個数は３個に限定されるものではなく４個以上であってもよい。

この結果、図２２の上下方向に配置されたセグメント３１０及び４１０によって図２２の上下の略平面部１０ｐ及び２０ｐが中心方向に押圧され、図２２の左右方向に配置されたセグメント３２１及び３２２とセグメント４２１及び４２２によって図２２の左右の略平面部１０ｐ及び２０ｐが中心方向に押圧される。このように筒体１０及び２０の四つの略平面部が直接押圧されることにより、縮径を伴って変形（塑性変形もしくは弾性変形）し、筒体１０及び２０（の重合部）が全周に亘り密着状態となる。そして、筒体１０及び２０の重合部を密着状態に維持しつつ、前述と同様の方法でレーザ溶接が行われる。

図２３乃至図２５は、内蔵物を有する排気消音器の製造方法の別の実施形態を示すもので、先ず、一対の端板２２１及び２２２が所定距離を隔てて並設され、両者間に隔壁ＳＰが配置される。そして、これらに対しインレットパイプＩＰ及びアウトレットパイプＯＰが挿通され、周知のカシメ接合にて一体化されてサブアッセンブリとされる。次に、端板２２１及び２２２並びに隔壁ＳＰに対し、例えばレーザスポット溶接により金属板ＭＳが固定される（図２３に溶接部をＳＷで示す）。この状態から、端板２２１及び２２２並びに隔壁ＳＰの外周に金属板ＭＳが巻回され、軸方向の全長に亘って、図２４に示すように側端面が衝合され（衝合部ＣＮ）、あるいは図２５に示すように側端部１１１が重合されて筒体１１０が形成される。そして、衝合部ＣＮあるいは重合部１１１に対し、軸方向の全長に亘ってレーザ溶接され、あるいは軸方向に所定間隔毎にスポット溶接が行われる。この結果、図２４又は図２５に示すように筒体１１０が形成され、この状態で金属板ＭＳ（筒体１１０）と端板２２１及び２２２との重合部が前述の押圧部材により密着状態に維持されつつ、重合部に対して垂直あるいは斜め方向からレーザ光が照射され、レーザ溶接が行われる。尚、金属板ＭＳと端板２２１及び２２２並びに隔壁ＳＰを同時に溶接してもよい。

本実施形態によれば、消音器の外筒が長尺あるいは大径で、例えば図１３に示す排気消音器ＭＦのように製造することが困難である場合にも、容易に製造することができる。また、端板２２１及び２２２を芯金として金属板ＭＳを巻回する段階で、金属板ＭＳ（筒体１１０、即ち排気消音器の外筒）と端板２２１及び２２２との重合部の隙間がある程度詰められるので、重合部の密着性が一層向上する。特に、排気消音器が図１９や図２２のような多角形断面や、楕円等の複数の曲率からなる円弧断面を有する場合に有効である。即ち、本実施形態によれば、前述の重合部の空隙の形成を抑えることができるだけではなく、一対の端板間の曲面部（コーナ）の位置決めが容易となる。尚、図１８に示すように板材を複数巻回して接合したもの（１２０）、図１９に示すように板材を略三角形断面に形成したもの（１３０）等を用いることもできる。また、金属板ＭＳと端板２２１及び２２２並びに隔壁ＳＰとの重合部の形状も任意であり、重合部の形状に応じて、押圧部材及びセグメントの形状を適宜設定すればよい。

而して、何れの実施形態においても、筒体の単品精度が不均一でも、重合部の間隙が０．３ｍｍ以下の状態に維持されてレーザ溶接が行われるので、溶接不良が生じにくく安定したレーザ溶接を行なうことができる。従って、気密性に優れた排気消音器を、良好な生産性を以って製造することができる。更に、本発明は、排気消音器の外筒以外に、触媒担体やディーゼルパティキュレートフィルタを内蔵する排気浄化装置の外筒や、自動車の排気系に搭載されるＥＧＲ（排気再循環）クーラの外筒や、熱交換器等の外筒やアキュムレータ等の製造に適用可能であるし、燃料電池（ＦＣ）の排気系はじめ各種補助装置の容器にも適用可能である。もちろん、自動車部品に限らず、広範な用途の容器の製造に適用可能である。

本発明の一実施形態における容器の製造方法によって、一対の有底筒体から成る金属製容器の製造状況を示す断面図である。 本発明の一実施形態における容器の製造方法によって、一対の有底筒体の重合部に対し垂直方向からレーザ光を照射して溶接する状態を示す断面図である。 本発明の一実施形態における容器の製造方法によって、一対の有底筒体の重合部に対し斜め方向からレーザ光を照射して隅肉溶接を行う状態を示す断面図である。 本発明の他の実施形態において、一対の有底筒体の重合部に対する押圧状況を示す断面図である。 本発明の他の実施形態において、一対の有底筒体の重合部に対する密着状況を示す正断面図である。 本発明の他の実施形態における容器の製造方法によって、一対の有底筒体の重合部に対し垂直方向からレーザ光を照射して溶接する状態を示す断面図である。 本発明の他の実施形態における容器の製造方法によって、一対の有底筒体の重合部に対し斜め方向からレーザ光を照射して隅肉溶接を行う状態を示す断面図である。 本発明の更に他の実施形態において、一対の有底筒体の重合部に対する押圧状況を示す断面図である。 本発明の更に他の実施形態において、一対の有底筒体の重合部に対する密着状況を示す正断面図である。 本発明の更に他の実施形態における容器の製造方法によって、一対の有底筒体の重合部に対し斜め方向からレーザ光を照射して隅肉溶接を行う状態を示す断面図である。 本発明の容器の製造方法によって、一対の押圧部材を用いて一対の有底筒体の重合部を全周に亘って中心方向に押圧した状態で、重合部をレーザ溶接する実施形態を示す断面図である。 本発明の容器の製造方法によって、一対の有底筒体の重合部の外周面が本体部と略面一となるようにレーザ溶接して製造した容器を示す断面図である。 本発明の容器の製造方法を、内蔵物を有する排気消音器の外筒の製造に適用した例を示す排気消音器の断面図である。 本発明の別の実施形態に係り、筒体一方の開口部に筒体を接続し、他方の開口部に端板を接続して閉塞する排気浄化装置の製造状況を示す断面図である。 本発明の別の実施形態における筒体の開口部と端板のフランジ部とのレーザ溶接状況を示す断面図である。 本発明の別の実施形態の製造方法によって製造された排気浄化装置の一例を示す断面図である。 本発明の別の実施形態に供される両端が閉塞される筒体の本体部の断面形状の一例を示す正断面図である。 本発明の別の実施形態に供される両端が閉塞される筒体の本体部の断面形状の他の例を示す正断面図である。 本発明の別の実施形態に供される両端が閉塞される筒体の本体部の断面形状の更に他の例を示す正断面図である。 被溶接物をレーザ溶接機に対して３次元的に移動及び回転自在に支持する溶接位置決め装置を用いて、容器を製造する実施形態を示す一部断面図である。 被溶接物をレーザ溶接機に対して３次元的に移動及び回転自在に支持する溶接位置決め装置を用いて、容器を製造する実施形態に係る装置を示す斜視図である。 本発明の更に別の実施形態において、一対の有底筒体の重合部の目標断面形状が略四角断面であるときの密着状況を示す正断面図である。 本発明の容器の製造方法を、内蔵物を有する排気消音器の外筒の製造に適用した他の例の組み付け状態を示す斜視図である。 図２３に示す方法により、端板並びに隔壁の外周に金属板が巻回され、軸方向の全長に亘って側端面が衝合されて筒体が形成された状態を示す側面図である。 図２３に示す方法により、端板並びに隔壁の外周に金属板が巻回され、軸方向の全長に亘って側端部が重合されて筒体が形成された状態を示す側面図である。

符号の説明

１０ 筒体
２０ 筒体
１１ 開口部
２１ 開口部
３０ 押圧部材
４０ レーザ溶接機
５０ セグメント
６０ ガイド体
７０ セグメント
８０ 押さえ部材
９０ 溶接位置決め装置（ポジショナ）
１００，１１０ 筒体
２１０ 筒体
２２０，２２１，２２２ 端板
３００，４００ 押圧部材
３１０，３２１，３２２ セグメント
４１０，４２１，４２２ セグメント
ＬＢ レーザ光
ＭＳ 金属板

Claims (11)

1. 開口部を有する少なくとも一つの部材を含み金属製容器を構成する複数の部材を重合して、前記開口部周りに環状の重合部を形成し、該重合部をレーザ溶接して容器を形成するレーザ溶接による容器の製造方法において、前記重合部の外側から前記開口部の中心に向かって、前記重合部の目標断面形状と相似形の断面形状の内側空間を構成する押圧部材によって、前記重合部の略全周に亘り中心方向に押圧し、前記重合部を密着状態に維持しつつ、前記重合部をレーザ溶接して前記複数の部材を一体的に接合することを特徴とするレーザ溶接による容器の製造方法。
2. 前記押圧部材が複数のセグメントを備え、該複数のセグメントによって、前記重合部の目標断面形状と実質的に相似形の断面形状の内側空間を構成することを特徴とする請求項１記載のレーザ溶接による容器の製造方法。
3. 前記重合部の目標断面形状が、略平面部と曲面部を周方向に交互に有し、前記複数のセグメントが前記略平面部のみを中心方向に直接押圧することを特徴とする請求項２記載のレーザ溶接による容器の製造方法。
4. 前記複数の部材のうちの前記重合部の最外側を構成する部材の、本体部から開口部に向かって、小断面部から大断面部に至る環状段差を形成し、前記押圧部材の内側空間の断面積を、前記小断面部の断面積より大で前記大断面部の断面積より小に設定し、前記押圧部材を前記小断面部から前記大断面部に向かって相対的に平行移動させて、少なくとも前記大断面部を中心方向に押圧することを特徴とする請求項１乃至３の何れかに記載のレーザ溶接による容器の製造方法。
5. 前記複数のセグメントの各々を、前記重合部の中心に向かって駆動して前記重合部を押圧することを特徴とする請求項２又は３に記載のレーザ溶接による容器の製造方法。
6. 一対の前記押圧部材によって、前記重合部のレーザ溶接部を中心に軸方向の両側を押圧した状態で、前記重合部をレーザ溶接することを特徴とする請求項１乃至５の何れかに記載のレーザ溶接による容器の製造方法。
7. 前記複数の部材が一対の有底筒体から成り、夫々の開口部を重合して重合部をレーザ溶接することを特徴とする請求項１乃至６の何れかに記載のレーザ溶接による容器の製造方法。
8. 前記複数の部材が、有底筒体と、該有底筒体の開口部を閉塞する端板から成り、当該有底筒体の開口部に前記端板を重合して重合部をレーザ溶接することを特徴とする請求項１乃至７の何れかに記載のレーザ溶接による容器の製造方法。
9. 所定距離を隔てて並設した少なくとも一対の端板の外周に金属板を巻回し、該金属板の巻回後の側端面を衝合又は重合して筒体を形成し、該筒体の前記金属板衝合部又は重合部をレーザ溶接した後、前記筒体の外側から前記筒体の中心に向かって、前記筒体の目標断面形状と相似形の断面形状の内側空間を構成する押圧部材によって、前記筒体の略全周に亘り中心方向に押圧し、前記筒体と前記端板を密着状態に維持しつつ、前記筒体と前記端板との重合部をレーザ溶接して前記筒体と前記端板を一体的に接合することを特徴とするレーザ溶接による容器の製造方法。
10. 前記押圧部材が複数のセグメントを備え、該複数のセグメントによって、前記筒体の目標断面形状と実質的に相似形の断面形状の内側空間を構成することを特徴とする請求項９記載のレーザ溶接による容器の製造方法。
11. 前記筒体の目標断面形状が、略平面部と曲面部を周方向に交互に有し、前記複数のセグメントが前記略平面部のみを中心方向に押圧することを特徴とする請求項１０記載のレーザ溶接による容器の製造方法。
    
    

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