JP2022045419A - 溶接治具、レーザ溶接装置および溶接アッセンブリの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】レーザ溶接を良好な品質で実施できる溶接治具および溶接アッセンブリの製造方法を提供する。
【解決手段】溶接治具１０は、上治具１０ａと下治具１０ｂとを含む。上治具１０ａには複数の溶接用開口１０ａ１、１０ａ２が設けられる。溶接治具１０には、上側ワーク保持部１２ａと下側ワーク保持部１２ｂと「シールドガス流路」とが設けられている。「シールドガス流路」は、溶接治具１０においてシールドガスＧ１の通り道となる部位である。「シールドガス流路」は、シールドガス入口１０ｂ１、１０ｂ２と下側ガス流通溝１３ｂと隙間ｈ１と上側ガス流通溝１３ａと溶接用開口１０ａ１、１０ａ２とで構築される。
【選択図】図１

Description

本開示は、溶接治具、レーザ溶接装置および溶接アッセンブリの製造方法に関する。

特開平７－６８３９７号公報に記載されているように、シールドガス雰囲気において溶接部にレーザを照射する技術がある。この技術では、減圧室の上面から溶接部へレーザ光を照射し、減圧室の一側面からシールドガスを導入している。シールドガスを用いることで良好な品質のレーザ溶接を得やすい利点がある。

レーザ溶接が施されるワークには様々なものがある。ワークの一例には、燃料電池セパレータも含まれる。一例として、特開２０１５－１３８７４５号公報には、燃料電池部品であるセパレータをエネルギー線で溶接する技術が記載されている。この公報の技術は、金属セパレータの外周およびマニホールド部をエネルギー線の照射によって溶接している。

特開平７－６８３９７号公報 特開２０１５－１３８７４５号公報

上記引用文献の技術では、ある程度の容積を持つ減圧室に、一方向からシールドガスを送り込んでいる。しかしながら、この技術では、少ない濃度ムラでシールドガスを溶接部へと届けにくい。減圧室内でシールドガスの濃度が不均一となると、濃度ムラが溶接品質を低下させるおそれがある。

本開示は、レーザ溶接を良好な品質で実施できる溶接治具、レーザ溶接装置および溶接アッセンブリの製造方法を提供する。

溶接治具の一態様は、ワークの溶接部を露出させる溶接用開口と、前記溶接用開口のまわりに設けられ前記ワークに接するワーク保持部と、一の側が前記ワーク保持部を貫いて前記溶接用開口に達し他の側からシールドガス供給装置からのシールドガスを受け入れることで前記シールドガスを前記溶接用開口にみちびくシールドガス流路と、が設けられたものである。

レーザ溶接装置の一態様は、レーザ照射装置と、シールドガス供給装置と、溶接されるべきワークを保持する溶接治具と、を備え、前記溶接治具には、前記レーザ照射装置のレーザ光を受け入れる溶接用開口と、前記溶接用開口のまわりに設けられたワーク保持部と、一の側が前記ワーク保持部を貫いて前記溶接用開口に達し他の側から前記シールドガス供給装置からのシールドガスを受け入れることで前記シールドガスを前記溶接用開口にみちびくシールドガス流路と、が設けられる。

溶接アッセンブリの製造方法の一態様は、溶接治具によりワークを保持し前記溶接治具に設けた溶接開口から前記ワークの溶接部を露出させる段階と、前記溶接治具に設けたシールドガス流路を介してシールドガス供給装置から前記溶接用開口にシールドガスをみちびくとともに前記溶接用開口から溶接レーザ光を前記溶接部に当てる段階と、を備える。

溶接用開口へ達するシールドガス流路が溶接治具に設けられるので、シールドガス流路でレーザ光を遮らずにシールドガスを溶接部へと導きやすい。このため良好な溶接品質を得やすい利点がある。

実施の形態のレーザ溶接装置、溶接用治具装置および溶接治具の構成を表す正面図である。 実施の形態の溶接用治具装置および溶接治具の構成を表す斜視図である。 実施の形態の溶接用治具装置および溶接治具の構成を表す平面図である。 図３のＰ－Ｐ線に沿う断面を表す断面図である。 実施の形態の溶接用治具装置が持つベースの構成を表す斜視図である。 図３のＡ－Ａ線に沿う断面を表す斜視断面図である。 図６のＱ部を拡大した斜視断面図である。 実施の形態の溶接治具が備える下治具の構成を表す斜視図である。 図３のＢ－Ｂ線に沿う断面を表す斜視断面図である。 シール部材の近傍位置における溶接治具の断面を表す斜視断面図である。

実施の形態において、いくつかの図には、三次元直交座標系を構築するＸＹＺ座標軸が図示される。ＸＹＺ座標軸は、実施の形態の構成を説明しやすくするために導入される便宜上のものである。Ｚ軸方向は、溶接治具１０およびワーク６の高さ方向あるいは厚さ方向に対応しており、以下便宜上「高さ方向ｚ」あるいは「厚さ方向ｚ」とも称する。Ｘ軸とＹ軸とで構成されるＸＹ平面が、溶接治具１０およびワーク６の各々の主面と平行であるものとする。Ｘ軸方向とＹ軸方向は、溶接治具１０およびワーク６の「面方向」に対応する。実施の形態では、一例として溶接治具１０およびワーク６が矩形（具体的には長方形）である。溶接治具１０およびワーク６それぞれが持つ二つの長辺がＸ軸と平行であり、溶接治具１０およびワーク６それぞれが持つ二つの短辺がＹ軸と平行である。

図１は、実施の形態のレーザ溶接装置１、溶接用治具装置８および溶接治具１０の構成を表す正面図である。レーザ溶接装置１は、レーザ照射装置２とシールドガス供給装置４と溶接用治具装置８とを備える。図２は溶接用治具装置８および溶接治具１０の構成を表す斜視図であり、図３はその平面図である。図４は図３のＰ－Ｐ線に沿う断面図である。

溶接用治具装置８は、溶接治具１０とクランプ機構２０とベース２２とを備える。溶接治具１０は、上治具１０ａと下治具１０ｂとを含む。図１と図３にそれぞれ示すように、溶接治具１０はワーク６を保持する。ワーク６は二枚のワークプレートを重ねたものである。二枚のワークプレートは、後述する図７の上ワーク６ａおよび下ワーク６ｂである。実施の形態では、一例として、ワーク６が燃料電池セパレータであるものとする。複数の燃料電池セパレータを重ね合わせて溶接することで、燃料電池セパレータの強度およびシール性を確保できる。ワーク６は金属製でもよい。

図１に示すレーザ照射装置２は、溶接用のレーザ光ＬＢをワーク６へと照射する。レーザ照射装置２の具体的構成に限定はないが、一例としてガルバノスキャナ方式のレーザ照射装置であってもよい。ガルバノスキャナ方式は、レーザ発振器からのレーザ光を複数のガルバノミラー（図示せず）で反射させつつ集光レンズで集光する。ガルバノスキャナ方式は、ガルバノミラーの制御によりレーザ光ＬＢの照射方向や位置を変化させる。ガルバノスキャナ方式は高速加工が可能であるという利点をもつ。

図１に示すシールドガス供給装置４は、溶接加工時にシールドガスＧ１を供給する。シールドガスの種類に限定はない。シールドガスは、例えばアルゴンガス、ヘリウムガス、または窒素ガスを含んでもよい。シールドガスＧ１を使用することで、溶接時にスラグとよばれる溶融金属の酸化物が生成されることを抑制できる。スラグが溶融部に巻き込まれないようにすることで、溶接強度の低下などを抑制できる。

クランプ機構２０は、上治具１０ａと下治具１０ｂとでワーク６を挟み込む。上下からワーク６を密着保持することで、レーザ溶接の際にブローホールやピット等の溶接欠陥が防止される。

図２に示すように、上治具１０ａには複数の溶接用開口１０ａ１、１０ａ２が設けられる。各々の溶接用開口１０ａ１、１０ａ２は、ワーク６の溶接部ＷＰ（図７参照）を露出させる。溶接用開口１０ａ１、１０ａ２から露出した溶接部ＷＰに、図１のレーザ光ＬＢが照射される。

溶接治具１０を構成する上治具１０ａと下治具１０ｂは、それぞれ平らな板形状を持つ。上治具１０ａと下治具１０ｂのそれぞれは、一例として金属製でもよいし、金属以外の材料で構築されてもよい。

図３の平面視から把握されるように、実施の形態では、各々の溶接用開口１０ａ１、１０ａ２が、ＸＹ平面と平行に上治具１０ａの面方向をのびるスリット状の溶接用開口とされる。具体的には、上治具１０ａには、各々がＣ字にのびる６個の溶接用開口１０ａ２と、この複数の溶接用開口１０ａ２をかこむようにそれらの外側をのびる２つの溶接用開口１０ａ１とが設けられる。溶接用開口１０ａ２は、ワーク６におけるワーク開口部（燃料電池マニホールド）の内周縁に沿ってのびている。各々の溶接用開口１０ａ１、１０ａ２は、上治具１０ａを厚さ方向ｚに貫通している。

図４の断面図から把握されるように、下治具１０ｂは、シールドガス入口１０ｂ１、１０ｂ２を備えている。シールドガス入口１０ｂ１、１０ｂ２は、図３の平面視において溶接用開口１０ａ１、１０ａ２と重なるようにのびている。シールドガス入口１０ｂ１は溶接用開口１０ａ１に重なるようにのびていて、その一方で、シールドガス入口１０ｂ２は溶接用開口１０ａ２に重なるようにのびている。シールドガス入口１０ｂ１、１０ｂ２の構成は後ほど図８を用いて説明する。

図５はベース２２の表面構造を表す斜視図である。ベース２２には、ワーク６を挟み込んだ状態の上治具１０ａおよび下治具１０ｂが載せられる。ベース２２は、凹部２２ａと複数の貫通開口２２ｂとを備える。凹部２２ａは、ベース２２の中央領域において面方向（ＸＹ平面上）にひろがりを有する。凹部２２ａは、溶接治具１０よりもひとまわり小さく設けられている。各々の貫通開口２２ｂは、ベース２２を厚さ方向ｚに貫通している。複数の貫通開口２２ｂは、凹部２２ａの底部に等間隔で並べられている。

図６～図１０を用いて溶接治具１０の断面構造を説明する。図６は、図３のＡ－Ａ線に沿う断面を表す斜視断面図である。図６には、上治具１０ａが持つ溶接用開口１０ａ１、１０ａ２と、下治具１０ｂが持つシールドガス入口１０ｂ１、１０ｂ２と、ベース２２が持つ複数の貫通開口２２ｂと、が図示されている。シールドガス供給装置４からのシールドガスＧ１が、複数の貫通開口２２ｂを通って下治具１０ｂの直下に導かれる。シールドガスＧ１は、下治具１０ｂのシールドガス入口１０ｂ１、１０ｂ２へと流入する。

ワーク６は、図６の断面図で示されるようにワーク外周端面６ｃとワーク開口端面６ｄとを備える。実施の形態ではワーク６が燃料電池セパレータである。ワーク６は、燃料電池用マニホールドとしてのワーク開口部を備えている。ワーク開口部は、ワーク６を厚さ方向ｚに貫通する。このワーク開口部の内周端面が、ワーク開口端面６ｄである。シールドガスＧ１はベース２２の貫通開口２２ｂを通じて下治具１０ｂの下方へ流れ込む。下治具１０ｂの下方のシールドガスＧ１は、さらにシールドガス入口１０ｂ１、１０ｂ２へと流入する。

図７は、図６のＱ部を拡大した斜視断面図である。ワーク開口端面６ｄの付近の部位は、「ワーク開口部の内周縁」である。溶接用開口１０ａ２は、このワーク開口部の内周縁を溶接部ＷＰとして露出させている。溶接治具１０は、シールドガス流路および溶接用開口１０ａ２を経由して内周縁の近傍へとシールドガスＧ１をみちびくように構築される。図７に示すように、ワーク６は、溶接で接続されるべき上ワーク６ａおよび下ワーク６ｂが重ねられたものである。

上治具１０ａは、内表面１１ａと、溶接用開口１０ａ２と、上側ワーク保持部１２ａを備える。上側ワーク保持部１２ａは、ワーク６の側を向く内表面１１ａに設けられる。上側ワーク保持部１２ａは、溶接用開口１０ａ２の縁に沿ってのびつつ、ワーク６の側へ凸となる。おなじく図７に示すように、下治具１０ｂは、内表面１１ｂと、シールドガス入口１０ｂ２と、下側ワーク保持部１２ｂと、を備える。下側ワーク保持部１２ｂは、ワーク６の側を向く内表面１１ｂに設けられていて、且つシールドガス入口１０ｂ２の隣に設けられる。下側ワーク保持部１２ｂは、ワーク６の側へ凸となる。下側ワーク保持部１２ｂは、上側ワーク保持部１２ａとともにワーク６を挟む。

図７に示すように、上治具１０ａには、上側ガス流通溝１３ａが設けられている。下治具１０ｂには、下側ガス流通溝１３ｂが設けられている。下側ガス流通溝１３ｂと隙間ｈ１と上側ガス流通溝１３ａとが互いにつながっており、これらの構成が「シールドガス流路」を構築している。このシールドガス流路は、図７の矢印に沿ってシールドガスＧ１を流す流路となる。具体的には、上側ガス流通溝１３ａにおける一の側が、上側ワーク保持部１２ａを貫いて溶接用開口１０ａ２に達する。上側ガス流通溝１３ａにおける他の側で、シールドガスＧ１を受け入れることができる。下側ガス流通溝１３ｂは、シールドガス入口１０ｂ２から下側ワーク保持部１２ｂを貫いてワーク６の端面付近に達する。この端面付近で上側ガス流通溝１３ａへシールドガスＧ１を受け渡すように下側ガス流通溝１３ｂが構築される。上側ガス流通溝１３ａと下側ガス流通溝１３ｂは、上治具１０ａおよび下治具１０ｂそれぞれの面方向にひろがり（つまり幅および長さ）を有している。溶接治具１０の平面視において、上側ガス流通溝１３ａと下側ガス流通溝１３ｂとが重なる位置に設けられていて、両者のひろがりの大きさも同じとされている。

なお、図６における溶接用開口１０ａ１とシールドガス入口１０ｂ１とが重なる部位にも、上記図７のＱ部拡大部分と同様に、上側ワーク保持部１２ａと下側ワーク保持部１２ｂと隙間ｈ１と上側ガス流通溝１３ａと下側ガス流通溝１３ｂとが設けられる。これにより、ワーク外周端面６ｃの付近においても、Ｑ部拡大部分と同様に、シールドガスＧ１をシールドガス入口１０ｂ１から溶接用開口１０ａ１へと伝達することができる。なお、これは後述の図９に示すＢ－Ｂ断面でも把握される。

以上説明したように、実施形態の溶接治具１０には、上側ワーク保持部１２ａと下側ワーク保持部１２ｂと「シールドガス流路」とが設けられている。上側ワーク保持部１２ａと下側ワーク保持部１２ｂは、ワーク６をその表裏面から挟み込むことでワーク６を保持する。上側ワーク保持部１２ａは、溶接用開口１０ａ１、１０ａ２のまわりに設けられる。「シールドガス流路」は、溶接治具１０においてシールドガスＧ１の通り道となる部位である。実施の形態の「シールドガス流路」は、シールドガス入口１０ｂ１、１０ｂ２と下側ガス流通溝１３ｂと隙間ｈ１と上側ガス流通溝１３ａと溶接用開口１０ａ１、１０ａ２とで構築される。シールドガス流路における一の側は、上側ワーク保持部１２ａを貫いて溶接用開口１０ａ１、１０ａ２に達する。シールドガス流路における他の側は、シールドガス供給装置４からのシールドガスＧ１を受け入れる。これによりシールドガス流路は、シールドガスＧ１を溶接用開口１０ａ１、１０ａ２にみちびくことができる。

ここで、隙間ｈ１の構造を説明する。図７に示すように、ワーク６を内側に挟むように上治具１０ａと下治具１０ｂとが重ねられたとき、上側ガス流通溝１３ａと下側ガス流通溝１３ｂとが隙間ｈ１を介して連通する。実施の形態では、上治具１０ａにおける内表面１１ａの中央領域全体において、上側ワーク保持部１２ａの凸を除く部位が全体的に凹んでいる。さらに、下治具１０ｂにおける内表面１１ｂの中央領域全体において、下側ワーク保持部１２ｂの凸を除く部位が全体的に凹んでいる。これらの各々の内表面１１ａ、１１ｂの中央領域の凹みが向かい合わせでつながることで、面方向のひろがりを持つ隙間ｈ１が溶接治具１０の中央領域に構築されている。ｙ軸方向に視ると、溶接用開口１０ａ２をその両側から上側ワーク保持部１２ａが挟んでいて、さらに上側ワーク保持部１２ａの両外側で内表面１１ａが凹んでいる。ｙ軸方向に沿ってみた場合にシールドガス入口１０ｂ２をその両側から下側ワーク保持部１２ｂが挟んでいる。さらに下側ワーク保持部１２ｂの両外側で内表面１１ｂが凹んでいる。隙間ｈ１は、厚さ方向ｚに高さを持ち且つｘｙ平面方向にひろがりを持つ。隙間ｈ１の厚さ方向寸法（つまり隙間ｈ１の高さ）は、複数の平面体ワーク６を重ね合わせた合計厚さよりも大きい。したがって、隙間ｈ１の流路径は、上側ガス流通溝１３ａの流路径よりも大きい。

図８は、実施の形態の溶接治具１０が備える下治具１０ｂの構成を表す斜視図である。シールドガス入口１０ｂ１、１０ｂ２は、厚さ方向ｚに下治具１０ｂを貫通しており、ワーク６を下治具１０ｂの下方へと露出させる。下側ワーク保持部１２ｂは、図８の斜視図に表されるように四角環状にのびている。なお、上側ワーク保持部１２ａは、図３の平面視において溶接用開口１０ａ２のＣ字形状のまわりを縁取るようにのびていてもよい。あるいは上側ワーク保持部１２ａが図８の下側ワーク保持部１２ｂと同様に四角環状にのびてもよく、溶接用開口１０ａ２がその四角環状の上側ワーク保持部１２ａを貫通しつつＣ字にのびてもよい。

実施の形態ではシールドガスＧ１が下記の供給手順で供給される。手順１として、シールドガスＧ１がベース２２の貫通開口２２ｂから供給される。図６に矢印で示すように上方（Ｚ方向）へとシールドガスＧ１が流れる。手順２として、シールドガスＧ１が下治具１０ｂの裏面からシールドガス入口１０ｂ１、１０ｂ２へと流入する。ワーク６における溶接部ＷＰの裏面側にシールドガスＧ１が供給される。手順３として、下治具１０ｂに設けたシールドガス入口１０ｂ１、１０ｂ２および下側ガス流通溝１３ｂを経由して、隙間ｈ１にシールドガスＧ１が流入する。隙間ｈ１は、ワーク外周端面６ｃの付近とワーク開口端面６ｄ（マニホールド）の内周端面の付近にそれぞれひろがっている。手順４として、隙間ｈ１のシールドガスＧ１が、上側ガス流通溝１３ａを経由して溶接用開口１０ａ１、１０ａ２へと供給される。

実施の形態によれば溶接アッセンブリの製造方法が提供される。溶接アッセンブリとはレーザ溶接されたワーク６の完成品である。まず、ステップＳ１として、溶接治具１０によりワーク６を保持し溶接治具１０に設けた溶接用開口１０ａ１、１０ａ２からワーク６の溶接部ＷＰを露出させる。次に、ステップＳ２として、溶接治具１０に設けたシールドガス流路を介してシールドガス供給装置４から溶接用開口１０ａ１、１０ａ２にシールドガスＧ１をみちびくとともに、溶接用開口１０ａ１、１０ａ２からレーザ光ＬＢを溶接部ＷＰに当てる。具体的には、下側ガス流通溝１３ｂにシールドガスＧ１を供給することで、下側ガス流通溝１３ｂと隙間ｈ１と上側ガス流通溝１３ａと溶接用開口１０ａ１、１０ａ２とを経由して、ワーク６の溶接部ＷＰにシールドガスＧ１が送り込まれる。その後、シールドガスＧ１が存在する雰囲気で、ガルバノスキャナ方式によるレーザスキャニングが実施され、溶接部ＷＰにレーザ光ＬＢが照射される。これによりワーク６が溶接される。次に、ステップＳ３として、溶接工程の完了後にクランプ機構２０を緩めることで、溶接治具１０からワーク６が取り出される。これにより溶接完了後のワーク６が溶接アッセンブリとして製造される。

図９は、図３のＢ－Ｂ線に沿う断面を表す斜視断面図である。図１０は、シール部材１４の近傍位置における溶接治具１０の断面を表す斜視断面図である。上治具１０ａと下治具１０ｂとの間には、Ｏリング等のシール部材１４が挟み込まれている。シール部材１４は、下治具１０ｂのシール溝１１ｒにはめ込まれていて、溶接治具１０のワーク外周端面６ｃをかこむ。シール部材１４により密閉性が確保されるので、シールドガスＧ１の漏れ出しを抑制できる。

以上説明したように、実施の形態によれば、上側ワーク保持部１２ａを貫く上側ガス流通溝１３ａと下側ワーク保持部１２ｂを貫く下側ガス流通溝１３ｂとが設けられていて、これらによって溶接治具１０そのものにシールドガス流路が形成されている。このため、溶接治具１０でワーク６を保持しつつ溶接部ＷＰの近傍にシールドガスＧ１を確実かつ容易に導きやすい利点がある。

また、実施の形態では、溶接治具１０が上治具１０ａと下治具１０ｂとを含み、これら各々に設けたガス流通溝１３ａ、１３ｂでシールドガス流路を構築できる。板状の溶接治具１０部材に溝を設けることは加工容易性等の様々な面で利便性がある。平面体の上ワーク６ａと下ワーク６ｂとを溶接する際にそれらを安定に挟み込みやすい利点もある。

また、実施の形態では、溶接用開口１０ａ１、１０ａ２が上治具１０ａの面方向にのびているので、ワーク６の面方向の任意位置に高い自由度で溶接部位を設定しやすい。上側ガス流通溝１３ａが上側ワーク保持部１２ａをつらぬいて溶接用開口１０ａ１、１０ａ２に到達するので、上側ワーク保持部１２ａによるワーク６の押さえ付け位置の直近に対してシールドガスＧ１を送り込みやすい。溶接用開口１０ａ１、１０ａ２と上側ガス流通溝１３ａとのそれぞれの流路断面積を任意に設計することでシールドガス流量を所望量に調整しやすい利点もある。

また、実施の形態では、下治具１０ｂがシールドガス入口１０ｂ１、１０ｂ２と下側ワーク保持部１２ｂとを備える。レーザ光ＬＢの光源とは反対側において、下治具１０ｂのシールドガス入口１０ｂ１、１０ｂ２へシールドガスＧ１を供給すれば、溶接部ＷＰの表面と裏面との両方にシールドガスＧ１を導くことができる。下治具１０ｂの側から上治具１０ａの側へとシールドガスＧ１を受け渡すことができる。一方向からシールドガスＧ１を供給するだけで、ワーク６の表裏面それぞれにシールドガス雰囲気を同時につくりだすことができる。

また、実施の形態では、溶接用開口１０ａ１、１０ａ２およびシールドガス入口１０ｂ１、１０ｂ２がテーパ形状を持つことで、シールドガスＧ１がスムースに流入／流出しやすい利点もある。

また、実施の形態では、ワーク６を内側に挟むように上治具１０ａと下治具１０ｂとが重ねられたとき、上側ガス流通溝１３ａと下側ガス流通溝１３ｂとが隙間ｈ１を介して連通する。隙間ｈ１を構築するように、上治具１０ａの内表面１１ａが上側ワーク保持部１２ａよりも凹んでおり、下治具１０ｂの内表面１１ｂが下側ワーク保持部１２ｂよりも凹んでいる。隙間ｈ１にある程度以上のシールドガスＧ１を受け入れて、隙間ｈ１から上側ガス流通溝１３ａと下側ガス流通溝１３ｂとに円滑にシールドガスＧ１を送り出すことができる。

また、実施の形態では、上側ワーク保持部１２ａと下側ワーク保持部１２ｂとによって、溶接部ＷＰの近傍のみが部分的に押さえられる。これにより上ワーク６ａと下ワーク６ｂとの密着性が向上する利点がある。

実施の形態の溶接用治具装置８では、溶接治具１０の他にガス流通用の構成を設けていない。例えばシールドガスＧ１のための他の配管部品を使用する場合は構成が煩雑になる等の欠点があるが、これとは対照的に実施の形態では簡素な構成で良好なシールドガス供給機能を得られる利点がある。特に、ガルバノスキャナ方式では、ミラーによる反射角制御によってレーザ光ＬＢの照射方向が制御される。ガルバノスキャナ方式では鏡筒式のような同軸ユニットは使用できない。ガルバノスキャナ方式でシールドガスＧ１を適切に供給するために配管部品を用いるとすると、レーザ溶接の特性上レーザ光ＬＢが照射されうる範囲には配管を設置できない。偏った配管設置により溶接箇所ごとのシールドガスＧ１濃度が不均一となることは避けたいので、多数の配管部品が必要になる問題がある。実施の形態ではこのような問題を抑制できる。特に、実施の形態によれば、隙間ｈ１、上側ガス流通溝１３ａ、および下側ガス流通溝１３ｂによって、溶接治具１０の内表面１１ａ、１１ｂとワーク６との間に「面方向ひろがりを持つシールドガス流通空間」が構築されていて、この空間を用いて溶接治具１０の任意の位置へシールドガスＧ１を到達させやすい。配管部品のような引き回し位置の制約を受けにくく、溶接部ＷＰによらずシールドガスＧ１をムラなく供給しやすい利点がある。

実施の形態の構成は様々に変形されてもよい。例えば下記の変形がおこなわれてもよい。溶接治具１０の具体的な形状、構造は様々に変形されてもよい。ベース２２の有無に限定はなく、ベース２２が省略されてもよい。任意の方法でシールドガス入口１０ｂ１、１０ｂ２にシールドガスＧ１を流し込んでもよい。溶接治具１０の固定構造にも特に制限はなく、クランプ機構２０に限られないあらゆるクランプ機構を使用してもよい。シールドガスＧ１の種類にも制限はない。

溶接用開口１０ａ１、１０ａ２の具体的構成は、溶接部ＷＰの位置、大きさ、範囲などに基づいて決まる。変形例として、溶接部ＷＰはワーク６の任意の部位に設けることができる。例えば、図３の溶接用開口１０ａ１、１０ａ２が任意の位置、形状、大きさを持つ他の開口に変形されてもよい。溶接用開口１０ａ１、１０ａ２の外形サイズ、平面視形状、スリット幅などが任意に変形されてもよい。溶接用開口１０ａ１、１０ａ２は、実施の形態のようなスリット状貫通溝でなくともよく、所定の開口径を持ち且つ任意の輪郭形状の開口とされてもよい。

図６および図７の断面図にあるように、実施の形態では、一例として、溶接用開口１０ａ１、１０ａ２がワーク６の側へ徐々に縮径するテーパ形状とされている。実施の形態では、一例として、シールドガス入口１０ｂ１、１０ｂ２が下側ガス流通溝１３ｂの側へ徐々に縮径するテーパ状とされている。ただし、変形例としてこれらのテーパ形状がなくともよい。

実施の形態では、図８の斜視平面図から把握されるように、四角環状の下側ワーク保持部１２ｂの四辺にひとつずつ下側ガス流通溝１３ｂが設けられている。図示しないが、図８の下側ガス流通溝１３ｂと同様に、上側ガス流通溝１３ａも上側ワーク保持部１２ａの各辺に一つずつ設けられる。しかしながら、これは一例である。変形例として、複数の下側ガス流通溝１３ｂが間隔をおきながら下側ワーク保持部１２ｂに並べて設けられてもよい。この場合、下側ワーク保持部１２ｂは、シールドガス入口１０ｂ１、１０ｂ２の縁にそって離間的にのびる。この変形は上側ガス流通溝１３ａも同様に適用されうる。

実施の形態では、隙間ｈ１が、溶接治具１０の中央領域に面方向のひろがりを有しており、その広がりの大きさはワーク６の平面サイズと同程度におよぶ。しかしながら、隙間ｈ１は必ずしも面方向に大きなひろがりを持たなくてもよい。上治具１０ａの内表面１１ａに細かな溝が網状に張り巡らされて、この網状の溝が複数の上側ガス流通溝１３ａをつなぐように構築されてもよい。下治具１０ｂの内表面１１ｂに細かな溝が網状に張り巡らされて、この網状の溝が複数の下側ガス流通溝１３ｂをつなぐように構築されてもよい。また、実施の形態では、隙間ｈ１を構築するように、「上側ワーク保持部１２ａに対する内表面１１ａの相対的な凹み」と、「下側ワーク保持部１２ｂに対する内表面１１ｂの相対的な凹み」とが、両方とも設けられている。変形例として、これらの相対的な凹みのうち片方のみを設けて、その片方の凹みに上側ガス流通溝１３ａまたは下側ガス流通溝１３ｂが接続されてもよい。

変形例として、ワーク６は燃料電池セパレータでなくともよい。ワーク６がワーク開口部を持たないものであってもよい。ワーク６が平面体ではなく例えば曲面体あるいはブロック体などに変形された場合には、そのワーク６の表面に接する形状となるように溶接治具１０を変形するとともに、ワークの６の任意の溶接部ＷＰを露出させるように溶接用開口１０ａ１、１０ａ２の位置、大きさ及び範囲を変形してもよい。

レーザ溶接の走査方式にはいくつかの方式がある。変形例として、レーザ光ＬＢの走査方式として、鏡筒固定方式が用いられてもよい。鏡筒固定方式は、レーザ照射方向を鏡筒などで固定し、鏡筒とワーク６とを相対的に移動させる方式である。この場合、レーザ照射装置２の鏡筒が移動されてもよく、あるいはベース２２が移動されてもよく、あるいはそれらの両方が移動されてもよい。鏡筒固定方式は、フラットベッド走査方式とも称される。変形例として、ガルバノスキャナ方式とフラットベッド走査方式とが組み合わされてもよく、具体的にはガルバノスキャナ方式のレーザ照射装置２０とその下方のベース２２とを相対的に移動させてもよい。

実施の形態では下治具１０ｂに設けたテーパ状貫通溝をシールドガス入口１０ｂ１、１０ｂ２として用いているが、他の位置に別途シールドガスＧ１の入口を設ける変形が施されてもよい。例えば、上治具１０ａの上面または側端面の任意の位置に隙間ｈ１に連通する上治具貫通穴を設けてもよく、この上治具貫通穴から隙間ｈ１へとシールドガスＧ１を送り込んでもよい。上治具１０ａの上面とは、図１等において高さ方向ｚを向く側の主面である。この場合、シールドガス入口１０ｂ１、１０ｂ２はワーク６の裏面側にシールドガスＧ１をとどける裏面貫通溝として用いられてもよい。あるいは、下治具１０ｂの側端面の任意の位置に隙間ｈ１に連通する下治具貫通穴を設けてもよく、この下治具貫通穴から隙間ｈ１へとシールドガスＧ１を送り込んでもよい。

変形例として、ワーク６は平面体でなくともよい。変形例として、上治具１０ａおよび下治具１０ｂの少なくとも一方が平面体でなくともよい。平面体であるか曲面体であるか、あるいは厚さ方向ｚに大きさを持つブロック体であるかを問わず、溶接治具１０の内部をのびるシールドガス流路を設けることでシールドガスＧ１を任意の溶接部ＷＰに伝達すればよい。なお、シールドガス流路は溶接治具１０の内表面に溝として設けるものに限られない。任意の位置、開口断面積、経路および本数の貫通流路が溶接治具１０に設けられてもよく、この貫通流路でシールドガス流路を構築してもよい。

実施の形態はワーク６が二枚の平面状プレートからなりこれらを重ねて溶接する技術であるが、この技術に本開示は限定されない。変形例として、複数のワークの端面を突き合わせて、その突き合わせた端面同士を溶接接合するような溶接技術にも、本開示の技術を適用することができる。例えば、ある程度の大きさを持つ幅の溶接用開口を設け、この溶接用開口からワーク端面同士を突き合わせた部位を露出させ、当該突き合わせた部位を溶接接合してもよい。

実施の形態では、ワーク６を水平に置いて、ワーク６下方に上治具１０ａを配置し、ワーク６上方に下治具１０ｂを載せているものとして説明をおこなった。しかしながら、本開示はこれに限られない。例えば、ワーク６を鉛直に立てて、ワーク６の前方と後方とから上治具１０ａと下治具１０ｂとでワーク６を挟み込んでもよく、つまり図１～図４の各構成が鉛直軸と平行となるように起立させられてもよい。この場合にはワーク６と上治具１０ａと下治具１０ｂとが重なる位置関係が上下の重なりではなく水平方向の重なりとなる。よってこの場合には上治具１０ａを「第一治具」と称するとともに下治具１０ｂを「第二治具」と称してもよい。ワーク６を水平に対して斜めに傾けて置いてもよく、つまり図１～図４の各構成が水平面に対して斜めに傾けられてもよい。

１ レーザ溶接装置
２ レーザ照射装置
４ シールドガス供給装置
６ ワーク
６ａ 上ワーク
６ｂ 下ワーク
６ｃ ワーク外周端面
６ｄ ワーク開口端面
８ 溶接用治具装置
１０ 溶接治具
１０ａ 上治具
１０ａ１、１０ａ２ 溶接用開口
１０ｂ 下治具
１０ｂ１、１０ｂ２ シールドガス入口
１１ａ、１１ｂ 内表面
１１ｒ シール溝
１２ａ ワーク保持部（上側ワーク保持部）
１２ｂ ワーク保持部（下側ワーク保持部）
１３ａ ガス流通溝（上側ガス流通溝）
１３ｂ ガス流通溝（下側ガス流通溝）
１４ シール部材
２０ クランプ機構
２２ ベース
２２ａ 凹部
２２ｂ 貫通開口
Ｇ１ シールドガス
ＬＢ レーザ光
ＷＰ 溶接部
ｈ１ 隙間

Claims (9)

1. ワークの溶接部を露出させる溶接用開口と、前記溶接用開口のまわりに設けられ前記ワークに接するワーク保持部と、一の側が前記ワーク保持部を貫いて前記溶接用開口に達し他の側からシールドガス供給装置からのシールドガスを受け入れることで前記シールドガスを前記溶接用開口にみちびくシールドガス流路と、が設けられた溶接治具。
2. 板形状を持ち且つ前記板形状の面方向にのびる第一ガス流通溝を持つ第一治具と、板形状を持ち且つ前記板形状の面方向にのびる第二ガス流通溝を持つ第二治具と、を含み、
   前記ワークを挟むように前記第一治具と前記第二治具とが重ねられたときに前記シールドガス流路の少なくとも一部を構築するように前記第一ガス流通溝と前記第二ガス流通溝とが連通する請求項１に記載の溶接治具。
3. 前記溶接用開口は、前記第一治具を厚さ方向に貫通し前記第一治具の面方向にのびるとともに前記第一ガス流通溝と接続するように構築された請求項２に記載の溶接治具。
4. 前記第二治具は、前記第二治具を厚さ方向に貫通し平面視において前記溶接用開口に重なるようにのび且つ前記第二ガス流通溝と接続するシールドガス入口を、さらに備える請求項３に記載の溶接治具。
5. 前記溶接用開口と前記シールドガス入口とのうち少なくとも一方が、前記ワークの側へ向かって徐々に口径を小さくするようなテーパ形状を持つ請求項４に記載の溶接治具。
6. 前記第一治具と前記第二治具とで前記ワークを挟んだときに前記ワークの端面付近に隙間を形成するように、前記第一治具の内表面と前記第二治具の内表面とのうち少なくとも一方が前記ワークの端面付近に凹みを有し、
   前記隙間を介して前記第一ガス流通溝と前記第二ガス流通溝とが接続する請求項２～５のいずれか１項に記載の溶接治具。
7. 前記第一治具は、
   前記ワークの側を向く内表面から前記ワークの側へ凸となり、前記溶接用開口の縁に沿ってのびる第一ワーク保持部を、
   さらに備え、
   前記第二治具は、
   前記ワークの側を向く内表面から前記ワークの側へ凸となり、平面視で前記第一ワーク保持部と重なるように面方向にのびて、前記第一ワーク保持部とともに前記ワークを挟む第二ワーク保持部を、
   さらに備える請求項２～６のいずれか１項に記載の溶接治具。
8. レーザ照射装置と、
   シールドガス供給装置と、
   溶接されるべきワークを保持する溶接治具と、
   を備え、
   前記溶接治具には、前記レーザ照射装置のレーザ光を受け入れる溶接用開口と、前記溶接用開口のまわりに設けられたワーク保持部と、一の側が前記ワーク保持部を貫いて前記溶接用開口に達し他の側から前記シールドガス供給装置からのシールドガスを受け入れることで前記シールドガスを前記溶接用開口にみちびくシールドガス流路と、が設けられたレーザ溶接装置。
9. 溶接治具によりワークを保持し前記溶接治具に設けた溶接用開口から前記ワークの溶接部を露出させる段階と、
   前記溶接治具に設けたシールドガス流路を介してシールドガス供給装置から前記溶接用開口にシールドガスをみちびくとともに前記溶接用開口から溶接レーザ光を前記溶接部に当てる段階と、
   を備える溶接アッセンブリの製造方法。

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