JP3192932U - レーザー透過溶接により２つの工作物一部分を結合させるための装置 - Google Patents

Abstract

【課題】可能な限り簡潔に構成され且つコストパフォーマンスを高くして製造可能な押圧ユニットを備えるとともに、工作物の公差を補償しながら工作物一部分を多数の溶接継目で面溶接することのできる、レーザー透過溶接により２つの工作物一部分を結合させるための装置を提供する。【解決手段】押圧ユニット（１）の通路壁（１６．１）は、ｘ方向およびｙ方向に配向された平板状の第１および第２の押圧要素（１１，１２）の格子状配列によって形成される。前記第１の押圧要素（１１）のうち少なくとも１つはｘ方向に配向されて配置され、少なくとも１つはｙ方向に配向されて配置され、且つｚ方向に堅固である。複数の前記第２の押圧要素（１２）は、配向方向に依存して、工作物一部分（２１，２２）に接触しないように短くされた第２の押圧要素（１２）と、ｚ方向における公差を補償するために組み込まれた手段を有している弾性のある第２の押圧要素（１２）とに類別される。【選択図】図１

Description

本考案は、特許文献１から公知であるような、レーザー透過溶接により２つの工作物一部分を結合させるための装置に関するものである。

レーザー透過溶接の場合、第１の工作物一部分はレーザー光線に対し透過性があり、第２の工作物一部分はレーザー光線に対し吸収性がある。両工作物一部分は互いに重設され、その際透過性の工作物一部分はレーザービーム源側にある。レーザー光線は第１の工作物一部分を透過し、第２の工作物一部分の表面に当たり、この表面に境を接している境界領域で吸収され、熱エネルギーに変換される。第２の工作物一部分の、レーザー光線の作用を受ける領域は、表面が溶融し、その際熱伝導によって第１の工作物一部分の境界領域をも溶融させ、これにより両工作物一部分を溶着させて１つの工作物を形成させる。

溶接継目を形成させるため、互いに結合される２つの工作物一部分は、少なくとも１つの接合面に沿って互いに直接接触するように重設される。直接接触する場合だけ、両工作物一部分の間での熱伝導が可能になる。間隔によってエアギャップが生じると、熱伝導が阻止され、よって溶接継目の形成が阻止される。

接合面において両工作物一部分を直接に接触させるため、通常は、両工作物一部分に適合した特殊な装置が使用される。この装置は、両工作物一部分を互いに押圧させることのできる押圧力を発生させる。この場合装置は、接合面の一部に対しレーザー光線がアクセス可能であるように、その結果レーザー光線が支障なく両工作物一部分に対し当たるように、構成されている。

ほとんどの工作物一部分は多かれ少なかれ弾性プラスチック部材であるため、この種の多くの装置は、変形や寸法公差がある場合に、押圧力の導入によってこれを補償することができるような手段を有している。

この種の装置は特許文献２に開示されている。周部を溶接される両工作物一部分は、２つのリング状の押圧要素の間で受容される。工作物一部分はフランジ状の接合面でもって第１の押圧要素上に載置される。この押圧要素は押圧力を吸収するための対向支持部材として使用される。反対側から、後の溶接継目の外側で作用する第２の押圧要素により押圧力が接合面に導入される。押圧要素を工作物一部分上に載置するための載置面は互いに合同に且つ撓み可能に構成され、その結果工作物一部分に公差があっても（点状に分散していることもある）、押圧の際にこれを補償することができる。第２の押圧要素は、レーザービームのための工作物一部分の縁領域の一部を覆わないようなサイズに選定されている。両押圧要素の少なくとも１つはリング状の形態であるため、工作物の縁領域で溶接継目を中断なく形成させることができる。しかしながら、溶接継目の片側に導入される押圧力は、溶接結果に不都合な影響を及ぼすことがある。工作物一部分は溶接の際に加熱されるので、片側に作用する押圧力によって工作物一部分が変形することがあり、これによって冷却後に工作物内に応力が発生し、これも変形の原因になる。さらに、継目面には、溶接継目の外側での第２の押圧要素の作用を可能にする十分大きな縁領域が常に必要である。

特許文献３に開示されている装置では、上記の欠点を解消するため、第２の押圧要素によってもたらされる押圧力が溶接継目の両側に配分される。このため、押圧要素は２つの部分から構成されている。溶接継目の内側にある内側部分は、複数の幅狭の細条部を介して、溶接継目の外側で作用する外側部分と結合されている。幅狭の細条部によって溶接継目が橋絡される。レーザービームがこの細条部によってわずかに遮蔽されることが考慮される。

しかしながら、工作物一部分に公差がある場合にこれを補償するために用いる処置は記載されていない。記載されているのは、内側部分の載置面の形状を工作物一部分および溶接継目の形状に適合させることで、押圧力を慎重に配分することである。工作物一部分が非常に小さい場合には、このような適合が有意義な場合があるが、比較的大型で複雑に成形された工作物一部分に対しては、非常に高い製造コストが生じる。

前記２つの特許文献の解決手段に共通していることは、溶接が工作物一部分の縁領域において周回するように行われることである。溶接継目は常に直線状に形成されている。

工作物一部分を縁領域以外で他の面にわたっても溶接すべき場合、有利には比較的大きな溶接継目幅を有する多数の溶接継目が必要である。

前記特許文献１には、ｘ−ｙ方向に平面状に拡がっている２つの工作物一部分を溶接継目に沿ってレーザー透過溶接するための装置が記載されている。この装置は、個別に制御可能な多数のレーザービーム放射器から成るレーザービーム源であって、これらのレーザービーム放射器が協働して１つのラインアレイを形成し、該ラインアレイがｘ方向に配向されている前記レーザービーム源と、工作物一部分のための受容部と、レーザービーム源を相対搬送してｙ方向に受容するための搬送機構と、放射方向においてレーザービーム源の下流側に配置されているホモジナイザーとを備えている。ホモジナイザーは担持体によって形成され、該担持内に反射通路が形成され、該反射通路の通路断面積とサイズとは溶接継目の延在態様と所望の幅とに整合している。透明な結合板（たとえばガラス）と担持体とから成るホモジナイザーを構成するために２つの実施形態が記載されている。

担持体は中実の平板から製造されていてよく、その厚さは通路の長さを決定する。通路は場合によってはフライスによって形成される。

担持体は、反射通路を形成する要素と中間空間との２つの要素から成り、これらの要素が互いに相手を取り囲むのが有利とされている。

担持体の壁は、溶接の間、透過性の工作物一部分の表面と加圧状態で結合し、これにより押圧力が工作物一部分へ伝達される。工作物一部分がｚ方向に湾曲している場合、担持体の壁配置に依存して異なる長さで実施され、壁の端面歯一部が表面に対し間隔を有していてもよく、これによって壁の他の端面は工作物一部分への押圧力の伝達に関与しない。工作物一部分に当接している担持体の端面を介して押圧力が工作物一部分の表面へ配分される。

押圧ユニットとも見なすことができるホモジナイザーを実施することの欠点は、溶接継目の延在態様に応じて担持体が単独で実施されることであり、押圧力の方向で担持体が堅固に実施されることにある。

工作物一部分の公差の補償を可能にする処置に関してはどの特許文献にも記載されていない。このような処置を前記のこれら特許文献に記載の技術に採用すると、たとえばゴム体、弾性ピン、レバーアーム等の付加的な構造要素を常に使用せねばならない。

独国特許出願公開第１０２０１１０５５２０３Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１９９２４４６９Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１０２００７０４２７３９Ａ１号明細書

本考案の課題は、可能な限り簡潔に構成され且つコストパフォーマンスを高くして製造可能な押圧ユニットを備えるとともに、工作物の公差を補償しながら工作物一部分を多数の溶接継目で面溶接することのできる、レーザー透過溶接により２つの工作物一部分を結合させるための装置を提供することである。

この課題は、複数の溶接継目から成る所定の溶接継目パターンを介してレーザー透過溶接により２つの工作物一部分を結合させるための装置であって、受容部と、レーザービーム源と、運動機構と、押圧ユニットと、記憶・制御ユニットとを備えた前記装置によって解決される。

受容部は、デカルト座標系のｘ−ｙ方向に拡がっている２つの工作物一部分をｘ方向、ｙ方向、ｚ方向で互いに位置決めするために構成されている。

受容部と押圧ユニットとは、受容部に挿入されている工作物一部分を押圧ユニットに対し押圧させ、その結果これら工作物一部分を互いに押圧させるｚ方向に配向された押圧力を発生させるために、ｚ方向において互いに位置調整可能である。このため、受容部は該受容部と結合される加圧シリンダを有している。

レーザービーム源はｘ方向で装置を覆い、その放射方向でもって垂直に、すなわちｚ方向に受容部に対し、よって該受容部内で位置決め可能な工作物一部分に対し指向されている。

運動機構により、レーザービーム源と受容部とをｙ方向において互いに相対運動させることができる。レーザービーム源と運動機構とは記憶・制御ユニットを用いて制御される。

放射方向においてレーザービーム源の下流側に押圧ユニットが配置されている。押圧ユニット内には、放射方向において押圧ユニットを貫通するように延在する複数の通路が設けられ、これら通路は互いに対向しあっている通路壁を有している。通路壁により、工作物一部分に対し指向されるレーザー光線の少なくとも一部分が工作物一部分への衝突前に反射する。通路壁は、工作物一部分をｚ方向において互いに押圧させるために構成され、それ故押圧ユニットの形状は、工作物一部分の３次元形状の、透過性の工作物一部分に載置される側に対応して、実施されている。通路壁は、ｘ方向およびｙ方向に配向された第１および第２の押圧要素の格子状配列によって形成されている。この場合、ｙ方向に配向されている第２の押圧要素は、ｚ方向における公差を補償するために組み込まれた手段を有し、従ってｚ方向に弾性があり、他方ｘ方向に配向されている第２の押圧要素は、ｙ方向に配向されている第２の押圧要素よりもｚ方向において短く形成され、その結果第１の押圧要素は、ｙ方向に配向されている第２の押圧要素が接触しても、透過性の工作物一部分には当接しない。同様に、もしｘ方向に配向されている第２の押圧要素がｚ方向での公差を補償する手段を有している場合には、ｙ方向に配向される第２の押圧要素はより短くてもよい。第１の押圧要素はｚ方向に堅固である。

有利には、第１および第２の押圧要素を固定するため、ｘ−ｙ方向に拡がる担持フレームが設けられる。

第１および第２の押圧要素はそれぞれ複数のスリットを有し、該スリットを介して第１および第２の押圧要素は格子状の配列を成して互いに差し込まれている。

公差を補償する前記手段を組み込んだ第２の押圧要素がそれぞれモノリシック構成を有しているのが有利である。

公差を補償するように組み込まれた手段は、第２の押圧要素に形成された弾性構造部であり、該弾性構造部は、第２の押圧要素の、工作物一部分上に載置されるエッジに配置されている。

好ましくは、弾性構造部は、第２の押圧要素内へ導入される押圧力を均等に複数の力吸収点へ配分する構成を有している。

特に、弾性構造部は、押圧力を、中央の力吸収点を起点として、多重カスケード状に数量倍増される力吸収点へ対称に配分する。

このような原理の逆転（第２の押圧要素から放出される押圧力を、多数の力放出点を介して配分する）も考えられ、可能である。

合目的には、担持フレームに、第２の押圧要素を固定し第１の押圧要素に対し位置調整するための位置調整機構が装着されている。第１の押圧要素または第２の押圧要素に、押圧力を吸収するための他の押圧要素が設けられているのが有利である。

１つの可能な構成では、受容部は、圧縮弾性で撓み可能な、吸収性の工作物一部分を載置するための載置面を有している。

択一的な構成では、第１および第２の押圧要素は、担持フレームの代替手段としての自己支持性構造部の形成を可能にするサイズを有している。

次に、本考案をいくつかの実施形態に関して詳細に説明する。
本考案による装置の構成原理を説明する図である。 工作物一部分の公差を補償する手段を組み込んだ第２の押圧要素の原理説明図である。 押圧力を工作物一部分に対し均等に配分する原理を説明する図である。 押圧ユニットの原理を説明する断面図である。 工作物一部分に対し特に適合した溶接継目パターンの一例を示す図である。 押圧ユニットの他の実施形態を示す図である。

図１に図示した第１実施形態によれば、レーザー透過溶接装置は、基本的に、加圧シリンダ５を備えた受容部４と、押圧ユニット１と、レーザービーム源３を備えた運動機構６と、記憶・制御ユニット７とを有している。

受容部４には、吸収性の工作物一部分２２と透過性の工作物一部分２１とが挿入され、これら工作物一部分が溶接されて工作物２が形成される。吸収性の工作物一部分２２は、レーザービーム源３から出たレーザー光線３１に対し吸収性があり、透過性の工作物一部分２１はレーザー光線３１に対し透過性がある。受容部４内にはまず吸収性の工作物一部分２２を挿入し、次に透過性の工作物一部分２１を挿入し、その結果透過性の工作物一部分２１がレーザービーム源３側になる。

工作物２は、受容部４への挿入により、デカルト座標系のｘ方向、ｙ方向、ｚ方向に位置決めされている。

レーザービーム源３はｚ方向において受容部４に対向するよう配置されている。レーザービーム源３から出たレーザー光線３１は、同様にｚ方向に配向される出射方向３２において有利には工作物２に対し垂直に指向している。レーザービーム源３は直線状に構成され、レーザー光線３１を、ｘ方向に拡がるレーザービームカーテンの形態で放射する。このため、レーザービーム源３は、有利には、ｘ方向に互いに並設される複数のレーザービーム放射器から成っている。

レーザービーム源３は、受容部４に対し相対的に可動であるように、ｙ方向に位置決め可能な運動機構６に配置されている。ｘ方向における直線状のレーザービーム源３り拡がりと、ｙ方向における運動機構６の運動範囲とは、少なくとも工作物２をレーザー光線３１で完全に検知できるようなサイズを有している。

レーザービーム源３と運動機構６とを制御するため、レーザー透過溶接装置は記憶・制御ユニット７を有している。

レーザー透過溶接装置を用いて溶接される工作物一部分２１，２２は、好ましくは、ｘ方向およびｙ方向に平面的に拡がる工作物一部分２１，２２であるが、ｚ方向に３次元の形状を有していてもよく、通常は広い面積で溶接できるような工作物一部分である。レーザー透過溶接により結合させるには、両工作物一部分２１，，２２が被溶接表面に接触領域を形成し、この接触領域において両工作物一部分がダイレクトに接触していることが必要である。このダイレクトな接触は、工作物一部分２１，２２が接触領域の面にわたって互いに均一に押圧し合うことで得られる。

このために必要な押圧力Ｆの導入は加圧シリンダ５を用いて行う。加圧シリンダ５により、受容部４はその中に挿入されている工作物一部分２１，２２とともに、レーザー透過溶接装置内に固定されている押圧ユニット１に対しｚ方向に押圧される。

押圧ユニット１は、放射方向３２においてレーザービーム源３の下流側に配置され、透過性の工作物一部分２１上に載置されることで押圧力Ｆを吸収する。

工作物２に対する押圧力Ｆの均一な配分を保証するため、受容部４と押圧ユニット１との特別な３次元整合が常に必要である。それ故、レーザー透過溶接装置にとっては、押圧ユニット１を簡潔な構成でコストパフォーマンスを高くして製造することは重要な意味をもっている。

基本的には、押圧ユニット１は、ｘ方向およびｙ方向に配向した複数の平板状押圧要素の格子状配列を有している。この場合、ｘ方向およびｙ方向に配向して配置される少なくとも１つの第１の押圧要素１１が設けられている。これらの押圧要素１１はｚ方向には堅固で、押圧ユニット１を工作物２上に載置した場合ｚ方向に延在する。多数の第２の押圧要素１２は、その配向方向に応じて、弾性のある第２の押圧要素１２と短くされた第２の押圧要素１２とに類別される。

図１に図示したように、吸収性の工作物一部分２２は、ｚ方向に湾曲した表面を有している。工作物一部分２１，２２は、図３に例示したように、透過性の工作物一部分２１の表面のほぼ全範囲にわたって溶接される。これに対応して、接触領域も透過性の工作物一部分２１の表面全体にわたって延在している。この領域で受容部４に対し平坦な対向支持部を形成するため、押圧ユニット１の形状は、少なくとも接触領域で透過性の工作物一部分２１上に載置される側で、工作物一部分２１，２２の３次元形状に正確に対応してい。同じことは、押圧力Ｆを工作物一部分２１，２２にフラットに導入させる受容部４に対しても適用される。

本実施形態で説明している工作物２は、壁構造部２１．３がｚ方向に配向されている、図１に図示した構成を有している。図２ｃでレーザー透過溶接装置の断面図で示したように、透過性の工作物一部分２１は、内側接触領域２１．２と外側接触領域２１．１とを有している。内側接触領域２１．２はｘ−ｙ方向に拡がっている面である。外側接触領域２１．１もｘ−ｙ方向に拡がっているフレーム状の面であり、内側接触領域２１．２を完全に取り囲み、ｚ方向に配向される壁構造部２１．３を形成している。

押圧ユニット１は、多数の第１の押圧要素１１と第２の押圧要素１２とから成る３次元構造物である。このため、押圧要素１１，１２はｚ方向に垂直に立設され、ｘ−ｙ方向に互いに直角に交差して差し込まれ、その結果ｘ方向またはｙ方向のいずれかに配向されて格子状の配列を形成している。押圧要素１１，１２を互いに差し込むことができるようにするため、これらは好ましくは１−３ｍｍの範囲の板厚をもった平らな薄板から成っている。

押圧要素１１，１２は、互いに差し込むようにするために、ｚ方向に延在するスリット１４を備えている。スリット１４はほぼ押圧要素１１，１２の中心まで達している。スリット１４の開口部は、ｘ方向に配向されている押圧要素１１，１２に、ｙ方向に配向されている押圧要素１１，１２に対向するように配置されている。すなわちｙ方向に配向されている押圧要素１１，１２はレーザービーム源３側にスリットを有し、ｘ方向に配向されている押圧要素１１，１２は受容部４側にスリットを有しており、その結果互いに直角に差し込んだとき、ｙ方向に配向されている薄板は、受容部４側のスリットを有していない側面でもって、ｘ方向に延在している薄板のスリット１４で受容され、或いはその逆の関係が成り立つ。

第１の押圧要素１１はｚ方向に堅固で、壁構造部２１．３の外側で外側の接触領域２１．１を押圧するために使用する。外側の接触領域２１．１のフレーム状の面に対応して、第１の押圧要素１１により、第２の押圧要素１２を取り囲む同様にフレーム状の配列が形成される。第１の押圧要素１１の受容部４側のエッジは、工作物２の横断面に対応するように成形されている。

第２の押圧要素１２は、壁構造部２１．３の内側で内側の接触領域２１．２を押圧するために使用し、その際押圧は、ｙ方向に配向されて工作物一部分２１，２２の公差を補償するための手段を有している弾性のある第２の押圧要素１２だけで行われる。従って第２の押圧要素１２はｚ方向に弾性がある。ｘ方向に配向される第２の押圧要素１２は、ｚ方向において、ｙ方向に配向される第２の押圧要素１２よりも短く実施されている。

弾性のある第２の押圧要素１２には、受容部４側のエッジに弾性構造部１２．２が形成されている。弾性構造部１２．２は薄板の中に組み込まれており、その結果これら第２の押圧要素１２は、弾性構造部１２．２を有しているにもかかわらず、モノリシック構成を有している。弾性構造部は薄板に切り込み１２．３を備えさせることで生成させる。図２ａには、図１に示した工作物２に整合している第２の押圧要素１２に設けた切り込み１２．３の延在態様が例示されている。弾性構造部１２．２は受容部４側のエッジで複数の個別化された押圧片１２．４の形態で終わっており、これら複数の個別化された押圧片１２．４は、ｙ方向に配向されている第２の押圧要素１２の長さにわたって均等に配分されて配置され、押圧の際には直線状の載置面でもって透過性の工作物一部分２１上へ載置される。

弾性構造部１２．２は、第２の押圧要素１２へ作用する押圧力Ｆを、中心の力吸収点を起点として、複数の対称なカスケードで押圧片１２．４に均等に配分するように構成されている。配分の原理を、図２ｂにおいて象徴的な矢印によって対応する大きさで示す。図示した第２の押圧要素１２の弾性構造部１２．２は３つのカスケードを有しており、その際各カスケードにおいて力吸収点の倍増が行なわれる。これにより、中央の力吸収点によって吸収される押圧力Ｆは８つの押圧片１２．４に均等に配分される。押圧片１２．４も弾性的に受容され、その結果押圧力Ｆは個々の押圧片１２．４の直線状載置面にわたっても均等に吸収される。弾性構造部１２．２により、溶接の際に工作物一部分２１，２２に見える圧こんを形成させるような工作物２の点状負荷が回避される。

図２ａが示すように、第２の押圧要素１２はすべて側部に凹部１２．１を有し、これらの凹部は壁構造部２１．３の繰り抜きのために設けられている。

ｘ方向に配向されている第２の押圧要素１２は透過性の工作物一部分２１へ載置されず、格子状の構成で、ｙ方向に配向されている第２の押圧要素１２を安定化させるためだけに使用される。

押圧要素１１，１２の格子状配列は、ｘ−ｙ方向に広がって長方形の横断面を備えた担持フレーム１７によって取り囲まれる。担持フレーム１７には第１および第２の押圧要素１１と１２が固定されている。担持フレーム１７は押圧要素１１，１２とともに押圧ユニット１を形成し、該押圧ユニット１に対し工作物一部分２１，２２が受容部４でもって押圧される。押圧ユニット１はレーザー透過溶接装置内で担持フレーム１７で受容される。

ｙ方向に配向されている第２の押圧要素１２を弾性構造部１２．２でもって押圧ユニット１内で互いに逆方向に指向させ且つ第１の押圧要素１１に対して指向させるため、これら第２の押圧要素１２の側端部は担持フレーム１７の領域まで案内されている。担持フレーム１７には位置調整機構１５が設けられ、該位置調整機構１５にはこれら第２の押圧要素１２の側端部が着脱可能な結合部により固定されている。位置調整機構１５では、これら第２の押圧要素１２をｚ方向に並進可能に且つｘ軸のまわりに回転可能に位置調整することができる。また、位置調整機構１５を用いると、外側の接触領域２１．１と内側の接触領域２１．２との間のプレストレスをも調整することができ、すなわち高度差を調整することで、押圧の際に第１の押圧要素１１または第２の押圧要素１２が順次載置されるようにして前記プレストレスをも調整することができる。

さらに図２ｃに図示されているように、外側の接触領域２１．１を押圧させるために他の押圧要素１３が使用される。これらの他の押圧要素１３はほぼ直方形の４つの押圧要素（図２ｃでは２つのみが見える）であり、ｘ方向に配向されている第２の押圧要素１２に固定されており、外側の接触領域２１．１の壁構造部２１．３上に載置されている。

格子状に配列されている第２の押圧要素１２の数量に対応して、押圧ユニット１内には、ｚ方向に延在して互いに隣接しあっている多数の通路１６が形成され、これらの通路は互いに平行に対向しあっている通路壁１６．１を有している。押圧要素１１，１２の直角に交差している配列により、通路１６はｘ−ｙ方向において同様に長方形の横断面を有する。

通路１６をｚ方向に貫通するようにレーザー光線３１が工作物２に対して指向されている。レーザー光線３１を発生させるため、好ましくは、レーザー光線３１を発散するように放出するレーザービーム源３が使用される。このためには、且つレーザー透過溶接には、特に高出力ダイオードレーザーが適している。

薄板から成っている第１および第２の押圧要素１１，１２の表面が平坦であることにより、通路壁１６．１は発散するように通路１６内へ進入するレーザー光線３１に対し反射作用を及ぼすことができる。有利には互いに平行に対向しあっている押圧要素１１，１２により、且つｚ方向における押圧要素１１，１２の高さにより、且つレーザー光線３１の発散角度により、レーザー光線３１が工作物２に衝突する前に、レーザー光線３１の少なくとも一部は通路壁１６．１で反射される。反射によってレーザー光線３１の混合が行なわれ、その結果、もし混合が行なわれなければガウス状の強度プロファイルを有するレーザー光線３１が衝突前に均質化される。これによって広い面積の溶接継目２３を特に均一に形成させることができる。

直線状のレーザービーム源３から出る閉じたレーザービームカーテンは、工作物２をその拡がり全体にわたってｘ方向において検知する。運動機構６によりレーザービーム源３はｙ方向において工作物２を跨ぐように移動し、その結果相対運動の間に少なくとも透過性の工作物一部分２１の全面をレーザー光線３１によって検知することができる。

図３には、図１に示した工作物２に適合した溶接継目パターン２４の一例が示されている。これから認められるように、溶接継目パターン２４は外側の接触領域２１．１と内側の接触領域２１．２のほぼ全部を埋めている。中断部が生じているのは、もっぱら、ｚ方向に配向されている壁構造部２１．３が透過性の工作物一部分２１に対するレーザー光線３１の透過を阻止している個所、および、レーザー光線３１が押圧要素１１と１２によって遮蔽される個所のみである。遮蔽性の押圧要素１１と１２は、溶接継目パターン２４において点線として図示されている。薄板の厚さが薄いために、遮蔽部は無視できる程度に少ない。

図３には、他の押圧要素１３の位置も図示されている。他の押圧要素１３は壁構造部２１．３上に載置されている。これにより、外側の接触領域２１．１は該外側の接触領域を貫通するように延在している溶接継目２３の両側で押圧される。

第２の押圧要素１２の遮蔽部が少ないことにより、工作物一部分２１，２２を壁構造部２１．３のすぐ近くで押圧させ、同時に溶接継目２３を壁構造部２１．３のすぐ近くに延在させることも可能である。

図４に図示した他の実施形態では、押圧ユニット１は担持フレーム１７なしに構成されている。このため、押圧要素１１，１２は自立支持性構造を成している。このため、第１の押圧要素１１は比較的厚い板厚を備えた薄板から成っている。第１実施形態と異なるのは、ここでは、中央で互いに交差するように差し込まれている第１の押圧要素１１が２つの未使用されている点である。第１の押圧要素１１には、押圧ユニット１の他のすべての構成要素が固定されている。第２の押圧要素１２はそれぞれその中央を第１の押圧要素１１で受容される。第２の押圧要素１２は、中央の外側で、それぞれ他の配向方向に配置されている第２の押圧要素１２と交差している。第２の押圧要素１２は、ｘ方向またはｙ方向に拡がっている第１の押圧要素１１にわたって均一に配分されて、格子状配列を形成している。ｙ方向に配向されている第２の押圧要素１２はその側端部を位置調整機構１５で受容され、位置調整機構１５も第１の押圧要素１１に固定されている。このような配置構成は軽量であり、さらに低コストで製造可能であり、特にｚ方向に配向される壁構造部２１．３を有していない透過性の工作物一部分２１に適している。

レーザー透過溶接装置の他の実施形態では、押圧力Ｆを、工作物一部分２１，２２を受容部４に対し押圧させる押圧ユニット１を用いて導入することも可能である。このため、押圧ユニット１は加圧シリンダ５と結合し、受容部４はレーザー透過溶接装置内に堅固に受容されている。

受容部４は、圧縮弾性で撓み可能な、吸収性の工作物一部分２２を受容するための載置面を有していてよい。圧縮弾性で撓み可能な載置面は、大きすぎる点状の押圧力Ｆで撓むことができることにより、押圧力Ｆの均一な配分を補助する。圧縮弾性で撓み可能な載置面は、もっとも簡単なケースでは、受容部４の載置面の可撓性のあるマット状のベースまたは被覆部である。

レーザー透過溶接装置は、工作物２とレーザービーム源３との間の相対運動が押圧ユニット１の運動により受容部４とともに行われるように構成してもよい。このため、運動機構６を用いて押圧ユニット１と受容部４とを不動のレーザービーム源３に対しｙ方向に移動させる。

同様に、前記相対運動のために、スキャナーを用いて移動せしめられるレーザービームを使用してもよい。この場合、工作物一部分２１，２２の溶接は、走査運動によってレーザービームで行われる。

スキャナーに対応して、工作物２に対し多重にずれた相対運動を実施する単独のレーザービーム放出器のレーザー光線３１で溶接を行なってもよい。

特に小型の工作物２に対しては、工作物一部分２１，２２の接触領域を完全に覆う整形ビーム放出器をレーザービーム源３として使用するのが有意義である。

ｘ−ｙ方向における押圧要素１１，１２の直角の格子状配列に対し、押圧要素１１，１２を９０゜とは異なる角度で配置してもよい。このように交差させた配列は、場合によっては、工作物２の所与条件に対し押圧ユニット１をより好適に適合させることを可能にする。

同様に、押圧ユニット１の基本形状は長方形から異なっていてもよい。このため、押圧ユニット１と担持フレーム１７とはたとえば円形に構成される。

レーザー光線３１の均一化を改善するため、工作物２に対し垂直に指向されるレーザービーム源３にわずかに角度をつけてもよい。垂直から１０゜以下で角度をつけることで、通路壁１６．１で反射するレーザー光線３１の成分が高くなる。これによってレーザー光線３１の混合が増強し、よって均一な溶接継目２３が得られる。

１ 押圧ユニット
１１ 第１の押圧要素
１２ 第２の押圧要素
１２．１ 凹部
１２．２ 弾性構造部
１２．３ 切欠き
１２．４ 押圧片
１３ 他の押圧要素
１４ スリット
１５ 位置調整機構
１６ 通路
１６．１ 通路壁
１７ 担持フレーム
２ 工作物
２１ 透過性の工作物一部分
２１．１ 外側の接触領域
２１．２ 内側の接触領域
２１．３ 壁構造部
２２ 吸収性の工作物一部分
２３ 溶接継目
２４ 溶接継ぎ目パターン
３ レーザービーム源
３１ レーザー光線
３２ 放射方向
４ 受容部
５ 加圧シリンダ
６ 運動機構
７ 記憶・制御ユニット
Ｆ 押圧力

レーザービーム源３は、受容部４に対し相対的に可動であるように、ｙ方向に位置決め可能な運動機構６に配置されている。ｘ方向における直線状のレーザービーム源３の拡がりと、ｙ方向における運動機構６の運動範囲とは、少なくとも工作物２をレーザー光線３１で完全に検知できるようなサイズを有している。

図１に図示したように、吸収性の工作物一部分２２は、ｚ方向に湾曲した表面を有している。工作物一部分２１，２２は、図３に例示したように、透過性の工作物一部分２１の表面のほぼ全範囲にわたって溶接される。これに対応して、接触領域も透過性の工作物一部分２１の表面全体にわたって延在している。この領域で受容部４に対し平坦な対向支持部を形成するため、押圧ユニット１の形状は、少なくとも接触領域で透過性の工作物一部分２１上に載置される側で、工作物一部分２１，２２の３次元形状に正確に対応している。同じことは、押圧力Ｆを工作物一部分２１，２２にフラットに導入させる受容部４に対しても適用される。

Claims (10)

1. 複数の溶接継目（２３）から成る所定の溶接継目パターン（２４）を介してレーザー透過溶接により２つの工作物一部分（２１，２２）を結合させるための装置であって、
   デカルト座標系のｘ−ｙ方向に拡がっている２つの工作物一部分（２１，２２）をｘ方向、ｙ方向、ｚ方向で互いに位置決めするために構成された受容部（４）と、
   ｚ方向の放射方向（３２）でもって前記受容部（４）に対して指向され、よって該受容部内で位置決めされている前記工作物一部分（２１，２２）に対して指向され、前記装置をｘ方向で覆っているレーザービーム源（３）と、
   ｙ方向において前記レーザービーム源（３）を前記受容部（４）に対し相対運動させるための運動機構（６）と、
   前記放射方向（３２）において前記レーザービーム源（３）の下流側に配置され、ｚ方向において前記受容部（４）に対し位置調整可能な押圧ユニット（１）であって、その内部に、前記放射方向（３２）において該押圧ユニット（１）を貫通するように延在する複数の通路（１６）が設けられ、これら通路が互いに対向しあっている通路壁（１６．１）を有し、該通路壁で、前記工作物一部分（２１，２２）に対し指向される前記レーザー光線（３１）の少なくとも一部分が前記工作物一部分（２１，２２）への衝突前に反射し、前記工作物一部分（２１，２２）をｚ方向において互いに押圧させる前記押圧ユニット（１）と、
   記憶・制御ユニット（７）と、
   を備えた前記装置において、
   前記通路壁（１６．１）が、ｘ方向およびｙ方向に配向された平板状の第１および第２の押圧要素（１１，１２）の格子状配列によって形成され、前記第１の押圧要素（１１）のうち少なくとも１つがｘ方向に配向されて配置され、少なくとも１つがｙ方向に配向されて配置され、且つｚ方向に堅固であり、複数の前記第２の押圧要素（１２）は、配向方向に依存して、前記工作物一部分（２１，２２）に接触しないように短くされた第２の押圧要素（１２）と、ｚ方向における公差を補償するために組み込まれた手段を有している弾性のある第２の押圧要素（１２）とに類別されることを特徴とする装置。
2. 前記第１および第２の押圧要素（１１，１２）がそれぞれ複数のスリット（１４）を有し、該スリットを介して前記第１および第２の押圧要素（１１，１２）が格子状の配列を成して互いに差し込まれていることを特徴とする、請求項１に記載の２つの工作物一部分（２１，２２）を結合させるための装置。
3. 公差を補償する前記手段を組み込んだ前記第２の押圧要素（１２）が、それぞれモノリシック構成を有していることを特徴とする、請求項１に記載の２つの工作物一部分（２１，２２）を結合させるための装置。
4. 前記公差を補償するように組み込まれた手段が、前記第２の押圧要素（１２）に形成された弾性構造部（１２．２）であり、該弾性構造部が、前記第２の押圧要素（１２）の、前記工作物一部分（２１，２２）上に載置されるエッジに配置されていることを特徴とする、請求項３に記載の２つの工作物一部分（２１，２２）を結合させるための装置。
5. 前記弾性構造部（１２．２）が、前記第２の押圧要素（１２）内へ導入される押圧力（Ｆ）を均等に複数の力吸収点へ配分する構成を有していることを特徴とする、請求項４に記載の２つの工作物一部分（２１，２２）を結合させるための装置。
6. 前記弾性構造部（１２．２）が、前記押圧力（Ｆ）を、中央の力吸収点を起点として、多重カスケード状に数量倍増される力吸収点へ対称に配分することを特徴とする、請求項５に記載の２つの工作物一部分（２１，２２）を結合させるための装置。
7. 前記押圧ユニット（１）がｘ−ｙ方向に広がる担持フレーム（１７）を有し、該担持フレームに前記第１および第２の押圧要素（１１，１２）が固定されていること、前記担持フレーム（１７）が、前記第２の押圧要素（１２）を前記第１の押圧要素（１１）に対し位置調整するための位置調整機構（１５）を有していることを特徴とする、請求項１に記載の２つの工作物一部分（２１，２２）を結合させるための装置。
8. 前記第１の押圧要素（１１）または前記第２の押圧要素（１２）に配置される、前記押圧力（Ｆ）を吸収するための他の押圧要素（１３）が設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の２つの工作物一部分（２１，２２）を結合させるための装置。
9. 前記受容部（４）が、圧縮弾性で撓み可能な、吸収性の前記工作物一部分（２２）を載置するための載置面を有していることを特徴とする、請求項１に記載の２つの工作物一部分（２１，２２）を結合させるための装置。
10. 前記第１および第２の押圧要素（１１，１２）が、前記担持フレーム（１７）の代替手段としての自己支持性構造部の形成を可能にするサイズを有していることを特徴とする、請求項１に記載の２つの工作物一部分（２１，２２）を結合させるための装置。

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