JP5213245B2

JP5213245B2 - レーザー溶接装置

Info

Publication number: JP5213245B2
Application number: JP2008223017A
Authority: JP
Inventors: 哲検梗谷
Original assignee: Sankei Giken Kogyo Co Ltd
Current assignee: Sankei Giken Kogyo Co Ltd
Priority date: 2008-09-01
Filing date: 2008-09-01
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2028-09-01
Also published as: JP2010058124A

Description

本発明は、例えば自動車に装備される消音器等の円筒体を溶接するレーザー溶接装置及び円筒体の製造方法に関する。

自動車に装備される円筒状の消音器の溶接に於いて、レーザー溶接を用いることが提案されている。例えば特許文献１には、円筒材（外筒部材）と、前後の端板と、多孔性板と、隔壁版を備えた消音器に於いて、円筒材（外筒部材）と多孔性板と隔壁板の三者、外筒部材と端板と多孔性板の三者等をそれぞれ重合し、前記重合部をレーザー溶接で一括して同時に接合することが開示されている。

特開平１０−２４３８１号公報

ところで、レーザー溶接には、非常に深い溶け込み深さが得られる、溶接時の熱影響が非常に少ない、高速な溶接が可能である、溶接による変形が少ない等の有利性があるものの、溶接する部材相互に高度な合わせ精度が要求され、溶接する部材相互間に０．１〜０．２ｍｍ程度の僅かな隙間があると適切な溶接ができなくなる。そのため、レーザー光の照射時に溶接する部材相互を確実に当接する技術が求められている。

本発明は上記課題に鑑み提案するものであって、レーザー溶接のレーザー光の照射時に溶接する部材相互を確実に当接することができるレーザー溶接装置、及び円筒体の製造方法を提供することを目的とする。

本発明のレーザー溶接装置は、円筒材と所定部材の一部を重ね合わせた状態で前記円筒材と前記所定部材とを保持し、前記円筒材の軸周りに前記円筒材と前記所定部材とを回転させる保持具と、前記円筒材の接線方向に延びる長穴が形成され、前記長穴の周辺領域で前記円筒材と前記所定部材の重合部を局所的に押圧する押圧体と、前記長穴から前記重合部の押圧箇所にレーザー光を照射すると共にシールドガスを放出する溶接トーチとを備え、前記長穴の下側開口の上方にシールドガスを貯溜する貯留部を設けることを特徴とする。また、前記押圧体の前記重合部側に、前記長穴の長手方向両端から前記長手方向に延びる溶接ビードより幅広の溝であって且つ前記重合部の溶接領域に沿って前記シールドガスを行き渡らせる流路となる溝が形成されていることが望ましい。

また、本発明のレーザー溶接装置は、前記保持具が、前記円筒材の開口端の端部と前記所定部材である端板の端部とを重ね合わせた状態で前記円筒材と前記端板とを保持し、前記円筒材の軸周りに前記円筒材と前記端板を回転させることを特徴とする。尚、本発明の所定部材は端板に限定されず、例えば特許文献１の隔壁、多孔性板等とすることも可能である。

また、本発明のレーザー溶接装置は、前記長穴の下側開口の上方にシールドガスを貯溜する貯留部を設けることを特徴とする。

また、本発明のレーザー溶接装置は、前記長穴の上側に前記長孔よりも周縁が外側に位置する穴を設け、前記穴の周壁で囲まれる領域を前記貯留部とすることを特徴とする。

また、本発明のレーザー溶接装置は、前記長穴の下側開口の上方に、上に向かって拡がる略楕円錐形の前記貯留部を設けることを特徴とする。

また、本発明のレーザー溶接装置は、前記長穴の下側開口の周縁を曲面状とすることを特徴とする。

また、本発明のレーザー溶接装置は、前記保持具が前記円筒材の軸方向両側から、前記端部が重ね合った状態の前記円筒材と前記端板とを保持することを特徴とする。

尚、本明細書開示の発明には、各発明や各実施形態の構成の他に、これらの部分的な構成を本明細書開示の他の構成に変更して特定したもの、或いはこれらの構成に本明細書開示の他の構成を付加して特定したもの、或いはこれらの部分的な構成を部分的な作用効果が得られる限度で削除して特定した上位概念化したものも含まれる。

本発明のレーザー溶接装置或いは円筒体の製造方法等は、押圧体の長穴の周辺領域で円筒材と端板など所定部材との重合部を局所的に押圧しながらレーザー溶接を行うことにより、レーザー照射時に溶接する部材相互を確実に当接することができ、部材相互を確実に溶接することができる。また、レーザー光を照射する穴を長穴とすることにより、溶接ビードが押圧体に干渉することを防止することができる。また、重合部は局所的に押圧してほぼ点接触になるので、円筒材や所定部材に過大な荷重がかかることを防止することができる。

また、押圧体の重合部側に、長穴の長手方向両端から長手方向に延びる溝を形成することにより、長穴の長手方向の両外側に於いても、溶接ビードが押圧体に干渉することを防止することができる。また、前記溝がシールドガスの流路として機能し、溶接領域に沿うようにシールドガスを行き渡らせてシールドすることができ、溶接スラグの発生防止や、レーザー用レンズの延命等を図ることができる。

また、前記長穴の下側開口の上方にシールドガスを貯溜する貯留部を設けることにより、シールドガスが拡散するのを防止して長穴から確実に流出させ、溶接箇所に所要量のシールドガスを行き渡らせることができる。従って、係る点からも、溶接スラグの発生防止や、レーザー用レンズの延命等を図ることができる。更に、長穴の上側に前記長孔よりも周縁が外側に位置する穴を設け、前記穴の周壁で囲まれる領域を貯留部とすることにより、低コストで貯留部を設けることができる。また、長穴の下側開口の上方に、上に向かって拡がる略楕円錐形の貯留部を設けることにより、シールドガスが略楕円錐形に沿って流れるので、シールドガスの乱流化を抑制することができ、より適切なシールド状態を得ることができる。

また、長穴の下側開口の周縁を曲面状とすることにより、シールドガスを前記曲面に沿って流し、シールドガスの乱流化を抑制することができ、より適切なシールド状態を得ることができる。

また、保持具が円筒材の軸方向両側から、端部が重ね合った状態の円筒材と端板とを保持することにより、レーザー溶接の前に、円筒材と端板とをスポット溶接などで仮留め溶接する工程が不要になり、製造工程の効率化、製造コストの低減を図ることができる。

本発明についてレーザー溶接装置の実施形態に基づき説明する。

本実施形態のレーザー溶接装置は、図１〜図３に示すように、円筒材５０の開口端の端部５１と端板６０の端部６１とを重ね合わせた状態で構成されるワーク１００を円筒材５０の軸方向に押圧して保持し、前記保持状態の円筒材５０の軸周りにワーク１００を回転させる保持具１０と、水平方向に移動して円筒材端部５１と端板端部６１の重合部の上側に上下動可能に配設され、その下降によりワーク１００を下向きに押圧する押圧体２０と、押圧体２０と対応する位置でワーク１００の下側に配設され、押圧されるワーク１００に当接して下側から支持する支持ローラ３０と、押圧体２０に対応して配設されるレーザー溶接の溶接トーチ４０とを備える。尚、本実施形態におけるワーク１００は、自動車の消音器に用いられるものである。

保持具１０は、同軸で配置される保持ローラ１１と押圧ローラ１２とで構成され、保持ローラ１１と押圧ローラ１２はそれぞれ軸周りに回転可能である。保持ローラ１１は、ワーク１００の一方の端板６０側に配置され、前記一方の端板６０側でワーク１００を保持する。押圧ローラ１２は、ワーク１００の他方の端板６０側に配置され、前記他方の端板６０側でワーク１００を保持する。更に、押圧ロール１２は、その軸方向に進退可能であり、ワーク１００側に進んでワーク１００を保持ロール１１に押し付けるようになっている。押圧ロール１２と保持ロール１１とによるワーク１００への押圧は、５〜１０Ｍｐａ程度とすることが好ましい。

押圧体２０は、図４〜図６に示すように、本実施形態では２層構造であり、支持柱２１２で支持されている上側の板状の押圧治具２１と、銅製等でワーク１００を直接押さえる下側の押圧板２２とを重ね合わせて密着し、押圧板２２は、ボルト締めで押圧治具２１に固定されている保持具２１３により保持され、或いはボルト締め等により押圧治具２１に対して固定されている。押圧治具２１の中央には円形の穴２１１が形成され、押圧板２２の中央には前記保持状態の円筒材５０の接線方向に延びるようにして長穴２２１が形成されている。押圧治具２１の穴２１１の直径は３０ｍｍ〜４０ｍｍ程度とすることが好ましく、又、押圧板２２の長穴２２１の長さは２０ｍｍ〜３５ｍｍ程度、長穴２２１の幅は５ｍｍ〜７ｍｍ程度とすることが好ましい。押圧板２２は、長穴２２１が穴２１１内に配置されるようにして押圧治具２１の中央下側に設けられ、穴２１１の周縁は長穴２２１の周縁よりも外側に位置するように構成される。長穴２２１の周辺の押圧板２２の上面と、穴２１１の周壁で囲まれる領域は、レーザー溶接のシールドガスを貯留して散逸を防止し、適度に散漫させる貯留部２３として機能する。

押圧板２２のワーク１００側である下面には、長穴２２１の長手方向両端から、長穴２２１の長手方向に延びる溝２２２が形成されている。溝２２２は、レーザー溶接時にワーク１００に形成される溶接ビードの逃がし溝となり、溶接ビードが押圧板２２に干渉することを防止する機能を有すると共に、溶接領域に沿うようにしてシールドガスを行き渡らせるシールドガスの流路として機能する。溝２２２の長さ、幅は前記溶接ビードの逃がし機能とシールドガスの流路機能が果たせるものであれば適宜であり、例えば溝２２２の長さは５０ｍｍ〜６０ｍｍ、又、溝２２２の幅は長穴２２１の幅と同幅、長穴２２１よりも幅広若しくは長穴２２１よりも幅狭で形成し、例えば５ｍｍ〜７ｍｍとすることが好ましい。

溶接トーチ４０は、レーザー光を照射すると共にシールドガスを放出する構成であり、長穴２１１から円筒材５０の端部５１と端板５０の端部６１の重合部に、シールドガスを放出しつつレーザー光を照射する。溶接トーチ４０は、図３に示すように、先端に向かって先細となる筒状のノズル４１を有し、ノズル４１の先端はレーザー光の照射口４１１となっている。ノズル４１内にはレンズ４２が設けられ、図示省略する光源からレーザー光がレンズ４２に向かって照射され、レンズ４２を通過したレーザー光が照射口４１１から外部に照射される。また、ノズル４２の側部にはシールドガスのガス取込口４１２が設けられ、ガス取込口４１２からノズル４１内に供給されたシールドガスは、レーザー光と同様に、照射口４１１から外部に放出される。

本実施形態のレーザー溶接装置により、円筒材５０と端板６０で構成される円筒体を製造する際には、端板６０の端部６１を内側にして円筒材５０の端部５１と端板６０の端部６１を重ね合わせてワーク１００を構成し、ワーク１００を保持ローラ１１と押圧ローラ１２との間に配置し、押圧ローラ１２をワーク１００側に移動し、ワーク１００を軸方向両側から保持ローラ１１と押圧ローラ１２とで保持する。その後、円筒材５０の一方の端部５１と端板６０の一方の端部６１との重合部の上側に押圧体２０を水平方向に移動して配置し、押圧体２０を下降することにより、長穴２２１の周辺領域で、一方の端部５１、６１の重合部を局所的に押圧し、上側の押圧体２０と下側に支持ローラ３０とにより上下方向でワーク１００を保持する。そして、保持ローラ１１と押圧ローラ１２を回転してワーク１００を回転させると共に、溶接トーチ４０の照射口４１１を長穴２２１の上側に配置してシールドガスを放出すると共にレーザー光を照射し、一方の端部５１、６１の重合部を周方向の全周に亘ってレーザー溶接する。この際、一方の端部５１、６１の溶接される箇所は溶接時に押圧体２０の押圧で密接することから、確実にレーザー溶接で固着される。一方の端部５１、６１の溶接が完了したら、押圧体２０を水平移動して他方の端部５１、６１の重合部の上側に配置し、或いはワーク１００を反転して押圧体２０の下側に他方の端部５１、６１の重合部を配置し、同様の処理で他方の端部５１、６１も溶接することにより、ワーク１００の溶接を完了して円筒体が完成する。

本実施形態のレーザー溶接装置は、押圧体２２の長穴２２１の周辺領域で円筒材５０と端板６０との重合部を局所的に押圧しながらレーザー溶接することにより、レーザー照射時に溶接する部材相互を確実に当接し、部材相互を確実に溶接できる。また、レーザー光を照射する穴をワーク１００の接線方向に延びる長穴２２１とすることにより、溶接ビードが押圧体２０に干渉することを防止できる。また、重合部は局所的に押圧してほぼ点接触になるので、円筒材５０や端板６０に過大な荷重がかかることを防止できる。また、押圧体２０の重合部側に、長穴２２１の長手方向両端から長手方向に延びる溝２２２を形成することにより、長穴２２１の長手方向の両外側に於いても、溶接ビードが押圧体２０に干渉することを防止できる。また、溝２２２が溶接領域に沿うようにシールドガスを行き渡らせる流路として機能し、溶接スラグの発生防止や、レーザー用レンズの延命等を図ることができる。

また、長穴２２１の周辺の押圧板２２の上面と穴２１１の周壁で囲まれる領域で貯留部２３を設けることにより、低コストでシールドガスが拡散するのを防止し、シールドガスを長穴２２１から確実に流出させ、溶接箇所に所要量のシールドガスを行き渡らせることができる。従って、係る構成からも、溶接スラグの発生防止や、レーザー用レンズの延命等を図ることができる。また、保持ローラ１１、押圧ローラ１２、押圧体２０、支持ローラ３０でワーク１００の軸方向と上下方向とから保持することにより、ワーク１００の落下を防止できると共に、レーザー溶接の前に、ワーク１００とをスポット溶接などで仮留め溶接する工程が不要になり、製造工程の効率化、製造コストの低減を図ることができる。

尚、上記実施形態では、押圧板２２の長穴２２１の下側開口の周縁を略直角形状としたが、図７に示すように、長穴２２１の周縁を曲面状のアール部２２３とする押圧体２０とすると好適である。前記構成により、シールドガスを曲面状のアール部２２３に沿って流し、シールドガスの乱流化を抑制することが可能となり、より適切なシールド状態を得ることができる。

また、上記実施形態の押圧体２０は、上側の押圧治具２１と下側の押圧体２２とで構成する２層構造としたが、単層構造の板状部材から押圧体を構成してもよい。図８の押圧体２４は単層構造の板状部材から構成する例であり、その長穴２４１は長穴２２１に対応し、その溝２４２は溝２２２に対応し、穴２４３は穴２３に対応する構成である。長穴２４１の下側開口、上側開口の周縁には曲面状のアール部２４４、２４５がそれぞれ形成され、穴２４３の周壁の下端、上端の周縁にも曲面状のアール部２４６、２４７が形成されている。前記構成により、シールドガスの乱流化を一層抑制し、より一層適切なシールド状態を得ることができる。

また、図９の押圧体２５も単層構造の板状部材で構成する例であるが、上記長穴２４１と穴２４３の構成に代え、長穴状の下側開口を有し、前記下側開口から上に向かって拡がる略楕円錐形の穴２５１を設け、前記下側開口より上方の領域を貯留部２５２とする構成である。２５３は溝２４２に対応する溝であり、２５４、２５５は周壁の下端、上端の周縁に設けられるアール部である。前記構成により、シールドガスが略楕円錐形に沿って流れるので、シールドガスの乱流化を抑制することができ、より適切なシールド状態を得ることができる。尚、本発明に於ける貯留部は、長穴の下側開口の上方でシールドガスを貯留する構成であれば、上記実施形態や図１０の構成以外にも適宜である。

本発明は、例えば自動車の消音器の製造等に利用することができる。

実施形態のレーザー溶接装置の平面図。図１のレーザー溶接装置のＡ―Ａ線断面図。図１のレーザー溶接装置のＢ−Ｂ線断面図。押圧体の平面図。押圧体の底面図。押圧体の要部縦断面図。押圧体の第１変形例の要部縦断面図。押圧体の第２変形例の要部縦断面図。押圧体の第３変形例の要部縦断面図。

符号の説明

１０…保持具１１…保持ローラ１２…押圧ローラ２０…押圧体２１…押圧治具２１１…穴２１２…支持柱２１３…保持具２２…押圧板２２１…長穴２２２…溝２２３…アール部２３…貯留部２４…押圧体２４１…長穴２４２…溝２４３…穴２４４〜２４７…アール部２５…押圧体２５１…穴２５２…貯留部２５３…溝２５４、２５５…アール部３０…支持ローラ４０…溶接トーチ４１…ノズル４１１…照射口４１２…ガス取込口４２…レンズ５０…円筒材５１…端部６０…端板６１…端部１００…ワーク

Claims

円筒材と所定部材の一部を重ね合わせた状態で前記円筒材と前記所定部材とを保持し、前記円筒材の軸周りに前記円筒材と前記所定部材とを回転させる保持具と、
前記円筒材の接線方向に延びる長穴が形成され、前記長穴の周辺領域で前記円筒材と前記所定部材の重合部を局所的に押圧する押圧体と、
前記長穴から前記重合部の押圧箇所にレーザー光を照射すると共にシールドガスを放出する溶接トーチとを備え、
前記長穴の下側開口の上方にシールドガスを貯溜する貯留部を設けることを特徴とするレーザー溶接装置。
前記保持具が、前記円筒材の開口端の端部と前記所定部材である端板の端部とを重ね合わせた状態で前記円筒材と前記端板とを保持し、前記円筒材の軸周りに前記円筒材と前記端板を回転させることを特徴とする請求項１記載のレーザー溶接装置。
前記長穴の上側に前記長孔よりも周縁が外側に位置する穴を設け、
前記穴の周壁で囲まれる領域を前記貯留部とすることを特徴とする請求項１又２記載のレーザー溶接装置。
前記長穴の下側開口の上方に、上に向かって拡がる略楕円錐形の前記貯留部を設けることを特徴とする請求項１又２記載のレーザー溶接装置。
前記押圧体の前記重合部側に、前記長穴の長手方向両端から前記長手方向に延びる溶接ビードより幅広の溝であって且つ前記重合部の溶接領域に沿って前記シールドガスを行き渡らせる流路となる溝が形成されていることを特徴とする請求項１〜４の何れかに記載のレーザー溶接装置。
前記長穴の下側開口の周縁を曲面状とすることを特徴とする請求項１〜５の何れかに記載のレーザー溶接装置。
前記保持具が前記円筒材の軸方向両側から、前記端部が重ね合った状態の前記円筒材と前記端板とを保持することを特徴とする請求項２〜６の何れかに記載のレーザー溶接装置。