JP6762430B2 - レーザ溶接方法及びレーザ溶接用治具装置 - Google Patents

Description

本発明は、一対のワーク、例えば燃料電池セルに用いられる一対のセパレータをレーザ溶接によって接合させるレーザ溶接方法及びレーザ溶接用治具装置に関する。

燃料電池は、電解質膜の両面に一対の電極層を設けた反応電極部（ＭＥＡ）を備えている。反応電極部は、その厚み方向両側にセパレータを積層し、燃料電池セルを構成する。燃料電池セルを複数個積層したスタック構造をなす燃料電池は、反応電極部のカソード側に酸化ガス（空気）を供給し、アノード側に燃料ガス（水素）を供給し、水の電気分解の逆反応である電気化学反応によって電力を発生する。

積層された燃料電池セル内には酸化ガス（空気）や燃料ガス（水素）、冷却水などの媒体のための流路が設けられている。流路は、例えばセパレータによって形成されている。セパレータは、鉄やアルミニウムなどの金属材料からなる一対の板状の部材を接合させた構造物で、これらの一対の部材の間や別の部材との間に媒体のための流路を形成する。

図７は、特許文献１に記載されているセパレータ１を示す平面図である。セパレータ１は燃料極フレーム２（図８参照）と接合されており、媒体を通すための複数個の貫通孔３と、反応電極部（特許文献１の「固体電解質層８１」）を位置づけるための開口部４とを有している。図７中、貫通孔３の周囲に示されているのは、燃料極フレーム２と接合させた際に生じたレーザ溶接痕５である。貫通孔３は、その周囲を全周にわたってレーザ溶接され、これによって貫通孔３に連絡する部分と連絡しない部分とが閉じられている。こうして空間を閉じたレーザ溶接痕５を、特許文献１では「閉回路形状」と呼んでいる（特許文献１の段落［００２８］〜［００３６］参照）。

特許文献１は、上記セパレータ１を製造するための装置として、図８に示すような溶接用治具装置１１を開示している。Ｘ−Ｙテーブル２１に載置された溶接用治具装置１１は、固定治具部材１２と二つの治具部材（第１治具部材１３、第２治具部材１４）との間に、セパレータ１と燃料極フレーム２とをクランプ構造１５によってクランプし、レーザ溶接によって接合する（特許文献１の段落［００４２］〜［００４９］参照）。

詳しくは、図８及び図９に示すように、固定治具部材１２と第１治具部材１３との間にセパレータ１と燃料極フレーム２とをクランプし、レーザ照射装置３１からレーザ光ＬＢを照射させ、第１開口部１３ａを介して導いたレーザ光ＬＢによって、貫通孔３の周囲半分だけをレーザ溶接する。続いて第１治具部材１３を第２治具部材１４に入れ替え、第２開口部１４ａを介して導いたレーザ光ＬＢによって、貫通孔３の周囲の残りの半分をレーザ溶接する（特許文献１の段落［００４０］〜［００５２］参照）。

レーザ溶接工程を二回に分けて行うことにより、図１０に示すようなレーザ溶接痕５が形成される（特許文献１の段落［００５３］参照）。このレーザ溶接痕５は二本の分割レーザ溶接痕５ａ，５ｂによって構成され、その交点はオーバーラップするオーバーラップ領域Ｒとなっている。これによって閉回路形状が保たれる。

特開２０１４−１９４８７６号公報 特開２０１１−１６１４５０号公報

セパレータに設けられた貫通孔の周囲を閉回路形状、つまり全周を閉じた形状にするために、特許文献１ではレーザ溶接工程を二回に分け、第１治具部材１３と第２治具部材１４とを入れ替えている。工程数が増えるという点で改善の余地がある。

特許文献２は、互いに接合しようとする一対のワークを第１治具部材（９２）と第２治具部材（９６）とでクランプし、第２治具部材（９６）に設けた開口部（９４）に第３治具部材（９８）を配置し、開口部（９４）と第３治具部材（９８）との間の隙間（１１０）からワークにレーザ照射を行うようにした発明を開示している。したがって一度のレーザ溶接工程のみによって、ワークの外周部を周回する継ぎ目のない溶接（特許文献２では「シームレス溶接」と呼んでいる）を行うことが可能になる（特許文献２の段落［００１５］［００５５］［００６１］［００６２］参照）。

しかしながら特許文献２に記載されているレーザ溶接方法は、ワークの外周に沿って継ぎ目なく溶接を行う方法であり、例えば特許文献１に記載されているように、セパレータに設けた貫通孔の周囲をレーザ溶接する方法ではない。特許文献２に記載されているレーザ溶接方法は、貫通孔の周囲のレーザ溶接に対して、単純に適用できない。

また特許文献２に記載されているレーザ溶接方法では、開口部（９４）と第３治具部材（９８）との間にレーザ溶接部位を露呈させる隙間（１１０）を形成するという関係上、第３治具部材（９８）の位置決めが重要になる。特許文献２では、開口部の内周面に沿う位置決めリング部材（１２４）を一旦セットし、この位置決めリング部材によって位置決めした第３治具部材を締め付け部材（１１６）で固定するようにしている（特許文献２の段落［００４４］［００４６］参照）。このため第３治具部材を位置決めするための工程数が増え、しかも煩雑な作業が要求される。改善の余地がある。

本発明の課題は、少ない工程数で、ワークに設けられた貫通孔の周囲を継ぎ目なくレーザ溶接できるようにすることである。
本発明の別の課題は、煩雑な作業を要することなく、ワークに設けられた貫通孔の周囲を継ぎ目なくレーザ溶接できるようにすることである。

本発明のレーザ溶接方法は、重ね合わされたときに位置合わせされる大きさ及び形状が共通の貫通孔をそれぞれ有する一対の板状部材である一対のワークを用意し、前記貫通孔に位置合わせされるピン孔を有するベース治具に前記一対のワークを重ね合わせて載置し、前記貫通孔を取り囲むレーザ溶接位置の外側でこのレーザ溶接位置に沿って前記貫通孔を包囲する開口を有する主治具を用意し、前記貫通孔を前記開口で包囲した状態で前記ベース治具に前記主治具を押し当て、前記一対のワークを互いに位置決めし、前記主治具に前記ベース治具に向かう方向への変位力を作用させて前記一対のワークをクランプし、ヘッドとピンとを有し、前記ピン孔に前記ピンを挿入させた状態で互いに対面する前記主治具の開口と前記ヘッドとの間の隙間に位置する前記レーザ溶接位置にレーザ光を導く環状の導光路を形成する副治具を用意し、前記ベース治具に載置された前記一対のワークの貫通孔を介して前記ピン孔に前記ピンを挿入し、一方の前記ワークに前記ヘッドが突き当たるまで前記ベース治具に載置された前記一対のワークの貫通孔を介して前記ピン孔に前記ピンを挿入させた前記副治具に対して、前記ピンの挿入を深める方向への変位力を作用させて前記一対のワークをクランプする。

本発明のレーザ溶接用治具装置は、重ね合わされる一対の板状部材からなり、これらの板状部材が重ね合わされたときに位置合わせされる大きさ及び形状が共通の貫通孔をそれぞれ有する一対のワークの載置を許容し、前記貫通孔に位置合わせされるピン孔を有するベース治具と、前記貫通孔を取り囲むレーザ溶接位置の外側でこのレーザ溶接位置に沿って前記貫通孔を包囲する開口を有し、前記貫通孔を前記開口で包囲した状態で前記ベース治具に押し当てられる主治具と、前記一対のワークを互いに位置決めする機構と、前記主治具に前記ベース治具に向かう方向への変位力を作用させて前記一対のワークをクランプする主クランプ機構と、ヘッドとピンとを有し、前記ピン孔に前記ピンを挿入させた状態で互いに対面する前記主治具の開口と前記ヘッドとの間の隙間に位置する前記レーザ溶接位置にレーザ光を導く環状の導光路を形成する副治具と、前記ピン孔に挿入された前記ピンの挿入を深める方向への変位力を前記副治具に作用させて前記一対のワークをクランプする副クランプ機構と、を備える。

本発明によれば、一対のワークを重ね合わせてベース治具に載置することでこれらのワークを位置決めすることができ、また主治具の開口と副治具のヘッドとに間に導光路を形成することができ、したがって少ない工程数で、しかも煩雑な作業を要することなくワークに設けられた貫通孔の周囲を継ぎ目なくレーザ溶接することができる。

実施の一形態のレーザ溶接用治具装置の主要部を断面にして示す模式図。 副クランプ機構の底面図。 （Ａ）はレーザ溶接方法におけるワーク準備工程を示す模式図、（Ｂ）はワーク載置工程を示す模式図、（Ｃ）は主治具及び副治具のセット工程を示す模式図、（Ｄ）はクランプ工程を示す模式図。 副クランプ機構の別の一例を示す模式図。 副クランプ機構のさらに別の一例を示す模式図。 副クランプ機構のさらに別の一例を示す模式図。 燃料電池セルに用いるセパレータの一例を示す平面図。 レーザ溶接用治具装置の従来の一例を示す正面図。 従来の溶接工程を説明するための模式図。 ピン孔の周囲のレーザ痕を示す模式図。

実施の一形態を図１ないし図３（Ａ）〜（Ｄ）に基づいて説明する。本実施の形態は、燃料電池セルに用いられる一対のセパレータ５１をワークとして、これらのセパレータ５１を接合するためのレーザ溶接方法及びレーザ溶接用治具装置である。

図１及び図３（Ａ）に示すように、レーザ溶接用治具装置１０１は、重ね合わされた一対のセパレータ５１に設けられた貫通孔５２の周囲にレーザ照射装置５０１によってレーザ光ＬＢを照射する。このときレーザ溶接用治具装置１０１は、レーザ光ＬＢを導くための環状の導光路ＬＰを形成するので、上側に位置するセパレータ５１におけるレーザ光ＬＢの照射領域であるレーザ溶接位置ＷＰも環状に露出する。これによって一対のセパレータ５１には、貫通孔５２の周囲に継ぎ目なくレーザ溶接を行うことが可能となる。

一対のセパレータ５１は、金属を材料とする板状部材であり、上下を反転させた対称形状をなしている。これらの対をなす二枚のセパレータ５１は、接合部５３とキャビティ形成部５４とを有している。接合部５３は、一対のセパレータ５１を重ね合わせて接合した際、互いに接合する部分である。貫通孔５２は接合部５３に設けられている。キャビティ形成部５４は、接合部５３から湾曲形状に屈曲して立ち上がっている部分である。一対のセパレータ５１を重ね合わせて接合した際、互いのキャビティ形成部５４は対面し、内部にキャビティ５５を形成する。貫通孔５２及びキャビティ５５は、燃料電池セルにおいて媒体を流通させる経路として利用される。

一対のセパレータ５１にそれぞれ設けられている貫通孔５２は大きさ及び形状が一致している。一対のセパレータ５１が正しく重ね合わされた際、これらの貫通孔５２も位置合わせされる。貫通孔５２の形状は、例えば矩形である。貫通孔５２の形状は矩形に限らず、四隅を曲面状に湾曲させた矩形形状、円形形状や楕円形状など様々な形状に形成することが可能である。

レーザ溶接用治具装置１０１は、ベース治具２０１、主治具３０１、主クランプ機構３５１、副治具４０１、及び副クランプ機構４５１を備えている。

ベース治具２０１は、金属製の板状物であり、重ね合わせたセパレータ５１の載置を許容する載置面２０２を上面に備えている。載置面２０２は、下側となる一方のセパレータ５１の接合部５３を支持する面を平坦面２０２ａとし、キャビティ形成部５４に対応する位置を凹部２０２ｂとしている。ベース治具２０１は、一対のセパレータ５１を重ね合わせて載置面２０２に載置したとき、それらのセパレータ５１の水平方向の位置を拘束して位置決めする構造を備えている。この構造は、一対のセパレータ５１を互いに位置決めする機構を構成する。

ベース治具２０１の載置面２０２には、平坦面２０２ａに位置させてピン孔２０３が設けられている。ピン孔２０３は、載置面２０２に載置されたセパレータ５１の貫通孔５２と位置合わせされる孔である。貫通孔５２よりも小さければよく、その形状は問わない。矩形、多角形、円形、楕円形などの各種の形状をピン孔２０３に採用することができる。

主治具３０１は、載置面２０２に載置された一対のセパレータ５１を介してベース治具２０１に押し当てられる金属製の板状物であり、対向面３０２を下面に備えている。対向面３０２は、上側となる一方のセパレータ５１のキャビティ形成部５４に対応する位置を凹部３０２ａとし、載置面２０２に設けられた平坦面２０２ａに対面する位置にクランプ面３０２ｂ（図３（Ｃ）参照）と開口３０３とを備えている。クランプ面３０２ｂは、開口３０３の周囲に配置され、載置面２０２に載置された一対のセパレータ５１の接合部５３を平坦面２０２ａとともにクランプする。開口３０３は、ベース治具２０１に設けられたピン孔２０３よりも大きく形成されており、後述する副治具４０１のヘッド４０３とともに導光路ＬＰを形成する。その関係上、開口３０３は、レーザ溶接位置ＷＰの外側でレーザ溶接位置ＷＰに沿って貫通孔５２を包囲する形状に形成されている。導光路ＬＰについては後述する。

主クランプ機構３５１は、ベース治具２０１に対して主治具３０１をクランプする機構であり、クランパ３５２を主体とする。クランパ３５２はベース治具２０１に取り付けられ、水平方向に延びるクランプ爪３５３を主治具３０１の上面に引っ掛け、クランプ爪３５３に下方に向けた引っ張り力（図１中、白抜き矢印で示す）を発揮させる。これによって主治具３０１はクランプされ、ベース治具２０１との間で一対のセパレータ５１を挟持する。したがって主クランプ機構３５１は、ベース治具２０１と主治具３０１との間で一対のセパレータ５１をクランプすることになる。

副治具４０１は、円柱状をしたピン４０２の一端にヘッド４０３を有する金属製の部材である。ピン４０２はベース治具２０１に設けられたピン孔２０３に挿入されるため、ピン孔２０３よりも僅かに小さく形成されている。したがってピン４０２は、ピン孔２０３に合わせた水平断面形状を有しており、その水平断面の大きさは、ピン孔２０３と同様に一対のセパレータ５１に設けられた貫通孔５２よりも小さい。ヘッド４０３は、垂直断面を台形形状とした部材であり、ピン４０２よりも大きく形成されている。ただし前述したとおり、ヘッド４０３は主治具３０１に設けた開口３０３とともに導光路ＬＰを形成する関係上、レーザ溶接位置ＷＰの内側でレーザ溶接位置ＷＰに沿うように、開口３０３よりも小さな相似形に形成されている。導光路ＬＰについては後述する。

副クランプ機構４５１は、ベース治具２０１の平坦面２０２ａ上で一対のセパレータ５１を副治具４０１のヘッド４０３によってクランプする機構である。

副治具４０１のピン４０２は、ベース治具２０１の載置面２０２に載置されたセパレータ５１の貫通孔５２を介してピン孔２０３に挿入される。このときピン４０２の先端部はピン孔２０３を完全に貫通し、ベース治具２０１の下面から突出する。こうして突出するピン４０２の先端部には、ピン孔２０３を完全に貫通する部分から僅かに貫通しない部分にかけての領域に、小径部４５２が設けられている。小径部４５２は、水平断面がピン４０２よりも小さな円柱状に形成されている。ただし小径部４５２はピン４０２の先端部分にまでは設けられていない。ピン４０２の先端部分は、抜け止めとして作用する抜け止め部４５３となっている。抜け止め部４５３の抜け止め作用については、後述する。

図１及び図２に示すように、ベース治具２０１の下面には、スライダ４５４がスライド自在に取り付けられている。スライダ４５４は、下面に傾斜面４５５を有する平板状の部材であり、長手方向に沿って嵌合溝４５６を有している。嵌合溝４５６は、傾斜面４５５によって厚みが薄くなっている方の端部に開口し、厚みが厚い方の端部に向けて延びており、副治具４０１のピン４０２よりも狭く、ピン４０２に設けられた小径部４５２よりも広い幅に設定される。

下面を傾斜面４５５とすることによって、スライダ４５４は場所によって厚みを変動させる。このようなスライダ４５４の厚みは、ベース治具２０１のピン孔２０３を貫通して飛び出している副治具４０１のピン４０２と相関関係を持つ。ベース治具２０１の下面からピン４０２の抜け止め部４５３に至るまでの距離の寸法をＬとしたとき、スライダ４５４のもっとも薄い部分の厚み寸法Ｌ１はＬよりも小さく、もっとも厚い部分の厚み寸法Ｌ２はＬよりも大きく設定されている（図１参照）。したがってスライダ４５４の厚み寸法は、もっとも薄い部分からもっとも厚い部分に至るいずこかの位置でＬとなる。

スライダ４５４は、ベース治具２０１のピン孔２０３を貫通して飛び出している副治具４０１のピン４０２に嵌合溝４５６の入口を対面させる位置を待機位置として（図３（Ｃ）参照）、この待機位置からピン４０２に向かう方向にスライド移動方向を定めている。このとき嵌合溝４５６は、ピン４０２の小径部４５２に接触することなく進行する。そしてピン４０２の位置でスライダ４５４の厚み寸法がＬになると、ベース治具２０１の下面と抜け止め部４５３との間にスライダ４５４が挟み込まれ、副治具４０１がクランプされた状態となる。

図１及び図３（Ｄ）に示すように、レーザ照射装置５０１からレーザ光ＬＢを照射する導光路ＬＰは、主治具３０１に設けた開口３０３の内側面と副治具４０１におけるヘッド４０３の外側面との間の隙間によって形成される。開口３０３の内側面は、上方から下方に向かうにしたがい狭まる傾斜面３０３ａとなっており、主治具３０１の下面近くの領域になると垂直面３０３ｂになる。ヘッド４０３は垂直断面が台形形状であるため、ヘッド４０３の外側面は、上方から下方に向かうにしたがい拡がる傾斜面４０３ａとなっており、下端近くの領域になると垂直面４０３ｂになる。開口３０３の傾斜面３０３ａとヘッド４０３の傾斜面４０３ａとは対面し、開口３０３の垂直面３０３ｂとヘッド４０３の垂直面４０３ｂとは対面し、これらの対面領域が導光路ＬＰとなる。導光路ＬＰは、その底部においてレーザ溶接位置ＷＰを露出させる。

レーザ溶接用治具装置１０１を用いたレーザ溶接方法を次に説明する。本実施の形態のレーザ溶接方法は、ワーク準備工程、ワーク載置工程、主治具及び副治具のセット工程、クランプ工程、及びレーザ光照射工程によって実行される。

［ワーク準備工程］
図３（Ａ）に示すように、一対のセパレータ５１を用意し、互いのキャビティ形成部５４の間にキャビティ５５が形成される向きに揃える。

［ワーク載置工程］
図３（Ｂ）に示すように、一対のセパレータ５１を重ね合わせてベース治具２０１の載置面２０２に載置する。すると下側に位置するセパレータ５１のキャビティ形成部５４がベース治具２０１の凹部２０２ｂに嵌まり込み、接合部５３が平坦面２０２ａに載置される。

これによって一対のセパレータ５１を互いに位置決めする工程が実行される。つまり一対のセパレータ５１がともに水平方向に位置規制されて位置決めされ、それぞれの貫通孔５２も位置合わせされる。こうして位置合わせされた一対の貫通孔５２は、ベース治具２０１のピン孔２０３にも位置合わせされる。

［主治具及び副治具のセット工程］
図３（Ｃ）に示すように、副治具４０１を用意し、ベース治具２０１に載置された一対のセパレータ５１の貫通孔５２を介してピン孔２０３に副治具４０１のピン４０２を挿入する。また主治具３０１を用意し、ベース治具２０１に載置する。このときベース治具２０１と主治具３０１とは予め位置が定められているため、貫通孔５２を開口３０３で包囲した状態でベース治具２０１の平坦面２０２ａに主治具３０１のクランプ面３０２ｂが押し当てられた状態となる。

［クランプ工程］
図３（Ｄ）に示すように、一対のセパレータ５１に対して、副治具４０１によるクランプ動作と主治具３０１によるクランプ動作とを実行する。

副治具４０１によるクランプ動作は、スライダ４５４をスライド移動させることによって行われる。スライダ４５４の傾斜面４５５がピン４０２の抜け止め部４５３に当たるまでスライダ４５４を移動させると、副治具４０１にピン４０２の挿入を深める方向への変位力が作用し、一対のセパレータ５１を介して載置面２０２に副治具４０１のヘッド４０３が押し付けられる。これによってベース治具２０１とヘッド４０３との間に一対のセパレータ５１がクランプされる。

主治具３０１によるクランプ動作は、副治具４０１との間に導光路ＬＰが形成されるように、一対のセパレータ５１を介してベース治具２０１に主治具３０１を押し当てることによって行われる。これによってベース治具２０１と主治具３０１との間に、一対のセパレータ５１がクランプされる。

［主治具及び副治具のセット及びクランプの順序］
本実施の形態では、副治具４０１をセットしてから主治具３０１をセットするようにしており、また副治具４０１をクランプしてから主治具３０１をクランプするようにしている。

これに対して実施に際しては、主治具３０１と副治具４０１とのセットはその順序を問わず、いずれを先にセットするようにしてもよい。また主治具３０１と副治具４０１とのクランプもその順序を問わず、いずれを先にクランプするようにしてもよい。この場合、主治具３０１と副治具４０１とのうちいずれか先にセットした方をクランプし、続いて後からセットした方をクランプするようにしても、両者をセットしてから順番にクランプするようにしてもよい。

本実施の形態において主治具３０１と副治具４０１との間でセット及びクランプの順序を問わないのは、一対のセパレータ５１を互いに位置決めする機構をベース治具２０１に備えさせているからである。実施に際しては、一対のセパレータ５１を互いに位置決めする機構は、ベース治具２０１と主治具３０１とに分散させて設けるようにしてもよい。つまりベース治具２０１は下側に位置づけられるセパレータ５１を水平方向に位置規制し、主治具３０１は上側に位置づけられるセパレータ５１を水平方向に位置規制しするように、位置決めのための構造を分散させる。

このような分散構造を採用した場合、ベース治具２０１に載置された時点で主治具３０１が正しく位置決めされるようにするか、あるいはベース治具２０１にクランプされた時点で主治具３０１が正しく位置決めされるような構造を設ける必要がある。いずれの構造を採用するにせよ、ベース治具２０１に対して主治具３０１を正しく位置決めすることによって、一対のセパレータ５１は初めて互いに位置決めされる。したがって主治具３０１が正しく位置決めされる前の段階では、上側のセパレータ５１も正しく位置決めされていないので、この段階では副治具４０１をセットしてクランプすることはできない。副治具４０１のクランプに先立ち、主治具３０１の位置決めが必要である。

［レーザ光照射工程］
図１に示すように、導光路ＬＰから一方のセパレータ５１（上方に位置するセパレータ５１）のレーザ溶接位置ＷＰにレーザ光ＬＢを照射し、一対のセパレータ５１をレーザ溶接によって固定する。このときには上記クランプ工程において導光路ＬＰが環状に形成されているので、貫通孔５２の周囲を継ぎ目なくレーザ溶接することができる。こうしてレーザ溶接用治具装置１０１を用いたレーザ溶接方法が実行される。

本実施の形態によれば、ベース治具２０１に一対のセパレータ５１を載置するだけで、ベース治具２０１に対して一対のセパレータ５１を位置決めすることができる。このため各部の位置決めの容易化を図ることができる。また主治具３０１と副治具４０１とをセットしてベース治具２０１に対してクランプするだけで、自ずと環状の導光路ＬＰを形成することができる。したがって本実施の形態によれば、少ない工程数で、しかも煩雑な作業を要することなくセパレータ５１に設けられた貫通孔５２の周囲を継ぎ目なくレーザ溶接することができる。

副クランプ機構の別の一例を図４に示す。副クランプ機構以外の部分は、図１に示すレーザ溶接用治具装置１０１と同一である。本例は、エアシリンダ４６１を用いて副治具４０１のピン４０２を下方に引っ張るようにした一例である。

エアシリンダ４６１のロッド４６２は、連結具４６３を介してピン４０２に連結されている。連結具４６３は、図２に例示したスライダ４５４の嵌合溝４５６と同様の構造でピン４０２の小径部４５２に一旦側を連結し、他端側をロッド４６２に抜け止め固定されている。そこで図１ないし図３（Ａ）〜（Ｄ）に示した実施の形態のスライダ４５４と同じ方向にエアシリンダ４６１を往復移動自在に配置することによって、ベース治具２０１のピン孔２０３を貫通したピン４０２に連結具４６３を連結させることが可能となる。

このような構造のものは、エアシリンダ４６１の駆動によってロッド４６２が上下方向に往復移動するので、ロッド４６２を引き込む方向に駆動すれば、副治具４０１にピン４０２の挿入を深める方向への変位力、つまり下方に向けた引っ張り力を作用させることができる。これによってベース治具２０１とヘッド４０３との間に一対のセパレータ５１をクランプすることができる。

副クランプ機構のさらに別の一例を図５に示す。副クランプ機構以外の部分は、図１に示すレーザ溶接用治具装置１０１と同一である。本例は、真空吸引装置４７１を用いて副治具４０１のピン４０２を下方に引っ張るようにした一例である。

本例では、ベース治具２０１の下面に吸引ブロック４７２を固定している。吸引ブロック４７２は、中央部分に吸引孔４７３を有している。そこでベース治具２０１のピン孔２０３に吸引孔４７３の位置を合わせて、吸引ブロック４７２が固定されている。

吸引孔４７３内の密閉性を維持するために、本例では二カ所に端面シールからなるシールＳ１，Ｓ２を設けている。シールＳ１が設けられているのは、ベース治具２０１の上面である。シールＳ１は、ピン孔２０３を包囲し、ヘッド４０３の下面によって完全に覆われている。シールＳ２が設けられているのは、ベース治具２０１の下面と吸引ブロック４７２の上面との間の部分である。シールＳ２は、ピン孔２０３を包囲している。

これによってピン孔２０３にピン４０２が挿入された状態では、ピン孔２０３と吸引孔４７３との内部空間を他の空間から区画することが可能となる。そこで吸引ブロック４７２の下面に配置した真空吸引装置４７１を動作させることで、ピン孔２０３と吸引孔４７３との内部空間を負圧にすることが可能となる。

このような構造のものは、真空吸引装置４７１の作動によってピン孔２０３と吸引孔４７３との内部空間が負圧になるので、副治具４０１にピン４０２の挿入を深める方向への変位力、つまり下方に向けた引っ張り力を作用させることができる。これによってベース治具２０１とヘッド４０３との間に一対のセパレータ５１をクランプすることができる。

副クランプ機構のさらに別の一例を図６に示す。副クランプ機構以外の部分は、図１に示すレーザ溶接用治具装置１０１と同一である。本例は、マグネット４８１の磁力を用いて副治具４０１のピン４０２を下方に引っ張るようにした一例である。

本例では、ベース治具２０１の下面に吸着ブロック４８２を固定している。吸着ブロック４８２は例えば円柱状のマグネット４８１を埋め込んで保持するブロック体であり、上面にマグネット４８１の一面を露出させている。そこでピン孔２０３に挿入されたピン４０２の底面にマグネット４８１を吸着させることで、副治具４０１をマグネット４８１の方向に吸引することが可能となる。本例では、ピン４０２の底面にマグネット４８１が吸着された状態で、ベース治具２０１が一対のセパレータ５１に対して十分なクランプ力を発揮するように各部の寸法が定められている。

このような構造のものは、ピン孔２０３に挿入されたピン４０２の底面にマグネット４８１を吸着させると、副治具４０１にピン４０２の挿入を深める方向への変位力、つまり下方に向けた引っ張り力を作用させることができる。これによってベース治具２０１とヘッド４０３との間に一対のセパレータ５１をクランプすることができる。

実施に際しては、各種の変形や変更が許容される。

例えば一対のセパレータ５１は、本実施の形態では上下を反転させた対象形状をなすものを紹介したが、実施に際しては必ずしも対象形状をなすものでなくてもよい。

上記実施の形態の副クランプ機構４５１は、すべてベース治具２０１の下方から副治具４０１のピン４０２を引っ張るようにした構造を例示したが、実施に際してはこれに限ることはなく、副治具４０１の上方からヘッド４０３を押圧するような副クランプ機構４５１を採用するようにしてもよい。

その他、あらゆる変形や変更が許容される。

５１ セパレータ（ワーク）
５２ 貫通孔
５３ 接合部
５４ キャビティ形成部
５５ キャビティ
１０１ レーザ溶接用治具装置
２０１ ベース治具
２０２ 載置面
２０２ａ 平坦面
２０２ｂ 凹部
２０３ ピン孔
３０１ 主治具
３０２ 対向面
３０２ａ 凹部
３０２ｂ クランプ面
３０３ 開口
３０３ａ 傾斜面
３０３ｂ 垂直面
３５１ 主クランプ機構
３５２ クランパ
３５３ クランプ爪
４０１ 副治具
４０２ ピン
４０３ ヘッド
４０３ａ 傾斜面
４０３ｂ 垂直面
４５１ 副クランプ機構
４５２ 小径部
４５３ 抜け止め部
４５４ スライダ
４５５ 傾斜面
４５６ 嵌合溝
４６１ エアシリンダ
４６２ ロッド
４６３ 連結具
４７１ 真空吸引装置
４７２ 吸引ブロック
４７３ 吸引孔
４８１ マグネット
４８２ 吸着ブロック
５０１ レーザ照射装置
ＬＢ レーザ光
ＬＰ 導光路
ＷＰ レーザ溶接位置

Claims (4)

1. 重ね合わされたときに位置合わせされる大きさ及び形状が共通の貫通孔をそれぞれ有する一対の板状部材である一対のワークを用意し、
   前記貫通孔に位置合わせされるピン孔を有するベース治具に前記一対のワークを重ね合わせて載置し、
   前記貫通孔を取り囲むレーザ溶接位置の外側でこのレーザ溶接位置に沿って前記貫通孔を包囲する開口を有する主治具を用意し、
   前記貫通孔を前記開口で包囲した状態で前記ベース治具に前記主治具を押し当て、
   前記一対のワークを互いに位置決めし、
   前記主治具に前記ベース治具に向かう方向への変位力を作用させて前記一対のワークをクランプし、
   ヘッドとピンとを有し、前記ピン孔に前記ピンを挿入させた状態で互いに対面する前記主治具の開口と前記ヘッドとの間の隙間に位置する前記レーザ溶接位置にレーザ光を導く環状の導光路を形成する副治具を用意し、
   前記ベース治具に載置された前記一対のワークの貫通孔を介して前記ピン孔に前記ピンを挿入し、
   一方の前記ワークに前記ヘッドが突き当たるまで前記ベース治具に載置された前記一対のワークの貫通孔を介して前記ピン孔に前記ピンを挿入させた前記副治具に対して、前記ピンの挿入を深める方向への変位力を作用させて前記一対のワークをクランプする、
   ことを特徴とするレーザ溶接方法。
2. 前記一対のワークは、燃料電池セルに用いる一対のセパレータである、
   ことを特徴とする請求項１に記載のレーザ溶接方法。
3. 重ね合わされる一対の板状部材からなり、これらの板状部材が重ね合わされたときに位置合わせされる大きさ及び形状が共通の貫通孔をそれぞれ有する一対のワークの載置を許容し、前記貫通孔に位置合わせされるピン孔を有するベース治具と、
   前記貫通孔を取り囲むレーザ溶接位置の外側でこのレーザ溶接位置に沿って前記貫通孔を包囲する開口を有し、前記貫通孔を前記開口で包囲した状態で前記ベース治具に押し当てられる主治具と、
   前記一対のワークを互いに位置決めする機構と、
   前記主治具に前記ベース治具に向かう方向への変位力を作用させて前記一対のワークをクランプする主クランプ機構と、
   ヘッドとピンとを有し、前記ピン孔に前記ピンを挿入させた状態で互いに対面する前記主治具の開口と前記ヘッドとの間の隙間に位置する前記レーザ溶接位置にレーザ光を導く環状の導光路を形成する副治具と、
   前記ピン孔に挿入された前記ピンの挿入を深める方向への変位力を前記副治具に作用させて前記一対のワークをクランプする副クランプ機構と、
   を備えることを特徴とするレーザ溶接用治具装置。
4. 前記一対のワークは、燃料電池セルに用いる一対のセパレータである、
   ことを特徴とする請求項３に記載のレーザ溶接用治具装置。

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