JP7103208B2

JP7103208B2 - 溶接装置及び溶接方法

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Publication number: JP7103208B2
Application number: JP2018242912A
Authority: JP
Inventors: 秀生中村
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Current assignee: Toyota Motor Corp
Priority date: 2018-12-26
Filing date: 2018-12-26
Publication date: 2022-07-20
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Description

本発明は、溶接装置及び溶接方法に関し、特に燃料電池用セパレータ同士を溶接するための溶接装置及び溶接方法に関する。

従来、燃料電池用セパレータ（以下、単に「セパレータ」という）同士を溶接する溶接装置として、例えば下記特許文献１に記載されるものが知られている。この特許文献１に記載の溶接装置では、２枚の薄板状のセパレータを重ね合わせた状態で上部挟持部材及び下部挟持部材で挟持し、上部挟持部材を構成する外周縁挟持部材及び内周縁挟持部材の隙間にレーザ光を照射することにより、これらのセパレータ同士の溶接を行う。そして、上部挟持部材及び下部挟持部材には排気孔がそれぞれ形成され、該排気孔を介して不活性ガスを溶接部に噴射することにより、溶接時に発生するヒューム及び粉塵を除去し、金属ヒューム及び粉塵に起因する溶接不良等を防止する。

国際公開第２０１６／００１９９２号

しかし、上述した溶接装置では、溶接時に発生するヒューム及び粉塵を除去することが不十分であるため、ヒューム及び粉塵が溶接部及びその周辺に滞留し、レーザ溶接の品質に悪影響を及ぼす問題が残されている。

本発明は、このような技術課題を解決するためになされたものであって、溶接時に発生するヒューム及び粉塵の滞留を防止し、レーザ溶接の品質を向上できる溶接装置及び溶接方法を提供することを目的とする。

本発明に係る溶接装置は、ワークの溶接予定ラインに沿ってレーザ光を走査しながら照射するレーザ照射部と、前記ワークに対して前記レーザ照射部側に配置される第１治具と、前記ワークに対して前記レーザ照射部側とは反対側に配置され、前記第１治具と共に前記ワークを挟持可能な第２治具と、を備える溶接装置であって、前記第１治具は、前記ワークの溶接予定ラインを前記レーザ照射部側に露出させる露出部と、レーザ光の走査方向の下流側に設けられ、前記露出部に不活性ガスを導入する導入路と、レーザ光の走査方向の上流側に設けられ、前記露出部に導入される不活性ガスを吸引して外部に排出する排出路と、を有することを特徴としている。

本発明に係る溶接装置によれば、第１治具の導入路を介して露出部に不活性ガスを導入し、露出部に導入される不活性ガスを排出路を介して外部に排出することにより、溶接時に発生するヒューム及び粉塵を外部に押し流して除去することが可能になるので、ヒューム及び粉塵の滞留を防止することができる。しかも、導入路がレーザ光の走査方向の下流側に設けられ、排出路がレーザ光の走査方向の上流側に設けられているので、例えば導入路がレーザ光の走査方向の上流側、排出路がレーザ光の走査方向の下流側に設けられる場合と比べて、ヒューム及び粉塵によるレーザ光への干渉をより少なくすることができる。その結果、ヒューム及び粉塵の滞留を確実に防止することができ、レーザ溶接の品質を向上することができる。

本発明に係る溶接装置において、前記露出部を覆うように前記第１治具に取り付けられ、前記露出部と連通するチャンバを更に備え、前記チャンバは、レーザ光を透過する蓋体と、側壁に形成されて前記チャンバの内部に不活性ガスを導入する導入孔と、を有することが好ましい。このようにすれば、導入孔を介してチャンバの内部に不活性ガスを導入した場合、導入された不活性ガスがチャンバと連通する露出部の内部に流れ込み、露出部内の酸素ガスを外部に押し流すことができる。これによって、露出部内の酸素濃度を低減することができ、溶接により形成される溶接部の酸化を防止することができるので、レーザ溶接の品質を更に向上することが可能になる。また、このように露出部を覆うチャンバを取り付けることで、露出部への異物混入等を防止することができる。

本発明に係る溶接装置において、前記導入路は、レーザ光の走査方向の下流側から上流側に向かって、水平方向に対して角度θで斜め下方に傾斜し、前記排出路は、レーザ光の走査方向の下流側から上流側に向かって、水平方向に対して角度θで斜め上方に傾斜し、前記角度θは、０°＜θ≦１５°であることが好ましい。このようにすれば、導入路を介して露出部に導入される不活性ガスの流れが層流になるので、ヒューム及び粉塵を露出部の壁に付着させずに排出路を介して効率良く吸引して排出することができる。

本発明に係る溶接装置において、前記導入路と前記排出路とは、対向して設けられていることが好ましい。このようにすれば、ヒューム及び粉塵の露出部の壁への付着等を抑制し、ヒューム及び粉塵の滞留を防止する効果を更に高めることができる。

また、本発明に係る溶接方法は、ワークの溶接予定ラインを露出させる露出部を有する第１治具と第２治具との間に前記ワークを挟持し、前記露出部から露出した前記ワークの溶接予定ラインに沿ってレーザ光を走査しながら照射することにより前記ワークを溶接する溶接方法であって、レーザ光の走査方向の下流側から前記露出部に不活性ガスを導入し、前記露出部に導入された不活性ガスをレーザ光の走査方向の上流側から吸引して外部に排出しながら、レーザ光を前記ワークの溶接予定ラインに照射する溶接工程を含むことを特徴としている。

本発明に係る溶接方法では、レーザ光の走査方向の下流側から露出部に不活性ガスを導入し、露出部に導入された不活性ガスをレーザ光の走査方向の上流側から吸引して外部に排出しながら、レーザ光をワークの溶接予定ラインに照射するため、溶接時に発生するヒューム及び粉塵を外部に押し流して除去することができるので、ヒューム及び粉塵の滞留を防止することができる。しかも、レーザ光の走査方向に対して反対方向（すなわち、下流側から上流側に向かう方向）から不活性ガスを導入してヒューム及び粉塵を押し流すので、例えばレーザ光の走査方向（すなわち、上流側から下流側に向う方向）に沿って不活性ガスを導入する場合と比べて、ヒューム及び粉塵によるレーザ光への干渉をより少なくすることができる。その結果、ヒューム及び粉塵の滞留を防止することができ、レーザ溶接の品質を向上することができる。

本発明に係る溶接方法において、前記溶接工程の前に、前記ワークが載置される前記第２治具を前記第１治具に対して相対的に接近させることにより前記ワークを挟持する準備工程を更に含み、前記準備工程において、前記第２治具を前記第１治具に対して相対的に接近させながら、前記第１治具に取り付けられて前記露出部と連通するチャンバの内部に不活性ガスを導入すると共に、レーザ光の走査方向の下流側から前記露出部に不活性ガスを導入することが好ましい。このようにすれば、チャンバの内部に不活性ガスを導入した場合、導入された不活性ガスがチャンバと連通する露出部の内部に流れ込み、露出部内の酸素ガスを外部に押し流すことができる。これによって、露出部内の酸素濃度を低減することができるので、溶接により形成される溶接部の酸化を防止することができ、レーザ溶接の品質を向上することができる。また、このような酸素ガスの押し流し作業はワークの挟持作業と同時に行うことができるので、酸素ガスの押し流しに伴うサイクルタイムのロスがなく、第１治具と第２治具とでワークを挟持した後に、溶接工程を直ぐに実施することができる。その結果、溶接作業の効率を高めることができるので、生産性の向上を図り易くなる。

本発明に係る溶接方法において、前記準備工程において、前記第１治具と前記第２治具とで前記ワークを挟持した後に、前記露出部内の不活性ガスをレーザ光の走査方向の上流側から吸引して外部に排出することが好ましい。このようにすれば、仮に露出部内に酸素ガスが残留した場合であっても、残留した酸素ガスを排出することができるので、酸素濃度の低減効果を更に高めることができる。その結果、レーザ溶接の品質を向上することができる。

本発明によれば、溶接時に発生するヒューム及び粉塵の滞留を防止し、レーザ溶接の品質を向上することができる。

ワークを示す平面図である。図１のＸ－Ｘ線に沿う断面図である。実施形態に係る溶接装置を示す模式図である。第１上治具及び第２上治具を示す平面図である。上治具の導入路及び排出路を示す拡大図である。第１上治具、第２上治具における不活性ガスの導入及び排出を示す部分模式図である。実施形態に係る溶接方法を説明するための模式図である。実施形態に係る溶接方法を説明するための模式図である。

以下、図面を参照して本発明に係る溶接装置及び溶接方法の実施形態について説明するが、その前に図１及び図２を基に溶接対象であるワークの構造を簡単に説明する。

[ワーク]
図１はワークを示す平面図であり、図２は図１のＸ－Ｘ線に沿う断面図である。図１及び図２に示すように、本実施形態に係るワーク１０は、例えば燃料電池セルに用いられるセパレータ１１を２枚重ね合わせたものである。セパレータ１１は、ステンレス鋼やチタン鋼などの金属板材を凸部１１ａと凹部１１ｂとが交互に繰り返されるようにプレス成形することで形成されている。２枚のセパレータ１１は、一方のセパレータ１１の凹部１１ｂが他方のセパレータ１１の凹部１１ｂと接触するように、重ね合わせられている。これによって、一方のセパレータ１１の凸部１１ａと他方のセパレータ１１の凸部１１ａとの間には、空間Ｓが形成されている。この空間Ｓは、燃料電池セルを冷却する冷媒を流通させるための冷媒流路になる。

また、図１に示すように、セパレータ１１の長手方向（すなわち、凸部１１ａ及び凹部１１ｂの繰り返し方向と直交する方向）の一端部（図１では右側端部）には、燃料ガス入口マニホールド１１１と、冷媒出口マニホールド１１２と、酸化剤ガス出口マニホールド１１３とが順に設けられている。セパレータ１１の長手方向の他端部（図１では左側端部）には、酸化剤ガス入口マニホールド１１４と、冷媒入口マニホールド１１５と、燃料ガス出口マニホールド１１６とが順に設けられている。

そして、重ね合せられた２枚のセパレータ１１は、図１に示す溶接予定ラインＬ１～Ｌ５で溶接されることにより互いに固定されている。より具体的には、外周溶接予定ラインＬ１は、凸部１１ａと凹部１１ｂとが形成される部分、燃料ガス入口マニホールド１１１、冷媒出口マニホールド１１２、酸化剤ガス出口マニホールド１１３、酸化剤ガス入口マニホールド１１４、冷媒入口マニホールド１１５及び燃料ガス出口マニホールド１１６を取り囲むように、セパレータ１１の周縁部に沿ってループ状になっている。燃料ガス入口溶接予定ラインＬ２は燃料ガス入口マニホールド１１１を取り囲むようにループ状に形成され、酸化剤ガス出口溶接予定ラインＬ３は酸化剤ガス出口マニホールド１１３を取り囲むようにループ状に形成されている。

酸化剤ガス入口溶接予定ラインＬ４は酸化剤ガス入口マニホールド１１４を取り囲むようにループ状に形成されており、燃料ガス出口溶接予定ラインＬ５は燃料ガス出口マニホールド１１６を取り囲むようにループ状に形成されている。なお、これらの溶接予定ラインＬ１～Ｌ５には、溶接によって溶接部（溶接ビード）Ｂが形成される。

[溶接装置]
以下、図３～図６を参照して本実施形態の溶接装置を説明する。図３は実施形態に係る溶接装置を示す模式図である。本実施形態の溶接装置１は、ワーク１０にレーザ光を照射して該ワーク１０を溶接するレーザ照射部２と、ワーク１０を上下両側から挟持して固定する上治具（第１治具）３及び下治具（第２治具）４と、上治具３の上側に配置されるチャンバ５とを備えている。

レーザ照射部２は、レーザ光２０を出射するレーザ発振器２１と、光ファイバ２２を介して該レーザ発振器２１と光学的に接続されるレンズ部２３と、レーザ光２０を走査するガルバノスキャナ２４とを少なくとも備えている。レンズ部２３は、例えばコリメートレンズ２３１と集光レンズ２３２とを有する。

ガルバノスキャナ２４は、高速且つ正確な位置にレーザ光２０を走査するための装置であり、一対のガルバノミラー２４１，２４２を有する。ガルバノミラー２４１とガルバノミラー２４２とは、それぞれ図示しないモータの回転軸に支持されており、モータの駆動によりそれぞれの反射角を高速に調整することで、レーザ光２０を溶接予定ラインＬ１～Ｌ５に沿って高速で走査することができる。

また、ガルバノスキャナ２４の出力側には、Ｆθレンズ２５が配置されている。Ｆθレンズ２５は、レーザ光２０の走査速度が一定となるように補正するためのレンズである。そして、レンズ部２３、ガルバノスキャナ２４及びＦθレンズ２５は、筐体２６の内部に収容されている。

上治具３は、ワーク１０に対してレーザ照射部２側（本実施形態では、ワーク１０の上側）に配置されており、溶接作業台６の開口部に嵌められた状態で、ネジ止め等で溶接作業台６に固定されている。上治具３は、矩形板状を呈し、ワーク１０の溶接予定ラインＬ１～Ｌ５をレーザ照射部２側に露出させる複数の露出部３１を有する。露出部３１は、上治具３におけるワーク１０の溶接予定ラインＬ１～Ｌ５と対応する場所に形成されており、対応する溶接予定ラインＬ１～Ｌ５に沿って延びる貫通溝からなる。本実施形態において、露出部３１は、レーザ照射部２側である上側に向けて幅が一定となるよう（すなわち、等幅）に形成されているが、上側に向けて幅が大きくなるテーパ状（すなわち、拡幅）に形成されても良い。

このような上治具３は、例えば図４に示すように第１上治具３ａと第２上治具３ｂとを有する。図４は第１上治具及び第２上治具を示す平面図であり、図４において、各露出部３１と溶接予定ラインＬ１～Ｌ５との対応関係をより分かり易くするために、ワーク１０の溶接予定ラインＬ１～Ｌ５を二点鎖線で示す。第１上治具３ａと第２上治具３ｂとは、それぞれ矩形状に形成されているが、溶接予定ラインＬ１～Ｌ５を露出させる露出部３１の位置において異なっている。より具体的には、溶接予定ラインＬ１～Ｌ５を露出させる露出部３１は、それぞれ対応する溶接予定ラインＬ１～Ｌ５と同様にループ状に形成されておらず、第１上治具３ａにループ状の溶接予定ラインＬ１～Ｌ５の一部を露出させる露出部、第２上治具３ｂにループ状の溶接予定ラインＬ１～Ｌ５の残り部分を露出させる露出部をそれぞれ形成するようになっている。

また、図３に示すように、上治具３は、露出部３１に不活性ガスを導入する導入路３２と、露出部３１に導入される不活性ガスを吸引して外部に排出する排出路３３とを有する。導入路３２は、露出部３１に対してレーザ光２０の走査方向Ｆ１の下流側（図３では左側）に配置されており、上治具３の内部に設けられた長孔からなる。この導入路３２の一端は不活性ガスを供給する供給路（図示せず）と連通しており、他端は露出部３１と連通する。なお、ここでの不活性ガスは、溶接により形成される溶接部Ｂに対して化学的に安定した気体であり、例えばアルゴンガス、窒素ガス、ヘリウムガス、二酸化炭素ガス、及びこれらの気体を混合した気体等を挙げることができる。

排出路３３は、露出部３１に対してレーザ光２０の走査方向Ｆ１の上流側に配置されており、上治具３の内部に設けられた長孔からなる。排出路３３の一端は露出部３１と連通しており、他端は外部（例えば大気）と連通する。そして、導入路３２と排出路３３とは、互いに対向して配置され、且つ略同じ高さの位置になるように形成されることが好ましい。

図５は上治具の導入路及び排出路を示す拡大図である。図５に示すように、導入路３２は、レーザ光２０の走査方向Ｆ１の下流側から上流側に向かって、水平方向に対して角度θで斜め下方に傾斜している。一方、排出路３３は、レーザ光２０の走査方向Ｆ１の下流側から上流側に向かって、水平方向に対して角度θで斜め上方に傾斜している。ここでの角度θは、導入路３２又は排出路３３の中心軸と水平方向とがなす角度のことであり、０°＜θ≦１５°であることが好ましい。

このような不活性ガスの導入路３２及び排出路３３は、上治具３における溶接予定ラインＬ１～Ｌ５を露出させる露出部３１毎に設けられている。例えば図６に示すように、第１上治具３ａ及び第２上治具３ｂには、各露出部３１に対し、レーザ光の走査方向の下流側に位置して露出部３１に不活性ガスを導入する導入路（図６中の「Ｉｎ」参照）と、レーザ光の走査方向の上流側に位置して露出部３１に導入される不活性ガスを吸引して外部に排出する排出路（図６中の「Ｏｕｔ」参照）とがそれぞれ形成されている。

一方、下治具４は、ワーク１０に対してレーザ照射部側とは反対側（本実施形態では、ワーク１０の下側）に配置され、上治具３と共にワーク１０を挟持可能に構成されている。具体的には、下治具４は、矩形板状に形成されており、溶接作業台６に固定された上治具３と対向する位置に配置され、昇降装置７によって上治具３に対して接近したり離間したりするようになっている。

チャンバ５は、露出部３１を覆うように上治具３の上側に配置され、露出部３１と連通する。このチャンバ５は、中空筒体５１と、レーザ光２０を透過する蓋体５２とを有する。中空筒体５１は、例えば樹脂材料によって形成されており、ネジ止め等で上治具３に取り付けられている。蓋体５２は、例えば透明なガラス板によって形成されており、ネジ止め等で中空筒体５１と固定されている。また、中空筒体５１の側壁には、チャンバ５の内部に不活性ガスを導入する導入孔５３が形成されている。導入孔５３は、中空筒体５１の側壁のうちレーザ光２０の走査方向Ｆ１の下流側、且つ蓋体５２に近い位置に配置されている。

以上のように構成された溶接装置１では、上治具３はワーク１０の溶接予定ラインＬ１～Ｌ５をレーザ照射部２側に露出させる露出部３１と、レーザ光２０の走査方向Ｆ１の下流側に設けられて露出部３１に不活性ガスを導入する導入路３２と、レーザ光２０の走査方向Ｆ１の上流側に設けられて露出部３１に導入される不活性ガスを吸引して外部に排出する排出路３３とを有するので、図３中の矢印Ｆ２に示すように、導入路３２を介して露出部３１に不活性ガスを導入し、更に露出部３１に導入される不活性ガスを吸引して外部に排出することができる。これによって、溶接時に発生するヒューム及び粉塵を外部に押し流して除去することができるので、露出部３１におけるヒューム及び粉塵の滞留を防止することができる。

しかも、導入路３２がレーザ光２０の走査方向Ｆ１の下流側に設けられ、排出路３３が上流側に設けられているので、レーザ光２０の走査方向Ｆ１の反対方向から不活性ガスを露出部３１に導入し、溶接時に発生するヒューム及び粉塵を押し流すことができる。このようにすることで、例えば導入路がレーザ光２０の走査方向Ｆ１の上流側、排出路がレーザ光の走査方向の下流側に設けられる場合と比べて、ヒューム及び粉塵によるレーザ光への干渉をより少なくすることができる。その結果、ヒューム及び粉塵の滞留を確実に防止することができ、レーザ溶接の品質を向上することができる。

また、導入路３２は、レーザ光２０の走査方向Ｆ１の下流側から上流側に向かって、水平方向に対して角度θで斜め下方に傾斜しており、排出路３３は、レーザ光２０の走査方向Ｆ１の下流側から上流側に向かって、水平方向に対して角度θで斜め上方に傾斜しており、角度θは０°＜θ≦１５°である。このようにすれば、導入路３２を介して露出部３１に導入される不活性ガスの流れが層流になるので、ヒューム及び粉塵を露出部３１の壁に付着させずに排出路３３を介して効率良く吸引して外部に排出することができる。

更に、導入路３２と排出路３３とは、互いに対向して配置されるので、ヒューム及び粉塵の露出部３１の壁への付着等を抑制し、ヒューム及び粉塵の滞留を防止する効果を更に高めることができる。

更に、露出部３１の上側に該露出部３１と連通するチャンバ５が取り付けられているので、露出部３１への異物混入等を防止することができる。そして、チャンバ５の中空筒体５１の側壁に該チャンバ５の内部に不活性ガスを導入する導入孔５３が形成されるので、例えば導入孔５３を介してチャンバ５の内部に不活性ガスを導入した場合、導入された不活性ガスがチャンバ５と連通する露出部３１に流れ込み、露出部３１内の酸素ガスを外部に押し流すことができる。その結果、露出部３１内の酸素濃度を低減し、溶接により形成される溶接部の酸化を防止することができるので、レーザ溶接の品質を向上することができる。

[溶接方法]
以下、図７及び図８を参照して本実施形態に係る溶接方法を説明する。図７及び図８においては、レーザ照射部２が省略される。本実施形態の溶接方法は、準備工程と溶接工程とを少なくとも含む。

準備工程では、まず、上治具３を溶接作業台６に固定させ、上治具３の露出部３１を覆うように上治具３の上側にチャンバ５を設置し、ネジ止めなどで該チャンバ５を上治具３に取り付けて固定する。続いて、下治具４の上面に２枚のセパレータ１１を順次に載置し、２枚のセパレータ１１の位置決めを行うことでワーク１０を用意する。なお、ここで、ワーク１０の用意作業を上治具３の固定作業よりも先に行っても良い。

次に、下治具４を上治具３に対して相対的に接近させながら、上治具３に取り付けられて露出部３１と連通するチャンバ５の内部に不活性ガスを導入しつつ、レーザ光２０の走査方向Ｆ１の下流側から露出部３１に不活性ガスを導入する。具体的には、図７に示すように、昇降装置７で下治具４を上昇させることにより、下治具４を上治具３に接近させる。これと同時に、チャンバ５の導入孔５３を介してチャンバ５の内部に不活性ガスを導入しつつ、上治具３の導入路３２を介して露出部３１に不活性ガスを導入する。

チャンバ５の導入孔５３を介してチャンバ５の内部、上治具３の導入路３２を介して露出部３１にそれぞれ不活性ガスを導入する際には、排出路３３を介した不活性ガスの吸引を行わない。具体的には、例えば閉塞部材等を用いて排出路３３を塞ぐことで、不活性ガスが排出路３３を経由して外部へ流出することを遮断する。

これによって、上治具３の導入路３２を介して露出部３１の内部に導入される不活性ガスは、図７中の矢印Ｆ２に示すように、排出路３３に流れず、上治具３と下治具４に載置されたワーク１０との間の隙間を通り抜け、外部に流れる。一方、導入孔５３を介してチャンバ５の内部に導入される不活性ガスは、図７中の矢印Ｆ３に示すように、該チャンバ５と連通する上治具３の露出部３１に流れ込み、更に上治具３と下治具４に載置されたワーク１０との間の隙間を通り抜け、外部に流れる。このような不活性ガスの流れによって、チャンバ５内及び露出部３１内の酸素ガスは、不活性ガスによって外部に押し流される。

そして、下治具４に載置されたワーク１０が上治具３の底面と接触し、且つ定められた値で上治具３及び下治具４に加圧されるときに、昇降装置７の上昇は停止する。これによって、ワーク１０は上治具３と下治具４により挟持されることになる。

また、準備工程では、上治具３と下治具４とでワーク１０を挟持した後に、露出部３１内の不活性ガスをレーザ光２０の走査方向Ｆ１の上流側から吸引して外部に排出することが更に行われる。

すなわち、図８に示すように、ワーク１０が上治具３及び下治具４によって挟持されたとき、排出路３３を介した吸引作業が行われる。これによって、上治具３の導入路３２を介して露出部３１の内部に導入された不活性ガスは、図８中の矢印Ｆ２に示すように排出路３３を経由して外部に排出される。一方、導入孔５３を介してチャンバ５の内部に導入された不活性ガスは、図８中の矢印Ｆ３に示すように、該チャンバ５と連通する上治具３の露出部３１に流れ込み、更に排出路３３を経由して外部に排出される。

準備工程に続く溶接工程では、レーザ光２０の走査方向Ｆ１の下流側から上治具３の露出部３１に不活性ガスを導入し、露出部３１に導入された不活性ガスをレーザ光２０の走査方向Ｆ１の上流側から吸引して外部に排出しながら、レーザ光２０をワーク１０の溶接予定ラインＬ１～Ｌ５に照射する。すなわち、図３に示すように、導入路３２を介して露出部３１の内部に不活性ガスを導入しつつ、導入した不活性ガスを排出路３３を介して外部に排出しながら、上治具３の露出部３１から露出したワーク１０の溶接予定ラインＬ１～Ｌ５に沿って、レーザ光２０を走査して照射することによりワーク１０を溶接する。これによって、ワーク１０に溶接部（溶接ビード）Ｂが形成され、ワーク１０を構成するセパレータ１１同士は互いに固定される。

なお、この溶接工程において、準備工程で行われたチャンバ５内への不活性ガスの導入作業は、実施されても良く、停止しても良い。そして、導入孔５３を介したチャンバ５内への不活性ガスの導入作業を実施した場合、露出部３１内の酸素濃度を低減する効果（詳細は後述する）を更に高めることができる。更に、導入孔５３を介したチャンバ５内への不活性ガスの導入作業は、溶接工程終了後の下治具４の降下までに実施されることが好ましい。このようにすれば、溶接部周辺の酸素濃度を定められた基準値に維持することができるので、溶接直後の溶接部の酸化を抑制することができる。

以上の溶接作業は、全ての溶接予定ラインＬ１～Ｌ５に沿って行われる。そして、上述したように上治具３が２つの治具（第１上治具３ａと第２上治具３ｂ）を有する場合、溶接作業は、第１上治具３ａを用いた第１溶接作業と、第２上治具３ｂを用いた第２溶接作業に分けられることになる。この場合、例えば第１溶接作業の終了後、下治具４を一旦降下させて上治具３の交換（すなわち、第１上治具３ａから第２上治具３ｂに取り換える）が行われる。その後、上述の準備工程及び溶接工程が繰り返し実施されれば良い。

本実施形態に係る溶接方法によれば、準備工程において、ワーク１０が載置された下治具４を上治具３に対して相対的に接近させながら、導入孔５３を介してチャンバ５の内部に不活性ガスを導入すると共に、導入路３２を介してレーザ光２０の走査方向Ｆ１の下流側から露出部３１に不活性ガスを導入する。そして、チャンバ５の内部に不活性ガスを導入した場合、導入された不活性ガスがチャンバ５と連通する露出部３１の内部に流れ込み、露出部３１内の酸素ガスを外部に押し流すことができる。これによって、露出部３１内の酸素濃度を低減することができるので、溶接により形成される溶接部Ｂの酸化を防止することができ、レーザ溶接の品質を向上することができる。

また、このように酸素ガスの押し流し作業をワーク１０の挟持作業と同時に行うことができるので、酸素ガスの押し流しに伴うサイクルタイムのロスがなく、上治具３と下治具４とでワーク１０を挟持した後に、溶接工程を直ぐに実施することができる。その結果、溶接作業の効率を高めることができるので、生産性の向上を図り易くなる。

更に、準備工程において、上治具３と下治具４とでワーク１０を挟持した後に、露出部３１内の不活性ガスをレーザ光２０の走査方向Ｆ１の上流側から吸引して外部に排出する作業が更に行われる。このようにすれば、仮に露出部３１内に酸素ガスが残留した場合、又は排出路３３内に酸素ガスが残留した場合に、残留した酸素ガスが不活性ガスによって外部に押し流される。従って、酸素濃度の低減効果を更に高めることができる。

また、溶接工程において、レーザ光２０の走査方向Ｆ１の下流側に設けられた導入路３２から露出部３１に不活性ガスを導入し、露出部３１に導入された不活性ガスをレーザ光２０の走査方向の上流側に設けられた排出路３３から吸引して外部に排出しながら、レーザ光２０をワークの溶接予定ラインＬ１～Ｌ５に照射するので、溶接時に発生するヒューム及び粉塵を押し流して除去することができる。従って、ヒューム及び粉塵の滞留を防止することができる。

しかも、レーザ光２０の走査方向Ｆ１に対して反対方向から不活性ガスを導入してヒューム及び粉塵を押し流すので、例えばレーザ光の走査方向に沿って不活性ガスを導入する場合と比べて、ヒューム及び粉塵によるレーザ光への干渉をより少なくすることができる。その結果、ヒューム及び粉塵の滞留を確実に防止することができ、レーザ溶接の品質を向上することができる。

以上、本発明の実施形態について詳述したが、本発明は、上述の実施形態に限定されるものではなく、特許請求の範囲に記載された本発明の精神を逸脱しない範囲で、種々の設計変更を行うことができるものである。例えば、上述の実施形態において、ワークとしてセパレータの例を挙げて説明したが、本発明はセパレータ以外のワークの溶接にも適用される。また、上述の実施形態では２枚のセパレータを重ねた状態の溶接、すなわち重ね溶接を挙げて説明したが、本発明は突き合わせ溶接、すみ肉溶接等にも適用される。

更に、上述の実施形態では第１治具がワークの上側、第２治具がワークの下側に配置される例を挙げて説明したが、第１治具及び第２治具は、ワークの上下両側に配置されることに限らず、例えばワークに対して左右両側に配置されても良い。また、ワークが載置される下治具を上治具に対し相対的に接近させる方法として、上述の昇降装置による下治具の上昇のほか、上治具を降下させるようにしても良い。

１溶接装置
２レーザ照射部
３上治具
４下治具
５チャンバ
６溶接作業台
７昇降装置
２０レーザ光
２１レーザ発振器
２２光ファイバ
２３レンズ部
２４ガルバノスキャナ
２５Ｆθレンズ
３１露出部
３２導入路
３３排出路
５１中空筒体
５２蓋体
５３導入孔
２３１コリメートレンズ
２３２集光レンズ
２４１，２４２ガルバノミラー
Ｆ１走査方向

Claims

ワークの溶接予定ラインに沿ってレーザ光を走査しながら照射するレーザ照射部と、
前記ワークに対して前記レーザ照射部側に配置される第１治具と、
前記ワークに対して前記レーザ照射部側とは反対側に配置され、前記第１治具と共に前記ワークを挟持可能な第２治具と、
を備える溶接装置であって、
前記第１治具は、
前記ワークの溶接予定ラインを前記レーザ照射部側に露出させる露出部と、
レーザ光の走査方向の下流側に設けられ、前記露出部に不活性ガスを導入する導入路と、
レーザ光の走査方向の上流側に設けられ、前記露出部に導入される不活性ガスを吸引して外部に排出する排出路と、
を有し、
前記溶接装置は、前記露出部を覆うように前記第１治具に取り付けられるとともに、前記露出部と連通するチャンバを更に備え、
前記チャンバは、レーザ光を透過する蓋体と、側壁に形成されて前記チャンバの内部に不活性ガスを導入する導入孔と、を有することを特徴とする溶接装置。
前記導入路は、レーザ光の走査方向の下流側から上流側に向かって、水平方向に対して角度θで斜め下方に傾斜し、
前記排出路は、レーザ光の走査方向の下流側から上流側に向かって、水平方向に対して角度θで斜め上方に傾斜し、
前記角度θは、０°＜θ≦１５°であることを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
前記導入路と前記排出路とは、対向して設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接装置。