JPH04339584A - 金属筒体の製造方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ジュース缶、ビール缶
等の缶詰等に用いられる金属缶胴、あるいは金属パイプ
等の金属筒体を、レーザビーム溶接により製造する方法
に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来溶接金属缶胴の製造に、重ね合せ部
を線電極を介してマッシュシーム溶接する所謂スドロニ
ック抵抗溶接法が、錫めっき鋼板に対して広く採用され
ているが、この方法は表面皮膜の電気絶縁性が比較的大
きいティンフリースチール（比較的安価であるという利
点を有する）に対して用いることが困難であるという問
題を有する。

【０００３】最近突合せレーザ溶接による金属缶胴の製
造が提案されているが、この方法は板厚が０．１５ｍｍ
より薄くなると、溶接に必要な突合せ部の精度を得るこ
とが著しく困難になって、溶接部に孔が生じ易くなるた
め、極薄の金属板からの製造が困難であるという問題を
有する。また溶接速度が毎分３０ｍを越えると、ハンピ
ングビード（ｈｕｍｐｉｎｇ　　ｂｅａｄ）と呼ばれる
凹凸状の溶接欠陥を生じ易いため、高速溶接には不適当
であるという問題を有する。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、溶接される
べき金属板が比較的薄く、かつ表面の電気絶縁性が比較
的大きい場合であっても、高速で、満足な性能を有する
溶接部を形成可能な、レーザビーム溶接による金属筒体
の製造方法を提供することを目的とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明の金属筒体の製造
方法は、対向する両端縁部を、各端縁部間に間隙高さの
微小な間隙部が生ずるように重ねて重ね部を形成された
金属筒状体の、該重ね部の内側端縁部の外面に対して中
心軸が１０〜６０度の角度を有するレーザビームを、該
重ね部の外側端縁部の端面の少なくとも一部および内側
端縁部の外面の該端面の近傍部に照射して、該重ね部を
溶接して溶接部を形成することを特徴とする。

【０００６】さらに本発明の金属筒体の製造方法は、対
向する両端縁部を、各端縁部間に間隙高さの微小な間隙
部が生ずるように重ねて重ね部を形成された金属筒状体
の、該重ね部の内側端縁部の外面に対して中心軸が１０
〜６０度の角度を有するレーザビームを、該重ね部の外
側端縁部の端面の少なくとも一部および内側端縁部の外
面の該端面の近傍部に照射して、該重ね部を溶接して溶
接部を形成し、該溶接部が凝固した後、該溶接部を押圧
して押し潰すことを特徴とする。

【０００７】

【作用】金属筒状体の間隙高さが微小な間隙部を有する
重ね部の、外側端縁部の端面の少なくとも一部および内
側端縁部の外面の上記端面の近傍部（図１の４ｂで示す
部分；以下端面近傍部とよぶ）にレーザビームを、所定
の角度で照射すると、レーザビームの一部は上記端面近
傍部の表面付近を溶融すると同時に、間隙部内に進入し
て間隙部内で多重反射し、間隙部の上下面を溶融する。 一方外側端縁部の端面に照射されたレーザビームは、上
記端面およびその近傍を溶融する。上記端面近傍部およ
び上記端面の溶融したメタルは、間隙高さの微小な間隙
部の上下面の溶融メタルと合わさって（表面張力による
ものと思われる）間隙部を埋め、溶融凝固部すなわち溶
接部を形成する（図２参照）。

【０００８】間隙部の間隙高さは極く小さいので、多重
反射が有効に行なわれ、比較的小出力のレーザビームに
よっても高速での溶接が可能であり、また溶融メタルに
よって極く短時間に埋められる。

【０００９】レーザビームの中心軸の角度が１０度より
小さいと、端面近傍部の表面での溶融メタルの量が少な
くなり、高速溶接時に間隙部に埋め残しを生じ易くなる
ので好ましくない。また重ね部の内側端縁部より外側に
ある外面における、レーザビームと接触する周方向長さ
が大きくなって、レーザビームによって侵される表面積
が大きくなるので好ましくない。中心軸の角度が６０度
を越えると、間隙部内に進入するレーザビームの量が減
少し、間隙部の上下面の溶融が遅くなるので、高速溶接
が困難になり、また端面近傍部での板厚方向溶融深さが
増大して、その部分の内面側表面にめっき皮膜の損傷な
どの悪影響を与えるので好ましくない。

【００１０】重ね溶接であって、突合せ溶接でないので
、突合せの必要がない故、厚さが０．１５ｍｍ以下の比
較的薄い金属板からも、満足な性能を有する溶接金属筒
体を製造することができる。また溶融溶接であるので、
金属板の表面の電気絶縁性は無関係である故、ティンフ
リースチール等のクロム酸化皮膜を有するような表面処
理鋼板からも、満足な性能を有する溶接金属筒体を製造
することができる。溶接部が凝固した後、溶接部を押圧
して押し潰す場合は、押圧のさい溶融メタルのはみ出し
や、飛散が起こるおそれがなく、段差部の実質的にない
溶接部を得ることができる。

【００１１】

【実施例】図１において、１は例えばティンフリースチ
ールのような金属板のブランクより形成された金属筒状
体、２は重ね部、３は外側端縁部、４は内側端縁部、５
は上下面が平行な間隙部である。金属板としては、板厚
約０．０５〜０．４ｍｍのものが好ましく用いられる。 重ね部２の幅ｗ、従って間隙部５の幅は、金属板の板厚
以上で０．５ｍｍ以下であることが好ましい。金属板は
、低炭素鋼板や、ティンフリースチール、錫めっき鋼板
おょびニッケルめっき鋼板等の表面処理鋼板、ならびに
アルミニュウム（合金）薄板等が好ましく用いられる。

【００１２】６はレーザビームであって、６ａはその中
心軸である。レーザビーム６は、中心軸６ａと内側端縁
部４の外面４ａとのなす角θが１０〜６０度、より好ま
しくは１５〜４５度となるように、かつ外側端縁部３の
端面３ａの少なくとも一部および内側端縁部外面４ａの
端面３ａの近傍部４ｂに当たり、かつ焦点面がほぼ重ね
部２にくるように照射される。レーザビーム６のレーザ
としては、炭酸ガスレーサ゛およびＹＡＧレーザ等が好
ましく用いられる。

【００１３】レーザ照射部でのレーザビーム６の直径Ｄ
は、使用するレーザの種類によって異なるが、通常は０
．１〜０．５ｍｍ程度のものが用いられる。ここにレー
ザビームの直径Ｄとは、図２に示すように、レーザビー
ム６が当たった端面近傍部４ｂの最外側の部分４ｂ１、
および端面３ａの最上部３ａ１（外面側端縁部の外面３
ｂに当たる場合は、その最左側（図２における）の部分
）を通り、中心線６ａと実質的に平行な中心軸を有する
仮想円筒２９の直径をいう。直径が比較的大きいレーザ
ビーム６を用いるときには、レーザビーム６は端面近傍
部４ｂ、端面３ａ、および外面３ｂの一部にわたって照
射される。

【００１４】間隙部５の高さｄは、レーザビーム６が進
入できるように、当該レーザの波長以上であり、かつ間
隙部５の周囲に生じた溶融メタルによって適正に埋めら
れる値以下であり、通常はレーザビームの照射部におけ
る直径Ｄの５０％以下に、より好ましくは３０％以下に
定められる。炭酸ガスレーザを用いる場合、高さｄは０
．０１ｍｍ以上で０．０６ｍｍ以下、より好ましくは０
．０２ｍｍ以上で０．０５ｍｍ以下であることが望まし
い。その最適値は、金属板の種類、板厚、溶接速度、レ
ーザの波長、レーザの出力、レーザビームの照射面にお
ける直径およびレーザビームのエネルギー分布等の影響
を受けるので、これらの要因に基づいて実験により定め
られる。

【００１５】上記の条件でレーザビーム６を照射すると
、図１、図２に示すように、レーザビーム６の一部は端
面近傍部４ｂを溶融すると同時に、間隙部５内に進入し
て間隙部５内で多重反射し、間隙部５の上下面を溶融す
る。一方外側端縁部３の端面３ａに照射されたレーザビ
ームは、端面３ａおよびその近傍を溶融する。端面近傍
部４ｂおよび端面３ａの溶融したメタルは間隙部５の上
下面の溶融メタルと合さって間隙部５を埋め、溶融部７
を形成し、溶融部７が凝固した後、溶接部８が形成され
、金属缶胴９が製造される。

【００１６】金属缶胴９はこのままでも用途によっては
使用可能であるが、缶詰用の缶胴として用いる場合は、
溶接部８の段差が大きく不適当である。従ってこの場合
は、図３に示すように、押圧ロール１０等の適当な手段
によって溶接部８を押し潰して、金属缶胴９を、段差部
が実質的にない溶接部８’を有する金属缶胴９’に形成
することが好ましい。重ね部２従って溶接部８の幅は小
さいので、押し潰しは比較的小さい加圧力によって容易
に行なうことができる。

【００１７】金属缶胴９’は例えば次のようにして連続
的に製造される。図４、図５、図６において、１２はフ
ィンガー１２ａによって金属筒状体１を押して、矢印Ａ
方向に移動させるための無限循環チエーンコンベア、１
３は、押さえバー１６ａ、１６ｂ、１６ｃ（図４では図
示を省略した）と協力して、外側端縁部３と内側端縁部
４を移動中に互いに徐々に接近させて重ね部２を形成す
るための所謂Ｚ字状バー、１４はＺ字状バー１３の支持
具、１５は重ね部２の間隙部５を所定幅ｗおよび所定高
さｄに調整、維持するための保持具である。保持具１５
の下流側端部近傍にはレーザビーム照射孔１７が設けら
れている。保持具１５は、水冷却孔１５ａを備えている
。照射孔１７に対向してレーザビームガン１８が、重ね
部２に対して所定の位置に、かつ所定の角度でレーザビ
ーム６を照射できるように配設されている。保持具１５
の下流に一対の押圧ロール１０が設けられている。

【００１８】金属筒状体１は、チエーンコンベア１２に
よって矢印Ａ方向に高速で移動しながら、Ｚ字状バー１
３および保持具１５によって、間隙部５を有する重ね部
２を形成されて照射孔１７に達したとき、前述のように
重ね部２にレーザビームを角度θで照射され（図１、図
６）、溶融部７を形成される（図２）。溶融部７は押圧
ロール１０に達するまでに凝固し、溶接部８が形成され
、溶接部８は押圧ロール１０によって押し潰されて、段
差が実質的にない溶接部８’となって、金属缶胴９’が
製造される。

【００１９】以下にこの場合の具体的データを示す。板
厚が０．１２ｍｍのティンフリースチールのブランクを
作製し、このブランクを内径が５２．５ｍｍの筒状体に
成形した。 この筒状体を毎分５０ｍの速度で移動させながら、高さ
ｄが０．０４ｍｍで、幅ｗが０．２ｍｍである間隙部５
を有する重ね部２を形成した。出力が１．２ｋｗで焦点
距離が９５．３ｍｍのレンズで集光した炭酸ガスレーザ
を照射角θが２５度になるようにして、重ね部２に照射
して溶接を行なった。得られた溶接部８を直径が４０ｍ
ｍの一対の押圧ロール１０で４０ｋｇｆの加圧力でロー
ルして、段差が実質的に消失した溶接部８’を有する金
属缶胴９’を製造した。この金属缶胴９’は図３に示す
ように、重ね部の元の間隙部５の全域にわたって溶接さ
れており、十分に満足な溶接強度を有していた。

【００２０】間隙部５は図７に示すように、外側端縁部
の端面３ａ側に向かって拡った横台形状であってもよい
。この場合、間隙が一定の高さである場合（図１の場合
）に比べて、最小間隙高さｄ２が小さくなった分だけ、
最大間隙高さｄ１を大きくすることができる利点がある
。なおこの場合の最大間隙高さｄ１は、前記直径Ｄの８
０％以下であることが好ましい。また間隙部５は図８に
示すように、外側端縁部の端面３ａ側に向かって拡った
横三角形状であってもよい。この場合の最大間隙高さｄ
１は前記直径Ｄの８０％以下であって、かつ０．１５ｍ
ｍ以下であることが好ましい。これらの場合においても
、内側端縁部４の外面４ａがレーザビーム６の照射角θ
の基準面となる。なお１９、２０は保持具である。

【００２１】間隙部は長さ方向に沿って間隙高さｄが反
復して異なっていてもよい。図９、図１０の間隙部２５
はその１例を示したものであって、外側端縁部３の内面
に長さ方向に沿って、重ね部２形成前に波形状の凹部２
１を予めローレット加工により形成されてなるものであ
る。凹部２１は、外面側端縁部３の内面に奥行き方向に
一定の深さに形成される（図示されない）か、もしくは
図９に示すように、外面側端縁部３の内面に対して端面
３ａ側が深くなるように傾斜して形成される。後者の場
合、前者に比べて最小間隙高さｄ４が小さくなった分だ
け最大間隙高さｄ３を大きくできる利点がある。この場
合も、高さｄ３は前記直径Ｄの８０％以下であることが
好ましい。なお２２は保持具、２２ａはレーザビーム照
射孔である。

【００２２】間隙部２５が図１１に示すように、外側端
縁部３の内面と内側端縁部４が局部的に繰り返し接触し
ている重ね部２’を形成してもよい。この場合の最大間
隙高さｄ３は、前記直径Ｄの８０％以下で、かつ０．１
ｍｍ以下であることが好ましい。接触部２６の長さ（重
ね部の延びる方向の）Ｌは、前記直径Ｄ以下であること
が好ましい。

【００２３】図１２は、間隙部２５が凹部２１と接触部
２６とからなる重ね部２’（図１１）を形成された金属
筒状体１’を矢印方向に移動して、一対のロール２７に
より接触部２６が密着するていどに軽微に押圧すること
により凹部２１よりなる間隙を得ながら、その押圧部に
おいて斜め方向に、前記と同様にしてレーザビーム６を
照射して溶接部８”を形成し、金属缶胴９”を製造する
状態を示したものである。この際、重ね部２’の押圧は
正確に制御された間隙を得るための手段であり、間隙の
高さが極端に小さくなるような重ね部２’の過剰な押圧
は好ましくない。

【００２４】図１３は、重ね部２’を形成された金属筒
状体１’を同様に移動して、二対のロール２７、２８に
より重ね部２’を軽微に押圧しながら、各ロールの押圧
部の中間において、移動方向の直角方向に対し角度αだ
け斜め方向（基準面に対する角はθ）から、レーザビー
ム６を照射して溶接部８”を形成し、金属缶胴９”を製
造する状態を示したものである。

【００２５】この際、二対のロール２７、２８による重
ね部２’および溶接部８”の押圧は、正確に制御された
凹部２１よりなる間隙を得るメリットと、接触部２６を
溶接直後に密着状態とすることによりその接触部２６が
完全に溶融状態ではない場合においても圧接により接合
し得るというメリットを有する。この場合も、間隙の高
さが極端に小さくなるような重ね部２’の過剰な押圧、
あるいは溶融メタルのはみ出しや飛び出しが著しく生ず
るような溶接部８”の厚みを極端に減じるような溶接部
８”の押圧は好ましくない。

【００２６】内側端縁部４の外面にも同様な凹部（図示
されない）が形成されていてもよく、さらに内側端縁部
４のみに同様な凹部（図示されない）が形成されていて
もよい。この場合のレーザビーム６の照射角θの基準面
は、内側端縁部の外面における凹部に加工されていない
面（図１１の２６で示す面に対応する）となる。

【００２７】図１４は金属パイプを製造する場合の例を
示すものである。図の左方側に配設された整形装置（図
示されない）によって丸められた金属帯板は、一対の保
持ロール３０ａ、３０ｂおよびその下流に近接して配設
された同様の構造の一対の保持ロール３１ａ、３１ｂに
よって、図１に示すタイプの所定の間隙高さｄおよび幅
ｗを有する重ね部２を形成されながら矢印Ｂ方向に送ら
れる。レーザビーム６が、保持ロール３０ａ、３０ｂお
よび保持ロール３１ａ、３１ｂの間の重ね部２に、図１
の場合と同様に所定の角度で照射されて、溶接部８を有
する金属パイプ３２が製造される。溶接部８を、必要に
応じ押圧ロール（図示されない）によって、実質的に段
差が消失するように押し潰してもよい。

【００２８】

【発明の効果】本発明のレーザビーム溶接による金属筒
体の製造方法は、溶接されるべき金属板が比較的薄く、
かつ表面の電気絶縁性が比較的大きい場合であっても、
高速で、満足な性能を有する溶接部を備える金属筒体を
製造できるという効果を奏する。

【００２９】請求項２記載の金属筒体の製造方法は、段
差が実質的にない溶接部を形成できるので、缶詰等の缶
胴用として適しているという利点を有する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明における第１の態様である重ね部に、レ
ーザビームを照射した直後の状態を示す縦断面図である
。

【図２】図１の重ね部がレーザビーム照射により溶接部
に形成された状態を示す縦断面図である。

【図３】図２の溶接部を押し潰した状態を示す縦断面図
である。

【図４】本発明を実施するための装置の例の説明用正面
図である。

【図５】図４のＶ−Ｖ線に沿う縦断面図である。

【図６】図４のＶＩ−ＶＩ線に沿う縦断面図である。

【図７】本発明における第２の態様である重ね部を保持
具で保持した状態を示す縦断面図である。

【図８】本発明における第３の態様である重ね部を保持
具で保持した状態を示す縦断面図である。

【図９】本発明における第４の態様である重ね部を保持
具で保持した状態を示す縦断面図である。

【図１０】図９のＸ−Ｘ線に沿う要部縦断面図である。

【図１１】本発明における第５の態様である重ね部の図
１１に対応する縦断面図である。

【図１２】第５の態様である重ね部をロールで押圧しな
がら金属筒体を製造する第１の例を示す要部斜視図であ
る。

【図１３】第５の態様である重ね部をロールで押圧しな
がら金属筒体を製造する第２の例を示す要部斜視図であ
る。

【図１４】本発明によりパイプ状の金属筒体を製造する
装置の例の要部斜視図である。

【符号の説明】

１　　　　金属筒状体 １’　　金属筒状体 ２　　　　重ね部 ３　　　　外側端縁部 ３ａ　　端面 ４　　　　内側端縁部 ４ａ　　外面 ４ｂ　　端面近傍部 ５　　　　間隙部 ６　　　　レーザビーム ６ａ　　中心軸 ８　　　　溶接部 ８’　　溶接部 ８”　　溶接部 ９　　　　金属缶体（金属筒体） ９’　　金属缶体（金属筒体） ９”　　金属缶体（金属筒体） １０　　押圧ロール ２５　　間隙部 ３２　　金属パイプ（金属筒体）

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向する両端縁部を、各端縁部間に間隙高
   さの微小な間隙部が生ずるように重ねて重ね部を形成さ
   れた金属筒状体の、該重ね部の内側端縁部の外面に対し
   て中心軸が１０〜６０度の角度を有するレーザビームを
   、該重ね部の外側端縁部の端面の少なくとも一部および
   内側端縁部の外面の該端面の近傍部に照射して、該重ね
   部を溶接して溶接部を形成することを特徴とする金属筒
   体の製造方法。
2. 【請求項２】対向する両端縁部を、各端縁部間に間隙高
   さの微小な間隙部が生ずるように重ねて重ね部を形成さ
   れた金属筒状体の、該重ね部の内側端縁部の外面に対し
   て中心軸が１０〜６０度の角度を有するレーザビームを
   、該重ね部の外側端縁部の端面の少なくとも一部および
   内側端縁部の外面の該端面の近傍部に照射して、該重ね
   部を溶接して溶接部を形成し、該溶接部が凝固した後、
   該溶接部を押圧して押し潰すことを特徴とする金属筒体
   の製造方法。