JPH10225784A - レーザ溶接用加工ヘッド - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 必要フランジ幅を低減し、被溶接材の造形自
由度及び設計自由度を向上したレーザ溶接用加工ヘッド
を提供する。 【解決手段】 加圧ローラ７０はステー１２を介して集
光光学系１と一体にホルダ２に保持される。ステー１２
の先端にはローラ７０が回動自在に取り付けられ、レー
ザ光３の照射方向に対し斜行している。ローラ７０はセ
クタ歯７２を有し歯車状をなす。ホルダ２をダンパ１３
により下方に変位させ、セクタ歯７２の角部７２ａを溶
接方向Ｂについて加工点５の前及び／又は後の位置に接
触させ、被溶接材４、４’を加圧し、溶接部６の継ぎ手
隙間を矯正する。ローラ７０が回動し、ローラ７０の歯
先面７２ｂが被溶接材４に接触する状態では、セクタ歯
７２とレーザ光３とは干渉し、レーザ光３は被溶接材に
照射されない。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、重ね継ぎ手溶接に
用いられるレーザ加工ヘッドに係り、更に詳細には、溶
接に要するフランジ幅を低減でき、重ね継ぎ手溶接にお
ける被溶接材の設計自由度や造形自由度を向上できるレ
ーザ溶接用加工ヘッドに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の重ね継ぎ手溶接におけるレーザ加
工ヘッドとしては、例えば、図６に示すようなもの知ら
れている。同図において、光ファイバ１５と連結された
集光光学系１はホルダ２に保持されており、このホルダ
２には水平方向に延在するアーム１７が設けられ、更に
アーム１７にはステー１２と、上下動可能で下方に所定
値以上の荷重を負荷できるダンパ１３とが連結されてい
る。

【０００３】ステー１２は下方に延在するがその途中か
ら屈曲して形成されており、その先端には加圧ローラ７
が回動軸８を介して回動自在に取り付けられており、こ
の加圧ローラ７は、上記ステー１２の屈曲形成により、
その頂面がレーザ光３の照射方向に対し斜行するように
配置されている。また、加圧ローラ７の周縁部はテーパ
状をなし、被溶接材４を鉛直下向きに加圧できる構成と
なっている。なお、ダンパ１３は多関節ロボットなどの
加工機先端１４に連結されている。

【０００４】上述のようなレーザ加工ヘッドを用いた重
ね継ぎ手溶接においては、ホルダ２をダンパ１３で下方
に加圧することにより、集光光学系１と加圧ローラ７と
の位置関係を保持したまま、被溶接材４、４’の加工点
５の側方を加圧ローラ７のテーパ状周縁部で加圧して溶
接部６の継ぎ手隙間を矯正し、且つレーザ光３の焦点を
加工点５に設定して被溶接材４、４’を溶接する。

【０００５】そして、かかる状態を保持したまま、ホル
ダ２を紙面に垂直な溶接方向に変位させ、これに応じて
加圧ローラ７を回動変位させることにより、被溶接材
４、４’の他の部分の加圧・矯正を行いながら、レーザ
光３を他の加工点（図示せず）に照射し、被溶接材４、
４’全体のレーザ溶接を完了する。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな従来のレーザ溶接用加工ヘッドにあっては、加工点
５の側方をローラ７で加圧し、継ぎ手隙間を矯正する構
成であったため、必要フランジ幅１６が、溶接部６の幅
とローラ７の周縁部の幅との合計幅となって広くなり、
具体的には、必要フランジ幅１６の最小値は約７ｍｍで
あり、この結果、被溶接材４等の造形自由度及び設計自
由度が狭くなるという課題があった。

【０００７】本発明は、このような従来技術の有する課
題に着目してなされたもので、必要フランジ幅を低減
し、被溶接材の造形自由度及び設計自由度を向上したレ
ーザ溶接用加工ヘッドを提供することを目的としてい
る。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明者らは、上記課題
を解決すべく鋭意検討を重ねた結果、加工点近傍を溶接
フランジの幅方向に亘って歯車状のローラで加圧して継
ぎ手隙間を矯正することにより、加工点の側方に対する
空間的制約を無くすことができ、上記課題が解決できる
ことを見出し、本発明を完成するに至った。

【０００９】即ち、本発明のレーザ溶接用加工ヘッド
は、被溶接材を重ね合わせた重ね継ぎ手部分にレーザ光
を照射する集光光学系と、この集光光学系のレーザ光照
射方向に対して斜行して配置され、上記重ね継ぎ手部分
における被溶接材間の隙間をその周縁部で加圧・矯正す
る加圧ローラとを備え、上記集光光学系が溶接方向に変
位しながら溶接するのに応じて上記加圧ローラが回動変
位しながら上記加圧・矯正を行うレーザ溶接用加工ヘッ
ドにおいて、上記加圧ローラは、ステーを介し上記集光
光学系に対して定位置に固定され、且つこの位置関係を
保持しつつこの集光光学系とともに変位し、上記加圧ロ
ーラは、歯車状をなし、その歯先面が上記被溶接材に接
する状態では、両者の接点がレーザ加工点と一致し、歯
の角部が上記被溶接材に接する状態では、上記レーザ光
が上記歯の間の溝を通過して上記被溶接材に照射され、
且つ上記角部が上記レーザ加工点近傍を上記重ね継ぎ手
部分の幅方向に亘って加圧することを特徴とする。

【００１０】

【作用】本発明のレーザ溶接用加工ヘッドにおいては、
加圧ローラを歯車状に形成し、この加圧ローラの歯先面
が被溶接材に接する状態では、両者の接点がレーザ加工
点と一致し、歯の角部が被溶接材に接する状態では、レ
ーザ光が歯の間の溝を通過して被溶接材に照射される構
成とした。また、被溶接材間の隙間は、歯の角部がレー
ザ加工点近傍を重ね継ぎ手部分の幅方向に亘って、即ち
歯の角部が、溶接方向についてレーザ加工点の前及び／
又は後の位置を溶接フランジの幅方向に亘って加圧する
ことにより矯正する構成とした。よって、溶接に必要な
フランジ幅を低減することができ、被溶接材等の設計自
由度を向上できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、本発明のレーザ溶接用加工
ヘッドを、図面を参照して若干の実施形態により詳細に
説明する。 （実施形態１）図１は、本発明のレーザ溶接用加工ヘッ
ドの一実施形態を示す側面図である。以下、上記従来の
加工ヘッドで説明した部材と実質的に同一の部材につい
ては、同一符号を付し、その説明を省略する。図１に示
すように、本実施形態の加工ヘッドでは、加圧ローラ７
０はその回転軸８に関し半径方向に対称に突設された６
枚のセクタ歯７２を有し、全体形状がほぼ歯車状の形状
をなしており、その中心がレーザ光３の照射方向とほぼ
同一面上に存在するように配置されている。また、セク
タ歯７２の間の溝７３は、その表面がレーザ光３の照射
方向Ａとほぼ平行になるように切り欠いて形成されてい
る。

【００１２】次に、本実施形態の加工ヘッドを用いた重
ね継ぎ手溶接について説明する。図２において、集光光
学系１と加圧ローラ７とを連結されたホルダ２をダンパ
１３により下方に変位させ、歯車状加圧ローラ７０のセ
クタ歯７２の角部７２ａを溶接方向Ｂについて加工点５
の前及び／又は後の位置に接触させ、被溶接材４、４’
を加圧し、溶接部６の継ぎ手隙間を矯正する。この矯正
では、角部７２ａが加工点５の前及び／又は後の位置を
フランジ幅１６の方向に亘って加圧することになり、図
１及び図２に示すように、レーザ光３は溝７３を介して
加工点５に照射されるので、フランジ幅１６を小さくす
ることができ、被溶接材４等の設計自由度を向上するこ
とができる。

【００１３】上述のように、レーザ溶接は、レーザ光３
が溝７３を通過する状態で行われるが、集光光学系１を
溶接方向Ｂにホルダ２ごと変位させながら歯車状ローラ
７０を回動させて行くと、ローラ７０の歯先面７２ｂが
被溶接材４に接触するようになる。この場合、ローラ７
０のセクタ歯７２とレーザ光３とは干渉する位置関係と
なるため、レーザ光３は被溶接材に照射されない。そし
て、ローラ７０を更に回動させると、上述のようにセク
タ歯７２の角部７２ａが被溶接材に接触する状態とな
り、ローラ７０とレーザ光３とは干渉しない位置関係と
なるので、レーザ光３が被溶接材に照射され溶接が行わ
れる。

【００１４】なお、ローラ７０の歯先長Ｌと溝長さｌと
の比を１：１以上とすれば、溶接長さは、フランジ１６
の溶接方向Ｂにおける長さの５０％以上となり、重ね継
ぎ手溶接で最も一般的であるスポット溶接で得られる溶
接強度と同等以上の溶接強度を得ることが可能である。
本実施形態では、フランジ幅１６の最小値は４ｍｍとな
り、必要フランジ幅を従来の加工ヘッドの場合の約１／
２まで小さくできた。

【００１５】（実施形態２）図３に、本発明の加工ヘッ
ドの他の実施形態を示す。本実施形態の加工ヘッドで
は、ステー１２の先端とローラ７０との間にカム９が配
設されており、カム９の回転軸１０とローラ７０の回転
軸８とは付勢部材の一例であるスプリング１１により引
張り付勢され、両者の密着性を確保されている（図４参
照）。

【００１６】歯車状ローラ７０の径が小さくなると、回
動に伴う回転軸８の上下動が激しくなり、この上下動の
幅がレーザ光３の焦点深度を超えると、安定した溶接が
不可能となる場合があるが、本実施形態のように、ロー
ラ７０の回転軸８の上下動を相殺するような機能を果た
すカム９を設けることにより、集光光学系１と加工点５
との距離を一定に保つことができ、安定した溶接が可能
となる。図５に、加圧ローラ７０の回動に伴う本実施形
態の加工ヘッドの各部と加工点との相対位置関係を示
す。

【００１７】以上、本発明を若干の実施形態により詳細
に説明したが、本発明はこれら実施形態に限定されるも
のではなく、本発明の要旨の範囲内において種々の変形
実施が可能である。例えば、セクタ歯７２の数は特に限
定されるものではない。また、セクタ歯７２の形状も、
歯先形状がローラ７０の回動に合致するような円弧状で
あれば特に限定されるものではなく、扇形のみならず種
々の形状を採用できる。

【００１８】更に、溝７３の表面も必ずしも照射方向Ａ
と平行にする必要はない。また、付勢部材としては、弾
性・復元力を有する部材であれば十分であり、各種スプ
リングのみならず、ゴム及び各種合成樹脂など種々の部
材を用いることができる。更にまた、溶接方向も直線状
である必要はなく、曲線状であってもよい。

【００１９】

【発明の効果】以上説明してきたように、本発明によれ
ば、その構成を、加工点近傍を溶接フランジの幅方向に
亘って歯車状のローラで加圧して継ぎ手隙間を矯正する
こととしたため、必要フランジ幅を低減し、被溶接材の
造形自由度及び設計自由度を向上したレーザ溶接用加工
ヘッドを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明のレーザ溶接用加工ヘッドの一実施形態
を示す側面図である。

【図２】図１に示した加工ヘッドを用いた溶接を示す斜
視図である。

【図３】本発明のレーザ溶接用加工ヘッドの他の実施形
態を示す側面図である。

【図４】図３に示した加工ヘッドの加圧ローラを示す拡
大斜視図である。

【図５】加圧ローラの回動に伴う加工ヘッドの各部と加
工点との相対位置関係を示す線図である。

【図６】従来のレーザ溶接用加工ヘッドの一例を示す側
面図である。

【符号の説明】

１ 集光光学系 ２ ホルダ ３ レーザ光 ４ 被溶接材 ４’ 被溶接材 ５ 加工点 ６ 溶接部 ７ 加圧ローラ ８ 回転軸 ９ カム １０ 回転軸 １１ スプリング １２ ステー １３ ダンパ １４ 加工機先端 １５ 光ファイバ ７０ 加圧ローラ ７２ セクタ歯 ７３ 溝

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被溶接材を重ね合わせた重ね継ぎ手部分
   にレーザ光を照射する集光光学系と、この集光光学系の
   レーザ光照射方向に対して斜行して配置され、上記重ね
   継ぎ手部分における被溶接材間の隙間をその周縁部で加
   圧・矯正する加圧ローラとを備え、上記集光光学系が溶
   接方向に変位しながら溶接するのに応じて上記加圧ロー
   ラが回動変位しながら上記加圧・矯正を行うレーザ溶接
   用加工ヘッドにおいて、 上記加圧ローラは、ステーを介し上記集光光学系に対し
   て定位置に固定され、且つこの位置関係を保持しつつこ
   の集光光学系とともに変位し、 上記加圧ローラは、歯車状をなし、その歯先面が上記被
   溶接材に接する状態では、両者の接点がレーザ加工点と
   一致し、歯の角部が上記被溶接材に接する状態では、上
   記レーザ光が上記歯の間の溝を通過して上記レーザ加工
   点に照射され、且つ上記角部が上記レーザ加工点近傍を
   上記重ね継ぎ手部分の幅方向に亘って加圧することを特
   徴とするレーザ溶接用加工ヘッド。
2. 【請求項２】 上記ステーの端部と上記加圧ローラの回
   転軸との間にカムが配設され、このカムと上記回転軸と
   が付勢部材により連結されていることを特徴とする請求
   項１記載のレーザ溶接用加工ヘッド。
3. 【請求項３】 上記加圧ローラの歯先の長さと溝の長さ
   との比が、１：１以上であることを特徴とする請求項１
   又は２記載のレーザ溶接用加工ヘッド。