JP2000326080A

JP2000326080A - レーザ溶接方法

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Publication number: JP2000326080A
Application number: JP11138094A
Authority: JP
Inventors: Hideyo Takeuchi; 竹内英世; Kazuhiko Kuroshima; 黒島和彦; Akira Mizukoshi; 明水越
Original assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Current assignee: Daihatsu Motor Co Ltd
Priority date: 1999-05-19
Filing date: 1999-05-19
Publication date: 2000-11-28

Abstract

(57)【要約】【課題】表面処理が施された板材をレーザ溶接をすると
きには、表面処理材が蒸発ガスになって排出されるよう
にするために、両板材の間に隙間が設置してある。この
隙間は、エンボスの形で設置することが一般的である
が、エンボスの高さを常に一定に求めることは、非常に
困難である。【解決手段】上述の課題を解決するために、一方の板材
１２を他方の板材１３に対して接触させ、この接触箇所
１６から隙間１７が次第に大きくなるように構成し、溶
接隙間１７の下限値に相当する箇所と上限値に相当する
箇所の範囲Ｌを溶接適正範囲とし、この範囲Ｌにレーザ
ビーム１９を照射する方法である。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】亜鉛メッキ、合成樹脂材料の
塗装等の表面処理が施された金属製板材をレーザ溶接で
接合することが行われている。この場合、表面処理材の
蒸発ガスを排出するために両板材の間に隙間が設定され
ている。この発明は、このような隙間を設定する分野に
属している。

【０００２】

【従来の技術】図１１と図１０にしたがって従来技術を
説明する。図１１は、鋼板製の自動車車体の一部を示す
横断平面図であり、ドア１がはまり込むドアフレーム２
の部分を示している。ドアフレーム２は同図の箇所で
は、ピラー部に相当しており、外板３と内板４とがその
各々のフランジ５、６においてレーザ溶接で結合されて
いる。内外板３、４に使用している鋼板には、図示して
いないが亜鉛・ニッケル合金のメッキがなされている。

【０００３】フランジ５、６の部分を拡大したのが図１
０であり、理解しやすくするために両フランジ５、６の
間の隙間７は誇張して図示してある。ここでの板材は上
述のようなメッキ鋼板であり、一般的には、板厚は０．
８mm〜１．０mm、隙間７は０．１０mm〜０．４０mmであ
り、このような隙間を確保するために、フランジ６に下
側に膨らむエンボス（隆起部）８が設けてある。レーザ
ビーム９が隙間の設置された箇所に照射されると、両フ
ランジ５、６が溶融して溶接がなされる。鋼板が溶融す
るときには、メッキ材が蒸発ガスになるが、これは隙間
７から外部に排出される。こうすることによって、溶融
金属がガス圧で飛散させられることが防止されて、溶接
部にブローホールが発生したりしないのである。このレ
ーザビーム９は図１０の紙面に対して垂直方向に移動さ
せられるので、溶接はフランジの長手方向にそってライ
ン状になされる。上述のような形式の隙間設置は、特開
平１０−１９３１４９号公報に開示されている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】図１０のような方式で
あると、エンボス８の高さを常に一定に維持して、上記
の隙間範囲を確保することが困難である。これは、エン
ボス８の高さが板厚に対して微小なものであるために、
均一な値が求めにくくなったり、フランジが長手方向に
湾曲しているようなときには、一層、求めにくくなる。
さらに、フランジとレーザビームとの相対位置の狂い量
を見込んで、それを吸収できるだけのフランジ幅を確保
する必要があり、したがって、フランジ幅が大きくなっ
てしまう。そうなると図１１のようなドアフレームの場
合には、開口部の寸法を拡大しにくくなるという問題が
ある。

【０００５】

【課題を解決するための手段とその作用】本発明は、以
上に述べた問題点を解決するために発案されたもので、
両鋼板を意図的に接触させ、その接触箇所から両板材の
隙間を次第に大きくし、この隙間が徐々に変化している
範囲において、適正な隙間の領域を設定し、その範囲に
レーザビームを照射することが、基本的な考え方になっ
ている。

【０００６】請求項１の発明は、表面処理が施された板
材にレーザビームを照射して溶接を行う形式のものにお
いて、一方の板材を他方の板材に対して接触させ、この
接触箇所から両板材間の隙間が次第に大きくなるように
少なくとも一方の板材を変形させ、溶接時のガス排出に
要求される隙間の下限値と上限値を上記の次第に大きく
なっている隙間の範囲内で選定し、この選定された範囲
の箇所にレーザビームを照射することを特徴とするレー
ザ溶接方法である。したがって、ガス排出用隙間の上限
値と下限値とは、次第に大きくなっている隙間の範囲か
ら選定できるので、常に均一な隙間を確保しようとする
従来の考え方とは異なり、許容隙間を範囲の形で求める
ことが可能になる。すなわち、上限値に相当する板材の
箇所と下限値に相当する板材の箇所との間という「範
囲」の概念で溶接箇所を設定し、そこにレーザビームを
照射するのである。両板材間の隙間の大小は、鋼板の厚
さ、メッキ材料の種類、メッキの厚さ等の因子で決まる
のであるが、隙間を大きく設定する必要があるときに
は、上限値側に相当する箇所にレーザビームを照射する
ものであり、こうすることによって、最適隙間の箇所を
溶着させることが簡単に求められる。また、隙間は一方
向に向かって次第に大きくなっているので、膨張しなが
ら排出されてゆく蒸発ガスの処理として、好適である。
上述のような「範囲」の下で溶接位置が特定されるの
で、従来技術のようにフランジ幅を大きく確保するよう
な必要がなくなる。同時に、レーザビームの照射位置が
ある幅をもって設定できるので、照射位置合わせが短時
間で可能となり、設備精度も大きく設定できてコストダ
ウンに有効である。

【０００７】請求項２の発明は、請求項１において、板
材の変形は少なくとも一方の板材に形成した溝であり、
この溝形成による板材の凸面側に緩やかに変化する曲面
または傾斜面が設置されていることを特徴としている。
したがって、徐々に大きくなる隙間が簡単に確保でき
る。同時に下限値に相当する板材の箇所と上限値に相当
する板材の箇所の間隔を、曲面の形状や傾斜角度に応じ
て自由に選定することができ、上述のような作用効果が
得られる。

【０００８】請求項３の発明は、請求項１において、隙
間の下限値に相当する板材の箇所と上限値に相当する板
材の箇所は、検知された板材の基準位置から算出される
ことを特徴としている。したがって、隙間の拡大変化の
度合いと、基準位置からの距離との相関によって、隙間
の上限値と下限値が設定され、そしてそれらに対応させ
て簡単にレーザビームの照射箇所を設定することができ
る。このような相関で溶接箇所が確定するので、必要最
小限の溶接範囲を板材に付与するだけでよいから、フラ
ンジの場合であれば、フランジ幅を最小化することが可
能になる。さらに、基準位置からの算出は、たとえば、
溝の最も深い箇所を三次元センサーで特定して、そこを
算出起点にしたり、あるいはフランジの端縁を三次元セ
ンサーで特定して、同様に算出起点にすることができ、
一般的に採用されている手法で簡単に溶接位置の設定が
できる。

【０００９】

【発明の実施の形態】以下、図示の実施形態にしたがっ
て、本願発明をくわしく説明する。ここで用いられてい
る鋼板の厚さや表面処理は、前述のものと同じである。
まず、図１を中心にして説明すると、一方の板材１０と
他方の板材１１とを双方のフランジ１２、１３において
レーザ溶接をするもので、少なくとも一方のフランジが
変形させられている。ここでは、フランジ１２のほぼ全
幅にわたって溝１４が形成されている。この溝１４は断
面が円弧状で深さが浅いものとされ、この溝形成による
凸面側に緩やかに変化する曲面１５が形成されている。
他方のフランジ１３は平板であり、両フランジは符号１
６の箇所で接触している。この接触箇所１６は、溝１４
の最も深い箇所であり、ここでは線接触になっている。

【００１０】緩やかな曲面１５が平たいフランジ１３に
接触しているので、接触箇所１６から両側に向かって隙
間１７が形成されている。この隙間は１７、１７は、左
右に向かって次第に大きくなっており、適正隙間の下限
値に相当する板材の箇所と上限値に相当する板材の箇所
の範囲は、符号Ｌで示してある。このＬの範囲が、この
場合において適正とされる隙間０．１０mm〜０．４０mm
の範囲になっている。レーザ集光部１８からのレーザビ
ーム１９が、範囲Ｌに照射されるもので、レーザの種類
は、炭酸ガスレーザあるいはＹＡＧレーザのいずれであ
ってもよい。

【００１１】接触箇所１６において適正な接触を得るこ
とが、範囲Ｌにおける隙間の下限値と上限値の設定に重
要な影響を有している。これは、たとえば板材１０、１
１のスプリングバック現象があったりすると、接触箇所
１６に隙間ができたりして、正確な隙間管理が成り立た
ないことになる。そこで、図２のように板材１０、１１
を静止部材２０に取り付けたチャック２１、２２で保持
し、さらに、加圧ローラ２３、２４で挟み付けながら、
レーザビーム１９を照射している。あるいは、図３のよ
うに下側の板材１１を静止した支持治具２５の上に載せ
て、上からだけのローラ２３で押さえる方法もある。

【００１２】図１のような方式の溶接を実現する方策と
しては、レーザビームを照射させながら溶接移動をさせ
る前に予備移動をさせて、フランジ上のレーザビーム照
射を受けるべき箇所と実際に照射される箇所との「ず
れ」を事前に検知し、溶接移動の際にはこの「ずれ」を
補正しながらレーザビームを照射することが考えられ
る。あるいは、パイロット・センサーでレーザビーム照
射を受けるべき箇所を時々刻々と検知し、上記の「ず
れ」をフィードバック制御で補正しながら、正しい箇所
にレーザビームを照射する方法等が、一般的なものとし
て考えられる。このようにいくつかの方策が採用できる
が、ここでは前者の方式を図４、図５に示してある。

【００１３】すなわち、これは、ドアフレーム２のフラ
ンジ１２、１３をロボット装置で溶接する場合であり、
通常の６軸ロボットが採用され、その先端部の支持アー
ムが符号２６で示されている。一方、基板２７にブラケ
ット２８を介してレーザ集光部１８が取り付けられ、さ
らに、三次元センサー２９がブラケット３０を介して基
板２７に取り付けられている。基板２７と支持アーム２
６との間には、補正ユニット３１が設置され、ここでは
簡略的に図示してある。これは、Ｘ軸とそれに直行する
Ｙ軸を中心にして基板２７の角度を変える機能を有する
ユニットであり、「ＸＹテーブル」と称される市販のも
のである。符号３２は、Ｘ軸回りに回動調整をするため
の制御モータであり、同様に符号３３は、Ｙ軸回りに回
動調整をするための制御モータである。

【００１４】レーザ集光部１８と三次元センサー２９と
の相対位置は不変なものとされている。ロボットの作動
で支持アーム２６がフランジ１２に沿ってドアフレーム
２を一周するときに、レーザビーム照射を受けるべき箇
所と実際に照射される箇所との「ずれ」を記憶装置に記
録する。図５の状態は「ずれ」が発生している場合であ
り、このままレーザビームが照射されると、溝１４以外
の箇所が溶接されることになって、適切ではない。同図
の場合は、三次元センサー２９で溝１４の最も深い箇
所、すなわち接触箇所１６を検知しているので、この箇
所を基準位置にしてレーザビーム軸線の正しい箇所が演
算される。このようにして記憶された補正値は補正ユニ
ット３１にフィードバックされて、実際の溶接移動のと
きには、前述の範囲Ｌの箇所にレーザビーム照射がなさ
れる。換言すると、接触箇所１６から所定距離だけ離れ
たところに正しい溶接範囲Ｌが存在しているのである
が、同図では接触箇所１６から異常に遠い箇所にレーザ
軸線が存在しているのであり、この差が補正を必要とす
る値である。なお、図４の符号３４は正しい溶接ライン
を示している。

【００１５】上述のような「ずれ」」を検出する機器
や、「ずれ」量に応じた補正値を補正ユニット３１にフ
ィードバックするような制御回路は、一般的に採用され
ている機器や制御回路の組み合わせによって、容易に実
施することができる。

【００１６】図５では、接触箇所１６を基準位置にして
正しい範囲Ｌを設定しているが、他の例としては、図１
のフランジ１２の左端を基準位置とすることができ、こ
れについては板材の形状によっていろいろと基準位置を
変えることができる。また、図１では、レーザビーム１
９を溝１４の側から照射しているが、これを逆にしてフ
ランジ１３の側から照射することも可能である。

【００１７】図６から図９に板材の形状の変形例を示し
た。図６のものは、溝１４が図１のように円弧状ではな
く浅い深さのＶ字型になったもので、凸面側は緩やかに
変化する傾斜面１５になっている。図７のものは、両方
の板材が円弧状になっている場合である。図８のもの
は、フランジの先端部に接触箇所１６があり、この接触
箇所から溶接範囲Ｌが求められている。図９のものは、
接触箇所１６がフランジ１２、１３の付け根のところに
設置されている場合である。以上、いずれの場合であっ
ても、原理的には図１の場合と同じであり、基準位置は
接触箇所１６やフランジの端部とするのが好ましい。

【００１８】以上に述べた実施形態の作動を説明する。
ロボットの支持アーム２６を作動させて、ドアフレーム
２のフランジに沿って前述の「ずれ」を検出し、つぎに
この「ずれ」を補正した上でレーザビーム１９を正しい
溶接範囲Ｌに照射して溶接を完了する。このときにメッ
キ層が蒸発ガスになって発散するが、所定の隙間１７が
確保されているので、隙間の広い方に向かって膨張しな
がら排出されてゆく。

【００１９】以上の説明では、亜鉛・ニッケル合金のメ
ッキを施した鋼板を例示しているが、他の表面処理鋼板
としては、メラミン樹脂やアクリル樹脂を焼き付け塗装
をしたカラード鋼板にも本発明を適用することができ
る。この場合は、塗膜がガス状になって発散するのを、
前述のようにして排出するのである。さらに、メッキさ
れた板材が、亜鉛メッキ鋼板、ターンメッキ鋼板、溶融
アルミニウムメッキクロム合金鋼板など各種鋼板であっ
ても、本発明を適用することができる。他の板材として
は、鋼板以外にアルミニウム板材に亜鉛メッキをしたも
のや、チタン板材に表面処理を施したものに対して、本
発明を適用することができる。前述の実施形態では、い
わゆる「ずれ」の検出を基本にした溶接移動を開示して
いるが、本発明は、製品の形状に適合した移動軌跡をテ
ィーチイングだけで稼働させることができる。

【００２０】

【発明の効果】本願発明の効果を列記すると、次のとお
りである。表面処理が施された板材にレーザビームを照
射して溶接を行う形式のものにおいて、一方の板材を他
方の板材に対して接触させ、この接触箇所から両板材間
の隙間が次第に大きくなるように少なくとも一方の板材
を変形させ、溶接時のガス排出に要求される隙間の下限
値と上限値を上記の次第に大きくなっている隙間の範囲
内で選定し、この選定された範囲の箇所にレーザビーム
を照射するものである。

【００２１】したがって、ガス排出用隙間の上限値と下
限値とは、次第に大きくなっている隙間の範囲から選定
できるので、常に均一な隙間を確保しようとする従来の
考え方とは異なり、許容隙間を範囲の形で求めることが
可能になる。すなわち、上限値に相当する板材の箇所と
下限値に相当する板材の箇所との間という「範囲」の概
念で溶接箇所を設定し、そこにレーザビームを照射する
のである。両板材間の隙間の大小は、鋼板の厚さ、メッ
キ材料の種類、メッキの厚さ等の因子で決まるのである
が、隙間を大きく設定する必要があるときには、上限値
側に相当する箇所にレーザビームを照射するものであ
り、こうすることによって、最適隙間の箇所を溶着させ
ることが簡単に求められる。また、隙間は一方向に向か
って次第に大きくなっているので、膨張しながら排出さ
れてゆく蒸発ガスの処理として、好適である。上述のよ
うな「範囲」の下で溶接位置が特定されるので、従来技
術のようにフランジ幅を大きく確保するような必要がな
くなる。同時に、レーザビームの照射位置がある幅をも
って設定できるので、照射位置合わせが短時間で可能と
なり、設備精度も大きく設定できてコストダウンに有効
である。

【００２２】板材の変形は少なくとも一方の板材に形成
した溝であり、この溝形成による板材の凸面側に緩やか
に変化する曲面または傾斜面が設置されているものであ
るから、徐々に大きくなる隙間が簡単に確保できる。同
時に下限値に相当する板材の箇所と上限値に相当する板
材の箇所の間隔を、曲面の形状や傾斜角度に応じて自由
に選定することができ、上述のような作用効果が得られ
る。

【００２３】隙間の下限値に相当する板材の箇所と上限
値に相当する板材の箇所は、検知された板材の基準位置
から算出されるものである。したがって、隙間の拡大変
化の度合いと、基準位置からの距離との相関によって、
隙間の上限値と下限値が設定され、そしてそれらに対応
させて簡単にレーザビームの照射箇所を設定することが
できる。このような相関で溶接箇所が確定するので、必
要最小限の溶接範囲を板材に付与するだけでよいから、
フランジの場合であれば、フランジ幅を最小化すること
が可能になる。さらに、基準位置からの算出は、たとえ
ば、溝の最も深い箇所を三次元センサーで特定して、そ
こを算出起点にしたり、あるいはフランジの端縁を三次
元センサーで特定して、同様に算出起点にすることがで
き、一般的に採用されている手法で簡単に溶接位置の設
定ができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本願発明の要点を示す縦断側面図である。

【図２】板材の接触を維持する方法を示した縦断側面図
である。

【図３】板材の接触を維持する他の方法を示した縦断側
面図である。

【図４】ドアフレームの簡略的な側面図と断面図であ
る。

【図５】溶接装置を簡略的に示す側面図である。

【図６】フランジ形状の変形例を示す縦断側面図であ
る。

【図７】フランジ形状の他の変形例を示す縦断側面図で
ある。

【図８】フランジ形状の他の変形例を示す縦断側面図で
ある。

【図９】フランジ形状の他の変形例を示す縦断側面図で
ある。

【図１０】従来例の縦断側面図である。

【図１１】ドアフレームの部分の横断平面図である。

【符号の説明】

１０、１１板材１９レーザビーム１６接触箇所（基準位置）１７隙間Ｌ範囲１４溝１５曲面、傾斜面

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】表面処理が施された板材にレーザビーム
を照射して溶接を行う形式のものにおいて、一方の板材
を他方の板材に対して接触させ、この接触箇所から両板
材間の隙間が次第に大きくなるように少なくとも一方の
板材を変形させ、溶接時のガス排出に要求される隙間の
下限値と上限値を上記の次第に大きくなっている隙間の
範囲内で選定し、この選定された範囲の箇所にレーザビ
ームを照射することを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項２】請求項１において、板材の変形は少なく
とも一方の板材に形成した溝であり、この溝形成による
板材の凸面側に緩やかに変化する曲面または傾斜面が設
置されていることを特徴とするレーザ溶接方法。
【請求項３】請求項１において、隙間の下限値に相当
する板材の箇所と上限値に相当する板材の箇所は、検知
された板材の基準位置から算出されることを特徴とする
レーザ溶接方法。