JPH0699298A - レーザー溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 レーザー溶接により接合ようとする両部材の
押圧力、或いは両部材間に設ける隙間を、部材の大きさ
や材質に応じた値に設定する。 【構成】 テーブル２３をモータ２７により矢印Ａ方向
に移動させる。移動側把持機構２９に把持された部材が
固定側把持機構３０に把持された部材に当接すると、モ
ータ２７の負荷電流が大きくなるため、この時点を両部
材の当接時点とする。この後、モータ２７を、エンコー
ダ６７により検出される回転数が設定値になるまで正方
向、或いは逆方向に回転させると、テーブル２３が更に
矢印Ａ方向、或いは矢印Ｂ方向に移動し、両部材が設定
された押圧力で押し付けられ、或いは両部材間に設定さ
れた寸法の隙間が生ずる。この状態で、主軸駆動モータ
４８により両部材を回転させながら、両部材の端部にレ
ーザー光を照射して溶接する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、接合する２個の部材の
端部にレーザー光を照射して溶接するレーザー溶接装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】部材を接合する方法として、圧接或いは
ガス溶接などがある。しかしながら、このような方法で
は圧力や熱の影響を受けて溶接部分が変形し、二次加工
（仕上加工）が必要となる。

【０００３】このような二次加工を不要ならしめる接合
方法として、接合部以外への熱的影響が少なく、接合部
の変形を最小限に抑えることができるレーザー溶接が近
年多方面で採用されている。

【０００４】例えば丸棒状、パイプ状などの円形状をな
す部材をレーザー溶接する装置では、部材を回転させな
がらその突き合わせ部分にレーザー光を照射して溶接す
るようにしている。図９はこのようなレーザー溶接装置
の従来構成を示している。なお、この図９の装置は、例
えば図８に示す円筒部材１と鍔付円筒部材２とを接合す
るもので、次のような構成となっている。

【０００５】機枠３には中空の主軸４が回転可能に支持
されており、この主軸４はモータ５により歯車列６を介
して回転駆動されるようになっている。主軸４内にはロ
ッド７が軸方向に移動可能に支持され、このロッド７は
エアシリンダ８により往復移動される。一方、主軸４と
対向する位置には別のエアシリンダ９が設けられてお
り、このエアシリンダ９には押圧板１０が回転可能に設
けられている。

【０００６】上述の部材１および２はエアシリンダ８の
進出動作により主軸４から突出されたロッド７に嵌合保
持され、進出動作したエアシリンダ９により押圧板１０
を介して押圧されて主軸４に取付けられた面板１１に押
圧されている。

【０００７】この状態でモータ５が起動して主軸４を回
転駆動することにより、両部材１および２が回転する。
そして、レーザー発振器１２から出力されたレーザー光
が加工ヘッド１３から両部材１および２の突き合わせ部
に照射され、両部材１および２が溶接される。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところで、２個の部材
を回転させながら、その突き合わせ端部をレーザー溶接
により接合する場合、レーザー光を受けて溶融した部分
は他の部分に熱を奪われて冷却され、固化する。この溶
融部分の冷却は、エアシリンダ９から押圧力を受けた状
態で行われるため、僅少量ではあるが、接合部で「く」
の字状に屈曲することは避けられない。

【０００９】この場合、接合する部材の大きさや材質、
レーザー光の強さなどの溶接条件等によって両部材の押
圧力を変えたり、両部材の端部に適切な隙間を設けたり
することが好ましく、このようにすることによって、接
合部で「く」の字状に屈曲する程度も少なくすることが
できる。

【００１０】しかしながら、上記構成のレーザー溶接装
置では、エアシリンダ９の押圧力は、そのピストンの大
きさと供給される圧縮空気の圧力とによって一定に定ま
ってしまう。従って、接合する部材の大きさや材質、溶
接条件などとは関係なく、接合すべき両部材はエアシリ
ンダ９によって常に一定の押圧力で突き合わされた状態
でレーザー溶接が行われることとなる。

【００１１】このような問題を解消するために、エアシ
リンダ９をブレーキ付きのエアシリンダに変えることが
考えられる。ブレーキ付きのエアシリンダは、ブレーキ
を作動させることにより、そのロッドを所望の位置に停
止させることができるため、接合する両部材の押圧力を
変えたり、両部材間に隙間を設けたりすることができ
る。ところが、ブレーキ付きのエアシリンダでは、その
構造にもよるが、ブレーキを作動させると、ロッドが僅
少量進出動作したり、後退動作したりするため、接合す
る両部材の押圧力、両部材間の隙間寸法が所望した値か
らずれるという問題を生ずる。

【００１２】本発明は上記の事情に鑑みてなされたもの
で、その目的は、接合する両部材の押圧力、或いは両部
材間に設ける隙間を所望の値に設定することができ、両
部材が「く」の字状に屈曲する程度を一層少なくするこ
とができるレーザー溶接装置を提供するにある。

【００１３】

【課題を解決するための手段】本発明のレーザー溶接装
置は、接合する２個の部材の端部にレーザービームを照
射して溶接するものにおいて、基体に移動可能に設けら
れモータにより駆動される移動テーブルと、この移動テ
ーブルに設けられ接合する一方の部材を把持する移動側
把持装置と、前記基体に取り付けられ接合する他方の部
材を把持する固定側把持装置と、前記移動テーブルの移
動量を検出する移動量検出手段と、前記移動テーブルの
移動により前記一方の部材が他方の部材に当接した時点
を検出する当接検出手段と、この当接検出手段により両
部材の当接が検出された時点から前記移動量検出手段の
検出移動量が設定量に達するまで前記モータを正方向或
いは逆方向に回転させる制御手段とを具備したことを特
徴とするものである。

【００１４】

【作用】当接検出手段により両部材の当接位置が検出さ
れると、同位置から移動テーブルが一方向或いは他方向
に移動される。このときの移動テーブルの移動量は、両
部材の当接位置から移動量検出手段により設定量だけ移
動したことが検出されるまでの量であるから、両部材の
押圧力、或いは両部材間の隙間は、予め設定した量に精
度良く定まる。

【００１５】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図１ないし図７に
基づいて説明する。

【００１６】図１および図２において、レーザー溶接装
置の基体２１の両側には図３にも示すようにスライドガ
イド２２，２２が設けられ、このスライドガイド２２，
２２に移動テーブルとしてのスライドテーブル２３が左
右方向にスライド移動可能に設けられている。このスラ
イドテーブル２３には、ボールねじ機構２４のナット２
５が固定されており、このナット２５に螺合するねじ棒
２６の両端部は基体２１に回転自在に支持されている。
そして、ねじ棒２６の一端部は、基体２１に取り付けら
れたテーブル駆動モータ２７に連結されており、従って
モータ２７によりねじ棒２６が正方向或いは逆方向に回
転されると、これに伴いスライドテーブル２３が矢印Ａ
方向或いはこれとは逆の矢印Ｂ方向にスライド移動する
ようになっている。また、基体２１の右端側には固定テ
ーブル２８が配設されている。そして、これらスライド
テーブル２３および固定テーブル２８にはそれぞれ移動
側把持機構２９および固定側把持機構３０が設けられて
いる。

【００１７】まず移動側把持機構２９の具体的構成を図
４により詳述するに、スライドテーブル２３の上部に取
り付けられたハウジング３１には、主軸３２が軸受３３
を介して回転自在に支持されている。この主軸３２は中
空状をなし、その先端部内側には把持体として図５に示
すコレットチャック３４が軸方向に移動可能に収納され
ている。このコレットチャック３４は図４に示す矢印Ｃ
で示す方向に押圧されると、主軸３２内面のテーパ部３
２ａに沿ってその径小側に移動することにより収縮し、
押圧力を解かれると、自身の弾発力によりテーパ部３２
ａに沿ってその径大側に向って移動することにより拡開
する構成となっている。

【００１８】このコレットチャック３４の押圧はエアシ
リンダ機構３５によって行われる。このエアシリンダ機
構３５はハウジング３１に取り付けられたシリンダチュ
ーブ３６と、このシリンダチューブ３６内に設けられた
ピストン３７とから構成されており、供給口３６ａから
圧縮空気がシリンダチューブ３６内に供給されると、ピ
ストン３７が矢印Ｃ方向に移動するようになっている。
一方、主軸３２の外側には、スリーブ３８が主軸３２と
一体に回転するように且つ軸方向には単独で移動できる
ように嵌合されている。そして、ピストン３７が矢印Ｃ
方向に移動すると、当該ピストン３７がスラスト軸受３
９を介してスリーブ３８を同方向に押圧移動させる。こ
のスリーブ３８の移動は、当該スリーブ３８の先端部内
側に取り付けられたナット４０、このナット４０とコレ
ットチャック３４との間に配置されたカラー４１を介し
てコレットチャック３４に伝えられる。

【００１９】以上のようにしてコレットチャック３４は
エアシリンダ機構３５により矢印Ｃ方向に押圧移動され
るものであり、供給口３６ａからシリンダチューブ３６
への圧縮空気の供給が立たれると、ピストン３７および
スリーブ３８は圧縮コイルばね４０の弾発力により矢印
Ｃとは反対方向に移動して元位置に戻るようになってお
り、これによりコレットチャック３４への押圧が解除さ
れるものである。

【００２０】次に固定側把持機構３０につき図４を参照
して述べるに、固定テーブル２８に取り付けられたハウ
ジング４３には主軸４４が軸受４５を介して回転自在に
支持されている。この主軸４４は移動側把持機構２９の
主軸３２と同心に設けられており、当該主軸４４の一端
部には内周面にテーパ部４６ａを有したガイド部材４６
が取り付けられている。このガイド部材４６の内側には
固定側把持機構３０の把持体としてのブレード４７が設
けられており、図示しないレバーを操作してブレード４
７をテーパ部４６ａに沿って矢印Ｄで示す径小側に移動
させると、ブレード４７は収縮する。逆に、図示しない
レバーを操作してブレード４７をテーパ部４６ａに沿っ
てその径大側に移動させると、ブレード４７は自身の弾
性復元力により拡開するようになっている。

【００２１】さて、第１および第２の把持機構２６およ
び２７の主軸３２および４１は基体２１に配設された図
１に示す１台の主軸駆動モータ４８により駆動されるよ
うになっている。すなわち、基体２１には駆動機構を構
成するボールスプラインシャフト４９が軸受５０を介し
て回転可能に支持されており、このボールスプラインシ
ャフト４９は減速機５１を介して主軸駆動モータ４８に
連結されている。

【００２２】このボールスプラインシャフト４９に係合
するボールスプラインベアリング５２はスライドテーブ
ル２３の下部に設けられたハウジング５３に取り付けら
れている。このボールスプラインベアリング５２は２個
設けられており、その間に第１の駆動歯車５４が取り付
けられている。そして、この第１の駆動歯車５４は図４
に示すようにスライドテーブル２３上部のハウジング３
１に設けられた第１の駆動歯車５５と噛合し、この第１
の駆動歯車５５は主軸３２に設けられた第１の従動歯車
５６と噛合している。これら第１の駆動歯車５４、第１
の駆動歯車５５および第１の従動歯車５６は第１の伝動
機構としての第１の歯車伝動機構５７を構成している。

【００２３】また、ボールスプラインシャフト４９の右
端部には第２の駆動歯車５８が取り付けられており、こ
の第２の駆動歯車５４は図４に示す固定テーブル２８の
下部に設けられた第２の駆動歯車５９と噛合し、この第
２の駆動歯車５９は主軸４４に設けられた第２の従動歯
車６０と噛合している。これら第２の駆動歯車５８、第
２の駆動歯車５９および第２の従動歯車６０は第２の伝
動機構としての第２の歯車伝動機構６１を構成してい
る。

【００２４】なお、この実施例では第１および第２の中
間歯車５２および５６はそれぞれ２枚ずつ設けられてい
る。この各２枚の中間歯車５２，５６は回転方向に僅か
にずれており、このずれにより駆動歯車５１，５５およ
び従動歯車５３，５７とバックラッシュが実質的に生じ
ないように構成されている。これにより、駆動歯車５
１，５５が正逆いずれの方向に回転しても、その回転に
対して従動歯車５３，５７が時間的に遅れを生ずること
なく回転し始めるようになっている。

【００２５】一方、図６は電気的構成を示すブロック図
であり、同図において、制御手段としての制御装置６２
はマイクロコンピュータを含んで構成されている。この
制御装置６２は、モータ駆動回路６３，６４を介してテ
ーブル駆動モータ２７および主軸駆動モータ４８を制御
すると共に、レーザー発振器６５を制御するようになっ
ている。この制御装置６２には、テーブル駆動モータ２
７の負荷電流を検出する負荷電流検出回路６６からの検
出信号およびスライドテーブル２３を移動させるボール
ねじ機構２４のねじ棒２６の回転数を検出するエンコー
ダ６７からの検出パルス信号が入力されるようになって
いる。また、制御装置６２には、接合する両部材１およ
び２を押圧状態で溶接するか、隙間を設けた状態で溶接
するかを設定すると共に、前者の場合には押圧力、後者
の場合には隙間寸法を設定するための設定器６８からの
設定信号が入力される。

【００２６】ここで、スライドテーブル２３が矢印Ａ方
向に移動する場合、移動側把持機構２９に把持された円
筒部材１が固定側把持機構３０に把持された鍔付円筒部
材２に当接すると、テーブル駆動モータ２７の負荷電流
が増大する。このため、制御装置６２は、負荷電流検出
回路６６の検出電流を基準値と比較し、該検出電流が基
準値を越えた時を、両部材１および２が当接した時点と
判断するように構成されている。従って、制御装置６２
と負荷電流検出回路６６とは、両部材１および２が当接
した時点を検出する当接検出手段として作用する。ま
た、制御装置６２は、エンコーダ６７の出力パルスをカ
ウントすることにより、スライドテーブル２３の移動量
を検出するように構成されており、従って制御装置６２
とエンコーダ６７とは、スライドテーブル２３の移動量
を検出する移動量検出手段として作用する。

【００２７】この場合、両部材１および２の当接時点か
ら、スライドテーブル２３が更に矢印Ａ方向に移動する
と、両部材１および２間には、応力と歪みの関係でスラ
イドテーブル２３の移動量に応じた押圧力が作用するこ
ととなる。また、逆にスライドテーブル２３が矢印Ａと
は反対の矢印Ｂ方向に移動すると、両部材１および２間
には、その移動量と同寸法の隙間が生ずることとなる。

【００２８】次に、上記構成において、制御装置６２の
制御内容を、図７に示すフローチャートを参照しながら
説明する。なお、同図には、主としてスライドテーブル
２３の移動に関する制御内容を示した。

【００２９】円筒部材１と鍔付円筒部材２とを接合する
に際して、まず設定器６９により、両部材１および２を
押圧状態で溶接するか、隙間を設けた状態で溶接するか
を設定すると共に、前者の場合には押圧力、後者の場合
には隙間寸法を設定する。そして、両部材１および２を
それぞれコレットチャック３４およびブレード４７内に
挿入し、その後、供給口３６ａから圧縮空気を供給して
エアシリンダ機構３５によりコレットチャック３４を矢
印Ｃ方向に移動させて円筒部材１を把持させると共に、
図示しないレバーを操作してブレード４７を矢印Ｄ方向
に移動させて鍔付円筒部材２を把持させる。

【００３０】しかして、溶接動作をスタートさせると、
テーブル駆動モータ２７が正転起動し（ステップＳ
１）、このテーブル駆動モータ２７の正方向回転によ
り、スライドテーブル２３が矢印Ａ方向に移動する。こ
のスライドテーブル２３の矢印Ａ方向への移動中、制御
装置６２は、負荷電流検出回路６６の検出電流が基準値
を越えるか否かを監視する状態となる（ステップＳ
２）。そして、円筒部材１が鍔付円筒部材２に当接する
と、テーブル駆動モータ２７の負荷電流が増加し、基準
値を越えるようになるため、この時点で制御装置６２
は、両部材１および２が当接したと判断し（ステップＳ
２で「ＹＥＳ」）、次に設定器６８の設定内容が「部材
を押圧して溶接する」であったか否かを判断する（ステ
ップＳ３）。

【００３１】設定器６８の設定内容が「部材を押圧して
溶接する」であった場合には、ステップＳ３で「ＹＥ
Ｓ」となり、テーブル駆動モータ２７の正方向回転させ
たままの状態で、エンコーダ６７の出力パルスをカウン
トし始める（ステップＳ４、ステップＳ５で「ＮＯ」の
繰り返し）。そして、エンコーダ６７の出力パルスのカ
ウント数が設定器６８により設定された押圧力に対応し
た設定数に達すると、換言すれば両部材１および２が当
接した時点からスライドテーブル２３が或る量だけ移動
すると（ステップＳ５で「ＹＥＳ」）、テーブル駆動モ
ータ２７が停止する。以上により、両部材１および２が
設定された押圧力で突き合わされた状態になる。

【００３２】一方、設定器６８の設定内容が「部材間に
隙間を設けて溶接する」であった場合には、ステップＳ
３で「ＮＯ」となり、次のステップＳ８でテーブル駆動
モータ２７が停止する。次いで、テーブル駆動モータ２
７が逆転起動し（ステップＳ１０）、スライドテーブル
２３をそれまでとは逆の矢印Ｂ方向に移動させると共
に、エンコーダ６７の出力パルスをカウントし始める
（ステップＳ４、ステップＳ５で「ＮＯ」の繰り返
し）。そして、エンコーダ６７の出力パルスのカウント
数が設定器６８により設定された隙間寸法に対応した設
定数に達すると、換言すれば両部材１および２が当接し
た時点からスライドテーブル２３が或る量だけ移動する
と（ステップＳ５で「ＹＥＳ」）、テーブル駆動モータ
２７が停止する。以上により、両部材１および２間に僅
かな隙間が生じた状態になる。

【００３３】次に制御装置６２は、レーザー光による溶
接を実行する（ステップＳ７）。この溶接は、主軸駆動
モータ４８およびレーザー発振器６５を駆動させつつ行
う。主軸駆動モータ４８が駆動すると、その回転が減速
機５１により減速されてボールスプラインシャフト４９
に伝達され、当該シャフト４９が低速度で回転する。そ
して、このボールスプラインシャフト４９の回転は第１
および第２の歯車伝動機構５７および５８を介して主軸
３２および４１に伝達され、これにより円筒部材１およ
び鍔付円筒部材２が回転する。この状態でレーザー発振
器６５から出力されたレーザー光が同じく図示しない加
工ヘッドから両円筒部材１および２の両端部に照射さ
れ、両部材１および２が溶接されるものである。

【００３４】この場合、両円筒部材１および２を把持し
ている第１および第２の把持機構２６および２７の主軸
３２および４１は１本のボールスプラインシャフト４９
により第１および第２の歯車伝動機構５７および５８を
介して回転駆動されるため、両主軸３２および４１ひい
ては両円筒部材１および２は同期して回転し、回転のず
れを生ずるおそれはない。

【００３５】なお、上記実施例ではボールスプラインシ
ャフト４９とボールスプラインベアリング５２とによ
り、スライドテーブル２３の位置とは関係なく主軸駆動
モータ４８の回転を第１の駆動歯車５４に伝達できるよ
うにしたが、接合する部材が限定され、スライドテーブ
ル２３の移動範囲が小さい場合には、普通の軸に第１の
駆動歯車５４を固定し、第１の駆動歯車５４に対する中
間歯車５２のスライドにより、スライドテーブル２３の
移動を許容するようにしてもよい。

【００３６】また、上記実施例では中間歯車５２，５６
を２枚１組にして駆動歯車５１，５５および従動歯車５
３，５７に噛合させたが、求められる溶接精度によって
は中間歯車を１枚構成としてバックラッシュを許容する
ようにしてもよい。

【００３７】さらには、主軸駆動モータ４８の回転を主
軸３２，４４に伝達する伝動機構としては歯車伝動機構
に限られるものではなく、歯付プーリーと歯付ベルトか
らなるベルト伝動機構など、他に種々考えられる。

【００３８】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、接
合する両部材を突き合わせて溶接する場合の押圧力、両
部材間に隙間を設けて溶接する場合の隙間寸法を、両部
材の大きさや材質、レーザー光の強さ等の溶接条件に応
じて最適な値に設定できるので、両部材が「く」の字状
に屈曲する程度を一層少なくすることができる、という
優れた効果を奏するものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す平面図

【図２】縦断側面図

【図３】拡大縦断正面図

【図４】把持機構の拡大縦断側面図

【図５】コレットチャックの拡大斜視図

【図６】電気的構成を示すブロック図

【図７】制御内容を示すフローチャート

【図８】接合する２部材の拡大斜視図

【図９】従来構成を示す縦断側面図

【符号の説明】

２１はベース、２３はスライドテーブル（移動テーブ
ル）、２７はテーブル駆動モータ、２８は固定テーブ
ル、２９は移動側把持機構、３０は固定側把持機構、３
２は主軸、３４はコレットチャック、３５はエアシリン
ダ機構、４４は主軸、４６はガイド部材、４７はブレー
ド、４８は主軸駆動モータ、５４は第１の歯車伝動機
構、５８は第２の歯車伝動機構、６２は制御装置（当接
検出手段、移動量検出手段）、６６は負荷電流検出手段
（当接検出手段）、６７はエンコーダ（移動量検出手
段）である。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 接合する２個の部材の端部にレーザービ
   ームを照射して溶接するレーザー溶接装置において、基
   体に移動可能に設けられモータにより駆動される移動テ
   ーブルと、この移動テーブルに設けられ接合する一方の
   部材を把持する移動側把持装置と、前記基体に取り付け
   られ接合する他方の部材を把持する固定側把持装置と、
   前記移動テーブルの移動量を検出する移動量検出手段
   と、前記移動テーブルの移動により前記一方の部材が他
   方の部材に当接した時点を検出する当接検出手段と、こ
   の当接検出手段により両部材の当接が検出された時点か
   ら前記移動量検出手段の検出移動量が設定量に達するま
   で前記モータを正方向或いは逆方向に回転させる制御手
   段とを具備してなるレーザー溶接装置。