JP4107639B2 - レーザ溶接装置およびレーザ溶接方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２枚以上の重ね母材を溶接により一体固着して積層接合材とするレーザ溶接に関し、特に、これに限定する意図ではないが、３枚以上の板を積層状態に重ねて一体固着するレーザ溶接に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＹＡＧレーザ溶接は、下記のような特徴があり自動車等の自動溶接に広く使われている：
１）集束したレーザ光を得られ、低歪み、高速溶接が可能である，
２）金属材料でのレーザ光吸収率がＣＯ２レーザの数倍であるので、効率の良い溶接が可能。また波長がＣＯ２レーザの１／１０であるので、溶接時に発生するプラズマの影響を受けにくい，
３）レーザ光をフレキシブルな光ファイバで伝送できるので、ハンドリングが容易で多関節ロボットの利用も可能である。また、１００ｍ程度までの離れた場所への伝送が可能である，
４）レーザ光は時間分割（タイムシアリング），空間分割（パワーシアリング）が可能であるので、複数の加工ステーションで用いることにより、高い利用効率を得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方ＹＡＧレーザ単独での溶接は下記のような問題点があった：
（１）ＹＡＧレーザは、光ビームを集光させエネルギー密度を高め溶接を行うが、集光スポット径がφ０．３〜φ１ｍｍと微少であるため、次のような不都合がある；
・重ね溶接では、上板から下板への貫通ビードの接合界面幅が狭く、接合強度を得られない。３枚以上の重ね溶接を行う場合、加工速度を遅くし、一方向（例えば表側）から行う場合と、両側より一面づつ行う場合がある。何れの場合も加工時間を必要とし又溶接中の熱歪により最下部の板が変形し良好な溶接が得られない；
（２）ＹＡＧレーザ装置はイニシアルコストが高いので、自動車生産ラインのように複数台の設備を導入する場合には、設備費が膨大なものになる。
【０００４】
本発明は、レーザによって、変形が少なく接合強度が高い重ね溶接をすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）支持基台(2)；
該支持基台で支持された第１支持部材(4)；
平行レーザをレーザ照射ノズルの外の一点に収束する収束光学系 (9b) を内蔵し、２枚以上の重ね母材に重ね方向に指向する、第１支持部材(4)に固着された第１レーザ照射ヘッド(9)；
第１支持部材(4)で回転可能に支持され、円周面が第１レーザ照射ヘッドの母材対向端よりも母材側に突出ししかも、該突出する円周面が第１レーザ照射ヘッドのレーザ照射ノズルの近くに位置するように、回転軸が、前記指向の方向と直交する面に対して傾斜した第１倣いローラ(8)；
平行レーザをレーザ照射ノズルの外の一点に収束する収束光学系 (19b) を内蔵し、前記重ね母材に、第１レーザ照射ヘッドの反対側から重ね方向に指向する第２レーザ照射ヘッド(19)；
第２レーザ照射ヘッドが固着された第２支持部材(14)で回転可能に支持され、円周面が第２レーザ照射ヘッドの母材対向端よりも母材側に突出ししかも、該突出する円周面が第２レーザ照射ヘッドのレーザ照射ノズルの近くに位置するように、回転軸が、第２レーザ照射ヘッドの指向の方向と直交する面に対して傾斜した第２倣いローラ(18)；および、
前記支持基台(2)に対して第１支持部材(4)を、前記重ね母材に近づく方向に押す第１加圧手段(6)；を備え、
第１支持部材 (4) で、第１レーザ照射ヘッド (9) にレーザを送るケーブル (10) および該ケーブルから出るレーザを平行にする光学系 (9a) を支持し；第１支持部材 (4) を支持する支持基台 (2,22) で、第２レーザ照射ヘッド (19) にレーザを送るケーブル (20) ，該ケーブルから出るレーザを平行にする光学系 (19a) および伸縮筒 (23) の一端を支持し；該伸縮筒の他端でレーザを、ミラー (24) で９０度方向を変え更にもう１つのミラー (26) で９０度方向を変えて第２レーザ照射ヘッド (19) の収束光学系 (19b) に案内する；
レーザ溶接装置。
【０００６】
なお、理解を容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述する実施例の対応又は相当要素に付した記号を、参考までに付記した。以下も同様である。
【０００７】
これによれば、第１加圧手段(6)が、第１支持部材(14)を重ね母材の重ね方向(z)に押しこれにより第１支持部材(4)で支持された第１倣いローラ(8)が母材(21)に当たってこれを押し、母材(21)が押されて第２倣いローラ(18)に当たる。すなわち母材(21)が第１倣いローラ(8)および第２倣いローラ(18)で加圧挟持される。第１レーザ照射ヘッド(9)および第２レーザ照射ヘッド(19)がレーザを照射することにより、図４の（ａ）あるいは（ｂ）に示すように、重ね接合部を横切る溶融池(32,33)ができる。このとき母材(21)が第１倣いローラ(8)および第２倣いローラ(18)で加圧されているので重ね接合部の密着性が高く、重ね接合部の上下２材の溶融池が一体となり接合強度が高い溶接となる。重ね母材の表面側と裏面側が共にレーザ照射ノズルの近くで倣いローラで支えられているので、重ねた各板の変形が抑えられ、仕上り形状の良い積層材が得られる。
【０００８】
また、第１レーザ照射ヘッド(9)が対向する表側に第１および第２レーザ照射ヘッド(9,19)にレーザを伝送する２つのケーブル(10,20)があり、裏側へのケーブル敷設が不要である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（２）支持基台(2)；
該支持基台で支持された第１支持部材(4)；
平行レーザをレーザ照射ノズルの外の一点に収束する収束光学系 (9b) を内蔵し、２枚以上の重ね母材に重ね方向に指向する、第１支持部材(4)に固着された第１レーザ照射ヘッド(9)；
第１支持部材(4)で回転可能に支持され、円周面が第１レーザ照射ヘッドの母材対向端よりも母材側に突出ししかも、該突出する円周面が第１レーザ照射ヘッドのレーザ照射ノズルの近くに位置するように、回転軸が、前記指向の方向と直交する面に対して傾斜した第１倣いローラ(8)；
平行レーザをレーザ照射ノズルの外の一点に収束する収束光学系 (19b) を内蔵し、前記重ね母材に、第１レーザ照射ヘッドの反対側から重ね方向に指向する第２レーザ照射ヘッド(19)；
第２レーザ照射ヘッドが固着された第２支持部材(14)で回転可能に支持され、円周面が第２レーザ照射ヘッドの母材対向端よりも母材側に突出ししかも、該突出する円周面が第２レーザ照射ヘッドのレーザ照射ノズルの近くに位置するように、回転軸が、第２レーザ照射ヘッドの指向の方向と直交する面に対して傾斜した第２倣いローラ(18)；および、
前記支持基台(2)に対して第１支持部材(4)を、前記重ね母材に近づく方向に押す第１加圧手段(6)；を備え、
第１支持部材 (4) で、第１レーザ照射ヘッド (9) にレーザを送るケーブル (10) および該ケーブルから出るレーザを平行にする光学系 (9a) 、ならびに、伸縮筒 (23) の一端を支持し；前記ケーブル (10) から出るレーザを平行にする前記光学系 (9a) を透過したレーザの一部をハーフミラー (27) で９０度方向を変えて更にもう１つのミラー (29) で９０度方向を変えて第１レーザ照射ヘッド (9) の収束光学系 (9b) にレーザを案内し、前記ハーフミラー (27) を透過し前記伸縮筒を通ったレーザをミラー (24) で９０度方向を変え、更にもう１つのミラー (26) で９０度方向を変えて第２レーザ照射ヘッド (19) の収束光学系 (19b) に案内する；
レーザ溶接装置。
【００１０】
これによれば、第１加圧手段(6)が、第１支持部材(14)を重ね母材の重ね方向(z)に押しこれにより第１支持部材(4)で支持された第１倣いローラ(8)が母材(21)に当たってこれを押し、母材(21)が押されて第２倣いローラ(18)に当たる。すなわち母材(21)が第１倣いローラ(8)および第２倣いローラ(18)で加圧挟持される。第１レーザ照射ヘッド(9)および第２レーザ照射ヘッド(19)がレーザを照射することにより、図４の（ａ）あるいは（ｂ）に示すように、重ね接合部を横切る溶融池(32,33)ができる。このとき母材(21)が第１倣いローラ(8)および第２倣いローラ(18)で加圧されているので重ね接合部の密着性が高く、重ね接合部の上下２材の溶融池が一体となり接合強度が高い溶接となる。重ね母材の表面側と裏面側が共にレーザ照射ノズルの近くで倣いローラで支えられているので、重ねた各板の変形が抑えられ、仕上り形状の良い積層材が得られる。
【００１１】
また、１つのレーザ伝送ケーブル(10)で第１および第２レーザ照射ヘッド(9,19)にレーザを送給するので、ケーブルの配設が簡略になる。
【００１２】
（３）支持基台(2)；
該支持基台で支持された第１支持部材(4)；
平行レーザをレーザ照射ノズルの外の一点に収束する収束光学系 (9b) を内蔵し、２枚以上の重ね母材に重ね方向に指向する、第１支持部材(4)に固着された第１レーザ照射ヘッド(9)；
第１支持部材(4)で回転可能に支持され、円周面が第１レーザ照射ヘッドの母材対向端よりも母材側に突出ししかも、該突出する円周面が第１レーザ照射ヘッドのレーザ照射ノズルの近くに位置するように、回転軸が、前記指向の方向と直交する面に対して傾斜した第１倣いローラ(8)；
平行レーザをレーザ照射ノズルの外の一点に収束する収束光学系 (19b) を内蔵し、前記重ね母材に、第１レーザ照射ヘッドの反対側から重ね方向に指向する第２レーザ照射ヘッド(19)；
第２レーザ照射ヘッドが固着された第２支持部材(14)で回転可能に支持され、円周面が第２レーザ照射ヘッドの母材対向端よりも母材側に突出ししかも、該突出する円周面が第２レーザ照射ヘッドのレーザ照射ノズルの近くに位置するように、回転軸が、第２レーザ照射ヘッドの指向の方向と直交する面に対して傾斜した第２倣いローラ(18)；および、
前記支持基台(2)に対して第１支持部材(4)を、前記重ね母材に近づく方向に押す第１加圧手段(6)；を備え、
第１支持部材 (4) で、第１レーザ照射ヘッド (9) にレーザを送るケーブル (10) および該ケーブルから出るレーザを平行にする光学系 (9a) 、ならびに、伸縮筒 (23) の一端を支持し；前記ケーブル (10) から出るレーザを前記伸縮筒内でビームスプリッタ (30) で２分割して、一方をミラー (31) で９０度方向を変え更にもう１つのミラー (29) で９０度方向を変えて第１レーザ照射ヘッド (9) の収束光学系 (9b) に案内し、他方をミラー (24) で９０度方向を変え更にもう１つのミラー (26) で９０度方向を変えて第２レーザ照射ヘッド (19) の収束光学系 (19b) に案内する；
レーザ溶接装置
これによれば、第１加圧手段(6)が、第１支持部材(14)を重ね母材の重ね方向(z)に押しこれにより第１支持部材(4)で支持された第１倣いローラ(8)が母材(21)に当たってこれを押し、母材(21)が押されて第２倣いローラ(18)に当たる。すなわち母材(21)が第１倣いローラ(8)および第２倣いローラ(18)で加圧挟持される。第１レーザ照射ヘッド(9)および第２レーザ照射ヘッド(19)がレーザを照射することにより、図４の（ａ）あるいは（ｂ）に示すように、重ね接合部を横切る溶融池(32,33)ができる。このとき母材(21)が第１倣いローラ(8)および第２倣いローラ(18)で加圧されているので重ね接合部の密着性が高く、重ね接合部の上下２材の溶融池が一体となり接合強度が高い溶接となる。重ね母材の表面側と裏面側が共にレーザ照射ノズルの近くで倣いローラで支えられているので、重ねた各板の変形が抑えられ、仕上り形状の良い積層材が得られる。
【００１３】
また、１つのレーザ伝送ケーブル(10)で第１および第２レーザ照射ヘッド(9,19)にレーザを送給するので、ケーブルの配設が簡略になる。
【００１４】
（４）第１倣いローラ(8)を回転可能に支持する第１ローラ支持部材(34)の、第１支持部材に対する母材に近づく方向(z)の位置を調整する、第１ヘッドギャップ調整機構(7)；および、第２倣いローラ(18)を回転可能に支持する第２ローラ支持部材(35)の、第２支持部材(14)に対する母材に近づく方向(z)の位置を調整する、第２ヘッドギャップ調整機構(17)；を更に備える上記（１）乃至（３）のいずれか１つに記載のレーザ溶接装置。これによれば、第１および第２ヘッドギャップ調整機構（７，１７）によって、重ね母材（２１）に対する第１および第２レーザ照射ヘッド（９，１９）の距離（母材の厚み方向でのレーザ焦点位置）を簡易に調整できる。
【００１５】
（５）第２加圧手段(16)を更に備え；第２加圧手段(16)で第２支持部材(14)を、母材に近づく方向(z)に押す；上記（１）乃至（４）のいずれか１つに記載のレーザ溶接装置。これによれば、母材(21)の表側と裏側の両方から各照射ヘッド(9,19)が母材(21)に同時に接近できるので、両照射ヘッド(9,19)と母材(21)との重ね方向(z)の相対位置決めを簡易にできる。
【００１６】
（５ａ）レーザはＹＡＧレーザである、上記（１）乃至（５）のいずれかのレーザ溶接装置。効率の良い溶接が可能であり、また、溶接ヘッドをレーザ光源から離して例えばロボットアームで支持して、光ファイバケーブルでレーザ光源とつなぐことができ、溶接ヘッドの操作性が良い。
【００１７】
（６）前記（１）に記載のレーザ溶接装置を用いて、第１および第２倣いローラ (8,18) で２枚以上の重ね母材(21)を挟んで重ね方向に加圧し；第１レーザ照射ヘッド(9)と第２レーザ照射ヘッド(19)で、前記重ね母材(21)を、表側と裏側から重ね方向にレーザを照射して表側と裏側からそれぞれ母材同士の接合面まで以上に、かつ表側から裏側までにある全接合面が表側又は裏側からのレーザによって溶着するように、深く溶融させる；レーザ溶接方法。これによれば上記（１）に記述の作用効果が同様に得られる。
【００１８】
（７）前記（２）に記載のレーザ溶接装置を用いて、第１および第２倣いローラ (8,18) で２枚以上の重ね母材(21)を挟んで重ね方向に加圧し；第１レーザ照射ヘッド(9)と第２レーザ照射ヘッド(19)で、前記重ね母材(21)を、表側と裏側から重ね方向にレーザを照射して表側と裏側からそれぞれ母材同士の接合面まで以上に、かつ表側から裏側までにある全接合面が表側又は裏側からのレーザによって溶着するように、深く溶融させる；レーザ溶接方法。これによれば上記（２）に記述の作用効果が同様に得られる。
【００１９】
（８）前記（３）に記載のレーザ溶接装置を用いて、第１および第２倣いローラ (8,18) で２枚以上の重ね母材(21)を挟んで重ね方向に加圧し；第１レーザ照射ヘッド(9)と第２レーザ照射ヘッド(19)で、前記重ね母材(21)を、表側と裏側から重ね方向にレーザを照射して表側と裏側からそれぞれ母材同士の接合面まで以上に、かつ表側から裏側までにある全接合面が表側又は裏側からのレーザによって溶着するように、深く溶融させる；レーザ溶接方法。これによれば上記（３）に記述の作用効果が同様に得られる。
【００２０】
（９）表側と裏側からの溶融の深さが重ね方向(z)で重ならない場合（図４の（ａ），（ｃ））には、第１レーザ照射ヘッド(9)と第２レーザ照射ヘッド(19)の狙い位置を実質上同一とする、上記（６），（７）又は（８）のレーザ溶接方法（図４の（ａ），（ｃ））。
【００２１】
（１０）表側と裏側からの溶融の深さが重ね方向(z)で重なる場合には、第１レーザ照射ヘッド(9)と第２レーザ照射ヘッド(19)の狙い位置を、同一時点には表側と裏側からの溶融位置が重ならないように、重ね方向(z)と直交する方向(x)にずらす、上記（６），（７）又は（８）のレーザ溶接方法（図４の（ｂ），（ｄ））。
【００２２】
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。
【００２３】
【実施例】
−第１実施例−
図１に本発明の第１実施例を示す。基台連結枠２に第１支持部材４が昇降ガイド５で、上下方向ｚには移動可であるが、水平方向ｘおよびｙには移動不可に支持されている。基台連結枠２にはエアーシリンダ６が固定されており、そのピストンロッドが第１支持部材４に連結されている。エアーシリンダ６が該ピストンロッドを突き出すと第１支持部材４が降下し、ピストンロッドを引き込むと第１支持部材４が上昇する。
【００２４】
第１支持部材４には第１ＹＡＧレーザ照射ヘッド９が固定されている。第１支持部材４には、ギャップ調整機構７を介してローラ支持部材３４が支持されており、このローラ支持部材３４に倣いローラ８が回転自在に支持されている。レーザ照射ヘッド９のノズルボディ９ｃが円錐形であって下向きに尖って最下端がレーザ照射ノズルであるので、極力該ノズルの近くで重ね母材２１の外表面（以下では単に表面と言う）を倣いローラ８の外周面で押さえるように、倣いローラ８の回転中心軸は、水平面（ｘ）に対して傾斜している。ギャップ調整機構７の調整ねじを時計回りに廻すと倣いローラ８を支持するローラ支持部材３４が上昇し、これによりレーザ照射ヘッド９のレーザ照射ノズルと母材２１表面とのギャップが狭くなる。ギャップ調整機構７の調整ねじを反時計回りに廻すと倣いローラ８を支持するローラ支持部材３４が降下し、これによりレーザ照射ヘッド９のレーザ照射ノズルと母材２１表面とのギャップが広くなる。
【００２５】
第１ＹＡＧレーザ照射ヘッド９には、光ファイバケーブル１０によって、図示しないＹＡＧレーザ光源が出射するＹＡＧレーザが送給される。光ファイバ１０ａから出たＹＡＧレーザはある立体角で広がるが、光学系のレンズ９ａが実質上平行に絞り、そして収束光学系のレンズ９ｂがレーザ照射ヘッド９のレーザ照射ノズルの外の一点に収束するように絞り、高密度に収束したＹＡＧレーザが重ね母材２１に当たる。
【００２６】
上述の第１レーザ照射ヘッド９と同様な第２ＹＡＧレーザ照射ヘッド１９が、照射ヘッド９の上述の支持構造と同様な支持構造で、支持基台１の下端に、上向きにして支持されており、基台連結枠３に固定されたエアーシリンダ１６が該ピストンロッドを突き出すと第２支持部材１４が上昇し、ピストンロッドを引き込むと第２支持部材１４が降下する。
【００２７】
第２支持部材１４に、ギャップ調整機構１７を介してローラ支持部材３５が支持されており、このローラ支持部材３５に倣いローラ１８が回転自在に支持されている。レーザ照射ヘッド１９のノズルボディ１９ｃが円錐形であって上向きに尖って最上端がレーザ照射ノズルであるので、極力該ノズルの近くで重ね母材２１の下側外表面（以下では単に裏面と言う）を倣いローラ１８の外周面で押さえるように、倣いローラ１８の回転中心軸は、水平面（ｘ）に対して傾斜している。ギャップ調整機構１７の調整ねじを時計回りに廻すと倣いローラ１８を支持するローラ支持部材３５が降下し、これによりレーザ照射ヘッド１９のレーザ照射ノズルと母材２１表面とのギャップが広くなる。ギャップ調整機構１７の調整ねじを反時計回りに廻すと倣いローラ１８を支持するローラ支持部材３５が上昇し、これによりレーザ照射ヘッド１９のレーザ照射ノズルと母材２１表面とのギャップが狭くなる。
【００２８】
第１支持部材４を支持する支持基台２２で、第２レーザ照射ヘッド１９にレーザを送るケーブル２０，ケーブルから出るレーザを平行にする光学系のレンズ１９ａおよびテレスコピック伸縮筒２３の一端を支持し、該伸縮筒の他端でレーザを、全反射ミラー２４で９０度方向を変え更にもう１つの全反射ミラー２６で９０度方向を変えて第２レーザ照射ヘッド１９の収束光学系のレンズ１９ｂに案内する。レンズ１９ｂがレーザ照射ヘッド１９のレーザ照射ノズルの外の一点に収束するように絞り、高密度に収束したＹＡＧレーザが重ね母材２１に当たる。
【００２９】
重ね母材２１をｙ方向に移送する使用態様では、上基台２２および基台連結枠３を施設の固定具に固定しておく。ヘッド９，１９を例えばロボットアームで支持するなど、ヘッドをｙ方向に駆動する場合には、上基台２２および基台連結枠３を支持フレームまたはアームに固定しておく。
【００３０】
エアーシリンダ６，１６に、ピストンロッドを突出すように高圧エアーを送給すると、第１支持部材４が下駆動され、第２支持部材１４が上駆動されて、図１に示すように、倣いローラ８，１８が重ね母材２１を加圧する。重ね母材２１は例えば、２ｍｍ程度の厚みのアルミ材の中板２１ｂの表，裏に１ｍｍ程度のアルミ材の表面板２１ａ，裏面板２１ｃを重ねたものである。このように重ね母材２１を加圧して、ヘッド９，１９からＹＡＧレーザを出射すると、図４の（ａ）および（ｃ）に示すように溶融池３２，３３ができて、そこで表面板２１ａが中板２１ｂに、裏面板２１ｃが中板２１ｂに溶着する。ヘッド９，１９をｙ方向に駆動することにより、または重ね母材２１をｙ方向に駆動することにより、線状に連続して溶接できる。このとき倣いローラ８，１８が回転するので、移動抵抗は小さく、強い力で重ね母材２１を加圧できる。この加圧挟持が表面板２１ａ，中板２１ｂおよび裏面板２１ｃそれぞれの変形を抑止する。また、表面板２１ａ／中板２１ｂ間および裏面板２１ｃ／中板２１ｂ間の空隙を潰すので、緻密に積層して溶接した積層材が得られる。
【００３１】
溶接部の界面幅を広くすると、それによって溶込みが深くなってヘッド９のレーザが形成する溶融池とヘッド１９のレーザが形成する溶融池が上下方向につながって両レーザが形成するキーホールが重ね母材２１を貫通すると、溶融金属の垂れ下がりやレーザの貫通が考えられる。したがって、表側と裏側からの溶融の深さが重ね方向ｚで重なる場合には、図４の（ｂ）および（ｄ）に示すように、第１レーザ照射ヘッド９と第２レーザ照射ヘッド１９の狙い位置を、同一時点には表側と裏側からの溶融位置が重ならないように、重ね方向ｚと直交する方向ｘにずらす。これにより溶接部の界面幅が広い強固な重ね溶接が実現できる。
【００３２】
図１に示す第２実施例では、図１に示すように、レーザを伝送する光ファイバケーブル１０と２０を共に重ね母材２１の上側の基台連結枠２の高さまで下ろすに留めるので、ケーブル２０の架設が簡略である。
【００３３】
−第２実施例−
図２に示す第２実施例では、レーザ伝送ケーブル１０から出るレーザを光学系のレンズ９ａで実質上平行にして、一部をハーフミラー２７で９０度方向を変え更にもう１つの全反射ミラー２９で９０度方向を変えて第１レーザ照射ヘッド９の収束光学系のレンズ９ｂにレーザを案内し、ハーフミラー２７を透過したレーザを全反射ミラー２４で９０度方向を変え、更にもう１つの全反射ミラー２６で９０度方向を変えて第２レーザ照射ヘッド１９の収束光学系のレンズ１９ｂに案内する。重ね母材２１をｙ方向に移送する使用態様では、基台連結枠２，３を施設の固定具に固定しておく。ヘッド９，１９を例えばロボットアームで支持するなど、ヘッドをｙ方向に駆動する場合には、基台連結枠２，３を支持フレームまたはアームに固定しておく。その他の構造は、上述の第１実施例と同様である。
【００３４】
この第２実施例では、１つのレーザ伝送ケーブル１０で第１および第２レーザ照射ヘッド（９，１９）にレーザを送給するので、ＹＡＧレーザを伝送するケーブルの配設が簡略になる。
【００３５】
−第３実施例−
図３に示す第３実施例では、レーザ伝送ケーブル１０から出るＹＡＧレーザをビームスプリッタのプリズム３０で２分割して、一方を全反射ミラー３１で９０度方向を変え更にもう１つの全反射ミラー２９で９０度方向を変えて第１レーザ照射ヘッド９の収束光学系のレンズ９ｂに案内し、他方を全反射ミラー２４で９０度方向を変え更にもう１つの全反射ミラー２６で９０度方向を変えて第２レーザ照射ヘッド１９の収束光学系のレンズ１９ｂに案内する。この第４実施例でも、重ね母材２１をｙ方向に移送する使用態様では、基台連結枠２，３を施設の固定具に固定しておく。ヘッド９，１９を例えばロボットアームで支持するなど、ヘッドをｙ方向に駆動する場合には、基台連結枠２，３を支持フレームまたはアームに固定しておく。その他の構造は、上述の第１実施例と同様である。
【００３６】
この第３実施例では、１つのレーザ伝送ケーブル１０で第１および第２レーザ照射ヘッド９，１９にレーザを送給するので、ケーブルの配設が簡略になる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、重ね母材２１を倣いローラ８，１８で加圧挟持するので重ね接合部の密着性が高く、重ね接合部の上下２材の溶融池が一体となり接合強度が高い溶接となる。重ね母材の表面側と裏面側が共に倣いローラ８，１８で支えられているので、重ねた各板の変形が抑えられ、仕上り形状の良い積層材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例の縦断面図である。
【図２】 本発明の第２実施例の縦断面図である。
【図３】 本発明の第３実施例の縦断面図である。
【図４】 本発明のレーザ溶接法による重ね母材２１に対するヘッド９，１９からのレーザ照射の態様を示す図面であり、（ａ）は両ヘッドでｘ，ｙ方向の同一位置を狙う態様を示すｘ−ｚ断面図、（ｂ）は溶融池が連続しないようにｘ方向でずれた位置を狙う態様を示すｘ−ｚ断面図、（ｃ）は（ａ）に示す態様でのｙ−ｚ断面図、（ｄ）は（ｂ）に示す態様でのｙ−ｚ断面図である。
【符号の説明】
２，３：基台連結枠
４：第１支持部材 ５：昇降ガイド
６：エアーシリンダ ７：ギャップ調整機構
８：倣いローラ ９：ＹＡＧレーザ照射ヘッド
９ａ：レーザ光を平行にする光学系
９ｂ：収束光学系 ９ｃ：ノズルボディ
１０：レーザ伝送ケーブル １０ａ：光ファイバ
１４：第１支持部材 １５：昇降ガイド
１６：エアーシリンダ １７：ギャップ調整機構
１８：倣いローラ １９：ＹＡＧレーザ照射ヘッド
１９ａ：レーザ光を平行にする光学系
１９ｂ：収束光学系 １９ｃ：ノズルボディ
２０：レーザ伝送ケーブル ２０ａ：光ファイバ
２１：重ね母材 ２１ａ〜２１ｃ：アルミ材の表面板，中板，裏面板
２２：上基台 ２３：伸縮筒
２４：全反射ミラー ２５：中継筒
２６：全反射ミラー ２７：ハーフミラー
２８：中継筒 ２９：全反射ミラー
３０：プリズム ３１：全反射ミラー
３２，３３：溶融池 ３４，３５：ローラ支持部材
【発明の属する技術分野】
本発明は、２枚以上の重ね母材を溶接により一体固着して積層接合材とするレーザ溶接に関し、特に、これに限定する意図ではないが、３枚以上の板を積層状態に重ねて一体固着するレーザ溶接に関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＹＡＧレーザ溶接は、下記のような特徴があり自動車等の自動溶接に広く使われている：
１）集束したレーザ光を得られ、低歪み、高速溶接が可能である，
２）金属材料でのレーザ光吸収率がＣＯ２レーザの数倍であるので、効率の良い溶接が可能。また波長がＣＯ２レーザの１／１０であるので、溶接時に発生するプラズマの影響を受けにくい，
３）レーザ光をフレキシブルな光ファイバで伝送できるので、ハンドリングが容易で多関節ロボットの利用も可能である。また、１００ｍ程度までの離れた場所への伝送が可能である，
４）レーザ光は時間分割（タイムシアリング），空間分割（パワーシアリング）が可能であるので、複数の加工ステーションで用いることにより、高い利用効率を得られる。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
一方ＹＡＧレーザ単独での溶接は下記のような問題点があった：
（１）ＹＡＧレーザは、光ビームを集光させエネルギー密度を高め溶接を行うが、集光スポット径がφ０．３〜φ１ｍｍと微少であるため、次のような不都合がある；
・重ね溶接では、上板から下板への貫通ビードの接合界面幅が狭く、接合強度を得られない。３枚以上の重ね溶接を行う場合、加工速度を遅くし、一方向（例えば表側）から行う場合と、両側より一面づつ行う場合がある。何れの場合も加工時間を必要とし又溶接中の熱歪により最下部の板が変形し良好な溶接が得られない；
（２）ＹＡＧレーザ装置はイニシアルコストが高いので、自動車生産ラインのように複数台の設備を導入する場合には、設備費が膨大なものになる。
【０００４】
本発明は、レーザによって、変形が少なく接合強度が高い重ね溶接をすることを目的とする。
【０００５】
【課題を解決するための手段】
（１）支持基台(2)；
該支持基台で支持された第１支持部材(4)；
平行レーザをレーザ照射ノズルの外の一点に収束する収束光学系 (9b) を内蔵し、２枚以上の重ね母材に重ね方向に指向する、第１支持部材(4)に固着された第１レーザ照射ヘッド(9)；
第１支持部材(4)で回転可能に支持され、円周面が第１レーザ照射ヘッドの母材対向端よりも母材側に突出ししかも、該突出する円周面が第１レーザ照射ヘッドのレーザ照射ノズルの近くに位置するように、回転軸が、前記指向の方向と直交する面に対して傾斜した第１倣いローラ(8)；
平行レーザをレーザ照射ノズルの外の一点に収束する収束光学系 (19b) を内蔵し、前記重ね母材に、第１レーザ照射ヘッドの反対側から重ね方向に指向する第２レーザ照射ヘッド(19)；
第２レーザ照射ヘッドが固着された第２支持部材(14)で回転可能に支持され、円周面が第２レーザ照射ヘッドの母材対向端よりも母材側に突出ししかも、該突出する円周面が第２レーザ照射ヘッドのレーザ照射ノズルの近くに位置するように、回転軸が、第２レーザ照射ヘッドの指向の方向と直交する面に対して傾斜した第２倣いローラ(18)；および、
前記支持基台(2)に対して第１支持部材(4)を、前記重ね母材に近づく方向に押す第１加圧手段(6)；を備え、
第１支持部材 (4) で、第１レーザ照射ヘッド (9) にレーザを送るケーブル (10) および該ケーブルから出るレーザを平行にする光学系 (9a) を支持し；第１支持部材 (4) を支持する支持基台 (2,22) で、第２レーザ照射ヘッド (19) にレーザを送るケーブル (20) ，該ケーブルから出るレーザを平行にする光学系 (19a) および伸縮筒 (23) の一端を支持し；該伸縮筒の他端でレーザを、ミラー (24) で９０度方向を変え更にもう１つのミラー (26) で９０度方向を変えて第２レーザ照射ヘッド (19) の収束光学系 (19b) に案内する；
レーザ溶接装置。
【０００６】
なお、理解を容易にするためにカッコ内には、図面に示し後述する実施例の対応又は相当要素に付した記号を、参考までに付記した。以下も同様である。
【０００７】
これによれば、第１加圧手段(6)が、第１支持部材(14)を重ね母材の重ね方向(z)に押しこれにより第１支持部材(4)で支持された第１倣いローラ(8)が母材(21)に当たってこれを押し、母材(21)が押されて第２倣いローラ(18)に当たる。すなわち母材(21)が第１倣いローラ(8)および第２倣いローラ(18)で加圧挟持される。第１レーザ照射ヘッド(9)および第２レーザ照射ヘッド(19)がレーザを照射することにより、図４の（ａ）あるいは（ｂ）に示すように、重ね接合部を横切る溶融池(32,33)ができる。このとき母材(21)が第１倣いローラ(8)および第２倣いローラ(18)で加圧されているので重ね接合部の密着性が高く、重ね接合部の上下２材の溶融池が一体となり接合強度が高い溶接となる。重ね母材の表面側と裏面側が共にレーザ照射ノズルの近くで倣いローラで支えられているので、重ねた各板の変形が抑えられ、仕上り形状の良い積層材が得られる。
【０００８】
また、第１レーザ照射ヘッド(9)が対向する表側に第１および第２レーザ照射ヘッド(9,19)にレーザを伝送する２つのケーブル(10,20)があり、裏側へのケーブル敷設が不要である。
【０００９】
【発明の実施の形態】
（２）支持基台(2)；
該支持基台で支持された第１支持部材(4)；
平行レーザをレーザ照射ノズルの外の一点に収束する収束光学系 (9b) を内蔵し、２枚以上の重ね母材に重ね方向に指向する、第１支持部材(4)に固着された第１レーザ照射ヘッド(9)；
第１支持部材(4)で回転可能に支持され、円周面が第１レーザ照射ヘッドの母材対向端よりも母材側に突出ししかも、該突出する円周面が第１レーザ照射ヘッドのレーザ照射ノズルの近くに位置するように、回転軸が、前記指向の方向と直交する面に対して傾斜した第１倣いローラ(8)；
平行レーザをレーザ照射ノズルの外の一点に収束する収束光学系 (19b) を内蔵し、前記重ね母材に、第１レーザ照射ヘッドの反対側から重ね方向に指向する第２レーザ照射ヘッド(19)；
第２レーザ照射ヘッドが固着された第２支持部材(14)で回転可能に支持され、円周面が第２レーザ照射ヘッドの母材対向端よりも母材側に突出ししかも、該突出する円周面が第２レーザ照射ヘッドのレーザ照射ノズルの近くに位置するように、回転軸が、第２レーザ照射ヘッドの指向の方向と直交する面に対して傾斜した第２倣いローラ(18)；および、
前記支持基台(2)に対して第１支持部材(4)を、前記重ね母材に近づく方向に押す第１加圧手段(6)；を備え、
第１支持部材 (4) で、第１レーザ照射ヘッド (9) にレーザを送るケーブル (10) および該ケーブルから出るレーザを平行にする光学系 (9a) 、ならびに、伸縮筒 (23) の一端を支持し；前記ケーブル (10) から出るレーザを平行にする前記光学系 (9a) を透過したレーザの一部をハーフミラー (27) で９０度方向を変えて更にもう１つのミラー (29) で９０度方向を変えて第１レーザ照射ヘッド (9) の収束光学系 (9b) にレーザを案内し、前記ハーフミラー (27) を透過し前記伸縮筒を通ったレーザをミラー (24) で９０度方向を変え、更にもう１つのミラー (26) で９０度方向を変えて第２レーザ照射ヘッド (19) の収束光学系 (19b) に案内する；
レーザ溶接装置。
【００１０】
これによれば、第１加圧手段(6)が、第１支持部材(14)を重ね母材の重ね方向(z)に押しこれにより第１支持部材(4)で支持された第１倣いローラ(8)が母材(21)に当たってこれを押し、母材(21)が押されて第２倣いローラ(18)に当たる。すなわち母材(21)が第１倣いローラ(8)および第２倣いローラ(18)で加圧挟持される。第１レーザ照射ヘッド(9)および第２レーザ照射ヘッド(19)がレーザを照射することにより、図４の（ａ）あるいは（ｂ）に示すように、重ね接合部を横切る溶融池(32,33)ができる。このとき母材(21)が第１倣いローラ(8)および第２倣いローラ(18)で加圧されているので重ね接合部の密着性が高く、重ね接合部の上下２材の溶融池が一体となり接合強度が高い溶接となる。重ね母材の表面側と裏面側が共にレーザ照射ノズルの近くで倣いローラで支えられているので、重ねた各板の変形が抑えられ、仕上り形状の良い積層材が得られる。
【００１１】
また、１つのレーザ伝送ケーブル(10)で第１および第２レーザ照射ヘッド(9,19)にレーザを送給するので、ケーブルの配設が簡略になる。
【００１２】
（３）支持基台(2)；
該支持基台で支持された第１支持部材(4)；
平行レーザをレーザ照射ノズルの外の一点に収束する収束光学系 (9b) を内蔵し、２枚以上の重ね母材に重ね方向に指向する、第１支持部材(4)に固着された第１レーザ照射ヘッド(9)；
第１支持部材(4)で回転可能に支持され、円周面が第１レーザ照射ヘッドの母材対向端よりも母材側に突出ししかも、該突出する円周面が第１レーザ照射ヘッドのレーザ照射ノズルの近くに位置するように、回転軸が、前記指向の方向と直交する面に対して傾斜した第１倣いローラ(8)；
平行レーザをレーザ照射ノズルの外の一点に収束する収束光学系 (19b) を内蔵し、前記重ね母材に、第１レーザ照射ヘッドの反対側から重ね方向に指向する第２レーザ照射ヘッド(19)；
第２レーザ照射ヘッドが固着された第２支持部材(14)で回転可能に支持され、円周面が第２レーザ照射ヘッドの母材対向端よりも母材側に突出ししかも、該突出する円周面が第２レーザ照射ヘッドのレーザ照射ノズルの近くに位置するように、回転軸が、第２レーザ照射ヘッドの指向の方向と直交する面に対して傾斜した第２倣いローラ(18)；および、
前記支持基台(2)に対して第１支持部材(4)を、前記重ね母材に近づく方向に押す第１加圧手段(6)；を備え、
第１支持部材 (4) で、第１レーザ照射ヘッド (9) にレーザを送るケーブル (10) および該ケーブルから出るレーザを平行にする光学系 (9a) 、ならびに、伸縮筒 (23) の一端を支持し；前記ケーブル (10) から出るレーザを前記伸縮筒内でビームスプリッタ (30) で２分割して、一方をミラー (31) で９０度方向を変え更にもう１つのミラー (29) で９０度方向を変えて第１レーザ照射ヘッド (9) の収束光学系 (9b) に案内し、他方をミラー (24) で９０度方向を変え更にもう１つのミラー (26) で９０度方向を変えて第２レーザ照射ヘッド (19) の収束光学系 (19b) に案内する；
レーザ溶接装置
これによれば、第１加圧手段(6)が、第１支持部材(14)を重ね母材の重ね方向(z)に押しこれにより第１支持部材(4)で支持された第１倣いローラ(8)が母材(21)に当たってこれを押し、母材(21)が押されて第２倣いローラ(18)に当たる。すなわち母材(21)が第１倣いローラ(8)および第２倣いローラ(18)で加圧挟持される。第１レーザ照射ヘッド(9)および第２レーザ照射ヘッド(19)がレーザを照射することにより、図４の（ａ）あるいは（ｂ）に示すように、重ね接合部を横切る溶融池(32,33)ができる。このとき母材(21)が第１倣いローラ(8)および第２倣いローラ(18)で加圧されているので重ね接合部の密着性が高く、重ね接合部の上下２材の溶融池が一体となり接合強度が高い溶接となる。重ね母材の表面側と裏面側が共にレーザ照射ノズルの近くで倣いローラで支えられているので、重ねた各板の変形が抑えられ、仕上り形状の良い積層材が得られる。
【００１３】
また、１つのレーザ伝送ケーブル(10)で第１および第２レーザ照射ヘッド(9,19)にレーザを送給するので、ケーブルの配設が簡略になる。
【００１４】
（４）第１倣いローラ(8)を回転可能に支持する第１ローラ支持部材(34)の、第１支持部材に対する母材に近づく方向(z)の位置を調整する、第１ヘッドギャップ調整機構(7)；および、第２倣いローラ(18)を回転可能に支持する第２ローラ支持部材(35)の、第２支持部材(14)に対する母材に近づく方向(z)の位置を調整する、第２ヘッドギャップ調整機構(17)；を更に備える上記（１）乃至（３）のいずれか１つに記載のレーザ溶接装置。これによれば、第１および第２ヘッドギャップ調整機構（７，１７）によって、重ね母材（２１）に対する第１および第２レーザ照射ヘッド（９，１９）の距離（母材の厚み方向でのレーザ焦点位置）を簡易に調整できる。
【００１５】
（５）第２加圧手段(16)を更に備え；第２加圧手段(16)で第２支持部材(14)を、母材に近づく方向(z)に押す；上記（１）乃至（４）のいずれか１つに記載のレーザ溶接装置。これによれば、母材(21)の表側と裏側の両方から各照射ヘッド(9,19)が母材(21)に同時に接近できるので、両照射ヘッド(9,19)と母材(21)との重ね方向(z)の相対位置決めを簡易にできる。
【００１６】
（５ａ）レーザはＹＡＧレーザである、上記（１）乃至（５）のいずれかのレーザ溶接装置。効率の良い溶接が可能であり、また、溶接ヘッドをレーザ光源から離して例えばロボットアームで支持して、光ファイバケーブルでレーザ光源とつなぐことができ、溶接ヘッドの操作性が良い。
【００１７】
（６）前記（１）に記載のレーザ溶接装置を用いて、第１および第２倣いローラ (8,18) で２枚以上の重ね母材(21)を挟んで重ね方向に加圧し；第１レーザ照射ヘッド(9)と第２レーザ照射ヘッド(19)で、前記重ね母材(21)を、表側と裏側から重ね方向にレーザを照射して表側と裏側からそれぞれ母材同士の接合面まで以上に、かつ表側から裏側までにある全接合面が表側又は裏側からのレーザによって溶着するように、深く溶融させる；レーザ溶接方法。これによれば上記（１）に記述の作用効果が同様に得られる。
【００１８】
（７）前記（２）に記載のレーザ溶接装置を用いて、第１および第２倣いローラ (8,18) で２枚以上の重ね母材(21)を挟んで重ね方向に加圧し；第１レーザ照射ヘッド(9)と第２レーザ照射ヘッド(19)で、前記重ね母材(21)を、表側と裏側から重ね方向にレーザを照射して表側と裏側からそれぞれ母材同士の接合面まで以上に、かつ表側から裏側までにある全接合面が表側又は裏側からのレーザによって溶着するように、深く溶融させる；レーザ溶接方法。これによれば上記（２）に記述の作用効果が同様に得られる。
【００１９】
（８）前記（３）に記載のレーザ溶接装置を用いて、第１および第２倣いローラ (8,18) で２枚以上の重ね母材(21)を挟んで重ね方向に加圧し；第１レーザ照射ヘッド(9)と第２レーザ照射ヘッド(19)で、前記重ね母材(21)を、表側と裏側から重ね方向にレーザを照射して表側と裏側からそれぞれ母材同士の接合面まで以上に、かつ表側から裏側までにある全接合面が表側又は裏側からのレーザによって溶着するように、深く溶融させる；レーザ溶接方法。これによれば上記（３）に記述の作用効果が同様に得られる。
【００２０】
（９）表側と裏側からの溶融の深さが重ね方向(z)で重ならない場合（図４の（ａ），（ｃ））には、第１レーザ照射ヘッド(9)と第２レーザ照射ヘッド(19)の狙い位置を実質上同一とする、上記（６），（７）又は（８）のレーザ溶接方法（図４の（ａ），（ｃ））。
【００２１】
（１０）表側と裏側からの溶融の深さが重ね方向(z)で重なる場合には、第１レーザ照射ヘッド(9)と第２レーザ照射ヘッド(19)の狙い位置を、同一時点には表側と裏側からの溶融位置が重ならないように、重ね方向(z)と直交する方向(x)にずらす、上記（６），（７）又は（８）のレーザ溶接方法（図４の（ｂ），（ｄ））。
【００２２】
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。
【００２３】
【実施例】
−第１実施例−
図１に本発明の第１実施例を示す。基台連結枠２に第１支持部材４が昇降ガイド５で、上下方向ｚには移動可であるが、水平方向ｘおよびｙには移動不可に支持されている。基台連結枠２にはエアーシリンダ６が固定されており、そのピストンロッドが第１支持部材４に連結されている。エアーシリンダ６が該ピストンロッドを突き出すと第１支持部材４が降下し、ピストンロッドを引き込むと第１支持部材４が上昇する。
【００２４】
第１支持部材４には第１ＹＡＧレーザ照射ヘッド９が固定されている。第１支持部材４には、ギャップ調整機構７を介してローラ支持部材３４が支持されており、このローラ支持部材３４に倣いローラ８が回転自在に支持されている。レーザ照射ヘッド９のノズルボディ９ｃが円錐形であって下向きに尖って最下端がレーザ照射ノズルであるので、極力該ノズルの近くで重ね母材２１の外表面（以下では単に表面と言う）を倣いローラ８の外周面で押さえるように、倣いローラ８の回転中心軸は、水平面（ｘ）に対して傾斜している。ギャップ調整機構７の調整ねじを時計回りに廻すと倣いローラ８を支持するローラ支持部材３４が上昇し、これによりレーザ照射ヘッド９のレーザ照射ノズルと母材２１表面とのギャップが狭くなる。ギャップ調整機構７の調整ねじを反時計回りに廻すと倣いローラ８を支持するローラ支持部材３４が降下し、これによりレーザ照射ヘッド９のレーザ照射ノズルと母材２１表面とのギャップが広くなる。
【００２５】
第１ＹＡＧレーザ照射ヘッド９には、光ファイバケーブル１０によって、図示しないＹＡＧレーザ光源が出射するＹＡＧレーザが送給される。光ファイバ１０ａから出たＹＡＧレーザはある立体角で広がるが、光学系のレンズ９ａが実質上平行に絞り、そして収束光学系のレンズ９ｂがレーザ照射ヘッド９のレーザ照射ノズルの外の一点に収束するように絞り、高密度に収束したＹＡＧレーザが重ね母材２１に当たる。
【００２６】
上述の第１レーザ照射ヘッド９と同様な第２ＹＡＧレーザ照射ヘッド１９が、照射ヘッド９の上述の支持構造と同様な支持構造で、支持基台１の下端に、上向きにして支持されており、基台連結枠３に固定されたエアーシリンダ１６が該ピストンロッドを突き出すと第２支持部材１４が上昇し、ピストンロッドを引き込むと第２支持部材１４が降下する。
【００２７】
第２支持部材１４に、ギャップ調整機構１７を介してローラ支持部材３５が支持されており、このローラ支持部材３５に倣いローラ１８が回転自在に支持されている。レーザ照射ヘッド１９のノズルボディ１９ｃが円錐形であって上向きに尖って最上端がレーザ照射ノズルであるので、極力該ノズルの近くで重ね母材２１の下側外表面（以下では単に裏面と言う）を倣いローラ１８の外周面で押さえるように、倣いローラ１８の回転中心軸は、水平面（ｘ）に対して傾斜している。ギャップ調整機構１７の調整ねじを時計回りに廻すと倣いローラ１８を支持するローラ支持部材３５が降下し、これによりレーザ照射ヘッド１９のレーザ照射ノズルと母材２１表面とのギャップが広くなる。ギャップ調整機構１７の調整ねじを反時計回りに廻すと倣いローラ１８を支持するローラ支持部材３５が上昇し、これによりレーザ照射ヘッド１９のレーザ照射ノズルと母材２１表面とのギャップが狭くなる。
【００２８】
第１支持部材４を支持する支持基台２２で、第２レーザ照射ヘッド１９にレーザを送るケーブル２０，ケーブルから出るレーザを平行にする光学系のレンズ１９ａおよびテレスコピック伸縮筒２３の一端を支持し、該伸縮筒の他端でレーザを、全反射ミラー２４で９０度方向を変え更にもう１つの全反射ミラー２６で９０度方向を変えて第２レーザ照射ヘッド１９の収束光学系のレンズ１９ｂに案内する。レンズ１９ｂがレーザ照射ヘッド１９のレーザ照射ノズルの外の一点に収束するように絞り、高密度に収束したＹＡＧレーザが重ね母材２１に当たる。
【００２９】
重ね母材２１をｙ方向に移送する使用態様では、上基台２２および基台連結枠３を施設の固定具に固定しておく。ヘッド９，１９を例えばロボットアームで支持するなど、ヘッドをｙ方向に駆動する場合には、上基台２２および基台連結枠３を支持フレームまたはアームに固定しておく。
【００３０】
エアーシリンダ６，１６に、ピストンロッドを突出すように高圧エアーを送給すると、第１支持部材４が下駆動され、第２支持部材１４が上駆動されて、図１に示すように、倣いローラ８，１８が重ね母材２１を加圧する。重ね母材２１は例えば、２ｍｍ程度の厚みのアルミ材の中板２１ｂの表，裏に１ｍｍ程度のアルミ材の表面板２１ａ，裏面板２１ｃを重ねたものである。このように重ね母材２１を加圧して、ヘッド９，１９からＹＡＧレーザを出射すると、図４の（ａ）および（ｃ）に示すように溶融池３２，３３ができて、そこで表面板２１ａが中板２１ｂに、裏面板２１ｃが中板２１ｂに溶着する。ヘッド９，１９をｙ方向に駆動することにより、または重ね母材２１をｙ方向に駆動することにより、線状に連続して溶接できる。このとき倣いローラ８，１８が回転するので、移動抵抗は小さく、強い力で重ね母材２１を加圧できる。この加圧挟持が表面板２１ａ，中板２１ｂおよび裏面板２１ｃそれぞれの変形を抑止する。また、表面板２１ａ／中板２１ｂ間および裏面板２１ｃ／中板２１ｂ間の空隙を潰すので、緻密に積層して溶接した積層材が得られる。
【００３１】
溶接部の界面幅を広くすると、それによって溶込みが深くなってヘッド９のレーザが形成する溶融池とヘッド１９のレーザが形成する溶融池が上下方向につながって両レーザが形成するキーホールが重ね母材２１を貫通すると、溶融金属の垂れ下がりやレーザの貫通が考えられる。したがって、表側と裏側からの溶融の深さが重ね方向ｚで重なる場合には、図４の（ｂ）および（ｄ）に示すように、第１レーザ照射ヘッド９と第２レーザ照射ヘッド１９の狙い位置を、同一時点には表側と裏側からの溶融位置が重ならないように、重ね方向ｚと直交する方向ｘにずらす。これにより溶接部の界面幅が広い強固な重ね溶接が実現できる。
【００３２】
図１に示す第２実施例では、図１に示すように、レーザを伝送する光ファイバケーブル１０と２０を共に重ね母材２１の上側の基台連結枠２の高さまで下ろすに留めるので、ケーブル２０の架設が簡略である。
【００３３】
−第２実施例−
図２に示す第２実施例では、レーザ伝送ケーブル１０から出るレーザを光学系のレンズ９ａで実質上平行にして、一部をハーフミラー２７で９０度方向を変え更にもう１つの全反射ミラー２９で９０度方向を変えて第１レーザ照射ヘッド９の収束光学系のレンズ９ｂにレーザを案内し、ハーフミラー２７を透過したレーザを全反射ミラー２４で９０度方向を変え、更にもう１つの全反射ミラー２６で９０度方向を変えて第２レーザ照射ヘッド１９の収束光学系のレンズ１９ｂに案内する。重ね母材２１をｙ方向に移送する使用態様では、基台連結枠２，３を施設の固定具に固定しておく。ヘッド９，１９を例えばロボットアームで支持するなど、ヘッドをｙ方向に駆動する場合には、基台連結枠２，３を支持フレームまたはアームに固定しておく。その他の構造は、上述の第１実施例と同様である。
【００３４】
この第２実施例では、１つのレーザ伝送ケーブル１０で第１および第２レーザ照射ヘッド（９，１９）にレーザを送給するので、ＹＡＧレーザを伝送するケーブルの配設が簡略になる。
【００３５】
−第３実施例−
図３に示す第３実施例では、レーザ伝送ケーブル１０から出るＹＡＧレーザをビームスプリッタのプリズム３０で２分割して、一方を全反射ミラー３１で９０度方向を変え更にもう１つの全反射ミラー２９で９０度方向を変えて第１レーザ照射ヘッド９の収束光学系のレンズ９ｂに案内し、他方を全反射ミラー２４で９０度方向を変え更にもう１つの全反射ミラー２６で９０度方向を変えて第２レーザ照射ヘッド１９の収束光学系のレンズ１９ｂに案内する。この第４実施例でも、重ね母材２１をｙ方向に移送する使用態様では、基台連結枠２，３を施設の固定具に固定しておく。ヘッド９，１９を例えばロボットアームで支持するなど、ヘッドをｙ方向に駆動する場合には、基台連結枠２，３を支持フレームまたはアームに固定しておく。その他の構造は、上述の第１実施例と同様である。
【００３６】
この第３実施例では、１つのレーザ伝送ケーブル１０で第１および第２レーザ照射ヘッド９，１９にレーザを送給するので、ケーブルの配設が簡略になる。
【００３７】
【発明の効果】
以上のように、重ね母材２１を倣いローラ８，１８で加圧挟持するので重ね接合部の密着性が高く、重ね接合部の上下２材の溶融池が一体となり接合強度が高い溶接となる。重ね母材の表面側と裏面側が共に倣いローラ８，１８で支えられているので、重ねた各板の変形が抑えられ、仕上り形状の良い積層材が得られる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の第１実施例の縦断面図である。
【図２】 本発明の第２実施例の縦断面図である。
【図３】 本発明の第３実施例の縦断面図である。
【図４】 本発明のレーザ溶接法による重ね母材２１に対するヘッド９，１９からのレーザ照射の態様を示す図面であり、（ａ）は両ヘッドでｘ，ｙ方向の同一位置を狙う態様を示すｘ−ｚ断面図、（ｂ）は溶融池が連続しないようにｘ方向でずれた位置を狙う態様を示すｘ−ｚ断面図、（ｃ）は（ａ）に示す態様でのｙ−ｚ断面図、（ｄ）は（ｂ）に示す態様でのｙ−ｚ断面図である。
【符号の説明】
２，３：基台連結枠
４：第１支持部材 ５：昇降ガイド
６：エアーシリンダ ７：ギャップ調整機構
８：倣いローラ ９：ＹＡＧレーザ照射ヘッド
９ａ：レーザ光を平行にする光学系
９ｂ：収束光学系 ９ｃ：ノズルボディ
１０：レーザ伝送ケーブル １０ａ：光ファイバ
１４：第１支持部材 １５：昇降ガイド
１６：エアーシリンダ １７：ギャップ調整機構
１８：倣いローラ １９：ＹＡＧレーザ照射ヘッド
１９ａ：レーザ光を平行にする光学系
１９ｂ：収束光学系 １９ｃ：ノズルボディ
２０：レーザ伝送ケーブル ２０ａ：光ファイバ
２１：重ね母材 ２１ａ〜２１ｃ：アルミ材の表面板，中板，裏面板
２２：上基台 ２３：伸縮筒
２４：全反射ミラー ２５：中継筒
２６：全反射ミラー ２７：ハーフミラー
２８：中継筒 ２９：全反射ミラー
３０：プリズム ３１：全反射ミラー
３２，３３：溶融池 ３４，３５：ローラ支持部材
Claims (8)
- 支持基台；
該支持基台で支持された第１支持部材；
平行レーザをレーザ照射ノズルの外の一点に収束する収束光学系を内蔵し、２枚以上の重ね母材に重ね方向に指向する、第１支持部材に固着された第１レーザ照射ヘッド；
第１支持部材で回転可能に支持され、円周面が第１レーザ照射ヘッドの母材対向端よりも母材側に突出ししかも、該突出する円周面が第１レーザ照射ヘッドのレーザ照射ノズルの近くに位置するように、回転軸が、前記指向の方向と直交する面に対して傾斜した第１倣いローラ；
平行レーザをレーザ照射ノズルの外の一点に収束する収束光学系を内蔵し、前記重ね母材に、第１レーザ照射ヘッドの反対側から重ね方向に指向する第２レーザ照射ヘッド；
第２レーザ照射ヘッドが固着された第２支持部材で回転可能に支持され、円周面が第２レーザ照射ヘッドの母材対向端よりも母材側に突出ししかも、該突出する円周面が第２レーザ照射ヘッドのレーザ照射ノズルの近くに位置するように、回転軸が、第２レーザ照射ヘッドの指向の方向と直交する面に対して傾斜した第２倣いローラ；および、
前記支持基台に対して第１支持部材を、前記重ね母材に近づく方向に押す第１加圧手段；を備え、
第１支持部材で、第１レーザ照射ヘッドにレーザを送るケーブルおよび該ケーブルから出るレーザを平行にする光学系を支持し；第１支持部材を支持する支持基台で、第２レーザ照射ヘッドにレーザを送るケーブル，該ケーブルから出るレーザを平行にする光学系および伸縮筒の一端を支持し；該伸縮筒の他端でレーザを、ミラーで９０度方向を変え更にもう１つのミラーで９０度方向を変えて第２レーザ照射ヘッドの収束光学系に案内する；
レーザ溶接装置。 - 支持基台；
該支持基台で支持された第１支持部材；
平行レーザをレーザ照射ノズルの外の一点に収束する収束光学系を内蔵し、２枚以上の重ね母材に重ね方向に指向する、第１支持部材に固着された第１レーザ照射ヘッド；
第１支持部材で回転可能に支持され、円周面が第１レーザ照射ヘッドの母材対向端よりも母材側に突出ししかも、該突出する円周面が第１レーザ照射ヘッドのレーザ照射ノズルの近くに位置するように、回転軸が、前記指向の方向と直交する面に対して傾斜した第１倣いローラ；
平行レーザをレーザ照射ノズルの外の一点に収束する収束光学系を内蔵し、前記重ね母材に、第１レーザ照射ヘッドの反対側から重ね方向に指向する第２レーザ照射ヘッド；
第２レーザ照射ヘッドが固着された第２支持部材で回転可能に支持され、円周面が第２レーザ照射ヘッドの母材対向端よりも母材側に突出ししかも、該突出する円周面が第２レーザ照射ヘッドのレーザ照射ノズルの近くに位置するように、回転軸が、第２レーザ照射ヘッドの指向の方向と直交する面に対して傾斜した第２倣いローラ；および、
前記支持基台に対して第１支持部材を、前記重ね母材に近づく方向に押す第１加圧手段；を備え、
第１支持部材で、第１レーザ照射ヘッドにレーザを送るケーブルおよび該ケーブルから出るレーザを平行にする光学系、ならびに、伸縮筒の一端を支持し；前記ケーブルから出るレーザを平行にする前記光学系を透過したレーザの一部をハーフミラーで９０度方向を変えて更にもう１つのミラーで９０度方向を変えて第１レーザ照射ヘッドの収束光学系にレーザを案内し、前記ハーフミラーを透過し前記伸縮筒を通ったレーザをミラーで９０度方向を変え、更にもう１つのミラーで９０度方向を変えて第２レーザ照射ヘッドの収束光学系に案内する；
レーザ溶接装置。 - 支持基台；
該支持基台で支持された第１支持部材；
平行レーザをレーザ照射ノズルの外の一点に収束する収束光学系を内蔵し、２枚以上の重ね母材に重ね方向に指向する、第１支持部材に固着された第１レーザ照射ヘッド；
第１支持部材で回転可能に支持され、円周面が第１レーザ照射ヘッドの母材対向端よりも母材側に突出ししかも、該突出する円周面が第１レーザ照射ヘッドのレーザ照射ノズルの近くに位置するように、回転軸が、前記指向の方向と直交する面に対して傾斜した第１倣いローラ；
平行レーザをレーザ照射ノズルの外の一点に収束する収束光学系を内蔵し、前記重ね母材に、第１レーザ照射ヘッドの反対側から重ね方向に指向する第２レーザ照射ヘッド；
第２レーザ照射ヘッドが固着された第２支持部材で回転可能に支持され、円周面が第２レーザ照射ヘッドの母材対向端よりも母材側に突出ししかも、該突出する円周面が第２レーザ照射ヘッドのレーザ照射ノズルの近くに位置するように、回転軸が、第２レーザ照射ヘッドの指向の方向と直交する面に対して傾斜した第２倣いローラ；および、
前記支持基台に対して第１支持部材を、前記重ね母材に近づく方向に押す第１加圧手段；を備え、
第１支持部材で、第１レーザ照射ヘッドにレーザを送るケーブルおよび該ケーブルから出るレーザを平行にする光学系、ならびに、伸縮筒の一端を支持し；前記ケーブルから出るレーザを前記伸縮筒内でビームスプリッタで２分割して、一方をミラーで９０度方向を変え更にもう１つのミラーで９０度方向を変えて第１レーザ照射ヘッドの収束光学系に案内し、他方をミラーで９０度方向を変え更にもう１つのミラーで９０度方向を変えて第２レーザ照射ヘッドの収束光学系に案内する；
レーザ溶接装置 - 第１倣いローラを回転可能に支持する第１ローラ支持部材の、第１支持部材に対する母材に近づく方向の位置を調整する、第１ヘッドギャップ調整機構；および、第２倣いローラを回転可能に支持する第２ローラ支持部材の、第２支持部材に対する母材に近づく方向の位置を調整する、第２ヘッドギャップ調整機構；を更に備える、請求項１乃至３のいずれか１つに記載のレーザ溶接装置。
- 第２加圧手段を更に備え；第２加圧手段(16)で第２支持部材(14)を、母材に近づく方向(z)に押す；上記（１）乃至（４）のいずれか１つに記載のレーザ溶接装置。
- 請求項１に記載のレーザ溶接装置を用いて、第１および第２倣いローラで２枚以上の重ね母材を挟んで重ね方向に加圧し；第１レーザ照射ヘッドと第２レーザ照射ヘッドで、前記重ね母材を、表側と裏側から重ね方向にレーザを照射して表側と裏側からそれぞれ母材同士の接合面まで以上に、かつ表側から裏側までにある全接合面が表側又は裏側からのレーザによって溶着するように、深く溶融させる；レーザ溶接方法。
- 請求項２に記載のレーザ溶接装置を用いて、第１および第２倣いローラで２枚以上の重ね母材を挟んで重ね方向に加圧し；第１レーザ照射ヘッドと第２レーザ照射ヘッドで、前記重ね母材を、表側と裏側から重ね方向にレーザを照射して表側と裏側からそれぞれ母材同士の接合面まで以上に、かつ表側から裏側までにある全接合面が表側又は裏側からのレーザによって溶着するように、深く溶融させる；レーザ溶接方法。
- 請求項３に記載のレーザ溶接装置を用いて、第１および第２倣いローラで２枚以上の重ね母材を挟んで重ね方向に加圧し；第１レーザ照射ヘッドと第２レーザ照射ヘッドで、前記重ね母材を、表側と裏側から重ね方向にレーザを照射して表側と裏側からそれぞれ母材同士の接合面まで以上に、かつ表側から裏側までにある全接合面が表側又は裏側からのレーザによって溶着するように、深く溶融させる；レーザ溶接方法。
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