レーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置及び供給方法
【課題】レーザー溶接状態に悪影響を与えることなく、フィラーワイヤの溶融を良好に行うことが可能なフィラーワイヤ供給装置及び供給方法を提供する。
【解決手段】フィラーワイヤ供給装置３は、フィラーワイヤＸを加熱するフィラーワイヤ加熱装置６を有する。加熱装置６は、フィラーワイヤＸの端部近傍部分に接触するローラ５１Ａと、金属板Ｗ１，Ｗ２に接触するクランプ５と、ローラ５１Ａとクランプ５との間にフィラーワイヤＸ及び金属板Ｗ１，Ｗ２を介して通電する通電装置３０と、ローラ５１ＡとフィラーワイヤＸの端部との間の距離が変化するように、ローラ５１ＡをフィラーワイヤＸへの接触を保った状態で移動させる移動機構６０とを備える。
【解決手段】フィラーワイヤ供給装置３は、フィラーワイヤＸを加熱するフィラーワイヤ加熱装置６を有する。加熱装置６は、フィラーワイヤＸの端部近傍部分に接触するローラ５１Ａと、金属板Ｗ１，Ｗ２に接触するクランプ５と、ローラ５１Ａとクランプ５との間にフィラーワイヤＸ及び金属板Ｗ１，Ｗ２を介して通電する通電装置３０と、ローラ５１ＡとフィラーワイヤＸの端部との間の距離が変化するように、ローラ５１ＡをフィラーワイヤＸへの接触を保った状態で移動させる移動機構６０とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の金属部材をレーザー溶接する際、レーザー光による被溶接部位にフィラーワイヤを供給するフィラーワイヤ供給装置及び供給方法に関し、レーザー溶接の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複数の金属部材の溶接方法として、レーザー溶接が利用されつつある。このレーザー溶接は、金属部材表面に向けてレーザー光を照射しつつ該レーザー光を所定の溶接経路に沿ってこれら金属部材に対して移動させることにより、複数の金属部材のレーザー光被照射部位を溶融させて線状の溶接ビードを形成させるものである。
【０００３】
ここで、金属部材間には隙間が生じている場合があり、この場合、溶融金属の不足により、金属部材同士が接合されないことがあった。この問題を解決する方法として、レーザー光の被照射部位にその移動に端部が追随するようにフィラーワイヤを供給して該ワイヤを溶融させ、溶融金属を増加させる方法が知られている。
【０００４】
溶接時におけるフィラーワイヤの溶融性を向上させるため、フィラーワイヤを加熱することが行われている。具体的には、特許文献１に開示されているように、溶接中、フィラーワイヤの端部近傍部分に通電することによりジュール熱を発生させて加熱する。さらに、詳しく説明すると、溶接時にはフィラーワイヤの端部が金属部材における被溶接部位に接触する。そこで、フィラーワイヤにおける端部近傍部分にプラス電極を接触させ、金属部材にマイナス電極を接触させ、この状態で両電極間に電圧を加える。これにより、金属部材を介してフィラーワイヤにおける端部側部分が通電される。なお、本文献１に係る溶接装置は、レーザー溶接でなく、ＴＩＧ溶接を行う装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１０３０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、フィラーワイヤを供給しつつ金属部材をレーザー溶接する場合、周囲の温度や金属部材の温度等、種々の条件の変化により溶接状態が変化する。例えばフィラーワイヤの端部に作用する熱量が不足して、フィラーワイヤの溶融が適切に行われず、その結果、被溶接部位においてフィラーワイヤの溶け残りが生じるような場合がある。
【０００７】
この問題への対応としては、被溶接部位に加える熱量をコントロールすることが考えられる。具体的には、例えばレーザー出力の変更や、溶接速度（レーザー光の移動速度）の変更である。しかし、レーザー出力の変更は、金属材に形成される溶融穴部の深さ等に大きな影響を与える。また、溶接速度の変更は、生産速度に影響を与える。
【０００８】
そこで、本発明は、レーザー溶接状態に悪影響を与えることなく、フィラーワイヤの溶融を良好に行うことが可能なフィラーワイヤ供給装置及び供給方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明は、次のように構成したことを特徴とする。
【００１０】
まず、本願の請求項１に記載の発明は、複数の金属部材に対して所定の溶接経路に沿って相対的に移動するレーザー光による被溶接部位に端部が接触状態で追随するようにフィラーワイヤを所定速度で供給するフィラーワイヤ供給装置であって、前記フィラーワイヤを加熱する加熱手段を有し、前記加熱手段は、前記フィラーワイヤの端部近傍部分に接触する第１電極と、前記金属部材に接触する第２電極と、前記第１電極と第２電極との間にフィラーワイヤ及び金属部材を介して通電する通電手段と、前記第１電極とフィラーワイヤの端部との間の距離が変化するように、前記第１電極を該フィラーワイヤへの接触を保った状態で移動させる電極移動手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載のレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置において、前記被溶接部位を撮像する撮像手段と、該撮像手段で撮像された画像を解析して、前記フィラーワイヤの被溶接部位への浸入状態を解析することにより、金属部材間の連結状態を判定する判定手段とを備え、前記電極移動手段は、該判定手段の判定結果に基づいて、前記第１電極を移動させることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、前記請求項２に記載のレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置において、前記判定手段は、前期撮像手段で撮像された画像に基づいて前記フィラーワイヤの所定以上の曲りを検出したときに、金属部材間の連結状態が良好でないと判定し、前記電極移動手段は、前記判定手段によって連結状態が良好でないと判定されたときは、前記第１電極を前記フィラーワイヤの端部から離れる方向に移動させることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明は、前記請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置において、前記第１電極は、前記フィラーワイヤを移動可能に支持するローラにより構成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明は、前記請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置において、前記フィラーワイヤ供給手段は、前記フィラーワイヤを、前記レーザー光による被溶接部位に形成されて溶融金属が貯留されてなる溶融池に、その端部が接触するようにレーザー光被照射部位よりも後方の位置で供給するものであることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６に記載の発明は、 複数の金属部材に対して所定の溶接経路に沿って相対的に移動するレーザー光による被溶接部位に端部が追随するようにフィラーワイヤを所定速度で供給するフィラーワイヤ供給方法であって、前記フィラーワイヤを通電することにより加熱する加熱工程を有し、前記加熱工程は、前記フィラーワイヤの端部近傍部分に接触する第１電極と前記金属部材のうちの少なくとも一つに接触する第２電極との間にフィラーワイヤ及び金属部材を介して通電しつつ、所定の状態が成立したときに、前記第１電極とフィラーワイヤの端部との間の距離が変化するように、前記第１電極をフィラーワイヤへの接触を保った状態で移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
次に、本発明の効果について説明する。
【００１７】
まず、請求項１に記載の発明によれば、レーザー溶接の際、複数の金属部材に対して所定の溶接経路に沿って相対的に移動するレーザー光による被溶接部位に追随するように所定速度でフィラーワイヤが供給される。また、その際、前記フィラーワイヤが加熱手段により通電、加熱される。
【００１８】
ここで、フィラーワイヤを所定速度で供給している状態におけるフィラーワイヤの発熱について考える。例えば、第１の電極よりも上流側から長手方向に微小な長さを有する部分（例えば長手方向に長さ１ｍｍ分の部分。以下、所定部分という）が所定速度で送られてくると、この所定部分には、第１の電極位置に到達したときから被溶接部位に到達するまでの間、電流が流れることとなる。このとき、所定部分は、その抵抗により、第１の電極位置に到達したときから被溶接部位に到達するまでの間発熱し、徐々に温度が上昇し、端部側ほど温度が高くなる。
【００１９】
その場合に、本発明では、前記第１電極とフィラーワイヤの端部との間の距離を変更可能なように構成されている。すなわち、電極移動手段により、前記第１電極を、フィラーワイヤへの接触を保った状態で移動させて、フィラーワイヤにおける電流が流れる部分（通電部分）の長さを変更可能なように構成している。
【００２０】
これによれば、フィラーワイヤにおける所定部分が第１の電極位置に到達したときから被溶接部位に到達するまでの時間、つまり所定部分に対する通電時間が変化し、所定部分の温度上昇量も変化することとなる。例えば、第１電極をフィラーワイヤの端部（先端）から離れる方向に移動させると、所定部分に対する通電時間が長くなり、温度上昇量が大きくなる。その結果、フィラーワイヤの先端温度（溶融池に接触する直前の温度）がより上昇することとなる。これに対し、第１電極をフィラーワイヤの端部に近づく方向に移動させると、通電部分の長さが短くなって、所定部分に対する通電時間が短くなり、温度上昇量が小さくなる。その結果、フィラーワイヤの先端温度（溶融池に接触する直前の温度）の上昇が抑制されることとなる。
【００２１】
なお、フィラーワイヤにおける通電部分の長さを変化させると、加熱手段全体としての抵抗が変化するので、加熱手段の出力電圧が一定とした場合、所定部分に流れる電流が変化することとなる。しかし、フィラーワイヤ部分の抵抗値は、通常、このフィラーワイヤに通電するための回路の総抵抗（例えば、フィラーワイヤに接続するためのケーブルの抵抗、溶接対象の金属材の抵抗、溶融池の抵抗、電源装置の抵抗、フィラーワイヤと溶融池との接触抵抗等の総和）よりも十分に小さい。したがって、通電部分の長さを変更したとしても、フィラーワイヤにはほぼ一定の電流が流れる。その結果、フィラーワイヤの所定部分における単位時間当たり発熱は、通電部分の長さに関わらずほぼ一定となる。つまり、フィラーワイヤの先端温度を、通電部分の長さに応じて変更することができる。
【００２２】
次に、請求項２に記載の発明によれば、撮像手段で撮像された画像を解析して、フィラーワイヤの被溶接部位への浸入状態を解析することにより、金属部材間の連結状態が判定される。そして、判定手段の判定結果に基づいて、前記第１電極が前記電極移動手段により移動される。これにより、レーザー溶接中、浸入状態に応じた溶接が可能となる。
【００２３】
また、請求項３に記載の発明によれば、前記被溶接部位において前記フィラーワイヤの所定以上の曲りを検出したときに、金属部材間の連結状態が良好でないと判定される。フィラーワイヤに所定以上の曲りが生じているときには、その端部が十分に溶融せず、金属材における溶融していない部分に突き当たっているものと考えられる。つまり、被溶接部位へ供給される熱量の不足により金属部材間の連結状態が良好でないと考えられる。そこで、このような場合、金属部材間の連結状態が良好でないと判定する。そして、このような場合、前記電極移動手段により、前記第１電極が前記フィラーワイヤの端部から離れる方向に移動される。これにより、フィラーワイヤにおける通電部分の長さが長くなって、端部側の温度を現状よりも高くすることができる。その結果、熱量の不足による金属部材の連結の不具合が解消される方向に変化することとなる。
【００２４】
また、請求項４に記載の発明によれば、前記第１電極は、前記フィラーワイヤを移動可能に支持するローラにより構成されているから、フィラーワイヤの移動を支持しつつ、フィラーワイヤに電流を流すことができる。すなわち、一つの部材で電極と支持体とを共用することができ、フィラーワイヤ供給装置を構成する部品を削減することができる。
【００２５】
また、請求項５に記載の発明によれば、前記フィラーワイヤを、前記レーザー光の被照射部位に形成されて溶融金属が貯留されてなる溶融池に、その端部が接触するように前記レーザー光被照射部位よりも後方の位置から供給し、前記フィラーワイヤを、溶融池に接触したときに該溶融池の熱とで溶融するように加熱する場合に、前記各請求項の作用、効果が得られる。すなわち、前記フィラーワイヤを、レーザー光でなく、溶融池の熱とで溶融させる場合においては、フィラーワイヤが十分に加熱されていないと、フィラーワイヤが溶融されない虞がある。しかし、前記各請求項に記載の発明を適用することにより、この問題を良好に解消することができる。
【００２６】
また、請求項６に記載の方法発明によれば、請求項１に記載の装置発明において説明した作用、効果が得られることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るレーザー溶接装置の外観斜視図である。
【図２】二枚の金属板の溶接部の断面写真である。
【図３】レーザー溶接中における金属板のレーザー光被照射部位及びその近傍の状態を示す斜視図である。
【図４】（ａ）：レーザー溶接中における金属板のレーザー光被照射部位及びその近傍の状態を示す平面図である。（ｂ）：（ａ）図のＡ−Ａ断面図である。
【図５】（ａ）：図４（ｂ）のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）：図４（ｂ）のＣ−Ｃ断面図、（ｃ）：図４（ｂ）のＤ−Ｄ断面図、（ｄ）：図４（ｂ）のＥ−Ｅ断面図、（ｅ）：図４（ｂ）のＦ−Ｆ断面図、（ｆ）：図４（ｂ）のＧ−Ｇ断面図である。
【図６】溶接開始時にフィラーワイヤの溶融に不具合が生じた場合の一例を説説明するための図４（ｂ）と同断面による説明図である。
【図７】ワイヤ加熱ヘッドの前後方向断面図である。
【図８】ワイヤ加熱ヘッドの横方向断面図（図７のＨ−Ｈ断面図）である。
【図９】レーザー溶接装置の制御ブロック図である。
【図１０】溶接時における作用の説明図である（その１）。
【図１１】溶接時における作用の説明図である（その２）。
【図１２】フィラーワイヤにおける通電部分の長さを変更したときにおける温度上昇量及び先端温度の特性図である。
【図１３】フィラーワイヤ加熱装置全体の抵抗の説明図である。
【図１４】本実施の形態のその他の例を説明するための図１０相当の図である（その１）。
【図１５】本実施の形態のその他の例を説明するための図１０相当の図である（その２）。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態に係るレーザー溶接方法、及びレーザー溶接装置について説明する。
【００２９】
図１は、本実施の形態に係るレーザー溶接装置１の外観斜視図である。このレーザー溶接装置１は、レーザー光ＬＢ（レーザービーム）を発生するレーザーヘッド２と、該レーザーヘッド２からのレーザー光被照射位Ｌの後方にフィラーワイヤＸを供給するフィラーワイヤ供給装置３と、レーザーヘッド２及びフィラーワイヤ供給装置３を支持すると共にワークＷに対して移動させる移動装置４とを有している。なお、ワークＷとしては、互いに逆方向に膨らんでフランジ同士が上下に重ね合わされた断面ハット状の金属板Ｗ１，Ｗ２を一例として示している。金属板Ｗ１，Ｗ２のフランジは複数のクランプ５…５により把持されているが、金属板Ｗ１，Ｗ２の精度上、対向する面の間に隙間Ｚが生じている。
【００３０】
レーザーヘッド２は、例えばＹＡＧレーザー、炭酸ガスレーザー等の高出力レーザーを利用して構成されていると共に、レーザー出力が可変とされている。レーザー光の焦点位置は可変であるが、本実施の形態においては上側金属板Ｗ１の上面に設定されている。
【００３１】
フィラーワイヤ供給装置３は、フィラーワイヤＸが巻回されたワイヤロール１２と、モータ（図示せず）により駆動され、該ワイヤロール１２からフィラーワイヤＸを繰り出す繰り出しローラ１３と、レーザー光ＬＢの被照射部位Ｌの近傍に配置されたワイヤ供給ノズル１１と、該ノズル１１の後部に設けられ、フィラーワイヤＸを加熱するフィラーワイヤ加熱ヘッド４０と、前記繰り出しローラ１３とフィラーワイヤ加熱ヘッド４０との間に設けられ、前記繰り出しローラ１３により繰り出されたフィラーワイヤＸを前記加熱ヘッド４０まで誘導するチューブ１４とを有している。モータは、回転速度の制御が可能なサーボモータにより構成され、これにより、被溶接部位（本実施の形態においては後述する溶融池ＷＹが相当する）へのワイヤＸの供給量が調整可能になっている。
【００３２】
移動装置４は、前記レーザーヘッド２及びフィラーワイヤ供給装置３が取り付けられた支持部材２１と、該支持部材２１の下端部に取り付けられた台状部材２２と、工場床等に配設され、前記台状部材２２を摺動可能に支持するレール部材２３と、前記台状部材２２をレール部材２３に沿って移動させる移動機構（図示せず）とを有している。このように移動させる移動機構は公知のものにより種々構成可能であり説明は省略するが、駆動源は回転速度の制御が可能なサーボモータ（図示せず）により構成され、これによりレーザーヘッド１１及びフィラーワイヤ供給装置３のワークＷに対する移動速度が調整可能になっている。
【００３３】
また、レーザー溶接装置１は、フィラーワイヤＸを所定温度に加熱するフィラーワイヤ加熱装置６を有している。このフィラーワイヤ加熱装置６は、フィラーワイヤＸの端部側に通電することにより、該ワイヤＸに生じるジュール熱で該ワイヤＸを加熱するものであり、加熱電源装置３１と、前述の加熱ヘッド４０と、加熱電源装置３１と加熱ヘッド４０とを接続する加熱ヘッド接続ケーブル３２と、該加熱電源装置３１と前記複数のクランプ５…５の一つとを接続するクランプ接続ケーブル３３とを有し、加熱電源装置３１から流れる電流が、ノズル接続ケーブル３２、加熱ヘッド４０、フィラーワイヤＸ、金属板Ｗ１，Ｗ２、クランプ５、クランプ接続ケーブル３３を介して加熱電源装置３１に戻るようになっている。ここで、前記所定温度は、フィラーワイヤＸの端部が後述する溶融池ＷＹに接触したときに該溶融池ＷＹ（溶融金属Ｗｙ）の熱とで溶融する温度に設定されている。フィラーワイヤＸを所定温度に加熱するための電流値については実験等を行って導けばよい。
【００３４】
図２は、隙間Ｚが生じた二枚の金属板Ｗ１，Ｗ２をフィラーワイヤＸを供給しながら溶接した場合に、良好な溶接強度が得られたワークについての幅方向断面写真（一例）である。この写真からわかるように、二枚の金属板Ｗ１，Ｗ２は溶融金属Ｗｙが固化して形成されたビードＷＢを介して連結される。また、このビードＷＢの幅方向左右には、上下の金属板Ｗ１，Ｗ２のそれぞれに金属組織変化が生じた熱影響部ＷＣ１，ＷＣ２（ビードＷＢの左右において白っぽく変色している間の部分）が存在している。なお、図３は、一例であり、上下の金属板Ｗ１，Ｗ２の板厚がそれぞれ１．６ｍｍ、隙間Ｚが１．３ｍｍのものである。
【００３５】
ここで、このような構造は、レーザー光ＬＢにより溶融された上側の金属板Ｗ１及びフィラーワイヤＸの溶融金属が、下側金属板Ｗ２まで垂下して上下の金属板Ｗ１，Ｗ２を連結し、この溶融金属が冷却、固化してビードＷＢを形成することにより形成される。また、熱影響部ＷＣ１，ＷＣ２は、溶融金属の熱が金属板Ｗ１，Ｗ２の幅方向に伝達されることにより形成される。
【００３６】
ところで、本願発明者の知見によれば、フィラーワイヤをレーザー光で溶融させるように構成した場合、フィラーワイヤの溶融にレーザーのエネルギーが消費されて例えば上側の金属板の溶融が不十分になり、その結果、フィラーワイヤの溶融金属も下方へ垂下できず、上下の金属板が溶融金属により良好に連結されないことがある。そこで、本実施の形態においては、フィラーワイヤをレーザー光で溶融させるのでなく、以下のような方法により溶融させるようにしている。
【００３７】
まず、図３により溶接方法の概要について説明すると、上下に重ね合わされた状態で対向する面の間に隙間Ｚが生じた平板状の二枚の金属板Ｗ１，Ｗ２のうちの上側の金属板Ｗ１表面に向けてレーザー光ＬＢを照射しつつ該レーザー光ＬＢを溶接経路Ｒに沿ってこれら二枚の金属Ｗ１，Ｗ２板に対して相対的に移動させ、これにより、上側の金属板Ｗ１のレーザー光被照射部位Ｌを溶融させて上下に貫通する溶融穴部ＷＫを形成すると共に、これらの溶融金属が先に形成された溶融穴部に貯留されてなる溶融池ＷＹを溶接経路Ｒ後方に形成させる。そして、溶融池ＷＹの熱とで溶融するように加熱されたフィラーワイヤＸを、端部が前記溶融池ＷＹにおける溶融穴部ＷＫの後方近傍部位（該部位の具体的な位置については後述する）に接触するように該溶融池ＷＹの後方から供給し、これにより、フィラーワイヤＸの端部を溶融させて溶融池ＷＹに溶融金属を追加供給する。
【００３８】
図４、図５を参照しつつ詳しく説明すると、まず、図４（ａ），（ｂ）、図５（ａ）に示すように、溶接経路Ｒにおけるレーザー光ＬＢの中心ＬＢｃの前方近傍では、上側の金属板Ｗ１におけるレーザー光中心ＬＢｃ近傍の金属が溶融され、溶融金属Ｗｙが生成されている。また、溶融金属Ｗｙの周囲には、該溶融金属Ｗｙから伝達される熱により金属組織変化が生じた熱影響部ＷＣ１が生じている。ＷＫは、レーザー光ＬＢにより金属がプラズマ状態となり、その圧力により溶融金属Ｗｙを周囲に押しやって形成された溶融穴部（キーホール）であり、この図にはその前部があらわれている。
【００３９】
図４（ｂ）、図５（ｂ）に示すように、溶接経路Ｒにおけるレーザー光中心ＬＢｃ位置においては、溶融穴部ＷＫは上側の金属板Ｗ１を貫通して下側の金属板Ｗ２に達している。そして、下側の金属板Ｗ２においても、レーザー光中心ＬＢｃ近傍の金属が溶融され、溶融金属Ｗｙが生成されている。上側の金属板Ｗ１の溶融金属Ｗｙは重力により下側金属板Ｗ２側へ垂下し始めている。下側金属板Ｗ２の溶融金属Ｗｙの周囲に熱影響部ＷＣ２が生じている。
【００４０】
図４（ｂ）、図５（ｃ）に示すように、溶接経路Ｒにおけるレーザー光中心ＬＢｃの後方近傍では、上側金属板Ｗ１の溶融金属Ｗｙが重力によりさらに下方へ垂下しているものの、溶融金属Ｗｙには表面張力により塊化作用が生じているので、上側金属板Ｗ１と下側金属板Ｗ２とが連結されるに至っていない。
【００４１】
図４（ｂ）、図５（ｄ）に示すように、溶接経路Ｒにおけるレーザー光中心ＬＢｃよりも後方位置においては、溶融金属Ｗｙが、先に形成されていた溶融穴部に貯留されることにより溶融池ＷＹが形成されている。
【００４２】
また、この図４（ｂ）、図５（ｄ）に示すように、本実施の形態においては、前述のように溶融池ＷＹの熱とで溶融するように加熱されたフィラーワイヤＸが、溶融池ＷＹの後方からその端部が該溶融池ＷＹにおける溶融穴部ＷＫの後方近傍部位に接触するように供給され、該ワイヤＸの端部が溶融して溶融金属Ｗｙ′が生成される。そして、この新たに生成された溶融金属Ｗｙ′が溶融池ＷＹ内に供給されることにより、もとから存在していた溶融池ＷＹ内の溶融金属Ｗｙが下方に押しやられて、該溶融金属Ｗｙの隙間Ｚを越えた下方への垂下が促進され、上側の金属板Ｗ１と下側の金属板Ｗ２とが溶融金属Ｗｙ，Ｗｙ′により連結されることとなる。そして、図４（ｂ）、図５（ｅ）に示すように、溶接経路Ｒにおけるレーザー光中心ＬＢｃよりもさらに後方位置においては、溶融池ＷＹの溶融金属Ｗｙが下側から固化し始め、図５（ｆ）に示すように、さらに後方においては、溶融池ＷＹの溶融金属が上から下まで全て固化し、図２に示すような断面の被溶接部位が形成されることとなる。
【００４３】
ここで、フィラーワイヤＸの供給条件等について詳しく説明すると、図３、図４（ａ），（ｂ）に示すように、該フィラーワイヤＸは、矢印β（図４（ｂ）に記載）で示すように、端部側が溶接経路Ｒに沿いかつ前下がりに傾斜した状態で溶融池ＷＹに接触するように供給される。より詳しくは、フィラーワイヤＸにおける上側金属板Ｗ１の上面と交差する部位の前端位置が、レーザー光中心ＬＢｃから溶接経路Ｒ後方の距離Ｄｘの位置となるように供給される。この距離Ｄｘは、（１）フィラーワイヤＸの端部側が上側金属板Ｗ１の上面位置においてレーザー光ＬＢの照射を受けず、かつ（２）溶融穴部ＷＫの後端位置が溶接中に多少変動した場合でも溶融池ＷＹ内にフィラーワイヤＸの端部が接触し、さらに（３）レーザー光中心ＬＢｃからできるだけ近いという３条件を満たす距離に設定される。なお、この位置が、溶融池ＷＹにおける溶融穴部ＷＫの後方近傍部位を規定する位置である。本実施の形態においては、距離Ｄｘは、例えばレーザー光ＬＢのビーム径の２倍の距離に設定されている。
【００４４】
以上のような本実施の形態によれば、フィラーワイヤＸは、溶融池ＷＹの熱とで溶融するように加熱された状態でレーザー光被照射部位Ｌの後方から端部が前記溶融池ＷＹに接触するように供給されることにより、レーザー光ＬＢでなく溶融池ＷＹとの接触により溶融することとなる。したがって、レーザー光ＬＢのエネルギーが、フィラーワイヤＸの溶融に消費されずに専ら金属板の溶融に利用されることとなって、上側の金属板Ｗ１の溶融穴部ＷＫの形成が安定することとなる。つまり、上側の金属板Ｗ１及びフィラーワイヤＸの溶融金属Ｗｙ（Ｗｙ′）を下側金属板Ｗ２側へ垂下可能とさせるための構造が安定して形成されることとなる。しかも、溶融池ＷＹとの接触により生成されたフィラーワイヤＸの溶融金属Ｗｙ′により、もともと溶融池ＷＹ内に存在していた溶融金属Ｗｙが下方に押しやられることとなるので、溶融池ＷＹの溶融金属Ｗｙの隙間Ｚを越えた下方への垂下が促進され、もって上下の金属板Ｗ１，Ｗ２が安定して良好に連結されることとなる。この溶融金属Ｗｙの下方への垂下の促進の現象は、溶融金属Ｗｙがコーキング材のように隙間Ｚに注入されてこれを満たすように移動するというように理解することもできる。
【００４５】
また、本実施の形態においては、フィラーワイヤＸを端部が前記溶融池ＷＹにおける前記溶融穴部ＷＫの後方近傍部位に接触するように供給するから、フィラーワイヤＸが溶融池ＷＹの中でも特に高温な溶融金属Ｗｙに接触することとなる。したがって、該ワイヤＸの端部が良好に溶融することとなる。
【００４６】
ここで、距離Ｄｘを前述のように規定した場合、溶融穴部ＷＫの後端が大きく後退した場合、溶融池ＷＹにフィラーワイヤＸの端部が接触しなくなって、溶融池ＷＹとの熱での該ワイヤＸの端部の溶融が不可能となるが、本実施の形態においては、フィラーワイヤＸは、端部側が溶接経路Ｒに沿いかつ前下がりに傾斜した状態で溶融池ＷＹに接触するように供給されるから、ワイヤＸの端部が溶融池ＷＹにおいて溶融されなかった場合には、端部はレーザー光ＬＢの被照射部位Ｌに達し、レーザー光ＬＢの照射により溶融されることとなる。すなわち、万一フィラーワイヤＸの端部が溶融池ＷＹにおいて溶融しなかった場合でも、フィラーワイヤＸが溶融しないのが防止されることとなる。なお、図４（ｂ）に示すように、レーザー光中心ＬＢｃとフィラーワイヤＸの中心線Ｘｃとの交差位置を、上側の金属板Ｗ１よりも下方となるように設定しておけば、レーザー光ＬＢにより、上側の金属板Ｗ１の溶融を良好に行いつつフィラーワイヤＸの溶融を行うことができる。
【００４７】
ところで、本願発明者の知見によれば、解決しようとする課題の欄において説明したように、フィラーワイヤＸを供給しつつ金属部材をレーザー溶接する場合、周囲の温度や金属部材の温度等、種々の条件の変化により溶接状態が変化する。例えばフィラーワイヤの端部に作用する熱量が不足して、フィラーワイヤＸの溶融が適切に行われず、その結果、被溶接部位においてフィラーワイヤＸの溶け残りが生じるような場合がある。
【００４８】
そこで、本実施の形態のフィラーワイヤ供給装置３では、複数の金属部材の被溶接部位にフィラーワイヤＸを供給しながらレーザー溶接する場合に、フィラーワイヤＸの溶融を溶接開始時から良好に行い、もってレーザー溶接状態を安定させることが可能なように構成している。
【００４９】
詳しく説明すると、図７、図８に示すように、本実施の形態のフィラーワイヤ供給装置３では、フィラーワイヤ加熱装置６のワイヤ加熱ヘッド４０が、箱状の筐体４１と、筐体４１内に収容され、フィラーワイヤＸの端部近傍部分に接触する上下一対のローラ５１Ａ，５１Ｂと、このローラ５１Ａ，５１ＢをフィラーワイヤＸの長手方向に沿って移動させる移動機構６０とを有している。
【００５０】
ローラ５１Ａ，５１Ｂは、その側方で、筐体４１内で前記移動機構６０によりフィラーワイヤの長手方向に移動可能に支持された一対の支持部材５２，５２に、支持軸５３Ａ，５３Ｂを介して回動可能に支持されている。支持部材５２，５２の上部間には、第１ローラ５１Ａ，５１Ｂの上方において絶縁材５４を介して電極５５が取り付けられ、電極５５は上側のローラ５１Ａに接触している。電極５５には、加熱ヘッド接続ケーブル３２が接続されている。第１ケーブル３２における筐体４１内の部分は、支持部材５２，５２等の移動に支障を生じないように十分な長さを有し、かつ下方に垂れ下がれないための処置が施されている。電極５５は、例えば炭素材等により構成されている。
【００５１】
上側のローラ５１Ａは、金属材により形成され、下側のローラ５１Ｂはセラミックスにより形成されている。上側のローラ５１Ａは、支持軸５３Ａに対して絶縁材５６を介して固定されている。
【００５２】
上側の支持軸５３Ａは、回転駆動可能に構成されている。詳しく説明すると、上側の支持軸５３Ａの一端に、ギヤ５７が固設されると共に、一方の支持部材５２に、このギヤ５７に噛み合うギヤ５８を駆動軸５９ａの端部に備えたモータ５９が取り付けられている。モータ５９の回転は、後述するコントロールユニット１００により制御される。
【００５３】
下側のローラ５１Ｂの支持軸５３Ｂは、支持部材５２に対して所定範囲で上下に移動可能に支持されると共に、図示しない付勢手段を介して上側のローラ５１Ａ方向に付勢されている。これにより、上側のローラ５１Ａと下側のローラ５１ＢとでフィラーワイヤＸが上下から挟持される。
【００５４】
移動機構６０は、筐体４１の上壁及び下壁の内面における支持部材５２，５２の上方及び下方となる位置で、前後に延び、支持部材５２，５２を前後方向に摺動可能に支持するレール６１，６１，６２，６２を有している。筐体４１の上壁及び下壁の内面におけるレール６１，６１，６２，６２の左右には、前後に延びるラック６３，６３，６４，６４が設けられている。一方の支持部材５２の下部には両軸型のモータ６５が固定され、その駆動軸６５ａは支持部材５２，５２を貫通して左右に延び、かつ両端部に下側のラック６４，６４に噛み合うギヤ６６，６６が取り付けられている。また、支持部材５２，５２の上部側には、該部材５２，５２を貫通して左右に延び、かつ該部材５２，５２に回動可能に支持される回転軸６７が設けられている。この回転軸６７の両端部には、上側のラック６３，６３に噛み合うギヤ６８，６８が取り付けられている。回転軸６７及び前記モータ６５の駆動軸６５ａの一端部にはそれぞれギヤ６９，７０が取り付けられると共に、これらのギヤ６９，７０間にはベルト７１が巻き掛けられている。上部側のラック６１、ギヤ６８，６９と、下部側のラック６４、ギヤ６６，７０とは、同構造とされている。このような構成によれば、モータ６５を作動させると、上下のギヤ６８，６８，６９，６９は、ラック６３，６３，６４，６４上で同速度で回転する。支持部材６２，６２は、レール６１，６１，６２，６２により支持されて、同姿勢を保ちつつ、フィラーワイヤＸの長手方向に移動する。そして、支持部材６２，６２に支持された上側ローラ５１ＡのフィラーワイヤＸに対する接触位置が変化し、その結果、フィラーワイヤＸに対する通電長が変化することとなる。
【００５５】
図９に示すように、本実施の形態に係るレーザー溶接装置１は、溶接制御を行うコントロールユニット１００と、前記移動装置４の支持部材２１に固定され、前記ワークＷの被溶接部位及びその近傍を上方から撮像する撮像装置１１０とを備えている。
【００５６】
撮像装置１１０は、例えば所定周期毎に画像を取得可能な（動画を取得可能な）ＣＣＤカメラにより構成され、取得された画像はその都度コントロールユニット１００に出力される。なお、移動装置４の支持部材２１には、上側の金属板Ｗ１におけるレーザー光被照射部位Ｌ及びその近傍を照明するランプ９が設けられている。このランプ９は、溶接経路Ｒを挟んで撮像装置１１０とは反対側に配設され、前記金属板Ｗ１におけるレーザー光被照射部位Ｌ及びその近傍を斜め上方から照明している。また、このランプ９としては例えばキセノンランプが使用可能である。
【００５７】
コントロールユニット１００は、レーザーヘッド２（レーザー光）が両金属板Ｗ１，Ｗ２に対して所定速度で移動するように、移動装置４のモータ２４に回転速度制御信号を出力する。
【００５８】
また、コントロールユニット１００は、フィラーワイヤ供給装置１０のモータ１５に、フィラーワイヤＸを所定供給速度で供給するように、回転速度制御信号を出力する。
【００５９】
また、コントロールユニット１００は、溶接実行時、ワイヤ加熱ヘッド４０の第１ローラ５１Ａ，５１Ｂ用のローラ駆動用モータ５９に、フィラーワイヤＸを前記ワイヤ供給用のモータ１５による供給と同じ速度で供給するように、回転速度制御信号を出力する。
【００６０】
また、コントロールユニット１００は、溶接開始時、溶接開始信号をフィラーワイヤ加熱電源装置３１に出力する。
【００６１】
また、コントロールユニット１００は、溶接開始後、撮像装置１１０から画像が入力される都度画像を解析すると共に、その解析結果に基づいて、ローラ移動用モータ６５を駆動する。詳しく説明すると、画像を解析した結果、図６に示すように、フィラーワイヤＸの曲がりや、ノズル１１の変位が検出された場合、ローラ５１Ａ，５１Ｂが端部（先端（以下、適宜、説明便宜上、端部という用語に代えて先端という用語を用いる。））から離れる方向に移動するようにローラ移動用モータ６５を駆動する。そして、その後の画像を順次解析した結果、フィラーワイヤＸの曲がりや、ノズル１１の変位が検出されなくなった場合、ローラ５１Ａ，５１Ｂを当初位置に戻すようにローラ移動用モータ６５を駆動する。
【００６２】
次に、本実施の形態のフィラーワイヤ供給装置の作用について説明する。
【００６３】
まず、コントロールユニット１００に対して例えば溶接開始操作スイッチ等を介して溶接開始指示が入力されると、コントロールユニット１００は、レーザーヘッド２、移動装置用モータ２４、フィラーワイヤ供給装置用モータ１５、ローラ駆動用モータ５９、ローラ移動用モータ６５、及びフィラーワイヤ加熱電源装置３１をそれぞれ所定の条件で同時に作動させる。前記所定の条件は各装置毎に予め設定され、あるいは溶接開始前に設定される。
【００６４】
フィラーワイヤＸの供給が開始して、図１０に示すようにフィラーワイヤＸの端部が金属板Ｗ１の溶融池ＷＹ（被溶接部位）に接触すると、加熱電源装置３１のプラス端子から、加熱ヘッド接続ケーブル３２，電極５５、上側のローラ５１Ａ（特許請求の範囲における第１電極に相当する），フィラーワイヤＸ、金属板Ｗ１，Ｗ２、クランプ５（特許請求の範囲における第２電極に相当する）、クランプ接続ケーブル３３を介してマイナス端子に戻る電流ルートが形成される（つまり通電される）。したがって、フィラーワイヤＸにおける上側のローラ５１Ａと接触した部分よりも端部側の部分にジュール熱が発生し、当該部分が加熱される。したがって、溶融池ＷＹに供給されたときにおけるフィラーワイヤＸの溶融が促進されることとなる。
【００６５】
一方、このようにフィラーワイヤＸを供給しながらレーザー溶接しているときに、コントロールユニット１００により、撮像装置１１０から入力される画像の解析結果に基づいて溶接状態が良好でないことが検出されたときは、以下のように処理が行われる。
【００６６】
例えば、画像を解析した結果、図１１に示すようにフィラーワイヤＸの端部側の曲がりや、ノズル１１の変位が検出された場合、フィラーワイヤＸの端部側が十分に溶融せずに、前述の図６のように、金属板Ｗ１，Ｗ２における溶融していない部分に突き当たっているものと考えられる。つまり、被溶接部位へ供給される熱量の不足により上下の金属板Ｗ１，Ｗ２間の連結状態が良好でないと考えられる。
【００６７】
この場合、ローラ５１Ａ，５１Ｂが仮想線で示すように端部（先端）から離れる方向に移動するようにローラ移動用モータ６５が駆動される。例えば、図１１に示すように先端から離れる方向にΔＬ移動させる。こうすることにより、フィラーワイヤＸにおける電流が流れる部分の長さがＬ１からＬ２（Ｌ１＋ΔＬ）に長くなる。したがって、後述するようにフィラーワイヤＸの端部の温度の上昇量が増加することとなる。その結果、熱量の不足による金属板Ｗ１，Ｗ２の連結の不具合が解消される。
【００６８】
ここで、フィラーワイヤＸを所定速度で供給している状態におけるフィラーワイヤＸの発熱は以下のようになる。例えば、ローラ５１Ａ（第１の電極）よりも上流側から長手方向に微小な長さを有する任意の一部分（以下、所定部分ｘａ（図面には符号なし）という）が所定速度で送られてきたものとすると、この所定部分ｘａには、ローラ５１Ａ位置に到達したときから溶融池ＷＹに到達するまでの所定時間、電流が流れることとなる。この所定時間の間、所定部分ｘａは、その抵抗により発熱して徐々に温度が上昇し、先端側ほど温度が高くなる。ここで、前記所定時間は、フィラーワイヤＸにおける通電部分（フィラーワイヤＸにおけるローラ５１Ａに接している位置と、フィラーワイヤＸの先端との間の部分（被溶接部位との接触部））の長さを前記所定速度で除した時間となる。
【００６９】
そして、図１０に示すようにフィラーワイヤＸを所定速度で送っている状態において、図１１のようにローラ５１Ａを例えばワイヤＸの先端から離れる方向にΔＬ移動させると、フィラーワイヤＸにおける通電部分の長さもＬ１からＬ２（Ｌ１＋ΔＬ）に長くなる。したがって、所定部分ｘａに対する通電時間が長くなり、その結果、図１２（ａ）に示すように、所定部分ｘａの温度上昇量も前記通電部分の長さの変化に対応してΔＴ１からΔＴ２に大きくなる。その結果、図１２（ｂ）に示すように、フィラーワイヤＸの先端温度（溶融池ＷＹに接触する直前の温度）は、例えばワイヤＸが加熱される前をＴ０とした場合、通電部分の長さがＬ１のときはＴ１に上昇し、通電部分の長さがＬ２のときは、Ｔ１よりも（ΔＴ２−ΔＴ１）分高いＴ２まで上昇することとなる。すなわち、ローラ５１Ａを、フィラーワイヤＸの先端との間の距離が変化するように該ワイヤＸの長手方向に移動させることにより、フィラーワイヤＸの先端温度を任意に制御することができる。なお、フィラーワイヤＸの材質が例えば鉄である場合は、ワイヤＸの先端温度が例えば融点よりも若干低い１４００度程度となるように制御することにより、溶融池ＷＹにフィラーワイヤＸの端部が接触したときにおける安定かつ良好な溶融性を確保することができる。
【００７０】
なお、フィラーワイヤＸの通電部分の長さを変化させると、フィラーワイヤ加熱装置全体としての回路抵抗が変化するので、通電電流が変化する。しかし、フィラーワイヤＸの通電部分の抵抗値ＲＸは、このフィラーワイヤＸに通電するための回路の総抵抗ＲＯ（図１３に示すように、フィラーワイヤＸに接続するためのケーブル３２，３３の抵抗ＲＬ１，ＲＬ２、溶接対象の金属板Ｗ１，Ｗ２部分の抵抗ＲＰ、溶融池ＷＹの抵抗ＲＹ、溶融池ＷＹとフィラーワイヤＸとの接触抵抗Ｒｔ１、フィラーワイヤＸとローラ５１Ａとの接触抵抗Ｒｔ２、ローラ５１Ａと電極５５との接触抵抗Ｒｔ３、加熱電源装置３１の抵抗値ＲＤ、フィラーワイヤＸ部分の抵抗値ＲＸの総和）と比較すると、十分に小さい（ＲＸ≪ＲＯ）。したがって、電源装置３１の出力電圧Ｖが一定とした場合、通電部分の長さを変更したとしても、総抵抗ＲＯの変動はわずかなものであり、その結果、電流値（＝Ｖ／ＲＯ）の変化もわずかである。つまり、フィラーワイヤＸには変更前とほぼ同じ値の電流が流れるので、フィラーワイヤＸの所定部分ｘａにおける単位時間当たり発熱は、通電部分の長さの変化に関わらずほぼ一定となる。
【００７１】
一方、このようにローラ５１Ａ，５１Ｂを移動させた後において、画像を順次解析した結果、フィラーワイヤＸの曲がりや、ノズル１１の変位が検出されなくなった場合には、ローラ５１Ａ，５１Ｂを、実線で示す当初位置に戻すようにローラ移動用モータ６５が駆動される。こうすることにより、フィラーワイヤＸにおける電流が流れる部分の長さが短くなる。したがって、フィラーワイヤＸの端部の温度が低下することとなる。
【００７２】
以上、説明したように本実施の形態によれば、フィラーワイヤＸに電流を流す部分（通電部分）の長さを変化させて、フィラーワイヤＸの端部の温度を制御することにより、金属板Ｗ１，Ｗ２の連結状態が良好となるように改善することができる。
【００７３】
また、撮像装置１１０で撮像された画像を解析して、フィラーワイヤＸの溶融池ＷＹを含む溶融池ＷＹ（被溶接部位）への浸入状態を解析することにより、金属板Ｗ１，Ｗ２間の連結状態が判定される。そして、判定結果に基づいて、ローラ５１Ａが移動される。これにより、レーザー溶接中、浸入状態に応じた溶接が可能となる。
【００７４】
また、フィラーワイヤＸを移動可能に支持するローラ５１Ａ，５１Ｂが、フィラーワイヤＸの端部近傍部位に通電するための電極（特許請求の範囲における第１電極）を構成しているから、フィラーワイヤＸの移動を支持しつつ、フィラーワイヤＸに電流を長すことができる。すなわち、一つの部材で電極と支持体とを共用することができ、フィラーワイヤ供給装置３を構成する部品を削減することができる。
【００７５】
（その他の実施の形態）
以上説明した実施形態は、本発明を実施するための一態様であり、これ以外にも種々の態様で実現可能である。
【００７６】
すなわち、前記実施形態では、撮像装置１１０の撮像画像に基づいてフィラーワイヤＸの先端側の曲がりや、ノズル１１の変位が検出されたときに、ローラ５１Ａ，５１Ｂを移動させるように構成したが、図１４に示すように、ワイヤ加熱ヘッドの筐体４１内に、ワイヤの供給速度を計測可能な速度計７０を配置し、ワイヤの供給速度が所定速度よりも遅くなったことが検出されたときに、前記図１１のように、ローラ５１Ａ，５１Ｂを移動させてもよい。供給速度が所定速度よりも遅くなったときには、ワイヤＸの端部が金属板Ｗ１，Ｗ２に当接して供給が阻害されている、例えば、フィラーワイヤＸの先端側に曲がり等が生じていることが考えられるので、これを検出するものである。なお、速度計７０は、例えばノズル１１の後端近傍においてフィラーワイヤＸに摺動するローラ７１を備え、このローラ７１の回転速度を検出することにより構成することができる。
【００７７】
なお、図１５に示すように構成することもできる。すなわち、フィラーワイヤ加熱ヘッド４０を、レーザーヘッド２に対して相対回転可能にブラケット２Ａ，４０Ａを介して連結すると共に、これらのブラケット２Ａ，４０Ａ同士のなす角度を検出する角度センサ８０を設ける。そして、角度センサ８０で所定以上の角度変動が検出されたときに、前記図１１のように、ローラ５１Ａ，５１Ｂを移動させる。所定以上の角度変動が検出されたときには、ワイヤＸの端部が金属板Ｗ１，Ｗ２に当接して供給が阻害されている、つまり、フィラーワイヤＸの先端側に曲がり等が生じていることが考えられるので、これを検出するのである。
【００７８】
また、図１４、図１５の例以外にも、変位した場合にスリーブ１１に生じる反力を検出し、この検出された反力が所定以上の大きさのときに、図１１のように、ローラを移動させるようにしてもよい。
【００７９】
前記実施形態では、ローラ５１Ａを、フィラーワイヤＸに接触して通電する電極として利用したが、ローラはワイヤ支持手段としてのみ利用すると共に、電極を別途設け、この電極をフィラーワイヤの長手方向に沿って移動させるようにしてもよい。この場合、電極を移動させる移動機構は、前述の移動機構６０と同様のもので構成することができる。例えば、前記支持部材５２に電極を固定し、移動機構６０により支持部材５２を移動させることにより、電極を移動させることができる。
【００８０】
また、前記実施形態における移動機構６０は、特許請求の範囲における電極移動手段の一実施態様例であり、ローラ５１Ａ，５１Ｂをフィラーワイヤの長手方向に移動させることができる限り、種々の態様のものが利用可能である。
【００８１】
なお、前記実施の形態では、所定の条件が成立したときにローラ５１Ａ（電極）を図１０の当初位置から、図１１に示す位置までフィラーワイヤＸの先端から遠ざかるように移動させたが、当初位置を図１０の当初位置と図１１の位置との中間位置として、電極５５を先端に近づくことが可能なように構成してもよい。この場合、例えばフィラーワイヤＸが加熱され過ぎたような場合に、フィラーワイヤＸの加熱を抑制することができる。
【００８２】
前記実施形態では、フィラーワイヤＸを、レーザー光ＬＢによる被溶接部位に形成されて溶融金属が貯留されてなる溶融池に、その端部が接触するようにレーザー光被照射部位よりも後方の位置に供給し、フィラーワイヤＸを、溶融池に接触したときに該溶融池の熱とで溶融させる場合について説明したが、本発明は、レーザー光被照射部位よりも後方に限らず、他の方向からフィラーワイヤを供給し、このフィラーワイヤの端部にレーザー光を照射することにより、該フィラーワイヤを溶融する場合にも適用可能である。すなわち、予めフィラーワイヤを加熱しておくことによりレーザー光による溶融負荷が減少すると共に、フィラーワイヤの溶融性が向上するという効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明によれば、レーザー溶接状態に悪影響を与えることなく、フィラーワイヤの溶融を良好に行うことが可能なフィラーワイヤ供給装置及び供給方法を提供することができる。したがって、自動車産業の他、金属部材の溶接が必要となる産業において広く利用される可能性がある。
【符号の説明】
【００８４】
１ レーザー溶接装置
３ フィラーワイヤ供給装置
５ クランプ（第２電極）
６ フィラーワイヤ加熱装置（加熱手段）
１１ ノズル
３１ フィラーワイヤ加熱電源装置（通電手段）
４０ フィラーワイヤ加熱ヘッド
５１Ａ 第１ローラ（第１電極）
６０ 移動機構（電極移動手段）
１００ コントロールユニット（判定手段）
１１０ 撮像装置（撮像手段）
Ｌ レーザー光被照射部位
ＬＢ レーザー光
Ｒ 溶接経路
Ｘ フィラーワイヤ
Ｗ１ 上側の金属板
Ｗ２ 下側の金属板
ＷＫ 溶融穴部
ＷＹ 溶融池
Ｗｙ 溶融金属
Ｚ 隙間
【技術分野】
【０００１】
本発明は、複数の金属部材をレーザー溶接する際、レーザー光による被溶接部位にフィラーワイヤを供給するフィラーワイヤ供給装置及び供給方法に関し、レーザー溶接の技術分野に属する。
【背景技術】
【０００２】
近年、複数の金属部材の溶接方法として、レーザー溶接が利用されつつある。このレーザー溶接は、金属部材表面に向けてレーザー光を照射しつつ該レーザー光を所定の溶接経路に沿ってこれら金属部材に対して移動させることにより、複数の金属部材のレーザー光被照射部位を溶融させて線状の溶接ビードを形成させるものである。
【０００３】
ここで、金属部材間には隙間が生じている場合があり、この場合、溶融金属の不足により、金属部材同士が接合されないことがあった。この問題を解決する方法として、レーザー光の被照射部位にその移動に端部が追随するようにフィラーワイヤを供給して該ワイヤを溶融させ、溶融金属を増加させる方法が知られている。
【０００４】
溶接時におけるフィラーワイヤの溶融性を向上させるため、フィラーワイヤを加熱することが行われている。具体的には、特許文献１に開示されているように、溶接中、フィラーワイヤの端部近傍部分に通電することによりジュール熱を発生させて加熱する。さらに、詳しく説明すると、溶接時にはフィラーワイヤの端部が金属部材における被溶接部位に接触する。そこで、フィラーワイヤにおける端部近傍部分にプラス電極を接触させ、金属部材にマイナス電極を接触させ、この状態で両電極間に電圧を加える。これにより、金属部材を介してフィラーワイヤにおける端部側部分が通電される。なお、本文献１に係る溶接装置は、レーザー溶接でなく、ＴＩＧ溶接を行う装置である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００２−１０３０４０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、フィラーワイヤを供給しつつ金属部材をレーザー溶接する場合、周囲の温度や金属部材の温度等、種々の条件の変化により溶接状態が変化する。例えばフィラーワイヤの端部に作用する熱量が不足して、フィラーワイヤの溶融が適切に行われず、その結果、被溶接部位においてフィラーワイヤの溶け残りが生じるような場合がある。
【０００７】
この問題への対応としては、被溶接部位に加える熱量をコントロールすることが考えられる。具体的には、例えばレーザー出力の変更や、溶接速度（レーザー光の移動速度）の変更である。しかし、レーザー出力の変更は、金属材に形成される溶融穴部の深さ等に大きな影響を与える。また、溶接速度の変更は、生産速度に影響を与える。
【０００８】
そこで、本発明は、レーザー溶接状態に悪影響を与えることなく、フィラーワイヤの溶融を良好に行うことが可能なフィラーワイヤ供給装置及び供給方法を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記課題を解決するために、本発明は、次のように構成したことを特徴とする。
【００１０】
まず、本願の請求項１に記載の発明は、複数の金属部材に対して所定の溶接経路に沿って相対的に移動するレーザー光による被溶接部位に端部が接触状態で追随するようにフィラーワイヤを所定速度で供給するフィラーワイヤ供給装置であって、前記フィラーワイヤを加熱する加熱手段を有し、前記加熱手段は、前記フィラーワイヤの端部近傍部分に接触する第１電極と、前記金属部材に接触する第２電極と、前記第１電極と第２電極との間にフィラーワイヤ及び金属部材を介して通電する通電手段と、前記第１電極とフィラーワイヤの端部との間の距離が変化するように、前記第１電極を該フィラーワイヤへの接触を保った状態で移動させる電極移動手段とを備えることを特徴とする。
【００１１】
また、請求項２に記載の発明は、前記請求項１に記載のレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置において、前記被溶接部位を撮像する撮像手段と、該撮像手段で撮像された画像を解析して、前記フィラーワイヤの被溶接部位への浸入状態を解析することにより、金属部材間の連結状態を判定する判定手段とを備え、前記電極移動手段は、該判定手段の判定結果に基づいて、前記第１電極を移動させることを特徴とする。
【００１２】
また、請求項３に記載の発明は、前記請求項２に記載のレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置において、前記判定手段は、前期撮像手段で撮像された画像に基づいて前記フィラーワイヤの所定以上の曲りを検出したときに、金属部材間の連結状態が良好でないと判定し、前記電極移動手段は、前記判定手段によって連結状態が良好でないと判定されたときは、前記第１電極を前記フィラーワイヤの端部から離れる方向に移動させることを特徴とする。
【００１３】
また、請求項４に記載の発明は、前記請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置において、前記第１電極は、前記フィラーワイヤを移動可能に支持するローラにより構成されていることを特徴とする。
【００１４】
また、請求項５に記載の発明は、前記請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置において、前記フィラーワイヤ供給手段は、前記フィラーワイヤを、前記レーザー光による被溶接部位に形成されて溶融金属が貯留されてなる溶融池に、その端部が接触するようにレーザー光被照射部位よりも後方の位置で供給するものであることを特徴とする。
【００１５】
また、請求項６に記載の発明は、 複数の金属部材に対して所定の溶接経路に沿って相対的に移動するレーザー光による被溶接部位に端部が追随するようにフィラーワイヤを所定速度で供給するフィラーワイヤ供給方法であって、前記フィラーワイヤを通電することにより加熱する加熱工程を有し、前記加熱工程は、前記フィラーワイヤの端部近傍部分に接触する第１電極と前記金属部材のうちの少なくとも一つに接触する第２電極との間にフィラーワイヤ及び金属部材を介して通電しつつ、所定の状態が成立したときに、前記第１電極とフィラーワイヤの端部との間の距離が変化するように、前記第１電極をフィラーワイヤへの接触を保った状態で移動させることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
次に、本発明の効果について説明する。
【００１７】
まず、請求項１に記載の発明によれば、レーザー溶接の際、複数の金属部材に対して所定の溶接経路に沿って相対的に移動するレーザー光による被溶接部位に追随するように所定速度でフィラーワイヤが供給される。また、その際、前記フィラーワイヤが加熱手段により通電、加熱される。
【００１８】
ここで、フィラーワイヤを所定速度で供給している状態におけるフィラーワイヤの発熱について考える。例えば、第１の電極よりも上流側から長手方向に微小な長さを有する部分（例えば長手方向に長さ１ｍｍ分の部分。以下、所定部分という）が所定速度で送られてくると、この所定部分には、第１の電極位置に到達したときから被溶接部位に到達するまでの間、電流が流れることとなる。このとき、所定部分は、その抵抗により、第１の電極位置に到達したときから被溶接部位に到達するまでの間発熱し、徐々に温度が上昇し、端部側ほど温度が高くなる。
【００１９】
その場合に、本発明では、前記第１電極とフィラーワイヤの端部との間の距離を変更可能なように構成されている。すなわち、電極移動手段により、前記第１電極を、フィラーワイヤへの接触を保った状態で移動させて、フィラーワイヤにおける電流が流れる部分（通電部分）の長さを変更可能なように構成している。
【００２０】
これによれば、フィラーワイヤにおける所定部分が第１の電極位置に到達したときから被溶接部位に到達するまでの時間、つまり所定部分に対する通電時間が変化し、所定部分の温度上昇量も変化することとなる。例えば、第１電極をフィラーワイヤの端部（先端）から離れる方向に移動させると、所定部分に対する通電時間が長くなり、温度上昇量が大きくなる。その結果、フィラーワイヤの先端温度（溶融池に接触する直前の温度）がより上昇することとなる。これに対し、第１電極をフィラーワイヤの端部に近づく方向に移動させると、通電部分の長さが短くなって、所定部分に対する通電時間が短くなり、温度上昇量が小さくなる。その結果、フィラーワイヤの先端温度（溶融池に接触する直前の温度）の上昇が抑制されることとなる。
【００２１】
なお、フィラーワイヤにおける通電部分の長さを変化させると、加熱手段全体としての抵抗が変化するので、加熱手段の出力電圧が一定とした場合、所定部分に流れる電流が変化することとなる。しかし、フィラーワイヤ部分の抵抗値は、通常、このフィラーワイヤに通電するための回路の総抵抗（例えば、フィラーワイヤに接続するためのケーブルの抵抗、溶接対象の金属材の抵抗、溶融池の抵抗、電源装置の抵抗、フィラーワイヤと溶融池との接触抵抗等の総和）よりも十分に小さい。したがって、通電部分の長さを変更したとしても、フィラーワイヤにはほぼ一定の電流が流れる。その結果、フィラーワイヤの所定部分における単位時間当たり発熱は、通電部分の長さに関わらずほぼ一定となる。つまり、フィラーワイヤの先端温度を、通電部分の長さに応じて変更することができる。
【００２２】
次に、請求項２に記載の発明によれば、撮像手段で撮像された画像を解析して、フィラーワイヤの被溶接部位への浸入状態を解析することにより、金属部材間の連結状態が判定される。そして、判定手段の判定結果に基づいて、前記第１電極が前記電極移動手段により移動される。これにより、レーザー溶接中、浸入状態に応じた溶接が可能となる。
【００２３】
また、請求項３に記載の発明によれば、前記被溶接部位において前記フィラーワイヤの所定以上の曲りを検出したときに、金属部材間の連結状態が良好でないと判定される。フィラーワイヤに所定以上の曲りが生じているときには、その端部が十分に溶融せず、金属材における溶融していない部分に突き当たっているものと考えられる。つまり、被溶接部位へ供給される熱量の不足により金属部材間の連結状態が良好でないと考えられる。そこで、このような場合、金属部材間の連結状態が良好でないと判定する。そして、このような場合、前記電極移動手段により、前記第１電極が前記フィラーワイヤの端部から離れる方向に移動される。これにより、フィラーワイヤにおける通電部分の長さが長くなって、端部側の温度を現状よりも高くすることができる。その結果、熱量の不足による金属部材の連結の不具合が解消される方向に変化することとなる。
【００２４】
また、請求項４に記載の発明によれば、前記第１電極は、前記フィラーワイヤを移動可能に支持するローラにより構成されているから、フィラーワイヤの移動を支持しつつ、フィラーワイヤに電流を流すことができる。すなわち、一つの部材で電極と支持体とを共用することができ、フィラーワイヤ供給装置を構成する部品を削減することができる。
【００２５】
また、請求項５に記載の発明によれば、前記フィラーワイヤを、前記レーザー光の被照射部位に形成されて溶融金属が貯留されてなる溶融池に、その端部が接触するように前記レーザー光被照射部位よりも後方の位置から供給し、前記フィラーワイヤを、溶融池に接触したときに該溶融池の熱とで溶融するように加熱する場合に、前記各請求項の作用、効果が得られる。すなわち、前記フィラーワイヤを、レーザー光でなく、溶融池の熱とで溶融させる場合においては、フィラーワイヤが十分に加熱されていないと、フィラーワイヤが溶融されない虞がある。しかし、前記各請求項に記載の発明を適用することにより、この問題を良好に解消することができる。
【００２６】
また、請求項６に記載の方法発明によれば、請求項１に記載の装置発明において説明した作用、効果が得られることとなる。
【図面の簡単な説明】
【００２７】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るレーザー溶接装置の外観斜視図である。
【図２】二枚の金属板の溶接部の断面写真である。
【図３】レーザー溶接中における金属板のレーザー光被照射部位及びその近傍の状態を示す斜視図である。
【図４】（ａ）：レーザー溶接中における金属板のレーザー光被照射部位及びその近傍の状態を示す平面図である。（ｂ）：（ａ）図のＡ−Ａ断面図である。
【図５】（ａ）：図４（ｂ）のＢ−Ｂ断面図、（ｂ）：図４（ｂ）のＣ−Ｃ断面図、（ｃ）：図４（ｂ）のＤ−Ｄ断面図、（ｄ）：図４（ｂ）のＥ−Ｅ断面図、（ｅ）：図４（ｂ）のＦ−Ｆ断面図、（ｆ）：図４（ｂ）のＧ−Ｇ断面図である。
【図６】溶接開始時にフィラーワイヤの溶融に不具合が生じた場合の一例を説説明するための図４（ｂ）と同断面による説明図である。
【図７】ワイヤ加熱ヘッドの前後方向断面図である。
【図８】ワイヤ加熱ヘッドの横方向断面図（図７のＨ−Ｈ断面図）である。
【図９】レーザー溶接装置の制御ブロック図である。
【図１０】溶接時における作用の説明図である（その１）。
【図１１】溶接時における作用の説明図である（その２）。
【図１２】フィラーワイヤにおける通電部分の長さを変更したときにおける温度上昇量及び先端温度の特性図である。
【図１３】フィラーワイヤ加熱装置全体の抵抗の説明図である。
【図１４】本実施の形態のその他の例を説明するための図１０相当の図である（その１）。
【図１５】本実施の形態のその他の例を説明するための図１０相当の図である（その２）。
【発明を実施するための形態】
【００２８】
以下、本発明の実施の形態に係るレーザー溶接方法、及びレーザー溶接装置について説明する。
【００２９】
図１は、本実施の形態に係るレーザー溶接装置１の外観斜視図である。このレーザー溶接装置１は、レーザー光ＬＢ（レーザービーム）を発生するレーザーヘッド２と、該レーザーヘッド２からのレーザー光被照射位Ｌの後方にフィラーワイヤＸを供給するフィラーワイヤ供給装置３と、レーザーヘッド２及びフィラーワイヤ供給装置３を支持すると共にワークＷに対して移動させる移動装置４とを有している。なお、ワークＷとしては、互いに逆方向に膨らんでフランジ同士が上下に重ね合わされた断面ハット状の金属板Ｗ１，Ｗ２を一例として示している。金属板Ｗ１，Ｗ２のフランジは複数のクランプ５…５により把持されているが、金属板Ｗ１，Ｗ２の精度上、対向する面の間に隙間Ｚが生じている。
【００３０】
レーザーヘッド２は、例えばＹＡＧレーザー、炭酸ガスレーザー等の高出力レーザーを利用して構成されていると共に、レーザー出力が可変とされている。レーザー光の焦点位置は可変であるが、本実施の形態においては上側金属板Ｗ１の上面に設定されている。
【００３１】
フィラーワイヤ供給装置３は、フィラーワイヤＸが巻回されたワイヤロール１２と、モータ（図示せず）により駆動され、該ワイヤロール１２からフィラーワイヤＸを繰り出す繰り出しローラ１３と、レーザー光ＬＢの被照射部位Ｌの近傍に配置されたワイヤ供給ノズル１１と、該ノズル１１の後部に設けられ、フィラーワイヤＸを加熱するフィラーワイヤ加熱ヘッド４０と、前記繰り出しローラ１３とフィラーワイヤ加熱ヘッド４０との間に設けられ、前記繰り出しローラ１３により繰り出されたフィラーワイヤＸを前記加熱ヘッド４０まで誘導するチューブ１４とを有している。モータは、回転速度の制御が可能なサーボモータにより構成され、これにより、被溶接部位（本実施の形態においては後述する溶融池ＷＹが相当する）へのワイヤＸの供給量が調整可能になっている。
【００３２】
移動装置４は、前記レーザーヘッド２及びフィラーワイヤ供給装置３が取り付けられた支持部材２１と、該支持部材２１の下端部に取り付けられた台状部材２２と、工場床等に配設され、前記台状部材２２を摺動可能に支持するレール部材２３と、前記台状部材２２をレール部材２３に沿って移動させる移動機構（図示せず）とを有している。このように移動させる移動機構は公知のものにより種々構成可能であり説明は省略するが、駆動源は回転速度の制御が可能なサーボモータ（図示せず）により構成され、これによりレーザーヘッド１１及びフィラーワイヤ供給装置３のワークＷに対する移動速度が調整可能になっている。
【００３３】
また、レーザー溶接装置１は、フィラーワイヤＸを所定温度に加熱するフィラーワイヤ加熱装置６を有している。このフィラーワイヤ加熱装置６は、フィラーワイヤＸの端部側に通電することにより、該ワイヤＸに生じるジュール熱で該ワイヤＸを加熱するものであり、加熱電源装置３１と、前述の加熱ヘッド４０と、加熱電源装置３１と加熱ヘッド４０とを接続する加熱ヘッド接続ケーブル３２と、該加熱電源装置３１と前記複数のクランプ５…５の一つとを接続するクランプ接続ケーブル３３とを有し、加熱電源装置３１から流れる電流が、ノズル接続ケーブル３２、加熱ヘッド４０、フィラーワイヤＸ、金属板Ｗ１，Ｗ２、クランプ５、クランプ接続ケーブル３３を介して加熱電源装置３１に戻るようになっている。ここで、前記所定温度は、フィラーワイヤＸの端部が後述する溶融池ＷＹに接触したときに該溶融池ＷＹ（溶融金属Ｗｙ）の熱とで溶融する温度に設定されている。フィラーワイヤＸを所定温度に加熱するための電流値については実験等を行って導けばよい。
【００３４】
図２は、隙間Ｚが生じた二枚の金属板Ｗ１，Ｗ２をフィラーワイヤＸを供給しながら溶接した場合に、良好な溶接強度が得られたワークについての幅方向断面写真（一例）である。この写真からわかるように、二枚の金属板Ｗ１，Ｗ２は溶融金属Ｗｙが固化して形成されたビードＷＢを介して連結される。また、このビードＷＢの幅方向左右には、上下の金属板Ｗ１，Ｗ２のそれぞれに金属組織変化が生じた熱影響部ＷＣ１，ＷＣ２（ビードＷＢの左右において白っぽく変色している間の部分）が存在している。なお、図３は、一例であり、上下の金属板Ｗ１，Ｗ２の板厚がそれぞれ１．６ｍｍ、隙間Ｚが１．３ｍｍのものである。
【００３５】
ここで、このような構造は、レーザー光ＬＢにより溶融された上側の金属板Ｗ１及びフィラーワイヤＸの溶融金属が、下側金属板Ｗ２まで垂下して上下の金属板Ｗ１，Ｗ２を連結し、この溶融金属が冷却、固化してビードＷＢを形成することにより形成される。また、熱影響部ＷＣ１，ＷＣ２は、溶融金属の熱が金属板Ｗ１，Ｗ２の幅方向に伝達されることにより形成される。
【００３６】
ところで、本願発明者の知見によれば、フィラーワイヤをレーザー光で溶融させるように構成した場合、フィラーワイヤの溶融にレーザーのエネルギーが消費されて例えば上側の金属板の溶融が不十分になり、その結果、フィラーワイヤの溶融金属も下方へ垂下できず、上下の金属板が溶融金属により良好に連結されないことがある。そこで、本実施の形態においては、フィラーワイヤをレーザー光で溶融させるのでなく、以下のような方法により溶融させるようにしている。
【００３７】
まず、図３により溶接方法の概要について説明すると、上下に重ね合わされた状態で対向する面の間に隙間Ｚが生じた平板状の二枚の金属板Ｗ１，Ｗ２のうちの上側の金属板Ｗ１表面に向けてレーザー光ＬＢを照射しつつ該レーザー光ＬＢを溶接経路Ｒに沿ってこれら二枚の金属Ｗ１，Ｗ２板に対して相対的に移動させ、これにより、上側の金属板Ｗ１のレーザー光被照射部位Ｌを溶融させて上下に貫通する溶融穴部ＷＫを形成すると共に、これらの溶融金属が先に形成された溶融穴部に貯留されてなる溶融池ＷＹを溶接経路Ｒ後方に形成させる。そして、溶融池ＷＹの熱とで溶融するように加熱されたフィラーワイヤＸを、端部が前記溶融池ＷＹにおける溶融穴部ＷＫの後方近傍部位（該部位の具体的な位置については後述する）に接触するように該溶融池ＷＹの後方から供給し、これにより、フィラーワイヤＸの端部を溶融させて溶融池ＷＹに溶融金属を追加供給する。
【００３８】
図４、図５を参照しつつ詳しく説明すると、まず、図４（ａ），（ｂ）、図５（ａ）に示すように、溶接経路Ｒにおけるレーザー光ＬＢの中心ＬＢｃの前方近傍では、上側の金属板Ｗ１におけるレーザー光中心ＬＢｃ近傍の金属が溶融され、溶融金属Ｗｙが生成されている。また、溶融金属Ｗｙの周囲には、該溶融金属Ｗｙから伝達される熱により金属組織変化が生じた熱影響部ＷＣ１が生じている。ＷＫは、レーザー光ＬＢにより金属がプラズマ状態となり、その圧力により溶融金属Ｗｙを周囲に押しやって形成された溶融穴部（キーホール）であり、この図にはその前部があらわれている。
【００３９】
図４（ｂ）、図５（ｂ）に示すように、溶接経路Ｒにおけるレーザー光中心ＬＢｃ位置においては、溶融穴部ＷＫは上側の金属板Ｗ１を貫通して下側の金属板Ｗ２に達している。そして、下側の金属板Ｗ２においても、レーザー光中心ＬＢｃ近傍の金属が溶融され、溶融金属Ｗｙが生成されている。上側の金属板Ｗ１の溶融金属Ｗｙは重力により下側金属板Ｗ２側へ垂下し始めている。下側金属板Ｗ２の溶融金属Ｗｙの周囲に熱影響部ＷＣ２が生じている。
【００４０】
図４（ｂ）、図５（ｃ）に示すように、溶接経路Ｒにおけるレーザー光中心ＬＢｃの後方近傍では、上側金属板Ｗ１の溶融金属Ｗｙが重力によりさらに下方へ垂下しているものの、溶融金属Ｗｙには表面張力により塊化作用が生じているので、上側金属板Ｗ１と下側金属板Ｗ２とが連結されるに至っていない。
【００４１】
図４（ｂ）、図５（ｄ）に示すように、溶接経路Ｒにおけるレーザー光中心ＬＢｃよりも後方位置においては、溶融金属Ｗｙが、先に形成されていた溶融穴部に貯留されることにより溶融池ＷＹが形成されている。
【００４２】
また、この図４（ｂ）、図５（ｄ）に示すように、本実施の形態においては、前述のように溶融池ＷＹの熱とで溶融するように加熱されたフィラーワイヤＸが、溶融池ＷＹの後方からその端部が該溶融池ＷＹにおける溶融穴部ＷＫの後方近傍部位に接触するように供給され、該ワイヤＸの端部が溶融して溶融金属Ｗｙ′が生成される。そして、この新たに生成された溶融金属Ｗｙ′が溶融池ＷＹ内に供給されることにより、もとから存在していた溶融池ＷＹ内の溶融金属Ｗｙが下方に押しやられて、該溶融金属Ｗｙの隙間Ｚを越えた下方への垂下が促進され、上側の金属板Ｗ１と下側の金属板Ｗ２とが溶融金属Ｗｙ，Ｗｙ′により連結されることとなる。そして、図４（ｂ）、図５（ｅ）に示すように、溶接経路Ｒにおけるレーザー光中心ＬＢｃよりもさらに後方位置においては、溶融池ＷＹの溶融金属Ｗｙが下側から固化し始め、図５（ｆ）に示すように、さらに後方においては、溶融池ＷＹの溶融金属が上から下まで全て固化し、図２に示すような断面の被溶接部位が形成されることとなる。
【００４３】
ここで、フィラーワイヤＸの供給条件等について詳しく説明すると、図３、図４（ａ），（ｂ）に示すように、該フィラーワイヤＸは、矢印β（図４（ｂ）に記載）で示すように、端部側が溶接経路Ｒに沿いかつ前下がりに傾斜した状態で溶融池ＷＹに接触するように供給される。より詳しくは、フィラーワイヤＸにおける上側金属板Ｗ１の上面と交差する部位の前端位置が、レーザー光中心ＬＢｃから溶接経路Ｒ後方の距離Ｄｘの位置となるように供給される。この距離Ｄｘは、（１）フィラーワイヤＸの端部側が上側金属板Ｗ１の上面位置においてレーザー光ＬＢの照射を受けず、かつ（２）溶融穴部ＷＫの後端位置が溶接中に多少変動した場合でも溶融池ＷＹ内にフィラーワイヤＸの端部が接触し、さらに（３）レーザー光中心ＬＢｃからできるだけ近いという３条件を満たす距離に設定される。なお、この位置が、溶融池ＷＹにおける溶融穴部ＷＫの後方近傍部位を規定する位置である。本実施の形態においては、距離Ｄｘは、例えばレーザー光ＬＢのビーム径の２倍の距離に設定されている。
【００４４】
以上のような本実施の形態によれば、フィラーワイヤＸは、溶融池ＷＹの熱とで溶融するように加熱された状態でレーザー光被照射部位Ｌの後方から端部が前記溶融池ＷＹに接触するように供給されることにより、レーザー光ＬＢでなく溶融池ＷＹとの接触により溶融することとなる。したがって、レーザー光ＬＢのエネルギーが、フィラーワイヤＸの溶融に消費されずに専ら金属板の溶融に利用されることとなって、上側の金属板Ｗ１の溶融穴部ＷＫの形成が安定することとなる。つまり、上側の金属板Ｗ１及びフィラーワイヤＸの溶融金属Ｗｙ（Ｗｙ′）を下側金属板Ｗ２側へ垂下可能とさせるための構造が安定して形成されることとなる。しかも、溶融池ＷＹとの接触により生成されたフィラーワイヤＸの溶融金属Ｗｙ′により、もともと溶融池ＷＹ内に存在していた溶融金属Ｗｙが下方に押しやられることとなるので、溶融池ＷＹの溶融金属Ｗｙの隙間Ｚを越えた下方への垂下が促進され、もって上下の金属板Ｗ１，Ｗ２が安定して良好に連結されることとなる。この溶融金属Ｗｙの下方への垂下の促進の現象は、溶融金属Ｗｙがコーキング材のように隙間Ｚに注入されてこれを満たすように移動するというように理解することもできる。
【００４５】
また、本実施の形態においては、フィラーワイヤＸを端部が前記溶融池ＷＹにおける前記溶融穴部ＷＫの後方近傍部位に接触するように供給するから、フィラーワイヤＸが溶融池ＷＹの中でも特に高温な溶融金属Ｗｙに接触することとなる。したがって、該ワイヤＸの端部が良好に溶融することとなる。
【００４６】
ここで、距離Ｄｘを前述のように規定した場合、溶融穴部ＷＫの後端が大きく後退した場合、溶融池ＷＹにフィラーワイヤＸの端部が接触しなくなって、溶融池ＷＹとの熱での該ワイヤＸの端部の溶融が不可能となるが、本実施の形態においては、フィラーワイヤＸは、端部側が溶接経路Ｒに沿いかつ前下がりに傾斜した状態で溶融池ＷＹに接触するように供給されるから、ワイヤＸの端部が溶融池ＷＹにおいて溶融されなかった場合には、端部はレーザー光ＬＢの被照射部位Ｌに達し、レーザー光ＬＢの照射により溶融されることとなる。すなわち、万一フィラーワイヤＸの端部が溶融池ＷＹにおいて溶融しなかった場合でも、フィラーワイヤＸが溶融しないのが防止されることとなる。なお、図４（ｂ）に示すように、レーザー光中心ＬＢｃとフィラーワイヤＸの中心線Ｘｃとの交差位置を、上側の金属板Ｗ１よりも下方となるように設定しておけば、レーザー光ＬＢにより、上側の金属板Ｗ１の溶融を良好に行いつつフィラーワイヤＸの溶融を行うことができる。
【００４７】
ところで、本願発明者の知見によれば、解決しようとする課題の欄において説明したように、フィラーワイヤＸを供給しつつ金属部材をレーザー溶接する場合、周囲の温度や金属部材の温度等、種々の条件の変化により溶接状態が変化する。例えばフィラーワイヤの端部に作用する熱量が不足して、フィラーワイヤＸの溶融が適切に行われず、その結果、被溶接部位においてフィラーワイヤＸの溶け残りが生じるような場合がある。
【００４８】
そこで、本実施の形態のフィラーワイヤ供給装置３では、複数の金属部材の被溶接部位にフィラーワイヤＸを供給しながらレーザー溶接する場合に、フィラーワイヤＸの溶融を溶接開始時から良好に行い、もってレーザー溶接状態を安定させることが可能なように構成している。
【００４９】
詳しく説明すると、図７、図８に示すように、本実施の形態のフィラーワイヤ供給装置３では、フィラーワイヤ加熱装置６のワイヤ加熱ヘッド４０が、箱状の筐体４１と、筐体４１内に収容され、フィラーワイヤＸの端部近傍部分に接触する上下一対のローラ５１Ａ，５１Ｂと、このローラ５１Ａ，５１ＢをフィラーワイヤＸの長手方向に沿って移動させる移動機構６０とを有している。
【００５０】
ローラ５１Ａ，５１Ｂは、その側方で、筐体４１内で前記移動機構６０によりフィラーワイヤの長手方向に移動可能に支持された一対の支持部材５２，５２に、支持軸５３Ａ，５３Ｂを介して回動可能に支持されている。支持部材５２，５２の上部間には、第１ローラ５１Ａ，５１Ｂの上方において絶縁材５４を介して電極５５が取り付けられ、電極５５は上側のローラ５１Ａに接触している。電極５５には、加熱ヘッド接続ケーブル３２が接続されている。第１ケーブル３２における筐体４１内の部分は、支持部材５２，５２等の移動に支障を生じないように十分な長さを有し、かつ下方に垂れ下がれないための処置が施されている。電極５５は、例えば炭素材等により構成されている。
【００５１】
上側のローラ５１Ａは、金属材により形成され、下側のローラ５１Ｂはセラミックスにより形成されている。上側のローラ５１Ａは、支持軸５３Ａに対して絶縁材５６を介して固定されている。
【００５２】
上側の支持軸５３Ａは、回転駆動可能に構成されている。詳しく説明すると、上側の支持軸５３Ａの一端に、ギヤ５７が固設されると共に、一方の支持部材５２に、このギヤ５７に噛み合うギヤ５８を駆動軸５９ａの端部に備えたモータ５９が取り付けられている。モータ５９の回転は、後述するコントロールユニット１００により制御される。
【００５３】
下側のローラ５１Ｂの支持軸５３Ｂは、支持部材５２に対して所定範囲で上下に移動可能に支持されると共に、図示しない付勢手段を介して上側のローラ５１Ａ方向に付勢されている。これにより、上側のローラ５１Ａと下側のローラ５１ＢとでフィラーワイヤＸが上下から挟持される。
【００５４】
移動機構６０は、筐体４１の上壁及び下壁の内面における支持部材５２，５２の上方及び下方となる位置で、前後に延び、支持部材５２，５２を前後方向に摺動可能に支持するレール６１，６１，６２，６２を有している。筐体４１の上壁及び下壁の内面におけるレール６１，６１，６２，６２の左右には、前後に延びるラック６３，６３，６４，６４が設けられている。一方の支持部材５２の下部には両軸型のモータ６５が固定され、その駆動軸６５ａは支持部材５２，５２を貫通して左右に延び、かつ両端部に下側のラック６４，６４に噛み合うギヤ６６，６６が取り付けられている。また、支持部材５２，５２の上部側には、該部材５２，５２を貫通して左右に延び、かつ該部材５２，５２に回動可能に支持される回転軸６７が設けられている。この回転軸６７の両端部には、上側のラック６３，６３に噛み合うギヤ６８，６８が取り付けられている。回転軸６７及び前記モータ６５の駆動軸６５ａの一端部にはそれぞれギヤ６９，７０が取り付けられると共に、これらのギヤ６９，７０間にはベルト７１が巻き掛けられている。上部側のラック６１、ギヤ６８，６９と、下部側のラック６４、ギヤ６６，７０とは、同構造とされている。このような構成によれば、モータ６５を作動させると、上下のギヤ６８，６８，６９，６９は、ラック６３，６３，６４，６４上で同速度で回転する。支持部材６２，６２は、レール６１，６１，６２，６２により支持されて、同姿勢を保ちつつ、フィラーワイヤＸの長手方向に移動する。そして、支持部材６２，６２に支持された上側ローラ５１ＡのフィラーワイヤＸに対する接触位置が変化し、その結果、フィラーワイヤＸに対する通電長が変化することとなる。
【００５５】
図９に示すように、本実施の形態に係るレーザー溶接装置１は、溶接制御を行うコントロールユニット１００と、前記移動装置４の支持部材２１に固定され、前記ワークＷの被溶接部位及びその近傍を上方から撮像する撮像装置１１０とを備えている。
【００５６】
撮像装置１１０は、例えば所定周期毎に画像を取得可能な（動画を取得可能な）ＣＣＤカメラにより構成され、取得された画像はその都度コントロールユニット１００に出力される。なお、移動装置４の支持部材２１には、上側の金属板Ｗ１におけるレーザー光被照射部位Ｌ及びその近傍を照明するランプ９が設けられている。このランプ９は、溶接経路Ｒを挟んで撮像装置１１０とは反対側に配設され、前記金属板Ｗ１におけるレーザー光被照射部位Ｌ及びその近傍を斜め上方から照明している。また、このランプ９としては例えばキセノンランプが使用可能である。
【００５７】
コントロールユニット１００は、レーザーヘッド２（レーザー光）が両金属板Ｗ１，Ｗ２に対して所定速度で移動するように、移動装置４のモータ２４に回転速度制御信号を出力する。
【００５８】
また、コントロールユニット１００は、フィラーワイヤ供給装置１０のモータ１５に、フィラーワイヤＸを所定供給速度で供給するように、回転速度制御信号を出力する。
【００５９】
また、コントロールユニット１００は、溶接実行時、ワイヤ加熱ヘッド４０の第１ローラ５１Ａ，５１Ｂ用のローラ駆動用モータ５９に、フィラーワイヤＸを前記ワイヤ供給用のモータ１５による供給と同じ速度で供給するように、回転速度制御信号を出力する。
【００６０】
また、コントロールユニット１００は、溶接開始時、溶接開始信号をフィラーワイヤ加熱電源装置３１に出力する。
【００６１】
また、コントロールユニット１００は、溶接開始後、撮像装置１１０から画像が入力される都度画像を解析すると共に、その解析結果に基づいて、ローラ移動用モータ６５を駆動する。詳しく説明すると、画像を解析した結果、図６に示すように、フィラーワイヤＸの曲がりや、ノズル１１の変位が検出された場合、ローラ５１Ａ，５１Ｂが端部（先端（以下、適宜、説明便宜上、端部という用語に代えて先端という用語を用いる。））から離れる方向に移動するようにローラ移動用モータ６５を駆動する。そして、その後の画像を順次解析した結果、フィラーワイヤＸの曲がりや、ノズル１１の変位が検出されなくなった場合、ローラ５１Ａ，５１Ｂを当初位置に戻すようにローラ移動用モータ６５を駆動する。
【００６２】
次に、本実施の形態のフィラーワイヤ供給装置の作用について説明する。
【００６３】
まず、コントロールユニット１００に対して例えば溶接開始操作スイッチ等を介して溶接開始指示が入力されると、コントロールユニット１００は、レーザーヘッド２、移動装置用モータ２４、フィラーワイヤ供給装置用モータ１５、ローラ駆動用モータ５９、ローラ移動用モータ６５、及びフィラーワイヤ加熱電源装置３１をそれぞれ所定の条件で同時に作動させる。前記所定の条件は各装置毎に予め設定され、あるいは溶接開始前に設定される。
【００６４】
フィラーワイヤＸの供給が開始して、図１０に示すようにフィラーワイヤＸの端部が金属板Ｗ１の溶融池ＷＹ（被溶接部位）に接触すると、加熱電源装置３１のプラス端子から、加熱ヘッド接続ケーブル３２，電極５５、上側のローラ５１Ａ（特許請求の範囲における第１電極に相当する），フィラーワイヤＸ、金属板Ｗ１，Ｗ２、クランプ５（特許請求の範囲における第２電極に相当する）、クランプ接続ケーブル３３を介してマイナス端子に戻る電流ルートが形成される（つまり通電される）。したがって、フィラーワイヤＸにおける上側のローラ５１Ａと接触した部分よりも端部側の部分にジュール熱が発生し、当該部分が加熱される。したがって、溶融池ＷＹに供給されたときにおけるフィラーワイヤＸの溶融が促進されることとなる。
【００６５】
一方、このようにフィラーワイヤＸを供給しながらレーザー溶接しているときに、コントロールユニット１００により、撮像装置１１０から入力される画像の解析結果に基づいて溶接状態が良好でないことが検出されたときは、以下のように処理が行われる。
【００６６】
例えば、画像を解析した結果、図１１に示すようにフィラーワイヤＸの端部側の曲がりや、ノズル１１の変位が検出された場合、フィラーワイヤＸの端部側が十分に溶融せずに、前述の図６のように、金属板Ｗ１，Ｗ２における溶融していない部分に突き当たっているものと考えられる。つまり、被溶接部位へ供給される熱量の不足により上下の金属板Ｗ１，Ｗ２間の連結状態が良好でないと考えられる。
【００６７】
この場合、ローラ５１Ａ，５１Ｂが仮想線で示すように端部（先端）から離れる方向に移動するようにローラ移動用モータ６５が駆動される。例えば、図１１に示すように先端から離れる方向にΔＬ移動させる。こうすることにより、フィラーワイヤＸにおける電流が流れる部分の長さがＬ１からＬ２（Ｌ１＋ΔＬ）に長くなる。したがって、後述するようにフィラーワイヤＸの端部の温度の上昇量が増加することとなる。その結果、熱量の不足による金属板Ｗ１，Ｗ２の連結の不具合が解消される。
【００６８】
ここで、フィラーワイヤＸを所定速度で供給している状態におけるフィラーワイヤＸの発熱は以下のようになる。例えば、ローラ５１Ａ（第１の電極）よりも上流側から長手方向に微小な長さを有する任意の一部分（以下、所定部分ｘａ（図面には符号なし）という）が所定速度で送られてきたものとすると、この所定部分ｘａには、ローラ５１Ａ位置に到達したときから溶融池ＷＹに到達するまでの所定時間、電流が流れることとなる。この所定時間の間、所定部分ｘａは、その抵抗により発熱して徐々に温度が上昇し、先端側ほど温度が高くなる。ここで、前記所定時間は、フィラーワイヤＸにおける通電部分（フィラーワイヤＸにおけるローラ５１Ａに接している位置と、フィラーワイヤＸの先端との間の部分（被溶接部位との接触部））の長さを前記所定速度で除した時間となる。
【００６９】
そして、図１０に示すようにフィラーワイヤＸを所定速度で送っている状態において、図１１のようにローラ５１Ａを例えばワイヤＸの先端から離れる方向にΔＬ移動させると、フィラーワイヤＸにおける通電部分の長さもＬ１からＬ２（Ｌ１＋ΔＬ）に長くなる。したがって、所定部分ｘａに対する通電時間が長くなり、その結果、図１２（ａ）に示すように、所定部分ｘａの温度上昇量も前記通電部分の長さの変化に対応してΔＴ１からΔＴ２に大きくなる。その結果、図１２（ｂ）に示すように、フィラーワイヤＸの先端温度（溶融池ＷＹに接触する直前の温度）は、例えばワイヤＸが加熱される前をＴ０とした場合、通電部分の長さがＬ１のときはＴ１に上昇し、通電部分の長さがＬ２のときは、Ｔ１よりも（ΔＴ２−ΔＴ１）分高いＴ２まで上昇することとなる。すなわち、ローラ５１Ａを、フィラーワイヤＸの先端との間の距離が変化するように該ワイヤＸの長手方向に移動させることにより、フィラーワイヤＸの先端温度を任意に制御することができる。なお、フィラーワイヤＸの材質が例えば鉄である場合は、ワイヤＸの先端温度が例えば融点よりも若干低い１４００度程度となるように制御することにより、溶融池ＷＹにフィラーワイヤＸの端部が接触したときにおける安定かつ良好な溶融性を確保することができる。
【００７０】
なお、フィラーワイヤＸの通電部分の長さを変化させると、フィラーワイヤ加熱装置全体としての回路抵抗が変化するので、通電電流が変化する。しかし、フィラーワイヤＸの通電部分の抵抗値ＲＸは、このフィラーワイヤＸに通電するための回路の総抵抗ＲＯ（図１３に示すように、フィラーワイヤＸに接続するためのケーブル３２，３３の抵抗ＲＬ１，ＲＬ２、溶接対象の金属板Ｗ１，Ｗ２部分の抵抗ＲＰ、溶融池ＷＹの抵抗ＲＹ、溶融池ＷＹとフィラーワイヤＸとの接触抵抗Ｒｔ１、フィラーワイヤＸとローラ５１Ａとの接触抵抗Ｒｔ２、ローラ５１Ａと電極５５との接触抵抗Ｒｔ３、加熱電源装置３１の抵抗値ＲＤ、フィラーワイヤＸ部分の抵抗値ＲＸの総和）と比較すると、十分に小さい（ＲＸ≪ＲＯ）。したがって、電源装置３１の出力電圧Ｖが一定とした場合、通電部分の長さを変更したとしても、総抵抗ＲＯの変動はわずかなものであり、その結果、電流値（＝Ｖ／ＲＯ）の変化もわずかである。つまり、フィラーワイヤＸには変更前とほぼ同じ値の電流が流れるので、フィラーワイヤＸの所定部分ｘａにおける単位時間当たり発熱は、通電部分の長さの変化に関わらずほぼ一定となる。
【００７１】
一方、このようにローラ５１Ａ，５１Ｂを移動させた後において、画像を順次解析した結果、フィラーワイヤＸの曲がりや、ノズル１１の変位が検出されなくなった場合には、ローラ５１Ａ，５１Ｂを、実線で示す当初位置に戻すようにローラ移動用モータ６５が駆動される。こうすることにより、フィラーワイヤＸにおける電流が流れる部分の長さが短くなる。したがって、フィラーワイヤＸの端部の温度が低下することとなる。
【００７２】
以上、説明したように本実施の形態によれば、フィラーワイヤＸに電流を流す部分（通電部分）の長さを変化させて、フィラーワイヤＸの端部の温度を制御することにより、金属板Ｗ１，Ｗ２の連結状態が良好となるように改善することができる。
【００７３】
また、撮像装置１１０で撮像された画像を解析して、フィラーワイヤＸの溶融池ＷＹを含む溶融池ＷＹ（被溶接部位）への浸入状態を解析することにより、金属板Ｗ１，Ｗ２間の連結状態が判定される。そして、判定結果に基づいて、ローラ５１Ａが移動される。これにより、レーザー溶接中、浸入状態に応じた溶接が可能となる。
【００７４】
また、フィラーワイヤＸを移動可能に支持するローラ５１Ａ，５１Ｂが、フィラーワイヤＸの端部近傍部位に通電するための電極（特許請求の範囲における第１電極）を構成しているから、フィラーワイヤＸの移動を支持しつつ、フィラーワイヤＸに電流を長すことができる。すなわち、一つの部材で電極と支持体とを共用することができ、フィラーワイヤ供給装置３を構成する部品を削減することができる。
【００７５】
（その他の実施の形態）
以上説明した実施形態は、本発明を実施するための一態様であり、これ以外にも種々の態様で実現可能である。
【００７６】
すなわち、前記実施形態では、撮像装置１１０の撮像画像に基づいてフィラーワイヤＸの先端側の曲がりや、ノズル１１の変位が検出されたときに、ローラ５１Ａ，５１Ｂを移動させるように構成したが、図１４に示すように、ワイヤ加熱ヘッドの筐体４１内に、ワイヤの供給速度を計測可能な速度計７０を配置し、ワイヤの供給速度が所定速度よりも遅くなったことが検出されたときに、前記図１１のように、ローラ５１Ａ，５１Ｂを移動させてもよい。供給速度が所定速度よりも遅くなったときには、ワイヤＸの端部が金属板Ｗ１，Ｗ２に当接して供給が阻害されている、例えば、フィラーワイヤＸの先端側に曲がり等が生じていることが考えられるので、これを検出するものである。なお、速度計７０は、例えばノズル１１の後端近傍においてフィラーワイヤＸに摺動するローラ７１を備え、このローラ７１の回転速度を検出することにより構成することができる。
【００７７】
なお、図１５に示すように構成することもできる。すなわち、フィラーワイヤ加熱ヘッド４０を、レーザーヘッド２に対して相対回転可能にブラケット２Ａ，４０Ａを介して連結すると共に、これらのブラケット２Ａ，４０Ａ同士のなす角度を検出する角度センサ８０を設ける。そして、角度センサ８０で所定以上の角度変動が検出されたときに、前記図１１のように、ローラ５１Ａ，５１Ｂを移動させる。所定以上の角度変動が検出されたときには、ワイヤＸの端部が金属板Ｗ１，Ｗ２に当接して供給が阻害されている、つまり、フィラーワイヤＸの先端側に曲がり等が生じていることが考えられるので、これを検出するのである。
【００７８】
また、図１４、図１５の例以外にも、変位した場合にスリーブ１１に生じる反力を検出し、この検出された反力が所定以上の大きさのときに、図１１のように、ローラを移動させるようにしてもよい。
【００７９】
前記実施形態では、ローラ５１Ａを、フィラーワイヤＸに接触して通電する電極として利用したが、ローラはワイヤ支持手段としてのみ利用すると共に、電極を別途設け、この電極をフィラーワイヤの長手方向に沿って移動させるようにしてもよい。この場合、電極を移動させる移動機構は、前述の移動機構６０と同様のもので構成することができる。例えば、前記支持部材５２に電極を固定し、移動機構６０により支持部材５２を移動させることにより、電極を移動させることができる。
【００８０】
また、前記実施形態における移動機構６０は、特許請求の範囲における電極移動手段の一実施態様例であり、ローラ５１Ａ，５１Ｂをフィラーワイヤの長手方向に移動させることができる限り、種々の態様のものが利用可能である。
【００８１】
なお、前記実施の形態では、所定の条件が成立したときにローラ５１Ａ（電極）を図１０の当初位置から、図１１に示す位置までフィラーワイヤＸの先端から遠ざかるように移動させたが、当初位置を図１０の当初位置と図１１の位置との中間位置として、電極５５を先端に近づくことが可能なように構成してもよい。この場合、例えばフィラーワイヤＸが加熱され過ぎたような場合に、フィラーワイヤＸの加熱を抑制することができる。
【００８２】
前記実施形態では、フィラーワイヤＸを、レーザー光ＬＢによる被溶接部位に形成されて溶融金属が貯留されてなる溶融池に、その端部が接触するようにレーザー光被照射部位よりも後方の位置に供給し、フィラーワイヤＸを、溶融池に接触したときに該溶融池の熱とで溶融させる場合について説明したが、本発明は、レーザー光被照射部位よりも後方に限らず、他の方向からフィラーワイヤを供給し、このフィラーワイヤの端部にレーザー光を照射することにより、該フィラーワイヤを溶融する場合にも適用可能である。すなわち、予めフィラーワイヤを加熱しておくことによりレーザー光による溶融負荷が減少すると共に、フィラーワイヤの溶融性が向上するという効果が得られる。
【産業上の利用可能性】
【００８３】
本発明によれば、レーザー溶接状態に悪影響を与えることなく、フィラーワイヤの溶融を良好に行うことが可能なフィラーワイヤ供給装置及び供給方法を提供することができる。したがって、自動車産業の他、金属部材の溶接が必要となる産業において広く利用される可能性がある。
【符号の説明】
【００８４】
１ レーザー溶接装置
３ フィラーワイヤ供給装置
５ クランプ（第２電極）
６ フィラーワイヤ加熱装置（加熱手段）
１１ ノズル
３１ フィラーワイヤ加熱電源装置（通電手段）
４０ フィラーワイヤ加熱ヘッド
５１Ａ 第１ローラ（第１電極）
６０ 移動機構（電極移動手段）
１００ コントロールユニット（判定手段）
１１０ 撮像装置（撮像手段）
Ｌ レーザー光被照射部位
ＬＢ レーザー光
Ｒ 溶接経路
Ｘ フィラーワイヤ
Ｗ１ 上側の金属板
Ｗ２ 下側の金属板
ＷＫ 溶融穴部
ＷＹ 溶融池
Ｗｙ 溶融金属
Ｚ 隙間
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の金属部材に対して所定の溶接経路に沿って相対的に移動するレーザー光による被溶接部位に端部が接触状態で追随するようにフィラーワイヤを所定速度で供給するフィラーワイヤ供給装置であって、
前記フィラーワイヤを加熱する加熱手段を有し、
前記加熱手段は、前記フィラーワイヤの端部近傍部分に接触する第１電極と、前記金属部材に接触する第２電極と、前記第１電極と第２電極との間にフィラーワイヤ及び金属部材を介して通電する通電手段と、前記第１電極とフィラーワイヤの端部との間の距離が変化するように、前記第１電極を該フィラーワイヤへの接触を保った状態で移動させる電極移動手段とを備えることを特徴とするレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載のレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置において、
前記被溶接部位を撮像する撮像手段と、
該撮像手段で撮像された画像を解析して、前記フィラーワイヤの被溶接部位への浸入状態を解析することにより、金属部材間の連結状態を判定する判定手段とを備え、
前記電極移動手段は、該判定手段の判定結果に基づいて、前記第１電極を移動させることを特徴とするレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置。
【請求項３】
前記請求項２に記載のレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置において、
前記判定手段は、前期撮像手段で撮像された画像に基づいて前記フィラーワイヤの所定以上の曲りを検出したときに、金属部材間の連結状態が良好でないと判定し、
前記電極移動手段は、前記判定手段によって連結状態が良好でないと判定されたときは、前記第１電極を前記フィラーワイヤの端部から離れる方向に移動させることを特徴とするレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置。
【請求項４】
前記請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置において、
前記第１電極は、前記フィラーワイヤを移動可能に支持するローラにより構成されていることを特徴とするレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置。
【請求項５】
前記請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置において、
前記フィラーワイヤ供給手段は、前記フィラーワイヤを、前記レーザー光による被溶接部位に形成されて溶融金属が貯留されてなる溶融池に、その端部が接触するようにレーザー光被照射部位よりも後方の位置で供給するものであることを特徴とするレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置。
【請求項６】
複数の金属部材に対して所定の溶接経路に沿って相対的に移動するレーザー光による被溶接部位に端部が追随するようにフィラーワイヤを所定速度で供給するフィラーワイヤ供給方法であって、
前記フィラーワイヤを通電することにより加熱する加熱工程を有し、
前記加熱工程は、前記フィラーワイヤの端部近傍部分に接触する第１電極と前記金属部材のうちの少なくとも一つに接触する第２電極との間にフィラーワイヤ及び金属部材を介して通電しつつ、所定の状態が成立したときに、前記第１電極とフィラーワイヤの端部との間の距離が変化するように、前記第１電極をフィラーワイヤへの接触を保った状態で移動させることを特徴とするレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置。
【請求項１】
複数の金属部材に対して所定の溶接経路に沿って相対的に移動するレーザー光による被溶接部位に端部が接触状態で追随するようにフィラーワイヤを所定速度で供給するフィラーワイヤ供給装置であって、
前記フィラーワイヤを加熱する加熱手段を有し、
前記加熱手段は、前記フィラーワイヤの端部近傍部分に接触する第１電極と、前記金属部材に接触する第２電極と、前記第１電極と第２電極との間にフィラーワイヤ及び金属部材を介して通電する通電手段と、前記第１電極とフィラーワイヤの端部との間の距離が変化するように、前記第１電極を該フィラーワイヤへの接触を保った状態で移動させる電極移動手段とを備えることを特徴とするレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置。
【請求項２】
前記請求項１に記載のレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置において、
前記被溶接部位を撮像する撮像手段と、
該撮像手段で撮像された画像を解析して、前記フィラーワイヤの被溶接部位への浸入状態を解析することにより、金属部材間の連結状態を判定する判定手段とを備え、
前記電極移動手段は、該判定手段の判定結果に基づいて、前記第１電極を移動させることを特徴とするレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置。
【請求項３】
前記請求項２に記載のレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置において、
前記判定手段は、前期撮像手段で撮像された画像に基づいて前記フィラーワイヤの所定以上の曲りを検出したときに、金属部材間の連結状態が良好でないと判定し、
前記電極移動手段は、前記判定手段によって連結状態が良好でないと判定されたときは、前記第１電極を前記フィラーワイヤの端部から離れる方向に移動させることを特徴とするレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置。
【請求項４】
前記請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置において、
前記第１電極は、前記フィラーワイヤを移動可能に支持するローラにより構成されていることを特徴とするレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置。
【請求項５】
前記請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置において、
前記フィラーワイヤ供給手段は、前記フィラーワイヤを、前記レーザー光による被溶接部位に形成されて溶融金属が貯留されてなる溶融池に、その端部が接触するようにレーザー光被照射部位よりも後方の位置で供給するものであることを特徴とするレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置。
【請求項６】
複数の金属部材に対して所定の溶接経路に沿って相対的に移動するレーザー光による被溶接部位に端部が追随するようにフィラーワイヤを所定速度で供給するフィラーワイヤ供給方法であって、
前記フィラーワイヤを通電することにより加熱する加熱工程を有し、
前記加熱工程は、前記フィラーワイヤの端部近傍部分に接触する第１電極と前記金属部材のうちの少なくとも一つに接触する第２電極との間にフィラーワイヤ及び金属部材を介して通電しつつ、所定の状態が成立したときに、前記第１電極とフィラーワイヤの端部との間の距離が変化するように、前記第１電極をフィラーワイヤへの接触を保った状態で移動させることを特徴とするレーザー溶接におけるフィラーワイヤ供給装置。
【図１】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図２】
【公開番号】特開２０１１−３１２５７（Ｐ２０１１−３１２５７Ａ）
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−１７７７６１（Ｐ２００９−１７７７６１）
【出願日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年２月１７日（２０１１．２．１７）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年７月３０日（２００９．７．３０）
【出願人】（０００００３１３７）マツダ株式会社 (6,115)
【Ｆターム（参考）】
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