JP6964820B2

JP6964820B2 - 溶接用治具装置、部品の製造方法

Info

Publication number: JP6964820B2
Application number: JP2021504946A
Authority: JP
Inventors: 純平井上; 教之後藤; 祐一坂田; 彦人永松
Original assignee: Nok Corp
Current assignee: Nok Corp
Priority date: 2019-03-12
Filing date: 2020-03-03
Publication date: 2021-11-10
Anticipated expiration: 2040-03-03
Also published as: CN113329840B; EP3939739B1; CA3128354A1; EP3939739C0; EP3939739A1; JPWO2020184276A1; CN113329840A; WO2020184276A1; EP3939739A4; CA3128354C; US20220134491A1; KR102627253B1; US12311477B2; KR20210105987A

Description

本発明は、溶接用治具装置、部品の製造方法に関する。

従来から、例えば燃料電池用の部品である燃料電池セルのように、金属製の複数の板状の部材を溶接により接合して形成される部品（以下、単に「部品」ともいう。）が知られている。燃料電池セルのような部品は、部材の接合のみならず、部品の内部における反応ガスの流通経路も溶接により形成される。この流通経路は、気密性を確保するために、部材に設けられている貫通孔の周囲に沿って閉回路状に溶接されることにより形成される。

なお、上述のような金属製の複数の部材を溶接することにより閉回路が形成される部品を溶接するための技術として、溶接用治具装置あるいは燃料電池関連部品の製造方法などが知られている（例えば特許文献１及び２参照）。特許文献１及び２では、溶接部位を指定するために、溶接部位に対応している開口部が設けられている溶接用治具装置が開示されている。

特開２０１４−１９４８７６号公報特開２０１１−１６１４５０号公報

ところで、溶接部品は、例えば溶接部位が環状の閉じた経路である場合や、溶接部位が互いに近接している場合など、溶接部位の形状が複雑な場合がある。
環状の溶接部位を溶接するための治具は、溶接部位に対応した開口部を設ける必要があるため、環状の内側と外側とで治具が分離してしまう。
溶接部位が互いに近接している場合には、近接している溶接部位の間に取り付ける治具の寸法が小さくなることで治具の強度が低下し、その結果として、治具による溶接部位周辺の溶接部品の保持が不十分になってしまっていた。また、溶接部位が非常に近接している場合には、このような溶接部位の間に治具が配置できない場合もある。溶接部位に治具を配置できない場合には、溶接部位周辺の溶接部品の保持がさらに不十分になってしまっていた。

以上のように溶接部位の形状が複雑である場合において、近接している溶接部位において溶接部品を十分に保持しつつ、溶接部位を適切に指定するために、従来の溶接用治具装置は、例えば、部材の全体を固定するとともに溶接部位の一部に対応している開口部を有する全体用の治具と、全体用の治具に対して着脱可能に構成されていて溶接部位の他の一部に対応している部分用の治具とにより構成されていた。しかし、このような従来の溶接用治具装置を用いた溶接作業では、複雑な形状の溶接部位を溶接するために、全体用の治具と部分用の治具とをそれぞれ固定する作業が生じていた。また、従来の溶接用治具装置を用いた溶接作業では、上述のような複雑な形状の溶接部位を溶接する際に、この溶接部位に対応して部分用の治具そのものを交換し、あるいは部分用の治具の位置を移動する場合もあった。また、従来の溶接用治具装置、及び、従来の部品の製造方法では、１つの部品における溶接作業を行う際に、部分用の治具を着脱することにより、部品に溶接によるひずみが生じる場合があった。このように、従来の溶接用治具装置、及び、従来の溶接用治具装置を用いた部品の製造方法は、溶接作業における治具の固定に関する作業工数が多くなっていた。

本発明は、上述の課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶接作業の容易化を図ることができる溶接用治具装置、及び、部品の製造方法を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る溶接用治具装置は、複数の部材を互いに溶接することにより形成される部品の溶接に用いられ、重ねられた前記複数の部材における表側に露出する面のうち一方の面に接する一方側接合面を有し、前記部品における所望の溶接部位のうち一部に対応する一方側開口部が設けられている一方側治具と、前記複数の部材における表側に露出する面のうち他方の面に接する他方側接合面を有し、前記部品における所望の溶接部位のうち前記一方側開口部に対応しない部分に対応する他方側開口部が設けられている他方側治具と、前記一方側開口部に向けてレーザ光を照射する一方側レーザ溶接機と、前記他方側開口部に向けてレーザ光を照射する他方側レーザ溶接機と、を備える。

また、本発明の一態様に係る溶接用治具装置において、前記一方側レーザ溶接機は、前記一方側接合面とは反対側の面である一方側外側面の外側に設けられていて、前記他方側レーザ溶接機は、前記他方側接合面とは反対側の面である他方側外側面の外側に設けられている。

また、本発明の一態様に係る溶接用治具装置において、前記一方側開口部及び前記他方側開口部により形成される所望の溶接部位は、環状の閉じた経路を形成する。

上記目的を達成するために、本発明に係る部品の製造方法は、複数の部材を重ねてこの複数の部材を互いに溶接することにより形成される部品の製造方法であって、重ねられた前記複数の部材における表側に露出する面のうち一方の面に接する一方側接合面を有し、前記部品における所望の溶接部位のうち一部に対応する一方側開口部が設けられている一方側治具と、前記複数の部材における表側に露出する面のうち他方の面に接する他方側接合面を有し、前記部品における所望の溶接部位のうち前記一方側開口部に対応しない部分に対応する他方側開口部が設けられている他方側治具と、により、複数の前記部材を重ねて保持する工程と、前記一方側開口部及び前記他方側開口部から前記複数の部材を溶接する工程と、を実行し、前記一方側開口部及び前記他方側開口部から前記複数の部材を溶接する工程では、前記一方側外側面の外側に設けられている一方側レーザ溶接機から前記一方側開口部に向けてレーザ光を照射し、前記他方側外側面の外側に設けられている他方側レーザ溶接機から前記他方側開口部に向けてレーザ光を照射する。

また、本発明の一態様に係る部品の製造方法において、前記一方側開口部及び前記他方側開口部により形成される所望の溶接部位は、環状の閉じた経路を形成する。

本発明に係る溶接用治具装置及び部品の製造方法によれば、溶接作業の容易化を図ることができる。

本発明の実施の形態に係る溶接用治具装置の概略構成を示すための、正面図である。図１に示す溶接用治具装置の一方側治具及び他方側治具の概略構成を示すための、模式図である。図２に示す溶接用治具装置の一方側治具の部分的な模式図である。図２に示す溶接用治具装置の他方側治具の部分的な模式図である。図２に示す溶接用治具装置の一方側治具及び他方側治具のＡ−Ａ断面図である。図１に示す溶接用治具装置により製造される部品の概略構成を示すための、平面図である。本発明の実施の形態に係る部品の製造方法における一方側開口部及び他方側開口部の双方から部材を溶接する工程を示すための、模式図である。参考例の溶接用治具装置の概略構成を示すための、正面図である。図８に示す溶接用治具装置の概略構成を示すための、平面図である。図８に示す溶接用治具装置の概略構成を示すための、Ｂ−Ｂ断面図である。

以下、本発明の実施の形態について図面を参照しながら説明する。以下の実施の形態において、本発明に係る溶接用治具装置が、複数の金属製の部材を重ねて接合して製造される部品の一例である燃料電池セルの製造方法に用いられる例について説明する。

［溶接用治具装置］
まず、本発明の溶接用治具装置の実施の形態について説明する。
図１は、本発明の実施の形態に係る溶接用治具装置１の概略構成を示すための、正面図である。図２は、溶接用治具装置１の一方側治具１０及び他方側治具２０の概略構成を示すための、平面図である。図３は、溶接用治具装置１の一方側治具１０の部分平面図である。図４は、溶接用治具装置１の他方側治具２０の部分底面図である。図５は、溶接用治具装置１の一方側治具１０及び他方側治具２０のＡ−Ａ断面図である。図６は、溶接用治具装置１により製造される部品５の概略構成を示すための、平面図である。

図１乃至図６に示すように、本発明の実施の形態に係る溶接用治具装置１は、複数の部材Ｗを互いに溶接することにより形成される部品５の溶接に用いられ、重ねられた複数の部材Ｗにおける表側に露出する面のうち一方の面Ｗ１１に接する一方側接合面１２を有し、部品５における所望の溶接部位５３のうち一部に対応する一方側開口部１３が設けられている一方側治具１０と、複数の部材Ｗにおける表側に露出する面のうち他方の面Ｗ２１に接する他方側接合面２２を有し、部品５における所望の溶接部位５３のうち一方側開口部１３に対応しない部分に対応する他方側開口部２３が設けられている他方側治具２０と、を備え、一方側外側面１８の外側に設けられていて、一方側開口部１３に向けてレーザ光を照射する一方側レーザ溶接機２Ａと、他方側外側面２８の外側に設けられていて、他方側開口部２３に向けてレーザ光を照射する他方側レーザ溶接機２Ｂと、を備える。以下、溶接用治具装置１の構造を具体的に説明する。

以下、説明の便宜上、図１乃至図６における溶接用治具装置１における一方側治具１０及び他方側治具２０の面に沿った軸線ｘ１の方向（以下、「軸線方向」ともいう。）と平行な方向をｘ軸方向とする。ｘ軸方向は、左右方向ともいう。また、図１乃至図６における溶接用治具装置１の軸線ｘ１に直交する方向のうち一方（ｙ軸方向）を前後方向とする。さらに、図１乃至図６における溶接用治具装置１の軸線ｘ１に直交する方向のうち他方（ｚ軸方向）を上下方向とする。以下の説明において、各構成要素の位置関係や方向を右側、左側、前側、後側、上側、下側として説明するときは、あくまで図面における位置関係や方向を示し、実際の溶接用治具装置における位置関係や方向を限定するものではない。

図１に示すように、溶接用治具装置１は、ともに金属製の複数の部材Ｗを溶接により接合して部品５を製造する際に用いられる。図６に示すように、溶接用治具装置１により部材Ｗを接合して製造された部品５は、図１などに示した部材Ｗを接合した部品本体５１と、部品本体５１の厚み方向を貫通している開口部５２とを備える。また、部品５は、複数の部材Ｗが溶接により互いに接合されている部位である溶接部位５３を備える。溶接部位５３は、例えば環状の閉じた経路を形成している。

一方側レーザ溶接機２Ａ及び他方側レーザ溶接機２Ｂは、部材Ｗなどの接合対象の部材（ワーク）にレーザ光を照射して、部材を接合する。一方側レーザ溶接機２Ａ及び他方側レーザ溶接機２Ｂは、媒体としてＹＡＧ（Yttrium Aluminum Garnet）を用いるＹＡＧレーザ光源を備える。一方側レーザ溶接機２Ａ及び他方側レーザ溶接機２Ｂは、例えば出力が５００Ｗ程度であり波長が１０７０ｎｍ程度の赤外線領域のレーザ光を部材Ｗに向けて照射する。一方側レーザ溶接機２Ａ及び他方側レーザ溶接機２Ｂは、レーザ光を部材Ｗの上において走査するための走査光学系として不図示のガルバノミラーなどのレーザ光反射鏡を備える。一方側レーザ溶接機２Ａ及び他方側レーザ溶接機２Ｂが備えるガルバノミラーの走査範囲は、例えばｘｙ平面において１８０ｍｍ四方の範囲である。一方側レーザ溶接機２Ａ及び他方側レーザ溶接機２Ｂは、部材Ｗの全体にわたってレーザ光を照射することができるように、不図示の駆動機構により部材Ｗの面に沿ってｘｙ平面上を移動可能に構成されている。

なお、一方側レーザ溶接機２Ａ及び他方側レーザ溶接機２Ｂは、以上説明したレーザ溶接機２の構成には限定されず、様々な溶接機により溶接される部品の製造方法に用いることができる。例えば、溶接機は、炭酸ガスレーザ溶接機であってもよい。

溶接用治具装置１は、上述したように、一方側治具１０と他方側治具２０と治具架台部３０とを備える。一方側治具１０及び他方側治具２０は、赤外レーザ光に対する耐久性や耐熱性に優れた金属または樹脂で形成されている。図１に示すように、一方側治具１０及び他方側治具２０は、一方側接合面１２と他方側接合面２２とが互いに向かい合うように接合されて治具架台部３０に架設されている。一方側治具１０及び他方側治具２０は、使用状態において、一方側接合面１２と他方側接合面２２との間に、溶接する対象である複数の部材Ｗを重ねて保持している。図２では、一方側治具１０と他方側治具２０との間に保持されている部材Ｗの仮想的な外形線の位置を実線で示している。また、図２では、部材Ｗにおける溶接部位５３を二点鎖線で示している。一方側治具１０及び他方側治具２０は、使用状態において、左右方向及び前後方向の位置ずれを防止するために、一方側治具１０と他方側治具２０とを互いに係合する位置決めピン１７が設けられている。

次に、一方側治具１０及び他方側治具２０の具体的な構造について、図３乃至図５を参照して説明する。図３では、図２において一点鎖線で示した一方側治具１０の一部の領域Ｓについて、上側から下側に向かって見た状態を示している。図４において、他方側治具２０の領域Ｓについて、下側から上側に向かって見た状態を示している。また、図５は、一方側治具１０及び他方側治具２０を接合した状態における領域Ｓを前側から後側に向かって見た断面図である。

図３及び図５に示すように、一方側治具１０は、他方側治具２０とともに板状の部材Ｗにおける溶接部位５３以外を覆うことができるような形状を有している。一方側治具１０は、治具本体１１と、一方側接合面１２と、一方側開口部１３と、開口部傾斜面１４と、透過孔部１５と、透過部１６とを備える。

治具本体１１は、一方側治具１０の概略の形状を定めている。治具本体１１は、一方側治具１０を用いて溶接を行う部材Ｗの形状に対応して、板状の概略形状を有している。一方側接合面１２は、治具本体１１において、部材Ｗにおける表側に露出している面Ｗ１１と接することができるように形成されている。一方側接合面１２は、治具本体１１において、他方側治具２０と対向することができるように形成されている。一方側接合面１２は、例えば、部材Ｗの形状に対応した凹凸形状を有している。

一方側開口部１３は、治具本体１１において厚み方向、つまり一方側接合面１２側（内側）と反対側（外側）の面である一方側外側面１８との間を貫通している長孔である。一方側開口部１３は、溶接用治具装置１に部材Ｗを保持させて製造される部品５における所望の溶接部位５３のうち、一部分に対応して設けられている。一方側開口部１３は、一方側外側面１８に対して拡径しながら開口している。治具本体１１において、一方側開口部１３の周囲には、開口部傾斜面１４が設けられている。開口部傾斜面１４は、治具本体１１の厚み方向の断面においてｚ軸に対して所定の角度の傾斜を有する面として形成されている。開口部傾斜面１４の傾斜は、一方側レーザ溶接機２Ａから照射されるレーザ光が一方側開口部１３を介して部材Ｗに入射しやすいように設けられている。

透過孔部１５及び透過部１６は、治具本体１１において一方側開口部１３が設けられていない位置に設けられている。透過孔部１５及び透過部１６は、換言すれば、溶接用治具装置１に部材Ｗを保持させて製造される燃料電池セルにおける所望の溶接部位５３のうち、後述する他方側治具２０の他方側開口部２３の位置に対応して設けられている。透過孔部１５は、治具本体１１の厚み方向において、一方側接合面１２側（内側）と反対側（外側）の一方側外側面１８との間を貫通している長孔である。また、透過部１６は、治具本体１１の厚み方向において、一方側接合面１２側（内側）から一方側外側面１８に向かって所定の深さを有する溝状の長穴である。透過孔部１５及び透過部１６は、治具本体１１の一方側開口部１３が設けられていない位置において、透過孔部１５と透過部１６とが交互に設けられているなど、適宜な箇所に設けられている。つまり、透過孔部１５及び透過部１６は、治具本体１１の一方側開口部１３が設けられていない位置に設けられていれば、設けられている具体的な位置や透過孔部１５と透過部１６との面積の比などは限定されない。また、一方側治具１０において、透過孔部１５または透過部１６のいずれか一方のみが設けられていてもよい。

次に、図４及び図５に示すように、他方側治具２０は、一方側治具１０とともに板状の部材Ｗにおける溶接部位５３以外を覆うことができるような形状を有している。他方側治具２０は、治具本体２１と、他方側接合面２２と、他方側開口部２３と、開口部傾斜面２４と、透過孔部２５と、透過部２６とを備える。

治具本体２１は、他方側治具２０の概略の形状を定めている。治具本体２１は、治具本体１１と同様に、他方側治具２０を用いて溶接を行う部材Ｗの形状に対応して、板状の概略形状を有している。他方側接合面２２は、治具本体２１において、部材Ｗにおける表側に露出している面Ｗ２１と接することができるように形成されている。他方側接合面２２は、治具本体２１において、一方側治具１０と対向することができるように形成されている。他方側治具２０は、例えば、部材Ｗの形状に対応した凹凸形状を有している。

他方側開口部２３は、治具本体２１において厚み方向、つまり他方側接合面２２側（内側）と反対側（外側）の面である他方側外側面２８との間を貫通している長孔である。他方側開口部２３は、溶接用治具装置１に部材Ｗを保持させて製造される部品５における所望の溶接部位５３のうち、一方側治具１０における一方側開口部１３とは異なる部分に対応して設けられている。換言すれば、溶接用治具装置１に部材Ｗを保持させて製造される燃料電池セルにおける所望の溶接部位５３のうち、一方側治具１０の透過孔部１５及び透過部１６が設けられている位置に対応して設けられている。他方側開口部２３は、他方側外側面２８に対して拡径しながら開口している。治具本体２１において、他方側開口部２３の周囲には、開口部傾斜面２４が設けられている。開口部傾斜面２４は、治具本体２１の厚み方向の断面においてｚ軸に対して所定の角度の傾斜を有する面として形成されている。開口部傾斜面２４の傾斜は、他方側レーザ溶接機２Ｂから照射されるレーザ光が他方側開口部２３を介して部材Ｗに入射しやすいように設けられている。

溶接用治具装置１は、一方側治具１０の一方側開口部１３と、他方側治具２０の他方側開口部２３とにより、部品５における溶接部位５３の全体に相当する開口部を形成している。具体的には、例えば図６に示すように環状の溶接部位５３を形成するために、一方側開口部１３及び他方側開口部２３は、図３及び図４に示すようにそれぞれ環状の溶接部位５３の半周分が形成されている。このような一方側開口部１３及び他方側開口部２３からレーザ溶接機２により溶接を行うことで、部品５は、環状などの複雑な形状の溶接部位５３を適切に溶接することができる。

透過孔部２５及び透過部２６は、治具本体２１において他方側開口部２３が設けられていない位置に設けられている。透過孔部２５及び透過部２６は、換言すれば、溶接用治具装置１に部材Ｗを保持させて製造される部品５における所望の溶接部位５３のうち、一方側治具１０の一方側開口部１３の位置に対応して設けられている。透過孔部２５は、治具本体２１の厚み方向において、他方側接合面２２側（内側）と反対側（外側）の他方側外側面２８との間を貫通している長孔である。また、透過部２６は、治具本体２１の厚み方向において、他方側接合面２２側（内側）から他方側外側面２８に向かって所定の深さを有する溝状の長穴である。透過孔部２５及び透過部２６は、治具本体２１の他方側開口部２３が設けられていない位置において、透過孔部２５と透過部２６が交互に設けられているなど、適宜な箇所に設けられている。つまり、透過孔部２５及び透過部２６は、治具本体２１の他方側開口部２３が設けられていない位置に設けられていれば、設けられている具体的な位置や透過孔部２５と透過部２６との面積の比などは限定されない。また、他方側治具２０において、透過孔部２５または透過部２６のいずれか一方のみが設けられていてもよい。

次に、溶接用治具装置１における治具架台部３０の構成について説明する。
治具架台部３０は、一方側支持部３１と、他方側支持部３２と、一方側支柱３３と、他方側支柱３４と、支持台３５とを備える。

一方側支持部３１は、軸線ｘ１を挟んだ一方側に設けられている。一方側支持部３１は、一方側治具１０の一端側（図１における左側）寄りと他端側（図１における右側）寄りとに一対設けられている。他方側支持部３２は、一方側支持部３１の軸線ｘ１を挟んだ他方側に設けられている。他方側支持部３２は、他方側治具２０の一端側（図１における左側）寄りと他端側（図１における右側）寄りとに一対設けられている。一方側支持部３１と他方側支持部３２とは、軸線ｘ１を挟んで互いに向かい合うように設けられている。

一方側支持部３１は、一方側治具１０の一方側外側面１８に接触し一方側治具１０を支持している。また、他方側支持部３２は、他方側治具２０の他方側外側面２８に接触し他方側治具２０を支持している。一方側治具１０と他方側治具２０は、例えばクランプのように、ともに軸線ｘ１方向に締め付ける力を発揮する。この締め付ける力により、一方側支持部３１と他方側支持部３２とは、一方側治具１０と他方側治具２０とを接合させた状態で、一方側治具１０と他方側治具２０とを支持している。

一方側支柱３３は、溶接用治具装置１の左右方向両端にそれぞれ設けられている。一方側支柱３３は、一端が支持台３５に架設されて、他端側で一方側支持部３１を支持している。一方側治具１０は、一方側支持部３１、一方側支柱３３、及び支持台３５により支持されている。他方側支柱３４は、溶接用治具装置１の左右方向両端にそれぞれ設けられている。他方側支柱３４は、一端が設置面に接していて、他端側で他方側支持部３２を支持している。他方側治具２０は、他方側支持部３２、他方側支柱３４により支持されている。

［溶接用治具装置を使用した部品の製造方法］
次に、以上構成を説明した溶接用治具装置１を使用して実行される、本発明の部品の製造方法の実施の形態について説明する。

図７は、本発明の実施の形態に係る部品の製造方法における一方側開口部１３及び他方側開口部２３の双方から部材Ｗを溶接する工程を示すための、模式図である。図７に示すように、複数の部材Ｗを重ねてこの複数の部材Ｗを互いに溶接することにより形成される部品５の製造方法では、溶接用治具装置１が備える一方側治具１０と他方側治具２０とにより複数の部材Ｗを重ねて保持する工程（以下「工程１」）と、一方側レーザ溶接機２Ａから出射され一方側開口部１３を経由したレーザ光Ｂ１、及び、他方側レーザ溶接機２Ｂから出射され他方側開口部２３を経由したレーザ光Ｂ２により複数の部材Ｗを溶接する工程（以下「工程２」）と、を実行する。以下、溶接用治具装置１を用いて行う部品の製造方法を具体的に説明する。

工程１では、溶接用治具装置１の一方側治具１０における一方側接合面１２と他方側治具２０における他方側接合面２２との間に、溶接を行う対象である複数の部材Ｗを保持させる。工程１において、板状の部材Ｗは、左右双方の一方側支持部３１と他方側支持部３２とが発揮する締め付ける力により、一方側治具１０と他方側治具２０との間で位置が固定される。一方側治具１０と他方側治具２０とは、図２に示した一方側治具１０と他方側治具２０とを互いに係合する位置決めピン１７により、左右方向及び前後方向の位置ずれが防止されている。また、溶接用治具装置１において、一方側治具１０と他方側治具２０とによって、治具の間に溶接する部材Ｗが固定されるため、溶接時の熱による部材Ｗの歪みが抑制されている。このため、溶接用治具装置１によれば、品質の高い溶接による部品５の接合を行うことができる。

図７に示すように、工程２では、一方側治具１０と他方側治具２０との間に部材Ｗを保持した溶接用治具装置１の上側に設けられている一方側レーザ溶接機２Ａからレーザ光Ｂ１が照射される。このとき、溶接用治具装置１において、一方側治具１０は、一方側接合面１２が設けられている面とは反対側の面である一方側外側面１８と一方側レーザ溶接機２Ａとが向かい合う。このため、レーザ光Ｂ１は、上述したガルバノミラーの走査範囲ＬＡ１の範囲において、一方側治具１０の一方側開口部１３を透過して、一方側治具１０における一方側接合面１２の内側に保持されている部材Ｗ上の溶接部位５３のうち一部の部位に照射される。また、一方側レーザ溶接機２Ａは、不図示の駆動機構により所定の可動領域Ｍ１において部材Ｗの面に沿ってｘｙ平面上を移動可能に構成されている。このため、一方側レーザ溶接機２Ａは、部材Ｗの全体にわたって設けられている一方側開口部１３に対応した溶接部位５３に対してレーザ光Ｂ１を照射することができる。

また、工程２では、一方側治具１０と他方側治具２０との間に部材Ｗを保持した溶接用治具装置１の下側に設けられている他方側レーザ溶接機２Ｂからもレーザ光Ｂ２が照射される。このとき、溶接用治具装置１において、他方側治具２０は、他方側接合面２２が設けられている面とは反対側の面である他方側外側面２８と他方側レーザ溶接機２Ｂとが向かい合う。このため、レーザ光Ｂ２は、上述したガルバノミラーの走査範囲ＬＡ２の範囲において、他方側治具２０の他方側開口部２３を透過して、他方側治具２０における他方側接合面２２の内側に保持されている部材Ｗに到達する。具体的には、レーザ光Ｂ２は、部材Ｗ上の溶接部位５３のうち一方側開口部１３を透過したレーザ光Ｂ１により溶接されていない他の一部の部位に照射される。また、他方側レーザ溶接機２Ｂは、不図示の駆動機構により所定の可動領域Ｍ２において部材Ｗの面に沿ってｘｙ平面上を移動可能に構成されている。このため、他方側レーザ溶接機２Ｂは、部材Ｗの全体にわたって設けられている他方側開口部２３に対応した溶接部位５３に対してレーザ光Ｂ２を照射することができる。ここで、一方側レーザ溶接機２Ａからレーザ光Ｂ１を照射する時期、及び、他方側レーザ溶接機２Ｂからレーザ光Ｂ２を照射する時期は、同時であっても異なる時期であってもよい。

以上説明したように、溶接用治具装置１を用いた部品５の製造方法では、一方側レーザ溶接機２Ａからのレーザ光Ｂ１により一方側治具１０に設けられている一方側開口部１３から所望の溶接部位５３のうち一部を溶接し、他方側レーザ溶接機２Ｂからのレーザ光Ｂ２により他方側治具２０に設けられている他方側開口部２３から上記の溶接部位５３のうち残りの一部を溶接する工程２を実行する。溶接用治具装置１では、一方側開口部１３と他方側開口部２３との両面から溶接することができるため、治具の交換作業などをすることなく複雑な形状の溶接部位５３を溶接することができる。

以上のようにすることにより、溶接用治具装置１を用いることにより製造される部品５は、形成される所望の溶接部位５３が、例えば溶接部位が近接している場合や、溶接部位が環状のような閉じた経路である場合など、溶接部位の形状が複雑な場合であっても、一方側開口部１３と他方側開口部２３との両面から溶接することにより、精度の高い溶接部位５３を容易に形成することができる。具体的には、溶接用治具装置１を用いることに製造される部品５は、一方側治具１０と他方側治具２０とにより部品５の溶接部位５３が十分に密着するように保持しつつ、一方側開口部１３と他方側開口部２３との両面から溶接することができるため、複雑な形状の溶接部位５３であっても容易に精度の高い溶接を行うことができる。また、溶接用治具装置１を用いることにより製造される部品５は、部材Ｗにおいて表側に露出している両側（図１，７に示した面Ｗ１１と面Ｗ２１）からそれぞれ溶接部位５３の一部ずつ溶接されるため、溶接による歪みを相殺して品質の高い部品を製造することができる。

また、溶接用治具装置１には、一方側治具１０及び他方側治具２０に、透過孔部１５，２５、及び透過部１６，２６が設けられている。透過孔部１５，２５、及び透過部１６，２６は、一方側レーザ溶接機２Ａから一方側開口部１３に向かって、または他方側レーザ溶接機２Ｂから他方側開口部２３に向かって照射されるレーザ光Ｂ１，Ｂ２が透過するために設けられている。ここで、溶接用治具装置１では、透過孔部１５，２５、及び透過部１６，２６が設けられていることにより、部材Ｗの一部が溶けても、透過孔部１５，２５、及び透過部１６，２６の内部に落下する。このため、溶接用治具装置１によれば、溶けた部材Ｗの一部が部品５に付着して品質を低下させることを防ぐことができる。

図８は、参考例の溶接用治具装置１００の概略構成を示すための、正面図である。また、図９は、溶接用治具装置１００の概略構成を示すための、平面図である。さらに、図１０は、溶接用治具装置１００の概略構成を示すための、Ｂ−Ｂ断面図である。

図８乃至図１０に示す参考例の溶接用治具装置１００は、溶接用治具装置１と同様に、複数の部材Ｗを互いに溶接することにより形成される燃料電池セルなどの部品５の溶接に用いられる。図１０に示すように、溶接用治具装置１００は、一方側接合面１２を有する一方側治具１１０がレーザ溶接機２と向かい合っているのに対して、他方側治具１２０が開口部を有しておらず、かつレーザ溶接機２と向かい合っていない点が相違する。つまり、溶接用治具装置１００は、一方側治具１１０の上側からのみレーザ光が照射される。
また、図９及び図１０に示すように、溶接用治具装置１００は、環状の部位を溶接するために、一方側治具１１０が、第１治具本体１１１Ａと、部品５における所望の溶接部位５３のうち一方側開口部１３に対応しない部分である環状の溶接部位に対応する第２開口部１１３が設けられている第２治具本体１１１Ｂとの２つの部材により構成されている。一方側治具１１０は、第１治具本体１１１Ａ及び第２治具本体１１１Ｂを組み合わせることにより、環状の溶接部位に対応する第２開口部１１３、開口部傾斜面１１４Ａ，１１４Ｂを構成している。第２治具本体１１１Ｂと他方側治具１２０は、ピン孔１１５，１２５と位置決めピン１１６との組み合わせ、及びボルト１１８とボルト孔１２８との組み合わせにより固定されている。

溶接用治具装置１００を用いた溶接作業では、一方側治具１１０が第１治具本体１１１Ａと第２治具本体１１１Ｂとに分かれているため、第１治具本体１１１Ａと第２治具本体１１１Ｂを他方側治具１２０に固定する作業に時間を要していた。また、溶接用治具装置１００は、第１治具本体１１１Ａと第２治具本体１１１Ｂとが別の部材であるため、第１治具本体１１１Ａと第２治具本体１１１Ｂとを他方側治具１２０に対して適切に位置決めする必要があった。このように、溶接用治具装置１００は、治具の固定に関する作業工数が多くなっていた。

一方、本実施の形態に係る溶接用治具装置１は、一方側治具１０及び他方側治具２０の双方に溶接部位５３に対応する一方側開口部１３及び他方側開口部２３を備える。このため、溶接用治具装置１によれば、部品５を製造するために、一方側治具１０と他方側治具２０との間に複数の部材Ｗを保持させた後に一方側開口部１３及び他方側開口部２３の双方から溶接作業を行うのみであるため、治具の固定作業に関する工数の削減、及び治具の固定位置に伴う溶接部位の精度向上を図ることができる。

以上、本発明の実施の形態について説明したが、本発明は上記本発明の実施の形態に係る溶接用治具装置１、及び溶接用治具装置１を用いて行う部品５の製造方法に限定されるものではなく、本発明の概念及び請求の範囲に含まれるあらゆる態様を含む。また、上述した課題及び効果の少なくとも一部を奏するように、各構成を適宜選択的に組み合わせてもよい。例えば、上記実施の形態における、各構成の形状、材料、配置、サイズ等は、本発明の具体的使用態様によって適宜変更され得る。例えば、溶接用治具装置１により溶接される部材Ｗは、金属以外の部材であってもよい。

１…溶接用治具装置、２…レーザ溶接機、２Ａ…一方側レーザ溶接機、２Ｂ…他方側レーザ溶接機、５…部品、１０…一方側治具、１１…治具本体、１２…一方側接合面、１３…一方側開口部、１４…開口部傾斜面、１５…透過孔部、１６…透過部、１７…位置決めピン、１８…一方側外側面、２０…他方側治具、２１…治具本体、２２…他方側接合面、２３…他方側開口部、２４…開口部傾斜面、２５…透過孔部、２６…透過部、２８…他方側外側面、３０…治具架台部、３１…一方側支持部、３２…他方側支持部、３３…一方側支柱、３４…他方側支柱、３５…支持台、５１…部品本体、５２…開口部、５３…溶接部位

Claims

複数の部材を互いに溶接することにより形成される部品の溶接に用いられる治具装置であって、
重ねられた前記複数の部材における表側に露出する面のうち一方の面に接する一方側接合面を有し、前記部品における所望の溶接部位のうち一部に対応する一方側開口部が設けられている一方側治具と、
前記複数の部材における表側に露出する面のうち他方の面に接する他方側接合面を有し、前記部品における所望の溶接部位のうち前記一方側開口部に対応しない部分に対応する他方側開口部が設けられている他方側治具と、
前記一方側開口部に向けてレーザ光を照射する一方側レーザ溶接機と、
前記他方側開口部に向けてレーザ光を照射する他方側レーザ溶接機と、
を備える溶接用治具装置。
前記一方側レーザ溶接機は、前記一方側接合面とは反対側の面である一方側外側面の外側に設けられていて、
前記他方側レーザ溶接機は、前記他方側接合面とは反対側の面である他方側外側面の外側に設けられている、
請求項１に記載の溶接用治具装置。
前記一方側開口部及び前記他方側開口部により形成される所望の溶接部位は、環状の閉じた経路を形成する、
請求項１または２に記載の溶接用治具装置。
複数の部材を重ねてこの複数の部材を互いに溶接することにより形成される部品の製造方法であって、
重ねられた前記複数の部材における表側に露出する面のうち一方の面に接する一方側接合面を有し、前記部品における所望の溶接部位のうち一部に対応する一方側開口部が設けられている一方側治具と、前記複数の部材における表側に露出する面のうち他方の面に接する他方側接合面を有し、前記部品における所望の溶接部位のうち前記一方側開口部に対応しない部分に対応する他方側開口部が設けられている他方側治具とにより、複数の前記部材を重ねて保持する工程と、
前記一方側開口部及び前記他方側開口部から前記複数の部材を溶接する工程と、
を実行し、
前記一方側開口部及び前記他方側開口部から前記複数の部材を溶接する工程では、前記一方側治具の外側面である一方側外側面の外側に設けられている一方側レーザ溶接機から前記一方側開口部に向けてレーザ光を照射し、前記他方側治具の外側面である他方側外側面の外側に設けられている他方側レーザ溶接機から前記他方側開口部に向けてレーザ光を照射する、部品の製造方法。
前記一方側開口部及び前記他方側開口部により形成される所望の溶接部位は、環状の閉じた経路を形成する、
請求項４に記載の部品の製造方法。