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技術 レーザー溶接装置、およびレーザー溶接方法

出願人 日産自動車株式会社
発明者 吉田直哉岡本尚樹鳥居尚之平尾隆行西村公男フナルアウレル
出願日 2015年4月14日 (5年2ヶ月経過) 出願番号 2015-082338
公開日 2016年1月28日 (4年5ヶ月経過) 公開番号 2016-015310
状態 特許登録済
技術分野 レーザ加工 燃料電池(本体)
主要キーワード 補修対象部位 再クランプ 金属加工品 締結板 外周溶接 各溶接部位 稼働量 レーザー溶接装置
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題

燃料電池用セパレータである第1のセパレータと第2のセパレータの溶接品質を向上させるとともに、溶接部位溶接状態に応じた補修溶接を実施する場合においても溶接作業が煩雑になるのを抑えて作業効率を向上させることができるレーザー溶接装置およびレーザー溶接方法を提供する。

解決手段

レーザー溶接装置200は、反射光検出部240の検出結果に基づいて溶接部位80aの溶接状態の良否を判定し、溶接部位の溶接状態が良好でないと判定された場合、加工ヘッド232を動作させて、溶接部位の溶接状態に応じた補修溶接が実施されるように補修溶接用のレーザー照射する。

概要

背景

燃料電池は、膜電極接合体MEA:Membrane Electrode Assembly)とセパレータとを有する単セルを複数積層して構成している。セパレータは、隣接する他のセパレータと溶接等により相互に接合されており、セパレータ同士の間またはMEAとの間に各種のガス冷却水流通させる流路を形成する。

セパレータを接合する方法として、例えば、セパレータを溶接する溶接部位レーザー照射して、セパレータを部分的に溶融させて接合するレーザー溶接方法を採用することがある。レーザー溶接方法を採用する場合、細部に設定された溶接部位に対して精度良くレーザーを照射して溶接を行うことが可能になるため、溶接位置のずれなどに伴う製品品質劣化が発生するのを防ぐことができる。ただし、セパレータのような薄板状の素材に対してレーザー溶接を実施する場合、溶接時の作業環境やセパレータおよび各種の治具に付着した付着物などの影響により、溶接品質が大きく左右されてしまうことがあり、金属加工品などの一般的なワークに対してレーザー溶接を実施する場合に比べて溶接不良が発生し易くなってしまうことが懸念される。

例えば、下記特許文献1には、レーザー溶接を実施している最中に溶接部位からのレーザーの反射光を検出し、その検出結果に基づいて溶接状態良否を判定するレーザー溶接装置が記載されている。このようなレーザー溶接装置によれば、レーザー溶接を実施している最中に溶接不良が発生しているか否かをリアルタイムで検知することが可能になるため、溶接不良への対策が講じ易くなる。

概要

燃料電池用セパレータである第1のセパレータと第2のセパレータの溶接品質を向上させるとともに、溶接部位の溶接状態に応じた補修溶接を実施する場合においても溶接作業が煩雑になるのを抑えて作業効率を向上させることができるレーザー溶接装置およびレーザー溶接方法を提供する。レーザー溶接装置200は、反射光検出部240の検出結果に基づいて溶接部位80aの溶接状態の良否を判定し、溶接部位の溶接状態が良好でないと判定された場合、加工ヘッド232を動作させて、溶接部位の溶接状態に応じた補修溶接が実施されるように補修溶接用のレーザーを照射する。

目的

本発明は、燃料電池用セパレータである第1のセパレータと第2のセパレータの溶接品質を向上させるとともに、溶接部位の溶接状態に応じた補修溶接を実施する場合においても溶接作業が煩雑になるのを防止して作業効率を向上させることができるレーザー溶接装置およびレーザー溶接方法を提供する

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

燃料電池用セパレータである第1のセパレータと第2のセパレータを溶接する溶接部位へ向けてレーザー照射するレーザー照射部と、前記溶接部位からの前記レーザーの反射光を検出する反射光検出部と、前記反射光検出部の検出結果に基づいて前記溶接部位の溶接状態良否を判定する判定部と、前記レーザー照射部の動作を制御する制御部と、を有し、前記制御部は、前記判定部により前記溶接部位の溶接状態が良好でないと判定された場合、前記レーザー照射部を動作させて、前記溶接部位の溶接状態に応じた補修溶接が実施されるように補修溶接用のレーザーを照射する、レーザー溶接装置

請求項2

前記判定部は、前記反射光検出部が検出した前記反射光により取得される電気信号信号強度の経時的な変化に基づいて、前記溶接部位の溶接状態を、良好、ビード切れ、穴あきのいずれかに判定し、前記制御部は、前記溶接部位の溶接状態が、ビード切れ、または、穴あきであると判定された場合、前記レーザー照射部を動作させて前記補修溶接用のレーザーを照射する、請求項1に記載のレーザー溶接装置。

請求項3

前記制御部は、前記溶接部位の溶接状態がビード切れであると判定された場合、前記レーザー照射部を動作させて前記補修溶接用のレーザーを照射し、前記溶接部位に形成された溶接ビードと異なる溶接経路に沿った補修用の溶接ビードを形成する、請求項2に記載のレーザー溶接装置。

請求項4

前記制御部は、前記溶接部位の溶接状態が穴あきであると判定された場合、前記レーザー照射部を動作させて前記補修溶接用のレーザーを照射し、前記溶接部位に形成された溶接ビードよりも大きな幅の補修用の溶接ビードを形成する、請求項2に記載のレーザー溶接装置。

請求項5

前記レーザー照射部は、溶接に際して前記溶接部位に照射した前記レーザーのスポット径よりも大きなスポット径の前記補修溶接用のレーザーを前記溶接ビード全体に沿って照射するか、または前記穴あきが形成された部位に向けて照射することにより前記補修用の溶接ビードを形成する、請求項4に記載のレーザー溶接装置。

請求項6

前記レーザー照射部と、前記第1のセパレータおよび前記第2のセパレータとの間の距離を可変可能に調整する調整機構をさらに有し、前記調整機構は、前記第1のセパレータおよび前記第2のセパレータに対して前記補修溶接用のレーザーがデフォーカスされるように、前記レーザー照射部と前記第1のセパレータおよび前記第2のセパレータとを相対的に離反移動させる、請求項5に記載のレーザー溶接装置。

請求項7

前記レーザー照射部は、デフォーカスさせたレーザーを前記補修溶接用のレーザーとして照射する、請求項5または請求項6に記載のレーザー溶接装置。

請求項8

前記第1のセパレータおよび前記第2のセパレータに対する前記補修溶接用のレーザーの入熱量を調整する入熱量調整部をさらに有し、前記入熱量調整部は、前記第1のセパレータおよび前記第2のセパレータのうち前記レーザー照射部から離間した側に配置される一方の前記セパレータに溶け落ちが生じるのを防止するように前記入熱量を調整する、請求項4〜7のいずれか1項に記載のレーザー溶接装置。

請求項9

前記入熱量調整部は、前記補修溶接用のレーザーの出力エネルギーの調整および/または前記補修溶接用のレーザーの走査速度の調整により、前記入熱量を調整する、請求項8に記載のレーザー溶接装置。

請求項10

前記反射光検出部は、前記溶接部位からの前記補修溶接用のレーザーの反射光を検出し、前記判定部は、前記反射光検出部の検出結果に基づいて補修溶接された前記溶接部位の溶接状態の良否を判定し、前記制御部は、前記判定部により、補修溶接された前記溶接部位の溶接状態が良好でないと判定された場合、前記レーザー照射部を動作させて、補修溶接された前記溶接部位の溶接状態に応じた補修溶接をさらに実施する、請求項1〜9のいずれか1項に記載のレーザー溶接装置。

請求項11

前記制御部は、前記補修溶接を複数回実施した後に前記補修溶接をさらに実施する場合、重ね合わせた前記第1のセパレータと前記第2のセパレータをクランプするクランプ部の調整および/または前記溶接部位の周辺に付着した付着物の除去が行われた後に、前記補修溶接を実施する、請求項10に記載のレーザー溶接装置。

請求項12

前記制御部は、前記補修溶接の実施に先立って、前記溶接部位の周辺に付着した付着物を除去するために、前記レーザー照射部を動作させて、低出力に調整された洗浄用のレーザーを照射する、請求項1〜11のいずれか1項に記載のレーザー溶接装置。

請求項13

燃料電池用セパレータである第1のセパレータと第2のセパレータを溶接する溶接部位へ向けてレーザーを照射する工程と、前記溶接部位からの前記レーザーの反射光を検出する工程と、前記反射光の検出結果に基づいて前記溶接部位の溶接状態の良否を判定する工程と、前記溶接状態の良否を判定する工程により、前記溶接部位の溶接状態が良好でないと判定された場合、前記溶接部位の溶接状態に応じた補修溶接が実施されるように補修溶接用のレーザーを照射する工程と、を有するレーザー溶接方法

請求項14

前記溶接状態の良否を判定する工程は、検出した前記反射光により取得される電気信号の信号強度の経時的な変化に基づいて、前記溶接部位の溶接状態を、良好、ビード切れ、穴あきのいずれかに判定し、前記補修溶接用のレーザーを照射する工程は、前記溶接部位の溶接状態が、ビード切れ、または、穴あきであると判定された場合、前記補修溶接用のレーザーを照射する、請求項13に記載のレーザー溶接方法。

請求項15

前記補修溶接用のレーザーを照射する工程は、前記溶接部位の溶接状態がビード切れであると判定された場合に、前記溶接部位に形成された溶接ビードと異なる溶接経路に沿った補修用の溶接ビードを形成する、請求項14に記載のレーザー溶接方法。

請求項16

前記補修溶接用のレーザーを照射する工程は、前記溶接部位の溶接状態が穴あきであると判定された場合に、前記溶接部位に形成された溶接ビードよりも大きな幅の補修用の溶接ビードを形成する、請求項14に記載のレーザー溶接方法。

請求項17

前記補修溶接用のレーザーを照射する工程は、溶接に際して前記溶接部位に照射した前記レーザーのスポット径よりも大きなスポット径の前記補修溶接用のレーザーを前記溶接ビード全体に沿って照射するか、または前記穴あきが形成された部位に向けて照射することにより前記補修用の溶接ビードを形成する、請求項16に記載のレーザー溶接方法。

請求項18

前記補修溶接用のレーザーを照射する工程の前に、前記第1のセパレータおよび前記第2のセパレータに対して前記補修溶接用のレーザーがデフォーカスされるように、前記レーザー照射部と前記第1のセパレータおよび前記第2のセパレータとを相対的に離反移動させる工程を有する、請求項17に記載のレーザー溶接方法。

請求項19

前記補修溶接用のレーザーを照射する工程は、デフォーカスさせたレーザーを前記補修溶接用のレーザーとして照射する、請求項17または請求項18に記載のレーザー溶接方法。

請求項20

前記補修溶接用のレーザーは、前記第1のセパレータおよび前記第2のセパレータのうちレーザー照射位置から離間した側に配置される一方の前記セパレータに溶け落ちが生じるのを防止するように入熱量が調整される、請求項16〜19のいずれか1項に記載のレーザー溶接方法。

請求項21

前記入熱量の調整は、前記補修溶接用のレーザーの出力エネルギーの調整および/または前記補修溶接用のレーザーの走査速度の調整により行う、請求項20に記載のレーザー溶接方法。

請求項22

前記溶接部位からの前記補修溶接用のレーザーの反射光を検出する工程と、前記補修溶接用のレーザーの反射光の検出結果に基づいて補修溶接された前記溶接部位の溶接状態の良否を判定する工程と、補修溶接された前記溶接部位の溶接状態の良否を判定する工程により溶接状態が良好でないと判定された場合に、補修溶接された前記溶接部位の溶接状態に応じた補修溶接を実施する工程と、を有する請求項13〜21のいずれか1項に記載のレーザー溶接方法。

請求項23

前記補修溶接用のレーザーを照射する工程を複数回実施した後に、重ね合わせた前記第1のセパレータと前記第2のセパレータのクランプ状態を調整する工程および/または前記溶接部位の周辺に付着した付着物の除去を行う工程と、前記クランプ状態の調整を行う工程および/または前記付着物の除去を行う工程の後に、前記補修溶接用のレーザーを照射する工程と、を有する請求項22に記載のレーザー溶接方法。

請求項24

前記補修溶接用のレーザーを照射する工程の前に、低出力に調整された洗浄用のレーザーを照射して、前記溶接部位の周辺に付着した付着物を除去する工程を有する、請求項13〜23のいずれか1項に記載のレーザー溶接方法。

技術分野

0001

本発明は、レーザー溶接装置、およびレーザー溶接方法に関する。

背景技術

0002

燃料電池は、膜電極接合体MEA:Membrane Electrode Assembly)とセパレータとを有する単セルを複数積層して構成している。セパレータは、隣接する他のセパレータと溶接等により相互に接合されており、セパレータ同士の間またはMEAとの間に各種のガス冷却水流通させる流路を形成する。

0003

セパレータを接合する方法として、例えば、セパレータを溶接する溶接部位レーザー照射して、セパレータを部分的に溶融させて接合するレーザー溶接方法を採用することがある。レーザー溶接方法を採用する場合、細部に設定された溶接部位に対して精度良くレーザーを照射して溶接を行うことが可能になるため、溶接位置のずれなどに伴う製品品質劣化が発生するのを防ぐことができる。ただし、セパレータのような薄板状の素材に対してレーザー溶接を実施する場合、溶接時の作業環境やセパレータおよび各種の治具に付着した付着物などの影響により、溶接品質が大きく左右されてしまうことがあり、金属加工品などの一般的なワークに対してレーザー溶接を実施する場合に比べて溶接不良が発生し易くなってしまうことが懸念される。

0004

例えば、下記特許文献1には、レーザー溶接を実施している最中に溶接部位からのレーザーの反射光を検出し、その検出結果に基づいて溶接状態良否を判定するレーザー溶接装置が記載されている。このようなレーザー溶接装置によれば、レーザー溶接を実施している最中に溶接不良が発生しているか否かをリアルタイムで検知することが可能になるため、溶接不良への対策が講じ易くなる。

先行技術

0005

特開2002−321073号公報

発明が解決しようとする課題

0006

しかしながら、特許文献1に記載されたレーザー溶接装置は、溶接不良が発生した場合、溶接不良を補修するための補修溶接を実施するようには構成されていない。このため、作業者等が溶接不良を確認した後、通常の溶接作業とは別途に装置を稼働させて補修溶接を実施しなければならず、溶接不良が発生した場合には溶接作業が煩雑なものとなる。また、薄板状でかつ微細な形状を有するセパレータをレーザー溶接する際には、溶接時の作業環境や付着物の影響により種々の溶接不良が発生する可能性がある。このため、補修溶接は、溶接不良の内容(溶接状態)に応じた適切な方法で実施することが求められるが、従来のレーザー溶接装置は前述したように、そもそも補修溶接を実施するようには構成されていないため、適切な方法で補修溶接が実施されることはなく、溶接不良が発生した場合に溶接品質を確保するのが難しくなるという問題がある。

0007

そこで本発明は、燃料電池用セパレータである第1のセパレータと第2のセパレータの溶接品質を向上させるとともに、溶接部位の溶接状態に応じた補修溶接を実施する場合においても溶接作業が煩雑になるのを防止して作業効率を向上させることができるレーザー溶接装置およびレーザー溶接方法を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0008

上記目的を達成するための本発明のレーザー溶接装置は、燃料電池用セパレータである第1のセパレータと第2のセパレータを溶接する溶接部位へ向けてレーザーを照射するレーザー照射部と、溶接部位からのレーザーの反射光を検出する反射光検出部と、反射光検出部の検出結果に基づいて溶接部位の溶接状態の良否を判定する判定部と、レーザー照射部の動作を制御する制御部とを有している。そして、制御部は、判定部により溶接部位の溶接状態が良好でないと判定された場合、レーザー照射部を動作させて、溶接部位の溶接状態に応じた補修溶接が実施されるように補修溶接用のレーザーを照射する。

0009

また、上記目的を達成するための本発明のレーザー溶接方法は、燃料電池用セパレータである第1のセパレータと第2のセパレータを溶接する溶接部位へ向けてレーザーを照射する工程と、溶接部位からのレーザーの反射光を検出する工程と、反射光の検出結果に基づいて溶接部位の溶接状態の良否を判定する工程とを有している。さらに、溶接状態の良否を判定する工程により、溶接部位の溶接状態が良好でないと判定された場合、溶接部位の溶接状態に応じた補修溶接が実施されるように補修溶接用のレーザーを照射する工程を有している。

発明の効果

0010

本発明に係るレーザー溶接装置およびレーザー溶接方法によれば、第1のセパレータと第2のセパレータを溶接する溶接部位の溶接状態が良好でない場合には、溶接部位の溶接状態に応じた適切な補修溶接を実施するため、溶接不良が発生した場合においても溶接品質を向上させることができる。また、レーザー溶接を実施している最中に溶接部位の溶接状態の良否を判定し、その判定結果に基づいて補修溶接を引き続き実施することができるため、レーザー溶接と補修溶接とを別途の作業で実施する場合に比べて溶接作業が煩雑になるのを防止でき、作業効率を向上させることができる。

図面の簡単な説明

0011

本発明の実施形態に係る燃料電池用セパレータを備える燃料電池を示す分解斜視図である。
実施形態に係る燃料電池が備える単セルを説明するための断面図である。
実施形態に係る溶接部位を説明するためのセパレータの平面図である。
実施形態に係るレーザー溶接装置の全体構成を簡略して示す側面図である。
実施形態に係るレーザー溶接装置が備えるレーザー照射部の構成を簡略して示す図である。
図6は、実施形態に係るレーザー溶接に使用されるクランプ部を説明するための図であって、(A)は、クランプ部が備える上板を示す平面図、(B)は、クランプ部が備える下板を示す平面図である。
実施形態に係るレーザー溶接方法の各工程を示すフローチャートである。
図8は、実施形態に係るレーザー溶接方法を説明するための図であって、(A)は、溶接部位に対して溶接用のレーザーを照射している様子を示す断面図、(B)は、溶接部位に対して補修溶接用のレーザーを照射している様子を示す断面図である。
図9は、溶接部位に形成した溶接ビードを例示する図であって、(A)は、良好な溶接状態を示す溶接ビードの平面図、(B)は、ビード切れが発生した溶接ビードの平面図、(C)は、穴あきが発生した溶接ビードの平面図である。
図10は、補修溶接により形成した溶接ビードを例示する図であって、(A)は、V字形に形成した補修用の溶接ビードを示す平面図、(B)は、U字形に形成した補修用の溶接ビードを示す平面図、(C)は、穴あき部分を覆うように形成した補修用の溶接ビードを示す平面図である。
図11は、溶接部位から反射した反射光をモニタリングした結果の一例を示す図であり、(A)は、ビード切れが発生した際の電気信号波形データを時系例で示す図、(B)は、穴あきが発生した際の電気信号の波形データを時系例で示す図である。
図12は、すきま不良が発生した際にクランプ部の動作を調整する手順を示す図であり、(A)は、すきま不良が発生した際の様子を例示する断面図、(B)は、クランプ部の動作を調整した後に補修溶接用のレーザーを照射している様子を示す断面図である。
セパレータやクランプ部に付着した付着物を除去する作業を示す断面図である。
図14は、各セパレータの溶接状態を説明するための断面図であり、(A)は、非貫通溶接された各セパレータを示す図、(B)は、貫通溶接された各セパレータを示す図である。
図15は、溶接不良としての穴あきを説明するための断面図であり、(A)は、溶融金属流動する様子を示す図、(B)は、穴あきが形成された状態を示す図である。
改変例に係るレーザー溶接方法の各工程を示すフローチャートである。
図16に示す各工程に引き続いて行われるレーザー溶接方法の各工程を示すフローチャートである。
図18は、改変例に係るレーザー溶接方法を説明するための断面図であって、(A)は、溶接部位に対して溶接用のレーザーを照射している様子を示す図、(B)は、溶接部位に対して補修溶接用のレーザーを照射している様子を示す図である。
図19は、溶接部位に形成した溶接ビードを例示する図であって、(A)は、溶接用のレーザーを照射して形成した溶接ビードの平面図、(B)は、溶接ビード全体に沿って補修溶接用のレーザーを照射して形成した溶接ビードの平面図、(C)は、穴あきが発生した部位の周辺に補修溶接用のレーザーを照射して形成した溶接ビードの平面図である。
改変例に係るレーザー溶接方法を説明するための断面図であって、入熱量を調整した補修溶接用のレーザーを照射した際の様子を示す図である。

実施例

0012

以下、添付した図面を参照しながら、本発明の実施形態を説明する。なお、図面の説明において同一の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。また、図面の寸法比率は、説明の都合誇張されており、実際の比率とは異なる場合がある。

0013

図1図3は、実施形態に係る燃料電池の各部の構成を示す図であり、図4図6は、実施形態に係るレーザー溶接装置およびクランプ部を示す図であり、図7図13は、実施形態に係るレーザー溶接方法の説明に供する図である。

0014

まず、実施形態に係る燃料電池について説明する。

0015

図1に示す燃料電池100は、例えば、固体高分子形燃料電池からなり、電源として利用可能に構成されたものである。固体高分子形燃料電池(PEFC:Polymer Electrolyte Fuel Cell)は、小型化、高密度化および高出力化が可能であり、例えば、搭載スペースが限定される車両などの移動体駆動用電源として使用することができる。特に、システム起動・停止および出力変動が頻繁に発生する自動車への使用が適している。自動車に使用する場合、例えば、車体中央部の座席下、後部トランクルームの下部、車両前方エンジンルーム等に搭載して用いることができる。車内空間およびトランクルームを広く取る観点からは、座席下への搭載が好ましい。

0016

燃料電池100は、スタック部110、締結板130、補強板135、集電板140、スペーサ145、エンドプレート150、およびボルト155を有する。

0017

図1図2に示すように、スタック部110は、膜電極接合体40と第1のセパレータ51、第2のセパレータ52とを有する単セル120を複数積層した積層体により構成している。なお、図2は、図1に示すスタック部110の一部を拡大して示す断面図である。

0018

積層した第1のセパレータ51と第2のセパレータ52は、複数の溶接部位80a、80b、80cを介して相互に溶接されている(図3を参照)。本実施形態における溶接部位とは、溶接するためのレーザーが照射される照射位置と、その照射位置の周辺部分(レーザーの照射の影響を受けて溶融する部分)を含む一定の範囲を意味する。

0019

本実施形態では、溶接部位80aをレーザー溶接する例について説明する。ただし、実施形態に係るレーザー溶接を他の溶接部位80b、80cの溶接に適用することも可能であるし、例示した各溶接部位80a、80b、80c以外の溶接部位に対して適用することも可能である。

0020

図1に示すように、締結板130は、スタック部110の底面側および上面側のそれぞれに配置している。補強板135は、スタック部110の両側面側に配置している。締結板130および補強板135は、スタック部110の周囲を取り囲むケーシングを構成する。

0021

集電板140は、緻密質カーボン銅板などのガス不透過性を備える導電性部材により構成している。図示省略するが、集電板140には、スタック部110で生じた起電力を出力するための出力端子を設けている。出力端子は、単セル120の積層方向の両端側(スタック部110の正面側および背面側)に配置している。

0022

スペーサ145は、スタック部110の背面側に配置した集電板140の外側に配置している。

0023

エンドプレート150は、剛性を備えた材料、例えば、鋼などの金属材料により形成することができる。エンドプレート150は、スタック部110の正面側に配置される集電板140の外側と、スペーサ145の外側とに配置している。エンドプレート150は、燃料ガス酸化剤ガス冷媒のそれぞれを燃料電池100内で流通させるための燃料ガス導入口燃料ガス排出口、酸化剤ガス導入口、酸化剤ガス排出口冷媒導入口および冷媒排出口を有する。各導入口および各排出口は、図示省略する。

0024

ボルト155は、エンドプレート150、締結板130、補強板135を締結する。ボルト155により付与される締結力は、単セル120の積層方向に作用して、燃料電池100の内部に位置するスタック部110を押圧した状態で保持する。ボルト155の本数やボルト孔の位置は、適宜変更することが可能である。また、ボルト155を含む締結機構は、螺合に限定されず、他の手段を適用することも可能である。

0025

図2に示すように、単セル120が備える膜電極接合体40は、高分子電解質膜20と、アノード電極として機能するアノード触媒層30と、カソード電極として機能するカソード触媒層35と、一対のガス拡散層10、15とを有する。

0026

ガス拡散層10は、第2のセパレータ52とアノード触媒層30との間に配置している。ガス拡散層10は、アノード側に供給される燃料ガスを分散させて、燃料ガスをアノード触媒層30へ供給する。一方、ガス拡散層15は、第1のセパレータ51とカソード触媒層35との間に配置している。ガス拡散層15は、カソード側に供給される酸化剤ガスを分散させて、酸化材ガスをカソード触媒層35へ供給する。

0027

アノード触媒層30は、触媒成分と、触媒成分を担持する導電性触媒担体と、高分子電解質とを含んでいる。アノード触媒層30は、高分子電解質膜20の一方の側に配置している。カソード触媒層35は、触媒成分と、触媒成分を担持する導電性の触媒担体と、高分子電解質とを含んでいる。カソード触媒層35は、高分子電解質膜20の他方の側に配置している。

0028

高分子電解質膜20は、アノード触媒層30で生成したプロトンをカソード触媒層35へ選択的に透過させる機能と、アノード側に供給される燃料ガスとカソード側に供給される酸化剤ガスとを混合させないための隔壁としての機能を有する。

0029

第1のセパレータ51および第2のセパレータ52は、単セル120を電気的に直列接続する機能と、燃料ガス、酸化剤ガス、冷媒を互いに遮断する隔壁としての機能を有している。各セパレータ51、52の外形形状は、膜電極接合体40と略同一形状である。また、各セパレータ51、52は、ステンレス鋼鈑に所定の溝部を形成するためのプレス加工を施したものにより構成することができる。

0030

ステンレス鋼鈑は、複雑な機械加工を施し易く、かつ、導電性が良好である点でセパレータの素材として好ましい。必要に応じて、ステンレス鋼板耐食性塗装を施すことも可能である。ただし、第1のセパレータ51および第2のセパレータ52は、ステンレス鋼鈑以外の金属材料、例えば、アルミニウム板クラッド材により構成することも可能である。

0031

第1のセパレータ51は、膜電極接合体40のカソード側に配置されるカソード側セパレータとして構成している。第1のセパレータ51は、カソード触媒層35に対向するように配置している。

0032

図3に示すように、第1のセパレータ51は、発電反応部61およびマニホールド部65を有する。なお、図3は、第1のセパレータ51および第2のセパレータ52の平面を概略的に示す図である。各セパレータ51、52は略同一の構成を有しているため、同一の図面を使用することにより、図示による説明を一部省略している。

0033

図2に示すように、発電反応部61は、膜電極接合体40の発電に寄与する領域の一方に接する領域であり、溝部71を有する。溝部71は、膜電極接合体40と第1のセパレータ51との間に位置する流路53を形成するための凹凸形状を有している。流路53は、酸化剤ガスをカソード触媒層35に供給するために利用される。マニホールド部65は、燃料ガス通過用のマニホールド穴66と、酸化剤ガス通過用のマニホールド穴67と、冷媒通過用のマニホールド穴68とを備える。

0034

第2のセパレータ52は、膜電極接合体40のアノード側に配置されるアノード側セパレータを構成している。第2のセパレータ52は、アノード触媒層30に対向するように配置している。

0035

図3に示すように、第2のセパレータ52は、発電反応部62およびマニホールド部75を有する。図2に示すように、発電反応部62は、膜電極接合体40の発電に寄与する領域の他方に接する領域であり、溝部72を有する。溝部72は、膜電極接合体40と第2のセパレータ52との間に位置する流路58を形成するための凹凸形状を有している。流路58は、燃料ガスをアノード触媒層30に供給するために利用される。マニホールド部75は、燃料ガス通過用のマニホールド穴76と、酸化剤ガス通過用のマニホールド穴77と、冷媒通過用のマニホールド穴78とを備える。なお、図2に示すように、各セパレータ51、52の間には、冷媒用の流路59を形成している。

0036

第2のセパレータ52は、隣接する他の単セル120の第1のセパレータ51に溶接しており、第1のセパレータ51は、隣接する別の単セル120の第2のセパレータ52に溶接している。具体的には、第1のセパレータ51および第2のセパレータ52は、各マニホールド穴66(76)、67(77)、68(78)を取り囲む溶接部位80b、各セパレータ51、52の外周部分に沿って延在する溶接部位80c、および発電反応部61(62)に位置する溶接部位80aのそれぞれの溶接部位を介して、相互に溶接している。発電反応部61(62)に位置する溶接部位80aは、各溝部71、72を接合するためのものであり、各溝部71、72の中心に位置決めしている。

0037

次に、高分子電解質膜20および各触媒層30、35の材質等を説明する。なお、以下に示す材料等は例示に過ぎず、使用する材料がこれらの材料のみに限定されることはない。

0038

高分子電解質膜20は、パーフルオロカーボンスルホン酸ポリマーから構成されるフッ素系高分子電解質膜スルホン酸基を有する炭化水素系樹脂膜、リン酸イオン性液体等の電解質成分含浸した多孔質状の膜を、適用することが可能である。パーフルオロカーボンスルホン酸系ポリマーは、例えば、ナフィオン登録商標デュポン株式会社製)、アシプレクス(登録商標、旭化成株式会社製)、フレミオン(登録商標、旭硝子株式会社製)、Gore selectシリーズ(登録商標、日本ゴア株式会社)等である。多孔質状の膜は、例えば、ポリテトラフルオロエチレンPTFE)、ポリフッ化ビニリデンPVDF)から形成される。

0039

高分子電解質膜20の厚みは、特に限定されないが、強度、耐久性および出力特性の観点から5μm〜300μmが好ましく、より好ましくは10〜200μmである。

0040

アノード触媒層30に用いられる触媒成分は、水素酸化反応触媒作用を有するものであれば、特に限定されない。カソード触媒層35に用いられる触媒成分は、酸素還元反応に触媒作用を有するものであれば、特に限定されない。

0041

具体的な触媒成分は、白金ルテニウムイリジウムロジウムパラジウムオスミウムタングステン、鉛、鉄、クロムコバルトニッケルマンガンバナジウムモリブデンガリウムアルミニウム等の金属、及びそれらの合金等から選択される。触媒活性一酸化炭素等に対する耐被毒性耐熱性などを向上させるために、少なくとも白金を含むものが好ましい。カソード触媒層およびアノード触媒層に適用される触媒成分は、同一である必要はなく、適宜選択することが可能である。なお、貴金属を含まない触媒を適用することも可能である。

0042

各触媒層30、35に用いられる触媒の導電性担体は、触媒成分を所望の分散状態で担持するための比表面積、および集電体として十分な電子導電性を有していれば、特に限定されないが、主成分がカーボン粒子であることが好ましい。カーボン粒子は、例えば、カーボンブラック活性炭コークス天然黒鉛人造黒鉛から構成される。

0043

各触媒層30、35に用いられる高分子電解質は、少なくとも高いプロトン伝導性を有する材料であれば、特に限定されず、例えば、ポリマー骨格の全部または一部にフッ素原子を含むフッ素系電解質や、ポリマー骨格にフッ素原子を含まない炭化水素系電解質が適用可能である。各触媒層30、35に用いられる高分子電解質は、高分子電解質膜20に用いられる高分子電解質と同一であっても異なっていてもよいが、高分子電解質膜20に対する各触媒層30、35の密着性を向上させる観点から、同一であることが好ましい。

0044

次に、図4図6を参照して、実施形態に係るレーザー溶接装置200について説明する。

0045

レーザー溶接装置200は、概説すると、第1のセパレータ51と第2のセパレータ52を溶接する溶接部位80aへ向けてレーザーを照射する加工ヘッド(レーザー照射部に相当する)232と、溶接部位80aからのレーザーの反射光を検出する反射光検出部240と、反射光検出部240の検出結果に基づいて溶接部位80aの溶接状態の良否を判定する判定部266と、加工ヘッド232の動作を制御する制御部262とを有している。後述するように、溶接部位80aに溶接不良が発生している場合には、制御部262が加工ヘッド232を動作させて、溶接部位80aを補修するための補修溶接用のレーザーを照射する(図8(B)を参照)。

0046

レーザー溶接装置200を使用したレーザー溶接を実施するに際して、各セパレータ51、52は重ね合わせて積層した状態にセットする。各セパレータ51、52を積層した状態に維持するために、クランプ治具(クランプ部に相当する)210を使用している。

0047

クランプ治具210は、積層した各セパレータ51、52を挟持してクランプする上板212および下板214と、上板212および下板214のクランプ動作を駆動する押圧機構220と、クランプ治具210全体を高さ方向(Z方向)に移動自在に支持する支持部215と、を有する。

0048

上板212は、第1のセパレータ50をその上面側から押圧する押圧部材である。図6(A)に示すように、上板212は、スリット部213を有する。レーザー溶接を実施する際は、スリット部213を第1のセパレータ50の発電反応部61および溝部71に位置合わせして配置する。スリット部213が配置される部分、すなわち発電反応部61および溝部71は、上板212によって第1のセパレータ51を押圧した状態(第1のセパレータ51の上面側に上板212が配置された状態)において、露出される。したがって、第1のセパレータ51の溝部71に設定した溶接部位80aを溶接する際には、溶接部位80aの位置の確認および溶接部位80aへのレーザーの導光を容易に行うことが可能となる。

0049

下板214は、第2のセパレータ52を下面側から押圧する押圧部材である。下板214は、各セパレータ51、52が載置される受け台としての機能を兼ねている。図6(B)に示すように、下板214には、押圧機構220を一体的に取り付けている。なお、下板214は、必要に応じて、透明な材料やレーザーの透過性を備える材料により構成することが可能である。

0050

図4に示すように、押圧機構220は、アーム部222および突出部224を有する。突出部224は、アーム部222の先端部に配置している。突出部224は、上板212に対して当接自在に構成している。突出部224が上板212を押さえ付けると、上板212を介して各セパレータ51、52が押圧される。各セパレータ51、52は、上板212と下板214に挟まれて押圧されることにより、上下方向からクランプされる。図6(B)に示すように、クランプ治具210は、各セパレータ51、52の周囲を取り囲むように複数個(例えば、10個)配置することができるが、レーザー溶接を実施している最中に各セパレータ51、52をクランプした状態に維持し得る限りにおいて、設置数や設置位置等は特に限定されない。

0051

支持部215は、例えば、高さ方向にクランプ治具210全体を移動可能に支持する載置台ステージ)により構成することができる。支持部215は、押圧機構220を介してクランプした状態における第1のセパレータ51および第2のセパレータ52を高さ方向に移動させることにより加工ヘッド232と各セパレータ51、52との間の距離を可変可能に調整する調整機構としての機能を有している。

0052

図4に示すように、レーザー溶接装置200は、加工ヘッド232と、ロボットアーム234と、光ファイバー236と、レーザー発振器238とを備える本体部230を有する。

0053

レーザー発振器238は、光学系、電源、制御系冷却ガス循環系等を内蔵しており、発振させたレーザーを、光ファイバー236を介して加工ヘッド232へ提供する。レーザー発振器238により発振するレーザーの種類は特に限定されないが、例えば、レーザー溶接に一般的に用いられるYAGレーザーを選択することができる。

0054

ロボットアーム234は、多軸式であり、その先端に加工ヘッド232が取り付けられている。ロボットアーム234は、教示作業によって与えられた動作経路のデータに従って、加工ヘッド232を移動させる。また、ロボットアーム234は、クランプ治具210の支持部215と同様に、加工ヘッド232を各セパレータ51、52に対して接近離反移動させることにより、加工ヘッド232と各セパレータ51、52との間の距離を可変可能に調整する調整機構としての機能を有している。

0055

加工ヘッド232は、レーザーを走査することによって連続溶接を可能にする公知のガルバノヘッドにより構成している。図5に示すように、加工ヘッド232は、コリメータ282と、レーザー径調整部283と、反射ミラー284と、ガルバノスキャナ286と、加工レンズ288と、所定の保護ガラス289とを有する。

0056

コリメータ282は、光ファイバー236から導光されるレーザーを平行光に変換する。レーザー径調整部283は、レーザー径を調整するための光学系であり、例えば、この位置でレーザー径を減少するように調整すると、溶接部位80aにおけるレーザー径が増加することになる。反射ミラー284は、レーザー径調整部283を通過したレーザーを反射し、ガルバノスキャナ286に投射するために使用される折り返しミラーである。

0057

ガルバノスキャナ286は、例えば、2軸式であり、2つのミラーと、各ミラーを駆動するモータを有している。ガルバノスキャナ286は、レーザーの反射方向を変化させることによってレーザーを二次元方向に走査することが可能に構成されている。

0058

加工レンズ288は、例えば、fθレンズにより構成することができる。加工レンズ288は、ガルバノスキャナ286で反射したレーザーを集光する。加工レンズ288におけるレーザーの集光度を調整することにより、照射位置におけるレーザーのエネルギーを調整することができる。例えば、レーザーの集光度を低くして、レーザーの焦点をずらす(ぼかす)と、レーザーの照射位置に付与されるエネルギーが小さくなり、レーザーの集光度を高くすると、レーザーの照射位置に付与されるエネルギーが大きくなる。

0059

図4に示すように、反射光検出部240は、レーザー溶接を実施する際に溶接部位80aから反射した反射光を検出する光センサ241を備えている。光センサ241は、例えば、YAGレーザーの反射光を所定のサンプリング周波数で電気信号に変換するフォトダイオードなどを備える公知のものにより構成することができる。反射光検出部240の検出結果は、有線無線の公知のデータ通信方式により制御部262へ送信される。

0060

制御部262は、レーザー溶接装置200の動作を統括的に制御するコントローラ260に組み込まれている。コントローラ260は、制御部262とともに記憶部264を有している。

0061

制御部262は、例えば、所定のプログラムにしたがってレーザー溶接装置200の動作制御やクランプ治具210の動作制御、および各種の演算処理等を実行するマイクロプロセッサ等から構成される制御回路を有する。レーザー溶接装置200の各機能およびクランプ治具210の各機能は、それに対応するプログラムを制御部262が実行することにより発揮される。

0062

記憶部264は、各種プログラムおよび各種データを記憶するために使用され、ROM(リードオンリーメモリー)、RAM(ランダムアクセスメモリー)、書き換え可能な不揮発性半導体メモリー(例えば、フラッシュメモリー)、ハードディスクドライブ装置等を適宜組み合わせて構成している。

0063

記憶されているプログラムは、溶接プログラム265および補修溶接プログラム266を含んでいる。溶接プログラム265は、加工ヘッド232やロボットアーム234の動作を制御して、各セパレータ51、52同士の溶接を実施する作業プログラムである。補修溶接プログラム266は、反射光検出部240の検出結果に基づく溶接部位80aの溶接状態の判定、判定結果に応じた補修溶接の選択、および加工ヘッド232やロボットアーム234の動作を制御して補修溶接を実施する作業プログラムである。

0064

制御部262は、レーザー溶接を実施している最中に補修溶接プログラム266を読み出す。また、制御部262は、補修溶接に必要なデータ(反射光検出部240の検出結果等)を一時記憶する作業領域としてRAMを使用する一方で、補修溶接プログラム266を実行処理する。制御部262は、補修溶接プログラム266を実行することにより、溶接状態の判定を行う判定部として機能する。

0065

次に、判定部(制御部262)による溶接状態の判定手順について説明する。

0066

反射光検出部240は、レーザー溶接を実施している最中に溶接部位80aからのレーザーの反射光を検出する。反射光検出部240が備える光センサ241は、検出した反射光を電気信号に変換する。反射光検出部240は、レーザー溶接を実施している最中に経時的に反射光を検出するため、反射光を変換した電気信号の信号強度の経時的な変化を示す波形データが取得される。そして、判定部は、取得した波形データを、記憶部264に予め記憶された基準データと比較することにより、溶接部位80aの溶接状態を判定する。判定部は、取得した波形データを基準データと比較することにより、溶接部位80aの溶接状態が良好であるかまたは良好でないかの判定(溶接状態の判定)、および、溶接状態が良好でない場合にどのような溶接不良が発生しているかの判定(溶接不良の判定)を行う。判定に使用される基準データは、レーザー溶接の実施に先立って予め取得しておくことができる。

0067

図9には、レーザー溶接により溶接部位80aに形成された溶接ビードを例示しており、図11には、溶接不良が発生した際の波形データを例示している。

0068

図9(A)には、溶接部位80aにおけるレーザー溶接が良好に行われた場合に形成される溶接ビード91を示している。レーザー溶接が良好に行われた場合、レーザーの溶接経路走査軌跡)に沿って線状に連なる溶接ビード91を形成することができる。このような溶接ビード91を形成することにより、適切な溶接強度を確保することが可能になる。

0069

図9(B)には、溶接不良の一例として、ビード切れが発生した際の溶接ビード93を示している。ビード切れが発生すると、溶接ビード93には、不連続な端部93a、93bと、各端部93a、93bの間に形成される未溶接部分93cが形成される。このビード切れの発生に伴い、溶接強度の低下が招かれる。

0070

図11(A)には、ビード切れが発生した際の波形データが示される。図11(A)中の縦軸は、検出した反射光に基づいて取得した電気信号の信号強度であり、横軸は時間である。この図に示すように、ビード切れが発生した場合には、信号強度が一時的に上昇したピーク値P11が検出されることがわかる。このピーク値P11に基づいて、所定の閾値P12を設定している。本実施形態では、溶接部位80aの溶接状態の判定に際して、閾値P12を上回る信号強度が検出された場合には、ビード切れが発生していると判定する。ただし、閾値P12は、任意の値に設定することができ、例えば、ピーク値P11と、その他の信号強度の大きさとの比率に基づいて適宜変更することが可能である。

0071

図9(C)には、溶接不良の一例として、穴あきが発生した際の溶接ビード95を示している。溶接ビード95のように穴あき部分95aが形成されると、溶接強度の低下が招かれる。

0072

図11(B)には、穴あきが発生した際の波形データが示される。この図に示すように、穴あきが発生した場合には、信号強度が一時的に下降したピーク値P21が検出されることがわかる。このピーク値P21に基づいて、所定の閾値P22を設定している。本実施形態では、溶接部位80aの溶接状態の判定に際して、閾値P22を下回る信号強度が検出された場合には、穴あきが発生していると判定する。ただし、閾値P22は、任意の値に設定することができ、例えば、ピーク値P21と、その他の信号強度の大きさとの比率に基づいて適宜変更することが可能である。

0073

レーザー溶接を実施している最中に、図11(A)、(B)に示す各閾値P12、P22を上回るもしくは下回る信号強度が検出されなかった場合には、溶接部位80aの溶接状態は良好であると判定することができる。ただし、各閾値P12、P22を上回るもしくは下回る信号強度が検出されない場合であっても、良好なレーザー溶接が実施された際に取得される波形データとは明らかに異なる波形データが取得されることがある。このような場合、良好、ビード切れ、穴あきのいずれにも判定することはできないが、少なくとも溶接部位80aは良好な溶接状態とはなっておらず、溶接部位80aに何らかの溶接不良が発生していることが考えられる。この溶接不良の一つとして、隙間不良による溶け落ちが挙げられる。

0074

例えば、図12(A)に示すように、各セパレータ51、52の溶接に際して、各セパレータ51、52をクランプすると、各セパレータ51、52の間に僅かな隙間gが形成されることがある。各セパレータ51、52は薄肉であり、かつ、微細な凹凸形状を備えているため、クランプ時の力の掛かり具合クランプ位置などの影響を受けて、隙間gが比較的形成され易い。隙間gが形成された状態で溶接が行われると、溶接部位80aに溶け落ちが生じて、溶接強度の低下を招くことになる。本実施形態では、良好、ビード切れ、穴あきのいずれにも判定することができない波形データが取得された場合には、このような隙間不良に伴う溶け落ちが発生していると判定する。

0075

次に、本実施形態に係るレーザー溶接方法を説明する。図7は、本実施形態に係るレーザー溶接方法の各工程を示すフローチャートである。図7に示されるフローチャートにより示されるアルゴリズムは、記憶部264に溶接プログラム265および補修溶接プログラム266として記憶されており、制御部262によって実行される。

0076

まず、第1のセパレタータ51と第2のセパレタータ52を積層して重ね合わせた状態とし、クランプ治具210を使用して各セパレータ51、52をクランプする。そして、図8(A)に示すように、加工ヘッド232を動作させて、溶接部位80aに向けてレーザーを照射する(ステップS10)。加工ヘッド232から照射したレーザーは、破線L1で示す。

0077

溶接部位80aに対するレーザー照射を実施しつつ、反射光検出部240により、溶接部位80aからの反射光を検出する(ステップS11)。

0078

レーザー溶接を実施する際に反射光検出部240を配置する位置は、反射光を検出可能であれば特に限定されないが、本実施形態においては、クランプ治具210が備える上板212に形成したスリット213を通る反射光を検出し得るように、スリット213の近傍に反射光検出部240を配置している(図8(A)を参照)。溶接部位80aから反射した反射光は、矢印f1で示す。

0079

反射光検出部240の検出結果に基づいて溶接部位80aの溶接状態の良否を判定する(ステップS12)。なお、レーザー照射による溶接(ステップS10)、反射光の検出(ステップS11)、溶接状態の良否の判定(ステップS12)は、同時に実施されるため、作業者はレーザー溶接を実施している最中にリアルタイムで溶接状態の良否を知ることができる。

0080

溶接不良が発生していないと判定された場合(ステップS12:NO)、溶接部位80aの溶接状態は良好であると判断されるため、溶接部位80aに対する溶接作業を終了する。一方、溶接不良が発生していると判定された場合(ステップS12:YES)、溶接不良の内容を判定する(ステップS13)。そして、溶接不良の内容が判定された後、溶接不良の内容に応じた補修溶接を実施する各工程(ステップS14、ステップS15、ステップS16)へ進む。なお、溶接状態の良否の判定(ステップS12)と、溶接不良の判定(ステップS13)は、反射光検出部240の検出結果から得られる電気信号に基づいて実質的に同時に行われる。

0081

溶接不良の判定(ステップS13)により、溶接部位80aに形成した溶接ビード93にビード切れが発生していると判定された場合、制御部262は、図8(B)に示すように、加工ヘッド232を動作させて、補修溶接用のレーザーを溶接部位80aに向けて照射する(ステップS14)。加工ヘッド232から照射した補修溶接用のレーザーは、破線L2で示す。

0082

図10(A)、(B)には、補修溶接用のレーザーを照射して形成した溶接ビード96を示している。例えば、ビード切れが発生した場合には、ビード切れが発生した溶接ビード93と異なる溶接経路に沿った補修用の溶接ビード96を形成する。

0083

補修用の溶接ビード96は、例えば、図10(A)に示すように、溶接ビード93の各端部93a、93bに連なるV字形に形成したり、図10(B)に示すように、U字形に形成したりすることができる。溶接ビード93の各端部93a、93bを補修用の溶接ビード96により繋げることで、ビード切れに伴う溶接強度の低下を効果的に補うことができる。また、ビード切れの原因として、付着物(例えば、コンタミや油分)が未溶接部分93cに付着していることが考えられる。このため、付着物が付着していることが考えられる未溶接部分93cへの補修溶接用のレーザーの照射を避けて、溶接ビード93とは異なる溶接経路に沿って補修用の溶接ビード96を形成することにより、補修溶接時に溶接不良が発生するのを効果的に防止することが可能になる。なお、補修用の溶接ビード96の形状は特に限定されることはないが、溶接強度の向上を図る観点より、溶接ビード93の各端部93a、93bを繋げる形状であることが好ましい。

0084

溶接不良の判定(ステップS13)により、溶接部位80aに形成した溶接ビード95に穴あきが発生していると判定された場合、制御部262は、加工ヘッド232を動作させて、補修溶接用のレーザーを溶接部位80aに向けて照射する(ステップS15)。

0085

図10(C)には、補修溶接用のレーザーを照射して形成した溶接ビード97を示している。例えば、穴あきが発生した場合には、穴あきが発生した溶接ビード95よりも大きな幅の補修用の溶接ビード97を形成する。穴あき部分95aを溶接ビード97によって覆うことで、穴あき部分95aの発生に伴う溶接強度の低下を抑えることができる。補修用の溶接ビード97の幅は、穴あきが発生した溶接ビード95の幅よりも大きければよく、その寸法は特に限定されない。また、溶接ビード97の長さ(溶接ビード95の延在方向に沿う長さ)も、穴あき部分95aよりも長ければよく、その寸法は特に限定されない。

0086

溶接不良の判定(ステップS13)により、隙間不良が発生していると判定された場合、制御部262は、クランプ治具210を動作させて、再クランプを実施する(ステップS16)。図12(A)に示すように隙間不良が発生した場合には、図12(B)に示すように、クランプ治具210による再クランプを実施する。そして、再クランプを実施して隙間gを無くした後に補修溶接用のレーザーを照射する(ステップS17)。溶接部80aに補修用の溶接ビードを形成することで溶接強度の低下を抑えることができる。なお、補修溶接用のレーザーを照射する位置は、例えば、隙間不良による溶け落ちなどが生じた部分の近傍であって、かつ、所定の幅の溶接ビードを形成し得る位置に設定することができる。

0087

各補修溶接を実施する場合(ステップS14、ステップS15、ステップS16)、補修溶接とともに、溶接部位80aに照射した補修溶接用のレーザーの反射光を反射光検出部240により検出する(ステップS18)。そして、この検出結果に基づいて、補修溶接された溶接部位80aの溶接状態の良否を判定する(ステップS19)。なお、溶接状態の良否の判定方法は、ステップS12と同様に、反射光から取得した波形データに基づいて行うことができる。

0088

補修溶接時に溶接不良が発生していないと判定された場合(ステップS19:NO)、補修溶接された溶接部位80aの溶接状態は良好であると判断されるため、溶接部位80aに対する溶接作業を終了する。一方、補修溶接時に溶接不良が発生していると判定された場合(ステップS19:YES)、既に実施された補修溶接の実施回数カウントし、この実施回数と予め設定された設定回数Nとを比較する(ステップS20)。

0089

補修溶接の実施回数が設定回数Nを超えていないと判定された場合(ステップS20:NO)、補修溶接が施された溶接部位80aの溶接状態に応じた補修溶接を実施する(ステップS14、ステップS15、ステップS16)。以下同様にして、補修溶接用のレーザーの反射光の検出(ステップS18)、補修溶接時の溶接状態の判定(S19)を実施する。なお、補修溶接時の溶接状態の良否の判定(ステップS19)と、補修溶接時の溶接不良の判定(ステップS13)は、反射光検出部240の検出結果から得られる電気信号に基づいて実質的に同時に行われる。

0090

補修溶接の実施回数と設定回数Nとの比較により、補修溶接の実施回数が設定回数Nを超えていると判定された場合(ステップS20:YES)、周辺設備の調整を行う(ステップS21)。

0091

例えば、補修溶接を複数回実施する場合において、補修溶接の度に溶接不良が発生しているような場合には、レーザー溶接を実施している作業環境等に問題があることが考えられる。このため、補修溶接の回数が設定回数Nを超える回数で実施されている場合には、周辺設備を調整して溶接不良の要因を取り除く作業を実施する。なお、設定回数Nは、2以上の任意の回数に設定することが可能である。

0092

溶接不良の要因としては、例えば、各セパレータ51、52が適切にクランプされていない(隙間不良やクランプ位置のズレ)状態で溶接が行われたり、溶接部位80aの周辺に付着物(例えば、コンタミや油分)が付着した状態で溶接が行われたりすることが考えられる。したがって、周辺設備の調整として、例えば、クランプ治具210によるクランプ動作の調整作業(再クランプ、クランプ位置の変更)や、各セパレータ51、52およびクランプ治具210(例えば、上板212)などに付着した付着物を除去する作業を行う。

0093

付着物を除去する作業は、例えば、図13に示すように、低出力に調整した洗浄用のレーザーを照射することで実施できる。レーザー溶接時に照射するレーザーよりも低出力に調整したレーザーを照射することで、照射位置への熱的な影響を軽減しつつコンタミ等の付着物mを好適に除去することができる。レーザーを使用することで細部に付着した付着物mを除去することが可能となる上に、洗浄用の装置としてレーザー溶接装置200を共用化するため、設備コストの削減を図ることができる。レーザーの出力の調整は、例えば、加工ヘッド232が備える加工レンズ288によってレーザーの集光度を低くして(レーザーの焦点をずらして)調整する方法で行うことができる(図5を参照)。図13において、洗浄用のレーザーは、破線L3で示す。

0094

レーザー溶接装置200を使用してレーザー溶接を実施する場合には、制御部262が動作制御を行うことにより、クランプ治具210の調整作業や付着物の除去作業を自動で実施させることが可能であるが、例えば、これらの作業は、作業者自身で行うことも可能である。また、洗浄作業は、例えば、ブラッシング等により行うことも可能である。

0095

なお、ビード切れや穴あき等は、付着物の存在が原因で発生することが多い。例えば、補修溶接を実施する際には、補修溶接の回数が設定回数Nを超えない場合にも、補修溶接の実施に先立ってレーザーによる洗浄を実施してもよい。洗浄を実施した後に補修溶接を実施することで、補修溶接時に溶接不良が発生するのを未然に防止することが可能になる。

0096

周辺設備を調整して溶接不良の原因を取り除いた後、溶接不良に応じた補修溶接を実施する(ステップS14、ステップS15、ステップS16)。以下同様にして、補修溶接用のレーザーの反射光の検出(ステップS18)、補修溶接時の溶接状態の良否の判定(S19)を実施する。補修溶接時に溶接不良が発生していないと判定される(ステップS19:NO)まで、補修溶接を繰り返し実施する。

0097

溶接不良の発生が検出されず、溶接部80aの溶接が正常に終了した後、溶接作業が完了する。溶接部80aに対する溶接作業が終了した後、引き続き、他の溶接部80b、80cへのレーザー溶接作業や他のセパレータに対するレーザー溶接作業へ移行することができる。

0098

以上、本実施形態に係るレーザー溶接装置200およびレーザー溶接方法によれば、第1のセパレータ51と第2のセパレータ52をレーザー溶接する溶接部位80aの溶接状態が良好でない場合には、溶接部位80aの溶接状態に応じた適切な補修溶接を実施するため、溶接不良が発生した場合においても溶接品質の向上を図ることができる。また、レーザー溶接を実施している最中に溶接部位80aの溶接状態の良否を判定し、その判定結果に基づいて補修溶接を引き続き実施することができるため、レーザー溶接と補修溶接とを別途の作業で実施する場合に比べて、溶接作業が煩雑になるのを防止でき、作業効率を向上させることができる。

0099

また、検出した反射光により取得される電気信号の信号強度の経時的な変化に基づいて、溶接部位80aの溶接状態を良好、ビード切れ、穴あきのいずれかに判定するため、精度のよい判定結果を得ることができる。そして、ビード切れ、または、穴あきと判定された場合に補修溶接を実施するため、不要な補修溶接が実施されるのを防止でき、かつ、ビード切れや穴あきの発生に伴う溶接強度の低下を効果的に抑えることができる。

0100

また、溶接状態がビード切れと判定された場合には、補修溶接を実施して、ビード切れが発生した溶接ビード93とは異なる溶接経路に沿った補修用の溶接ビード96を形成する。これにより、ビード切れの発生に伴う溶接強度の低下を効果的に抑えることができる。

0101

また、溶接状態が穴あきと判定された場合には、補修溶接を実施して、穴あきが発生した溶接ビード95よりも大きな幅の補修用の溶接ビード97を形成する。これにより、穴あきの発生に伴う溶接強度の低下を効果的に抑えることができる。

0102

また、補修溶接を実施している最中に検出された反射光に基づいて補修溶接時の溶接部位80aの良否を判定し、補修溶接が必要な場合には補修溶接を再度実施するため、溶接不良の発生に伴う溶接強度の低下をより一層確実に抑えることができる。

0103

また、補修溶接が複数回繰り返される場合には、各セパレータ51、52のクランプ状態を調整したり、溶接部位80aの周辺に付着した付着物を除去したりすることで、周辺設備側にある溶接不良の原因を取り除いた上で、補修溶接を再度実施するため、作業環境等に起因して発生する溶接不良に伴う溶接強度の低下を効果的に抑えることができる。

0104

また、補修溶接の実施に先立って、低出力に調整された洗浄用のレーザーを照射して付着物の除去を実施するため、補修溶接時に溶接不良が発生するのを効果的に防止することができる。

0105

<改変例>
次に、図14図20を参照して、上述した実施形態の改変例を説明する。

0106

本改変例は、レーザーを照射して形成した溶接部位に溶接不良としての穴あきが発生した場合に、溶接部位をより好適に補修することを可能にするレーザー溶接装置およびレーザー溶接方法に関するものである。なお、本改変例の説明においては、前述した実施形態において既に説明したレーザー溶接装置の各部の構成および溶接作業の手順等については、その説明を適宜省略する。

0107

前述した実施形態においては、各セパレータ51、52同士を溶接するにあたり、各溶接部位80a、80b、80c(図3を参照)に溶接不良の原因となる穴あきが発生した場合、各溶接部位80a、80b、80cに対して補修溶接用のレーザーL2を照射する。そして、補修溶接用のレーザーL2を照射することにより、溶接用のレーザー(第1回目のレーザー)L1の照射により形成された溶接ビード95よりも大きな幅の補修用の溶接ビード97を形成する(図10(C)を参照)。本改変例では、穴あきが発生した際に行う上記の補修溶接の方法として、より好適な例を説明する。

0108

まず、図14を参照して、各溶接部位80a、80b、80cの溶接例を説明する。

0109

図14(A)、図3に示すように、例えば、発電反応部61、62に位置する溶接部位80a(アクティブエリア溶接ライン)に対しては、各セパレータ51、52を厚み方向に貫通させることなく溶接がなされる非貫通溶接を実施することができる。非貫通溶接で溶接を行うことにより、各セパレータ51、52の間に形成される流路53、58同士(図2を参照)が貫通した状態で溶接されるのを好適に防止することが可能になる。

0110

図14(B)、図3に示すように、例えば、マニホールド部65、75を取り囲む溶接部位80b(マニホールド溶接ライン)、および各セパレータ51、52の外周部分に沿って延在する溶接部位80c(外周溶接ライン)に対しては、各セパレータ51、52を厚み方向に貫通するように溶接がなされる貫通溶接を実施する。発電反応部61、62から離れた位置に形成される各溶接部位80b、80cについては、流路53、58との関係で各セパレータ51、52間の貫通状態を厳密に調整しなくてもよい。このため、各溶接部位80b、80cに対して貫通溶接で溶接を行うことにより、各セパレータ51、52間の接合強度の向上を図ることが可能になる。

0111

図14(A)、図14(B)に示すように、第1セパレータ51と第2セパレータ52とを溶接する際に照射するレーザーL1は、各セパレータ51、52間の境界部分に、各セパレータ51、52が溶融した溶融金属90が十分に介在し得るように、例えば、境界部分付近に焦点Fが結ばれるように照射する。したがって、レーザーL1のビームプロファイルビーム形状)L11は、各セパレータ51、52間の境界部分付近に径が最も絞られたビームウエスト部を備える。後述するように、本改変例においては、このビームウエスト部におけるスポット径は、第1回目の溶接時に照射するレーザーL1と、補修溶接時に照射するレーザーL2とで異なるように調整する。

0112

次に、図15を参照して、穴あきの発生機序について説明する。

0113

図15(A)に示すように、例えば、各セパレータ51、52同士の間に隙間gが形成された状態でレーザーL1を照射すると、レーザーL1の照射により溶融した溶融金属90が隙間g内を広がるように流動する。これにより、図15(B)に示すように、各セパレータ51、52間に介在する溶融金属90の量が不足した状態となるため、溶接作業が終了した後に、溶接部位80aに穴あき部分95aが形成される。その結果、溶接部位80aにおけるシール機能の低下や、接合強度の低下が招かれることになる。一般的に、燃料電池100に使用される各セパレータ51、52を接合する溶接ビードは、1組のセパレータセルごとに比較的長い長さで形成される。また、セパレータセルには、厳密なシール機能が要求されるため、溶接品質を確保することが課題となる。溶接ビード中に穴あき部分95aが形成されると、シール機能の低下に大きな影響が及ぼされるため、穴あき部分95aが形成された場合には、その対策として補修溶接を実施することが求められる。

0114

上記のように穴あき部分95aの発生要因として隙間gを例に挙げたが、例えば、溶接部位80a付近にコンタミや油分等の付着物が存在しているような場合には、これらの付着物が要因となって穴あき部分95aが形成されることもある。

0115

以下、本改変例の説明においては、貫通溶接を行う溶接部位80aに対する溶接作業への適用例を主として説明するが、本改変例のレーザー溶接方法は、非貫通溶接を行う溶接部位80b、80cに対する溶接作業についても同様に適用することが可能である。

0116

図16図20を参照して、本改変例に係るレーザー溶接方法を説明する。図16および図17は、レーザー溶接方法の作業手順を示すフローチャートである。図18図20は、レーザー溶接を実施する際の各セパレータ51、52を示す断面図および平面図である。

0117

なお、説明は省略するが、本改変例に係るレーザー溶接方法は、溶接不良の発生の判定(図7に示すステップS12)、および溶接不良の内容の判定(図7に示すステップS13)を実施することを前提として、穴あきに対する補修溶接を実施するものである。

0118

図16を参照して、レーザー溶接を開始するにあたり、ロボットアーム234を動作させて、溶接部位80aに対してレーザーL1を照射することが可能になる溶接開始位置へ加工ヘッド232を移動させる(ステップS101)。

0119

加工ヘッド232が溶接開始位置に移動したことを確認した場合(ステップS102:YES)、加工ヘッド232の移動を停止させる(ステップS103)。溶接開始位置に加工ヘッド232が移動していない場合(ステップS102:NO)、加工ヘッド232を適正な位置に移動させる。

0120

加工ヘッド232を溶接開始位置に移動させた後、反射光検出部240による反射光のモニタリングを開始する(ステップS104)。

0121

次に、加工ヘッド232を動作させて、溶接部位80aに向けて溶接用のレーザー(第1回目のレーザー)L1を照射する(ステップS105)。図18(A)に示すように、レーザーL1は各セパレータ51、52の境界部分(重ね合わせた部分)に焦点Fが結ばれるように照射する。そして、図19(A)に示すように、溶接部位80aの所定の範囲に亘ってレーザーL1を走査することにより、走査方向(図中の矢印s)に延びる溶接ビード95を形成させる。

0122

図16を参照して、レーザーL1を照射した際の反射光をモニタリングした結果、溶接部位80aに穴あき部分95aが形成されていない(溶接不良が発生していない)と判定された場合(ステップS106:NO)、図17に示す次工程(ステップS121)へ進む。一方、溶接部位80aに穴あき部分95aが形成された(溶接不良が発生した)と判定された場合(ステップS106:YES)、補修溶接を実施するための準備工程(ステップS107)へ進む。

0123

本改変例に係るレーザー溶接方法では、図18(B)、図19(B)に示すように、第1回目の溶接時に照射したレーザーL1のスポット径d1よりも大きなスポット径d2(スポット径d1<スポット径d2)となる補修溶接用のレーザーL2を照射する。そして、補修溶接用のレーザーL2を溶接ビード95全体に沿って照射することにより、溶接ビード95を覆う補修用の溶接ビード97を形成させる。

0124

スポット径d2となる補修溶接用のレーザーL2を照射する方法としては、例えば、加工ヘッド232内に配置された加工レンズ288(図5を参照)の集光度を調整して、加工ヘッド232から照射されるレーザーL2をデフォーカスさせる方法(焦点Fをずらす方法)、加工ヘッド232と各セパレータ51、52との間の物理的な距離を調整してレーザーL2をデフォーカスさせる方法、およびその両方を組み合わせた方法を採用することができる。

0125

また、加工ヘッド232と各セパレータ51、52との間の物理的な距離を調整してレーザーL2をデフォーカスさせる方法としては、ロボットアーム234を動作させて加工ヘッド232を各セパレータ51、52から離反移動させる方法、クランプ治具210の支持部215(図4を参照)を動作させて各セパレータ51、52をロボットアーム234から離反移動させる方法、および、ロボットアーム234と支持部215の両方を動作させて加工ヘッド232と各セパレータ51、52を互いに離反移動させる方法を採用することができる。

0126

本改変例では、図18(B)に示すように、ロボットアーム234を動作させて加工ヘッド232を各セパレータ51、52から相対的に離反移動(図中の矢uで示す)させることにより、補修溶接用のレーザーL2の焦点Fを、各セパレータ51、52の境界部分から第1のセパレータ51の表面側(焦点位置が浅くなる側)へずらす方法を採用している。このように加工ヘッド232と各セパレータ51、52との間の距離を広げることにより、補修溶接用のレーザーL2は、各セパレータ51、52の境界部分に対してデフォーカスして照射される。このため、各セパレータ51、52の境界部分における補修溶接用のレーザーL2のスポット径d2は、境界部分に焦点Fを結ぶように照射したレーザーL1のビームプロファイルL11のスポット径d1よりも大きくなる。

0127

上記のように本改変例では、補修溶接を行う際に、補修溶接用のレーザーL2として、第1回目の溶接時に照射したレーザーL1のスポット径d1よりも大きなスポット径d2のレーザーを照射する。このため、補修溶接時に形成される溶融金属90の量を増加させることができ、穴あき部分95aをより確実に埋めることが可能になる。さらに、補修溶接用のレーザーL2をデフォーカスさせて各セパレータ51、52に対して照射するため、補修溶接用のレーザーL2の照射範囲を広げることができ、補修用の溶接ビード97のビード幅を大きく形成することができる。例えば、補修溶接を行う際に、溶接位置のズレや各セパレータ51、52の位置ズレが発生しているような場合においても、補修用の溶接ビード97のビード幅内にズレ量を収めることができるため、溶接位置のズレや各セパレータ51、52の位置ズレの影響を軽減(許容)することができる。さらに、補修溶接用のレーザーL2をデフォーカスさせて照射するため、第2のセパレータ52を支持するクランプ治具214の下板214に付与される熱量が低減する。これにより、下板214に破損等が発生するのを好適に防止することが可能になる。

0128

図16を再び参照して、穴あき部分95aが形成されたと判定された場合(ステップS106:YES)、補修溶接用のレーザーL2をデフォーカスして照射させることが可能な位置(デフォーカス位置)へ加工ヘッド232を移動させる(ステップS107)。

0129

加工ヘッド232がデフォーカス位置に移動した後、加工ヘッド232の移動を停止させる(ステップS108)。そして、反射光検出部240による反射光のモニタリングを開始する(ステップS109)。

0130

次に、加工ヘッド232を動作させて、溶接部位80aに向けて補修溶接用のレーザー(N回目のレーザー)L2を照射する(ステップS110)。補修溶接用のレーザーL2は、図19(B)に示すように、第1回目の溶接時に形成した溶接ビード95全体に沿って照射することができる。このように補修溶接用のレーザーL2を照射することにより、溶接部位80aの複数箇所に穴あき部分95aが形成されている場合に、一度の補修溶接で全箇所の穴あき部分95aを補修することが可能になるため、作業効率を向上させることができる。

0131

ただし、補修溶接用のレーザーL2は、図19(C)に示すように、溶接ビード95全体に沿って照射せずに、穴あき部分95aが形成された部位およびその周辺のみに対して照射することも可能である。例えば、補修溶接を実施する際に、穴あき部分95aが形成された位置が明確であるような場合には、穴あき部分95aおよびその周辺のみを補修対象部位に設定することができる。このような設定を行うことにより、溶接ビード95全体に沿って補修溶接用のレーザーL2を走査する場合に比べて、レーザー溶接装置200の稼働量が低減するため、作業効率の向上や作業コストの削減を図ることが可能になる。なお、補修溶接用のレーザーL2を穴あき部分95aおよびその周辺に対してスポット照射するような場合は、穴あき部分95aを十分な量の溶融金属90で補修することが可能となるように、比較的大きなスポット径d3(例えば、スポット径d2≦スポット径d3)を備える補修溶接用のレーザーL2を照射することができる。

0132

また、本改変例に係るレーザー溶接方法においては、補修溶接用のレーザーL2を照射する際に、各セパレータ51、52に付与するレーザーの入熱量を調整することができる。具体的には、図20に示すように、補修溶接用のレーザーL2の入熱量は、第1のセパレータ51および第2のセパレータ52のうち加工ヘッド232のレーザー照射位置(加工ヘッド232が配置された位置)から離間した側に配置される第2のセパレータ(一方のセパレータに相当する)52に溶け落ちが生じるのを防止するように調整することができる。

0133

各セパレータ51、52に付与する補修溶接用のレーザーL2の入熱量を調整し、第2のセパレータ52に溶け落ちが生じるのを防止すると、補修溶接時に穴あき部分95aが再度形成さたり、各セパレータ51、52を貫通する貫通孔が新たに形成されたりするのを防止することができる。これにより、補修溶接時に溶接不良が発生するのを好適に防止することが可能になる。

0134

入熱量を調整する方法としては、例えば、加工ヘッド232から照射される補修溶接用のレーザーL2の出力エネルギーを調整する方法、補修溶接用のレーザーL2の走査速度を調整する方法、およびその両方を組み合わせた方法を採用することができる。なお、制御部262は、補修溶接用のレーザーL2の入熱量の調整に際して、入熱量が所定の値となるようにレーザー溶接装置200の各部の動作を制御する入熱量調整部としての機能を有している。

0135

図16を再び参照して、補修溶接用のレーザーL2を照射した際に、穴あき部分95aが形成されたと判定された場合(ステップS111:YES)、補修溶接を再度実施する(ステップS110)。一方、補修溶接用のレーザーL2を照射した際に、穴あき部分95aが形成されていないと判定された場合(ステップS111:NO)、図17に示す次工程(ステップS121)へ進み、他の溶接部位(例えば、溶接部位80b、80c)に対する溶接作業を開始する。

0136

図17は、他の溶接部位80b、80cに対する溶接作業を示すフローチャートである。ステップS121〜S131は、図16に示すステップS101〜S111と実質的に同一であるため、簡略化して説明する。

0137

まず、他の溶接部位80b、80cに対するレーザー溶接を開始するにあたり、ロボットアーム234を動作させて、所定の溶接開始位置へ加工ヘッド232を移動させる(ステップS121)。

0138

加工ヘッド232が溶接開始位置に移動したことを確認した場合(ステップS122:YES)、加工ヘッド232の移動を停止させる(ステップS123)。溶接開始位置に加工ヘッド232が移動していない場合(ステップS122:NO)、加工ヘッド232を適正な位置へ移動させる。

0139

加工ヘッド232を溶接開始位置に移動させた後、反射光検出部240による反射光のモニタリングを開始する(ステップS124)。

0140

次に、加工ヘッド232を動作させて、他の溶接部位80b、80cに向けて溶接用のレーザー(第1回目のレーザー)L1を照射する(ステップS125)。

0141

溶接用のレーザーL1を照射した際の反射光をモニタリングした結果、他の溶接部位80b、80cに穴あき部分95aが形成されていないと判定された場合(ステップS126:NO)、次工程(ステップS132)へ進む。一方、他の溶接部位80b、80cに穴あき部分95aが形成されたと判定された場合(ステップS126:YES)、補修溶接用のレーザーL2をデフォーカスして照射させることが可能な位置(デフォーカス位置)へ加工ヘッド232を移動させる(ステップS127)。

0142

加工ヘッド232がデフォーカス位置に移動した後、加工ヘッド232の移動を停止させる(ステップS128)。そして、反射光検出部240による反射光のモニタリングを開始する(ステップS129)。

0143

次に、加工ヘッド232を動作させて、他の溶接部位80b、80cに向けて補修溶接用のレーザー(N回目のレーザー)L2を照射する(ステップS130)。

0144

補修溶接用のレーザーL2を照射した際に、穴あき部分95aが形成されたと判定された場合(ステップS131:YES)、補修溶接を再度実施する(ステップS130)。一方、補修溶接用のレーザーL2を照射した際に、穴あき部分95aが形成されていないと判定された場合(ステップS131:NO)、次工程(ステップS132)へ進む。

0145

各セパレータ51、52同士を溶接するために設定した全ての溶接部位80a、80b、80cに対する溶接作業が終了した場合(ステップS132:YES)、レーザー溶接を完了させる。一方、全ての溶接部位80a、80b、80cに対する溶接作業が終了していない場合(ステップS132:NO)、溶接作業が終了していない溶接部位に対する溶接作業を再度開始するために、加工ヘッド232を所定の溶接開始位置へ移動させる(ステップS121)。以下、同様の手順でレーザー溶接、および補修溶接を実施する。

0146

本改変例で説明したレーザー溶接方法を実施する際においても、補修溶接の回数が所定の回数(N回)を超える場合に、溶接不良の要因を取り除くための工程(図7に示すステップS21)を実施することが可能である。また、溶接不良の発生の有無を確認する各工程(ステップS106、ステップS111、ステップS126、ステップS131)において、穴あき以外の溶接不良が発生しているか否かを併せて判定し、穴あき以外の溶接不良が発生していると判定された場合、溶接不良の内容に適した補修溶接を適宜実施することも可能である。

0147

以上のように、本改変例に係るレーザー溶接装置200およびレーザー溶接方法は、溶接部位80aに溶接不良の要因となる穴あきが発生した場合に、第1回目の溶接時に照射したレーザーL1のスポット径d1よりも大きなスポット径d2の補修溶接用のレーザーL2を溶接ビード95全体に沿って照射するか、または穴あきが形成された部位(穴あき部分95a)に向けて照射することにより、補修用の溶接ビード97を形成する。したがって、補修溶接時に形成される溶融金属90の量を増加させることができ、穴あき部分95aをより確実に埋めることが可能になるため、穴あき部分95aの発生に起因したシール機能の低下や接合強度の低下が発生するのを好適に防止することが可能になる。

0148

また、第1のセパレータ51および第2のセパレータ52に対して補修溶接用のレーザーL2がデフォーカスされるように、加工ヘッド232と第1のセパレータ51および第2のセパレータ52とを相対的に離反移動させるため、補修溶接用のレーザーL2の照射範囲を広げることができ、補修用の溶接ビード97のビード幅を大きく形成することができる。補修溶接用のレーザーL2をデフォーカスさせて照射するため、第2のセパレータ52を支持するクランプ治具214の下板214に付与される熱量が低減するため、下板214に破損等が発生するのを好適に防止することが可能になる。

0149

また、加工ヘッド232によりデフォーカスさせたレーザーを補修溶接用のレーザーL2として照射するように構成することにより、レーザー溶接装置200の動作制御によってデフォーカスさせたレーザーを照射することが可能になる。

0150

また、補修溶接用のレーザーL2の入熱量を、第1のセパレータ51および第2のセパレータ52のうち加工ヘッド232のレーザー照射位置から離間した側に配置される第2のセパレータ(一方のセパレータに相当する)52に溶け落ちが生じるのを防止するように調整することにより、補修溶接時に穴あき部分95aが再度形成さたり、各セパレータ51、52を貫通する貫通孔が新たに形成されたりするのを防止できる。

0151

また、入熱量の調整を、補修溶接用のレーザーL2の出力エネルギーの調整および/または補修溶接用のレーザーL2の走査速度の調整により行うことにより、レーザー溶接装置200の動作制御によって入熱量の調整を行うことが可能になる。

0152

以上、実施形態を通じて本発明に係るレーザー溶接装置およびレーザー溶接方法を説明したが、本発明は実施形態において説明した内容のみに限定されることはなく、特許請求の範囲の記載に基づいて適宜変更することが可能である。

0153

例えば、レーザー溶接装置の各部の構成は、燃料電池用セパレータに設定した溶接部位に照射したレーザーの反射光を検出し、その検出結果に基づいて溶接部位の溶接状態の良否を判定することができ、かつ、判定した結果に基づいて所定の補修溶接を実施し得るように構成されている限りにおいて適宜変更することができ、装置各部の構造や配置等は図示により説明したものに限定されることはない。また、付加的な部材の使用の省略、および他の付加的な部材の使用等も適宜に行い得る。

0154

また、例えば、溶接不良として、ビード切れ、穴あき、隙間不良を例示したが、本発明に係る補修溶接の対象となる溶接不良は、反射光検出部により検出が可能なものであれば特に限定されず、例えば、ブローホールアンダーフィルといった溶接不良を対象に含むものであってもよい。

0155

51 第1のセパレータ、
52 第2のセパレータ(一方のセパレータ)、
80a、80b、80c溶接部位、
91、93、95溶接ビード、
96、97補修用の溶接ビード、
200レーザー溶接装置、
210クランプ治具(クランプ部)、
212上板、
214下板、
215 支持部(調整機構)、
232加工ヘッド(レーザー照射部)、
234ロボットアーム(調整機構)、
240反射光検出部、
262 制御部(判定部、入熱量調整部)、
g 隙間、
L1溶接用のレーザー、
L2補修溶接用のレーザー、
L3洗浄用のレーザー、
m付着物。

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