(57)【要約】【課題】専用の治具やクランプ機構を必要とすることなく、ワーク同士を仮組する。【解決手段】ロボットが備えるロボットハンドに把持されたワークの接着面に接着剤を塗布し、ロボットを駆動してワークの接着面と被組立ワークの接着面との面合わせを行い、接着面の面合わせが行われた状態で接着剤が硬化するまで被組立ワークに対する前記ロボットによるワークの位置を保持してワークと被組立ワークを接着し、ワークと被組立ワークの接着部をレーザにより溶接または溶着することによりワークと被組立ワークを接合する。【選択図】図２
2019141942.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークをロボットのロボットハンドに把持させ、前記ワークが組み付けられる被組立ワークを所定位置に配置して、前記ワークを前記被組立ワークに組み立てる枠体組立方法であって、
前記ワークの接着面または前記被組立ワークの接着面の所定の位置に接着剤を塗布する塗布工程と、
前記ロボットを駆動して前記ワークの接着面と前記被組立ワークの接着面とを対面させる面合わせ工程と、
前記ロボットにより前記ワークと前記被組立ワークの接着面同士が所定の力で押し付けられた状態で前記接着剤を硬化させて前記ワークと前記被組立ワークを接着する接着工程と、
前記ワークと前記被組立ワークの接着部をレーザにより溶接または溶着することにより前記接着部を接合する接合工程と、を有することを特徴とする枠体組立方法。
【請求項２】
前記面合わせ工程では、前記ワークの接着面と前記被組立ワークの接着面とがなす挟角が所定の角度となるように前記ロボットを駆動して前記被組立ワークに対して前記ワークを接触させて位置決めした後、前記挟角が０度となるように前記ロボットを駆動して前記ワークを回転させることにより前記ワークの接着面と前記被組立ワークの接着面とを対面させることを特徴とする請求項１に記載の枠体組立方法。
【請求項３】
前記被組立ワークに対する前記ワークの位置決めは、前記ロボットを駆動して前記被組立ワークにおいて前記接着剤が塗布されていない部位に前記ワークを当接させた後に、前記ワークを接着位置へ移動させることにより行われることを特徴とする請求項２に記載の枠体組立方法。
【請求項４】
前記面合わせ工程の後、前記接着工程の前に、前記ロボットを駆動して前記被組立ワークに対する前記ワークの位置を調整する修正工程を行うことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の枠体組立方法。
【請求項５】
前記面合わせ工程、前記修正工程および前記接着工程は、前記被組立ワークが別のロボットに把持された状態で行われることを特徴とする請求項４に記載の枠体組立方法。
【請求項６】
前記接着剤は、硬化剤または硬化促進剤を含有するカプセルを含み、
前記接着工程では、前記ワークと前記被組立ワークの接着面に所定の力を加えて前記カプセルを破裂させることによって前記接着剤を硬化させることを特徴とする請求項１乃至５のいずれか１項に記載の枠体組立方法。
【請求項７】
前記レーザによる溶接または溶着は、前記硬化した接着剤が存在しない領域に対して実行されることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項に記載の枠体組立方法。
【請求項８】
ワークと被組立ワークを接着させて枠体を組み立てる枠体組立装置であって、
少なくとも前記ワークを把持する把持手段と、
前記ワークの所定の位置または被組立ワークの所定の位置に接着剤を塗布する塗布手段と、
前記ワークと前記被組立ワークの接着面同士の面合わせを行い、前記接着面同士が面合わせされた状態を保持する面合わせ手段と、を備えることを特徴とする枠体組立装置。
【請求項９】
前記面合わせ手段は、前記ワークの接着面と前記接着剤が塗布された前記被組立ワークの接着面とがなす挟角が所定の角度となるように前記ワークと前記被組立ワークとを接触させて位置決めした後、前記挟角が０度となるように前記ワークまたは前記被組立ワークを傾けることにより前記ワークと前記被組立ワークの接着面同士の面合わせを行うことを特徴とする請求項８に記載の枠体組立装置。
【請求項１０】
前記面合わせ手段は、前記ワークを前記被組立ワークに当接させた後、前記ワークを接着位置へ移動させることにより、前記被組立ワークに対して前記ワークを位置決めすることを特徴とする請求項９に記載の枠体組立装置。
【請求項１１】
前記面合わせ手段は、前記ワークを接着位置へ移動させた後に、前記接着面と平行な面内での前記ワークの移動と、前記接着面と直交する軸まわりの前記ワークの回転を行うことにより、前記ワークの前記被組立ワークに対する位置の調整を行うことを特徴とする請求項１０に記載の枠体組立装置。
【請求項１２】
前記把持手段および前記面合わせ手段は、前記ワークを把持するロボットハンドを有するロボットであり、
前記塗布手段は、前記接着剤を塗布するディスペンサを把持したロボットハンドを有するロボットであることを特徴とする請求項８乃至１１のいずれか１項に記載の枠体組立装置。
【請求項１３】
前記把持手段、前記面合わせ手段および前記塗布手段として用いられる各ロボットのうち少なくとも１つは、出力軸エンコーダを備える多関節ロボットまたはトルク制御が可能な多関節ロボットであることを特徴とする請求項１２に記載の枠体組立装置。
【請求項１４】
第１の部品と第２の部品を含む複数の部品が接合されてなる枠体であって、
前記第１の部品と前記第２の部品の接合部には、前記第１の部品と前記第２の部品との間に硬化した接着剤が介在し、且つ、前記硬化した接着剤が存在しない領域にレーザ溶接による溶接ビードが形成されていることを特徴とする枠体。
【請求項１５】
前記第１の部品と前記第２の部品の少なくとも一方の接合部に凹み部が形成され、前記凹み部が形成されている領域に前記溶接ビードが形成され、
前記硬化した接着剤は、前記凹み部の外周を囲まないように前記第１の部品と前記第２の部品との間に介在していることを特徴とする請求項１４に記載の枠体。
【請求項１６】
前記凹み部に穴が形成されていることを特徴とする請求項１５に記載の枠体。
【請求項１７】
前記硬化した接着剤は、カプセルが破裂した後の残骸を含むことを特徴とする請求項１４乃至１６のいずれか１項に記載の枠体。
【請求項１８】
前記硬化した接着剤は、前記カプセルの直径よりも小径なスペーサを含むことを特徴とする請求項１７に記載の枠体。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、部品を溶接して枠体を組み立てる枠体組立方法、枠体組立装置及び枠体に関する。
【背景技術】
【０００２】
複写機やプリンタ等の事務機器は、金属からなるフレームに様々な部品やユニットが組み付けて構成されており、それらのフレームは、金属部品をビス締めやスポット溶接等を用いて組み立てられているものが多い。近時、複写機やプリンタ等の画像読み取りや印刷を行う機器に対しては高画質化や高精細化が強く求められるようになってきており、このような要求に応じるために高剛性なフレームが求められている。そこで、フレームの組立には、振動等による緩みが生じず、溶接面強度を溶接長によって稼ぐことができるレーザ溶接が広く用いられるようになってきている。
【０００３】
レーザ溶接は非接触溶接であるため、フレームの組立に用いられる部品（フレームを構成する部品（以下「ワーク」という））同士をレーザ照射前に仮組し、その後、レーザ溶接を行う必要がある。なお、ワーク同士の仮組とは、ワーク同士を所定の精度で位置決めして固定した状態に保持することを指す。そのため、ワーク同士を仮組した状態で保持するための治具（以下「組立固定治具」という）が必要となり、組立固定治具の設計や製作に時間と費用がかかることにより、結果的に、フレームの生産コストが上昇してしまう。
【０００４】
この問題を解決する方法が、例えば、特許文献１，２に開示されている。特許文献１には、溶接接合において、加熱処理によって接着力が低下する剥離可能な熱剥離型接着剤を用いてワーク同士を仮止めした仮組立体を作製することにより、組立固定治具を不要とする技術が記載されている。特許文献２には、組立固定治具を使用せず、ロボットハンドにワークをクランプする機能を持たせて、ワーク同士のずれを抑制した状態で溶接を行う方法が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−２４９０８号公報
【特許文献２】特開２０１５−２２６９６６号公報
【発明の概要】
【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に記載された溶接方法では、熱剥離型接着剤が硬化するまでの間、ワーク同士を動かないように保持する治具が必要となり、治具の設計や製造に関わる費用が生産コストに上乗せされてしまう。特許文献２に記載された溶接方法では、ワークをロボットハンドにクランプさせるために、ワークの形状に対応したクランプ機構が必要となるため、クランプ機構の設計や製造をワーク毎に行う必要が生じる。また、ワークのサイズが大きくなるとクランプ機構を大きくする必要が生じるため、ワークのハンドリングに支障が生じるおそれがある。
【０００７】
本発明は、専用の治具やクランプ機構を必要とせずにワーク同士を仮組することができる枠体組立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】
本発明に係る枠体組立方法は、ワークをロボットのロボットハンドに把持させ、前記ワークが組み付けられる被組立ワークを所定位置に配置して、前記ワークを前記被組立ワークに組み立てる枠体組立方法であって、前記ワークの接着面または前記被組立ワークの接着面の所定の位置に接着剤を塗布する塗布工程と、前記ロボットを駆動して前記ワークの接着面と前記被組立ワークの接着面とを対面させる面合わせ工程と、前記ロボットにより前記ワークと前記被組立ワークの接着面同士が所定の力で押し付けられた状態で前記接着剤を硬化させて前記ワークと前記被組立ワークを接着する接着工程と、前記ワークと前記被組立ワークの接着部をレーザにより溶接または溶着することにより前記接着部を接合する接合工程と、を有することを特徴とする。
【発明の効果】
【０００９】
本発明によれば、専用の治具やクランプ機構を必要とすることなく、ワーク同士を仮組することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施形態に係る枠体組立方法により製造される枠体の斜視図である。
【図２】図１の枠体の組立工程を説明する斜視図である。
【図３】上側連結部品を縦支柱部品に対してセットする際の姿勢を説明する図である。
【図４】上側連結部品が縦支柱部品に対して位置決めされた状態を説明する図である。
【図５】レーザ溶接を行った後の状態を説明する図である。
【図６】枠体の組立工程における接着剤塗布工程の一例を模式的示す図である。
【図７】枠体の組立工程におけるワーク接着工程の一例を模式的示す図である。
【図８】硬化後接着剤の状態の例を示す断面図である。
【図９】枠体の組立工程におけるワーク接着工程を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。図１は、レーザ溶接により製造される枠体１の斜視図である。説明の便宜上、枠体１について、図１に示すように互いに直交するＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向を規定する。Ｘ方向は枠体１の側面方向（左右方向）であり、Ｙ方向は枠体１の上下方向であり、Ｚ方向は枠体１の奥行き方向であるとする。
【００１２】
枠体１は、例えば、電子機器等のフレームとして用いられるものであり、側面部品４Ａ，４Ｂ、縦支柱部品５Ａ，５Ｂ、上側連結部品６及び下側連結部品７から構成されている。側面部品４Ａと縦支柱部品５Ａがレーザ溶接され、側面部品４Ｂと縦支柱部品５Ｂがレーザ溶接され、縦支柱部品５Ａ，５Ｂが上側連結部品６及び下側連結部品７とレーザ溶接されている。レーザ溶接は、不図示のロボットで不図示のレーザガンを移動させて、予め定められた溶接位置にレーザをパルス照射することによって行われる。図１では、レーザ溶接により形成された溶接ビード２を黒点で示している。枠体１では、縦支柱部品５Ａ，５Ｂと上側連結部品６及び下側連結部品７との接合部に、硬化した接着剤３（以下「硬化後接着剤３」と記す）が露出している。但し、硬化後接着剤３が露出しないようにすることは可能であり、その詳細については後述する。
【００１３】
図２は、枠体１の組立工程を説明する斜視図であり、枠体１を構成する各部品を組み付ける工程のうち上側連結部品６を組み付ける工程を表している。縦支柱部品５Ａ，５Ｂにおいて上側連結部品６が溶接される部分には凹み部８が形成されている。縦支柱部品５Ａ，５Ｂと上側連結部品６にメッキ鋼板を用いた場合に、凹み部８は、レーザ溶接を行って溶接ビード２を形成する際に発生する高温ガスを逃がす隙間として利用され、ブローホールが形成されるのを防止する役目を果たす。なお、図２には不図示であるが、凹み部８には、レーザ溶接時に発生する高温ガスを逃がすための穴部１１が形成されている（図４（ａ）参照）。また、側面部品４Ａにおいて縦支柱部品５Ａとレーザ溶接される部分と、側面部品４Ｂにおいて縦支柱部品５Ｂとレーザ溶接される部分にも、同様の目的から、凹み部８が形成されている（図６参照）。
【００１４】
上側連結部品６を縦支柱部品５Ａ，５Ｂにレーザ溶接する前に、縦支柱部品５Ａ，５Ｂに形成された凹み部８の周囲に接着剤が塗布される。以下の説明では、縦支柱部品５Ａ，５Ｂに塗布された接着剤を単に「接着剤１０」と記し、接着剤１０は硬化していない（硬化前）状態にあるものとする。
【００１５】
接着剤１０を塗布する位置は、図２では接着剤１０は凹み部８の周囲の４箇所としているが、これに限定されるものではない。但し、後述するように、接着剤１０が硬化した後に凹み部８の全体を囲むように硬化後接着剤３が形成されることのないように接着剤１０を塗布することが望ましい。また、接着剤１０は上側連結部品６の所定の位置、例えば、縦支柱部品５Ａ，５Ｂに組み付けたときに縦支柱部品５Ａ，５Ｂでの接着剤１０の塗布位置に対応する位置、に塗布されていてもよい。
【００１６】
図３（ａ）は、上側連結部品６を縦支柱部品５Ａ，５Ｂに対して位置決めした状態を示す斜視図である。図３（ｂ）は、図３（ａ）に破線で示す領域Ｑの側面図（Ｘ方向から見た図）である。なお、上側連結部品６は、不図示のロボットハンドに把持されている。上側連結部品６を縦支柱部品５Ａ，５Ｂに対して位置決めする前に、接着剤１０の塗布は完了している。なお、縦支柱部品５Ａ，５Ｂには、図１及び図２には不図示であるが、突起部９が凹み部８の下方の所定位置に形成されている。突起部９の機能については、後述する。
【００１７】
不図示のロボットハンドは、図３（ｂ）に示すように上側連結部品６を縦支柱部品５Ａ，５Ｂに対して接着面同士が挟角θをなした状態で把持し、図３（ａ）に示す矢印ｋ１方向（Ｚ方向）に移動させ、上側連結部品６の下端を縦支柱部品５Ａ，５Ｂに接触させる。その後、不図示のロボットハンドは、挟角θが０度となるように上側連結部品６を矢印ｋ２方向に回転させ、接着面同士を対面させる面合わせを行う。これにより、接着剤１０は押し潰されて広がる。
【００１８】
図４（ａ）は、上側連結部品６が縦支柱部品５Ａに対して位置決めされた状態を、上側連結部品６を透視した状態で示す正面図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）中の矢視Ｄ−Ｄでの断面図である。なお、上側連結部品６の縦支柱部品５Ｂに対する位置決め状態は、上側連結部品６と縦支柱部品５Ａとの位置決め状態と同等である。図３（ｂ）の状態から上側連結部品６と縦支柱部品５Ａ，５Ｂとの挟角θが０度となるように上側連結部品６を回転させると、接着剤１０は押し潰されて広がって厚みが略一定となる。続いて、縦支柱部品５Ａ，５Ｂに対する上側連結部品６の接着位置の微調整が、接着剤１０が硬化して上側連結部品６を動かすことができなくなるまでの間に行われる。
【００１９】
接着剤１０を硬化させる工程の詳細については後述する。接着剤１０が硬化した後に、レーザ溶接が行われる。図５（ａ）は、レーザ溶接後の接合部の状態を、上側連結部品６を透視した状態で示す正面図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）に示す矢視Ｅ−Ｅでの断面図である。上側連結部品６と縦支柱部品５Ａ，５Ｂの接合部において、接着剤１０は硬化し、硬化後接着剤３となって上側連結部品６と縦支柱部品５Ａ，５Ｂの接合面の間に介在している。
【００２０】
こうして、上側連結部品６と縦支柱部品５Ａ，５Ｂが硬化後接着剤３により接着された状態で、予め定められた溶接位置に不図示のレーザガンから矢印Ｌで示すようにレーザが照射される。これにより、溶接ビード２が形成されて、上側連結部品６は縦支柱部品５Ａ，５Ｂに溶接され、固定される。本実施形態では、硬化後接着剤３による接着力が枠体１において維持されるように、溶接位置（溶接ビード２を形成する位置）は、硬化後接着剤３の存在しない領域である凹み部８が形成されている領域に設定されている。
【００２１】
レーザ溶接の際に発生するブローホールの原因となるような高温ガスは、上側連結部品６と縦支柱部品５Ａ，５Ｂとの接着面において硬化後接着剤３が存在しないことで形成されている隙間や穴部１１を通して外部へ排出される。これにより、良好な溶接ビード２が形成される。なお、穴部１１は、レーザ溶接により発生する高温ガスの抜け道が確保できる限りにおいて、凹み部８の内部の任意の位置に設けることができる。また、穴部１１は、上側連結部品６において縦支柱部品５Ａ，５Ｂに形成された凹み部８と対向する領域であって、且つ、レーザが照射されない位置に設けてもよい。
【００２２】
続いて、接着剤１０の塗布工程と各部品の接着工程について、図６乃至図９を参照して詳細に説明する。以下の説明では、枠体１の上述の部品を総称する際に「ワーク」という表現を用い、ワークが組み付けられる部品又は枠体１として完成する前の複数の部品が組み立てられた構造体を総称する際に「被組立ワーク」という表現を用いる。
【００２３】
図６は、枠体組立工程における接着剤塗布工程の一例を模式的に示す図である。図６では、具体的には、ワークとして縦支柱部品５Ａを簡略化させて図示し、被組立ワークとして側面部品４Ａを例示して、縦支柱部品５Ａに接着剤１０を塗布して側面部品４Ａに接着する工程を取り上げる。
【００２４】
縦支柱部品５Ａに接着剤１０を塗布する工程は、第１のロボット１００と第２のロボット１１０を用いて行われる。第１のロボット１００は、枠体１を構成するワークを把持するロボットハンド１０１を有し、把持したワークをハンドリングして、被組立ワークに対して組み付ける作業を行う。第２のロボット１１０は、接着剤１０を塗布するディスペンサ１１２を把持するロボットハンド１１１を有し、第１のロボット１００に保持されているワークに対して接着剤１０を塗布する。
【００２５】
なお、被組立ワークとなる側面部品４Ａは、不図示の固定手段を用いて組立作業台１４０上の所定位置に動かないように配置されている。側面部品４Ａには、溶接位置に対応させて、図２等を参照して説明した凹み部８が形成されている。縦支柱部品５Ａには、側面部品４Ａとの接着位置（凹み部８の位置）に対応させて、最終的に図５に示したように硬化後接着剤３が形成されるように、ディスペンサ１１２により接着剤１０が塗布される。第１のロボット１００は、接着剤１０が塗布された縦支柱部品５Ａを、矢印ｋ３方向に回転させて、接着剤１０が塗布された塗布面を側面部品４Ａの所定位置に押圧することにより接着剤１０を硬化させる。このとき、図３を参照して説明した接着面同士の面合わせの方法と同様に、接着面同士が挟角θとなるように縦支柱部品５Ａを側面部品４Ａに対して位置決めした後に、挟角θを０度とするように縦支柱部品５Ａを動かすことが望ましい。
【００２６】
なお、図６では、側面部品４Ａに凹み部８を設け、縦支柱部品５Ａに接着剤１０を塗布する工程について説明した。しかし、接着剤１０の塗布面を側面部品４Ａに設定するか又は縦支柱部品５Ａに設定するか、また、凹み部８を側面部品４Ａに設けるか又は縦支柱部品５Ａに設けるかは、組立順序を考慮して仕上がりが良好となるように設定すればよい。つまり、縦支柱部品５Ａに凹み部８を設け、側面部品４Ａに接着剤１０を塗布してもよい。これに代えて、側面部品４Ａに凹み部８を設けると共に凹み部８の周囲の所定位置に接着剤１０を塗布してもよいし、縦支柱部品５Ａに凹み部８を設けると共に凹み部８の周囲の所定位置に接着剤１０を塗布してもよい。
【００２７】
図７は、枠体組立工程における接着工程の一例を模式的に示す図であり、側面部品４Ａ、縦支柱部品５Ａ，５Ｂ及び下側連結部品が組み立てられた被組立ワークＷに対してワークとして上側連結部品６を組み付ける工程を模式的に示している。縦支柱部品５Ａ，５Ｂにおいて上側連結部品６が取り付けられる面（上側連結部品６と対向する面であるため、図７では見えない）には、図２に示したように、ディスペンサ１１２により事前に接着剤１０が塗布されている。
【００２８】
接着工程は、第３のロボット１２０と第４のロボット１３０を用いて行われる。第３のロボット１２０は、ワークを把持するロボットハンド１２１を有し、把持した上側連結部品６を被組立ワークに対して押し当てる。第４のロボット１３０は、組立作業台１４０上に配置された被組立ワークを把持するロボットハンド１３１を有し、被組立ワークをハンドリングする。
【００２９】
枠体１を構成する各部品を接着する際には、各部品を高い精度で位置決めする必要がある。第１のロボット１００、第２のロボット１１０、第３のロボット１２０及び第４のロボット１３０には、出力軸エンコーダやトルク制御手段を備えるものが用いられる。例えば、枠体１として組みあがった際に歪みを生じさせないように仕上げるためには、例えば±０．１ｍｍ以下の位置決め精度が要求される。そのため、位置決めピン嵌合やビジョン制御等の精度の高い位置決め手法を用いることが望ましい。
【００３０】
ここで、接着剤１０の硬化処理について説明する。図８（ａ）は、硬化後接着剤３の状態の一例を示すＹＺ面での断面図である。ここでは、上側連結部品６と縦支柱部品５Ｂ（５Ａ）との接着状態を取り上げているが、他のワークと被組立ワークとの接着状態も同様である。接着剤１０には、塗布後に一定時間が経過すれば自然に硬化するものを用いてもよいが、後述するように、被組立ワークに対してワークの位置を微調整する際に既に接着剤１０が硬化してしまうことを回避する必要がある。そこで、本実施形態では、硬化剤又は硬化促進剤が封入されたマイクロカプセル２０を含有するものが好適に用いられ、接着剤１０を硬化させるタイミングを組立工程に合わせて調整し、且つ、短時間で接着剤１０を硬化させることができる。
【００３１】
図４（ａ）に示したように接着剤１０を押し広げた状態で、上側連結部品６を縦支柱部品５Ａ，５Ｂに対して所定の力で押し当てる。これにより、図８（ａ）に示すように、マイクロカプセル２０を押し潰して破裂させ、封入されていた硬化剤又は硬化促進剤を外部に流出させる。これにより、接着剤１０は硬化して硬化後接着剤３となり、上側連結部品６が縦支柱部品５Ａ，５Ｂに接着される。硬化後接着剤３は、破裂したマイクロカプセル２０の残骸２２を含む。
【００３２】
図８（ｂ）は、硬化後接着剤３の状態の別の例を示すＹＺ面での断面図である。接着剤１０には、硬化剤又は硬化促進剤が封入されたマイクロカプセル２０と、スペーサ２１を含有するものを用いることも好ましい。マイクロカプセル２０の作用は、図８（ａ）を参照して説明した作用と同じである。スペーサ２１には、マイクロカプセル２０を押し潰して破裂させることができるように、マイクロカプセル２０の直径よりも小径な球体が用いられる。
【００３３】
スペーサ２１を含有する接着剤１０を用いることにより、硬化後接着剤３での厚みや接着面積を制御することが容易となる。つまり、第３のロボット１２０が上側連結部品６を縦支柱部品５Ａ，５Ｂに押し当てる力が一定であっても、接着剤１０の粘度等の物理特性が枠体１の組立過程において変化すると、硬化後接着剤３の厚みや広がり（接着面積）が変化してしまう。しかし、スペーサ２１を接着剤１０に混在させることにより、マイクロカプセル２０が確実に破裂する力より大きい力で上側連結部品６を縦支柱部品５Ａ，５Ｂに押し付けても、スペーサ２１によって接着剤１０の広がりが抑制される。これにより、硬化後接着剤３の厚みや接着面積のばらつきを抑制することが可能になる。
【００３４】
図９は、枠体組立工程における、接着剤１０によるワークと被組立ワークとの接着工程を説明するフローチャートである。第１のロボット１００、第２のロボット１１０、第３のロボット１２０及び第４のロボット１３０の駆動制御は、制御装置に予め入力されているシーケンス（プログラム）に従って制御装置により実行される。
【００３５】
Ｓ１は、ワーク又は被組立ワークの所定位置に接着剤を塗布する塗布工程である。Ｓ１では、第２のロボット１１０に把持されたディスペンサ１１２により接着剤１０をワーク又は被組立ワークの所定位置に塗布する。例えば、接着剤１０は、制御装置に登録された第１のシーケンスが実行された場合にはワークに塗布され、第２のシーケンスが実行された場合には被組立ワークに塗布される。実行されるシーケンスの選択は、例えば、予めオペレータによって行われており、制御装置に記憶されているものとする。
【００３６】
接着剤１０の塗布は、例えば、図２、図４及び図６に示されるように、凹み部８の周囲の４箇所とすることができるが、これに限られるものではなく、例えば、凹み部８を挟むように２箇所に塗布してもよい。接着剤１０の塗布量は、接着剤の粘性を考慮して、以下の条件１乃至３を満たすようにする。条件１は、接着剤１０が余計な部分に垂れないようにすること、である。条件２は、ワークを被組立ワークに押し当てたときに接着剤１０の広がる範囲が適切であること、である。条件３は、接着剤１０が硬化してワークが接着された被組立ワーク（以下「接着済みワーク」という）のハンドリングが可能な接着強度が得られること、である。これらの条件は、実験的に決定することができる。
【００３７】
図５に示したように後にレーザ溶接を行った際に発生する高温ガスを外部へ逃がすために、Ｓ１での接着剤１０の塗布条件は、凹み部８の外周全体を囲むように硬化後接着剤３が形成されていることのないように設定されていることが望ましい。特に、凹み部８を形成することが難しいワークや穴部１１を形成することができないワークでは、高温ガスをワークと被組立ワークの接合面から逃がすために、凹み部８の外周全体が硬化後接着剤３で囲まれた状態となるのを回避する必要がある。一方、凹み部８と穴部１１が形成されているワークであれば、凹み部８の領域に対してレーザ溶接を行えば、凹み部８の外周が硬化後接着剤３で囲まれた状態となっても、レーザ溶接の際に発生する高温ガスを穴部１１から逃がすことができる。但し、溶接ビード２を安定して形成して溶接部の信頼性を確保する観点から、凹み部８と穴部１１が形成されているワーク又は被組立ワークであっても、凹み部８の外周に硬化後接着剤３のない隙間が形成された状態とすることが望ましい。
【００３８】
Ｓ２では、Ｓ１でワークに接着剤１０を塗布したか又は被組立ワークに接着剤１０を塗布したかに応じて処理を分岐させる。Ｓ１でワークに接着剤１０が塗布された場合、工程はＳ４へ進められる。例えば、図６を参照して説明した様に、第１のロボット１００のロボットハンド１０１に把持されたワークである縦支柱部品５Ａに接着剤１０が塗布された場合である。一方、Ｓ１で被組立ワークに接着剤１０が塗布された場合、工程はＳ３へ進められる。
【００３９】
Ｓ３では、ワークの中央部又は重心近傍を把持し、その後、工程はＳ４へ進められる。例えば、図７に示したように縦支柱部品５Ａ，５Ｂに接着剤１０が塗布されている場合、第３のロボット１２０のロボットハンド１２１は上側連結部品６の中央部又は重心近傍を把持する。ロボットハンドがワークの中央部又は重心近傍部を把持することにより、ワークを被組立ワークに押し付ける際の加圧力を均一にすることができ、その結果、後のＳ８で接着剤を硬化させた際の接着不良の発生を防止することができる。
【００４０】
例えば、上側連結部品６を縦支柱部品５Ａ，５Ｂに対して接着させる場合のように離れた複数の接着箇所がある場合、それぞれの接着箇所での押圧力を同等にする必要がある。複数の接着箇所での押圧力が同等となることで、一方の接触箇所では接着剤１０に含まれるマイクロカプセル２０が破裂するが、他方の接着箇所ではマイクロカプセル２０が破裂しない等の事態が生じるのを回避することができる。なお、第１のシーケンスの実行によって、図６に示したようにワークである縦支柱部品５Ａに接着剤１０を塗布する作業がＳ１で行われている場合、Ｓ１の作業前にロボットハンド１０１はワークである縦支柱部品５Ａの中央部又は重心近傍を把持するようにする。
【００４１】
Ｓ４では、ワークを所定位置へ移動させると共に、ワークにおいて被組立ワークに対して組み付けられる面の被組立ワークに対する角度を調節する。例えば、図３（ａ）に示すように、上側連結部品６における縦支柱部品５Ａ，５Ｂとの接着面と縦支柱部品５Ａ，５Ｂにおける上側連結部品６との接着面とがなす角度が挟角θとなるように、上側連結部品６の姿勢を調整する。なお、Ｓ４の工程では、ワークは被組立ワークに接触していない。
【００４２】
Ｓ５及びＳ６は、被組立ワークに対するワークの位置決め工程である。Ｓ５では、ワークと被組立ワークとが挟角θで接触した状態となるように、Ｓ４で姿勢が調節されたワークを被組立ワークに対して接触させる。例えば、Ｓ４で姿勢が調節された上側連結部品６を図３（ａ）に示す矢印ｋ１の方向に移動させ、図３（ｂ）に示した状態とする。このとき、縦支柱部品５Ａ，５Ｂに塗布された接着剤１０に含まれるマイクロカプセル２０が破裂しない程度の力で、上側連結部品６は縦支柱部品５Ａ，５Ｂに対して接触している。
【００４３】
ここで、現在のロボット制御では一般的に、ワークを被組立ワークに接触させる際の動作は、弱い力を検知しながらワークを被組立ワークに近付けるように移動させることによって行われるため、工程時間が長くなってしまう。これに対して本実施形態では、Ｓ５の工程時間を短縮するための一手段として、縦支柱部品５Ａ，５Ｂにおいて上側連結部品６が接着される面に、図３（ｂ）及び図４（ａ）に示すように、突起部９を形成している。突起部９は、上側連結部品６が接着される位置の近傍、且つ、接着剤１０が濡れない位置に設けられている。縦支柱部品５Ａ，５Ｂに突起部９を形成する方法は限定されず、例えば、プレス加工により形成することができる。なお、不図示であるが、突起部９は、縦支柱部品５Ａ，５Ｂにおける下側連結部品７の接着部近傍にも同様に形成されている。
【００４４】
Ｓ５では、ロボットハンド１２１に把持された上側連結部品６を、接着剤１０が濡れていない部位である突起部９に当接させ、その後、図３（ｂ）に示したように、上側連結部品６を縦支柱部品５Ａ，５Ｂの接着面に沿って接着位置へ移動させる。上側連結部品６の配置が終了した図３（ｂ）の状態で突起部９と上側連結部品６との間にＹ方向において僅かな隙間があるのは、上側連結部品６を突起部９に当接させた後に上側（Ｙ方向）へ移動させたためである。このようにワークを被組立ワークに当接させる手法を用いれば、ワークを速く移動させることができるため、ワークを被組立ワークに近付ける時間を短縮することが可能となり、結果としてＳ５の工程時間を短縮することが可能になる。
【００４５】
なお、本実施形態では、上側連結部品６の板厚が１ｍｍである場合に、後のＳ７での上側連結部品６の接着位置の微調整が行われた後の上側連結部品６と突起部９との間の隙間が、上側連結部品６の板厚と同等の約１ｍｍとなるように突起部９を形成している。この隙間は、突起部９を形成する際の位置精度、後のＳ７でのワーク位置の微調整でのワークの移動範囲、ワークの板厚等を考慮して決定すればよい。
【００４６】
Ｓ６は、ワークの接着面と被組立ワークの接着面との面合わせを行う面合わせ工程である。Ｓ６では、ワークと被組立ワークとの間に相互に作用する接触力を保ちながら、ワークと被組立ワークとの挟角θが０°となるようにワークと被組立ワークとの接触部を中心としてワークを回転させる。例えば、図３（ａ），（ｂ）に示すように、Ｓ５の工程後の上側連結部品６を矢印ｋ２の方向に回転させる。これにより、接着剤１０は下側から上側へ押し広げられると共に左右方向にも押し広げられて略一定の厚みとなり、上側連結部品６と縦支柱部品５Ａ，５Ｂの接着面が面合わせされた図４の状態となる。
【００４７】
Ｓ７は、被組立ワークに対するワークの位置を微調整する修正工程である。枠体１をロボットで製造する場合、被組立ワークに対するワークの位置精度は重要なファクタとなる。そこで、Ｓ７では、被組立ワークに対するワークの位置を予め定められた位置精度の範囲内となるように微調整する。例えば、上側連結部品６の縦支柱部品５Ａ，５Ｂに対する位置修正では、図４に示した状態を維持しながら、接着面と平行なＸＹ面内での並進移動（Ｘ方向とＹ方向でのずれ補正）と、ＸＹ面内でのＺ軸まわりの回転移動（ＸＹ面内での傾き補正）によって行われる。ワーク位置の微調整は、接着剤１０が硬化していない状態で行われる必要があり、よって、Ｓ６で押し広げられた接着剤１０の範囲は、ＸＹ面内での上側連結部品６の移動に合わせて広がる。なお、枠体１がレーザ溶接後の完成した状態で歪みを生じていないようにするためには、ワークと被組立ワークとの位置ずれをＳ７において例えば±０．１ｍｍ以下とすることが望ましい。
【００４８】
Ｓ８は、接着剤を硬化させてワークと被組立ワークを接着する接着工程である。Ｓ８では、ワークと被組立ワークの接着面に対して、接着面と直交する方向に力を加えることにより接着剤１０に含まれるマイクロカプセル２０を押し潰して破裂させる。これにより、マイクロカプセル２０の内部に封入されている硬化剤又は硬化促進剤が外部に流出し、接着剤１０の硬化が始まる。例えば、図４及び図７に示した状態で、縦支柱部品５Ａ，５Ｂに対して上側連結部品６をＺ方向に所定の力で押し当てることによりマイクロカプセル２０を押し潰して破裂させる。本実施形態では、接着剤１０が硬化してワークと被組立ワークとが接着されるまで、ワークと被組立ワークはロボットによって保持された状態で維持される。
【００４９】
ここで、ワークを被組立ワークに押し付けてから接着剤１０が硬化するまでの時間は、可能な限り短いことが望ましい。このような観点から、接着剤１０としては、シアノアクリレート系の瞬間接着剤をベースとしつつ、硬化促進剤としてアルコールやアセトン等の有機溶剤をマイクロカプセルに封入して混入させた接着剤を用いることが望ましい。これにより、Ｓ１〜Ｓ８の工程に３０秒程度のセットタイムを確保しつつ、Ｓ８での硬化処理を数秒で終了させることが可能となる。なお、接着剤１０として、塗布後に自然に硬化が始まるものを用いることもできるが、その場合には、接着剤１０が硬化してしまう前のセットタイム時間内にＳ１〜Ｓ８の処理を完了させる必要がある。
【００５０】
Ｓ９では、接着剤１０の硬化が完了したか否かが判定される。例えば、Ｓ８での接着剤１０の硬化処理の開始から所定時間が経過したか否かで、接着剤１０の硬化が完了したか否かを判定することができる。接着剤１０の硬化が完了するまで待機状態となり、接着剤１０の硬化が完了すると本処理は終了となり、接着済みワークに対して次工程が行われる。次工程は、接着済みワークに対する別のワークの接着又はレーザ溶接である。接着剤１０の硬化（硬化後接着剤３）によって、接着済みワークにはハンドリングさせるには十分な接着強度があるため、例えば、レーザ溶接を行う場所へ接着済みワークを移動させることに支障は生じない。レーザ溶接による溶接工程は、枠体１を構成する全てのワークが接着により組み立てられた状態で各接着部に対して行われ、こうして、図１に示したように溶接ビード２によりワーク同士が接合された枠体１が完成する。なお、レーザ溶接は、ワークと被組立ワークとの接着が完了する度に行うようにしても構わない。
【００５１】
上記説明の通りに枠体１を製造するために、各ロボットには以下の要件１乃至３の動作の実行が可能であることが求められる。要件１は、作業工程時間内にワーク同士の接着位置（固定位置）を正確に位置決めすることができること、である。要件２は、作業工程時間内に力制御を行いながらワーク同士の位置決めを行う組み付け動作プロファイルを忠実に再現すること、である。ここで、作業工程時間内とは、接着剤１０を塗布してから硬化が完了するまでの、接着剤が未硬化又は硬化強度が弱い状態となっている時間内を指す。要件３は、ワーク間の接着面に所定の力を作用させた状態で接着剤の硬化が完了するまでワーク同士の位置を保持すること、である。要件３は、硬化剤又は硬化促進剤を内包するマイクロカプセルを含む接着剤が用いられている場合には、最初にマイクロカプセルを押し潰して破裂させる力をワーク間の接着面に作用させること、を含む。
【００５２】
これらの要件１乃至３が満たされることで、ワーク間の接着位置精度を確保することができ、また、接着剤１０の硬化形状（フィレット（つまり、硬化後接着剤３の形状））のばらつきを抑制して、所定の位置で所定の形状とすることができる。これにより、レーザ溶接により溶接ビード２を形成する際に発生する高温ガスを逃がすルートを確保して、溶接ビード２を良好に形成して、ワーク間の高い位置決め精度を維持しながら、必要な溶接強度を確保することができる。
【００５３】
枠体１の組立に上記の要件１乃至３を満たすロボットを用いることにより、所定の時間内で正確に同じ動作プロファイルを繰り返すことが可能となる。汎用性や生産性を考慮すると、枠体１を製造するための各ロボットには、垂直多関節ロボットが好適に用いられる。その場合、トルク制御機能や出力軸にエンコーダを持つ垂直多関節ロボットを用いれば、より細かい制御動作を行うことができるため、更なる組立時間の短縮や組立精度の向上、品質のばらつき低減が可能となる。
【００５４】
以上の説明の通り、本実施形態によれば、ロボットを用いて枠体１を製造する過程で、ワーク同士を位置決めして接着剤により接着させるまでの間の工程を、ワーク同士を固定する治具を用いることなく実行することが可能になる。また、ロボットにワーク形状に応じてワーク同士をクランプする機構を設ける必要もない。そのため、クランプ機構を設けることによってワークのハンドリングに支障が生じるおそれもない。また、本実施形態では、硬化後接着剤３がワーク同士を接着する接着力を、レーザ溶接後も維持することができる。つまり、硬化後接着剤３による接着力を積極的に利用して、ワーク同士の接合強度を高めて、剛性の高い強固な枠体１を得ることが可能になる。
【００５５】
以上、本発明をその好適な実施形態に基づいて詳述してきたが、本発明はこれら特定の実施形態に限られるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲の様々な形態も本発明に含まれる。更に、上述した各実施形態は本発明の一実施形態を示すものにすぎず、各実施形態を適宜組み合わせることも可能である。
【００５６】
例えば、上記実施形態では、ロボットを用いて枠体１を製造する工程について説明したが、専用の組立装置であっても、ロボットと同じ動作プロファイルを実現することができれば、枠体１を製造することができる。また、上記実施形態では、レーザ溶接により金属材料からなるワーク同士を溶接するための前工程にＳ１〜Ｓ９の工程を適用した形態について説明した。これに限らず、Ｓ１〜Ｓ９の工程は、樹脂材料からなるワーク同士のレーザによる溶着接合や樹脂材料からなるワークと金属から成るワークのレーザによる溶着接合を行うための前工程として適用することも可能である。更に、上記実施形態では、接着剤１０の塗布やワーク間の接着に異なる複数のロボットを用いた形態について説明したが、例えば、ロボットハンドの交換が可能な構成として、ベースとなるロボットを複数の工程で兼用した組立ラインとすることもできる。
【符号の説明】
【００５７】
１    枠体
２    溶接ビード
３    硬化後接着剤
４Ａ，４Ｂ    側面部品
５Ａ，５Ｂ    縦支柱部品
６    上側連結部品
７    下側連結部品
８    凹み部
９    突起部
１０    接着剤
１１    穴部
２０    マイクロカプセル
２１    スペーサ
１００    第１のロボット
１０１，１１１，１２１，１３１    ロボットハンド
１１０  第２のロボット
１１２    ディスペンサ
１２０    第３のロボット
１３０    第４のロボット
【図１】
2019141942.tif 000003
【図２】
2019141942.tif 000004
【図３】
2019141942.tif 000005
【図４】
2019141942.tif 000006
【図５】
2019141942.tif 000007
【図６】
2019141942.tif 000008
【図７】
2019141942.tif 000009
【図８】
2019141942.tif 000010
【図９】
2019141942.tif 000011