(57)【要約】  【課題】  第１及び第２ワークの突合わせ時において、第１又は第２ワークの反り曲がり等の変形を防止しつつ、第１及び第２ワークの各縁端同士の密着性を向上できるワーク突合わせ装置を提供すること。  【解決手段】    レーザ溶接機１００は、図１３に示す移動フレーム５，５を位置制御する場合、ワークＷ１の縁端Ｅ１のｙ軸方向の目標位置を基準線ｘ０，ｚ０よりｙ軸方向下流側にオフセットメモリ１０１ａ（図１５参照。）の値分だけ偏移させる一方、これと同様に、ワークＷ２の縁端Ｅ２のｙ軸方向の目標位置を基準線ｘ０，ｚ０よりｙ軸方向上流側にオフセットメモリ１０１ａの値分だけ偏移させる。すると、この双方の偏移量に応じてサーボモータ９，９の出力トルクを増加させ、この増加分の出力トルクでワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２面間に若干の押し付け力を付与すことができる。【選択図】        図１５
2008119752.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１及び第２ワークの縁端同士を理想溶接線に一致するように突合わせるワーク突合わせ装置において、
理想溶接線を挟んだ一方側に配設され第１ワークを挟持する第１クランプと、
その第１クランプから離間して理想溶接線を挟んだ他方側に配設され第２ワークを挟持する第２クランプと、
その第２クランプ側へ向けて前記第１クランプを直線移動させる動力を付与する第１駆動手段と、
前記第１クランプにより挟持される第１ワークの縁端が理想溶接線より前記第２クランプ側に所定量偏移するように前記第１駆動手段を制御する第１制御手段と、
その第１制御手段により制御される前記第１クランプ側へ向けて前記第２クランプを直線移動させる動力を付与する第２駆動手段と、
前記第２クランプにより挟持される第２ワークの縁端が理想溶接線より前記第１クランプ側に所定量偏移するように前記第２駆動手段を制御する第２制御手段と、
その第２制御手段および第１制御手段によって第１及び第２ワークの縁端を理想溶接線から偏移させる偏移量をそれぞれ等しい値に設定する偏移量設定手段とを備えていることを特徴とするワーク突合わせ装置。
【請求項２】
前記第１及び第２クランプは、ワークを吸着する磁石とその磁石に対向配置される強磁性体とを有し、その強磁性体及び磁石間にワークを挟持するものであることを特徴とする請求項１記載のワーク突合わせ装置。
【請求項３】
前記第１クランプの磁石は、前記第２クランプの磁石とは反対の極性を有していることを特徴とする請求項２記載のワーク突合わせ装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、第１及び第２ワークの縁端が理想溶接線に一致するように第１及び第２ワークの縁端同士を突合わせるワーク突合わせ装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
自動車などの車輌を構成する部品のうち、車輌のボディ部品には薄板状の金属板が多用されている。このようなボディ部品には、例えば、材料となる大判の金属板をプレス加工により所望の形状に切り出したものや、或いは、プレス加工により切り出された複数のワーク（被溶接材）を溶接したものが用いられる。ここで、複数のワークを溶接する場合、各ワークはそれぞれ縁端同士が突き合わせられ、その突合わせられた縁端同士がレーザ光により溶接される。この溶接に用いるレーザ光は極めて細い光線であるので、各ワークの縁端同士を確実に密着させて接合不良を防止する必要がある。
【０００３】
そこで、従来より突合わせ溶接されるワーク同士の縁端間の密着性を高めるために種々の提案がなされているが、その一例として、特開平９−１７４２８３号公報に開示された２板体（ワーク）の相対位置決め装置がある。この相対位置決め装置では、２枚のワークの縁端同士をエアシリンダにより互いに押し当てることで密着性の高い突合わせを実現している。
【特許文献１】特開平９−１７４２８３号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上記した相対位置決め装置の場合と同様にエアシリンダにより２枚のワークを突合わせる方式を採用して、エアシリンダから出力される一定の力でワーク同士を押し当てつつ突合わせると、エアシリンダが出力過大となって突き合わせたワークが反り曲がり、溶接不具合が発生するという問題点が生じてしまう。そこで、かかる問題点を解消すべく、エアシリンダの出力を低下させると、ワークの縁端間の押圧力が低下するため、ワークの縁端に残存する湾曲やバリ等で各ワークの縁端間が空いて密着度が低下してしまうという問題点が生じてしまう。
【０００５】
本発明は、上述した問題点を解決するためになされたものであり、第１及び第２ワークの突合わせ時において、第１又は第２ワークの反り曲がり等の変形を防止しつつ、第１及び第２ワークの各縁端同士の密着性を向上できるワーク突合わせ装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この目的を達成するために請求項１のワーク突合わせ装置は、第１及び第２ワークの縁端同士を理想溶接線に一致するように突合わせるものであり、理想溶接線を挟んだ一方側に配設され第１ワークを挟持する第１クランプと、その第１クランプから離間して理想溶接線を挟んだ他方側に配設され第２ワークを挟持する第２クランプと、その第２クランプ側へ向けて前記第１クランプを直線移動させる動力を付与する第１駆動手段と、前記第１クランプにより挟持される第１ワークの縁端が理想溶接線より前記第２クランプ側に所定量偏移するように前記第１駆動手段を制御する第１制御手段と、その第１制御手段により制御される前記第１クランプ側へ向けて前記第２クランプを直線移動させる動力を付与する第２駆動手段と、前記第２クランプにより挟持される第２ワークの縁端が理想溶接線より前記第１クランプ側に所定量偏移するように前記第２駆動手段を制御する第２制御手段と、その第２制御手段および第１制御手段によって第１及び第２ワークの縁端を理想溶接線から偏移させる偏移量をそれぞれ等しい値に設定する偏移量設定手段とを備えている。
【０００７】
なお、理想溶接線とは、第１及び第２ワークを溶接する場合の溶接方向を示す理想線であり、第１ワークの縁端と第２ワークの縁端とを正確に突合わせた場合における両ワークの境界線と一致する。
【０００８】
この請求項１のワーク突合わせ装置によれば、例えば、第１及び第２ワークは、互いの対向する縁端同士が離間した状態で、第１及び第２クランプにより挟持される。この状態から、第１制御手段によって、第１クランプが第１駆動手段を介して第２クランプ側へ向けて移動される一方、第２制御手段によって、第２クランプが第２駆動手段を介して第１クランプ側へ向けて移動される。ここで、第１及び第２制御手段は、第１及び第２駆動手段をそれぞれ制御して第１及び第２クランプを移動させ、各ワークの縁端が理想溶接線から偏移設定手段に設定される値分だけ通り過ぎた目標位置に到達させようとする。その結果、第１及び第２ワークの各縁端は目標位置に到達する以前に理想溶接線上で突き当たり、各クランプは見かけ上制止したかのようになる。しかしながら、第１及び第２ワークの縁端同士が突き当たっても、第１及び第２クランプには、偏移設定手段の値に応じた同等の動力が各動力手段により加えられ続ける。
【０００９】
請求項２のワーク突合わせ装置は、請求項１のワーク突合わせ装置において、前記第１及び第２クランプは、ワークを吸着する磁石とその磁石に対向配置される強磁性体とを有し、その強磁性体及び磁石間にワークを挟持するものである。
【００１０】
この請求項２のワーク突合わせ装置によれば、請求項１のワーク突合わせ装置と同様に作用する上、第１クランプは、それの磁石と強磁性体間に第１ワークを介在させ、その磁石の磁力により第１ワーク及び強磁性体を磁化させる。よって、第１ワークは、磁石と磁化された強磁性体とそれぞれ吸着された状態で強固に第１クランプに挟持される。また、同様にして、第２クランプも、第１ワークを磁石と磁化された強磁性体とにそれぞれ吸着させて強固に挟持する。
【００１１】
請求項３のワーク突合わせ装置は、請求項２のワーク突合わせ装置において、前記第１クランプの磁石は、前記第２クランプの磁石とは反対の極性を有している。
【００１２】
なお、上記した請求項１のワーク突合わせ装置の変形例として、以下のものがある。
【００１３】
第１変形例のワーク突合わせ装置は、第１及び第２ワークの縁端同士を理想溶接線に一致するように突合わせるものであり、理想溶接線を挟んだ一方側に配設され第１ワークを挟持する第１クランプと、その第１クランプから離間して理想溶接線を挟んだ他方側に配設され第２ワークを挟持する第２クランプと、その第２クランプ側へ向けて前記第１クランプを直線移動させる動力を付与する第１駆動手段と、その第１駆動手段により移動される前記第１クランプ側へ向けて前記第２クランプを直線移動させる動力を付与する第２駆動手段と、その第２駆動手段の動力を、前記第１駆動手段の最大出力より低い所定の閾値以下に制限する一方、第１ワークの縁端と理想溶接線とが一致する突合位置で前記第１クランプが制止するように前記第１駆動手段を制御する制御手段とを備えている。
【００１４】
この第１変形例のワーク突合わせ装置によれば、例えば、第１及び第２ワークは、互いの対向する縁端同士が離間した状態で、第１及び第２クランプにより挟持される。この状態から、第１クランプが第１駆動手段により第２クランプ側へ向けて移動され、第２クランプが第２駆動手段により第１クランプ側へ向けて移動されると、第１及び第２ワークの縁端が理想溶接線を両側から挟み込むように接近する。その後、制御手段による第１移動手段の制御によって、第１クランプは第１ワークの縁端と理想溶接線とが一致する突合位置で制止される。
【００１５】
第１クランプが突合位置で制止されると、第１ワークの縁端は理想溶接線と一致する位置に位置決めされ、このように位置決めされた第１ワークの縁端には、第２クランプにより挟持された第２ワークの縁端が第２駆動手段の動力を介して押し当てられる。ここで、制御手段は、第２駆動手段の動力を第１駆動手段の最大出力より低い所定の閾値以下に制限するので、第２クランプにより挟持された第２ワークに押されて、縁端が理想溶接線に合わせられた第１ワークが第１クランプごと押し戻されることがない。よって、第１及び第２ワークの縁端が理想溶接線上にて突き合わさった状態が維持される。
【００１６】
第２変形例のワーク突合わせ装置は、第１変形例のワーク突合わせ装置において、前記制御手段は、前記所定の閾値を記憶する書換可能な閾値記憶手段と、前記第２駆動手段の動力を検知する動力検知手段とを備えており、その動力検知手段により検知される動力が前記閾値記憶手段に記憶される所定の閾値と一致するように前記第２駆動手段を制御するものである。
【００１７】
この第２変形例のワーク突合わせ装置によれば、第１変形例のワーク突合わせ装置と同様に作用する上、第２クランプを移動させる第２駆動手段の動力は動力検知手段により検知され、その検出された動力が閾値記憶手段に記憶される所定の閾値と一致するように第２駆動手段が制御手段によって制御される。ここで、閾値記憶手段に記憶される所定の閾値は書換可能であるので、第１及び第２ワークの押し当て（突当て）に適した動力値を閾値記憶手段に事後的に設定し直すことができる。
【００１８】
なお、これらの第１変形例又は第２変形例のワーク突合わせ装置には、上記した請求項２記載の構成要素を付加しても良く、更に、この請求項２記載の構成要素が付加されたものに請求項３記載の構成要素を付加しても良い。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１のワーク突合わせ装置によれば、第１及び第２クランプにより第１及び第２ワークの縁端が理想溶接線上で突合わせられた場合、第１及び第２クランプには、偏移量設定手段に設定される偏移量に応じた動力が第１及び第２駆動手段から均等に付与されるので、第１及び第２ワークの縁端同士が理想溶接線からズレることなく互いに押し当たることができる。この押し当りによって、第１及び第２ワークの縁端に存在する湾曲やバリは圧潰されるので、各ワークの縁端同士の密着度を高めることができるという効果がある。また、第１及び第２ワークの縁端同士を押し当てつつ溶接できるので、かかる溶接中に各ワークの縁端を溶かし込みながら各ワーク間の隙間を縮減できるという効果がある。
【００２０】
しかも、第１及び第２クランプは、第１及び第２制御手段によって、第１及び第２駆動手段により同等の動力で第１及び第２ワークを押し当て合うので、第１及び第２ワークの縁端を理想溶接線から位置ズレさせずに突合わせることができる。よって、第１及び第２ワークの突合わせ部分と理想溶接線に沿って照射されるレーザ光とのズレを防止できるので、かかるズレによる溶接不良の発生を回避できるという効果がある。また、第１及び第２ワークが溶接熱による熱膨張で歪んで各ワークの縁端同士の隙間が拡大する方向へ反力が作用する場合には、その反力に第１及び第２駆動手段が出力可能な最大限の動力で抵抗して、各ワークの縁端間の隙間拡大を防止できるという効果がある。
【００２１】
請求項２のワーク突合わせ装置によれば、請求項１のワーク突合わせ装置の奏する効果に加え、クランプを機械式バネやエアシリンダにより押し付ける従来のクランプ方式のように、第１及び第２クランプによる各ワークの拘束に伴ってフレーム構造に過大な負荷荷重が作用することがないので、ワーク突合わせ装置のフレーム構造の剛性強度を小さくでき、その結果、フレーム構造を軽量かつ小型化できるという効果がある。従って、かかるワーク突合わせ装置のフレーム構造に他の装置、例えば、溶接加工装置や搬送装置を一纏めに集約することもできるのである。
【００２２】
請求項３のワーク突合わせ装置によれば、請求項２のワーク突合わせ装置の奏する効果に加え、第１及び第２ワークの縁端同士が突合わせられる場合、第１クランプの磁石は第２クランプの磁石とは反対の極性を有するので、各磁石に吸着される第１及び第２ワークをそれぞれ反対の極性に磁化し、その両ワークの縁端間に磁気引力を生じさせることができる。この結果、突合わせられる両ワークの縁端間には磁気引力による吸着力が生じるので、その両縁端間の隙間を更に低減できるという効果がある。
【００２３】
なお、上記した第１変形例及び第２変形例のバス接近情報通知システムについては、以下のような効果がある。
【００２４】
第１変形例のワーク突合わせ装置によれば、第１及び第２ワークの縁端同士が突き合わさった場合、制御手段によって、第１駆動手段は、第１ワークの縁端と理想溶接線とが一致するように第１クランプを突合位置で制止させ、且つ、第２駆動手段の動力は第１駆動手段の最大出力より低い所定の閾値以下に制限される。結果、第１ワークの縁端を理想溶接線に合わせて位置決めした状態で、その第１ワーク縁端に第２ワークの縁端を所定の閾値以下の力で押し当てることができる。従って、かかる所定の閾値をワークの挫屈強度未満に設定することで、突き合わせ時のワークの反り曲がり等の変形を防止できるという効果がある。また、その所定の閾値を湾曲やバリの圧潰に充分な値に設定することで、第１及び第２ワークの縁端に存在する湾曲やバリを圧潰させることができ、各ワークの縁端同士の密着度を高めることができるという効果がある。
【００２５】
しかも、第１及び第２ワークの縁端を一定の力で押し当てつつ溶接できるので、その各ワーク間の隙間へ溶接による溶融物を溶かし込ませて各ワーク間の隙間を縮減できるという効果がある。しかも、第２駆動手段の動力は、第１駆動手段の最大出力より低く制限されるので、第１及び第２ワークが突き当たった場合に第２クランプに押されて第１クランプが押し戻されることがなく、第１及び第２ワークの突合わせ部分が理想溶接線から偏移することを防止できる。よって、レーザ光と第１及び第２ワークの突合わせ部とのズレを防いで、溶接不良の発生を回避できるという効果がある。
【００２６】
第２変形例のワーク突合わせ装置によれば、第１変形例のワーク突合わせ装置の奏する効果に加え、閾値記憶手段に記憶される閾値は書換可能であるので、第１及び第２ワークの押し当てに適した動力値を事後的に設定し直すことができる。例えば、第２駆動手段の動力が過大である場合には、閾値を低く設定し直すことで突合わせ時における各ワークの反り曲がりを防止できるという効果がある。また一方で、第２駆動手段の動力が過小である場合には、閾値を高く設定し直すことで、突合わさった各ワークが溶接熱による熱膨張で歪み各ワークの縁端間に隙間が空くことを防止できるという効果がある。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２７】
以下、本発明の好ましい実施例について、添付図面を参照して説明する。図１は、本発明の突合わせ装置の一実施例であるクランプマシン２を装備したレーザ溶接機１の正面図（前面図）である。図１に示すように、このレーザ溶接機１は、主に、鋼板等の薄板状の強磁性体で形成された溶接対象物（以下、「ワーク」と称す）を所定の溶接位置に位置決めして固定するクランプマシン２と、そのクランプマシン２により固定されるワークをレーザ光で溶接する溶接ユニット３とを備えている。
【００２８】
クランプマシン２の下部にはｘ軸方向に延設される載置テーブル４が配設されており、この載置テーブル４の上面にはワークが載置可能とされている。載置テーブル４はｙ軸方向へ移動可能な移動フレーム５により下方から支持されており、この移動フレーム５は基礎フレーム６により下方から支持されている。基礎フレーム６は、クランプマシン２の土台となるフレーム構造体であり、床面上に設置されている。
【００２９】
基礎フレーム６のｘ軸方向両側上面には、その基礎フレーム６のｙ軸方向に延設されるガイドレール８，８がそれぞれ配設され、このガイドレール８，８に移動フレーム５が載架されている。ガイドレール８，８は、移動フレーム５をｙ軸方向へ案内するものであり、このガイドレール８，８の間であって基礎フレーム６のｘ軸方向中央にはサーボモータ９が配設されている。サーボモータ９は、ガイドレール８，８上の移動フレーム５をｙ軸方向へ往復移動させる駆動装置である。
【００３０】
クランプマシン２の上部であって載置テーブル４の上方には、その載置テーブル４の上面と対向してマグネットユニット１０が配設されている。マグネットユニット１０は、マグネット（磁石）の磁力により強磁性体であるワークを磁気誘導により磁化して吸着させるためのものである。マグネットユニット１０は載置テーブル４より横長な移動フレーム１１に吊設され、この移動フレーム１１にはｘ軸方向に間隔を隔てて２本のガイドロッド１２，１２が配設されている。
【００３１】
ガイドロッド１２，１２はマグネットユニット１０のｙ軸方向移動を案内する軸状体である。このガイドロッド１２，１２は、その軸芯がｙ軸方向を向いた状態で移動フレーム１１にそれぞれ挿嵌されており、このガイドロッド１２，１２の一端部（図１紙面に対する奥側）にマグネットユニット１０が連結されている。また、移動フレーム１１には、各ガイドロッド１２，１２の内側にエアシリンダ１３，１３がそれぞれ配設されており、このエアシリンダ１３，１３は、マグネットユニット１０をｙ軸方向に移動させる駆動装置である。
【００３２】
移動フレーム１１の上方にはｘ軸方向に延びる梁状体である横架フレーム１４が配設されており、横架フレーム１４は、移動フレーム１１が吊設されるものである。この横架フレーム１４の下縁にはガイドレール１５がｘ軸方向に延設されており、このガイドレール１５には、移動フレーム１１の上部が吊着されている。また、移動フレーム１１の前面には複数の歯を有するラック１６がｘ軸方向に延設されており、このラック１６は歯車であるピニオン１７と歯合されている。
【００３３】
サーボモータ１８は、ラック１６に歯合するピニオン１７を回転させて移動フレーム１１をｘ軸方向へ往復移動させる駆動装置であり、横架フレーム１４のｘ軸方向中央に固定設置されている。また、横架フレーム１４は、クランプマシン２とｘ軸方向に並設される前段テーブル１９の上方にまで延長されている。前段テーブル１９は、その上面に溶接前のワークを載置するものであり、この前段テーブル１９には、載置されたワークを下方から押し上げるプッシュロッド２０が複数本配設されている。更に、横架フレーム１４の上縁にはｘ軸方向に延びるガイドレール２１が配設されており、このガイドレール２１には、溶接ユニット３が載上されている。図７には、溶接ユニット３の構造がより詳細に図示されている。
【００３４】
図７に示すように、溶接ユニット３は、レーザ光線を照射するレーザヘッド３ａと、そのレーザヘッド３ａを支持する支持体３ｂと、その支持体３ｂをｘｙｚ空間内で移動させるヘッド移動装置３ｃ（図１参照）と、そのヘッド移動装置３ｃにより支持体３ｂがｘ軸方向へ移動する際にレーザヘッド３ａから照射されるレーザ光を２枚のワークの縁端同士を突合わせた突合わせ部（シーム部）に追従するようにトラッキング制御するトラッキングドライバ３ｄと、シーム部のｙ軸及びｚ軸方向位置を検出するためのレーザセンサ３ｅとを有した溶接ユニットである。この溶接ユニット３によれば、溶接時においてレーザヘッド３ａの支持体３ｂは、ヘッド移動装置３ｃによりｘ軸方向上流側（図７右側）から下流側（図７左側）へ移動され、その移動と共にレーザヘッド３ａからレーザ光を照射して溶接を行うものである。
【００３５】
レーザセンサ３ｅは、レーザヘッド３ａからｘ軸方向下流側（図７左側）に所定距離（例えば５０ｍｍ程度）離間した位置に配設されている。このレーザセンサ３ｅは、ｙ軸方向幅が最大１１．５ｍｍのレーザ光を自己の直下に位置するワークのシーム部に照射でき、その反射光をＣＣＤ受光素子にて受光することによりワークのシーム部のｙ軸方向位置と、レーザセンサ３ａからワークのシーム部までのｚ軸方向高低差とを検出することができる。ここで、レーザセンサ３ｅは、自己が照射したレーザ光の反射光をＣＣＤ受光素子で受光するので、ワーク表面の光反射率に関わらず高い検出精度を確保できる。
【００３６】
また、レーザセンサ３ｅは、ワークＷ１，Ｗ２（図１４参照）の厚みｔ１，ｔ２が異なる場合に生じる段差をレーザ光の反射光を用いて検出し、その段差の位置からワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２の突合わせ部であるシーム部のｙ軸及びｚ軸方向位置を検出するものである。トラッキングドライバ３ｄは、溶接開始時にレーザセンサ３ｅの検出結果に基づいてレーザヘッド３ａからシーム部までのｚ軸方向の距離を調整する一方、溶接が開始されると、レーザセンサ３ｅにより検出されたシーム部のｙ軸方向位置に基づいて、その後のレーザヘッド３ａの移動先を演算して、ｘ軸方向へ移動するレーザヘッド３ａのｙ軸方向位置をシーム部に追従するように制御（トラッキング制御）するものである。
【００３７】
図１に戻って説明する。溶接ユニット３は、レーザヘッド３ａの支持体３ｂをｘ軸方向へ移動させるためのボールねじ軸２２と、ボールねじナット２３と、サーボモータ２４とを備えており、これらはヘッド移動装置３ｃの一部を構成している。溶接ユニット３の支持体３ｂにはボールねじ軸２２が螺合されるボールねじナット２３が取着されている。ボールねじ軸２２及びボールねじナット２３は、ねじ軸２２のおねじとナット２３のめねじとを複数の玉で結合する「ボールねじ」であり、そのボールねじ軸２２には、横架フレーム１４上に配設されたサーボモータ２４が連結されている。サーボモータ２４は、ボールねじナット２３に螺合するボールねじ軸２２を回転させて、溶接ユニット３の支持体３ｂをｘ軸方向へ往復移動させる駆動装置である。
【００３８】
図２は、図１のＩＩ−ＩＩ線における部分的な側断面図であり、載置テーブル４より下側の部位のみを図示している。尚、図２中の１点鎖線は、載置テーブル４，４’にそれぞれ載置されるワークＷ１，Ｗ２の縁端同士を突合わせた場合にその両縁端が一致すべき理想位置を示した基準線ｚ０を、図中の２点鎖線は突合わせ溶接される二枚一組の溶接対象物であるワークＷ１，Ｗ２を、それぞれ示している。また、基準線ｚ０はｚ軸と平行な直線である。
【００３９】
図２に示すように、載置テーブル４は、その載置テーブル４に比べてｙ軸方向に長尺な載置テーブル４’とｙ軸方向に並設され、その載置テーブル４’とは反対側の端部に補助テーブル４”が取着されている。これらの載置テーブル４，４’及び補助テーブル４”は、その上面に複数のフリーベア２５がそれぞれ取着され、各フリーベア２５の頂部は略面一とされている。複数のフリーベア２５は、頂部が外部に露出された球体を転動可能に保持した部材であり、その複数のフリーベア２５の球体頂部によりワークＷ１，Ｗ２の下面を支持するものである。よって、ワークＷ１，Ｗ２が載置テーブル４，４’及び補助テーブル４”上を摺動する場合にはフリーベア２５の球体が転動するので、ワークＷ１，Ｗ２の下面の損傷を防止できる。また、フリーベア２５は球体の頂部にてワークＷ１，Ｗ２の下面に点接触するので、各ワークＷ１，Ｗ２とフリーベア２５との間の摩擦抵抗も低減できる。
【００４０】
また、載置テーブル４，４’の下方には上記した移動フレーム５が１基ずつ配設されており、２基の移動フレーム５，５はともに上記した一対のガイドレール８，８（図１参照）に載架されている。基礎フレーム６のｙ軸方向両端部には、上記したサーボモータ９がそれぞれ１基ずつ配設されており、一方のサーボモータ９（図２右側）は載置テーブル４を支持する移動フレーム５を、他方のサーボモータ９（図２左側）は載置テーブル４’を支持する移動フレーム５を、それぞれｙ軸方向に往復移動させる駆動装置である。
【００４１】
また、移動フレーム５，５には、基準線ｚ０から所定長さ隔ててエアシリンダ２６，２６がそれぞれ配設されており、このエアシリンダ２６，２６の各シリンダロッドには、先端が各載置テーブル４，４’の上面から突出される係合ロッド２７，２７の下端が連結されている（図７参照）。また、移動フレーム５，５の対向面間には間隙が設けられており、この間隙には、ワークＷ１，Ｗ２の縁端同士を基準線ｚ０で突合わせる前にワークＷ１，Ｗ２の各縁端の向きを補正するために用いられる基準ガイドブロック２８が配設されている。
【００４２】
図３は、図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における部分断面図であり、図中の一点鎖線は、載置テーブル４、４’にそれぞれ載置されるワークＷ１，Ｗ２の縁端同士を突合わせる場合、その突合わせられた両縁端が一致すべき理想的位置である基準線ｘ０を示しており、この基準線ｘ０はｘ軸と平行な直線であり、上記した基準線ｚ０と同一平面（ｘ−ｚ平面）内に存在する。
【００４３】
図３に示すように、載置テーブル４，４’にはｙ軸方向に複数のフリーベア２５が等間隔に配列され、更に、そのフリーベア２５の配列がｘ軸方向に平行かつ等間隔で複数並設されている。載置テーブル４，４’には、基準線ｘ０の延長方向に平面視長方形状の支持ブロック２９，２９がそれぞれ延設されている。支持ブロック２９，２９は、マグネットユニット１０，１０（図５参照）と共にワークＷ１，Ｗ２を挟み込んでクランプ（固定）するものであり、各ブロック２９，２９の対向する縁辺が基準線ｘ０と平行とされている。各支持ブロック２９，２９はともに鋼材などの強磁性体（強磁性材料）で形成されており、後述するマグネットユニット１０，１０の磁力により磁気誘導を生じて磁化される特性を有している。また、支持ブロック２９，２９のｘ軸方向両側には上記した係合ロッド２７がそれぞれ配設され、クランプマシン２には合計４本の係合ロッド２７が配設されている。
【００４４】
図４は、図１のＩＶ−ＩＶ線における部分断面図である。図４に示すように、支持ブロック２９，２９の上面はともに略水平で且つ略面一とされている。また、各支持ブロック２９，２９の上方にはマグネットユニット１０がそれぞれ１基ずつ配設されている。各マグネットユニット１０，１０の下端部には、支持ブロック２９，２９の上面にそれぞれ対向配置されるクランプ板３０，３０が取着され、クランプ板３０，３０の下面と支持ブロック２９，２９の上面とは略平行とされている。クランプ板３０，３０は、マグネットユニット１０，１０の中でワークＷ１，Ｗ２に直接吸着する部材であり、磁気誘導により磁化される強磁性体で形成されている。
【００４５】
また、移動フレーム５，５の下部にはボールねじナット３２が１基ずつ固着され、各ボールねじナット３２，３２には、ｙ軸方向に軸芯が向いたボールねじ軸３１が１本ずつ螺合されている。この２本のボールねじ軸３１，３１は、その基準線ｚ０側の端部が軸受３３，３３により枢支される一方、その反基準線ｚ０側の端部がそれぞれ異なるサーボモータ９，９に連結されている。このため、サーボモータ９，９を回転駆動することにより、載置テーブル４，４’は、ｙ軸方向へ往復移動できるのである。
【００４６】
図５は、図１のＶ−Ｖ線における部分断面図であり、基準ガイドブロック２８が退避位置にある状態を示している。図５に示すように、上記した横架フレーム１４の下端面のｙ軸方向両側には上記したガイドレール１５がそれぞれ１本ずつ配設され、この２本のガイドレール１５，１５によって移動フレーム１１がｘ軸方向へ移動可能に横架フレーム１４の下方に吊設されている。また、移動フレーム１１には、一対のガイドレール１５，１５の下方に梁部１１ａ，１１ｂがそれぞれ設けられている。梁部１１ａには、上記したガイドロッド１２が貫通して挿嵌されており、そのガイドロッド１２の基準線ｚ０側の端部（図５左側）にはブラケット３４が取着されている。
【００４７】
ブラケット３４は、マグネットユニット１０を吊下げた状態で支持するものである。このブラケット３４には、ｚ軸方向に軸芯が向いたガイドロッド３５がｚ軸方向に摺動可能に挿嵌されており、このガイドロッド３５の下端にはマグネットユニット１０の上部が取着されている。よって、マグネットユニット１０は、ガイドロッド１２及びガイドロッド３５によりｙ軸およびｚ軸方向に往復移動可能とされている。また、梁部１１ｂには、梁部１１ａと同様に、上記したガイドロッド１２、ブラケット３４、ガイドロッド３５及びマグネットユニット１０が装着されており、梁部１１ａに装着される各部材１２，３４，３５，１０と、梁部１１ｂに装着される各部材１２，３４，３５，１０とは、基準線ｚ０に関して対称とされている。
【００４８】
基準ガイドブロック２８のｙ軸方向両端面には基準面２８ａと基準面２８ｂとが形成されている。基準面２８ａは、一方のワークＷ１（図５右側）の縁端が突当てられる端面であり、基準面２８ｂは、他方のワークＷ２（図５左側）の縁端が突当てられる端面である。この基準面２８ａ及び基準面２８ｂは、互いに反対方向を向き且つ互いに平行な滑面状に形成されている。
【００４９】
図６（ａ）は、図５のＶＩ−ＶＩ線における断面図であり、基準ガイドブロック２８の各基準面２８ａ，２８ｂの輪郭形状とワークＷ１，Ｗ２の縁端の輪郭形状との関係を説明するための平面（ｘ−ｙ平面）図である。図６（ａ）に示すように、ワークＷ１の縁端Ｅ１とワークＷ２の縁端Ｅ２とは共にほぼ直線状の輪郭を有している。このため、かかるワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２同士の突合わせ溶接では、その理想溶接線Ｌが基準線ｘ０と一致する直線となる。かかる場合、基準ガイドブロック２８の基準面２８ａ及び基準面２８ｂは理想溶接線Ｌの軌跡と一致する直線状の輪郭に形成される。この基準面２８ａ，２８ｂにワークＷ１，Ｗ２の各縁端Ｅ１，Ｅ２が突当てられると、各縁端Ｅ１，Ｅ２の向きが互いに平行となるようにワークＷ１，Ｗ２の姿勢が補正されるのである。
【００５０】
図７は、図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図である。なお、図２のＶＩＩ’−ＶＩＩ’線における断面図は、図７を左右反転したものと略同一であるので、その説明を省略する。
【００５１】
図７に示すように、横架フレーム１４に吊設される移動フレーム１１は、そのｘ軸方向中央に上記したブラケット３４が配設されている。ブラケット３４はｘ軸方向に長尺状に形成されており、その長手方向両端部に上記したガイドロッド３５がそれぞれ１本ずつ挿嵌されている。移動フレーム１１には、２本のガイドロッド３５，３５の内側に一対のエアシリンダ３６，３６が配設されており、この一対のエアシリンダ３６，３６は、マグネットユニット１０をｚ軸方向に往復移動させる駆動装置である。
【００５２】
このエアシリンダ３６，３６のシリンダロッド３６ａ，３６ａはｚ軸下方へ突出され、各シリンダロッド３６ａ，３６ａの先端にはマグネットユニット１０の上部が取着されている。このマグネットユニット１０にはｘ軸方向に複数枚（例えば合計１１板）のクランプ板３０が若干の隙間（数ｍｍ程度）を隔てて隣接して並設されており、複数枚のクランプ板３０が支持ブロック２９のｘ軸方向ほぼ全域に渡って設けられている。ここで、図８を参照して、マグネットユニット１０の詳細について説明する。
【００５３】
図８（ａ）は、図７に示すマグネットユニット１０を部分的に断面視した拡大図である。図８（ａ）に示すように、マグネットユニット１０は、その筐体４０に複数基（例えば合計１１基）の磁石モジュール４１がｘ軸方向に並設されており、各磁石モジュール４１は、クランプ板３０が下端に取着される磁石本体４２と、その磁石本体４２を筐体４０にｚ軸方向へ上下動可能に吊設するホルダ部材４３とを備えている。磁石本体４２は強磁性体で形成された略円柱状体であり、その軸芯がｚ軸方向を向いている。磁石本体４２の内部には、その磁石本体４２の中心軸周りに軸芯部４２ａが設けられ、この軸芯部４２ａの外周にコイル４２ｂが巻回されている。尚、各磁石モジュール４１は個々に独立したものである。
【００５４】
磁石本体４２によれば、コイル４２ｂの外周に円筒状の外壁部４２ｃが設けられており、この外壁部４２ｃと軸芯部４２ａとが一体形成され、この軸芯部４２ａ及び外壁部４２ｃの下端にはクランプ板３０の上面が当接して取着されている。よって、コイル４２ｂに通電すると、軸芯部４２ａ、外壁部４２ｃ及びクランプ板３０が磁化されるのである。また、磁石本体４２は、筐体４０の底板４０ｂに設けられた円筒状のスリーブ４４内にｚ軸方向へ摺動可能に内設され、この磁石本体４２の上方には磁石本体４２の上端面と間隔を隔てて筐体４０の天板４０ａが設けられている。
【００５５】
ホルダ部材４３は、磁石本体４２と連結されるロッド４３ａと、そのロッド４３ａを付勢する弾性スプリング４３ｂと、その弾性スプリング４３ｂをロッド４３ａに係止する係止ナット４３ｃとを備えている。ロッド４３ａの下端には磁石本体４２の上端が取着されており、このロッド４３ａの上端部は天板４０ａを貫通して筐体４０の上方へ突出されている。このロッド４３ａの上端部には、係止ナット４３ｃが螺合され、この係止ナット４３ｃと天板４０ａとの間に圧縮バネで構成された弾性スプリング４３ｂが介装されている。この弾性スプリング４３ｂの弾性復元力によって、磁石モジュール４１はｚ軸方向上方（支持ブロック２９から離間する方向）へ向けて付勢されている。
【００５６】
図８（ｂ）は、図８（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。図８（ｂ）に示すように、筐体４０の天板４０ａには、各磁石モジュール４１に対応して１本ずつ調節ボルト４５が複数螺合され、この各調節ボルト４５の頭部は天板４０ａから各磁石本体４２の上端面へ向けて突出されている。しかも、調節ボルト４５の頭部には磁石本体４２の上端面が当接しており、磁石本体４２のｚ軸方向上方へ向けた移動を規制している。よって、この調節ボルト４５の突出量を調節することにより、クランプ板３０のｚ軸方向の位置を変更でき、クランプ板３０と支持ブロック２９間の遊間８５，８６（図１０参照）の幅を、ワークＷ１，Ｗ２の厚みｔ１，ｔ２に応じて変更することもできるのである。
【００５７】
図７に戻って説明する。マグネットユニット１０のｘ軸方向両側には、その支持ブロック２９のｘ軸方向両側から突出される係合ロッド２７，２７との対向位置にブラケット３７，３７が配設されており、各ブラケット３７には係合ロッド２７を挿入可能な係合孔３７ａが穿設されている。上記したエアシリンダ２６により係合ロッド２７を上方へ突出させ係合孔３７ａに挿入すると、係合ロッド２７とブラケット３７とが係合されるので、かかる係合によりｚ軸方向上下に対向配置される載置テーブル４’とマグネットユニット１０とを一体的に連結することができる。
【００５８】
更に、基準ガイドブロック２８は、クランプマシン２のｘ軸方向に左右対称に一対配設されている。各基準ガイドブロック２８のｘ軸方向両側からは軸芯がｚ軸方向を向いたガイドロッド３８，３８が下方に垂設されており、このガイドロッド３８，３８は、基礎フレーム６に摺動可能にそれぞれ取着されている。２本のガイドロッド３８，３８の間には、基礎フレーム６に固定されたエアシリンダ３９が配設されており、このエアシリンダ３９は基準ガイドブロック２８をｚ軸方向へ昇降させる駆動装置である。このエアシリンダ３９はシリンダロッド３９ａがｚ軸上方へ突出され、そのシリンダロッド３９ａの先端は基準ガイドブロック２８の下部に連結されている。
【００５９】
図９は、レーザ溶接機１の電気的構成を示したブロック図である。レーザ溶接機１は、クランプマシン２の各部位の位置制御やトルク制御を行う制御ユニット５０を備え、この制御ユニット５０は、主に、ＣＰＵ５１と、ＲＯＭ５２と、ＲＡＭ５３と、入出力ポート５４と、モニタ５５と、入力ユニット５６と、インターフェイス５７とを備えている。制御ユニット５０のＣＰＵ５１、ＲＯＭ５２、ＲＡＭ５３は、バスラインを介して相互に接続されており、このバスラインは、入出力ポート５４にそれぞれ接続されている。入出力ポート５４には、更にモニタ５５と、入力ユニット５６と、インターフェイス５７と、モータドライバ５８〜６０と、電流検出回路６１，６２と、エンコーダ６３〜６５と、電磁弁ドライバ６６と、マグネットドライバ８３，８４とが接続されている。
【００６０】
ＣＰＵ５１は、ＲＯＭ５２に記憶されている制御プログラムに従って入出力ポート５４に接続された各部を制御し、クランプマシン２及び溶接ユニット３の各部の動作を実行する演算装置である。ＲＯＭ５２は、このレーザ溶接機１で実行される制御プログラムや固定値データなどを格納した書換え不能な不揮発性メモリであり、ＲＡＭ５３は、レーザ溶接機１の各動作の実行時に各種のデータを一時的に記憶するための書換可能な揮発性メモリである。このＲＡＭ５３には、移動フレーム５を駆動するサーボモータ９をトルク制御する場合に、そのサーボモータ９の出力を最大トルク値未満に制限するために設定される制限トルク値を記憶するための制限トルク値メモリ５３ａが設けられている。なお、ＲＡＭ５３は、図示しないバックアップ電源により常時電力供給されており、ＲＡＭ５３に記憶されるデータはレーザ溶接機１の電源オフ後も保持される。
【００６１】
モニタ５５は、レーザ溶接機１の動作制御時に必要となる各種のパラメータの設定状況や、その他のレーザ溶接機１に関する各種情報を表示するための表示装置であり、入力ユニット５６は、各種パラメータの入力操作や、レーザ溶接機１を手動操作する場合に作業員により操作されるものである。また、インターフェイス５７は、クランプマシン２によりクランプされたワークＷ１，Ｗ２をレーザ光により溶接する溶接ユニット３との間で各種信号やデータを送受信するためのものであり、溶接ユニット３と接続されている。
【００６２】
モータドライバ５８，５９は、直流電動機であるサーボモータ９の駆動電流を制御する駆動回路であり、モータドライバ６０は、直流電動機であるサーボモータ１８の駆動電流を制御する駆動回路である。モータドライバ５８，５９の出力端には、サーボモータ９，９がそれぞれ１基ずつ接続されると共に、そのモータドライバ５８，５９から各サーボモータ９，９へ流れる電流値を検出する電流検出回路６１，６２が接続されている。各サーボモータ９，９の出力トルク値は、この電流検出回路６１，６２による検出電流値から算定される電機子電流値に基づいて求めることができる。
【００６３】
エンコーダ６３〜６５は、サーボモータ９，９，１８の回転変位を検出するためのセンサであり、このエンコーダ６３〜６５により検出された回転変位に基づいて、載置テーブル４，４’のｙ軸方向座標値や、マグネットユニット１０，１０のｘ軸方向座標値を求めることができる。制御ユニット５０では、この求められた座標値に基づいて、サーボモータ９，９，１８の回転量を調節して、載置テーブル４，４’（又は移動フレーム５，５）やマグネットユニット１０，１０（又は移動フレーム１１）を目標位置に位置制御している。
【００６４】
電磁弁ドライバ６６は、４基のエアシリンダ１３、４基のエアシリンダ２６，４基のエアシリンダ３６及び４基のエアシリンダ３９にそれぞれ１基ずつ接続される電磁弁６７〜８２を制御する駆動回路である。また、電磁弁６７〜８２は、各エアシリンダ１３，２６，３６，３９のシリンダロッドを往復動作させるために圧縮空気の供給経路を切り換えると共に、その圧縮空気の供給停止して各エアシリンダ１３，２６，３６，３９のシリンダロッドを遊動可能にするものである。また、マグネットドライバ８３，８４は、マグネットユニット１０，１０の各磁石モジュール４１への通電量を調節して、各磁石モジュール４１が生じる磁力を変更するための回路である。
【００６５】
次に、上記のように構成されたレーザ溶接機１の動作について説明する。以下の説明で用いる図１０から図１４は、図５に示したレーザ溶接機１の各部が動作した場合における断面図である。まず、サーボモータ１８が回転され、移動フレーム１１がｘ軸方向上流側（図１右側）へ移動されて、移動フレーム１１が前段テーブル１９の上方位置（図１中の２点鎖線）で位置決めされる。前段テーブル１９上にはｙ軸方向に並べられた２枚のワークＷ１，Ｗ２（図示せず）が載置されており、移動フレーム１１の停止後、エアシリンダ３６，３６，３６，３６によりマグネットユニット１０，１０が下降されて、マグネットドライバ８３，８４によりマグネットユニット１０，１０の各磁石モジュール４１に通電がなされる。
【００６６】
一方、この通電と共に、複数本のプッシュロッド２０によるワークＷ１，Ｗ２の押し上げを行うと、一方のマグネットユニット１０の各クランプ板３０にワークＷ１が吸着され、他方のマグネットユニット１０の各クランプ板３０にはワークＷ２が吸着される。この吸着後、エアシリンダ３６，３６，３６，３６によりマグネットユニット１０，１０を上昇させ、且つ、プッシュロッド２０を下降させると、ワークＷ１，Ｗ２が前段テーブル１９の上方に吊り上げられる。ワークＷ１，Ｗ２の吊り上げ後、サーボモータ１８が回転され、移動フレーム１１がｘ軸方向下流側（図１左側）へ移動されて、移動フレーム１１が載置テーブル４，４’の上方位置（図１中の実線）で位置決めされると、レーザ溶接機１は、図５に示した状態となる。
【００６７】
図５に示した状態において、４本の係合ロッド２７（図３参照）の上方には上記した４つブラケット３７の係合孔３７ａがそれぞれ位置決めされており、４基のエアシリンダ２６によって、４本の係合ロッド２７が最上位置に上昇されると、各係合孔３７ａに各係合ロッド２７が挿入されて、互いに対向する係合ロッド２７とブラケット３７同士が係合される。この結果、図５において基準線ｚ０よりｙ軸方向上流側（図５右側）に配設される載置テーブル４とマグネットユニット１０とが一体的に連結され、図５において基準線ｚ０よりｙ軸方向下流側（図５左側）に配設される載置テーブル４’とマグネットユニット１０とが一体的に連結される。
【００６８】
この後、電磁弁６７〜７０が電磁弁ドライバ６６により中立状態に切り換えられると、各エアシリンダ１３，１３，１３，１３はシリンダロッドがｙ軸方向へ遊動可能な状態となる。この結果、載置テーブル４，４’を支持する移動フレーム５，５がサーボモータ９，９によりｙ軸方向へ移動される場合に、一方のマグネットユニット１０（図５右側）が載置テーブル４と一緒に、他方のマグネットユニット１０（図５左側）が載置テーブル４’と一緒に、ｙ軸方向へ移動自在な状態となるのである。しかも、ワークＷ１，Ｗ２の突合わせ時に、マグネットユニット１０，１０が載置テーブル４，４’に対して相対的にｙ軸方向へ位置ズレすることがなく、その結果、ワークＷ１，Ｗ２の突合わせ精度を確保できる。
【００６９】
その後、エアシリンダ３６，３６，３６，３６によりマグネットユニット１０，１０が最下位置まで下降されると、レーザ溶接機１は、図１０に示す状態となる。図１０に示すように、マグネットユニット１０，１０が最下位置に至った状態で、ワークＷ１を挟んで対向するクランプ板３０及び支持ブロック２９間にはワークＷ１の厚みｔ１より大きな遊間８５が確保され、ワークＷ２を挟んで対向するクランプ板３０及び支持ブロック２９間にはワークＷ２の厚みｔ２より大きな遊間８６が確保されている。
【００７０】
そこで、遊間８５，８６を確保したまま、エアシリンダ３９，３９によって、基準ガイドブロック２８を図１０に示した最下位置（退避位置）から図１１に示した最上位置（当接位置）まで上昇させると、図１１に示すように、基準ガイドブロック２８の基準面２８ａがワークＷ１の縁端Ｅ１と対向される一方、基準面２８ｂがワークＷ２の縁端Ｅ２と対向される。図１１に示すように、ワークＷ１，Ｗ２は、その縁端Ｅ１、Ｅ２が支持ブロック２９，２９の先端面及びクランプ板３０，３０の先端面より基準ガイドブロック２８配設側に突出された状態でクランプ板３０，３０にそれぞれ吸着されている。
【００７１】
支持ブロック２９，２９はクランプ板３０，３０より基準ガイドブロック２８の配設側に若干突出されるので、移動フレーム５，５を、位置制御によって、図１１に示す退避位置から支持ブロック２９，２９の先端面が基準面２８ａ，２８ｂに当接する直前位置（図１２参照）に位置決めするように移動させると、その移動の最中に、基準ガイドブロック２８の基準面２８ａにワークＷ１の縁端Ｅ１が突当てられ、基準ガイドブロック２８の基準面２８ｂにワークＷ２の縁端Ｅ２が突当てられる。
【００７２】
この際に、マグネットユニット１０，１０の各磁石モジュール４１の磁力は、マグネットドライバ８３，８４によって、各クランプ板３０上でワークＷ１，Ｗ２が摺動可能な程度の弱磁力に調節されているので、基準面２８ａ，２８ｂに対してワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２がｘ−ｙ平面内で傾いている場合、ワークＷ１，Ｗ２がクランプ板３０上を摺動して、その縁端Ｅ１，Ｅ２が基準面２８ａ，２８ｂに正対する姿勢に位置補正できる。
【００７３】
この結果、ワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２は、基準線ｘ０（理想溶接線Ｌ）に一致する向きに補正される。しかも、ワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１、Ｅ２が基準ガイドブロック２８に突当てられてクランプ板３０上を摺動する場合、支持ブロック２９，２９とクランプ板３０，３０との間には上記した遊間８５，８６が設けられるので、ワークＷ１，Ｗ２と支持ブロック２９，２９とが擦れて損傷することを防止することができる
【００７４】
図１２に示すように、ワークＷ１，Ｗ２を基準ガイドブロック２８に突当てて姿勢補正した後は、マグネットドライバ８３，８４によってマグネットユニット１０，１０の各磁石モジュール４１の磁力が強磁力に変更されると、その各磁石モジュール４１により磁化された各クランプ板３０及びワークＷ１，Ｗ２の磁界の影響を受けて各支持ブロック２９，２９が磁化される。この磁化によってワークＷ１，Ｗ２とそれに上下に対向する支持ブロック２９，２９との間には磁気的な引力（磁気引力）が生じる。
【００７５】
これによって、各マグネットユニット１０，１０の各磁石本体４２は、弾性スプリング４３ｂの付勢力に抗して各スリーブ４４内を摺動し、支持ブロック２９，２９側へ引き寄せられる。この引き寄せによって、マグネットユニット１０，１０の各クランプ板３０と各支持ブロック２９，２９間の遊間８５，８６が縮小された結果、図１３に示すように、ワークＷ１，Ｗ２が各マグネットユニット１０，１０の磁化されたクランプ板３０と磁化された支持ブロック２９，２９との間に吸着されつつ強固に拘束される。
【００７６】
ワークＷ１，Ｗ２をマグネットユニット１０，１０及び支持ブロック２９，２９間にて拘束した後は、図１３に示すように、移動フレーム５，５を位置制御することによって図１２に示す位置から図１３に示す退避位置まで移動させた後、更に、エアシリンダ３９，３９により基準ガイドブロック２８を最下位置まで下降させる。このため、ワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１、Ｅ２は、基準ガイドブロック２８の下降前に基準面２８ａ，２８ｂから充分に離間されるので、基準ガイドブロック２８の下降によりワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１、Ｅ２と基準面２８ａ，２８ｂとが擦れて損傷することを防止できる。
【００７７】
基準ガイドブロック２８の下降が完了した後は、移動フレーム５，５を基準線ｚ０側へ向けて移動させて、ワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２同士が突合わせられる。ここで、移動フレーム５，５のいずれか一方、例えば、載置テーブル４を支持する移動フレーム５（図１３右側）の制御方式は、サーボモータ９による位置制御方式から、そのサーボモータ９の出力トルクを制限トルク値メモリ５３ａに記憶される制限トルク値以下に制限するトルク制御方式に切り換えられる。なお、かかるトルク制御方式は、サーボモータ９の出力トルクを制限トルク値メモリ５３ａに記憶される値に一致するように制御するものであっても良い。
【００７８】
このため、載置フレーム４を支持する移動フレーム５はトルク制御されたサーボモータ９によりｙ軸方向下流側（図１３左方）へ向けて移動される一方、載置テーブル４’を支持する移動フレーム５（図１３左側）は、サーボモータ９を駆動装置とした位置制御によって、ワークＷ２の縁端Ｅ２が基準線ｚ０に一致するようにｙ軸方向上流側（図１３右方）へ移動される。この移動によりワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２同士が図１４に示すように突き合わさると、基準線ｚ０上にてワークＷ１の縁端Ｅ１がワークＷ２の縁端Ｅ２に制限トルク値以下の押圧力によって押し当てられる。よって、本来は直線状であるべきワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２に湾曲やバリが存在しても、かかる湾曲やバリをワークＷ１，Ｗ２間の押圧により圧潰させることができ、縁端Ｅ１，Ｅ２間の密着度を高めることができる。
【００７９】
図１４に示すように、ワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２同士が突き合わさると、溶接ユニット３のレーザヘッド３ａが下降され、レーザヘッド３ａによって縁端Ｅ１，Ｅ２間にレーザ光が照射されつつ、溶接ユニット３がサーボモータ２４によってｘ軸方向上流側（図１右側）から下流側（図１左側）へ移動されて、ワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２が溶接される。この溶接時においても、突き合わさったワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２間には押圧力が作用しているので、レーザ光により溶融された金属が溶け込んで各縁端Ｅ１，Ｅ２間に残存する隙間を更に縮減できる。また、ワークＷ２を拘束した載置テーブル４’を駆動するサーボモータ９は最大トルクまで出力可能であるので、ワークＷ１の押圧力で押し戻されることがなく、ワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２の突合わせ位置が基準線ｚ０からズレ動くこともない。
【００８０】
溶接終了後は、レーザヘッド３ａが上昇され、マグネットドライバ８３，８４により、マグネットユニット１０，１０の各磁石モジュール４１への通電が停止される。これにより、各磁石モジュール４１の磁力がなくなり、接合されたワークＷ１，Ｗ２がマグネットユニット１０，１０から離脱して、載置テーブル４，４’上に載置される。この後は、４基のエアシリンダ３６によりマグネットユニット１０，１０が最上位置へ上昇される一方、４基のエアシリンダ２６によって、４本の係合ロッド２７が最下位置に下降され、各係合孔３７ａから各係合ロッド２７が抜脱される。
【００８１】
この結果、載置テーブル４，４’がマグネットユニット１０，１０とはそれぞれ別々に移動可能となり、その後、電磁弁６７〜７０が電磁弁ドライバ６６により切り換えられて、各エアシリンダ１３，１３，１３，１３によって各マグネットユニット１０，１０がそれぞれ図５に示した位置まで移動される。一方、載置テーブル４，４’を支持する移動フレーム５，５は、溶接後のワークＷ１，Ｗ２が次工程へ搬送された後、サーボモータ９，９によって図５に示す位置までそれぞれ移動される。この後、次のワークＷ１，Ｗ２が前段テーブル１９から取り寄せる動作が再び行われる。
【００８２】
以上説明したように、本実施例のレーザ溶接機１によれば、従来のように、クランプマシン２によって、ワークＷ１，Ｗ２のいずれか一方の縁端のみを基準ガイドブロック２８に突当てて姿勢を補正し、その姿勢補正された一方のワークの縁端を基準面として、他方のワークの姿勢を補正することもできる。しかしながら、本実施例では、クランプマシン２により突合わせられる２枚一組のワークＷ１，Ｗ２は、それぞれ基準ガイドブロック２８の基準面２８ａ，２８ｂに別々に突当てられて、それぞれの姿勢が突合わせに適した向きに補正される。
【００８３】
このため、ワークＷ１，Ｗ２の一方を基準として他方の姿勢補正を行う従来方式や従来方法のように、非基準側のワークの縁端が傾いたまま、基準側のワークの縁端に突き当たって基準側のワークの縁端が傷付けられるような事故を防止できる。しかも、ワークＷ１，Ｗ２は基準ガイドブロック２８に別々に突当てられて姿勢補正（位置補正）されるので、従来方式や従来方法に問題となっていた突合せ時のワーク同士の重なりや乗り上げ現象の発生が防止でき、ワークＷ１，Ｗ２の突合せ時における精度安定性を著しく向上でき、装置の稼働率も向上でき、更に、不良の発生率の削減を達成できるのである。
【００８４】
また、弾性スプリング４３ｂによる磁石本体４２の付勢力は、ワークＷ１，Ｗ２が支持ブロック２９及びクランプ板３０の双方に吸着されて拘束される状態（本クランプ状態）での各磁石モジュール４１の吸着力の略２．５％程度と極めて弱く、図１２に示したようにワークＷ１，Ｗ２が吸着されたクランプ板３０を、支持ブロック２９から遊間８５，８６だけ離間させた状態（仮クランプ状態）で吊り上げるために必要な最低限の力とされている。よって、弾性スプリング４３ｂの付勢力が、それとは逆方向に作用する磁石モジュール４１の磁気引力の大きな損失となることはない。なお、本実施例では、本クランプ時における弾性スプリング４３ｂの付勢力は略５ｋｇｆ程度とされ、これに対して磁石モジュール４１のクランプ板３０によるワークの吸着力は略２００ｋｇｆ程度とすることができる。
【００８５】
しかも、上記の通り、ワークＷ１，Ｗ２の本クランプ時には、複数基（合計２２基）の磁石モジュール４１の磁力を使用するので、支持ブロック２９とクランプ板３０との間に磁気引力は生じるが、かかる磁気引力の反力がマグネットユニット１０や支持ブロック２９を支える構造体、各部材４，４’，５，５，６，１１，１４などに作用することがない。よって、その分、レーザ溶接機１全体としての各部を低剛性化できる。従って、レーザ溶接機１では、クランプマシン２、溶接ユニット３及びワークＷ１，Ｗ２の搬送装置として機能する移動フレーム１１などの機能が異なる複数の装置を、各装置の設計上要求される精度を損なうことなく、同一のフレーム構造体に集約させることができる。
【００８６】
また、ワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２同士を突合わせる場合に、例えば、基準側となるワークＷ２をクランプするマグネットユニット１０の各磁石モジュール４１の磁力に比べて、非基準側となるワークＷ１をクランプするマグネットユニット１０の各磁石モジュールの磁力を若干弱めておけば、非基準側のワークＷ１が支持ブロック２９とクランプ板３０との間で若干ズレ動くことを許容することもできる。この場合、基準側のワークＷ２を拘束するマグネットユニット１０の各磁石モジュール４１に定格以上の電圧を印加して強磁力を発生させることもできる。
【００８７】
また、ワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２同士を突合わせる場合（図１４参照）、マグネットドライバ８３，８４によって、一方のマグネットユニット１０の各磁石モジュール４１と、他方のマグネットユニット１０の各磁石モジュール４１とを反対の極性に磁化させることができる。かかる場合には、一方のマグネットユニット１０により磁化されるワークＷ１と、他方のマグネットユニット１０により磁化されるワークＷ２とは、それぞれ反対の極性に磁化されるので、この磁化により両ワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２間に生じる磁気引力によって両ワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２同士を吸着でき、結果、突合わせ後の両ワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２間の隙間を更に低減できる。
【００８８】
また、マグネットユニット１０の各磁石モジュール４１は、その各ホルダ部材４３によってそれぞれが独立した状態で筐体４０に吊設されるので、マグネットユニット１０や、磁石モジュール４１や、磁石本体４２や、ホルダ部材４３などの機械的精度が多少悪くても、確実にワークＷ１，Ｗ２をクランプすることができる。また、ワークＷ１，Ｗ２のｘ軸方向両端をガイドせずにワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２同士を突合わせるので、ワークＷ１，Ｗ２のｘ軸方向両端をガイドすることにより生じる変形や歪みを防止でき、かかる変形や歪みに起因するワークＷ１，Ｗ２同士の突合わせ精度の低下を防止できる。
【００８９】
ところで、ワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２の突合わせ面が理想溶接線Ｌ（基準線ｘ０，ｚ０）に対して位置ズレすると、レーザヘッド３ａから照射されるレーザ光が支持ブロック２９，２９と干渉して、レーザ光の出力低下を起こして溶接不良が発生する虞がある。しかしながら、本実施例のレーザ溶接機１では、上記のようにワークＷ１，Ｗ２の突合わせ精度が向上されるので、かかるワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２の突合わせ面が理想溶接線Ｌ（又は基準線ｘ０，ｚ０）に対してより正確に一致させることができ、レーザ光と支持ブロック２９，２９との干渉に起因する溶接不良を防止できる。
【００９０】
また、上記のクランプマシン２により高精度に突合わせられたワークＷ１，Ｗ２は、ワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２のシーム部（接合部）に追従して移動されるレーザヘッド３ａにより溶接されるので、溶接時の安定性を飛躍的に向上でき、溶接不良の発生を更に低減できる。
【００９１】
次に、上記実施例の変形例について説明する。第２実施例のレーザ溶接機は、上記した第１実施例のレーザ溶接機１に対して、図１４に示したワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２を突合わせる場合における移動フレーム５，５の制御方式をいずれもサーボモータ９，９による位置制御に変更したものである。具体的には、第２実施例のレーザ溶接機１では、載置フレーム４，４’を支持する移動フレーム５，５を別々にサーボモータ９，９により駆動して別々に位置制御することによって、ワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２が基準線ｘ０，ｚ０に一致するように位置制御している。
【００９２】
ワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２の加工精度が許容限度内である場合、第１実施例のようにトルク制御によってワークＷ１をワークＷ２に押圧させて、その縁端Ｅ１，Ｅ２の湾曲やバリを圧潰させずとも、縁端Ｅ１，Ｅ２間の密着度を充分に確保することが可能な場合がある。かかる場合には、上記したように移動フレーム５，５を別々にサーボモータ９，９により駆動して別々に位置制御することによって、ワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２を最小限の力で突合わせることができるので、トルク制御による弊害であるワークＷ１，Ｗ２の材料の曲がりを防止できる。また、溶接熱によるワークＷ１，Ｗ２の熱膨張で支持ブロック２９，２９及びマグネットユニット１０，１０を介してサーボモータ９，９に加わる反力を、トルク制御によるトルク制限を受けずにサーボモータ９，９の最大出力トルクの範囲内で担うことができる。
【００９３】
第３実施例のレーザ溶接機は、上記した第２実施例のレーザ溶接機がワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２を基準線ｘ０，ｚ０に一致させるように移動フレーム５，５を位置制御するのに対して、移動フレーム５，５を位置制御する場合にワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２の目標位置を基準線ｘ０，ｚ０から若干量だけ偏移して、ワークＷ１，Ｗ２間に若干の押し当て力を作用させたものである。以下、第１及び第２実施例と同一の部分には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる部分のみを説明する。
【００９４】
図１５は、第３実施例のレーザ溶接機１００の電気的構成を示したブロック図である。図１５に示すように、ＲＡＭ１０１には、移動フレーム５，５を位置制御する場合、ワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２が位置決めされるｙ軸方向の目標位置と基準線ｘ０，ｚ０との偏移量（偏差）を記憶するオフセットメモリ１０１ａが設けられている。このオフセットメモリ１０１ａには、例えば０ｍｍ〜０．２ｍｍ程度の値が偏移量として記憶（設定）されている。
【００９５】
第３実施例のレーザ溶接機１００は、移動フレーム５，５を位置制御する場合、ワークＷ１の縁端Ｅ１のｙ軸方向の目標位置を基準線ｘ０，ｚ０よりｙ軸方向下流側にオフセットメモリ１０１ａの値分だけ偏移させる一方、これと同様に、ワークＷ２の縁端Ｅ２のｙ軸方向の目標位置を基準線ｘ０，ｚ０よりｙ軸方向上流側にオフセットメモリ１０１ａの値分だけ偏移させる。すると、この双方の偏移量に応じてサーボモータ９，９の出力トルクを増加させ、この増加分の出力トルクでワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２面間に若干の押し付け力を付与すことができる。しかも、かかる場合にあっても、溶接熱によるワークＷ１，Ｗ２の熱膨張で支持ブロック２９，２９及びマグネットユニット１０，１０を介してサーボモータ９，９に加わる反力を、トルク制御によるトルク制限を受けずにサーボモータ９，９の最大出力トルクの範囲内で担うことができるのである。
【００９６】
図６（ｂ）は、第４実施例のレーザ溶接機における基準ガイドブロック２８の各基準面２８ａ，２８ｂの輪郭形状とワークＷ１，Ｗ２の縁端の輪郭形状との関係を説明するための平面（ｘ−ｙ平面）図である。第４実施例のレーザ溶接機は、上記した第１実施例に対して、基準ガイドブロック２８の形状を変更したものである。図６（ｂ）に示すように、ワークＷ１の縁端Ｅ１とワークＷ２の縁端Ｅ２とが互いにほぼ合致する凹凸状（図中では曲線状で図示している）の輪郭を有する場合、これらの縁端Ｅ１，Ｅ２同士の突合わせ溶接では、その理想溶接線Ｌが縁端Ｅ１，Ｅ２の輪郭と略一致する凹凸状となる。かかる場合、基準面２８ａ及び基準面２８ｂの輪郭が理想溶接線Ｌの軌跡に略一致するように形成されると、基準面２８ａの輪郭はワークＷ２の縁端Ｅ２の輪郭に、基準面２８ｂの輪郭はワークＷ１の縁端Ｅ１の輪郭に適合した形状となる。
【００９７】
よって、このように形成された基準面２８ａ，２８ｂにワークＷ１，Ｗ２の各縁端Ｅ１，Ｅ２が突当てられれば、凹凸状の縁端Ｅ１，Ｅ２同士であっても正確に突合わせることができる。しかも、ワークＷ１，Ｗ２は、ワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２のシーム部（接合部）に追従して移動されるレーザヘッド３ａにより溶接されるので、ワークＷ１，Ｗ２の縁端Ｅ１，Ｅ２が凹凸状であるために溶接線が凹凸状となっても、レーザ光による溶接を実現することができる。
【００９８】
以上、実施例に基づき本発明を説明したが、本発明は上記実施例に何ら限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内で種々の改良変形が可能であることは容易に推察できるものである。
【００９９】
例えば、本実施例のレーザヘッド３ａにツインスポットビーム方式を採用すれば、レーザヘッド３ａによる本溶接を行う以前に、ワークＷ１，Ｗ２のシーム部のバリ等を溶かし込みを行うことができ、これによりワークＷ１，Ｗ２の突合せ精度を更に向上させることができる。また、レーザヘッド３ａがシングルスポット方式であっても、ヤグレーザ方式を採用することによって、ツインスポットビーム方式と同様の効果を得ることができる。
【０１００】
また、本実施例では、マグネットユニット１０，１０を上方に、支持ブロック２９，２９を下方に配設したが、これらの位置関係は必ずしもこれに限られるものではなく、例えば、マグネットユニットと支持ブロックとを上下入れ替えて配設しても良い。また、本実施例では、マグネットユニット１０，１０に対向する側に各磁石モジュール４１により磁化される支持ブロック２９，２９を配設したが、かかる支持ブロック自体を磁石としても良い。また、本実施例では、クランプ板３０及び支持ブロック２９の対向面を互いに平行な平面に形成したが、かかるクランプ板及び支持ブロックの対向面は必ずしも平面に限られるものではなく、クランプするワークの凹凸形状に適合する面形状に形成しても良い。
【０１０１】
また、本実施例では、磁石モジュール４１として電磁石を採用したが、かかる磁石モジュールは必ずしも電磁石に限定されるものではなく、磁力を強弱させることが可能であれば永久磁石や永電磁マグネットを採用しても良い。例えば、永久磁石を採用する場合には、クランプ板を磁化させる永久磁石と、その永久磁石をｚ軸方向に上下させる移動機構とを磁石モジュール内に設け、その移動機構をマグネットドライバにより制御して上下させることで、クランプ板に作用する永久磁石の磁界の強さを調節して、クランプ板の吸着力を調節するのである。
【０１０２】
また、永電磁マグネットを採用する場合には、クランプ板を磁化させる永久磁石と、その永久磁石の磁界を相殺する電磁石とをマグネットモジュール内に設け、その電磁石への通電量をマグネットドライバにより制御することで、電磁石が発生する磁界の強度を調節して、クランプ板の吸着力を調節するのである。
【０１０３】
また、第３実施例では、ワークＷ１，Ｗ２を突合わせる場合において基準線ｘ０，ｚ０に対する縁端Ｅ１，Ｅ２の偏移量、即ち、オフセットメモリ１０１ａに記憶される値を、例えば、略０ｍｍ〜０．２ｍｍ程度とする旨説明したが、かかる値は、必ずしもこの数値に限定されるものではなく、レーザ光の光線幅やバリの突出量に応じて適宜変更しても良い。
【図面の簡単な説明】
【０１０４】
【図１】本発明の突合わせ装置の一実施例であるクランプマシンを装備したレーザ溶接機の正面図である。
【図２】図１のＩＩ−ＩＩ線における部分的な側断面図である。
【図３】図１のＩＩＩ−ＩＩＩ線における部分断面図である。
【図４】図１のＩＶ−ＩＶ線における部分断面図である。
【図５】図１のＶ−Ｖ線における部分断面図である。
【図６】（ａ）は、図５のＶＩ−ＶＩ線における断面図であって基準ガイドブロックの各基準面の輪郭形状と各ワークの縁端の輪郭形状との関係を説明するための平面図であり、（ｂ）は、第４実施例のレーザ溶接機における基準ガイドブロックの各基準面の輪郭形状と各ワークの縁端の輪郭形状との関係を説明するための平面図である。
【図７】図２のＶＩＩ−ＶＩＩ線における断面図である。
【図８】（ａ）は、図７に示すマグネットユニットを部分的に断面視した拡大図であり、（ｂ）は、（ａ）のＢ−Ｂ線における断面図である。
【図９】レーザ溶接機の電気的構成を示したブロック図である。
【図１０】図５に示すレーザ溶接機の動作状態を示す断面図である。
【図１１】図５に示すレーザ溶接機の動作状態を示す断面図である。
【図１２】図５に示すレーザ溶接機の動作状態を示す断面図である。
【図１３】図５に示すレーザ溶接機の動作状態を示す断面図である。
【図１４】図５に示すレーザ溶接機の動作状態を示す断面図である。
【図１５】第３実施例のレーザ溶接機の電気的構成を示したブロック図である。
【符号の説明】
【０１０５】
２          クランプマシン（ワーク突合わせ装置）
９，９      サーボモータ（第１駆動手段の一部、第２駆動手段の一部）
３１，３１  ボールねじ軸（第１駆動手段の一部、第２駆動手段の一部）
１０，１０  マグネットユニット（第１クランプの一部、第２クランプの一部）
２７        係合ロッド（第１クランプの一部、第２クランプの一部）
２９，２９  支持ブロック（強磁性体）
３０        クランプ板（磁石の一部）
３７        ブラケット（第１クランプの一部、第２クランプの一部）
４２        磁石本体（磁石の一部、電磁石）
５１        ＣＰＵ（制御手段の一部、第１制御手段の一部、第２制御手段の一部）
５２        ＲＯＭ（制御手段の一部、第１制御手段の一部、第２制御手段の一部）
５３ａ      制限トルク値メモリ（閾値記憶手段、制御手段の一部）
５４        入出力ポート（制御手段の一部、第１制御手段の一部、第２制御手段の一部）
５８，５９  モータドライバ（制御手段の一部、第１制御手段の一部、第２制御手段の一部）
６１，６２  電流検出回路（動力検知手段、制御手段の一部）
６３，６４  エンコーダ（制御手段の一部、第１制御手段の一部、第２制御手段の一部）
１０１ａ    オフセットメモリ（偏移量設定手段）
Ｅ１，Ｅ２  ワークの縁端（第１ワークの縁端、第２ワークの縁端）
Ｌ          理想溶接線
Ｗ１，Ｗ２  ワーク（第１ワーク、第２ワーク）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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