(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２枚の板材を載置する溶接テーブルと、板材を溶接できるように突き合わせる位置決め部材と、位置決めされた状態で該板材を固定する固定部材と、該突き合わせ部に沿ってレーザを照射する溶接トーチとを備えるレーザ溶接における突き合わせ部の固定装置において、
該固定部材は、該板材を押圧する当接面を有するクランパと、該クランパの下端部を溶接テーブルに挿通させる挿通孔と、該挿通孔に挿通された該クランパの下端部を引き下げる引き下げ部材と、を備える一方、
該溶接テーブルに、該板材を搬入して溶接を終えた被溶接部材を該溶接テーブルから搬出する材料搬送部材を備え、該材料搬送部材は、該クランパを保持して該挿通孔から引き上げるための把持機構を有することを特徴とするレーザ溶接における突き合わせ部の固定装置。
【請求項２】
請求項１記載の該クランパの上下端にそれぞれ切欠き部を設け、該把持機構は、該クランパの上方切欠き部に係合する爪部を開閉させるローダーハンドであるとともに、該引き下げ部材は、該クランパの下方切欠き部に係合する爪部を揺動自在に備える液体シリンダと、該爪部のカムフォロワをガイドして該爪部を下方切欠き部に係合させるクランパ用ドグ部材と、該爪部の下方切欠き部との係合状態を解除させるクランパ爪退避用ドグ部材とを備えるレーザ溶接における突き合わせ部の固定装置。
【請求項３】
請求項１記載の該クランパにより該溶接テーブルに固定された該板材の突き合わせ部の下側に位置し、該突き合わせ部の裏ビードに接触するビード切除部と、該ビード切除部を該突き合わせ部に沿って移動させる移動部とを備え、該クランパにより該溶接テーブルに固定されたままの該板材の裏ビードを除去するレーザ溶接における突き合わせ部の固定装置。
【請求項４】
請求項１記載の該クランパにより該溶接テーブルに固定された該板材の突き合わせ部の下側に位置し、該突き合わせ部の裏ビードにスプリングの付勢力により接触するバイト部と、該バイト部を該突き合わせ部に沿って移動させる移動部と、該移動部が移動する範囲の両端に各々設けたカム部材と、該カム部材に接触し該スプリングを縮退させてバイト部を裏ビードから引き離すバイト引き離し部とを備え、該クランパにより該溶接テーブルに固定されたままの該板材の裏ビードを除去するレーザ溶接における突き合わせ部の固定装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、自動車、家庭電化製品、機械産業分野などで利用されているレーザ溶接における突き合わせ部の固定装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
各種形状を溶接するためにYAGレーザの溶接トーチは、少なくとも２次元方向に自由な動作を確保するレールを自在に移動をして、溶接トーチからレーザ光線を突き合わせ部に３次元方向照射する。また、YAGレーザにより良好な溶接を得るためには、精密に位置合わせした被溶接部材を確実に固定する必要がある。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
しかし、精密で強力な固定のために必要な剛性の高い大型の固定装置は、溶接トーチやその搬送部材のレール、材料搬送部材との障害になることがあり、小型の突き合わせ部の固定装置の開発が待たれていた。
また正確な位置合わせをして溶接を行っているので、そのまま裏ビードの除去が行えれば、自動工程の工程数を簡略化が期待できる。
【０００４】
【課題を解決するための手段】
そこで請求項１に係る発明は、少なくとも２枚の板材を載置する溶接テーブルと、板材を溶接できるように突き合わせる位置決め部材と、位置決めされた状態で該板材を固定する固定部材と、該突き合わせ部に沿ってレーザを照射する溶接トーチとを備えるレーザ溶接における突き合わせ部の固定装置において、該固定部材は、該板材を押圧する当接面を有するクランパと、該クランパの下端部を溶接テーブルに挿通させる挿通孔と、該挿通孔に挿通された該クランパの下端部を引き下げる引き下げ部材とを備える一方、該溶接テーブルに、該板材を搬入して溶接を終えた被溶接部材を該溶接テーブルから搬出する材料搬送部材を備え、該材料搬送部材は、該クランパを保持して該挿通孔から引き上げるための把持機構を有することを特徴とするレーザ溶接における突き合わせ部の固定装置である。
これにより、板材を固定するクランパは、突き合わせ部を溶接する溶接トーチが移動するときに障害とならず強力な固定が行えるとともに、溶接を終えた後の被溶接部材を外すときは、クランパだけを挿通孔から抜く作業でも行えるので、手作業により解除することができる。
そして、板材を搬入出する材料搬送部材がクランパを保持できるので、板材を搬入して溶接テーブルに載置した後、保持しているクランパを挿通孔に挿通して固定するとともに、溶接後に固定を解除したクランパを材料搬送部材が保持して引き上げた後そのまま被溶接部材を搬出して材料搬送部材を兼用して一連の工程の効率化を図り生産性を向上できる。
【０００５】
更に、請求項２に係る発明は、請求項１記載の該クランパの上下端にそれぞれ切欠き部を設け、該把持機構は、該クランパの上方切欠き部に係合する爪部を開閉させるローダーハンドであるとともに、該引き下げ部材は、該クランパの下方切欠き部に係合する爪部を揺動自在に備える流体シリンダと、該爪部のカムフォロワをガイドして該爪部を下方切欠き部に係合させるクランパ用ドグ部材と、該爪部の下方切欠き部との係合状態を解除させるクランパ爪退避用ドグ部材とを備えるレーザ溶接における突き合わせ部の固定装置である。
これにより、板材を搬入出する材料搬送部材の駆動機構を兼用して小さなローダーハンドを備えることができるとともに、強力な固定力を発揮できる流体シリンダを採用でき、その作動を利用して簡単な構造で爪部の開閉をすることができた。
【０００６】
また、請求項３に係る発明は、請求項１記載の該クランパにより該溶接テーブルに固定された該板材の突き合わせ部の下側に位置し、該突き合わせ部の裏ビードに接触するビード切除部と、該ビード切除部を該突き合わせ部に沿って移動させる移動部とを備え、該クランパにより該溶接テーブルに固定されたままの該板材の裏ビードを除去するレーザ溶接における突き合わせ部の固定装置である。これにより、溶接のために行った正確な位置合わせをされた板材の裏ビードをそのまま除去できるので、ビード除去のための位置合わせ工程を省略が出来て全体の自動工程の工程数を簡略化が期待できる。
なお、ビード切除部は、バイトのような固定刃で装置全体を小型化しても良いし、回転刃のように刃先の耐久度を向上させるものであっても良い。特に、YAGレーザー溶接の場合、裏ビードの面積又は容量が小さいので、走行するバイトを当てるだけで充分に切除することが可能である。また、移動部は、レールを移動するできるローダをボールネジ軸で駆動させる以外に、リニアモータで駆動させることも可能であり、移動部材及び駆動部材を限定するものではない。
また、ビードの除去は、溶接箇所が放熱して常温になってから行うので、常温状態を検知するために赤外線温度検出検知器をビード切除部の前に設け、常温検出時に除去を開始又は継続するように制御することで、溶接から除去までのリードタイムを短くできる。また、先行する溶接トーチに対して、溶接から常温までの平均時間分遅延させて、ビード切除部を追従させることも可能である。特に、YAGレーザー溶接の場合、裏ビードの面積又は容量が小さく放熱時間が短く、走行位置が溶接テーブルの上下で空間を異にしているので、先行する溶接トーチに対してビード切除部をほぼ同時に移動させることが可能である。
【０００７】
そして、請求項４に係る発明は、請求項１記載の該クランパにより該溶接テーブルに固定された該板材の突き合わせ部の下側に位置し、該突き合わせ部の裏ビードにスプリングの付勢力により接触するバイト部と、該バイト部を該突き合わせ部に沿って移動させる移動部と、該移動部が移動する範囲の両端に各々設けたカム部材と、該カム部材に接触し該スプリングを縮退させてバイト部を裏ビードから引き離すバイト引き離し部とを備え、該クランパにより該溶接テーブルに固定されたままの該板材の裏ビードを除去するレーザ溶接における突き合わせ部の固定装置である。これにより、溶接のために行った正確な位置合わせをされた板材の裏ビードをそのまま除去できるので、ビード除去のための位置合わせ工程を省略が出来て全体の自動工程の工程数を簡略化が期待できる。また、裏ビードが付着していない板材の突き合わせ部ではバイト部の先端を裏ビードから徐々に引き離すことができ、板材の端部に欠損を生じたり、切除開始時に刃先が板材の端部に接触して刃こぼれすることを防止できる。
なお、ビード切除部のバイト部を、カム部材とバイト引き離し部とにより裏ビードに対して接触・離反させているが、バイト部を直接に上下動又は揺動させるなどのステッピングモータ等の駆動部材を移動部に設けても良い。
【０００８】
また、裏ビード除去部材は、上記のようなクランプを溶接テーブルの下側へ引き下げる固定部材だけではなく、汎用的な固定部材であって例えば平滑な溶接テーブルに板材を押圧だけする部材を備えるYAGレーザ、炭酸レーザ等の溶接による突き合わせ部の固定装置であっても、取り付けることが可能である。
【０００９】
また、溶接テーブル下に取り付けスペースが多いので、ビード切除部として、バイトのような固定刃で装置全体を小型化しても良いし、回転刃のように刃先の耐久度を向上させる中型程度の装置であっても良い。
【００１０】
【発明の実施の形態】
本発明に係るレーザー溶接の固定装置を図面に基づいて説明する。図１（ａ）は平面方向から示し、（ｂ）はその側面方向から示す説明図である。
１０は、溶接する各種の板材１１を正確に載置する溶接テーブルであり、板材１１を溶接できるように溶接箇所で突き合わせる位置決め部材により、位置決めされた状態で板材１１を固定する固定部材２０が、図面では４カ所配置されている。また、この突き合わせ部Ｆに沿ってレーザを照射する溶接トーチ３０は、溶接テーブル１０の側方に配置されたレール３１に沿ってボール軸駆動で移動するローダ３２の上で更に直交方向に移動できるようにレール３３に取り付けられている。したがって溶接トーチ３０は、溶接箇所に対して少なくとも２次元方向又は水平方向に自在に位置合わせができるようになっている。
４０は溶接前の板材１１を準備しておく入側テーブルであり、４１は溶接を終えた突き合わせ溶接済みワーク４２を積んでおく出側テーブルである。そして、板材１１を入側テーブル４０から溶接テーブル１０まで、溶接テーブル１０から溶接済みワーク４２を出側テーブル４１まで搬送する材料搬送装置５０は、溶接トーチ３０のレール３１，３３と同じように、レール５１を入側テーブル４０及び出側テーブル４１の上方へそれぞれの長手方向に配置し、そのレール５１に直交するようにレール５３を備えるローダ５２を入側及び出側とに配置するとともに、板材１１及び溶接済みワーク４２を先端の吸引負圧力で保持する支持腕５４，５５がそれぞれに上下動自在に設けられている。
なお、材料搬送装置５０は、レールの上をローダが走行又は移動するものであるが、アーム形搬送装置で板材１１をアームの先で挟持して、次の場所へ移動させるものであっても良いし、また入側及び出側のローダを１台で共用することも可能である。
【００１１】
図２は、固定部材２０である分離式クランパの説明図であり、外側の実線で示した部材はクランパ２１を開放しており、二点鎖線で示した内側のクランパ２１は固定されている状態を示す。また、固定部材２０は２つの板材を、突き合わせ部Ｆからほぼ等距離で保持することが必要なので、突き合わせ部Ｆに対し左右対称な配置となっている。板材１１を板バネ２１ｂの付勢力より押圧する当接面２１ａを有するクランパ２１と、クランパ２１の下端部を溶接テーブル１０に挿通させるために穿設された挿通孔１０ａと、挿通孔１０ａに挿通されたクランパ２１の下端部を掴んで引き下げる引き下げ部材２２とを備えている。これにより、板材１１を溶接テーブル１０に固定するクランパ２１は、突き合わせ部Ｆを溶接する溶接トーチ３０が移動するときに障害とならず強力な固定が行えるとともに、溶接を終えた後の被溶接部材を外すときは、クランパ２１だけを挿通孔１０ａから抜く作業でも行えるので、手作業により解除することができる。
【００１２】
また、クランパ２１の上下端にそれぞれ切欠き部２１ｃ，２１ｄを設けている。これにより、まず、クランパ２１の上方切欠き部２１ｄに係合する爪部５５ａを開閉させるローダーハンド５５ｂを、出側支持腕５５の下面に取り付けることにより、溶接後に固定を解除したクランパ２１を材料搬送部材５０が保持して引き上げた後そのまま被溶接部材を搬出して材料搬送部材を兼用して一連の工程の効率化を図り生産性を向上できる。
一方、板材１１を固定するためには、引き下げ部材２２は、クランパ２１の下方切欠き部２１ｃに係合する爪部２２ａを揺動自在に備える流体シリンダ２３と、爪部２２ａのカムフォロワ２２ｂが勝手に揺動しないようにガイドして爪部２２ａを下方切欠き部２１ｃに係合させるクランパ用ドグ部材２４と、爪部２２の下方切欠き部２１ｃとの係合状態を解除させるクランパ爪退避用ドグ部材２４ａとを備えている。そして、シリンダ２３が上昇すると、カムフォロワ２２ｂがクランパ用ドグ部材２４に当たり、外側に逃げるので開放される。
これにより、板材１１を搬入出する材料搬送部材５０の駆動機構を兼用して小さなローダーハンド５５ｂを備えることができるとともに、強力な固定力を発揮できる流体シリンダ２３を採用でき、その作動を利用して簡単な構造で爪部５５ａの開閉をすることができた。
なお、クランパ２１の上下端にそれぞれ設けている切欠き部２１ｃ，２１ｄの引っ張り手段は、係合だけでなく、ねじ込み式や各種固定装置が応用できる。
【００１３】
図３は、他の実施の形態の説明図である。図２に係る発明ではクランパ２１の抜き差し作業は、材料搬送部材５０によっていたが、抜き差しを手動で行う場合には、クランパ２１の上方切欠き部２１ｄは不要になる。
【００１４】
図４は、他の実施の形態の説明図である。図２に示す装置に裏ビード除去部材を取り付けた説明図である。溶接テーブル１０の突き合わせ部Ｆの下方には、溶接トーチにより溶接された火花や溶接くずが堆積されるスペースがあり、その両側には、上端にクランパ用ドグ部材２４を設けた壁部材が設けられている。
壁部材の上方には、溶接テーブル１０を下側から支持するフレーム１０ｂが、固定された板材１１の突き合わせ部Ｆに沿って取り付けられるとともに、それに平行して設けられたレール６２には、裏ビード除去部材６１が移動可能に設けられている。
裏ビード除去部材６１は、突き合わせ部Ｆの裏ビードに接触するビード切除部６３と、ビード切除部６３を突き合わせ部Ｆと平行なレール６２に沿って移動させる移動部６４とを備え、ビード切除部６３と移動部６４とはベース板６５で連結され、移動部６４の中央に螺合されているネジ軸６４ａがモータ６４ｂに回動されることによりレール６２に沿って移動し、それとともにビード切除部６３が移動して裏ビードを切除していく。
ビード切除部６３は、先端を裏ビードに押し当てられ切除するバイト部７１と、バイト部７１の中央を回動自在に軸支する回動軸７２と、バイト部７１の後端を下方向に付勢するバネ部材７３と、ここでは図示していない、裏ビードが付着していない突き合わせ部ではバイト部７１の先端を裏ビードから引き離す切除部押し当て部とを有している。
【００１５】
図５は、図４のＡ−Ａ線断面図である。
板材１１は、板バネ２１ｂの付勢力より押圧する２つの当接面２１ａで溶接テーブル１０に固定されている。なお、クランパ２１の当接面２１ａ及び板バネ２１ｂの数及び大きさは図示するものに限定されず、突き合わせ部Ｆの長さ、レーザ出力等により適宜変更される。
ビード切除部６３のバイト部７１は、逆へ字状に形成された先端に刃先部７１ａを設け、裏ビードに押し当てて切除ができる。バイト部７１の中央となるへ字状折り曲げ部には、ベース板６５に立設された軸受け板６５ａに回動自在に軸支される回動軸７２が取り付けられている。バイト部７１の後端には、カムフォロワ７４の上端が回動自在に取り付けられ、ベース板６５に挿通されたカムフォロワ７４の下端はバネ部材７３にも挿通されてバイト部７１の後端を下方向に付勢するとともに、バイト部７１の刃先部７１ａを裏ビードに押し当てている。
また、裏ビードが付着していない突き合わせ部ではバイト部の先端を裏ビードから引き離す切除部押し当て部として、カム部材７５がレール６２の両端側に各々取り付けられている。各々のカム面は、ビード切除部６３がレール６２の両端側に移動すると、カムフォロワ７４が接触してバネ部材７３の付勢力に抗してカムフォロワ７４を押し下げるように傾斜している。これにより、裏ビードが付着していない板材の突き合わせ部ではバイト部７１の先端を裏ビードから徐々に引き離すことができ、板材の端部に欠損を生じたり、切除開始時に刃先が板材の端部に接触して刃こぼれすることを防止できる。
なお、バイト部７１を逆へ字状に形成し、先端に刃先部７１ａを、へ字状折り曲げ部に回動軸７２を、後端にバネ部材７３をそれぞれ設けているが、梃子の原理を利用することはこれに限定することなく、バイト部７１の刃先を裏ビードに押し当てるとともに、バネ部材７３に抗して引き離すことが出来れば、バイト部７１の形状、刃先部等の形成位置を限定するものではない。
【００１６】
図６は、図４に示す刃先部７１ａの部分拡大図であり、板材１１の裏面に接触する摺動部７１ｂを、刃先部７１ａの両端部に形成し、それらの間には裏ビードを直接に切除する切除部７１ｃを形成し、余分な裏ビード部１１ａを切除していくことができ、板材１１の表面がより平滑となり自動車等の外板といった見栄えを要求される部位への適用が可能になる効果がある。
【００１７】
図７は、図５のＢ−Ｂ線断面図であってカム部材７５に押し下げられたカムフォロワ７４を示している。カムフォロワ７４は、バイト部７１の後端から横方向にブラケット７４ａにより延設され、ブラケット７４ａの先端部がカム部材７５の傾斜面に接触し、移動部６４がレール６２の外側に移動していくに従い、バネ部材７３の付勢力に抗して下方向へ押し下げられ、バイト部７１の先端を裏ビードから徐々に引き離すことができる。
【００１８】
【発明の効果】
詳述したように、請求項１に係る発明は、レーザ溶接における突き合わせ部の固定装置における固定部材が、板材を押圧する当接面を有するクランパと、該クランパの下端部を溶接テーブルに挿通させる挿通孔と、該挿通孔に挿通された該クランパの下端部を引き下げる引き下げ部材とを備えている一方、該溶接テーブルに、該板材を搬入して溶接を終えた被溶接部材を該溶接テーブルから搬出する材料搬送部材を備え、該材料搬送部材は、該クランパを保持して該挿通孔から引き上げるための把持機構を有することにより、板材を固定するクランパは、突き合わせ部を溶接する溶接トーチが移動するときにも障害とならず強力な固定が行えるとともに、溶接を終えた後の被溶接部材を外すときは、クランパだけを挿通孔から抜く作業でも行えるので、手作業により解除することができる。
そして、板材を搬入出する材料搬送部材がクランパを保持できるので、板材を搬入して溶接テーブルに載置した後、保持しているクランパを挿通孔に挿通して固定するとともに、溶接後に固定を解除したクランパを材料搬送部材が保持して引き上げた後そのまま被溶接部材を搬出して材料搬送部材を兼用して一連の工程の効率化を図り生産性を向上できる。
【００１９】
更に、請求項２に係る発明は、請求項１記載の該クランパの上下端にそれぞれ切欠き部を設け、該把持機構は、該クランパの上方切欠き部に係合する爪部を開閉させるローダーハンドであるとともに、該引き下げ部材は、該クランパの下方切欠き部に係合する爪部を揺動自在に備える流体シリンダと、該爪部のカムフォロワをガイドして該爪部を下方切欠き部に係合させるクランパ用ドグ部材と、該爪部の下方切欠き部との係合状態を解除させるクランパ爪退避用ドグ部材とを備えるレーザ溶接における突き合わせ部の固定装置である。
これにより、板材を搬入出する材料搬送部材の駆動機構を兼用して小さなローダーハンドを備えることができるとともに、強力な固定力を発揮できる流体シリンダを採用でき、その作動を利用して簡単な構造で爪部の開閉をすることができた。
【００２０】
また、請求項３に係る発明は、請求項１記載の該クランパにより該溶接テーブルに固定された該板材の突き合わせ部の下側に位置し、該突き合わせ部の裏ビードに接触するビード切除部と、該ビード切除部を該突き合わせ部に沿って移動させる移動部とを備え、該クランパにより該溶接テーブルに固定されたままの該板材の裏ビードを除去するレーザ溶接における突き合わせ部の固定装置である。これにより、溶接のために行った正確な位置合わせをされた板材の裏ビードをそのまま除去できるので、ビード除去のための位置合わせ工程を省略が出来て全体の自動工程の工程数を簡略化が期待できる。
【００２１】
そして、請求項４に係る発明は、請求項１記載のレーザ溶接における突き合わせ部の固定装置において、移動部が移動する範囲の両端に各々設けたカム部材と、該カム部材に接触し該スプリングを縮退させてバイト部を裏ビードから引き離すバイト引き離し部とを設け、該クランパにより該溶接テーブルに固定されたままの該板材の裏ビードを除去することにより、溶接のために行った正確な位置合わせをされた板材の裏ビードをそのまま除去できるので、ビード除去のための位置合わせ工程を省略が出来て全体の自動工程の工程数を簡略化が期待できる。また、裏ビードが付着していない板材の突き合わせ部ではバイト部の先端を裏ビードから徐々に引き離すことができ、板材の端部に欠損を生じたり、切除開始時に刃先が板材の端部に接触して刃こぼれすることを防止できる。
【図面の簡単な説明】
【図１】  本発明に係るレーザー溶接の固定装置の説明図である。
【図２】  分離式クランパの説明図である。
【図３】  他の分離式クランパの説明図である。
【図４】  裏ビード除去装置を追加した固定装置の説明図である。
【図５】  図４のＡ−Ａ線における分断面を示した固定装置の説明図である。
【図６】  図４に示すバイト部分の部分拡大図である。
【図７】  図５のＢ−Ｂ線における断面を示す説明図である。
【符号の説明】
１０・・溶接テーブル、１０ａ・・挿通孔、１０ｂ・・フレーム、１１・・板材、２０・・固定部材、２１・・クランパ、２１ａ・・当接面、２１ｂ・・板バネ、２１ｃ，２１ｄ・・切欠き部、２２・・引き下げ部材、２２ａ・・爪部、２２ｂ・・カムフォロワ、２３・・シリンダ、２４・・クランパ用ドグ部材、２４ａ・・クランパ爪退避用ドグ部材、３０・・溶接トーチ、３１、３３・・レール、４０・・入側テーブル、４１・・出側テーブル、４２・・溶接済みワーク、５０・・材料搬送装置、５１、５３・・レール、５２・・ローダ、５４，５５・・支持腕 ５５ａ・・爪部、５５ｂ・・ローダハンド、６１・・裏ビード除去部材、６２・・レール、６３・・ビード切除部、６４・・移動部、６４ａ・・ネジ軸が、６４ｂ・・モータ、６５・・ベース板、６５ａ・・軸受け板、７１・・バイト部、７１ａ・・刃先部、、７１ｂ・・摺動部、７１ｃ・・切除部、７２・・回動軸、７３・・バネ部材、７４・・カムフォロワ、７４ａ・・ブラケット、７５・・カム部材。
【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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