(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表面に凹部を有するワークに裏面から切込みを行う切込み手段によって該ワークに溝を形成する開裂溝形成方法において、
前記ワークの表面側において距離測定手段自身から該ワーク裏面の切り込む場所に対向する前記凹部を含むワーク表面までの距離を測定する距離測定手段を設け、
前記距離測定手段は、前記切込み手段に支持された支持手段と、その支持手段に支持されワーク表面までの距離を測定するセンサとを備え、
前記ワーク表面までの距離測定結果に応じて前記切込み手段によって前記溝の切込み深さを制御することにより、前記ワークの表面側に所望肉厚を残して前記溝を形成することを特徴とする開裂溝形成方法。
【請求項２】
表面に凹部を有するワークの裏面から切込みを行い、該ワークの表面側に所望肉厚を残して溝を形成する開裂溝形成装置において、
前記ワークの表面側において距離測定手段自身から該ワーク裏面の切り込む場所に対向する前記凹部を含むワーク表面までの距離を測定する距離測定手段と、
前記距離測定手段は、前記切込み手段に支持された支持手段と、その支持手段に支持されワーク表面までの距離を測定するセンサとを備えることと、
前記裏面から前記切込みを行う切込み手段を移動する移動手段と、
前記測定手段の測定結果に応じて、前記切込み手段によって前記溝の切込み深さを制御する制御部とを備えたことを特徴とする開裂溝形成装置。
【請求項３】
前記切込み手段は、前記溝の切込みを行うためのレーザ光を発生するレーザ発振器を備え、
前記制御部は、前記レーザ光の出力を制御することによって前記ワークに溝を切込むことを特徴とする請求項２記載の開裂溝形成装置。
【請求項４】
前記レーザ発振器が出力するレーザ光を測定するレーザ出力測定手段を設け、前記レーザ出力測定手段の測定結果に応じて前記レーザ発振器の出力するレーザ光を所定値に制御することによって前記ワークに溝を切込むことを特徴とする請求項３記載の開裂溝形成装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、板状のワークに所望肉厚を残して溝を形成する開裂溝形成方法及び開裂溝形成装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
近年の自動車には、安全対策上からエアバックシステムが搭載され、自動車の計器類を収容するインストルメントパネルには、エアバック用リッドが形成された別部材が取付けられるか、またはエアバック用リッドがそのインストルメントパネル自体に形成されている。
【０００３】
エアバック用リッドは、エアバックが膨張したときにその圧力で開いて該エアバックを搭乗者側に導き出すものであり、エアバック用リッドには、その目的を達成するために、一定の薄い肉厚を残して溝が形成されている。
【０００４】
別部材をインストルメントパネルに取付けた場合には、該インストルメントパネルと該別部材との段差が表面側から見え、搭乗者に違和感を与える。一方、エアバック用リッドが形成されたインストルメントパネルでは、段差もない上、前記溝が裏面に形成されるので，表面からはその溝が形成されていることが見えないために、搭乗者には違和感を与えることがない。そのため、インストルメントパネルにエアバック用リッドを形成した自動車が、今後増加すると予想される。
【０００５】
従来、インストルメントパネルの裏面に溝を形成する方法しては、例えば次の文献１，２に記載された方法があった。
文献１：特開平１１−２９１０６９号公報
文献２：特開平１０−８５９６６号公報
前記文献１に示されるエアバック用リッド付きインストルメントパネルの加工方法では、溝を形成するためのレーザ光を揺動ミラーで揺動させてワークであるインストルメントパネルの裏面に照射し、揺動の角度に応じてインストルメントパネルへ与えるレーザ光の出力を制御しつつ、溝を形成している。そして、所望の溝が形成されたか否かは、レーザ加工の後の検査工程により、インストルメントパネルの裏側から光を照射し、該インストルメントパネルを透過した光によって判定している。ワーク表面に凹部がある材料の場合でも、特に肉厚を考慮したレーザ光の出力の制御を、行っていない。
【０００６】
文献２に示されたレーザを用いて線状のウイーク部を作り出す方法では、パルス状のレーザ光を平坦な材料の局所に放射する処理を複数回繰り返す。ここで、盲穴の底部の肉厚が薄くなった部分を透過した光を検知することによって盲穴の底部の残る肉厚を推定し、この推定結果に応じてレーザ光のオン、オフを制御することにより、盲穴の残肉厚を一定にしている。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、文献１，２に記載された従来方法には、以下のような課題があった。
【０００８】
文献１の加工方法では、レーザ光を揺動させてインストルメントパネルの裏面を走査するので、レーザ加工装置の構成を簡素化できる。ところが、レーザ光の強度の制御は揺動角度に応じて行なうだけなので、インストルメントパネルの表面に凹部が形成されている場合、例えば、美観をよくするたにディンプ加工によって凹部が形成されたインストルメントパネルの場合では、薄い肉厚を残して溝を形成しようとしても、溝が凹部を破り、インストルメントパネルの表側と裏側とが貫通することが想定される。或いは、凹部の残肉厚が薄くなり、所望の強度を持ったインストルメントパネルが形成できない。
【０００９】
文献２に記載された方法では、インストルメントパネルを透過するレーザ光によって残肉厚を検知しつつレーザ加工を行なうので、凹部があっても、所望の一定肉厚を残した溝を形成することができる。ところが、レーザ光の透過特性は、インストルメントパネルの材質、顔料濃度或いは塗装状態によって異なるので、該材質、顔料濃度或いは塗装状態によっては、凹部を含めて表面から所望の肉厚を残して溝を形成することができず、インストルメントパネルの生産が困難であった。
【００１０】
【課題を解決するための手段及び発明の効果】
前記課題を解決するために、本願の請求項１〜請求項５に記載の発明（以下、「第１〜第５の発明」という）のうちの第１の発明は、表面に凹部を有するワークに裏面から切込みを行う切込み手段によって該ワークに溝を形成する開裂溝形成方法において、次のような方法を講じている。
【００１１】
即ち、前記ワークの表面側において距離測定手段自身から該ワーク裏面の切り込む場所に対向する前記凹部を含むワーク表面までの距離を測定する距離測定手段を設け、前記距離測定手段は、前記切込み手段に支持された支持手段と、その支持手段に支持されワーク表面までの距離を測定するセンサとを備え、前記ワーク表面までの距離測定結果に応じて前記切込み手段によって前記溝の切込み深さを制御することにより、前記ワークの表面側に所望肉厚を残して前記溝を形成するようにしている。
【００１２】
このような構成を採用したことにより、ワークに凹部があっても、その凹部までの距離測定がワークの表面側から行なわれ、これにより、ワークの残肉厚を検知できる。よって、ワークを透過した光で肉厚を測定しないので、ワークの材質や塗装等の制限がなくなり、ワーク表面に凹部がある材料を用いたものであっても、所望の肉厚を残して溝を形成できる。結果として、ワークの設計に関する自由度を向上できる。また、センサが支持手段によって支持され、切込み手段が切込む位置に対応するワークの表面の位置における表面の深さが、センサによって測定される。これにより、切込み深さの制御が常に適正になる。
【００１３】
第２の発明は、表面に凹部を有するワークの裏面から切込みを行い、該ワークの表面側に所望肉厚を残して溝を形成する開裂溝形成装置の発明であり、次のような構成にしている。
【００１４】
即ち、前記ワークの表面側において距離測定手段自身から裏面の切り込む場所に対向する前記凹部を含むワーク表面までの距離を測定する距離測定手段と、前記距離測定手段は、前記切込み手段に支持された支持手段と、その支持手段に支持されワーク表面までの距離を測定するセンサとを備えることと、前記測定手段の測定結果に応じて、前記切込み手段によって前記溝の切込み深さを制御する制御部とを備えている。
【００１５】
このような構成を採用したことにより、移動手段が切込み手段を移動し、切込み手段がワークに対して裏面から切込みを行うが、このとき，距離測定手段がワーク表面の凹部を含む表面までの距離を測定する。この測定により、ワークの肉厚が推定される。制御部は、距離測定手段の測定結果に応じ、切込み手段が切込む切込み深さを制御し、ワークの表面側に所望肉厚を残して溝を形成する。つまり、第１の発明と同様に、ワークを透過したレーザー光で肉厚の測定を行わないので、ワークの表面形状や材質、塗装等の制限がなくなり、ワークの種類による設計の自由度が向上できる。また、センサが支持手段によって支持され、切込み手段が切込む位置に対応するワークの表面の位置における表面の深さが、センサによって測定される。これにより、切込み深さの制御が常に適正になる。
【００１８】
第２の発明では、第１の発明の開裂溝形成装置において、前記切込み手段は、前記溝の切込みを行うためのレーザ光を発生するレーザを発振器を備え、前記制御部は、前記レーザ光の出力を制御することによって前記ワークに溝を切込む構成にしている。
【００１９】
このような構成を採用したことにより、ワークに対する裏面からの切込みが、切込み幅の狭いレーザ光によって行われる。そのため、例えば溝以外の他の部分に影響を与えるのことのない加工が可能になる。
【００２０】
第３の発明では、第２の発明の開裂溝形成装置において、レーザ発振器が出力するレーザ光を測定するレーザ出力測定手段を設け、前記レーザ出力測定手段の測定結果に応じて前記レーザ発振器の出力するレーザ光の出力を所定値に制御する構成にしている。
【００２１】
このような構成を採用したことにより、ワーク表面に微細な凹部ばかりでなく、彎曲があっても、ワークに与えられるレーザ光のエネルギーが適正に制御され、所望の肉厚を残した溝の形成が可能になる。
【００２２】
【発明の実施の形態】
以下、本発明を具体化した開裂溝形成方法及び開裂溝形成装置の一実施形態を図１〜図６に従って説明する。
【００２３】
本実施形態の開裂溝形成装置は、図１のように、ＣＯ2 ガスレーザ光Ｌを出力してワークであるインストルメントパネル１の裏面１ｂを切込む切込み手段１０と、インストルメントパネル１の表面１ａの深さを測定する距離測定手段である距離センサ２０と、該切込み手段１０から出力されるレーザ光Ｌを測定するレーザ出力測定手段２１と、該距離センサ２０の出力信号Ｓ２０及びレーザ出力測定手段２１の出力信号Ｓ２１を入力し、これらに応じた制御信号Ｓ２３を切込み手段１０に与える制御部２２とを備えている。
【００２４】
切込み手段１０は、レーザ光Ｌを発生するレーザ発振器１１を有し、該レーザ発振器で発生したレーザ光Ｌが複数の反射ミラー１２，１３，１４，１５，１６で反射され、集光レンズ１７によって集光されてインストルメントパネル１に照射されるようになっている。複数の反射ミラー１２〜１６のうちの例えば反射ミラー１４は、入射されたレーザ光Ｌの一部を透過してレーザ出力測定手段２１に与えるようになっている。
【００２５】
インストルメントパネル１にエアバック用リッドを形成する際には、例えば図２のような門形タイプのレーザ加工機が用いられる。この門形タイプのレーザ加工機は、ベッド３０上に設置されたＸ軸駆動機構３１を備えている。Ｘ軸駆動機構３１は、上部に乗せられたテーブル３２を水平のＸ軸方向に移動させるものであり、該テーブル３２上の治具（図示せず）に固定されたインストルメントパネル１（図示せず）が乗せられるようになっている。Ｘ軸駆動機構３１の上方には、ベッド３０から立設した支持柱３３，３４で支えられたＹ軸駆動機構３５と、該Ｙ軸駆動機構３５に組み込まれたＺ軸駆動機構３６とが、設けられている。
【００２６】
Ｙ軸駆動機構３５は、Ｚ軸駆動機構３６をＸ軸方向とは垂直なＹ軸方向に移動させるものであり、該Ｚ軸駆動機構３６は、Ｚ軸サドル３７を鉛直方向のＺ軸方向に移動させるものである。Ｚ軸サドル３７の下側に、切込み手段１０の一部を構成する加工ヘッド３８の２軸が回動可能に取り付けられ、該加工ヘッド３８がＺ軸サドル３７の移動に伴って上下するようになっている。加工ヘッド３８は、図示しない制御装置により、全体の動作が制御されるようになっている。前記制御部２２は、制御装置内に設けられている。
【００２７】
加工ヘッド３８はレーザ光Ｌの導光路をなし、図３のような第１ヘッド３８ａと、該第１ヘッド３８ａに回動可能に取り付けられた第２ヘッド３８ｂとで構成されている。
【００２８】
第１ヘッド３８ａには、図１中の反射ミラー１３，１４が配置され、第２ヘッド３８ｂには、反射ミラー１５，１６が配置されている。Ｚ軸サドル３７側から入射されたレーザ光Ｌは、第１ヘッド３８ａに配置された反射ミラー１３，１４、及び第２ヘッド３８ｂに配置された反射ミラー１５，１６によって屈折し、該第２ヘッド３８ｂに配置されたレンズホルダー４０に達するようになっている。
【００２９】
反射ミラー１４は、半透過ミラーで形成され、レーザ光Ｌの一部を透過するようになっている。レンズホルダー４０には、レンズ１７が取り付けられ、レンズホルダー４０の先端にノズル４１が取り付けられている。ノズル４１からレーザ光ＬがアシストガスのＣＯ2   ガスと共に出力される構成になっている。そして、Ｘ軸駆動機構３１、Ｙ軸駆動機構３５、Ｚ軸駆動機構３６及び加工ヘッド３８が、移動手段を構成し、インストルメントパネル１の加工位置をノズル４１に対して相対的に移動させる構成になっている。
【００３０】
切り込み手段を構成する加工ヘッド３８の第２ヘッド３８ｂに対して、図４のように距離センサ２０を支持する支持手段、及び、距離測定手段としてのセンサアーム５０の一端がボルト等で取付けられ、該センサアーム５０の他端に、干渉計を応用した距離センサ２０が取り付けられている。センサアーム５０は、距離センサ２０の検知点がノズル４１の先端と対向するようにその距離センサ２０を支持し、該距離センサ２０とノズル４１との間に、インストルメントパネル１を挿入している。
【００３１】
次に、以上のような構成の開裂溝形成装置を用いた開裂溝形成方法を説明する。
事前に、治具にインストルメントパネル１のモデルとなるモデルパネルを固定してテーブル３２に乗せ、該モデルパネルをＸ軸駆動機構３１によってＸ軸方向に移動させる。そして、Ｙ軸駆動機構３５、Ｚ軸駆動機構３６及び加工ヘッド３８により、ノズル４１を動かし、図示しない制御装置に対して溝形成経路をティーチングする。このティーチングでは、ノズル４１の先端の向く方向がモデルパネルの裏面に対してほぼ直角になるようにティーチングする。
【００３２】
ティーチングが終了した後、モデルパネルに代えて実際に加工するインストルメントパネル１を治具に固定する。制御装置は、Ｘ軸駆動機構３１、Ｙ軸駆動機構３５、Ｚ軸駆動機構３６及び加工ヘッド３８をティーチングした通り駆動する。これにより、ノズル４１がインストルメントパネル１の裏面１ｂの溝形成予定経路を走査し、距離センサ２０の検知点が、インストルメントパネル１の表面１ａにおける溝形成予定経路に対応する位置を走査することになる。
【００３３】
図５（ａ）のように、表面１ａにディンプル加工の凹部２が無数に形成されたインストルメントパネル１に対し、距離センサ２０は、図５（ｂ）のように表面１ａ側から距離計測用光を照射し、その反射光を受光して、該反射光に基づきインストルメントパネル１の表面１ａまでの距離を求める。表面までの距離は、出力信号Ｓ２０として制御部２２に入力される。
【００３４】
一方、レーザ発振器１１は、例えばオン、オフを繰り返すパルス状のレーザ光Ｌを発生する。レーザ光Ｌは、複数の反射ミラー１２〜１６で反射され、レンズ１７によって集光されてインストルメントパネル１の裏面１ｂに放射される。レーザ光Ｌによってインストルメントパネル１が切り込まれる。ここで、反射ミラー１４は、レーザ光Ｌの一部を透過し、レーザ出力測定手段２１に与える。レーザ出力測定手段２１は、入射光からレーザ光Ｌの出力を測定し、測定結果を出力信号Ｓ２１として制御部２２に与える。
【００３５】
制御部２２は、入力した信号Ｓ２０が距離センサ２０からインストルメントパネル１の表面１ａまでの距離ｌ1 が短いことを示すときには、距離センサ２０とノズル４１の距離ｌ2 は一定であり、該ノズル４１の先端からインストルメントパネル１の表面までの距離ｌ3 が長いことから、レーザー発振器１１の生成するレーザ光Ｌの出力を所定値より高めにする。
【００３６】
逆に、信号Ｓ２０が距離センサ２０からインストルメントパネル１の表面１ａまでの距離が長いことを示すときには、凹部２が存在する等の理由によりノズル４１の先端からインストルメントパネル１の表面１ａまでの距離ｌ3 が短いことになり、制御部２２は、レーザ光Ｌの出力を低める。このように、レーザ光Ｌの出力を制御することで、図５（ｃ）のように、凹部２と凹部２以外のところでの切込み深さが変化し、残肉厚が一定になる。そのような制御を連続して行なうことにより、図５（ｄ）のように、インストルメントパネル１の表面１ａ側に薄い一定の肉厚を残して、裏面１ｂ側に溝が形成される。
【００３７】
上記実施形態の開裂溝形成装置及び開裂溝形成方法によれば、以下のような特徴を得ることができる。
・距離センサ２０を設け、インストルメントパネル１の表面１ａの深さ測定を行なうので、インストルメントパネル１の材質や塗装等に影響されずに、溝の底部の肉厚を一定に制御できる。よって、開裂溝を形成するインストルメントパネル１の設計における自由度が向上する。
【００３８】
・距離センサ２０を支持するセンサアーム５０を設け、インストルメントパネル１の裏面１ｂの切込む場所に対向する表面１ａの場所に距離センサ２０の検知点を常に向くようにしたので、インストルメントパネル１の裏面１ｂのどこにでも溝の形成が可能になる。
【００３９】
・レーザ発振器１１で発生したレーザ光Ｌによって溝を形成するので、溝形成用工具の例えばドリルで溝を形成することに比べて、切幅が狭い理想的な溝が形成できる。
【００４０】
・レーザ出力測定手段２１を設け、レーザ光Ｌの出力を測定する構成にしたので、これを制御に利用することにより、溝の底部の肉厚の管理が確実になると共に、例えば彎曲したインストルメントパネル１であっても、所望の肉厚を残した溝の形成が可能になる。
【００４１】
なお、本発明は、上記実施形態に限定されず、種々の変形が可能である。その変形例としては、例えば次のようなものがある。
○上記実施形態では、インストルメントパネル１に対して溝を形成する例を示したが、インストルメントパネルに限らず、開裂を目的として他のワークに所望の残肉厚の溝を形成する場合にも適用できる。
【００４２】
○レーザ光Ｌによってインストルメントパネル１を切込むようにしたが、機械的なツールによって切込んでもよい。
○インストルメントパネル１に形成する溝は、連続的な溝でもよいし、ミシン目のように離散的に形成してもよい。
【００４３】
○切込み手段１０は、パルス状のレーザ光Ｌを出力するが、一定パワーが連続するレーザ光Ｌを出力するようにしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施形態の開裂溝形成装置の基本構成を示す構成図。
【図２】図１中の切込み手段１０の例である門形タイプのレーザ加工機の斜視図。
【図３】図２中の加工ヘッド３８を示す正面図。
【図４】距離センサ２０を支持するセンサアーム５０の説明図。
【図５】開裂溝形成方法を示す断面図。
【符号の説明】
１…ワークとしてのインストルメントパネル、２…凹部、１０…切込み手段、１１…レーザ発振器、２０…距離測定手段としての距離センサ、２１…レーザ出力測定手段、２２…制御部、５０…支持手段及び距離測定手段としてのセンサアーム、Ｌ…レーザ光
【図１】
0004073605.tif 000002
【図２】
0004073605.tif 000003
【図３】
0004073605.tif 000004
【図４】
0004073605.tif 000005
【図５】
0004073605.tif 000006