(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ベーステーブルに互いに離間して位置決め固定されて接合線を規定する一対の基準部材に基準側板材の端部をそれぞれ突き当てた後、突き合わせ側板材を前記基準側板材に突き合わせることにより、その突き合わせ部位を接合する板材の突き合わせ接合方法であって、
前記基準側板材および前記突き合わせ側板材を、開口部が形成された各々の端面同士を前記一対の基準部材側に向けることで前記開口部同士を互いに対向させた状態として、前記ベーステーブルにセットする工程と、
前記基準側板材の端部を該基準側板材の弾性限度内の荷重で前記一対の基準部材に突き当てるとともに、前記開口部を前記一対の基準部材同士の間に位置させる工程と、
前記荷重を開放することで、前記突き当てる工程の際に生じた前記基準側板材の弾性変形をもとの形状に復帰させる工程と、
前記荷重が開放され且つ前記基準側板材の端部が前記一対の基準部材に接触した状態で、前記基準側板材の板厚方向に沿って作用して前記基準側板材の位置を保持する力を付与することで前記基準側板材の位置を保持する工程と、
前記突き合わせ側板材を前記基準側板材に向かって変位させ、前記突き合わせ側板材の開口部と前記基準側板材の開口部との位置が対応するようにして、前記突き合わせ側板材を前記基準側板材に突き当てる工程と、
前記突き合わせ側板材を前記基準側板材に突き当てた状態で、前記突き合わせ側板材の板厚方向に沿って作用して前記突き合わせ側板材の位置を保持する力を付与することで前記突き合わせ側板材の位置を保持する工程と、
前記基準側板材と前記突き合わせ側板材とが保持された状態で前記両板材の突き合わせ部位を接合する工程と、
を含むことを特徴とする板材の突き合わせ接合方法。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、接合線を規定する基準部材に基準側板材を突き当てた後、突き合わせ側板材を前記基準側板材に突き合わせることにより、その突き合わせ部位を接合する板材の突き合わせ接合方法に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来から自動車等では、車体の軽量化あるいは衝突に対する安全性を向上させるために、板厚や強度の異なるブランク材（プレス加工前の板材）同士を突き合わせた後、その突き合わせ部分をレーザ等で溶接したテーラードブランク材が用いられている。
【０００３】
従来技術において、例えば、テーラードブランク材の突き合わせは、図７に示されるように、まず、基準側板材１を押圧手段５により荷重Ｆで位置決め部材３に押し当てる。この荷重Ｆは、位置決め部材３に対する基準側板材１の位置精度を確保するために、比較的大きく設定されている。一方、基準側板材１ではその突き合わせ部位を規定する基準線（以下、突き合わせ基準線と記す。）Ｌ１側に開口部４が形成されているため、該開口部４両端近傍の部位Ａの剛性は他の部位に比して低くなる。すなわち、比較的大きな荷重Ｆにより基準側板材１を位置決め部材３に突き当てると、部位Ａが突き合わせ基準線Ｌ１から突き合わせ側板材２の方向に距離Ｇだけ変形する。
【０００４】
この状態で、図８に示すように、突き合わせ側板材２が押圧機６によって所定の力で押圧され、基準側板材１と突き合わせ側板材２とが当接する。
【０００５】
ところで、上記したように、基準側板材１の部位Ａは距離Ｇだけ変形しているため、実際、基準側板材１と突き合わせ側板材２とは突き合わせ基準線Ｌ１ではなく、突き合わせ線Ｌ２（Ｌ１＋Ｇ）で突き合わされるので、基準側板材１と突き合わせ側板材２の両端には距離Ｇからなるギャップ７が存在し、このギャップ７の存在下に両者を溶接すると、十分な強度が得られない。
【０００６】
そこで、このギャップ７にフィラーを充填した後、溶接する方法が提案されているが、この方法によれば、該フィラーの存在によって接合部が盛り上がり、接合後に行われるプレス加工作業に支障を及ぼす問題がある。
【０００７】
さらに、特開平８−２０６８８１号公報には、薄板の突き合わせ溶接において、反基準側ワークの端縁部をバキュームあるいはマグネットからなる吸着装置で吸着保持して基準側ワークと突き合わせるようにした従来技術が開示されている。しかしながら、吸着装置がバキュームの場合、バキュームの吸着力により反基準側ワーク自体が変形するおそれがある。また、溶接時の熱の影響を受け、バキュームの吸着力が低下する等の問題がある。さらに、吸着装置がマグネットの場合、磁力の低下に起因して部品交換等のメンテナンスが必要となるとともに、マグネットの形状をワークの形状に合わせる必要があるため、装置の利用範囲がある程度まで限定されてしまう。
【０００８】
さらに、特開平６−１５５０８４号公報には、各金属シートを接合面方向に押圧する際、部位によって接触圧力を変えて、溶接すべき金属シート間のギャップを抑制する従来技術が開示されている。さらにまた、特開平１０−１２８５８２号公報には、板材を撓ませることにより、接合部のギャップを解消する従来技術が開示されている。しかしながら、上記したいずれの従来技術も装置構成が複雑であり、装置の製造コストの高騰が懸念される。また、板材の形状に対応して装置が専用化されるため、利用範囲が限定されて汎用性に富むとは言えない。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであり、板材同士の突き合わせ接合を精度よく行うことができ、板材の形状に依存しないために装置の汎用性に富み、且つ低コストで溶接を行うことが可能な板材の突き合わせ接合方法を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
前記の課題を解決するために、本発明は、ベーステーブルに互いに離間して位置決め固定されて接合線を規定する一対の基準部材に基準側板材の端部をそれぞれ突き当てた後、突き合わせ側板材を前記基準側板材に突き合わせることにより、その突き合わせ部位を接合する板材の突き合わせ接合方法であって、
前記基準側板材および前記突き合わせ側板材を、開口部が形成された各々の端面同士を前記一対の基準部材側に向けることで前記開口部同士を互いに対向させた状態として、前記ベーステーブルにセットする工程と、
前記基準側板材の端部を該基準側板材の弾性限度内の荷重で前記一対の基準部材に突き当てるとともに、前記開口部を前記一対の基準部材同士の間に位置させる工程と、
前記荷重を開放することで、前記突き当てる工程の際に生じた前記基準側板材の弾性変形をもとの形状に復帰させる工程と、
前記荷重が開放され且つ前記基準側板材の端部が前記一対の基準部材に接触した状態で、前記基準側板材の板厚方向に沿って作用して前記基準側板材の位置を保持する力を付与することで前記基準側板材の位置を保持する工程と、
前記突き合わせ側板材を前記基準側板材に向かって変位させ、前記突き合わせ側板材の開口部と前記基準側板材の開口部との位置が対応するようにして、前記突き合わせ側板材を前記基準側板材に突き当てる工程と、
前記突き合わせ側板材を前記基準側板材に突き当てた状態で、前記突き合わせ側板材の板厚方向に沿って作用して前記突き合わせ側板材の位置を保持する力を付与することで前記突き合わせ側板材の位置を保持する工程と、
前記基準側板材と前記突き合わせ側板材とが保持された状態で前記両板材の突き合わせ部位を接合する工程と、
を含むことを特徴とする。
【００１１】
この発明によれば、基準側板材を弾性限度（永久歪みが生じない範囲）内の荷重で基準部材に突き当てた後、前記荷重を開放するので、突き当てた際の基準側板材の変形は永久歪みとして維持されることなく、前記開放時に即座にもとの形状に復帰する。従って、接合線の直線度が良好に維持されるので、基準側板材と突き合わせ側板材とがギャップを生じることなく良好に突き合わされて溶接され、例えば、テーラードブランク材の品質を良好に維持することができる。
【００１２】
また、前記接合する工程時に前記基準側板材および前記突き合わせ側板材が、前記突き合わせ部位近傍でその板厚方向に沿って作用する力で保持されているため、上記の板材に反りがあった場合であっても、両板材に段差等が発生することなく、良好に突き合わされて溶接される。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明に係る板材の突き合わせ接合方法について、それを実施する装置との関係において好適な実施の形態を挙げ、添付の図面を参照しながら以下詳細に説明する。
【００１４】
図１に示されるように、本実施の形態に係る板材の突き合わせ接合装置１０は、略水平に配置されたベーステーブル１２を含み、その上面略中央部には、矢印Ｙ方向に所定間隔離間して一対の位置決め部材１４ａ、１４ｂが配置される。前記位置決め部材１４ａ、１４ｂは一般的には角柱状に形成されているが、円柱状であってもよい。該位置決め部材１４ａ、１４ｂの矢印Ｘ１方向に指向した面（前端面）を結ぶ基準線Ｌ３近傍には、前記一対の位置決め部材１４ａ、１４ｂを挟むように、略コ字形状の支柱１６、１８が基準線Ｌ３と略平行に立設されている。
【００１５】
支柱１６には、基準線Ｌ３上に位置決めされた基準側板材Ｗ１の位置がずれないように前記基準側板材Ｗ１に対して接近離間する複数（例えば２つ）の第１の保持手段２０ａ、２０ｂが配設されている。前記第１の保持手段２０ａ、２０ｂは、それぞれ前記基準側板材Ｗ１をその板厚方向（矢印Ｚ方向）に進退動作して保持する保持板２２ａ、２２ｂと、前記保持板２２ａ、２２ｂを矢印Ｚ方向に変位自在に駆動するエアシリンダ等のアクチュエータ２４ａ〜２４ｄとから構成される。前記アクチュエータ２４ａと２４ｂの駆動作用下に進退動作する図示しないロッドの先端部が前記保持板２２ａに連結され、アクチュエータ２４ｃと２４ｄの駆動作用下に進退動作する前記ロッドの先端部が前記保持板２２ｂに連結される。
【００１６】
基準線Ｌ３から矢印Ｘ１方向に基準側板材Ｗ１の間隔以上離間した部位には、複数（例えば３つ）の第１の押圧手段２６ａ、２６ｂおよび２６ｃが互いに平行となるように配設される。前記第１の押圧手段２６ａ〜２６ｃは、それぞれ基準側板材Ｗ１の他端側を押圧する押圧板２８ａ〜２８ｃと、前記押圧板２８ａ〜２８ｃを矢印Ｘ方向に変位自在に駆動するエアシリンダ等のアクチュエータ３０ａ〜３０ｃとから構成される。
【００１７】
支柱１８には、基準線Ｌ３上に位置決めされた突き合わせ側板材Ｗ２の位置がずれないように突き合わせ側板材Ｗ２の基準線Ｌ３近傍を保持する複数（例えば２つ）の第２の保持手段３２ａ、３２ｂが配設されている。前記第２の保持手段３２ａ、３２ｂは、それぞれ前記突き合わせ側板材Ｗ２をその板厚方向（矢印Ｚ方向）に進動作して保持する保持板３４ａ、３４ｂと、前記保持板３４ａ、３４ｂを矢印Ｚ方向に変位自在に駆動するエアシリンダ等のアクチュエータ３６ａ〜３６ｄとから構成される。前記アクチュエータ３６ａ、３６ｂの駆動作用下に進退動作する図示しないロッドの先端部が前記保持板３４ａに連結され、アクチュエータ３６ｃ、３６ｄの駆動作用下に進退動作する前記ロッドの先端部が前記保持板３４ｂに連結される。
【００１８】
基準線Ｌ３から矢印Ｘ２方向に突き合わせ側板材Ｗ２の間隔以上離間した部位には、複数（例えば２つ）の第２の押圧手段３８ａ、３８ｂが互いに平行となるように配設される。前記第２の押圧手段３８ａ、３８ｂは、それぞれ突き合わせ側板材Ｗ２の他端側を押圧する押圧板４０ａ、４０ｂと、前記押圧板４０ａ、４０ｂを矢印Ｘ方向に変位自在に駆動するエアシリンダ等からなるアクチュエータ４２ａ、４２ｂとから構成される。
【００１９】
基準線Ｌ３を含むベーステーブル１２に対する垂直面内の所定位置には、基準側板材Ｗ１と突き合わせ側板材Ｗ２とを接合するためにレーザを出力するレーザガン４４が設けられる。前記レーザガン４４は基準線Ｌ３に沿って矢印Ｙ方向に移動する。
【００２０】
本実施の形態に係る板材の突き合わせ接合装置１０は、基本的には以上のように構成されるものであり、次に、この板材の突き合わせ接合装置１０を用いて両板材Ｗ１、Ｗ２を突き合わせ接合する方法について、以下に説明する。
【００２１】
まず、ベーステーブル１２（図１参照）上において、図２に示すように、基準側板材Ｗ１が位置決め部材１４ａ、１４ｂと第１の押圧手段２６ａ〜２６ｃとの間にセットされ、突き合わせ側板材Ｗ２が位置決め部材１４ａ、１４ｂと第２の押圧手段３８ａ、３８ｂとの間にセットされる。前記基準側板材Ｗ１には基準線Ｌ３側の略中央部に開口部Ｓ１が形成され、突き合わせ側板材Ｗ２には同様に基準線Ｌ３側の略中央部に開口部Ｓ２が形成される。
【００２２】
図３において、第１の保持手段２０ａ、２０ｂ（図１参照）は、保持板２２ａ、２２ｂを矢印Ｚ２方向に下降させ、基準側板材Ｗ１がベーステーブル１２から浮かない程度の低い圧力で保持する。一方、第１の押圧手段２６ａ〜２６ｃは、アクチュエータ３０ａ〜３０ｃの駆動作用下に押圧板２８ａ〜２８ｃを矢印Ｘ２方向に変位させ、荷重Ｆで基準側板材Ｗ１を位置決め部材１４ａ、１４ｂに押し当てる。
【００２３】
この荷重Ｆは、基準側板材Ｗ１の弾性限度（永久歪みが生じない範囲）内の力であるとともに、位置決め部材１４ａ、１４ｂと基準側板材Ｗ１との位置精度を確保するために、前記弾性限度内において比較的強めに設定されている。
【００２４】
この場合、前記開口部Ｓ１が形成されているために、基準側板材Ｗ１の該開口部Ｓ１両端の部位Ａ付近の剛性は周囲に比して低い。
【００２５】
従って、弾性限度内において比較的強めに設定された荷重Ｆで、基準側板材Ｗ１を位置決め部材１４ａ、１４ｂに突き当てると、剛性が低い部位Ａ付近が矢印Ｘ２方向に変形する。
【００２６】
次いで、図４に示すように、第１の押圧手段２６ａ〜２６ｃは、アクチュエータ３０ａ〜３０ｃの駆動作用下に、押圧板２８ａ〜２８ｃを矢印Ｘ１方向に変位させ、基準側板材Ｗ１に付与されている荷重Ｆを開放する。荷重Ｆが付与されている場合（図３参照）、基準側板材Ｗ１の部位Ａは変形しているが、荷重Ｆは基準側板材Ｗ１の弾性限度内で付与されるため、荷重Ｆが開放されると部位Ａの変形は永久歪みすることなく、もとの形状に復帰する。従って、基準側板材Ｗ１の突き合わせ接合側の辺の直線度が良好に維持される。
【００２７】
荷重Ｆが開放され、基準側板材Ｗ１がもとの形状に復帰した後、アクチュエータ２４ａ〜２４ｄの駆動作用下に保持板２２ａ、２２ｂを矢印Ｚ２方向に下降させ、基準側板材Ｗ１が突き合わせ側板材Ｗ２と突き合わされる際に変位しないように強固に固定保持する。
【００２８】
次いで、図５に示すように、アクチュエータ４２ａ、４２ｂの駆動作用下に押圧板４０ａ、４０ｂを矢印Ｘ１方向に変位させ、突き合わせ側板材Ｗ２を基準側板材Ｗ１に突き合わせ、さらに、アクチュエータ３６ａ〜３６ｄの駆動作用下に保持板３４ａ、３４ｂを矢印Ｚ２方向に下降させ、突き合わせ側板材Ｗ２が基準側板材Ｗ１と突き合わされる際に変位しないように強固に固定保持する。
【００２９】
以上の準備段階を経た後、図６に示されるように、レーザガン４４がレーザを照射しながら矢印Ｙ方向に移動して、基準側板材Ｗ１と突き合わせ側板材Ｗ２との溶接が行われる。
【００３０】
基準側板材Ｗ１と突き合わせ側板材Ｗ２との接合が完了したら、アクチュエータ２４ａ〜２４ｄの駆動作用下に保持板２２ａ、２２ｂを矢印Ｚ１方向に上昇させ、基準側板材Ｗ１の固定保持を解除し、アクチュエータ４２ａ、４２ｂの駆動作用下に押圧板４０ａ、４０ｂを矢印Ｘ２方向に変位させるとともに、アクチュエータ３６ａ〜３６ｄの駆動作用下に保持板３４ａ、３４ｂを矢印Ｚ１方向に上昇させ、突き合わせ側板材Ｗ２の固定保持を解除する。
【００３１】
最終的には、基準側板材Ｗ１と突き合わせ側板材Ｗ２とが接合されて作成された板材が突き合わせ接合装置１０から取り外され、プレス加工等の他の工程に供される。
【００３２】
すなわち、図２〜図５で説明した工程を経て、基準側板材Ｗ１と突き合わせ側板材Ｗ２とが基準線Ｌ３上でギャップを生じさせることなく良好に突き合わされた状態で、レーザ溶接が行われる。このため、基準側板材Ｗ１と突き合わせ側板材Ｗが、例えば、テーラードブランク材であったとしても溶接の品質を良好に維持することができる。
【００３３】
また、基準側板材Ｗ１の位置決め部材１４ａ、１４ｂへの突き当ては、弾性限度内の荷重Ｆを基準側板材Ｗ１に付与した後、荷重Ｆを開放することによって行われるため、第１の押圧手段２６ａ〜２６ｃは押される板材の部位によって荷重Ｆを変える如く複雑な調整を必要とせず、この結果、装置構成が簡素なものとなるとともに、溶接される板材の形状に依存しないため、装置の汎用性が向上する。
【００３４】
さらにまた、基準側板材Ｗ１は第１の保持手段２０ａ、２０ｂによって、一方、突き合わせ側板材Ｗ２は第２の保持手段３２ａ、３２ｂによってそれぞれ基準線Ｌ３近傍に保持されるため、板材に反りがあった場合であっても、段差等が発生することなく、両者は良好に突き合わされ、溶接される。
【００３５】
【発明の効果】
以上のように、本発明によれば、板材同士の突き合わせ接合を精度よく行うことができ、板材の形状に依存しないために装置の汎用性に富み、且つ低コストで溶接を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施の形態の板材の突き合わせ接合装置の斜視説明図である。
【図２】前記装置による板材の突き合わせ接合方法を説明する斜視図である。
【図３】前記装置による板材の突き合わせ接合方法を説明する斜視図である。
【図４】前記装置による板材の突き合わせ接合方法を説明する斜視図である。
【図５】前記装置による板材の突き合わせ接合方法を説明する斜視図である。
【図６】前記装置による板材の突き合わせ接合方法を説明する斜視図である。
【図７】従来技術に係る板材の突き合わせ接合方法を説明する平面図である。
【図８】従来技術に係る板材の突き合わせ接合方法を説明する平面図である。
【符号の説明】
１０…突き合わせ接合装置            １２…ベーステーブル
１４ａ、１４ｂ…位置決め部材        １６、１８…支柱
２０ａ、２０ｂ…第１の保持手段      ２２ａ、２２ｂ…保持板
２４ａ〜２４ｄ…アクチュエータ      ２６ａ〜２６ｃ…第１の押圧手段
２８ａ〜２８ｃ…押圧板              ３０ａ〜３０ｃ…アクチュエータ
３２ａ、３２ｂ…第２の保持手段      ３４ａ、３４ｂ…保持板
３６ａ〜３６ｄ…アクチュエータ      ３８ａ、３８ｂ…第２の押圧手段
４０ａ、４０ｂ…押圧板              ４２ａ、４２ｂ…アクチュエータ
４４…レーザガン
【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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