JP2016107301A - ワーク組立方法 - Google Patents

Abstract

【課題】パイプ材を含み複雑な形状のワークが作成が可能なワーク組立方法を提供することを課題とする。【解決手段】単品状態の第１構成部材４９に、第１ハーフビード６４Ｌ、６４Ｒを形成しておく。上方に配置したレーザ照射機構３０を水平に移動しつつ、第１パイプ材４７Ｌ、４７Ｒの上半周部７１Ｌ、７１Ｒにレーザ溶接を施す。【効果】第１パイプ材４７Ｌ、４７Ｒの残り半周部（上半周部７１Ｌ、７１Ｒ）にレーザ溶接を施すときに、第１構成部材４９の上方に障害物がないため、溶接は容易である。第２構成部材５９の下方に障害物がないため、溶接は容易である。【選択図】図１３

Description

本発明は、パイプ材を含むワークの組立方法に関する。

従来、パイプ材を含む複数の部品をレーザ溶接して、ワーク（アッセンブリ）として組立てる方法は、例えば、特許文献１や特許文献２で、知られている。

すなわち、特許文献２の図２に示されるように、ヘッドフランジ（１）（括弧付き数字は、特許文献２に記載された符号を示す。以下同様）に、排気管（２）の一端が差し込まれる。この差し込み部位へ、レーザ照射機構のチップ（９）からレーザ光（１０）を照射し、溶接線（溶接ビード）（Ｘ１）を生成する。
排気管（２）を３６０°回転させる、又は、レーザ照射機構のチップ（９）を３６０°周回させることで、３６０°分の溶接線（Ｘ１）が得られ、ヘッドフランジ（１）に排気管（２）が接合される。

このように、従来の技術は、１サイクルのレーザ溶接でパイプ材全周を溶接することが、前提となっているため、溶接する際の部品とレーザ照射部との位置関係が特定（限定）され、結果として、複雑なワーク（アッセンブリ）を作成することは困難であった。

ワーク（アッセンブリ）の形状が多岐に亘り、ワーク（アッセンブリ）に複雑な形状のものが含まれるようになってきた。そこで、パイプ材を含み複雑な形状のワークが作成可能な技術が求められる。

特開平１１−７７６公報 特開２００５−２３０８４６公報

本発明は、パイプ材を含み複雑な形状のワークが作成が可能なワーク組立方法を提供することを課題とする。

請求項１に係る発明は、パイプ材と該パイプ材に嵌合自在な部品とを含む複数の構成部材を、立体的に配置して、少なくともレーザ溶接による溶接にて組立てるワーク組立方法において、
前記部品を前記パイプ材に嵌合し、この嵌合で生じたパイプ嵌合部の外周のうち、後工程で立体的に配置したときに略内方に向く部分に、レーザビームを照射してレーザ溶接を施す第１レーザ溶接工程と、
この第１レーザ溶接工程を経た複数の前記構成部材を立体的に配置し、前記パイプ嵌合部の外周のうち略外方を向く部分に、レーザビームを照射してレーザ溶接を施す第２レーザ溶接工程と、を備えてことを特徴とする。

請求項２に係る発明では、第２レーザ溶接工程は、水平に移動するレーザ照射機構で実施することを特徴とする。

請求項１に係る発明では、パイプ材と該パイプ材に嵌合自在な部品とを含む複数の構成部材におけるパイプ嵌合部のレーザ溶接を、二段階に分けて実施するため、簡易なワーク構成に限定されることなく、複雑な形状のワーク（アッセンブリ）に対してレーザ溶接を行うことができ、レーザ溶接によるワーク組立作業の作業効率を向上させることが可能である。
すなわち、本発明によれば、パイプ材を含み複雑な形状のワークが作成が可能なワーク組立方法が提供される。

請求項２に係る発明では、第２レーザ溶接工程は、水平に移動するレーザ照射機構で実施する。レーザ照射機構を水平に移動するため、レーザ照射機構を移動させる移動機構が簡単になる。移動機構をロボットにした場合であっても、テーチングが容易である。

本発明で使用するレーザ溶接装置の基本構成図である。 レーザ照射機構の原理図である。 レーザビームの集光点の軌跡を示す図である。 レーザビームの集光点の軌跡を示す図である。 第１部品の分解斜視図である。 第１部品と第１パイプ材の斜視図である。 第１レーザ溶接工程を説明する図である。 第２部品の分解斜視図である。 第２部品と第２パイプ材の斜視図である。 第１レーザ溶接工程を説明する図である。 連結材のセットを説明する図である。 立体構成部材を得る工程を説明する図である。 第２レーザ溶接工程を説明する図である。 第２レーザ溶接工程を説明する図である。 本発明方法で造られたワークの斜視図である。

本発明の実施の形態を添付図に基づいて以下に説明する。なお、図面は符号の向きに見るものとする。

図１に示すように、レーザ溶接装置１０は、レーザ照射機構３０を直線的に移動する移動機構２０と、移動機構２０及びレーザ照射機構３０を制御する制御部１２を備えている。以下、各構成要素の構造の一例を説明する。

移動機構２０は、レーザ照射機構３０（詳細は図２で説明する。）を、ｘ軸に沿って直線的に移動させる機構であり、例えば、ｘ軸に沿って延びるレール２１と、このレール２１に移動自在に支持されレーザ照射機構３０を支えるスライダ２２と、このスライダ２２を移動する移動シリンダ２３とからなる。
移動機構２０は、ロボットアームが好適である。

図２に示すように、レーザ照射機構３０は、レーザ発振器３２と、このレーザ発振器３２から発射されたレーザビーム３１を反射するミラー３３と、このミラー３３をｘ軸廻りに揺動（振動）する揺動モータ３４と、ミラー３３で反射されたレーザビーム３１を収束させるレンズ３７と、このレンズ３７を軸方向に移動させるレンズドライバー３６と、これらの構成要素を収納する筐体３８とからなる。レンズ３７により、レーザビーム３１の集光点（焦点）３９が定まる。

教示どおりミラー３３でレーザブーム３１をｙ軸方向へ移動させることと、レンズ３６をミラー３３に対して進退動させレーザビーム３１の集光点３９をｚ軸方向へ移動させることが相まって、集光点３９は円を描く。
これに、レーザ照射機構３０のｘ軸方向への移動が加わると、上記の集光点３９の円運動を、図３に示すように、螺旋運動にすることができる。この例では、分かり易くするために、螺旋の中心線３９Ｂは直線としたが、上記の教示をレーザ照射機構３０のｘ軸方向への移動速度、照射角度の変更を踏まえ、ミラー３３及びレンズ３７の作動を教示すると、螺旋運動が円弧を描くにすることができる。

そこで、螺旋の中心線３９Ｂを、図４（ａ）に示すように、第１パイプ材４７Ｌの外周面に合わせる、又はほぼ合わせる。図４（ｂ）は平面図であり、集光点３９が描く螺旋は、中央が粗で、両端（９０°、−９０°）に近づくほど密になり且つ多数個が重なっている。

よって、溶接対象物がパイプ材であるにも拘わらず、レーザ照射機構３０は、図１に示すように、水平に移動させることができる。水平のみの移動であるため、移動機構２０は簡単な構造で済ませることができ、低コスト化が図れる。移動機構２０をロボットアームとした場合には、テーチングが極めて簡単になる。

以上に説明したレーザ照射機構３０を用いて実施するワーク組立方法を、次に説明する。
図５に示すように、第１部品半体４１と第１部品半体４２の間に、第１パイプ材４７Ｌ、４７Ｒを介在させ、フランジ４４にフランジ４３を載せるようにして、第１パイプ材４７Ｌ、４７Ｒを第１部品半体４１と第１部品半体４２で挟む。

これで、図６に示すように第１部品４５を得ることができる。なお、第１部品４５では、運搬時に分離することを防止するために、第１部品半体４１と第１部品半体４２を少なくとも仮止め状態にする。仮止めすることで第１部品４５が得られる。この第１部品４５に第１パイプ材４７Ｌ、４７Ｒを仮止めする。仮止めは、かしめ、点溶接、別治具によるクランプの何れでもよい。

又は、第１部品半体４１、４２を重ねて仮止めすることで第１部品４５を得る。第１部品４５は、鋳造品などの一体品であってもよい。次に、この第１部品４５へ第１パイプ材４７Ｌ、４７Ｒを差し込んでもよい。
要は、図６に示す第１部品４５が得られればよく、そのための組立て順序や製造法は格別に限定されるものではない。

図７は、図６の７−７線断面図であり、嵌合で生じた第１パイプ嵌合部４６Ｌ、４６Ｒの外周のうち、後工程で立体的に配置したときに略内方に向く部分（第１ハーフビード６４Ｌ、６４Ｒが施される部位）に、レーザ照射機構３０でレーザビーム３１を照射してレーザ溶接を施すことで、第１構成部材４９を得る（第１構成部材４９に対する第１レーザ溶接工程）。
なお、上下を反転し、上に配置したレーザ照射機構３０で溶接し、溶接後に第１構成部材４９を反転しても良い。

図８に示すように、第２部品半体５１と第２部品半体５２の間に、第２パイプ材５７Ｌ、５７Ｒを介在させ、フランジ５４にフランジ５３を載せるようにして、第２パイプ材５７Ｌ、５７Ｒを第２部品半体５１と第２部品半体５２で挟む。

これで、図９に示すように第２部品５５を得ることができる。この第２部品５５では、運搬時に分離することを防止するために、第２部品半体５１と第２部品半体５２を少なくとも仮止め状態にする。仮止めすることで第２部品５５が得られる。この第２部品５５に第２パイプ材５７Ｌ、５７Ｒを仮止めする。仮止めは、かしめ、点溶接、別治具によるクランプの何れでもよい。

又は、第２部品半体５１、５２を重ねて仮止めすることで第２部品５５を得る。第２部品５５は、鋳造品などの一体品であってもよい。次に、この第２部品５５へ第２パイプ材５７Ｌ、５７Ｒを差し込んでもよい。
要は、図９に示す第２部品５５が得られればよく、そのための組立て順序や製造法は格別に限定されるものではない。

図１０は、図９の１０−１０線断面図であり、嵌合で生じた第２パイプ嵌合部５６Ｌ、５６Ｒの外周のうち、後工程で立体的に配置したときに略内方に向く部分（第２ハーフビード６５Ｌ、６５Ｒが施される部位）に、レーザ照射機構３０でレーザビーム３１を照射してレーザ溶接を施すことで、第２構成部材５９を得る（第２構成部材５９に対する第１レーザ溶接工程）。
なお、上下を反転し、上に配置したレーザ照射機構３０で溶接し、溶接後に第２構成部材５９を反転しても良い。

第１構成部材４９に対する第１レーザ溶接工程と第２構成部材５９に対する第１レーザ溶接工程とを併せて、第１レーザ溶接工程と呼ぶ。
説明の都合で第１構成部材４９に対する第１レーザ溶接工程の次に第２構成部材５９に対する第１レーザ溶接工程を実施したが、第１構成部材４９に対する第１レーザ溶接工程の前に第２構成部材５９に対する第１レーザ溶接工程を実施することや、二箇所の作業場にて第１構成部材４９と第２鋼製部材５９に対する第１レーザ溶接工程を同時並行的に実施することは差し支えない。

次に、図１１に示すように、第１構成部材４９と第２構成部材５９とに連結材６１を貫通させる。
そして、図１２に示すように、連結材６１と第１・第２構成部材４９、５９を接合することで立体構成部材６３を得る。この接合は、レーザ溶接、ＴＩＧ溶接、ＭＩＧ溶接の何れでもよい。

立体構成部材６３では、第１構成部材４９に形成した第１ハーフビード６４Ｌ、６４Ｒと、第２構成部材５９に形成した第２ハーフビード６５Ｌ、６５Ｒとが、立体構成部材６３の略内方に位置している。
立体構成部材６３では、未溶接部分が、略外方に向いている。これらの略外方に向いた部位に、次の要領で第２レーザ溶接工程を実施する。

図１３に示すように、立体構成部材６３を反転機６７にセットする。この反転機６７は水平軸６８を中心に１８０°回転する。上方に配置したレーザ照射機構３０を水平に移動しつつ、第１パイプ材４７Ｌ、４７Ｒの上半周部７１Ｌ、７１Ｒ（パイプ嵌合部の外周のうち略外方を向く部分）にレーザ溶接を施す（第１構成部材４９に対する第２レーザ溶接工程）。
溶接後に、反転機６７を１８０°反転する。反転後は、Ｌが右になり、Ｒが左になる。

図１４に示すように、上方に配置したレーザ照射機構３０を水平に移動しつつ、第２パイプ材５７Ｌ、５７Ｒの下半周部７２Ｌ、７２Ｒ（パイプ嵌合部の外周のうち略外方を向く部分）にレーザ溶接を施す（第２構成部材５９に対する第２レーザ溶接工程）。

以上により、図１５に示すようなパイプ材を含むワーク７４を得ることができた。
このワーク７４は、例えば自動二輪車の車体フレームの前部構造体であって、Ｕ字状の第１フレーム４５及び第２フレーム５５と、第１フレーム４５に第２フレーム５５を連結するヘッドパイプ材としての連結材６１と、第１フレーム４５から延びるメインパイプ材としての第１パイプ材４７Ｌ、４７Ｒと、第２フレーム５５から延びるダウンパイプ材としての第２パイプ材５７Ｌ、５７Ｒとからなる溶接構造体である。

なお、実施例では、反転機６７を用いたが、反転機６７を用いないで、本発明を実施することもできる。例えば、ワークを固定しておき、汎用ロボット（溶接ロボット）の作動のみで多方面からレーザ溶接を行う。

また、ワーク７４は、自動二輪車の車体フレームの他、前輪が１個で後輪が２個である三輪車両の車体フレームであっても良く、用途は限定しない。

本発明は、パイプ材を含むワークの組立に好適である。

３０…レーザ照射機構、４５…第１部品（第１フレーム）、４６Ｌ、４６Ｒ…第１パイプ嵌合部、４７Ｌ、４７Ｒ…第１パイプ材、４９…第１構成部材、５５…第２部品（第２フレーム）、５６Ｌ、４５Ｒ…第２パイプ嵌合部、５７Ｌ、５７Ｒ…第２パイプ材、５９…第２構成部材、７４…パイプ材を含むワーク。

Claims (2)

1. パイプ材と該パイプ材に嵌合自在な部品とを含む複数の構成部材を、立体的に配置して、少なくともレーザ溶接による溶接にて組立てるワーク組立方法において、
   前記部品を前記パイプ材に嵌合し、この嵌合で生じたパイプ嵌合部の外周のうち、後工程で立体的に配置したときに略内方に向く部分に、レーザビームを照射してレーザ溶接を施す第１レーザ溶接工程と、
   この第１レーザ溶接工程を経た複数の前記構成部材を立体的に配置し、前記パイプ嵌合部の外周のうち略外方を向く部分に、レーザビームを照射してレーザ溶接を施す第２レーザ溶接工程と、を備えてことを特徴とするワーク組立方法。
2. 前記第２レーザ溶接工程は、水平に移動するレーザ照射機構で実施することを特徴とする請求項１記載のワーク組立方法。

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