JP2021032285A - 板材の位置決め方法、及び組立板物 - Google Patents

Abstract

【課題】重ねた状態の板材の平面方向の位置決めにおいて、簡単な加工方法又は構造によって板材同士を位置決めする。【解決手段】板材の位置決め方法は、第１板材３１と第２板材３３を、互いの面で重ねて平面方向に互いに位置決めする方法である。この方法は、第１板材３１をレーザ加工することによって、第１板材３１の母材に対し長手状の片部４３を形成するように切り込みを入れるステップと、片部４３の基端４３ａ側をレーザ加工することによって加熱し、片部４３の先端４３ｂを立ち上がらせることで、母材に対して立ち上がる凸片４５を形成するステップと、第２板材３３を第１板材３１に重ねた状態で、第２板材３３を凸片４５の長手断面に当接させることで、第１板材３１と第２板材３３を位置決めするステップと、を備えている。【選択図】図４

Description

本発明は、板材の位置決め方法、及び組立板物に関する。

従来、溶接・組み付け作業における板金同士の位置決めは、例えば、ケガキ線に目視で合わせる方法や、ハーフシャーなど成形加工部へ突き当てる方法が一般的であった。
上記の方法を比較すると、突き当て方法は、意匠面や他部品の組み付けの関係で使用できないこともあるが、位置決めをしやすい。

突き当て方法として、特許文献１では、金属部材の接合部に互いに嵌合する切欠２と突起１を設けると共に、切欠２と突起１を嵌合させている。
板金同士の位置決めの他の方法として、特許文献２では、第１板材１の曲げ片１ｂをさらに鋭角に曲げ、この第１板材１の曲げ片１ｂのスプリングバックを利用して第１及び第２板材１、２を接合している。

特開２００８−０１４４０７号公報 特開２００７−１８５６９１号公報

特許文献１に記載の突き当て方法は、金属部材の切欠と突起とを嵌合させる技術であって、金属部材の面同士を重ねた状態で互いに位置決めするものでない。
一方、金属部材の面同士を重ねた状態で互いに位置決めする技術において、ケガキ線に目視で合わせる方法を採用すれば、目標とするケガキ線を加工できる加工機によって、部品を加工する必要がある。そのような加工には、タレットパンチプレス等のプレス機械及びレーザ加工機の両方が使用可能である。
また、金属部材の面同士を重ねた状態で互いに位置決めする技術において、突き当て方法を採用すれば、部品を突き当てるための成形を加工することができる加工機によって、部品を加工する必要がある。そのような加工には、タレットパンチプレス等のプレス機が必要であり、金型の交換等のために加工方法が煩雑になる。

本発明の目的は、重ねた状態の板材の平面方向の位置決めにおいて、簡単な加工方法又は構造によって板材同士を位置決めすることにある。

以下に、課題を解決するための手段として複数の態様を説明する。これら態様は、必要に応じて任意に組み合せることができる。

本発明の一見地に係る板材位置決め方法は、第１板材と第２板材を、互いの面で重ねて平面方向に互いに位置決めする方法である。この方法は以下のステップを備えている。
◎第１板材をレーザ加工することによって、第１板材の母材に対し長手状の片部を形成するように切り込みを入れるステップ。
◎片部の基端側をレーザ加工することによって加熱し、片部の先端を立ち上がらせることで、母材に対して立ち上がる凸片を形成するステップ。
◎第２板材を第１板材に重ねた状態で、第２板材を凸片の断面に当接させることで、第１板材と第２板材を位置決めするステップ。
この方法では、レーザ加工で第１板材に凸片を形成し、次に第１板材と第２板材を重ねることで、第１板材と第２板材を平面方向に位置決めできる。
ここで「平面方向に位置決め」とは、一方の板材が他方の板材に対して平面方向の少なくとも一方側に移動不能であることをいう（以下、同じ）。

この方法は、第２板材に、平面形状として凸片に対応した長手孔を形成するステップをさらに備えていてもよい。
位置決めステップでは、凸片が長手孔に嵌まるように第１板材と第２板材を重ねてもよい。
この方法では、第１板材と第２板材を重ねるときに第２板材の長手孔に第１板材の凸片を嵌めることで、第１板材と第２板材を位置決めできる。

本発明の他の見地に係る板材位置決め方法は、平板部を有する第１板材と断面コの字部分を有する第２板材を、互いの面で重ねて平面方向に互いに位置決めする方法である。この方法は、下記のステップを備えている。
◎第１板材をレーザ加工することで、第１板材の母材に対し長手状の片部を形成するように切り込みを入れるステップ。
◎片部の基端側をレーザ加工して加熱することで、片部の先端を立ち上がらせて母材に対して立ち上がる凸片を形成するステップ。凸片の立ち上がり長さは、第２板材の断面コの字部分の上下間隔より長い。
◎凸片を第２板材の断面コの字部分内に挿入して第１板材と第２板材を重ね、凸片のスプリングバックによって第１板材と第２板材を位置決めするステップ。
この方法では、レーザ加工で第１板材に凸片を形成し、第１板材の凸片を第２板材のコの字部分に嵌めることで、そのスプリングバックを利用して第１板材と第２板材を平面方向に位置決めできる。

本発明のさらに他の見地に係る組立板物は、第１板材と、第２板材とを備えている。
第１板材は、母材と、母材から立ち上がり、基端に熱変形部を有する長手状の凸片とを有する。
第２板材は、第１板材に重ねられた状態で、凸片の断面に当接させられることで、第１板材に対して平面方向に位置決めされている。
この組立板物では、凸片が形成された第１板材に第２板材を重ねることで、第１板材と第２板材が平面方向に位置決めされている。

第２板材には、平面形状として凸片に対応した長手孔が形成されていてもよい。
凸片は長手孔に嵌まっていてもよい。
この組立板物では、第１板材と第２板材を重ねられており、第２板材の長手孔に第１板材の凸片が嵌められことで、第１板材と第２板材が平面方向に位置決めされている。

本発明のさらに他の見地に係る組立板物は、第１板材と、第２板材とを備えている。
第１板材は、母材と、母材から立ち上がり、基端に熱変形部を有する長手状の凸片とを有している。
第２板材は、凸片が挿入された断面コの字部分を有している。凸片のスプリングバックによって、第１板材と第２板材は平面方向に位置決めされている。
この組立板物では、第１板材の凸片が第２板材の断面コの字部分に嵌められているので、そのスプリングバックを利用して第１板材と第２板材が平面方向に位置決めされている。

本発明では、重ねた状態の板材の平面方向の位置決めにおいて、簡単な加工方法又は構造によって板材同士を位置決めできる。

第１実施形態に係るレーザ加工装置の基本的な構成図。 第１板材の加工状態を示す平面図。 第１板材の加工状態を示す平面図。 第１板材の加工状態を示す斜視図。 第２板材の加工状態を示す平面図。 第１板材と第２板材を組み付けた状態を示す平面図。 第２実施形態の第１板材と第２板材を組み付けた状態を示す斜視図。 第３実施形態の第１板材と第２板材を組み付けた状態を示す平面図。 図９のＩＸ−ＩＸ断面図。 第４実施形態の第１板材の加工状態を示す斜視図。

１．第１実施形態
（１）レーザ加工装置
図１を用いて、第１実施形態に係るレーザ加工装置１（以降、「加工装置１」と略す。）を説明する。図１は、第１実施形態に係るレーザ加工装置の基本的な構成を示す図である。

加工装置１は、第１板材３１及び第２板材３３に対してレーザ光Ｌを照射し、第１板材３１又は第２板材３３を切断できる。第１板材３１及び第２板材３３は、金属製であり、具体的には薄板鋼材である。
加工装置１は、載置台２、加工ヘッド３、レーザ発振部４、ヘッド駆動部５、ヘッド制御部６、レーザ制御部７、及び制御装置８を備える。
載置台２は、その上に第１板材３１又は第２板材３３を支持する。

加工ヘッド３は、載置台２に載置された第１板材３１又は第２板材３３の上方に配置されている。加工ヘッド３は、レーザ発振部４からのレーザ光Ｌを第１板材３１又は第２板材３３上に集光する光学系（レンズ、ミラー等、図示せず）を内部に有し、光学系を介してレーザ光Ｌを第１板材３１又は第２板材３３に向けて照射する。
レーザ発振部４は、例えばファイバレーザなどであり、レーザ光Ｌを発生する。レーザ発振部４は、発振器（図示せず）を有している。レーザ発振部４からのレーザ光Ｌは、光ファイバ９を介して加工ヘッド３に導入される。

ヘッド駆動部５は、図示しないが、光学系駆動部、Ｘ駆動部、Ｙ駆動部、及びＺ駆動部を備える。これら駆動部は、それぞれアクチュエータを含む。Ｘ駆動部、Ｙ駆動部及びＺ駆動部は、加工ヘッド３を第１板材３１又は第２板材３３に対して、それぞれＸ方向、Ｙ方向及びＺ方向（図示せず）に移動させる。光学系駆動部は、光学系のフォーカス位置を調整可能である。
ヘッド駆動部５は、Ｘ駆動部、Ｙ駆動部及びＺ駆動部の一部又は全部によって、加工ヘッド３を第１板材３１又は第２板材３３に対して位置決め又は移動させる。

ヘッド制御部６は、制御装置８からの指令に基づいて、ヘッド駆動部５を制御する。例えば、ヘッド制御部６は、加工ヘッド３の目標位置及び目標速度をヘッド駆動部５に供給する。ヘッド駆動部５のＸ駆動部、Ｙ駆動部及びＺ駆動部は、加工ヘッドの位置、速度がそれぞれ目標位置、目標速度に近づくように、加工ヘッド３を移動させる。また、ヘッド制御部６は、光学系のフォーカス位置の目標値をヘッド駆動部５に供給する。ヘッド駆動部５の光学系駆動部は、光学系のフォーカス位置が目標値に近づくように、光学系１４に含まれるレンズを移動させる。
レーザ制御部７は、レーザ発振部４を制御する。レーザ制御部７は、具体的には、ビームモード指令や発振モード指令をレーザ発振部４に送信する。

制御装置８は、外部から供給される加工データに基づいて、レーザ加工装置１の各部を包括的に制御する。加工データは、例えば、加工条件を定めたＮＣデータである。加工条件は、例えば、第１板材３１又は第２板材３３の材質、板厚、切断線の位置、各工程の内容である。加工データには、各工程の内容（切断線の始点、終点、切断速度）が工程順に並んでいる。
制御装置８は、加工データに基づいて、ヘッド制御部６及びレーザ制御部７のそれぞれに指令を供給する。レーザ制御部７は、制御装置８からの指令に基づいて、レーザ発振部４の発振方式を設定する。

第１板材３１又は第２板材３３は、他の場所から搬送されて載置台２の上に第２板材３３を図１に示す水平状態に載置される。
その後、ヘッド制御部６がヘッド駆動部５を制御して、第１板材３１又は第２板材３３の一方の面にレーザ光Ｌを照射しながら、加工ヘッド３を移動させ、第１板材３１又は第２板材３３の所定の箇所を加熱する。具体的には、制御装置８の指示に従ってレーザ発振部４を駆動し、第１板材３１又は第２板材３３の上面にレーザ光Ｌを照射すると共に、ヘッド駆動部５を駆動して、加工ヘッド３を水平方向に一定速度で移動させる。

なお、本実施形態では、第１板材３１又は第２板材３３を一定の位置に保持し、加工ヘッド３による照射位置を変えることによって、第１板材３１又は第２板材３３に対するレーザ光Ｌの相対的な移動を実現しているが、第１板材３１又は第２板材３３を移動させることによって、第１板材３１又は第２板材３３に対するレーザ光Ｌの相対的移動を実現させてもよい。

（２）第１板材の加工
図２〜図４を用いて、第１板材３１の加工を説明する。図２及び図３は、第１板材の加工状態を示す平面図である。図４は、第１板材の加工状態を示す斜視図である。
最初に、図２に示すように、第１板材３１をレーザ加工することによって、第１板材３１の母材（第１板材３１の平板な部分）に対し長手状の片部４３を形成するように切り込み４１を形成する。具体的には、加工装置１がレーザ光Ｌを第１板材３１の一方の面に照射しながら第１板材３１に対して相対的に移動させ、レーザ光Ｌの照射軌跡に沿って切り込み４１を形成する。

次に、片部４３の基端４３ａ側の特定部分を複数回レーザ加工することによって加熱し（マーキング加工）、片部４３の先端４３ｂを板厚方向に立ち上がらせる。これにより、図３及び図４に示すように、母材に対して先端４５ｂが立ち上がった凸片４５が形成される。なお、レーザ加工された特定部分は、加熱されて折れ曲がり、熱変形部４６になる。また、特定部分を加熱するときには、切り込みを形成するときに比べて、レーザ光Ｌの焦点及びパワーを変化させる。
このようにして、凸片４５を切断しておいた外形形状で立ち上げることできる。この加工を行うことで、加工装置１によって擬似的に成形加工を行なうことが可能となる。

凸片４５は、図３及び図４に示すように、基端４５ａ及び先端４５ｂを有している。熱変形部４６は、基端４５ａの近傍に形成されている。
凸片４５は、図３及び図４に示すように、第１長手断面４５ｃ、第２長手断面４５ｄ及び先端断面４５ｅを有している。第１長手断面４５ｃと第２長手断面４５ｄは平面視で直線状に延びており、互いに平行である。
凸片４５の母材に対する立ち上がり長さＨは、例えば、数ｍｍである。この立ち上がり長さＨを確保するために、凸片４５は長手方向に所定の長さを有していることが好ましい。凸片４５の長さが短いと、レーザ光Ｌの熱量が多く必要になるからである。

熱変形部４６の折れ曲がり現象を簡単に説明すれば、ステンレス等の薄板である第１板材３１の特定箇所にレーザ光Ｌを照射し、鋼材を局所的に急速に加熱・冷却することで、熱膨張のバランスが崩れて熱変形を起こすことを利用して鋼材を曲げるものである。
より詳細に説明すれば、第１板材３１は加熱される特定部分が熱膨張して、一旦、レーザ光Ｌの照射方向とは逆方向に曲がる。この際、熱膨張した部位には、レーザ光Ｌの照射箇所の周辺やレーザ光Ｌの移動方向の前方側及び裏面側の非加熱部位が伸びないので、材料の降伏点を超える圧縮応力が生じ、当該部分の塑性変形による引張りの残留応力が生じる。その後、当該部分が冷却されることによって熱収縮し、残留応力によりレーザ光Ｌの照射側に折れ曲がる。

（３）第２板材の加工
図５に示すように、第２板材３３をレーザ加工することによって、第２板材３３に対して長手孔４７を形成する。図５は、第２板材の加工状態を示す平面図である。長手孔４７は、平面形状として凸片４５に対応している。さらに詳細には、長手孔４７は、第１長手断面４７ａ、第２長手断面４７ｂ、及び短手断面４７ｃを有している。

（４）組み付け（位置決めステップの一例）
図６に示すように、第１板材３１と第２板材３３を互いの面で重ねた状態で、平面方向に位置決めする。図６は、第１板材と第２板材を組み付けた状態を示す平面図である。
具体的には、凸片４５が長手孔４７に嵌まるように第１板材３１と第２板材３３が重ねられる。このとき、第２板材３３の長手孔４７の第１長手断面４７ａ、第２長手断面４７ｂが、第１板材３１を凸片４５の第１長手断面４５ｃ、第２長手断面４５ｄにそれぞれ当接又は近接する。さらに、第２板材３３の長手孔４７の短手断面４７ｃが、第１板材３１を凸片４５の先端断面４５ｅに当接又は近接する。このようにして、加工装置１で製作する部品においても突き当てによる位置決め方法が可能となる。この結果、組立板物５１が得られる（後述）。

以上をまとめると、レーザ加工で第１板材３１に凸片４５を形成し、次に、第１板材３１と第２板材３３を重ねるときに第２板材の長手孔４７に第１板材３１の凸片４５を嵌めることで、第１板材３１と第２板材３３を位置決めできる。

（５）組立板物
組立板物５１は、図６に示すように、第１板材３１と、第２板材３３とを備えている。第１板材３１は、母材（第１板材３１の平板な部分）と、母材から立ち上がった長手状の凸片４５とを有する。凸片４５の基端４５ａ側には熱変形部４６が形成されている。
第２板材３３には、平面形状として凸片４５に対応した長手孔４７が形成されている。
組立板物５１では、第１板材３１の上に第２板材３３が重ねられ、凸片４５は長手孔４７に嵌まっている。これにより、第１板材３１と第２板材３３が平面方向に位置決めされている。具体的には、第２板材３３は第１板材３１に対して図上下方向と図右方向に移動不能である。
この後、第１板材３１と第２板材３３は、例えば、溶接、ボルト・ナットで固定される。

２．第２実施形態
第１実施形態では第１板材の凸片には第２板材の長手孔が当接していたが、第１板材の凸片に当接する部分は第２板材の辺の断面でもよい。
図７を用いて、そのような実施例を第２実施形態として説明する。図７は、第２実施形態の第１板材と第２板材を組み付けた状態を示す斜視図である。

第１板材３１の加工は第１実施形態と同じである。
第２板材３３は、図７に示すように、第１板材３１に重ねられた状態で、凸片４５の第２長手断面４５ｄに当接させられることで、第１板材３１に対して平面方向に位置決めされている。具体的には、第２板材３３の一辺の断面３３ａが凸片４５の第２長手断面４５ｄに当接している。その結果、第１板材３１は第２板材３３に対して図７上側に移動できず、第２板材３３は第１板材３１に対して図７下側に移動できない。
以上の結果、第１板材３１と第２板材３３によって、組立板物５９が形成されている。

３．第３実施形態
本発明は、スプリングバックによるテンション付与構造としても利用できる。それにより、板材同士の位置決めとして、板材同士ではめ込みを行なった際のがたつきが防止される。
図８及び図９を用いて、そのような実施例を第３実施形態として説明する。図８は、第３実施形態の第１板材と第２板材を組み付けた状態を示す平面図である。図９は、図８のＩＸ−ＩＸ断面図である。

（１）位置決め方法
第３実施形態に係る板材位置決め方法は、平板部を有する第１板材５３と断面コの字部分６３を有する第２板材６１を互いの面で重ねて位置決めをする方法である。この方法は、下記のステップを備えている。
第１実施形態と同じく、第１板材５３をレーザ加工することで、第１板材５３の母材に対し長手状の片部を形成するように切り込みを入れ、次に片部の基端側をレーザ加工して加熱することで、片部の先端を立ち上がらせて母材に対して立ち上がる凸片５５を形成する。凸片５５は、基端５５ａと先端５５ｂを有している。また、凸片５５の基端５５ａ側には、熱変形部５７が形成されている。なお、凸片５５の自由状態での立ち上がり長さＨは、第２板材６１の断面コの字部分６３の上下間隔Ｓより長い。

次に、図８及び図９に示すように、凸片５５を第２板材６１の断面コの字部分６３の開き口から進入させる。この進入に伴って、凸片５５は、断面コの字部分６３によって上から押さえ付けられて、自由状態よりもさらに深く曲げられる。それにより、凸片５５にスプリングバックが生じる。このスプリングバックにより、凸片５５の先端５５ｂが上側部分に押し付けられると共に、凸片５５の基端５５ａが下側に部分に押し付けられて、第１板材５３及び第２板材６１が摩擦力により接合される。これにより、組立板物７１が得られる。

以上をまとめると、レーザ加工で第１板材５３に凸片５５を形成し、第１板材５３の凸片５５を第２板材６１の断面コの字部分６３に嵌めることで、そのスプリングバックを利用して第１板材５３と第２板材６１を平面方向に位置決めできる。

（２）組立板物
組立板物７１は、第１板材５３と、第２板材６１とを備えている。
第１板材５３は、母材と、母材から立ち上がった長手状の凸片５５とを有している。
第２板材６１は、凸片５５が挿入された断面コの字部分６３を有している。凸片５５のスプリングバックによって、第１板材５３と第２板材６１はがたつきが防止されている。
この実施形態では、溶接やボルト等を用いた締結によることなく、２枚の金属製板材を互いに接合できる。

４．第４実施形態
第１実施形態及び第２実施形態では、凸片の熱変形部（折り曲げ部）は一箇所であったが、複数箇所であってもよい。
図１０を用いて、そのような実施形態を第４実施形態として説明する。図１０は、第４実施形態の第１板材の加工状態を示す斜視図である。
凸片８１は、第１熱変形部８３と、第２熱変形部８５とを有している。第２熱変形部８５が第１熱変形部８３より基端側に形成されている。これにより、２段階の立ち上げができ、第１立ち上がり部８７及び第２立ち上がり部８９が形成されている。その結果、凸片８１の立ち上がり長さＨが長くなっている。
なお、レーザ光Ｌによる加熱は、第１熱変形部８３、第２熱変形部８５の順番で行うことが好ましい。その順番で加工すれば、どちらの箇所でもレーザ光Ｌを平坦な部分に照射できるからである。

５．他の実施形態
以上、本発明の複数の実施形態について説明したが、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。特に、本明細書に書かれた複数の実施形態及び変形例は必要に応じて任意に組み合せ可能である。
第１実施形態では、凸片及び長手孔の組み合わせは１つだけ示されていたが、実際は複数設けられていてもよい。例えば、上記組み合わせが線対称で２つあれば、第１板材と第２板材はいずれの平面方向にも移動不能になる。

凸片の平面形状は第１〜第４実施形態のものに限定されない。

本発明は、板材の位置決め方法、及び組立板物に広く適用できる。

１ ：レーザ加工装置
３１ ：第１板材
３３ ：第２板材
３３ａ ：断面
４１ ：切り込み
４３ ：片部
４３ａ ：基端
４３ｂ ：先端
４５ ：凸片
４５ａ ：基端
４５ｂ ：先端
４５ｃ ：第１長手断面
４５ｄ ：第２長手断面
４５ｅ ：先端断面
４６ ：熱変形部
４７ ：長手孔
４７ａ ：第１長手断面
４７ｂ ：第２長手断面
５１ ：組立板物
５３ ：第１板材
５５ ：凸片
６１ ：第２板材
６３ ：断面コの字部分
７１ ：組立板物
８１ ：凸片
８３ ：第１熱変形部
８５ ：第２熱変形部
Ｈ ：立ち上がり長さ
Ｌ ：レーザ光
Ｓ ：上下間隔

Claims (6)

1. 第１板材と第２板材を互いの面で重ねて平面方向に互いに位置決めする方法であって、
   前記第１板材をレーザ加工することによって、前記第１板材の母材に対し長手状の片部を形成するように切り込みを入れるステップと、
   前記片部の基端側をレーザ加工することによって加熱し、前記片部の先端を立ち上がらせることで、前記母材に対して立ち上がる凸片を形成するステップと、
   前記第２板材を前記第１板材に重ねた状態で、前記第２板材を前記凸片の断面に当接させることで、前記第１板材と前記第２板材を位置決めするステップと、
   を備えた板材の位置決め方法。
2. 前記第２板材に、平面形状として前記凸片に対応した長手孔を形成するステップをさらに備え、
   前記位置決めステップでは、前記凸片が前記長手孔に嵌まるように前記第１板材と前記第２板材を重ねる、請求項１に記載の板材の位置決め方法。
3. 平板部を有する第１板材と断面コの字部分を有する第２板材を、互いの面で重ねて平面方向に互いに位置決めする方法であって、
   前記第１板材をレーザ加工することで、前記第１板材の母材に対し長手状の片部を形成するように切り込みを入れるステップと、
   前記片部の基端側をレーザ加工して加熱することで、前記片部の先端を立ち上がらせて前記母材に対して立ち上がる凸片を形成し、前記凸片の立ち上がり長さは前記第２板材の前記断面コの字部分の上下間隔より長い、ステップと、
   前記凸片を前記第２板材の前記断面コの字部分内に挿入して前記第１板材と前記第２板材を重ね、前記凸片のスプリングバックによって前記第１板材と前記第２板材を位置決めするステップと、
   を備えた板材の位置決め方法。
4. 組立板物であって、
   母材と、前記母材から立ち上がり、基端に熱変形部を有する長手状の凸片とを有する第１板材と、
   前記第１板材に重ねられた状態で、前記凸片の断面に当接させられることで、前記第１板材に対して平面方向に位置決めされた第２板材と、
   を備えた組立板物。
5. 前記第２板材には、平面形状として前記凸片に対応した長手孔が形成されており、
   前記凸片は、前記長手孔に嵌まっている、請求項４に記載の組立板物。
6. 組立板物であって、
   母材と、前記母材から立ち上がり、基端に熱変形部を有する長手状の凸片とを有する第１板材と、
   前記凸片が挿入された断面コの字部分を有する第２板材とを備え、
   前記凸片のスプリングバックによって、前記第１板材と前記第２板材は平面方向に位置決めされている、組立板物。

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