JP3788456B2 - テーラードブランク材の連続溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、テーラードブランク材の連続溶接装置に関する。

例えば自動車の車体などのように、隣接する部位に材質や板厚等が異なる鋼板を必要とする場合、二枚（あるいはそれ以上）の短冊状に予め断裁された鋼板（ブランク材）を長手方向に連続して溶接することによりテーラードブランク材を形成して対処している。

短冊状鋼板同士を溶接してテーラードブランク材を形成する方法としては、複数のブランク材の端面同士を隙間がないように突き合わせた状態で固定し、接合部に沿って移動可能な可動式溶接器具を用いて複数のブランク材の同士を溶接する方法や（例えば特許文献１参照）、端面同士を突き合わせた状態で複数のブランク材を移動させ、固定式の溶接器具を用いて複数のブランク材の同士を溶接する方法（例えば特許文献２および３参照）がある。
特開平１０−１５６８８号公報（段落番号［００５０］および図１） 特公平６−１３１５３号公報（第３頁および第２図） 特開２０００−８４６９５号公報（第７頁、第８頁および図１）

しかしながら、ブランク材を固定し、溶接器具を移動させる方法は、溶接器具の移動可能な長さに制約があるため、長尺のブランク材を溶接する場合には不向きである。

また、ブランク材を固定する際の位置決め時間がタイムサイクルに影響するため、例えばレーザー式の溶接器具を用いる場合その発振効率が上がらない。さらに、ブランク材同士を平面上で突き合わせるため、それらの端面精度が必要となり、特に部材が長尺化すればするほど精度管理が困難になると共に、バリや変形が生じやすくなり、異物の影響も受けやすくなって好ましくない。

さらにまた、ブランク材の端面形状によって、ロッド毎の溶接ラインの微調整が必要になると共に、溶接装置全体として稼動部が多く複雑で、故障や溶接不良の原因となりやすい。

一方、溶接器具を固定し、ブランク材を移動させる方法は、例えば特許文献３に示すように、ロール状に巻かれた長尺のブランク材を溶接する場合には適しているが、短冊状（シート状）に切断されたブランク材を溶接する場合、以下のような問題が生じる。

すなわち、ブランク材の移動装置は板材の端面同士を隙間がないように突き合わせるために、その装置の幅中心を通り板材の搬送方向に沿った装置の中心軸に対して傾きをもって水平面内に配置された複数の搬送ローラを備えている。

溶接の前半部においては溶接されるブランク材に接触する搬送ローラ数が多いので、ブランク材の端面側への搬送ローラの押し付け力を強く作用させることが可能である反面、溶接の後半部においては接触可能な搬送ローラ数が減少するので、上記押し付け力も弱まって端面間（突き合わせ部分）に隙間が生じる可能性が発生し、その場合溶接品質の低下を招く虞がある。

上記押し付け力を強めるために板材と搬送ローラとの接触圧力を高めることも可能であるが、この接触圧力の増加に伴って搬送ローラの磨耗が早まり、結果的にその耐久性が低下するので好ましくない。

本発明は上述した事情を考慮してなされたもので、コストの削減を図ると共に、溶接器具の稼働率向上を図り、さらに溶接不良の削減、溶接速度の向上および生産性の向上を図ったテーラードブランク材の連続溶接装置を提供することを目的とする。

本発明に係るテーラードブランク材の連続溶接装置は、上述した課題を解決するために、請求項１に記載したように、予め短冊状に断裁された複数枚のブランク材を搬送する搬入ユニットと、上記ブランク材を接合する溶接器具と、接合されて一体化されたテーラードブランク材を搬出する搬出ユニットを備え、上記搬入ユニットは搬送ローラ装置とクランプローラ装置とから構成される一方、上記搬送ローラ装置およびクランプローラ装置はブランク材を挟んで搬送する搬入ローラおよびクランプローラを備え、動力によって駆動される上記搬入ローラを回動自在に軸支する回動軸を上記ブランク材の搬送方向軸線に直交させて配置すると共に、上記クランプローラを回動自在に軸支する回動軸を上記搬入ローラの回動軸に対し傾きを持って配置したものである。

また、上述した課題を解決するために、請求項２に記載したように、上記クランプローラを上記搬入ローラよりも幅狭に形成すると共に、上記ブランク材に当接する上記クランプローラの外周面に弾性体を巻装したものである。

さらに、上述した課題を解決するために、請求項３に記載したように、上記溶接器具によって上記ブランク材が溶接される溶接地点の搬送方向下流側に、溶接が終了したブランク材をその搬送方向から見て左右方向中央部と左右両側部との湾曲曲率を異ならせるように湾曲させて搬送する湾曲形成部を設けたものである。

さらにまた、上述した課題を解決するために、請求項４に記載したように、上記ブランク材の左右方向中央部の湾曲曲率を左右両側部の湾曲曲率より大きくなるように設定したものである。

そして、上述した課題を解決するために、請求項５に記載したように、上記湾曲形成部を、上記溶接地点が設置される平面の延長面より少し高い位置に突出するように設け、少なくとも上記ブランク材の左右方向中央部に当接するように設けたものである。

本発明に係るテーラードブランク材の連続溶接装置によれば、溶接器具の稼働率が向上すると共に、溶接速度の向上および生産性の向上が図られ、さらに溶接品質も向上する。

また、接触圧力の増加に伴う搬送ローラの磨耗が減少し、耐久性が向上すると共に、コストダウンにも繋がる。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

図１は、本発明に係るテーラードブランク材の連続溶接装置の斜視図である。図１に示すように、この連続溶接装置１は例えば枠組み２に組み付けられた、ブランク材の搬送装置３を備える。搬送装置３は主にブランク材の搬入ユニット４と搬出ユニット５とから構成される。

図２は、後述する搬送ローラ装置の拡大斜視図であり、図３は、後述するクランプローラ装置の拡大斜視図である。また、図４は、連続溶接装置の側面図であり、図５は搬入ユニットの平面図である。さらに、図６は連続溶接装置の簡略化した側面図であり、図７および図８はそれぞれ連続溶接装置の簡略化した斜視図である。

図１〜図８に示すように、この連続溶接装置１は例えば二枚、あるいはそれ以上の予め短冊状に断裁された鋼板であるブランク材６を搬送しながら溶接器具７によって長手方向に連続して溶接し、一体化することによりテーラードブランク材６を形成するものである。具体的には、幅方向に並べられた二枚のブランク材６を搬入ユニット４によって溶接器具７方向へ搬入し、所定の位置において溶接器具７を用いて二枚のブランク材６を接合した後、一体化されたブランク材６（テーラードブランク材８）を搬出ユニット５で搬出するものである。

ブランク材６の搬入ユニット４および搬出ユニット５は例えば床面上に配置される搬送ローラ装置９と、この搬送ローラ装置９の上方に配置されるクランプローラ装置１０とから構成される。そして、ブランク材６はその上下をクランプローラ装置１０および搬送ローラ装置９に挟まれて搬送される。

搬送ローラ装置９は、その前半部に搬入ローラ１１を、後半部に搬出ローラ１２を備え、これらの搬入・出ローラ１１，１２が例えば搬入ユニット４と搬出ユニット５との間に設置されたモータ１３等の動力によって例えばベルト１４等を介して回動駆動されると共に、クランプローラ装置１０はそのクランプローラ１５が搬入ユニット４の搬入・出ローラ１１，１２にブランク材６を押し付けてこのブランク材６と搬入・出ローラ１１，１２との滑りを制御する。なお、クランプローラ装置１０はブランク材６の設置時に邪魔にならぬよう、可動式に構成される。また、搬送ローラ装置９は枠組み２等に固定される。

搬入ローラ１１は、ブランク材６の搬送方向軸線に直交する回動軸１６に回動自在に軸支され、複数個の搬入ローラ１１がブランク材６の搬送方向軸線に沿って二枚の短冊状ブランク材６毎に並行配置される。一方、クランプローラ１５はブランク材６を挟んで各搬入ローラ１１に対応して配置されるとともに、クランプローラ１５を回動自在に軸支する回動軸１７は搬入ローラ１１の回動軸１６に対し傾きを持って配置される。

さらに、図６および図７に示すように、ブランク材６の搬入ユニット４はその搬送方向に沿ってブランク材６の厚さ方向、すなわち上下方向へ円弧状に湾曲する湾曲区間１８が設けられる。また、この湾曲区間１８は、二枚のブランク材６のうち、一方を下方から斜め上方に向かって、他方を上方から斜め下方に向かって搬送するよう上下にずらして形成されると共に、溶接地点１９直前で同じ高さになって平行に付き合わされるよう、搬送ローラ装置９およびクランプローラ装置１０の各ローラ１１，１２の位置が設定される。

さらにまた、ブランク材６に対して常時滑りを起こしているクランプローラ１５は搬入ローラ１１よりも幅狭に形成されて搬入ローラ１１と対向する位置に配置されると共に、ブランク材６に当接するクランプローラ１５の外周面には例えばウレタン等の弾性体２０が巻装される。

そして、搬入ユニット４には二枚のブランク材６の溶接側端縁６ａを溶接地点１９に導く複数個のセンターガイドローラ２１が設けられる。センターガイドローラ２１は、少なくとも搬入ユニット４の湾曲区間１８のほぼ全長に渡って、且つ平面視で二枚のブランク材６の接合線を挟んで鉛直面の左右に配置され、搬入ローラ１１が回動することにより斜めに取り付けられたクランプローラ１５がブランク材６の溶接側端縁６ａを湾曲区間１８に沿って湾曲させると共に、センターガイドローラ２１に押し付ける。また、センターガイドローラ２１は、ブランク材６が最終の搬入ローラ１１で搬送面が同一平面となるとき、ブランク材６同士が重ならないよう、若干の隙間を持たせるように設定される。

本実施形態においては、固定式のレーザー式溶接器が溶接器具７として用いられ、搬入ユニット４と搬出ユニット５との間に上方から設置される。また、レーザーの照射によって二枚のブランク材６が溶接される溶接地点１９を、以下レーザーポイントと称す。

レーザーポイント１９には、最後の搬入ローラ１１および最初の搬出ローラ１２としての、左右が一体化された前後一対のメインローラ２２と、これらのメインローラ２２に対向配置されるクランプローラ１５としてのアッパーローラ２３とが配置され、これらのローラ２２，２３間にガイドテーブル２４を備えた平面搬送部２５が形成される。また、ガイドテーブル２４上のレーザーポイント１９の前後左右には、このガイドテーブル２４にブランク材６を押し当てる複数個のレベルローラ２６を有するバックアップユニット２７が設けられる。

レベルローラ２６は少なくともその外周面がアッパーローラ２３より硬く変形しにくい材質で形成され、左右のブランク材６が重なり合うことなく正確に付き合わされるよう、レーザーポイント１９に近接配置されてブランク材６をガイドする。

ところで、最後の搬入ローラ１１であるメインローラ２２によって搬送面が同一となる左右のブランク材６は、その部位にセンターガイドローラ２１が存在しないため、左右のブランク材６はクランプローラ１５によって突き合わされ、隙間なく密着し、この時点でレーザー照射されて溶接される。なお、ブランク材６の前後位置合わせは、ブランク材６投入時の精度で決定される。

一方、ブランク材６溶接の後半時には搬入ローラ１１とクランプローラ１５とに挟まれるブランク材６の長さが減少するため、センターガイドローラ２１への押し付け力が減少し、ブランク材６同士の後半部端面間において隙間が生じる虞がある。

そこで、本願発明においては、ブランク材６の溶接部後半部端面間における隙間の発生を抑制するために、ブランク材６をその搬送方向から見て左右方向中央部６ａと左右両側部６ｂとの湾曲曲率が異なるように湾曲させている。そして、具体的には、図９に示すように、ブランク材６の左右方向中央部６ａの湾曲曲率を左右両側部６ｂの湾曲曲率より大きくなるように、すなわち湾曲半径を小さく設定される。

そして、ブランク材６を上述したように湾曲させる手段として、レーザーポイント１９の搬送方向下流側に湾曲形成部２８が設けられる。湾曲形成部２８は、レーザーポイント１９に最も近接して配置された搬出ローラ１２が担当し、バックアップユニット２７のガイドテーブル２４が形成する平面の延長面より少し高い位置に突出するように設定され、少なくともブランク材６の左右方向中央部６ａに当接するように設けられる。

この湾曲形成部２８の搬出ローラ１２は、溶接の終了したブランク材６の左右方向中央部６ａを上方に押し上げるように形成される。また、この搬出ローラ１２は他の搬出ローラ１２と同様に前記メインローラ２２と同期して回転駆動される。

さらに、図１に示すように、搬入ユニット４の両側部には幅広のブランク材６を用いた際の垂れ防止用の補助ローラ２９が設けられる。また、搬出ユニット５の両側部にも同様に垂れ防止用の補助ローラ３０が設けられる。そして、搬出ユニット５両側部の補助ローラ３０は前述したブランク材６の湾曲曲率設定にも用いられる。

次に、本実施形態の作用について説明する。

ブランク材６を上下から挟んで搬送するクランプローラ１５および搬入ローラ１１のうち、ブランク材６の搬送方向軸線に直交する回動軸１６に回動自在に軸支された、ブランク材６を下方から支持する搬入ローラ１１をモータ１３等の動力で駆動すると共に、ブランク材６を上方から押さえつける、駆動力を不用とするクランプローラ１５を回動自在に軸支する回動軸１７を、搬入ローラ１１の回動軸１６に対し傾きを持って配置したことにより、各搬入ローラ１１へモータ１３の駆動力を伝達する構造が簡潔に構成できる。

また、クランプローラ１５を搬入ローラ１１よりも幅狭に形成すると共に、ブランク材６に当接するクランプローラ１５の外周面に例えばウレタン等の弾性体２０を巻装したことにより、局部的な押圧によりブランク材６の傷や凹み等の発生を防止すると共に、ブランク材６との滑りを可能にする。

さらに、レーザーポイント１９の搬送方向下流側に、溶接が終了したブランク材６をその搬送方向から見て左右方向中央部６ａと左右両側部６ｂとの湾曲曲率を異ならせるように、具体的にはブランク材６の左右方向中央部６ａの湾曲曲率を左右両側部６ｂの湾曲曲率より大きくなるように湾曲させて搬送させる湾曲形成部２８を、レーザーポイント１９が設置されるバックアップユニット２７のガイドテーブル２４が形成する平面の延長面より少し高い位置に突出するように設け、少なくともブランク材６の左右方向中央部６ａに当接するように設けたことにより、ブランク材６の溶接部後半部端面間における隙間の発生を抑制することができる。

隙間の発生が抑制される結果、溶接器具７の稼働率が向上すると共に、溶接速度の向上および生産性の向上が図られ、さらに溶接品質も向上する。また、隙間の発生を抑制するためにブランク材６と搬入・出ローラ１１，１２との接触圧力を高めることも不要なので、接触圧力の増加に伴う搬入・出ローラ１１，１２の磨耗が減少し、耐久性が向上すると共に、コストダウンにも繋がる。

さらにまた、ブランク材６の搬入ユニット４に、その搬送方向に沿ってブランク材６の厚さ方向へ円弧状に湾曲する湾曲区間１８を設けたことにより、以下の作用を奏する。

例えば図７においてブランク材６板面の搬送方向と平行な軸線をＹ軸、ブランク材６板面上でＹ軸と直角に交差する軸線をＸ軸、そしてブランク材６板面に直角に交差する軸線をＺ軸とした場合、ブランク材６はそのＸ軸線方向の溶接側端縁６ａのみそのＺ軸線方向の移動が規制され、反対側の端縁６ｂは自由にＺ軸線方向へ移動可能となっている。

このような構成において、例えばブランク材６の、溶接側端縁６ａの精度が不良でブランク材６のＹ軸線が搬入ユニット４の搬送方向軸線からＸ軸線方向にずれてしまったとしても、このずれはブランク材６の反対側端縁６ｂがＺ軸方向に波打つよう上下に湾曲することで吸収可能である。

しかしながら、仮にブランク材６の搬入ユニット４が直線状に設けられている場合、ブランク材６の反対側端縁６ｂの湾曲方向が上記ずれの方向によって上下に波打つように変形するので局部的に応力が集中しやすく、ブランク材６の溶接側端縁６ａをセンターガイドローラ２１へ押し付けるために大きな力が必要となる。

反面、本願発明の実施形態に示すように、ブランク材６の搬入ユニット４に、その搬送方向に沿ってＺ軸方向に湾曲する湾曲区間１８を設けた場合、ブランク材６のＸ軸方向への移動の自由度が増すので、クランプローラ１５によるセンターガイドローラ２１への押し付ける力は小さくて済み、さらにブランク材６の反対側端縁６ｂの変形を分散させるので局部的に応力が集中することがなく、高品質の溶接を得ることが可能となる。

なお、ブランク材６の搬入ユニット４に湾曲区間１８を設けたことによりブランク材６のＸ軸方向への移動の自由度が増したので、ブランク材６の搬送方向後端部が重なり合わぬよう、センターガイドローラ２１がブランク材６の溶接側端縁６ａの位置をほぼ全長にわたって規制するように配置される。

本発明に係るテーラードブランク材の連続溶接装置の一実施形態を示す連続溶接装置の斜視図。 搬送ローラ装置の拡大斜視図。 クランプローラ装置の拡大斜視図。 連続溶接装置の側面図。 搬入ユニットの平面図。 連続溶接装置の簡略化した側面図。 連続溶接装置の簡略化した斜視図。 連続溶接装置の簡略化した斜視図。 湾曲されたブランク材の斜視図。

符号の説明

１ 連続溶接装置
４ 搬入ユニット
５ 搬出ユニット
６ ブランク材
７ レーザー式溶接器（溶接器具）
８ テーラードブランク材
９ 搬送ローラ装置
１０ クランプローラ装置
１１ 搬入ローラ
１３ モータ（動力）
１５ クランプローラ
１６ 搬入ローラの回動軸
１７ クランプローラの回動軸
１８ 湾曲区間
１９ レーザーポイント（溶接地点）
２０ 弾性体
２１ センターガイドローラ
２４ ガイドテーブル
２８ 湾曲形成部

Claims (5)

1. 予め短冊状に断裁された複数枚のブランク材を搬送する搬入ユニットと、上記ブランク材を接合する溶接器具と、接合されて一体化されたテーラードブランク材を搬出する搬出ユニットを備え、上記搬入ユニットは搬送ローラ装置とクランプローラ装置とから構成される一方、上記搬送ローラ装置およびクランプローラ装置はブランク材を挟んで搬送する搬入ローラおよびクランプローラを備え、動力によって駆動される上記搬入ローラを回動自在に軸支する回動軸を上記ブランク材の搬送方向軸線に直交させて配置すると共に、上記クランプローラを回動自在に軸支する回動軸を上記搬入ローラの回動軸に対し傾きを持って配置したことを特徴とするテーラードブランク材の連続溶接装置。
2. 上記クランプローラを上記搬入ローラよりも幅狭に形成すると共に、上記ブランク材に当接する上記クランプローラの外周面に弾性体を巻装した請求項１記載のテーラードブランク材の連続溶接装置。
3. 上記溶接器具によって上記ブランク材が溶接される溶接地点の搬送方向下流側に、溶接が終了したブランク材をその搬送方向から見て左右方向中央部と左右両側部との湾曲曲率を異ならせるように湾曲させて搬送する湾曲形成部を設けた請求項１または２記載のテーラードブランク材の連続溶接装置。
4. 上記ブランク材の左右方向中央部の湾曲曲率を左右両側部の湾曲曲率より大きくなるように設定した請求項３記載のテーラードブランク材の連続溶接装置。
5. 上記湾曲形成部を、上記溶接地点が設置される平面の延長面より少し高い位置に突出するように設け、少なくとも上記ブランク材の左右方向中央部に当接するように設けた請求項３または４記載のテーラードブランク材の連続溶接装置。

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