JP3820346B2 - 鋼板の突き合わせ溶接方法および装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板の突き合わせ溶接方法、およびその方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の鋼板を突き合わせ溶接する方法および装置は従来から知られており、広く実用されている。この溶接は、鋼板を所定の形状にプレス成形した後に行うのが普通であるが、プレス成形前に溶接により複数の鋼板を接合し、その後、プレス成形する場合もあり、テーラードブランク法と称されている。
【０００３】
テーラードブランク法とは、一般的には、複数の鋼板をプレス成形前に溶接により接合し、一体化する方法である。この方法によれば、特定の複雑な形状の一体もの（部品）を、その形状になるように切断された複数の鋼板をそれぞれ溶接接合することにより得ることができる（このようにして得られたものを、テーラードブランク材という）ので、打ち抜き、穴あけ等の加工方法による場合に比べて、素材ロスを低減できるという利点がある。そのため、自動車製造業界では比較的早くからこの技術が取り入れられ、フロントサイドメンバ、リヤサイドメンバ、ドアインナ等の製造に用いられてきている。
【０００４】
一方、省資源および環境への配慮から、自動車車体の軽量化への要求が高まっており、高張力鋼板の採用をはじめとして種々の対策が講じられてきた。テーラードブランク法の採用もその一つである。すなわち、接合する複数の鋼板として、同じ厚さおよび材質の鋼板ではなく、厚さの異なる鋼板、または更に材質の異なる鋼板を用いたテーラードブランク材を車体の部品として使用すれば、強度が必要な部分だけ厚い鋼板や高張力鋼板を使用することが可能となるので、補強材を用いる必要がなく、車体全体を軽量化することができる。また、補強材を必要としないので、コストダウンも可能である。なお、通常、テーラードブランク材といえば、この厚さや更に材質の異なる鋼板を溶接接合し、プレス成形に供するものをいう。
【０００５】
溶接方法としては、一般に、２枚の鋼板を突き合わせ、その突き合わせた部分にレーザビームを照射して接合するレーザ溶接法、プラズマを照射して接合するプラズマ溶接法、またはローラ形状の電極で２枚の鋼板を挟み、圧力を加えながら通電して接合するマッシュシーム溶接法が用いられる。このうち、レーザ溶接法は、装置価格は高価であるが、対象鋼種、鋼板の形状における自由度が大きく、長い溶接線を有する部品の製造に適するという長所があり、普及しつつある。しかし、溶接欠陥の発生を抑えるためには突き合わせ部分におけるギャップ（隙間）を0.05mm以下にすることが必要とされており、溶接時の位置決めが溶接施工上の重要な工程になっている。
【０００６】
複数の鋼板を突き合わせ、レーザ溶接により接合するに際し、鋼板が２枚でしかも接合個所が１個所の場合は、位置決め精度の確保は比較的容易であり、従来から実施されている。しかし、接合する鋼板が２枚でも、その形状が複雑になって接合個所が増えたり、鋼板の数が増え、接合個所がさらに多くなると、わずかの寸法誤差であっても、突き合わせたときに大きなギャップ（隙間）となって現れる場合もあり、位置決めの精度を確保することは必ずしも容易ではない。
【０００７】
したがって、鋼板の数が多い場合は、工程数を増やして、１枚づつ接合する方法が採られることが多いが、当然ながら効率はよくない。
【０００８】
そのため、新たな提案もなされており、例えば特開平10−137980号公報では、多数のブランク材（鋼板）を接合して一つの部品を製造する場合に好適な突き合わせ位置決め装置が記載されている。すなわち、ブランク材の端面を溶接線上に位置決めする基準ピンと、ブランク材を固定するクランパと、ブランク材を狭持する回動可能な矯正クランパと、この矯正クランパを鉛直方向または溶接線に接離するように駆動するアクチュエータからなる装置である。アクチュエータを駆動させブランク材を撓ませてギャップを矯正する際、ギャップの矯正量に応じて、撓み量が異なるとともに、矯正クランパが回動するので、正確な位置決めができるとしている。
【０００９】
また、特開平11− 90684号公報では、突き合わせるブランク材の片方が傾斜していて、接合部の端面に均一な押圧力を付与できない場合に適用できる位置決め装置として、ブランク材の端面を溶接線上に位置決めする基準ピンと、ブランク材を狭持するとともに、溶接線へ向けて駆動可能な内側クランププッシャーと、ブランク材を固定するクランパを備え、さらにブランク材を撓ませる外側クランププッシャーを備えるブランク材の突き合わせ位置決め装置が提案されている。ブランク材に撓みを与えつつギャップを矯正する際に、内側クランクプッシャーが回転して、ギャップの矯正の際のブランク材の変位に追従することができ、矯正が円滑に行えるとされている。
【００１０】
しかし、これらの公報に記載されるブランク材の突き合わせ位置決め装置は、接合部の端面間のギャップを確実に矯正してレーザ溶接を円滑に行い得るものではあっても、いずれもクランパの駆動装置を増やさざるを得ず、またそのための構造的に強固な支持台を要する等、大がかりな装置が必要と考えられ、現実的な対応策であるとはいえない。
【００１１】
一方、テーラードブランク材を製造するにあたっては、上述したブランク材（以下、鋼板という）の突き合わせ位置決めの工程とともに、複数の鋼板を突き合わせ位置まで搬送する工程も重要である。この工程では、例えば、別々に置かれている複数の鋼板をそれぞれ所定の位置まで搬送したり、テーブル上であらかじめ複数の鋼板の相互の位置関係を整えておき、そのテーブルを所定の位置まで移動（搬送）したりする。後者の方法は合理的ではあるが、テーブルの搬送距離が長いと、鋼板の相互の位置関係を整えていても、搬送の間に個々の鋼板にずれや傾きが生じやすい。鋼板の形状が複雑になるほどその傾向は顕著になる。鋼板の数が増えると、その搬送中における鋼板の配置の乱れはますます大きいものとなる。
【００１２】
また、多品種のテーラードブランク材の製造への対応も必要であり、さらに、接合後の完成品の装置外への搬送も円滑に行われなければならない。
【００１３】
このような材料のハンドリング面についても、従来から数多くの開発、改良が重ねられてきた。しかし、さらに製造の効率化を図り、製造コストを低減する上から、より一層の改善、改良が望まれている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような状況に鑑みなされたもので、複数の鋼板を突き合わせ溶接するにあたり、鋼板の搬送距離が短く、接合の際の突き合わせ位置決めが容易で、効率のよい鋼板の突き合わせ溶接方法、およびその方法を実施するための装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、下記（１）の鋼板の突き合わせ溶接方法、およびその方法を実施するための下記（２）の装置にある。
（１）溶接に用いる鋼板を保管する材料スタンド、前記鋼板の位置決めを行う鋼板セット位置、前記鋼板の溶接を行う溶接位置および溶接完了後の前記鋼板を保管する完成品スタンドをそれぞれ分離して備え、下記の工程１〜６により複数の鋼板を突き合わせ溶接する鋼板の突き合わせ溶接方法。
【００１６】
工程１．前記材料スタンドから搬送された複数の鋼板を、前記鋼板セット位置で下パレット上に溶接個所を対向させて載置する
工程２．前記載置した鋼板の上に上パレットを載置し、下パレットと上パレットを結合する
工程３．前記結合した上下パレット間に挟み込まれた鋼板のそれぞれの溶接個所を突き合わせる位置決めを行い、その位置で鋼板をクランプする
工程４．前記クランプした鋼板を挟み込んだ上下パレットを前記鋼板セット位置から前記溶接位置まで移送する
工程５．上パレットの前記溶接個所に対応する部分に設けた開口部を介して鋼板の前記突き合わせ位置を溶接する
工程６．溶接が完了した鋼板を前記溶接位置から前記完成品スタンドまで搬送する
【００１７】
（２）溶接に用いる鋼板を保管する材料スタンドを備え、鋼板セット位置で位置決めを行い、溶接位置で溶接を行ったのち、溶接完了後の当該鋼板を完成品スタンドに保管する鋼板の突き合わせ溶接装置において、前記材料スタンドから前記鋼板セット位置まで搬送する搬送装置と、複数の鋼板を載置するための下パレットと、前記下パレット上に複数の鋼板をそれぞれの溶接個所を対向させて載置する手段と、前記溶接個所に対応する部分が開口をなし、下パレットと結合して下パレット上の前記複数の鋼板を下パレットとの間に挟み込むための上パレットと、上パレットと下パレットの間に挟み込まれた前記複数の鋼板のそれぞれの溶接個所を突き合わせて所定の溶接線上に位置決めするための突き合わせ位置決め手段と、上下パレット間に挟み込まれた鋼板をクランプする鋼板クランプ装置と、クランプした鋼板を挟み込んだ上下パレットを前記鋼板セット位置から前記溶接位置まで移送する走行装置と、前記位置決めした鋼板のそれぞれの溶接線に沿って鋼板を接合する溶接トーチと、溶接が完了した鋼板を前記溶接位置から前記完成品スタンドまで搬送する搬送装置を有する鋼板の突き合わせ溶接装置。
【００１８】
前記（２）の溶接装置において、上パレットが、ベースフレームと、前記ベースフレームの内側に保持され、交換可能で、鋼板の溶接個所に対応する部分に開口部が設けられた交換フレームからなるものであれば、接合する鋼板の個数、形状の変更に対して交換フレームと下パレットのみの交換により迅速に対応ることができるので、好ましい。
【００１９】
また、上パレットが、接合が完了した鋼板を吸着保持する機能を有するものであれば、鋼板を突き合わせ溶接するにあたってのサイクルタイムを短縮することができる。
【００２０】
ここでいう「パレット」とは、例えば、倉庫内で用いられている移動式の荷台、その他荷物を載せるための台など、通常「パレット」と称されているものに類するもので、溶接接合するための鋼板を載せる台（これを、「下パレット」という）を指すが、その台の上に被せて、下パレットと結合させるものをもここではパレット（これを、「上パレット」と記す）という。なお、「パレット」については後に詳述する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の鋼板の突き合わせ溶接方法、およびその方法を実施するための装置について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、前述したテーラードブランク材を製造する際に用いる突き合わせレーザ溶接方法およびその装置を例にとって述べる。
【００２２】
本発明の鋼板の突き合わせ溶接方法は、溶接に用いる鋼板を保管する材料スタンド、前記鋼板の位置決めを行う鋼板セット位置、前記鋼板の溶接を行う溶接位置および溶接完了後の前記鋼板を保管する完成品スタンドをそれぞれ分離して備え、下記の工程１〜６により複数の鋼板を溶接（レーザ溶接）する方法である。
【００２３】
工程１は、前記材料スタンドから搬送された複数の鋼板を、前記鋼板セット位置で下パレット上に溶接個所を対向させて載置する工程である。
【００２４】
前記材料スタンドから搬送された複数の鋼板を、前記鋼板セット位置で下パレット上に載置するのは、後述するように、鋼板の溶接を行う場所（溶接トーチが設置されている場所で、以下、「溶接位置」という）までの搬送を、従来行われている鋼板を別々に所定の位置まで搬送したり鋼板を載せたテーブルを移動させる方式ではなく、鋼板を下パレットと上パレットの間に挟み込んだ上下パレットを移動させる、いわば「カセット移動方式」を採用するからである。載置する際、複数の鋼板の溶接個所をそれぞれ対向させて載置する。溶接個所を突き合わせる位置決めは後の工程で行うので、ここではそれぞれの溶接個所を厳密に対向させる必要はない。
【００２５】
工程２は、前記載置した鋼板の上に上パレットを載置し、下パレットと上パレットを結合する工程である。
【００２６】
前記工程１で下パレット上に載置した鋼板の上に上パレットを載置して、下パレットと上パレットを結合するのは、下パレットと上パレットの間に鋼板を挟み込んだ状態で溶接個所の突き合わせ位置決めを行うためである。
【００２７】
工程３は、前記結合した上下パレット間に挟み込まれた鋼板のそれぞれの溶接個所を突き合わせる位置決めを行い、その位置で鋼板をクランプする工程である。
【００２８】
突き合わせ位置決めは、突き合わせ部分におけるギャップ（隙間）が通常のレーザ溶接で必要とされている範囲を超えないように行う。通常は、0.05mm以下とすれば十分である。
【００２９】
前記工程１で、各鋼板の溶接個所をそれぞれ対向させて載置しているので、位置決めのための鋼板の移動距離はごくわずかで済む。
【００３０】
突き合わせ位置決めは、後に図面に基づいて説明するが、下パレットに突出自在に取り付けられている位置決めストッパーで突き合わせ位置を決め、突き合わせた鋼板をその突き合わせ位置の近傍でその位置を挟んで対向する鋼板クランプ装置のクランプアームで上から押さえることにより行う。
【００３１】
工程４は、前記クランプした鋼板を挟み込んだ上下パレットを前記鋼板セット位置から前記溶接位置まで移送する工程である。
【００３２】
移送は、例えば、後述するように、上パレットに走行装置を取り付けておき、走行レール上を走行させることにより溶接位置まで移送する方法を採るのが簡便である。
【００３３】
工程５は、上パレットの前記溶接個所に対応する部分に設けられた開口部を介して鋼板の前記突き合わせ位置を溶接する工程である。
【００３４】
本発明の溶接方法で用いる上パレットには、あらかじめ溶接個所に対応する部分に開口部を設けておく。したがって、この開口部をとおして溶接することが可能であるし、前記の鋼板の突き合わせ位置決めもこの開口部を介して行うことができる。なお、下パレットにも前記の突き合わせ位置、すなわち、レーザビームが照射される位置に対応する部分にあらかじめ隙間（開口部）を設けておくのがよい。
【００３５】
工程６は、溶接が完了した鋼板を前記溶接位置から前記完成品スタンドまで搬送する工程である。
前記鋼板セット位置を挟み、前記材料スタンドとは反対側に隣接して、前記完成品スタンドが置かれる。後述するように、前記溶接位置で溶接が施された鋼板（完成品）は前記鋼板セット位置へ移送され、下パレットと上パレットの結合が解かれた後前記完成品スタンドへ搬送されるが、その搬送には、鋼板を前記材料スタンドから前記鋼板セット位置へ搬送する際に用いられる搬送装置が兼用される。
上記工程１〜６を経て溶接することによってテーラードブランク材（テーラード鋼板）を製造することができる。
【００３６】
上記本発明の鋼板の突き合わせ溶接方法は、本発明の装置、すなわち、前記材料スタンドから前記鋼板セット位置まで鋼板を搬送する搬送装置と、複数の鋼板を載置するための下パレットと、前記下パレット上に複数の鋼板をそれぞれの溶接個所を対向させて載置する手段と、前記溶接個所に対応する部分が開口をなし、下パレットと結合して下パレット上の前記複数の鋼板を下パレットとの間に挟み込むための上パレットと、上パレットと下パレットの間に挟み込まれた前記複数の鋼板のそれぞれの溶接個所を突き合わせて所定の溶接線上に位置決めするための突き合わせ位置決め手段と、上下パレット間に挟み込まれた鋼板をクランプする鋼板クランプ装置と、クランプした鋼板を挟み込んだ上下パレットを前記鋼板セット位置から前記溶接位置まで移送する走行装置と、前記位置決めした鋼板のそれぞれの溶接線に沿って鋼板を接合する溶接トーチと、溶接が完了した鋼板を前記溶接位置から前記完成品スタンドまで搬送する搬送装置を有する鋼板の突き合わせ溶接装置によって容易に実施することができる。
【００３７】
図１は、本発明の装置の一例の全体構成を示す概略斜視図である。
【００３８】
図１に示すように、装置全体の中央部分に相当する位置が「溶接位置ａ」である。溶接位置ａには、鋼板の溶接個所に沿って縦方向（図中に示したＸ方向およびその反対方向）および横方向（同じくＹ方向およびその反対方向）に移動可能に構成された溶接トーチ１が設けられている。また、溶接位置ａを含めてその両横方向に横長の架台３が設置され、架台３の縦方向両端の上面にレール２が取り付けられている。後述するように、鋼板を挟み込んだ上下パレットがこの架台３上を溶接位置ａまで移送される。
【００３９】
溶接位置ａの横方向に隣接して「鋼板セット位置ｂ」があり、この位置に置かれた下パレットスタンド（後述する図６参照）上に複数の鋼板を載置するための下パレット４が置かれている。この例では、下パレット４上には４枚の鋼板５がそれぞれの溶接個所を対向させて載置されている。
【００４０】
鋼板セット位置ｂの縦方向の一方（図１では、右下方向）に隣接して溶接に用いる鋼板５を保管している「材料スタンドｃ」が置かれ、この材料スタンドｃから、鋼板５が下パレット４上に搬送され、上記のように載置される。この例では、載置する手段として、下面に鋼板５を吸着保持するためのバキュームカップが取り付けられたガントリーローダー６が用いられる。なお、下パレット４には、後述するように、鋼板の突き合わせ位置決めに用いる位置決めストッパーが取り付けられている。
【００４１】
鋼板セット位置ｂの横方向（溶接位置ａとは反対の方向）に隣接して「上パレット待機位置ｄ」があり、この上パレット待機位置ｄの架台３上に、下パレット４と結合し、下パレット４上の鋼板５を下パレット４との間に挟み込むための上パレット７が置かれている。
【００４２】
上パレット７には、溶接個所に対応する部分に開口部８が設けられ、さらに、この例では、後述するように、下パレット４と結合するためのクランプ機構と、鋼板の位置決めに用いるサイドプッシャーおよび鋼板をクランプするための鋼板クランプ装置が取り付けられている。突き合わせ位置決め手段としては、前記の位置決めストッパーと、サイドプッシャーが用いられている。サイドプッシャーは下パレット４に取り付けられていてもよい。また、鋼板クランプ装置としては、クランプアームおよびクランプシリンダを備える装置が用いられている。
【００４３】
上下パレット間に挟み込まれた鋼板のそれぞれの溶接個所を、突き合わせた部分がレーザビームの照射位置すなわち溶接線上にくるように突き合わせる突き合わせ位置決め、その突き合わせた位置での鋼板のクランプ、およびそれぞれの突き合わせ位置（すなわち、溶接線）に沿ってのレーザビームの照射は、前記の開口部８をとおして行われる。
【００４４】
この例では、さらに、上パレット７に、前記架台３の縦方向両端の上面に設けられたレール２上を走行する走行装置（後述する図２参照）が取り付けられており、前記位置決めした鋼板５を挟み込んだ上下パレットはこの走行装置により溶接位置ａまで移送される。
【００４５】
鋼板セット位置ｂの縦方向の他方、すなわち前記材料スタンドｃとは反対側に隣接して、「完成品スタンドｅ」が置かれている。後述するように、溶接位置ａでレーザビーム溶接が施された鋼板（完成品）は鋼板セット位置ｂへ移送され、下パレットと上パレットの結合が解かれた後完成品スタンドｅへ搬送されるが、その搬送には、鋼板５を材料スタンドｃから鋼板セット位置ｂへ搬送する際に用いられるガントリーローダー６が兼用される。
【００４６】
上述した本発明の装置により本発明の溶接方法を実施するには、まず、ガントリーローダー６により鋼板５を材料スタンドｃから鋼板セット位置ｂへ搬送し、下パレットスタンド（後述する図６参照）上に置かれている下パレット４の上にそれぞれの溶接個所を対向させて載置する。
【００４７】
次いで、上パレット待機位置ｄで架台３上に置かれている上パレット７を架台３に取り付けられたレール２上を走行させて、鋼板セット位置ｂに置かれている下パレット４の上まで導き、上パレット７に取り付けられているクランプ機構を用いて上下両パレットを結合させる。下パレット４上には鋼板５が載置されているので、鋼板５は上パレット７と下パレット４の間に挟み込まれた状態になる。
【００４８】
図２は上パレットの一例を示す斜視図で、前記のベースフレームとその内側に保持される交換フレームからなる上パレットを示す図である。
【００４９】
図２において、ベースフレーム９は上パレットと下パレットを結合するためのクランプ機構、すなわちパレット結合アーム１１とこれを昇降させるパレット結合シリンダ１２とを備え、さらに走行装置１０を備えている。交換フレーム１３には、鋼板クランプ装置（クランプシリンダ１４のみ図示）が取り付けられ、鋼板５の溶接個所に対応する部分に開口部８が設けられている。なお、この図には、鋼板５を載置した下パレット４も示されており、この下パレット４にサイドプッシャー１５および位置決めストッパー１６が取り付けられている。
【００５０】
図３は、上パレットと下パレットの結合方法の具体的な適用例を示す斜視図で、（ａ）は結合前の状態を示す図、（ｂ）は結合した後の状態を示す図である。この例では、前記図１に示した４枚の鋼板が下パレット上に載置されている場合を示している。
【００５１】
図３（ａ）において、交換フレーム１３が取り付けられたベースフレーム９は図１に示した上パレット待機位置ｄの架台３上にあり、鋼板５を載置した下パレット４は鋼板セット位置ｂで下パレットスタンド上に置かれている。前記交換フレーム１３が取り付けられたベースフレーム９、すなわち上パレット７はそれに取り付けられた走行装置１０により架台の上面に設けられたレール（図示せず）上を走行して鋼板セット位置ｂに至り、そこで、図３（ｂ）に示したように、クランプ機構によって下パレットと結合される。なお、図示していないが、ベースフレーム９と交換フレーム１３はボルト・ナットにより締結されている。
【００５２】
前記図２および図３に示した上パレットを用いれば、接合する鋼板の個数や形状の変更があっても、ベースフレームはそのままで、交換フレームと下パレットのみを交換すればよく、迅速に対応することができる。
【００５３】
図４は交換フレームと下パレットの交換手順を説明するための部分断面図で、（ａ）は上パレットと下パレットが結合された状態を示す図、（ｂ）は上パレットと下パレットの結合が解かれて上パレットの交換フレームがベースフレームから取り外された状態を示す図である。
【００５４】
図４において、交換フレームと下パレットをベースフレームから取り外す場合、まず図４（ａ）に示した状態で上パレット待機位置まで移動させる。次に、ベースフレーム９と交換フレーム１３を締結する固定ボルト２１を取り外す。その後、ベースフレーム９に取り付けられているクランプ機構のパレット結合シリンダ１２を作動させてパレット結合アーム１１を下降させることにより、図４（ｂ）に示した状態、すなわち交換フレーム１３がベースフレーム９から取り外された状態となる。なお、交換フレーム１３と下パレット４は、この位置に例えば仮置スタンド２２を設置しておき、その上に載置すればよい。
【００５５】
この状態でベースフレーム９を上パレット待機位置外へ退避させ、交換フレーム１３と下パレット４を接合する鋼板の個数や形状の変更に応じて交換し、退避させたベースフレーム９を再び交換フレーム１３と下パレット４の上方へ移動させ、クランプ機構によりベースフレーム９と下パレット４を結合させるとともにベースフレーム９と交換フレーム１３を固定ボルト２１で締結する。前記固定ボルトによる締結を油圧シリンダを利用する締結方式にすれば、交換フレームと下パレットの交換作業をさらに迅速化することが可能である。
【００５６】
上述した上パレットと下パレットの結合に続いて、上下パレットの間に挟み込まれた前記複数の鋼板のそれぞれの溶接個所を突き合わせて位置決めをし、その位置でクランプする。
【００５７】
図５は、鋼板の溶接個所の突き合わせ位置決めおよびクランプの手順を説明するための図である。
【００５８】
図５の（ａ）において、まず、下パレット４ｂに取り付けられている位置決めストッパー１６をシリンダ１６-1を駆動させて下パレット４ａの上面レベルよりも上方へ突出させる。次いで、（ｂ）に示すように、下パレット４ａに取り付けられているサイドプッシャー１５ａを駆動させて鋼板５ａを矢印方向へ押し付け、その端面（すなわち、溶接個所）を位置決めストッパー１６に当接させる。その当接させた部分が図中に破線で示したレーザビームが照射される位置、すなわち溶接線になる。なお、溶接線の下方では下パレット４ａと４ｂ間に隙間（空間部）が設けられ、レーザビームの照射を避け得るようになっている。
【００５９】
その後、（ｃ）に示すように、上パレット（図示せず）に取り付けられているクランプシリンダ１４ａを駆動させてクランプアーム１７ａを下降させ、鋼板５ａを前記位置決めストッパー１６に当接させた部分の近傍でクランプする。鋼板５ａは既に上パレットと下パレット４の間に挟み込まれた状態にあるので、クランプアーム１７ａで押さえることにより鋼板５ａは容易にクランプされる。同時に、位置決めストッパー１６を下パレット４ａの上面レベルよりも下方へ下降させる。
【００６０】
続いて、（ｄ）に示すように、溶接個所を前記クランプされた鋼板５ａに対向させて載置したもう一方の鋼板５ｂの端面（すなわち、溶接個所）をサイドプッシャー１５ｂを駆動させて前記クランプされた鋼板５ａの端面に当接させる。その後、（ｅ）に示すように、この当接させた部分の近傍を前記（ｃ）の場合と同様にクランプアーム１７ｂで押さえれば、鋼板５ａ、５ｂの突き合わせ位置決め、およびクランプが完了する。
【００６１】
以下、前記図１を参照して説明すると、上記のように鋼板セット位置ｂで鋼板の位置決めおよびクランプを行った後、鋼板を挟み込んだ上下パレットを上パレットに取り付けられている走行装置により溶接位置ａへ移送し、溶接線に沿ってレーザビームを照射して溶接を行う。
【００６２】
溶接が完了した後、上下パレットを再び鋼板セット位置ｂへ移送し、上下パレットの結合を解き、上パレットを走行装置により走行させて上パレット待機位置ｄで待機させ、接合後の鋼板（完成品）をガントリーローダー６で完成品スタンドｅへ搬送する。
【００６３】
上記の工程が、本発明の装置を用いて行う突き合わせ溶接方法の１サイクルで、引き続き、材料スタンドｃから鋼板５を下パレット４上に搬送し、それぞれの溶接個所を対向させて載置することとなる。
【００６４】
図１に示した例では、溶接位置ａを挟んで反対側にも同様の装置類（鋼板セット位置、架台、材料スタンド、上パレット待機位置、完成品スタンド、ガントリーローダー等）が設けられている。そのため、片側の装置で突き合わせ位置決めを行って溶接を施した後の鋼板（完成品）を上下パレットの結合を解いて完成品スタンドｅへ搬送する間に、もう一方の側の装置類で、上下パレット間に挟み、突き合わせ位置決めおよびクランプを行った鋼板を溶接位置ａへ移送して溶接を行うことができる。これにより、溶接トーチ１の稼働率を高めることができる。
【００６５】
このように、本発明の装置では、上パレットと下パレットの間に鋼板を挟み込んで突き合わせ位置決めするので、鋼板の移動距離を小さくし、かつ位置決め精度を向上させることができる。また、装置全体のレイアウトを上記のようにコンパクトにすることができる。
【００６６】
図６は、鋼板を吸着保持する機能を有する上パレットを用いた場合の溶接作業の流れを説明するための図である。なお、この場合の上パレット７は、前記図２に示したベースフレームと交換フレームからなる上パレットであってもよいし、交換フレームをもたない上パレットであってもよい。
【００６７】
図６において、溶接位置、鋼板セット位置および上パレット待機位置は前記図１に示したようにこの順で隣接しており、上面にレールが取り付けられた架台で結合されている（レール、架台は図示せず）。上パレット７はこのレール上を走行装置１０により走行することができる。
【００６８】
まず、図６に示した溶接位置で、上パレット７および下パレット４に挟み込まれた鋼板の所定の溶接個所にレーザ溶接が施され、完成品１８が得られる。次いで、完成品１８はそのまま走行装置１０により同図に示した鋼板セット位置へ移送され、ここで、下パレット４が上パレット７との結合から解かれて鋼板セット位置の下パレットスタンド１９上に置かれる。上パレット７は吸着保持機能を有するので、完成品１８は上パレット７の下面に保持された状態となる。
【００６９】
完成品１８を保持した上パレット７は隣接する上パレット待機位置へ移送され、ここで吸着保持機能が解除されて完成品１８は上パレット待機位置に設置された完成品載荷台２０上に載荷される。すなわち、前記の図１に示した概略斜視図では、完成品をガントリーローダー６で吸着保持し搬送して完成品スタンドｅ上に載荷する工程を経た後、鋼板５を前記ガントリーローダー６によって材料スタンドｃから鋼板セット位置ｂの下パレット上に載置する工程に移行するのに対して、上記の鋼板を吸着保持する機能を有する上パレットを用いれば、完成品１８を完成品載荷台２０上に載荷する工程と、鋼板５をガントリーローダー６によって材料スタンドｃから鋼板セット位置ｂの下パレット上に載置する工程を同時に行うことができ、鋼板を突き合わせ溶接するにあたってのサイクルタイムを短縮することができる。
【００７０】
前記の上パレットに吸着保持機能を付与する手段は特に限定されない。例えば、上パレットの下面に電磁石を取り付けておき、必要時に通電する方法によるのが簡便である。
【００７１】
上述した本発明の装置において、上パレットおよび下パレットはいずれも基本的には鋼製とし、特にフレームや、鋼板クランプ装置、サイドプレッシャーおよび位置決めストッパーの支持部や、クランプで押さえ付ける部分等の力が加わる部分には強固な部材を用いるのが好ましい。また、下パレットの上面は、鋼板を載置して突き合わせ位置決めを行うので、滑りのよい、例えばナイロンなどの合成樹脂等で構成されているのが好ましい。
【００７２】
以上説明した本発明の方法および装置では、溶接方法として鋼板の突き合わせ部分にレーザビームを照射するレーザ溶接法を採用しているが、レーザビームに代えてそのほかの高エネルギーによる溶接方法、例えばプラズマを照射する溶接方法を用いてもよい。
【００７３】
【発明の効果】
上記本発明の鋼板の突き合わせ溶接方法によれば、鋼板の搬送距離が短く、また、突き合わせ位置決めを上パレットと下パレットの間に鋼板を挟み込んだ状態で行うので、突き合わせ位置決めが容易であり、かつ位置決め精度を向上させることができる。さらに、溶接接合の前後におけるハンドリングを効率よく行うことが可能となるので、鋼板を突き合わせ溶接するにあたってのサイクルタイムを短縮することも可能である。この方法は本発明の装置により容易に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の一例の全体構成を示す概略斜視図である。
【図２】上パレットの一例を示す斜視図で、ベースフレームと交換フレームからなる上パレットの図である。
【図３】上パレットと下パレットの結合方法の具体的な適用例を示す斜視図で、（ａ）は結合前の状態を示す図、（ｂ）は結合した後の状態を示す図である。
【図４】交換フレームと下パレットの交換手順を説明するための部分断面図で、（ａ）は上パレットと下パレットが結合された状態を示す図、（ｂ）は上パレットと下パレットの結合が解かれて上パレットの交換フレームがベースフレームから取り外された状態を示す図である。
【図５】鋼板の溶接個所の突き合わせ位置決めおよびクランプの手順を説明するための図である。
【図６】鋼板を吸着保持する機能を有する上パレットを用いた場合の溶接作業の流れを説明するための図である。
【符号の説明】
ａ：溶接位置
ｂ：鋼板セット位置
ｃ：材料スタンド
ｄ：上パレット待機位置
ｅ：完成品スタンド
１：溶接トーチ
２：レール
３：架台
４、４ａ、４ｂ：下パレット
５、５ａ、５ｂ：鋼板
６：ガントリーローダー
７：上パレット
８：開口部
９：ベースフレーム
１０：走行装置
１１：パレット結合アーム
１２：パレット結合シリンダ
１３：交換フレーム
１４、１４ａ、１４ｂ：クランプシリンダ
１５、１５ａ、１５ｂ：サイドプッシャー
１６：位置決めストッパー
１６-1：シリンダ
１７、１７ａ、１７ｂ：クランプアーム
１８：完成品
１９：下パレットスタンド
２０：完成品載荷台
２１：固定ボルト
２２：仮置スタンド
【発明の属する技術分野】
本発明は、鋼板の突き合わせ溶接方法、およびその方法を実施するための装置に関する。
【０００２】
【従来の技術】
複数の鋼板を突き合わせ溶接する方法および装置は従来から知られており、広く実用されている。この溶接は、鋼板を所定の形状にプレス成形した後に行うのが普通であるが、プレス成形前に溶接により複数の鋼板を接合し、その後、プレス成形する場合もあり、テーラードブランク法と称されている。
【０００３】
テーラードブランク法とは、一般的には、複数の鋼板をプレス成形前に溶接により接合し、一体化する方法である。この方法によれば、特定の複雑な形状の一体もの（部品）を、その形状になるように切断された複数の鋼板をそれぞれ溶接接合することにより得ることができる（このようにして得られたものを、テーラードブランク材という）ので、打ち抜き、穴あけ等の加工方法による場合に比べて、素材ロスを低減できるという利点がある。そのため、自動車製造業界では比較的早くからこの技術が取り入れられ、フロントサイドメンバ、リヤサイドメンバ、ドアインナ等の製造に用いられてきている。
【０００４】
一方、省資源および環境への配慮から、自動車車体の軽量化への要求が高まっており、高張力鋼板の採用をはじめとして種々の対策が講じられてきた。テーラードブランク法の採用もその一つである。すなわち、接合する複数の鋼板として、同じ厚さおよび材質の鋼板ではなく、厚さの異なる鋼板、または更に材質の異なる鋼板を用いたテーラードブランク材を車体の部品として使用すれば、強度が必要な部分だけ厚い鋼板や高張力鋼板を使用することが可能となるので、補強材を用いる必要がなく、車体全体を軽量化することができる。また、補強材を必要としないので、コストダウンも可能である。なお、通常、テーラードブランク材といえば、この厚さや更に材質の異なる鋼板を溶接接合し、プレス成形に供するものをいう。
【０００５】
溶接方法としては、一般に、２枚の鋼板を突き合わせ、その突き合わせた部分にレーザビームを照射して接合するレーザ溶接法、プラズマを照射して接合するプラズマ溶接法、またはローラ形状の電極で２枚の鋼板を挟み、圧力を加えながら通電して接合するマッシュシーム溶接法が用いられる。このうち、レーザ溶接法は、装置価格は高価であるが、対象鋼種、鋼板の形状における自由度が大きく、長い溶接線を有する部品の製造に適するという長所があり、普及しつつある。しかし、溶接欠陥の発生を抑えるためには突き合わせ部分におけるギャップ（隙間）を0.05mm以下にすることが必要とされており、溶接時の位置決めが溶接施工上の重要な工程になっている。
【０００６】
複数の鋼板を突き合わせ、レーザ溶接により接合するに際し、鋼板が２枚でしかも接合個所が１個所の場合は、位置決め精度の確保は比較的容易であり、従来から実施されている。しかし、接合する鋼板が２枚でも、その形状が複雑になって接合個所が増えたり、鋼板の数が増え、接合個所がさらに多くなると、わずかの寸法誤差であっても、突き合わせたときに大きなギャップ（隙間）となって現れる場合もあり、位置決めの精度を確保することは必ずしも容易ではない。
【０００７】
したがって、鋼板の数が多い場合は、工程数を増やして、１枚づつ接合する方法が採られることが多いが、当然ながら効率はよくない。
【０００８】
そのため、新たな提案もなされており、例えば特開平10−137980号公報では、多数のブランク材（鋼板）を接合して一つの部品を製造する場合に好適な突き合わせ位置決め装置が記載されている。すなわち、ブランク材の端面を溶接線上に位置決めする基準ピンと、ブランク材を固定するクランパと、ブランク材を狭持する回動可能な矯正クランパと、この矯正クランパを鉛直方向または溶接線に接離するように駆動するアクチュエータからなる装置である。アクチュエータを駆動させブランク材を撓ませてギャップを矯正する際、ギャップの矯正量に応じて、撓み量が異なるとともに、矯正クランパが回動するので、正確な位置決めができるとしている。
【０００９】
また、特開平11− 90684号公報では、突き合わせるブランク材の片方が傾斜していて、接合部の端面に均一な押圧力を付与できない場合に適用できる位置決め装置として、ブランク材の端面を溶接線上に位置決めする基準ピンと、ブランク材を狭持するとともに、溶接線へ向けて駆動可能な内側クランププッシャーと、ブランク材を固定するクランパを備え、さらにブランク材を撓ませる外側クランププッシャーを備えるブランク材の突き合わせ位置決め装置が提案されている。ブランク材に撓みを与えつつギャップを矯正する際に、内側クランクプッシャーが回転して、ギャップの矯正の際のブランク材の変位に追従することができ、矯正が円滑に行えるとされている。
【００１０】
しかし、これらの公報に記載されるブランク材の突き合わせ位置決め装置は、接合部の端面間のギャップを確実に矯正してレーザ溶接を円滑に行い得るものではあっても、いずれもクランパの駆動装置を増やさざるを得ず、またそのための構造的に強固な支持台を要する等、大がかりな装置が必要と考えられ、現実的な対応策であるとはいえない。
【００１１】
一方、テーラードブランク材を製造するにあたっては、上述したブランク材（以下、鋼板という）の突き合わせ位置決めの工程とともに、複数の鋼板を突き合わせ位置まで搬送する工程も重要である。この工程では、例えば、別々に置かれている複数の鋼板をそれぞれ所定の位置まで搬送したり、テーブル上であらかじめ複数の鋼板の相互の位置関係を整えておき、そのテーブルを所定の位置まで移動（搬送）したりする。後者の方法は合理的ではあるが、テーブルの搬送距離が長いと、鋼板の相互の位置関係を整えていても、搬送の間に個々の鋼板にずれや傾きが生じやすい。鋼板の形状が複雑になるほどその傾向は顕著になる。鋼板の数が増えると、その搬送中における鋼板の配置の乱れはますます大きいものとなる。
【００１２】
また、多品種のテーラードブランク材の製造への対応も必要であり、さらに、接合後の完成品の装置外への搬送も円滑に行われなければならない。
【００１３】
このような材料のハンドリング面についても、従来から数多くの開発、改良が重ねられてきた。しかし、さらに製造の効率化を図り、製造コストを低減する上から、より一層の改善、改良が望まれている。
【００１４】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は、このような状況に鑑みなされたもので、複数の鋼板を突き合わせ溶接するにあたり、鋼板の搬送距離が短く、接合の際の突き合わせ位置決めが容易で、効率のよい鋼板の突き合わせ溶接方法、およびその方法を実施するための装置を提供することを目的としている。
【００１５】
【課題を解決するための手段】
本発明の要旨は、下記（１）の鋼板の突き合わせ溶接方法、およびその方法を実施するための下記（２）の装置にある。
（１）溶接に用いる鋼板を保管する材料スタンド、前記鋼板の位置決めを行う鋼板セット位置、前記鋼板の溶接を行う溶接位置および溶接完了後の前記鋼板を保管する完成品スタンドをそれぞれ分離して備え、下記の工程１〜６により複数の鋼板を突き合わせ溶接する鋼板の突き合わせ溶接方法。
【００１６】
工程１．前記材料スタンドから搬送された複数の鋼板を、前記鋼板セット位置で下パレット上に溶接個所を対向させて載置する
工程２．前記載置した鋼板の上に上パレットを載置し、下パレットと上パレットを結合する
工程３．前記結合した上下パレット間に挟み込まれた鋼板のそれぞれの溶接個所を突き合わせる位置決めを行い、その位置で鋼板をクランプする
工程４．前記クランプした鋼板を挟み込んだ上下パレットを前記鋼板セット位置から前記溶接位置まで移送する
工程５．上パレットの前記溶接個所に対応する部分に設けた開口部を介して鋼板の前記突き合わせ位置を溶接する
工程６．溶接が完了した鋼板を前記溶接位置から前記完成品スタンドまで搬送する
【００１７】
（２）溶接に用いる鋼板を保管する材料スタンドを備え、鋼板セット位置で位置決めを行い、溶接位置で溶接を行ったのち、溶接完了後の当該鋼板を完成品スタンドに保管する鋼板の突き合わせ溶接装置において、前記材料スタンドから前記鋼板セット位置まで搬送する搬送装置と、複数の鋼板を載置するための下パレットと、前記下パレット上に複数の鋼板をそれぞれの溶接個所を対向させて載置する手段と、前記溶接個所に対応する部分が開口をなし、下パレットと結合して下パレット上の前記複数の鋼板を下パレットとの間に挟み込むための上パレットと、上パレットと下パレットの間に挟み込まれた前記複数の鋼板のそれぞれの溶接個所を突き合わせて所定の溶接線上に位置決めするための突き合わせ位置決め手段と、上下パレット間に挟み込まれた鋼板をクランプする鋼板クランプ装置と、クランプした鋼板を挟み込んだ上下パレットを前記鋼板セット位置から前記溶接位置まで移送する走行装置と、前記位置決めした鋼板のそれぞれの溶接線に沿って鋼板を接合する溶接トーチと、溶接が完了した鋼板を前記溶接位置から前記完成品スタンドまで搬送する搬送装置を有する鋼板の突き合わせ溶接装置。
【００１８】
前記（２）の溶接装置において、上パレットが、ベースフレームと、前記ベースフレームの内側に保持され、交換可能で、鋼板の溶接個所に対応する部分に開口部が設けられた交換フレームからなるものであれば、接合する鋼板の個数、形状の変更に対して交換フレームと下パレットのみの交換により迅速に対応ることができるので、好ましい。
【００１９】
また、上パレットが、接合が完了した鋼板を吸着保持する機能を有するものであれば、鋼板を突き合わせ溶接するにあたってのサイクルタイムを短縮することができる。
【００２０】
ここでいう「パレット」とは、例えば、倉庫内で用いられている移動式の荷台、その他荷物を載せるための台など、通常「パレット」と称されているものに類するもので、溶接接合するための鋼板を載せる台（これを、「下パレット」という）を指すが、その台の上に被せて、下パレットと結合させるものをもここではパレット（これを、「上パレット」と記す）という。なお、「パレット」については後に詳述する。
【００２１】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の鋼板の突き合わせ溶接方法、およびその方法を実施するための装置について詳細に説明する。なお、以下の説明においては、前述したテーラードブランク材を製造する際に用いる突き合わせレーザ溶接方法およびその装置を例にとって述べる。
【００２２】
本発明の鋼板の突き合わせ溶接方法は、溶接に用いる鋼板を保管する材料スタンド、前記鋼板の位置決めを行う鋼板セット位置、前記鋼板の溶接を行う溶接位置および溶接完了後の前記鋼板を保管する完成品スタンドをそれぞれ分離して備え、下記の工程１〜６により複数の鋼板を溶接（レーザ溶接）する方法である。
【００２３】
工程１は、前記材料スタンドから搬送された複数の鋼板を、前記鋼板セット位置で下パレット上に溶接個所を対向させて載置する工程である。
【００２４】
前記材料スタンドから搬送された複数の鋼板を、前記鋼板セット位置で下パレット上に載置するのは、後述するように、鋼板の溶接を行う場所（溶接トーチが設置されている場所で、以下、「溶接位置」という）までの搬送を、従来行われている鋼板を別々に所定の位置まで搬送したり鋼板を載せたテーブルを移動させる方式ではなく、鋼板を下パレットと上パレットの間に挟み込んだ上下パレットを移動させる、いわば「カセット移動方式」を採用するからである。載置する際、複数の鋼板の溶接個所をそれぞれ対向させて載置する。溶接個所を突き合わせる位置決めは後の工程で行うので、ここではそれぞれの溶接個所を厳密に対向させる必要はない。
【００２５】
工程２は、前記載置した鋼板の上に上パレットを載置し、下パレットと上パレットを結合する工程である。
【００２６】
前記工程１で下パレット上に載置した鋼板の上に上パレットを載置して、下パレットと上パレットを結合するのは、下パレットと上パレットの間に鋼板を挟み込んだ状態で溶接個所の突き合わせ位置決めを行うためである。
【００２７】
工程３は、前記結合した上下パレット間に挟み込まれた鋼板のそれぞれの溶接個所を突き合わせる位置決めを行い、その位置で鋼板をクランプする工程である。
【００２８】
突き合わせ位置決めは、突き合わせ部分におけるギャップ（隙間）が通常のレーザ溶接で必要とされている範囲を超えないように行う。通常は、0.05mm以下とすれば十分である。
【００２９】
前記工程１で、各鋼板の溶接個所をそれぞれ対向させて載置しているので、位置決めのための鋼板の移動距離はごくわずかで済む。
【００３０】
突き合わせ位置決めは、後に図面に基づいて説明するが、下パレットに突出自在に取り付けられている位置決めストッパーで突き合わせ位置を決め、突き合わせた鋼板をその突き合わせ位置の近傍でその位置を挟んで対向する鋼板クランプ装置のクランプアームで上から押さえることにより行う。
【００３１】
工程４は、前記クランプした鋼板を挟み込んだ上下パレットを前記鋼板セット位置から前記溶接位置まで移送する工程である。
【００３２】
移送は、例えば、後述するように、上パレットに走行装置を取り付けておき、走行レール上を走行させることにより溶接位置まで移送する方法を採るのが簡便である。
【００３３】
工程５は、上パレットの前記溶接個所に対応する部分に設けられた開口部を介して鋼板の前記突き合わせ位置を溶接する工程である。
【００３４】
本発明の溶接方法で用いる上パレットには、あらかじめ溶接個所に対応する部分に開口部を設けておく。したがって、この開口部をとおして溶接することが可能であるし、前記の鋼板の突き合わせ位置決めもこの開口部を介して行うことができる。なお、下パレットにも前記の突き合わせ位置、すなわち、レーザビームが照射される位置に対応する部分にあらかじめ隙間（開口部）を設けておくのがよい。
【００３５】
工程６は、溶接が完了した鋼板を前記溶接位置から前記完成品スタンドまで搬送する工程である。
前記鋼板セット位置を挟み、前記材料スタンドとは反対側に隣接して、前記完成品スタンドが置かれる。後述するように、前記溶接位置で溶接が施された鋼板（完成品）は前記鋼板セット位置へ移送され、下パレットと上パレットの結合が解かれた後前記完成品スタンドへ搬送されるが、その搬送には、鋼板を前記材料スタンドから前記鋼板セット位置へ搬送する際に用いられる搬送装置が兼用される。
上記工程１〜６を経て溶接することによってテーラードブランク材（テーラード鋼板）を製造することができる。
【００３６】
上記本発明の鋼板の突き合わせ溶接方法は、本発明の装置、すなわち、前記材料スタンドから前記鋼板セット位置まで鋼板を搬送する搬送装置と、複数の鋼板を載置するための下パレットと、前記下パレット上に複数の鋼板をそれぞれの溶接個所を対向させて載置する手段と、前記溶接個所に対応する部分が開口をなし、下パレットと結合して下パレット上の前記複数の鋼板を下パレットとの間に挟み込むための上パレットと、上パレットと下パレットの間に挟み込まれた前記複数の鋼板のそれぞれの溶接個所を突き合わせて所定の溶接線上に位置決めするための突き合わせ位置決め手段と、上下パレット間に挟み込まれた鋼板をクランプする鋼板クランプ装置と、クランプした鋼板を挟み込んだ上下パレットを前記鋼板セット位置から前記溶接位置まで移送する走行装置と、前記位置決めした鋼板のそれぞれの溶接線に沿って鋼板を接合する溶接トーチと、溶接が完了した鋼板を前記溶接位置から前記完成品スタンドまで搬送する搬送装置を有する鋼板の突き合わせ溶接装置によって容易に実施することができる。
【００３７】
図１は、本発明の装置の一例の全体構成を示す概略斜視図である。
【００３８】
図１に示すように、装置全体の中央部分に相当する位置が「溶接位置ａ」である。溶接位置ａには、鋼板の溶接個所に沿って縦方向（図中に示したＸ方向およびその反対方向）および横方向（同じくＹ方向およびその反対方向）に移動可能に構成された溶接トーチ１が設けられている。また、溶接位置ａを含めてその両横方向に横長の架台３が設置され、架台３の縦方向両端の上面にレール２が取り付けられている。後述するように、鋼板を挟み込んだ上下パレットがこの架台３上を溶接位置ａまで移送される。
【００３９】
溶接位置ａの横方向に隣接して「鋼板セット位置ｂ」があり、この位置に置かれた下パレットスタンド（後述する図６参照）上に複数の鋼板を載置するための下パレット４が置かれている。この例では、下パレット４上には４枚の鋼板５がそれぞれの溶接個所を対向させて載置されている。
【００４０】
鋼板セット位置ｂの縦方向の一方（図１では、右下方向）に隣接して溶接に用いる鋼板５を保管している「材料スタンドｃ」が置かれ、この材料スタンドｃから、鋼板５が下パレット４上に搬送され、上記のように載置される。この例では、載置する手段として、下面に鋼板５を吸着保持するためのバキュームカップが取り付けられたガントリーローダー６が用いられる。なお、下パレット４には、後述するように、鋼板の突き合わせ位置決めに用いる位置決めストッパーが取り付けられている。
【００４１】
鋼板セット位置ｂの横方向（溶接位置ａとは反対の方向）に隣接して「上パレット待機位置ｄ」があり、この上パレット待機位置ｄの架台３上に、下パレット４と結合し、下パレット４上の鋼板５を下パレット４との間に挟み込むための上パレット７が置かれている。
【００４２】
上パレット７には、溶接個所に対応する部分に開口部８が設けられ、さらに、この例では、後述するように、下パレット４と結合するためのクランプ機構と、鋼板の位置決めに用いるサイドプッシャーおよび鋼板をクランプするための鋼板クランプ装置が取り付けられている。突き合わせ位置決め手段としては、前記の位置決めストッパーと、サイドプッシャーが用いられている。サイドプッシャーは下パレット４に取り付けられていてもよい。また、鋼板クランプ装置としては、クランプアームおよびクランプシリンダを備える装置が用いられている。
【００４３】
上下パレット間に挟み込まれた鋼板のそれぞれの溶接個所を、突き合わせた部分がレーザビームの照射位置すなわち溶接線上にくるように突き合わせる突き合わせ位置決め、その突き合わせた位置での鋼板のクランプ、およびそれぞれの突き合わせ位置（すなわち、溶接線）に沿ってのレーザビームの照射は、前記の開口部８をとおして行われる。
【００４４】
この例では、さらに、上パレット７に、前記架台３の縦方向両端の上面に設けられたレール２上を走行する走行装置（後述する図２参照）が取り付けられており、前記位置決めした鋼板５を挟み込んだ上下パレットはこの走行装置により溶接位置ａまで移送される。
【００４５】
鋼板セット位置ｂの縦方向の他方、すなわち前記材料スタンドｃとは反対側に隣接して、「完成品スタンドｅ」が置かれている。後述するように、溶接位置ａでレーザビーム溶接が施された鋼板（完成品）は鋼板セット位置ｂへ移送され、下パレットと上パレットの結合が解かれた後完成品スタンドｅへ搬送されるが、その搬送には、鋼板５を材料スタンドｃから鋼板セット位置ｂへ搬送する際に用いられるガントリーローダー６が兼用される。
【００４６】
上述した本発明の装置により本発明の溶接方法を実施するには、まず、ガントリーローダー６により鋼板５を材料スタンドｃから鋼板セット位置ｂへ搬送し、下パレットスタンド（後述する図６参照）上に置かれている下パレット４の上にそれぞれの溶接個所を対向させて載置する。
【００４７】
次いで、上パレット待機位置ｄで架台３上に置かれている上パレット７を架台３に取り付けられたレール２上を走行させて、鋼板セット位置ｂに置かれている下パレット４の上まで導き、上パレット７に取り付けられているクランプ機構を用いて上下両パレットを結合させる。下パレット４上には鋼板５が載置されているので、鋼板５は上パレット７と下パレット４の間に挟み込まれた状態になる。
【００４８】
図２は上パレットの一例を示す斜視図で、前記のベースフレームとその内側に保持される交換フレームからなる上パレットを示す図である。
【００４９】
図２において、ベースフレーム９は上パレットと下パレットを結合するためのクランプ機構、すなわちパレット結合アーム１１とこれを昇降させるパレット結合シリンダ１２とを備え、さらに走行装置１０を備えている。交換フレーム１３には、鋼板クランプ装置（クランプシリンダ１４のみ図示）が取り付けられ、鋼板５の溶接個所に対応する部分に開口部８が設けられている。なお、この図には、鋼板５を載置した下パレット４も示されており、この下パレット４にサイドプッシャー１５および位置決めストッパー１６が取り付けられている。
【００５０】
図３は、上パレットと下パレットの結合方法の具体的な適用例を示す斜視図で、（ａ）は結合前の状態を示す図、（ｂ）は結合した後の状態を示す図である。この例では、前記図１に示した４枚の鋼板が下パレット上に載置されている場合を示している。
【００５１】
図３（ａ）において、交換フレーム１３が取り付けられたベースフレーム９は図１に示した上パレット待機位置ｄの架台３上にあり、鋼板５を載置した下パレット４は鋼板セット位置ｂで下パレットスタンド上に置かれている。前記交換フレーム１３が取り付けられたベースフレーム９、すなわち上パレット７はそれに取り付けられた走行装置１０により架台の上面に設けられたレール（図示せず）上を走行して鋼板セット位置ｂに至り、そこで、図３（ｂ）に示したように、クランプ機構によって下パレットと結合される。なお、図示していないが、ベースフレーム９と交換フレーム１３はボルト・ナットにより締結されている。
【００５２】
前記図２および図３に示した上パレットを用いれば、接合する鋼板の個数や形状の変更があっても、ベースフレームはそのままで、交換フレームと下パレットのみを交換すればよく、迅速に対応することができる。
【００５３】
図４は交換フレームと下パレットの交換手順を説明するための部分断面図で、（ａ）は上パレットと下パレットが結合された状態を示す図、（ｂ）は上パレットと下パレットの結合が解かれて上パレットの交換フレームがベースフレームから取り外された状態を示す図である。
【００５４】
図４において、交換フレームと下パレットをベースフレームから取り外す場合、まず図４（ａ）に示した状態で上パレット待機位置まで移動させる。次に、ベースフレーム９と交換フレーム１３を締結する固定ボルト２１を取り外す。その後、ベースフレーム９に取り付けられているクランプ機構のパレット結合シリンダ１２を作動させてパレット結合アーム１１を下降させることにより、図４（ｂ）に示した状態、すなわち交換フレーム１３がベースフレーム９から取り外された状態となる。なお、交換フレーム１３と下パレット４は、この位置に例えば仮置スタンド２２を設置しておき、その上に載置すればよい。
【００５５】
この状態でベースフレーム９を上パレット待機位置外へ退避させ、交換フレーム１３と下パレット４を接合する鋼板の個数や形状の変更に応じて交換し、退避させたベースフレーム９を再び交換フレーム１３と下パレット４の上方へ移動させ、クランプ機構によりベースフレーム９と下パレット４を結合させるとともにベースフレーム９と交換フレーム１３を固定ボルト２１で締結する。前記固定ボルトによる締結を油圧シリンダを利用する締結方式にすれば、交換フレームと下パレットの交換作業をさらに迅速化することが可能である。
【００５６】
上述した上パレットと下パレットの結合に続いて、上下パレットの間に挟み込まれた前記複数の鋼板のそれぞれの溶接個所を突き合わせて位置決めをし、その位置でクランプする。
【００５７】
図５は、鋼板の溶接個所の突き合わせ位置決めおよびクランプの手順を説明するための図である。
【００５８】
図５の（ａ）において、まず、下パレット４ｂに取り付けられている位置決めストッパー１６をシリンダ１６-1を駆動させて下パレット４ａの上面レベルよりも上方へ突出させる。次いで、（ｂ）に示すように、下パレット４ａに取り付けられているサイドプッシャー１５ａを駆動させて鋼板５ａを矢印方向へ押し付け、その端面（すなわち、溶接個所）を位置決めストッパー１６に当接させる。その当接させた部分が図中に破線で示したレーザビームが照射される位置、すなわち溶接線になる。なお、溶接線の下方では下パレット４ａと４ｂ間に隙間（空間部）が設けられ、レーザビームの照射を避け得るようになっている。
【００５９】
その後、（ｃ）に示すように、上パレット（図示せず）に取り付けられているクランプシリンダ１４ａを駆動させてクランプアーム１７ａを下降させ、鋼板５ａを前記位置決めストッパー１６に当接させた部分の近傍でクランプする。鋼板５ａは既に上パレットと下パレット４の間に挟み込まれた状態にあるので、クランプアーム１７ａで押さえることにより鋼板５ａは容易にクランプされる。同時に、位置決めストッパー１６を下パレット４ａの上面レベルよりも下方へ下降させる。
【００６０】
続いて、（ｄ）に示すように、溶接個所を前記クランプされた鋼板５ａに対向させて載置したもう一方の鋼板５ｂの端面（すなわち、溶接個所）をサイドプッシャー１５ｂを駆動させて前記クランプされた鋼板５ａの端面に当接させる。その後、（ｅ）に示すように、この当接させた部分の近傍を前記（ｃ）の場合と同様にクランプアーム１７ｂで押さえれば、鋼板５ａ、５ｂの突き合わせ位置決め、およびクランプが完了する。
【００６１】
以下、前記図１を参照して説明すると、上記のように鋼板セット位置ｂで鋼板の位置決めおよびクランプを行った後、鋼板を挟み込んだ上下パレットを上パレットに取り付けられている走行装置により溶接位置ａへ移送し、溶接線に沿ってレーザビームを照射して溶接を行う。
【００６２】
溶接が完了した後、上下パレットを再び鋼板セット位置ｂへ移送し、上下パレットの結合を解き、上パレットを走行装置により走行させて上パレット待機位置ｄで待機させ、接合後の鋼板（完成品）をガントリーローダー６で完成品スタンドｅへ搬送する。
【００６３】
上記の工程が、本発明の装置を用いて行う突き合わせ溶接方法の１サイクルで、引き続き、材料スタンドｃから鋼板５を下パレット４上に搬送し、それぞれの溶接個所を対向させて載置することとなる。
【００６４】
図１に示した例では、溶接位置ａを挟んで反対側にも同様の装置類（鋼板セット位置、架台、材料スタンド、上パレット待機位置、完成品スタンド、ガントリーローダー等）が設けられている。そのため、片側の装置で突き合わせ位置決めを行って溶接を施した後の鋼板（完成品）を上下パレットの結合を解いて完成品スタンドｅへ搬送する間に、もう一方の側の装置類で、上下パレット間に挟み、突き合わせ位置決めおよびクランプを行った鋼板を溶接位置ａへ移送して溶接を行うことができる。これにより、溶接トーチ１の稼働率を高めることができる。
【００６５】
このように、本発明の装置では、上パレットと下パレットの間に鋼板を挟み込んで突き合わせ位置決めするので、鋼板の移動距離を小さくし、かつ位置決め精度を向上させることができる。また、装置全体のレイアウトを上記のようにコンパクトにすることができる。
【００６６】
図６は、鋼板を吸着保持する機能を有する上パレットを用いた場合の溶接作業の流れを説明するための図である。なお、この場合の上パレット７は、前記図２に示したベースフレームと交換フレームからなる上パレットであってもよいし、交換フレームをもたない上パレットであってもよい。
【００６７】
図６において、溶接位置、鋼板セット位置および上パレット待機位置は前記図１に示したようにこの順で隣接しており、上面にレールが取り付けられた架台で結合されている（レール、架台は図示せず）。上パレット７はこのレール上を走行装置１０により走行することができる。
【００６８】
まず、図６に示した溶接位置で、上パレット７および下パレット４に挟み込まれた鋼板の所定の溶接個所にレーザ溶接が施され、完成品１８が得られる。次いで、完成品１８はそのまま走行装置１０により同図に示した鋼板セット位置へ移送され、ここで、下パレット４が上パレット７との結合から解かれて鋼板セット位置の下パレットスタンド１９上に置かれる。上パレット７は吸着保持機能を有するので、完成品１８は上パレット７の下面に保持された状態となる。
【００６９】
完成品１８を保持した上パレット７は隣接する上パレット待機位置へ移送され、ここで吸着保持機能が解除されて完成品１８は上パレット待機位置に設置された完成品載荷台２０上に載荷される。すなわち、前記の図１に示した概略斜視図では、完成品をガントリーローダー６で吸着保持し搬送して完成品スタンドｅ上に載荷する工程を経た後、鋼板５を前記ガントリーローダー６によって材料スタンドｃから鋼板セット位置ｂの下パレット上に載置する工程に移行するのに対して、上記の鋼板を吸着保持する機能を有する上パレットを用いれば、完成品１８を完成品載荷台２０上に載荷する工程と、鋼板５をガントリーローダー６によって材料スタンドｃから鋼板セット位置ｂの下パレット上に載置する工程を同時に行うことができ、鋼板を突き合わせ溶接するにあたってのサイクルタイムを短縮することができる。
【００７０】
前記の上パレットに吸着保持機能を付与する手段は特に限定されない。例えば、上パレットの下面に電磁石を取り付けておき、必要時に通電する方法によるのが簡便である。
【００７１】
上述した本発明の装置において、上パレットおよび下パレットはいずれも基本的には鋼製とし、特にフレームや、鋼板クランプ装置、サイドプレッシャーおよび位置決めストッパーの支持部や、クランプで押さえ付ける部分等の力が加わる部分には強固な部材を用いるのが好ましい。また、下パレットの上面は、鋼板を載置して突き合わせ位置決めを行うので、滑りのよい、例えばナイロンなどの合成樹脂等で構成されているのが好ましい。
【００７２】
以上説明した本発明の方法および装置では、溶接方法として鋼板の突き合わせ部分にレーザビームを照射するレーザ溶接法を採用しているが、レーザビームに代えてそのほかの高エネルギーによる溶接方法、例えばプラズマを照射する溶接方法を用いてもよい。
【００７３】
【発明の効果】
上記本発明の鋼板の突き合わせ溶接方法によれば、鋼板の搬送距離が短く、また、突き合わせ位置決めを上パレットと下パレットの間に鋼板を挟み込んだ状態で行うので、突き合わせ位置決めが容易であり、かつ位置決め精度を向上させることができる。さらに、溶接接合の前後におけるハンドリングを効率よく行うことが可能となるので、鋼板を突き合わせ溶接するにあたってのサイクルタイムを短縮することも可能である。この方法は本発明の装置により容易に実施することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の装置の一例の全体構成を示す概略斜視図である。
【図２】上パレットの一例を示す斜視図で、ベースフレームと交換フレームからなる上パレットの図である。
【図３】上パレットと下パレットの結合方法の具体的な適用例を示す斜視図で、（ａ）は結合前の状態を示す図、（ｂ）は結合した後の状態を示す図である。
【図４】交換フレームと下パレットの交換手順を説明するための部分断面図で、（ａ）は上パレットと下パレットが結合された状態を示す図、（ｂ）は上パレットと下パレットの結合が解かれて上パレットの交換フレームがベースフレームから取り外された状態を示す図である。
【図５】鋼板の溶接個所の突き合わせ位置決めおよびクランプの手順を説明するための図である。
【図６】鋼板を吸着保持する機能を有する上パレットを用いた場合の溶接作業の流れを説明するための図である。
【符号の説明】
ａ：溶接位置
ｂ：鋼板セット位置
ｃ：材料スタンド
ｄ：上パレット待機位置
ｅ：完成品スタンド
１：溶接トーチ
２：レール
３：架台
４、４ａ、４ｂ：下パレット
５、５ａ、５ｂ：鋼板
６：ガントリーローダー
７：上パレット
８：開口部
９：ベースフレーム
１０：走行装置
１１：パレット結合アーム
１２：パレット結合シリンダ
１３：交換フレーム
１４、１４ａ、１４ｂ：クランプシリンダ
１５、１５ａ、１５ｂ：サイドプッシャー
１６：位置決めストッパー
１６-1：シリンダ
１７、１７ａ、１７ｂ：クランプアーム
１８：完成品
１９：下パレットスタンド
２０：完成品載荷台
２１：固定ボルト
２２：仮置スタンド
Claims (4)
- 溶接に用いる鋼板を保管する材料スタンド、前記鋼板の位置決めを行う鋼板セット位置、前記鋼板の溶接を行う溶接位置および溶接完了後の前記鋼板を保管する完成品スタンドをそれぞれ分離して備え、
下記の工程１〜６により複数の鋼板を突き合わせ溶接することを特徴とする鋼板の突き合わせ溶接方法。
工程１．前記材料スタンドから搬送された複数の鋼板を、前記鋼板セット位置で下パレット上に溶接個所を対向させて載置する
工程２．前記載置した鋼板の上に上パレットを載置し、下パレットと上パレットを結合する
工程３．前記結合した上下パレット間に挟み込まれた鋼板のそれぞれの溶接個所を突き合わせる位置決めを行い、その位置で鋼板をクランプする
工程４．前記クランプした鋼板を挟み込んだ上下パレットを前記鋼板セット位置から前記溶接位置まで移送する
工程５．上パレットの前記溶接個所に対応する部分に設けた開口部を介して鋼板の前記突き合わせ位置を溶接する
工程６．溶接が完了した鋼板を前記溶接位置から前記完成品スタンドまで搬送する - 溶接に用いる鋼板を保管する材料スタンドを備え、鋼板セット位置で位置決めを行い、溶接位置で溶接を行ったのち、溶接完了後の当該鋼板を完成品スタンドに保管する鋼板の突き合わせ溶接装置において、
前記材料スタンドから前記鋼板セット位置まで鋼板を搬送する搬送装置と、
複数の鋼板を載置するための下パレットと、
前記下パレット上に複数の鋼板をそれぞれの溶接個所を対向させて載置する手段と、
前記溶接個所に対応する部分が開口をなし、下パレットと結合して下パレット上の前記複数の鋼板を下パレットとの間に挟み込むための上パレットと、
上パレットと下パレットの間に挟み込まれた前記複数の鋼板のそれぞれの溶接個所を突き合わせて所定の溶接線上に位置決めするための突き合わせ位置決め手段と、
上下パレット間に挟み込まれた鋼板をクランプする鋼板クランプ装置と、
クランプした鋼板を挟み込んだ上下パレットを前記鋼板セット位置から前記溶接位置まで移送する走行装置と、
前記位置決めした鋼板のそれぞれの溶接線に沿って鋼板を接合する溶接トーチと、
溶接が完了した鋼板を前記溶接位置から前記完成品スタンドまで搬送する搬送装置を有することを特徴とする鋼板の突き合わせ溶接装置。 - 上パレットが、ベースフレームと、前記ベースフレームの内側に保持され、交換可能で、鋼板の溶接個所に対応する部分に開口部が設けられた交換フレームからなるものである請求項２に記載の鋼板の突き合わせ溶接装置。
- 上パレットが、接合が完了した鋼板を吸着保持する機能を有するものである請求項２または３に記載の鋼板の突き合わせ溶接装置。
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