特開 2024-102579 母材支持装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024102579

(43)【公開日】2024-07-31

(54)【発明の名称】母材支持装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 37/04 20060101AFI20240724BHJP

   B23K 9/04 20060101ALI20240724BHJP

   B23K 31/00 20060101ALI20240724BHJP

   B33Y 30/00 20150101ALI20240724BHJP

【ＦＩ】

B23K37/04 Z

B23K9/04 G

B23K9/04 Z

B23K31/00 M

B33Y30/00

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023006567

(22)【出願日】2023-01-19

(71)【出願人】

【識別番号】000002299

【氏名又は名称】清水建設株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100149548

【弁理士】

【氏名又は名称】松沼 泰史

(74)【代理人】

【識別番号】100161506

【弁理士】

【氏名又は名称】川渕 健一

(74)【代理人】

【識別番号】100161207

【弁理士】

【氏名又は名称】西澤 和純

(72)【発明者】

【氏名】山縣 侑加

(57)【要約】

【課題】母材にゆがみが生じることを防止できる母材支持装置を提供する。
【解決手段】造形装置２によって上面に溶融した金属材料３が積層される母材４を載置する載置部５と、母材４の外周部を載置部５との間に挟み込み、載置部５に固定する固定部６と、を有し、載置部５の下方に設置され、母材４を下方へ引っ張る加圧部７をさらに有する。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

造形装置によって上面に溶融した金属材料が積層される母材を載置する載置部と、
前記母材の外周部を前記載置部との間に挟み込み、前記載置部に固定する固定部と、を有し、
前記載置部の下方に設置され、前記母材を下方へ引っ張る加圧部をさらに有することを特徴とする母材支持装置。

【請求項2】

前記載置部は、格子状であり、
前記加圧部は、前記格子を構成する部材間の領域を介して前記母材に固定可能とされていることを特徴とする請求項１に記載の母材支持装置。

【請求項3】

前記母材のゆがみ量を測定するセンサを有し、
前記母材のゆがみ量に応じて前記加圧部を制御することを特徴とする請求項１または２に記載の母材支持装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、母材支持装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、ＷＡＡＭ（Ｗｉｒｅ ａｒｃ ａｄｄｉｔｉｖｅ ｍａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇ）の装置構成として、アーク溶接ロボットを用いて金属材料の積層を行うものが知られている（例えば、特許文献１参照）。ＷＡＡＭでは、例えば、厚さ寸法が５ｍｍ程度の母材となる金属板の上に金属材料を積層する。このとき、母材は、テーブルなどの支持台の上に載置され、クランプなどの固定治具で母材の外周部が支持台に固定される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開２０００－１５３６３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

しかしながら、母材の上に溶融した金属材料を積層すると、溶融した金属から熱が母材に伝わり、母材の温度が不均一となった場合、熱による母材の伸びによってゆがみが生じ、母材が湾曲することがある。ひいては、母材上に積層された積層物（金属造形物）も母材の湾曲に追従して、湾曲することがある。

【0005】

そこで、本発明は、母材にゆがみが生じることを防止できる母材支持装置を提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0006】

上記目的を達成するため、本発明に係る母材支持装置は、造形装置によって上面に溶融した金属材料が積層される母材を載置する載置部と、前記母材の外周部を前記載置部との間に挟み込み、前記載置部に固定する固定部と、を有し、前記載置部の下方に設置され、前記母材を下方へ引っ張る加圧部をさらに有することを特徴とする。

【0007】

本発明では、造形装置による金属材料の積層される際に、加圧部によって母材を下方へ引っ張ることができる。このため、金属材料が積層される際の熱によって母材が上方に撓むことが防止される。これにより、母材にゆがみが生じることを防止できる。

【0008】

また、本発明に係る母材支持装置では、前記載置部は、格子状であり、前記加圧部は、前記格子を構成する部材間の領域を介して前記母材に固定可能とされていてもよい。

【0009】

このような構成とすることにより、格子を構成する部材間の領域を介して、載置部の下方に設置された加圧部を母材に容易に固定できる。また、複数の上記領域が載置部に均等に設けられるため、加圧部を任意の位置に配置できる。

【0010】

また、本発明に係る母材支持装置では、前記母材のゆがみ量を測定するセンサを有し、前記母材のゆがみ量に応じて前記加圧部を制御してもよい。

【0011】

このような構成とすることにより、母材にゆがみが生じないように加圧部を調整できる。

【発明の効果】

【0012】

本発明によれば、母材にゆがみが生じることを防止できる。

【図面の簡単な説明】

【0013】

【図1】本発明の実施形態による母材支持装置の一例を示す斜視図である。

【図2】載置部、加圧部およびセンサの配置を示す平面図である。

【図3】図２のＡ－Ａ線断面図である。

【図4】載置部の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0014】

以下、本発明の実施形態による母材支持装置について、図１－図４に基づいて説明する。
図１に示すように、本実施形態による母材支持装置１は、造形装置２によって上面に溶融した金属材料３が積層される母材４を載置する載置部５と、母材４の外周部を載置部５に固定する固定部６と、載置部５に載置された母材４を下方へ引っ張る加圧する加圧部７と、母材のゆがみ量を測定するセンサ８と、を有する。図１では、奥側に配置される加圧部７およびセンサ８の表記を省略している。なお、本実施形態では、「下方」とは「鉛直下方」と、また「上方」とは「鉛直上方」と同義であり、単に「下方」「上方」と記載し、説明を行う。

【0015】

造形装置２は、造形ロボットである。造形装置２は、ロボットアームと、溶接トーチ２１と、を有する。造形装置２は、アーク溶接を利用した金属溶融積層方式の３Ｄプリンタ（ＷＡＡＭ）である。
ロボットアームは、不図示のロボット本体から延びている。ロボットアームの先端部には、溶接トーチ２１が設けられている。溶接トーチ２１は、不図示のワイヤ供給装置から溶接ワイヤ２２が供給されるようになっている。造形装置２は、溶接ワイヤ２２の先端でアーク放電を行い、溶接ワイヤ２２を溶融し、これを母材４に積層することで、金属造形物３１を製造することができる。金属造形物３１の形状は、適宜設定可能である。

【0016】

母材４は、金属製の板材である。母材４は、板面（積層平面）が長方形の平板状であり、板面を水平として載置部５に載置される。

【0017】

図１－図４に示すように、載置部５は、母材４が載置される格子状の枠部５１と、枠部５１を支持し床面１１に設置される脚部５２と、を有する。
平面視における枠部５１の外形は、母材４の外形と略同じ長方形である。水平に延びる枠部５１の長方形の外形は、一方の辺が横方向へ延び、この横方向と直交する縦方向へ他方の辺が延びる。図面では、横方向を矢印Ｘで示し、縦方向を矢印Ｙで示す。

【0018】

図２および図４に示すように、枠部５１は、縦方向に延びる第１棒状部５３が横方向に間隔をあけて４つ配列され、横方向に延びる第２棒状部５４が縦方向に間隔をあけて４つ配列された格子状とされている。したがって、枠部５１は、隣り合う第１棒状部５３、５３の間であって、さらに隣り合う第２棒状部５４、５４の間に位置する領域５５が９つ形成されている。
また、枠部５１では、外周部、すなわち最外部に位置する、２つの第１棒状部５３、５３と、２つの第２棒状部５４、５４と、で形成される四角形の環状形状を有する外周枠部５７を備える。
図１、図３および図４に示すように、脚部５２は、枠部５１から下方に延びている。本実施形態では脚部５２は、枠部５１（外周枠部５７）の四隅、つまり最外部に位置する第１棒状部５３と第２棒状部５４の４つの交差部に加え、枠部５１の中央部の２箇所、の合計６箇所から下方に延びている。

【0019】

図１および図３に示すように、固定部６は、外周枠部５７と同様、四角形の環状形状を有する固定枠部６１を有する。固定枠部６１は、枠部５１の上に載置された母材４の外周部の上に載置され、枠部５１とともに母材４を間に挟み込む。本実施形態では、枠部５１の外周枠部５７、母材４の外周部、そして固定枠部６１が順次積層された状態で上下方向から挟んで固定するクランプを有する。これにより、固定部６は、母材４の外周部を枠部５１の外周枠部５７と固定枠部６１とで挟み込んだ状態として、母材４を枠部５１に固定することができる。なお固定部６は、枠部５１の外周枠部５７と、固定枠部６１と、で母材４の外周部を挟み込み、固定できるものであれば、クランプではなく、ボルトなどの固定具で固定してもよい。このような場合は、枠部５１の外周枠部５７、母材４の外周部および固定枠部６１に固定具が挿通される孔部が適宜設けられる。

【0020】

加圧部７は、枠部５１、より具体的には領域５５を介して母材４の下面に取り付けられる吸着パッド７１と、床面１１に設置され吸着パッド７１を介して母材４を下方に引っ張ることが可能なリニアシリンダ７２と、を有する。本実施形態では、加圧部７は、９つの領域５５にそれぞれ設けられている（図２参照）。
吸着パッド７１は、溶融された溶接ワイヤ２２が積層され、金属造形物３１が形成される積層面と対向し、反対側に向いた下面に吸着可能（固定可能）とされており、金属材料３の積層により母材４が高温となった場合にも耐え得る耐熱性を有する。

【0021】

図１および図２に示すセンサ８は、母材４の変位量を計測可能な距離センサや、電気抵抗の変化でひずみ量（ゆがみ量）を測定するひずみゲージなどで、母材４に取り付けられて母材４のゆがみ量を測定する。センサ８で測定された母材４のゆがみ量は、制御部（不図示）に送信され、母材４のゆがみ量に応じてリニアシリンダ７２による加圧量が制御されるように構成されてもよい。例えば、上方に撓む母材４のゆがみ量が所定値を超える場合に、リニアシリンダ７２による引っ張り量を増加させる制御を行う。センサ８は、例えば、複数の加圧部７それぞれの近接する位置に設けられる。

【0022】

次に、本実施形態による母材支持装置の作用・効果について説明する。
造形装置２で金属材料３が積層される際には、積層される金属材料３の熱によって母材４の積層面が高温となり、母材４の積層面と対向する下面との間で大きな温度差が生じる。この結果、母材４は、下面側に対して積層面側が熱膨張し、上方へ凸となる撓みが生じる。そこで本実施形態による母材支持装置では、造形装置２によって金属材料３が積層される際に、加圧部７によって母材４を下方から引っ張る構成とした。このため、金属材料３が積層される際の熱によって母材４が上方に撓むことが防止される。これにより、母材４を厚くすることなく母材４にゆがみが生じることを防止できる。

【0023】

本実施形態による母材支持装置では、載置部５は、格子状の枠部５１としている。このような構成とすることにより、格子を構成する部材間の領域５５を介して、載置部５の下方に設置された加圧部７を母材に容易に固定できる。また、複数の領域５５が載置部５に均等に設けられるため、加圧部７を任意の位置に配置できる。

【0024】

本実施形態による母材支持装置では、母材４のゆがみ量を測定するセンサ８を有し、母材４のゆがみ量の値に応じて加圧部７を制御している。このような構成とすることにより、母材４にゆがみが生じないように加圧部７を調整できる。

【0025】

以上、本発明による母材支持装置の実施形態について説明したが、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、その趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更可能である。
例えば、上記の実施形態では、母材４の板面が長方形状であるが、長方形以外の形状であってもよい。載置部５の平面視形状は、母材４を載置して、母材４の外周部を固定部６で固定可能な形状であれば、母材４と同じ形状でなくてもよい。
上記の実施形態では、固定部６は、母材４の外周部に重なる固定枠部６１とクランプなどの固定具であるが、母材４の外周部を載置部５に固定できる形態であれば、上記以外であってもよい。

【0026】

上記の実施形態では、載置部５は、格子状の枠部５１を用いて、格子を構成する枠部５１の部材間の領域５５を介して母材４に固定可能な構成としたがこれに限らない。例えば、板状の載置部５に加圧部７を母材４固定可能な構成とする孔部を形成した構成としてもよい。また、加圧部７は、載置部５の母材４にアクセス可能な領域５５の全てに設けた構成としたが、これに限らず、例えば、母材４の中央部分などゆがみが生じやすいと想定される部分に位置する領域５５のみに設けられていてもよい。また、１つの領域５５に複数の加圧部７を設ける構成としてもよい。
加圧部７の形態は、母材４を下方から加圧（引っ張り）可能な構成であれば、上記以外であってもよい。

【0027】

上記の実施形態では、母材４のゆがみ量を測定するセンサ８を有し、母材４のゆがみ量に応じて加圧部７を制御しているが、これに限らず、温度を測定可能なセンサ８を設け、母材４の積層面と下面の温度、ひいては温度差に基づいて制御してもよい。また、加圧部７による母材４の加圧量（引っ張り力の大きさ）は、造形装置２による金属材料３の積層が行われる際に一定値であってもよい。

【符号の説明】

【0028】

１ 母材支持装置
２ 造形装置
３ 金属材料
４ 母材
５ 載置部
６ 固定部
７ 加圧部
８ センサ
５３ 第１棒状部（部材）
５４ 第２棒状部（部材）
５５ 領域

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】