JP2005296991A

JP2005296991A - 金属薄板の端部接合構造

Info

Publication number: JP2005296991A
Application number: JP2004115688A
Authority: JP
Inventors: Kazuhiro Kurumi; 和宏来海; Motomichi Ito; 元通伊藤
Original assignee: Hitachi Metals Ltd
Current assignee: Proterial Ltd
Priority date: 2004-04-09
Filing date: 2004-04-09
Publication date: 2005-10-27

Abstract

【課題】本発明は、金属薄板の突き合わせ接合部の強度が、母材と同等の強度となるような接合部構造を提供する。
【解決手段】本発明の金属薄板の端部接合構造は、突き合わせた金属薄板と、金属薄板の端部側面に重ね合わせた補強材と、前記金属薄板の突き合わせ部を接合した溶接部と、金属薄板の端部と補強材を接合した溶接部とを有することを特徴としている。
【選択図】図１

Description

本発明は、突き合わせた金属薄板の接合構造に係わるもので、特に金属薄板を丸めてエンドレス体に形成するための両端部の接合構造に好適なものである。

機械装置における動力の伝達方式には例えば歯車駆動方式などがあるが、軸間距離が長い場合にはベルト駆動方式が採用される。ベルト駆動方式に使用するベルトとしては、樹脂製またはゴム製の歯付きベルトやＶベルトが使用されているが、強度が高く、薄くでき、また発塵もしないなどの理由で金属製のエンドレスベルトも多用されている。

また、金属製エンドレスベルトは物品の搬送用としても使用される。この場合、物品を移動させる用途に加え途中で検査等の処理が行なわれることも多い。途中で検査を行なう場合、１ｍｍ以上の比較的大きなばら物を搬送するような場合と、１ｍｍ以下の微小粒体を搬送するような場合では搬送形態が異なることがある。即ち、前者の形態では、図７に示すように、上記の動力伝達用と同様に２つのプーリ間に巻き掛けて装着されたコンベア構成をとり、エンドレスベルト表面に載置された物品が直線移動する間に検査等の処理が行なわれることが多い。一方、後者の形態では、例えば図６に示すように、１つの回転体の外周に密接装着されて回転体と一体となって回転する構成をとり、表面に形成された多数の穴に微小球体が挿入され、回転移動する間に検査処理が行なわれる。

通常、金属製エンドレスベルトは帯状の金属薄板の端部同士を接合して形成され、例えば下記特許文献１には、厚さが０．２ｍｍ以下の金属薄板からエンドレスベルトを形成する技術が開示されている。特許文献１には、帯状の金属薄板を芯金に螺旋状に巻き付け、その側面突き合わせ部をレーザ溶接あるいはプラズマ溶接により接合してパイプとし、所定の幅に切断し金属製エンドレスベルトを形成する第１の方法と、平板状の金属薄板を芯金に巻き付け、その長手方向の突き合わせ部をレーザ溶接あるいはプラズマ溶接により接合してパイプとし、所定の幅に切断し金属製エンドレスベルトを形成する第２の方法が記載されている。
特開平８−１７０６９２号公報（段落番号００１４〜００１８）

接合して形成される金属製エンドレスベルトは、その接合部にはベルト母材部と同等の強度が求められる。近年、プリンタ、プロッタ、複写機等は益々小型化、高速化が図られ、金属製エンドレスベルトを用いる送り機構においては、プーリは径小となるとともに、金属製エンドレスベルトは大きな張力でプーリ間に張られるため、ベルトに作用する曲げ応力や引張り応力は大きくなり、その接合部にも大きな力が作用するようになっている。また、前述した回転体外周に密接して装着するエンドレスベルトにおいても、接合部の強度は母材と同等であることが求められている。即ち、回転体表面に密着させるためには、エンドレスベルトを加温するか回転体を冷却するかして径方向に隙間を生じさせて装入するため、常温に戻った時には、エンドレスベルトの外周面及び内周面には常時引張り応力と圧縮応力がかかるからである。

ところで、特許文献１には、金属薄板を鋼製で真円状の芯金に巻き付けて、密着巻きされた金属薄板の突き合わせ部をレーザ溶接あるいはプラズマ溶接で接合すると説明されているが、芯金に巻き付けた状態で溶接するのか否かは説明がなく不明である。もし、芯金に巻き付けた状態で溶接するのであれば、金属薄板と芯金が溶融して接合しないように、芯金が溶融しないように溶融深さを浅くしなければならない。従って、溶融部を金属薄板の裏面までほぼ同じビード幅となるように形成することは難しく、表側に比べて溶融量が少ないか、融接されていない箇所が存することが考えられる。一方、芯金のない状態で溶接するのであれば、巻き付け状態を維持するために、突き合わせ部を何点か点溶接しておくことが考えられるが、その程度では突き合わせ部全長に亘って、突き合わせ面を密接状態にしておくことは難しく、溶融部に窪みやアンダーカットが生じたり、溶け落ちが発生したりすることが考えられる。これは、レーザ溶接あるいはプラズマ溶接は、二つの突き合わせ部材を溶融させ、そのまま凝固させて互いに接合させる溶接法であり、突き合わせ面をできるだけ隙間のない状態で溶接しないと、隙間の容積を埋める分溶融部の高さが低下するためである。特に、第２の方法の場合では、芯金に巻き突けた時に、内周長と外周長の差が板厚方向に隙間として現われるので突き合わせ面同士は密着状態とならず、溶融部には凹部が形成される。従って、いずれの状態で溶接されるにしても、特許文献１による金属製エンドレスベルトの接合部の強度は、母材強度より低下している可能性が高い。

従って、本発明は、金属薄板の突き合わせ接合部の強度が、母材と同等の強度となるような接合部構造を提供することを目的としている。

本発明の金属薄板の端部接合構造は、突き合わせた金属薄板と、金属薄板の端部側面に重ね合わせた補強材と、前記金属薄板の突き合わせ部を接合した溶接部と、金属薄板の端部と補強材を接合した溶接部とを有することを特徴としている。
本発明において、前記溶接部の少なくとも１箇所は、金属薄板と補強材が共に溶融・凝固されていることが好ましい。これにより、金属薄板と補強材は強固に一体化される。
また、本発明においては、前記金属薄板の端部側面には凹部が形成され、補強材は凹部に収納されて金属薄板の端部側面と重ね合わせられているようにすることができる。これにより、金属薄板から接合部が出っ張らないようにすることができる。
本発明は、前記金属薄板を１枚の薄板とし、両端部の端面同士を当接するようにして突き合わせるようにすることができる。これにより、１枚の金属薄板を曲げて接合強度の高いエンドレス体を得ることができ、動力伝達用や搬送用のエンドレスベルトとして用いることができる。なお、別部材の金属薄板同士を接合し、構造物の枠体やボディなどを形成する場合に用いることもできる。

本発明によれば、金属薄板同士の突き合わせ端面の少なくとも一方の側面に補強材を重ね合わせ、金属薄板と補強材を共に溶融するように溶接し、さらに、金属薄板の突き合わせ端面同士を密接するように固定して突き合わせ溶接を行うので、溶融部には、隙間や窪がほとんど生じず、強度の高い接合部を得ることができる。

本発明を、厚さが１ｍｍ以下の金属薄板１１を曲げて両端部を接合し、エンドレス体１に形成する場合を例に説明する。本発明は、母材である金属薄板１１を略円形、長円形等に曲げて突き合わせた両端部と、該両端部の側面に重ね合わせた補強材１２と、前記両端部の突き合わせ面を接合した溶接部１３と、前記両端部と補強材を接合した溶接部１４とで構成されている。金属薄板（以降、母材と略すこともある）１１は、圧延された薄板でもよいし、電気鋳造法により製造された薄板でもよいが、補強材１２はその溶融温度が母材１１に近い方が溶接性が良いため、母材１１と同じ組成の材料を用いることが望ましい。溶接は、レーザ、電子ビーム、プラズマ、ＴＩＧ等の溶接法を適用することができるが、光エネルギーを集中させて狭い範囲に深い溶融部を形成することができるレーザ溶接が好ましい。以下、本発明を二つの実施の形態に基づいて説明する。

（実施の形態１）
実施の形態１の例を図１に示す。接合部の厚さが母材の金属薄板１１の厚さＴとほぼ同じになるようにしたもので、形成されるエンドレス体１は、動力伝達用のエンドレスベルトとしても、物品搬送用のエンドレスベルトとしても広く適用できる。
図１（ａ）に示した接合構造は、金属薄板１１の両端面の突き合わせ部１１２の一側面に凹部１１３を形成し、ここに補強材１２をほぼピッタリ収まるように装着し固定したものである。即ち、補強材１２の厚さｔは凹部深さと同寸法かわずかに小さな寸法とし、その幅は凹部幅と同寸法かわずかに小さな寸法とする。なお、接合部付近における金属薄板１１と補強材１２にかかる曲げ応力をほぼ同じにするために、補強材１２の板厚ｔは金属薄板１１の１／２、もしくはそれより薄くするようにすることが望ましい。

図１（ｂ）における接合構造は、金属薄板１１の両端面の突き合わせ部１１２の両側面に凹部１１３を形成し、各々の凹部に補強材１２をほぼピッタリ収まるように装着し固定したものである。即ち、補強材１２の厚さｔは凹部深さと同寸法かわずかに小さな寸法とし、その幅は凹部幅と同寸法かわずかに小さな寸法する。なお、接合部付近における金属薄板１１と補強材１２にかかる曲げ応力をほぼ同じにするために、補強材１２の板厚ｔは、金属薄板１１の板厚Ｔの１／４、もしくはそれ以下にすることが望ましい。

図１（ａ）、（ｂ）は、母材１１の両端部の突き合わせ端面同士を接合した溶接部１３は突き合わせ溶接で形成し、母材１１と補強材１２を接合した溶接部１４も側面同士の突き合わせ溶接で形成した場合の例であり、溶接部１３及び１４の突き合わせ溶接においては、溶融部が裏側の補強材１２及び母材１１にも達するような溶接深さとし、共に溶融・凝固させるようにすることが好ましい。また、突き合わせ溶接だけでなく他の溶接方法で行うこともできる。例えば、図１（ｃ）に示すように、母材１１と補強材１２を接合する溶接部１４は、補強材１２の平面部を貫いて母材１１との接触面に到達するようにして共に溶融・凝固させる重ね合わせ溶接で形成することもできる。この場合、図１（ｃ）に点線で示すように、母材１１側から補強材１２に向かって溶融させるようにしてもよい。なお、母材１１に設ける凹部１１３は、エッチングにより形成するとよい。

本発明においては、突き合わせ溶接においてギャップが大きい時に生じる溶け落ちは、母材同士の突き合わせ溶接を行う前に、裏側に補強材１２を接合しておくことで防止できる。また、溶融部の窪みやアンダーカットに対しては、突き合わせ部の隙間をできるだけ小さくするようにして対処する。このためには、図３をもとに後述するように、母材１１の両端部の側面を略平面の同一面で受け、両端面を平行に当接するようにして固定する固定治具を用いるとよい。このように、突き合わせ部の隙間をほとんどないようにすれば、溶接部の窪みだけでなく溶け落ちも防止することができるが、必要に応じてフィラーワイヤを供給し、溶融量を増やすようにして溶接してもよい。なお、被溶接面より溶融部が出っ張った場合には、後で研磨等で除去するとよい。

（実施の形態２）
実施の形態２の例を図２に示す。この金属薄板のエンドレス体８は、前述した図６に示すように、多数の球体から楕円球や連結球など異常球を検出する装置において、中心軸２１を中心として回転する回転体２０の外周表面に一面を密接するように装着され、多数の貫通穴１１４に検査対象となる球体を分離保持して搬送するのに用いることができる。この金属薄板１１の厚さＴは、検査対象となる球体の直径とほぼ同じ寸法で、外表面が鏡面状であることが必要とされる。この板厚Ｔは高寸法精度が要求されるので、該エンドレス体８は電気鋳造法により製造したベルト状の母材１１と補強材１２から形成するとよく、その材質は例えばＮｉ−Ｃｏとすることができる。電気鋳造法によるベルト材は、金属組織がアモルファス化しているため、極めて溶接性が低下しているが、ＹＡＧレーザを用いれば母材１１と補強材１２を溶接接合することができる。表１に、板厚80μｍのＮｉ−Ｃｏメッキ製金属エンドレスベルト８を製造する際のＹＡＧレーザ溶接条件を示す。

母材１１と補強材１２の接合は、前記実施の形態１で説明したと同様にして行うことができるが、実施の形態２におけるエンドレス体８は、回転体２０に装着されて一体的に回転するものであり、エンドレス体８の接合部が回転体２０との装着面側に出っ張っていても、回転体２０の表面にその出っ張りが収まる凹部が形成されていれば装着には問題はない。従って補強材１２は、図２（ａ）に示すように、母材１１の内周面に接合してもよく、母材１１の両端部側面に凹部加工を施す必要がなく製造が容易となる。なお、補強材１２には、母材１１に比べて曲げ径が小さく、より大きな曲げ応力が作用するため、該板厚ｔは母材１１と同じか、もしくはそれより薄くすることが望ましい。この場合の接合部厚さは、母材１１と補強材１２の厚さの合計に等しく、溶融部に多少の窪みが生じても十分の受圧面積が残るので強度的には問題はない。補強材１２と母材１１との溶接部１４は、図２（ｂ）に示すように重ね合わせ溶接で形成するとよいが、母材同士の突き合わせ溶接に際しては、該溶接部１３に球体が滞留するような窪みや盛り上がりが生じないように、適切な溶接条件を設定することが重要である。

上述した実施の形態１、２において、接合方法についてさらに説明する。
前述したように、母材１１同士及び母材１１と補強材１２との接合においては、母材１１の両端面が対向して密着するように、また母材側面と補強材側面が密接するように、固定治具を用いるとよい。例えば、上記実施の形態２においては、図３に示すように母材１１の端面部の側面を、固定治具の平面部２に端面同士を密接するようにしてセットし、その上に補強材１２をセットし、上方からクランプ具３で補強材１２を押し付け、補強材１２を介して金属薄板１１を固定治具の平面部２に固定する。次いで、クランプ具３に設けた例えば１ｍｍ幅のスリット状の開放部からレーザ光を照射して溶接部１４を形成する。

レーザ光の照射形態の例を図４に示す。図４（ａ）に示すように、溶接ヘッド４を傾けてビームを斜めから溶接面に照射したり、図４（ｂ）に示すように、母材１１を溶接面の上方から退避させ、溶接ヘッド４をほぼ垂直に立てた状態でビームを照射するとよい。また、ＣＯ_２レーザやＹＡＧレーザ等のミラー伝送が可能な溶接機であれば、図４（ｃ）に示すように、溶接面と溶接ヘッド４を平行にした状態で、溶接ヘッド４下部に全反射ミラー５を４５°傾けて設置し、レーザ光をミラー反射させることによって母材１１と補強材１２を接合してもよい。また、母材の幅に対して、エンドレス体の直長さが十分に大きければ、図５に示すように母材１１の外周側から補強材１２を接合し、その後母材１１の表裏を反転させて内外周面を入れ替えるようにしてもよい。

本発明の実施の形態１の例を示す概略図である。本発明の実施の形態２の例を示す概略図である。エンドレス体の接合に用いる固定治具を説明するための概略図である。エンドレス体の接合におけるレーザ照射方法を説明するための概略図である。エンドレス体の他の製造方法を説明するための概略図である。金属エンドレスベルトを微小粒体の搬送用に用いた装置の概略図である。金属エンドレスベルトをばら物の搬送用コンベアに用いた概略図である。

符号の説明

１、８エンドレス体
２固定治具平面部
３クランプ具
４溶接ヘッド
５全反射ミラー
１１金属薄板（母材）
１１２金属薄板突合せ部
１１３金属薄板凹部
１２補強材
１３金属薄板端面の突き合せ溶接部
１４金属薄板と補強材の接合溶接部
２０回転体
２１回転体の回転軸

Claims

突き合わせた金属薄板と、金属薄板の端部側面に重ね合わせた補強材と、前記金属薄板の突き合わせ部を接合した溶接部と、金属薄板の端部と補強材を接合した溶接部とを有することを特徴とする金属薄板の端部接合構造。
前記溶接部の少なくとも１箇所は、金属薄板と補強材が共に溶融・凝固されていることを特徴とする請求項１記載の金属薄板の端部接合構造。
前記金属薄板の端部側面には凹部が形成され、補強材は凹部に収納されて金属薄板の端部側面と重ね合わせられていることを特徴とする請求項１又は２記載の金属薄板の端部接合構造。
前記金属薄板は１枚の薄板であり、両端部の端面同士を当接するようにして突き合わせたことを特徴とする請求項１又は２記載の金属薄板の端部接合構造。