JP2010125484A - カラーの溶接方法及びカラー - Google Patents

Abstract

【課題】カラーの外周面を板状部材の貫通穴の周縁に沿って全周に短時間で且つ容易に溶接できる、アーク溶接方法を提供する。
【解決手段】カラー１０の外筒部１３が、一端側部分は板状部材の貫通穴を貫通するが他端側部分は板状部材の貫通穴を通らない第２外径を有する円錐台形状に形成されている。カラー１０を、一端側部分を貫通穴を貫通させて中間部分の外周面を貫通穴の縁部に接触するように配置し（４Ａ）、カラー１０を、貫通穴縁部に接触した外筒部１３の部分を貫通穴縁部から離してギャップＧを形成し、ギャップＧの間に、小電流のパイロットアークを生成してその後、大電流のメインアークを生成して（４Ｂ）板状部材の貫通穴の周縁部分とカラーの外周面とを溶融し、カラーの溶融した外周面部分と貫通穴周縁部分とを圧接させて溶着する（４Ｃ）。
【選択図】図４

Description

本発明は、板状部材にその貫通穴を貫通した状態に配置された円筒形状のカラーを溶接する、カラー溶接方法に関し、また、そのカラー溶接方法に用いるカラーに関する。

板状部材に、その貫通穴を貫通した状態に円筒形状のボスを溶接する溶接方法が、特許文献１に記載されている。特許文献１に記載の溶接は、抵抗溶接を用いて、プーリ板へボスを溶接する。特許文献１の抵抗溶接方法においては、ボス端部にテーパ面を形成してそのテーパ面を貫通穴の縁部に当接させ、その当接部分を流れる電流密度を高くして温度を上昇させ、それによって、溶接時間を短縮しようとしている。

特開平８−１２１５７５号公報 実開平５−０８７０４０号公報

特許文献１の溶接方法は、抵抗溶接であり、アーク溶接より大電流を必要とし、また、溶接部位の溶融まで長時間溶接部材を母材に圧接する必要がある。アーク溶接では、溶融後溶接部位を圧接するだけでよく、圧接時間は短い。

図１の（Ａ）〜（Ｃ）には、アーク溶接によって、カラー１を母材である板状部材２の貫通穴３の部分に溶接する従来の方法が示されている。アーク溶接は、抵抗溶接と比べると電流は少なく、また、溶接部位の溶融まで溶接部材を母材に長時間圧接することが必要ではない。従来の溶接方法の場合、図１の（Ａ）において、カラー１が溶接ツール（図示せず）に保持されて板状部材２の貫通穴３に位置決めされ、カラー２が貫通穴３を貫通した状態に維持されて、カラー２の外周面と貫通穴３の縁部の板状部材２との間のギャップにアークが生成され、そのアークによってカラー２の外周面部分と板状部材２の貫通穴３の縁部の部分とが溶融され、溶融した部位を相互に圧接すると溶着される（図１の（Ｂ）参照）。図１の（Ｃ）は、板状部材２に溶接したカラー１Ａを、軸受として使用して軸５を回転可能に支持した例を示している。かかるアーク溶接によるカラーの溶接において、図１（Ｂ）の溶接接合部分６が、貫通穴３に対向するカラー２の外周面の全周に沿って形成されるのが望ましい。しかし、従来のアーク溶接では、溶接接合部分６を全周に亘って形成するために、溶接時間を長く必要とし（例えば、数秒〜数十秒）、また、ギャップを一定に維持するために、溶接作業を、ロボットで行うか、あるいは、熟練の技術者で行うことが求められている。従って、溶接時間を短くでき、溶接作業をロボットや熟練技術者に依存せずに行えることが求められている。

特許文献２には、バックホーのブームにボスを溶接した例を示している。この場合のボスの溶接においても、ボスの外周面全体に渡って溶接されることが求められている。

従って、本発明の目的は、円筒形状のカラーの外周面を板状部材の貫通穴の周縁に沿って全周に短時間で且つ容易に溶接できる、アーク溶接方法を提供することにあり、そのアーク溶接方法に用いるカラーを提供することにある。

かかる目的を達成するため、本発明に係る、板状部材の貫通穴を貫通する状態に配置された円筒形状のカラーを板状部材に溶接する、カラーの溶接方法は、カラーの外筒部が、一端側部分は板状部材の貫通穴を貫通する第１外径を有し且つ他端側部分は板状部材の貫通穴を通らない第２外径を有する円錐台形状に形成されている、カラーを溶接ツールに保持し；カラーを、溶接ツールによって、一端側部分を板状部材の貫通穴を貫通させて一端側部分と他端側部分との間の中間部分の外周面を貫通穴の縁部に接触するように配置し；カラーを、溶接ツールによって、貫通穴縁部に接触した中間部分を貫通穴縁部から離して板状部材とカラーの外周面との間にギャップを形成するとともに、ギャップの間に、小電流のパイロットアークを生成し；溶接ツールによって、カラーを貫通穴縁部から離した状態で板状部材の貫通穴縁部とカラーの外周面との間のギャップに大電流のメインアークを生成して、板状部材の貫通穴の周縁部分とカラーの外周面とを溶融し；板状部材の貫通穴の周縁部分とカラーの外周面とを溶融した後、溶接ツールによって、カラーの溶融した外周面部分と貫通穴周縁部分とを圧接させて溶着するとともにメインアークの生成を停止すること；から成ることを特徴とする。

上記のように、カラーが一定の外径で成る円錐台に形成されているため、カラーの軸心と貫通穴の軸心との心合わせが容易にでき、心合わせした状態でそのまま軸心に沿ってカラーを板状部材から引上げれば心合わせ状態が維持され、それによって貫通穴とカラー外周面との間のギャップは全周に亘って均一に維持され、ギャップ間に生成されるアークはカラー外周面全周に沿ってむらなく一様な大きさに維持されて、溶接接合部分がカラーの外周面全体に一様に素早く形成される。従って、カラーを板状部材に短時間で且つ容易に溶接できる。実験例では、１００ミリ秒〜３００ミリ秒と従来のアーク溶接の場合よりはるかに短時間で溶接作業を終えることができた。

本発明は、上記のカラー溶接方法に用いられる円筒形状のカラーを提供し、このカラーは、外筒部が、板状部材の貫通穴を貫通する第１外径を有する一端側部分と板状部材の貫通穴を通らない第２外径を有する他端側部分とから成り、且つ、一端側部分と他端側部分との間の外周面がテーパ面に形成された円錐台形状であり、内側には、一定の内径で成る円の空洞が形成されている、ことを特徴とする。かかるカラー上記アーク溶接に用いることによって、カラーを板状部材に短時間で且つ容易に溶接できる。

図２（Ａ）及び（Ｂ）には、本発明の１実施形態に係る、カラーの溶接方法に用いられるカラー１０が示されている。カラー１０は、導電性の、例えば、金属材料で成り、中心が空洞１１を有する円筒形状で成る。本発明の実施形態に係るカラー１０は、直円筒ではなく、図示のように、外筒部１３が円錐台形状に形成されている。詳細には、外筒部１３は、溶接される板状部材の貫通穴を貫通する第１外径ｄ１を有する一端（図の２の下端）側部分１４と板状部材の貫通穴を通らない第２外径ｄ２を有する他端（図２の上端）側部分１５とから成り一端側部分１４と他端側部分１５との間の外周面がテーパ面に形成された円錐台形状である。内側には、一定の内径で成る円の空洞１１が形成されている。

図３において、溶接のため、カラー１０は、溶接ツール１７のヘッド１８に保持され、カラー１０が溶接される母材である板状部材１９の溶接部位の上に貫通穴２１に軸心を合わせて配置される。円形の貫通穴２１は、直径ｄ３であり、この直径ｄ３と、カラー１０の第１外径ｄ１及び第２外径ｄ２との関係は： ｄ１＜ｄ３＜ｄ２ である。なお、板状部材１９は、導電性の、例えば、金属材料で成る。

溶接ツール１７は、カラー１０を保持するヘッド１８を備え、更に、ヘッド１８を介してカラー１０にアーク放電用の電圧（又は電力）を与え、板状部材１９にもアーク放電用の電圧（電力）を与える、電源及びコントローラ２２を備えている。溶接ツール１０は、公知のアーク溶接装置であり、詳細な説明を省略する。

図３及び図４（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、本発明の１実施形態に係る、カラーの溶接方法を説明する。なお、図４において、説明の便宜上、溶接ツール１７を省略しているが、図３に図示のように、カラー１０は、溶接ツール１７のヘッド１８によって保持され、カラー１０と板状部材１９には、溶接ツール１７の電源及びコントローラ２２からアーク放電用の電圧（電力）ラインが接続されている。

板状部材１９の貫通穴２１を貫通する状態に配置された円筒形状のカラー１０が板状部材１９に溶接される。カラー１０は、図２に示されるように、外筒部１３が、一端側部分１４は板状部材１９の貫通穴２１を貫通する第１外径ｄ１を有し且つ他端側部分１５は板状部材１９の貫通穴２１を通らない第２外径ｄ２を有する円錐台形状に形成されている。このカラー１０を、図３に図示のように、溶接ツール１７のヘッド１８に保持して、カラー１０を板状部材１９の溶接部位の上に貫通穴２１に軸心を合わせて配置する。次に、図４（Ａ）に示すように、溶接ツールによって、一端側部分を板状部材の貫通穴を貫通させて一端側部分と他端側部分との間の中間部分の外周面を貫通穴の縁部に接触するように配置する。そして、カラー図４（Ｂ）に示すように、溶接ツールによって、貫通穴２１の縁部に接触したカラー１０の外筒部１３の中間部分を貫通穴２１の縁部から離すように引上げて（矢印２５）板状部材１９とカラー１０の外周面との間にギャップＧを形成するとともに、ギャップＧの間に、小電流のパイロットアーク（アーク２３）を生成する。このギャップＧの形成のための引上げにおいて、貫通穴２１の軸心とカラー１０の軸心との整列を維持するため、カラー１０を板状部材１９の貫通穴２１に対して鉛直に引上げる。貫通穴２１の軸心とカラー１０の軸心とが整列したまま引上げられるので、ギャップＧは、カラー１０の外筒部１３の全周に亘って均一に維持され、ギャップ間に生成されるアークはカラー外周面全周に沿ってむらなく一様な大きさに維持される。次に、溶接ツールによって、カラー１０を貫通穴２１の縁部から離した状態で板状部材１９の貫通穴２１の縁部とカラー１０の外周面との間のギャップに、大電流のメインアーク（アーク２３）を生成する。上記のように、貫通穴２１の縁部とカラー１０の外周面との間のギャップは全周に亘って均一に維持されるので、ギャップ間に生成されるメインアークもカラー外周面全周に沿ってむらなく一様な大きさに維持されて、溶接接合部分がカラーの外周面全体に一様に素早く形成される。従って、カラーを板状部材に短時間で且つ容易に溶接できる。

このようにして、板状部材１９の貫通穴２１の周縁部分とカラー１０の外周面とを溶融する。板状部材１９の貫通穴２１の周縁部分とカラー１０の外周面とを溶融した後、図４（Ｃ）に示すように、溶接ツールによって、カラー１０を板状部材１９に向けて押圧（矢印２６）して、カラー１０の溶融した外周面部分と板状部材１９の貫通穴２１の周縁部分とを圧接させて溶着する。また、圧接の直前に、溶接ツール１７の電源及びコントローラ２２からの電圧（電力）の供給を遮断して、メインアークの生成を停止する。上記のとおり、ギャップ間に生成されるメインアークもカラー外周面全周に沿ってむらなく一様な大きさに維持されて、溶接接合部分２７がカラー１０の外周面全体に一様に素早く形成される。実験例では、貫通穴２１がφ２５ｍｍ程度であるとき、１００ミリ秒〜３００ミリ秒で溶接作業を終えることができた。すなわち、従来のアーク溶接の場合（数秒〜数十秒）よりはるかに短時間で溶接作業を終えることができた。

図５は、本発明に係るアーク溶接の場合のアークの生成をカラー１０の横断面において示している。ギャップＧは、カラー１０の外筒部１３の全周に亘って均一に維持されているので、アークは、アーク生成ポイント２８から、矢印２９に図示のように、円環形状のギャップＧを一瞬に走行するように生成され、これによって、溶融が高速で且つ確実に行われる。

従来のアーク溶接を説明する図であり、（Ａ）はカラーを板状部材に位置決めする様子を示す斜視図、（Ｂ）はカラーを板状部材に溶接した後の断面図、（Ｃ）はカラーを軸受に利用した例を示す断面図である。 本発明の１実施形態に係るカラーを示しており、（Ａ）はカラーの斜視図、（Ｂ）はカラーの断面図である。 本発明の１実施形態に係る、カラーの溶接方法において、カラーを板状部材に位置決めするように配置することを示す斜視図である。 （Ａ）〜（Ｃ）は、本発明の１実施形態に係るカラーの溶接方法において、カラーの配置工程、アーク生成工程、及び、溶着工程を示す図である。 本発明の１実施形態に係る、カラーの溶接方法における、アークの生成を説明するカラーの横断面図である。

符号の説明

１ 従来のカラー
２ 板状部材
３ 貫通穴
５ 軸
６ 溶接接合部分
１０ 本発明の１実施形態に係るカラー
１１ 空洞
１３ 外筒部
１４ 一端側部分
１５ 他端側部分
１７ 溶接ツール
１８ ヘッド
１９ 板状部材
２１ 貫通穴
２２ 電源及びコントローラ
２３ アーク

Claims (2)

1. 板状部材の貫通穴を貫通する状態に配置された円筒形状のカラーを当該板状部材に溶接する、カラーの溶接方法であって、
   前記カラーの外筒部が、一端側部分は前記板状部材の前記貫通穴を貫通する第１外径を有し且つ他端側部分は前記板状部材の前記貫通穴を通らない第２外径を有する円錐台形状に形成されている、該カラーを溶接ツールに保持し、
   前記カラーを、前記溶接ツールによって、前記一端側部分を前記板状部材の前記貫通穴を貫通させて該一端側部分と前記他端側部分との間の中間部分の外周面を前記貫通穴の縁部に接触するように配置し、
   前記カラーを、前記溶接ツールによって、前記貫通穴縁部に接触した前記中間部分を該貫通穴縁部から離して前記板状部材と前記カラーの外周面との間にギャップを形成するとともに、前記ギャップの間に、小電流のパイロットアークを生成し、
   前記溶接ツールによって、前記カラーを前記貫通穴縁部から離した状態で前記板状部材の前記貫通穴縁部と前記カラーの外周面との間のギャップに大電流のメインアークを生成して、前記板状部材の前記貫通穴の周縁部分と前記カラーの外周面とを溶融し、
   前記板状部材の前記貫通穴の周縁部分と前記カラーの外周面とを溶融した後、前記溶接ツールによって、前記カラーの前記溶融した外周面部分と前記貫通穴周縁部分とを圧接させて溶着するとともに前記メインアークの生成を停止すること、
   から成ることを特徴とする、カラーの溶接方法。
2. 請求項１に記載のカラー溶接方法に用いられる円筒形状のカラーであって、
   外筒部が、前記板状部材の前記貫通穴を貫通する第１外径を有する一端側部分と前記板状部材の前記貫通穴を通らない第２外径を有する他端側部分とから成り、且つ、前記一端側部分と前記他端側部分との間の外周面がテーパ面に形成された円錐台形状であり、内側には、一定の内径で成る円の空洞が形成されている、ことを特徴とするカラー。

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