JP2014124687A - 金属部材の結合方法および位置決め冶具 - Google Patents

Abstract

【課題】常温で溶接を行うため、溶接前にいつでも位置決めをできるようにする。
【解決手段】鋼板１の凹部３に鋼板２を嵌め込んで３辺を対向させて配置し、これらの対向部１ａ−２ａ、対向部１ｂ−２ｂ、対向部１ｃ−２ｃを結合する金属部材の結合方法である。鋼板２の中心から放射方向に向かう放射線（イ）〜（ホ）上に位置決め冶具４を配置する。該位置決め冶具４を介して鋼板１と鋼板２とを連結する。鋼板１に対して鋼板２を前記放射線の方向に沿ってのみ相対移動可能に設けて位置決めを行う。鋼板１と鋼板２との温度が常温になった後に、前記対向部１ａ−２ａ、対向部１ｂ−２ｂ、対向部１ｃ−２ｃを仮結合し、該仮結合の後にこれらを本結合する。
【選択図】図１Ａ

Description

本発明は、金属部材の結合方法および位置決め冶具に関する。

金属部材と金属部材とを結合するには、一般的に溶接によって行われる。そして、金属部材と金属部材とを溶接するには、金属部材と金属部材との相対的な位置決めを行ってから行われる。

位置決めする発明としては、例えば特許文献１に記載の発明がある。

特許文献１に記載の発明は、機台１上にツールヘッド２を前進自在に設ける一方、ツールヘッド２の前方に冶具台３を設けている。冶具台３はワークａを着脱自在に保持している。冶具台３はターンテーブル４の上に設けられ、ツールヘッド２に対して前向きと後ろ向きとに反転自在である。ツールヘッド２からはガイドバー５が伸びる一方、冶具台３には、該ガイドバー５が挿入される前面のガイドポスト６と後面のガイドポスト７とが設けられている。このような構成において、前面と後面のガイドポスト６，７が、冶具台３内を前後に貫通して連続して設けられている。そして、ガイドポスト６，７内に嵌合されるガイドブッシュ８は、前後の両半部８ａ，８ａに分割されている。

特開昭５７−１７３９１３号公報

本発明の目的は、常温の状態において内部応力が生じないようにするため、常温の状態で金属部材どうしを結合するものであり、結合前の金属部材どうしの位置決めは、気温の如何を問わずいつでも行なえるようにしたものである。

図５Ａに示すように、鋼板１に凹部３を形成し、該凹部３に鋼板２を配置し、鋼板１と鋼板２との３つの対向部どうしを溶接結合する場合は、以下のようにして行われている。鋼板１と鋼板２とを切断して寸法取りを、太陽光の当たらない日陰で行った。このとき、鋼板１と鋼板２との隙間は、Ｇ≒５ｍｍであった。

これらの鋼板１と鋼板２とを図５Ｂに示すように太陽光の当たる場所で一時保管した場合、温度が上昇すると、左右方向に長い鋼板１が鋼板２よりも左右方向へ多く伸びる。船に用いられる鋼板は一般的に大きいので、熱収縮した時の収縮量も大きい。このため、鋼板１と鋼板２との隙間が大きくなり、Ｇ≒１０ｍｍに変動する。この状態で、図６に示すように、略Ｕ字形の連結部材２１により、鋼板１と鋼板２とを２箇所で仮付けする。図６中、２１ａ，２１ｂは溶接部である。

仮付けした後に、図５Ｃに示すように鋼板１と鋼板２を太陽の当たらない場所へ移動すると、大きい方の鋼板１が鋼板２よりも、上下方向だけでなく左右方向へもより多く縮む。しかし、鋼板１と鋼板２とは仮付けされているので、両者の隙間はＧ≒１０ｍｍを保持し、外見上は図５Ｂの隙間の状態と比べて変化がない。鋼板２は鋼板１により両側から圧縮されて圧縮応力が生じており、鋼板１には鋼板２から押し開く方向の応力が生じている。この状態で鋼板１と鋼板２とを本付けすると、鋼板１，鋼板２に内部応力が残留してしまう。

この発明は、溶接結合した後に鋼板１，鋼板２に内部応力が生じないように、常温で溶接結合を行うものとし、溶接を行う前の鋼板１と鋼板２との位置決めが気温の高低に拘わらずいつでも行えるようにしたものである。

以下に、「発明を実施するための形態」で使用される番号を用いて、「課題を解決するための手段」を説明する。これらの番号は、「特許請求の範囲」の記載と「発明を実施するための形態」の記載との対応関係を明らかにするために付加されたものである。但し、それらの番号は、「特許請求の範囲」に記載されている発明の技術的範囲の解釈に用いてはならない。

本発明による結合方法は、第１金属部材（１）と第２金属部材（２）との少なくとも１辺を対向させて配置し、該対向させた対向部（１ａ）−（２ａ）、対向部（１ｂ）−（２ｂ）、対向部（１ｃ）−（２ｃ）を結合する金属部材の結合方法である。

前記第１金属部材（１）または前記第２金属部材（２）の中心（Ｏ）から放射方向に向かう放射線（イ）〜（ホ）上に位置決め冶具（４）を配置する。該位置決め冶具（４）を介して前記第１金属部材（１）と前記第２金属部材（２）とを連結する。前記第１金属部材（１）に対して前記第２金属部材（２）を前記放射線（イ）〜（ホ）の方向に沿ってのみ相対移動可能に設けて位置決めを行う。

前記第１金属部材（１）と前記第２金属部材（２）との温度が常温になった後に、前記対向部（１ａ）−（２ａ）、対向部（１ｂ）−（２ｂ）、対向部（１ｃ）−（２ｃ）を結合する。

前記第１金属部材（１）と前記第２金属部材（２）との温度が常温になった状態で、前記対向部（１ａ）−（２ａ）、対向部（１ｂ）−（２ｂ）、対向部（１ｃ）−（２ｃ）を仮結合する。該仮結合の後に、前記対向部（１ａ）−（２ａ）、対向部（１ｂ）−（２ｂ）、対向部（１ｃ）−（２ｃ）を本結合する。

本発明による位置決め冶具は、溝部（８ａ）を有するメス部材（８）と、該溝部（８ａ）に嵌め込まれて該溝部（８ａ）の長さ方向へ摺動自在な軸部（９ａ）を有するオス部材（９）とから構成されている。前記メス部材（８）と前記オス部材（９）とのいずれか一方が前記第１金属部材（１）に結合され、他方が前記第２金属部材（２）に結合されている。

前記溝部（８ａ）の開口部側には、前記軸部（９ａ）を前記溝部（８ａ）へ案内するガイド傾斜面（８ｂ）が形成されている。

前記メス部材（８）の前記溝部（８ａ）の開口部を閉塞し前記軸部（９ａ）が前記溝部（８ａ）から離脱するのを規制する蓋体（１０）を設けている。

前記蓋体（１０）が前記メス部材（８）に着脱自在に結合されている。

挿通孔（５ａ）を有するメス部材（５）と、該挿通孔（５ａ）に挿通されて摺動自在な軸部（６ａ）を有するオス部材（６）とから構成されている。前記メス部材（５）と前記オス部材（６）とのいずれか一方が前記第１金属部材（１）に結合され、他方が前記第２金属部材（２）に結合されている。

本発明による金属部材の結合方法によれば、位置決めにより、第１金属部材と第２金属部材との一方に対する他方の中心位置が位置決めされるので、気温が変化しても中心位置が変動することはない。従って、気温の高低に拘わらず、日向で保管されて高温の状態でも、第１金属部材と第２金属部材との位置決め作業を行うことができ、位置決め作業の時間や場所に制限がない。

本発明による位置決め冶具によれば、メス部材の溝部に対してオス部材の軸部を摺動自在に設けたので、構造が簡単である。

図１Ａは、溶接方法を説明するための平面図である（実施の形態１）。 図１Ｂは、図１Ａのａ−ａ矢視図である（実施の形態１）。 図２Ａは、位置決め冶具を一部断面で示す正面図である（実施の形態１）。 図２Ｂは、図２Ａの右側面図である（実施の形態１）。 図３は、溶接方法を説明するための平面図である（実施の形態２）。 図４は、位置決め冶具の分解斜視図である（実施の形態３）。 図５Ａは、日陰で鋼板を切断して寸法取りする際の平面図である。 図５Ｂは、日向で鋼板を仮付けする際の平面図である。 図５Ｃは、溶接後に日陰で保管すると内部応力が生じることを示す平面図である。 図６は、図５Ｂのｂ−ｂ矢視図である。

以下、本発明による金属部材の結合方法および位置決め冶具を実施するための実施の形態を説明する。
（実施の形態１）

まず、実施の形態１を、図１Ａ，図１Ｂに基づいて説明する。この実施の形態は、鋼板の凹部に他の鋼板を嵌め込んで、３組の対向部を溶接する場合について示すものである。

第１金属部材としての鋼板１と第２金属部材としての鋼板２とが設けられている。鋼板１には凹部３が形成されており、該凹部３の内部に鋼板２が配置されている。このため、対向部１ａ−２ａ、対向部１ｂ−２ｂ、対向部１ｃ−２ｃが対向しており、対向部どうしが溶接結合される。

鋼板２の中心「Ｏ」から放射方向に向かう放射線（イ）〜（ホ）上に位置決め冶具４が配置されている。該位置決め冶具４を介して鋼板１と鋼板２とが連結されている。

位置決め冶具４の構成を、図２Ａ，図２Ｂに基づいて説明する。位置決め冶具４は、メス部材５とオス部材６とから構成されている。メス部材５は挿通孔５ａを有する。一方、オス部材６は該挿通孔５ａに挿通されて軸方向へ摺動自在な軸部６ａを有する。

前記メス部材５には矩形の取付部５ｂが形成され、該取付部５ｂの四隅には取付孔５ｃが形成されている。挿通孔５ａの内周面には潤滑油が流れる３つの円周溝５ｄが形成され、該円周溝５ｄに給油を行うための油溝５ｅが取付部５ｂの端面に形成されている。

一方、オス部材６は、矩形の取付部６ｂの孔に軸部６ａを圧入したものである。取付部６ｂには取付孔６ｃが形成されている。

オス部材６の取付部６ｂの長辺が鋼板１に溶接結合され、メス部材５の取付部５ｂの長辺が鋼板２に溶接結合されている。そして、軸部６ａの軸心が放射線（イ）〜（ホ）上に位置する。取付方向を反対にして、メス部材５を鋼板１に結合し、オス部材６を鋼板２に結合してもよい。

位置決め冶具４を鋼板１，鋼板２に結合する際の気温が常温であれば、隙間の寸法はＧ＝５ｍｍに設定される。常温よりも高い気温であれば、常温に戻った際にＧ＝５ｍｍとなるように、Ｇ＞５ｍｍに設定される。一方、常温よりも低い気温であれば、常温に戻った際にＧ＝５ｍｍとなるように、Ｇ＜５ｍｍに設定される。

このように、放射線（イ）〜（ホ）上に配置された５つの位置決め冶具４を介して鋼板１と鋼板２とが連結されている。これにより、鋼板１に対して鋼板２が放射線（イ）〜（ホ）の方向に沿ってのみ相対移動可能であり、両者の相対的な位置決めが行なわれる。

このあと、鋼板１と鋼板２との温度が常温になってから、鋼板１と鋼板２とが溶接結合される。

常温になると、大きい方の鋼板１の収縮量が多いため、メス部材５とオス部材６との相対的な位置が変動する。この相対的な位置変動は、メス部材５に対してオス部材６の軸部６ａが相対的に移動することにより吸収される。このため、鋼板１と鋼板２との間に内部応力が生じることはない。メス部材５とオス部材６との相対的な位置が変動すると、対向部１ａ−２ａ、対向部１ｂ−２ｂ、対向部１ｃ−２ｃの隙間は所定寸法となり、Ｇ≒５ｍｍとなる。このとき、鋼板１に対する鋼板２の中心Ｏ点が変動することはない。

この状態で、対向部１ａ−２ａ、対向部１ｂ−２ｂ、対向部１ｃ−２ｃを仮結合する。この仮結合は、図１Ｂに示すように、略Ｕ字形の連結部材７により行う。即ち、連結部材７の一端を溶接部７ａを介して鋼板１に結合し、他端を鋼板２に結合する。

この仮結合の後に、対向部１ａ−２ａ、対向部１ｂ−２ｂ、対向部１ｃ−２ｃを本結合する。この本結合は、対向部１ａ−２ａ、対向部１ｂ−２ｂ、対向部１ｃ−２ｃの隙間を溶接ビードで埋めることによって行われる。なお、仮結合することなく、本結合してもよい。

溶接結合が完了したら、連結部材７および位置決め冶具４を鋼板１および鋼板２から取り外す。

上記のようにして鋼板１，２を溶接結合して構成された鋼板は、タービンのブレードを載置する載せ台として用いて好適なものである。鋼板１，２が常温で溶接結合されており、常温状態では内部応力が生じていないからである。

本発明による金属部材の結合方法によれば、位置決めにより、鋼板１に対する鋼板２の中心位置「Ｏ」が位置決めされるので、気温が変化しても中心位置「Ｏ」が変動することはない。従って、気温の高低に拘わらず、日向で保管されて高温の状態でも、鋼板１と鋼板２との位置決め作業を行うことができ、位置決め作業の時間や場所に制限がない。

本発明による位置決め冶具によれば、メス部材５の挿通孔５ａに対してオス部材６の軸部６ａを摺動自在に設けたので、構造が簡単である。
（実施の形態２）

次に、実施の形態２について説明する。この実施の形態は、鋼板と他の鋼板とを対向させて、１組の対向部を溶接する場合について示すものである。なお、実施の形態２は実施の形態１の一部を変更したものなので、同一部分には同一符号を付して説明を省略し、異なる部分のみを説明する。

この実施の形態は、実施の形態１のように鋼板２が鋼板１から圧縮応力を受ける位置関係になく、単に鋼板１と鋼板２とを突き合わせた位置関係にある場合の、対向部１ｃ−２ｃを溶接結合するものである。実施の形態１の放射線（ハ）（ニ）（ホ）の位置と対応する位置に位置決め冶具４を配置することになる。
（実施の形態３）

最後に、実施の形態３について説明する。この実施の形態は、位置決め冶具のその他の実施例を示すものである。

図４に示すように、メス部材８とオス部材９とが設けられている。メス部材８が前記鋼板２に結合され、オス部材９が前記鋼板１に結合されている。オス部材９は、矩形の取付部９ｂの一方の面に軸部９ａの一端を結合したものである。

メス部材８には溝部８ａが形成されている。該溝部８ａに前記オス部材９の軸部９ａが嵌め込まれ、軸部９ａは溝部８ａの長さ方向へ摺動することができる。前記溝部８ａは、矩形のメス部材８の上面に、一方の端面から他方の端面まで貫通させて形成されている。溝部８ａの底面には、前記軸部９ａの外周面と摺動する半円の円弧面が形成されている。そして、メス部材８の上方から溝部８ａに軸部９ａを嵌め込む際に、軸部９ａを案内する一対の傾斜したガイド傾斜面８ｂが形成されている。

このメス部材８には、溝部８ａの開口部を閉塞し前記軸部９ａが前記溝部８ａから離脱するのを規制する蓋体１０が設けられている。該蓋体１０は、前記メス部材８に着脱自在に結合されている。即ち、前記蓋体１０には４つの取付孔１０ａが形成されている。該取付孔１０ａに図示しないボルトを挿通し、該ボルトをメス部材８の上面に形成されたネジ孔８ｄにねじ込むことにより、蓋体１０がメス部材８に結合される。蓋体１０をメス部材８に結合した状態では、軸部９ａが溝部８ａの内部で上下方向へ移動しないように、溝部８ａの底面と蓋体１０の下面との距離は、軸部９ａの外径寸法と略同じ値に設定されている。

実施の形態１のように、図２Ａ，図２Ｂに示す位置決め冶具４を図１Ａの位置に結合するには、予め鋼板１，２を台の所定の位置に載置してから、位置決め冶具４を鋼板１，２に溶接するという手順で行う。一方、図４に示す位置決め冶具１１を用いる場合は、鋼板１に予めオス部材９を結合する一方、鋼板２にメス部材８を結合する。次に、鋼板１と鋼板２とを台の所定の位置に載置すると同時に、オス部材９の軸部９ａをメス部材８の溝部８ａに嵌め込む。このとき、ガイド傾斜面８ｂが形成されているので、軸部９ａを溝部８ａに嵌め込むのが容易である。そして、図示しないボルトを介して蓋体１０をメス部材８に結合すると、蓋体１０とメス部材８との間に挿通孔８ｃが形成され、該挿通孔８ｃに沿って軸部９ａが摺動する。

本発明による位置決め冶具１１によれば、メス部材８の溝部８ａにオス部材９の軸部９ａを装着するのが容易なので、鋼板２へのメス部材８の結合と、鋼板１へのオス部材９の結合とを別々に行い、その後にメス部材８の溝部８ａにオス部材９を装着するという手順で位置決め冶具１１を結合することが可能となる。

なお、実施の形態１〜３では金属部材の結合方法が鋼板の溶接方法である場合を示したが、鋼板に限らず金属部材であればよい。また、結合方法が溶接方法である場合を説明したが、ロウ付けやその他の結合方法であってもよい。そして、実施の形態３では蓋体を有する位置決め冶具を示したが、蓋体を備えていない位置決め冶具を用いることもできる。更に、軸部と挿通孔，溝部との断面形状を円形としたが、四角形や三角形にすることもできる。

以上、実施の形態を参照して本発明による金属部材の結合方法および位置決め冶具を説明したが、本発明による金属部材の結合方法および位置決め冶具は、前記の実施の形態に限定されるものではない。前記の実施の形態に様々な変更を行うことが可能であり、前記の実施の形態に記載された構成と前記の他の実施の形態に記載された構成とを組み合わせることが可能である。

１・・・鋼板（第１金属部材）
１ａ，１ｂ，１ｃ，２ａ，２ｂ，２ｃ・・・対向部
２・・・鋼板（第２金属部材）
４，１１・・・位置決め冶具
５・・・メス部材
５ａ・・・挿通孔
６，９・・・オス部材
６ａ，９ａ・・・軸部
８・・・メス部材
８ａ・・・溝部
８ｂ・・・ガイド傾斜面
１０・・・蓋体

Claims (7)

1. 第１金属部材と第２金属部材との少なくとも１辺を対向させて配置し、該対向させた対向部どうしを結合する金属部材の結合方法であって、
   前記第１金属部材または前記第２金属部材の中心から放射方向に向かう放射線上に位置決め冶具を配置し、
   該位置決め冶具を介して前記第１金属部材と前記第２金属部材とを連結し、前記第１金属部材に対して前記第２金属部材を前記放射線の方向に沿ってのみ相対移動可能に設けて位置決めを行い、
   前記第１金属部材と前記第２金属部材との温度が常温になった後に、前記対向部どうしを結合する
   金属部材の結合方法。
2. 前記第１金属部材と前記第２金属部材との温度が常温になった状態で、前記対向部どうしを仮結合し、
   該仮結合の後に、前記対向部どうしを本結合する
   請求項１に記載の金属部材の結合方法。
3. 溝部を有するメス部材と、該溝部に嵌め込まれて該溝部の長さ方向へ摺動自在な軸部を有するオス部材とから構成され、
   前記メス部材と前記オス部材とのいずれか一方が前記第１金属部材に結合され、他方が前記第２金属部材に結合される
   位置決め冶具。
4. 前記溝部の開口部側には、前記軸部を前記溝部へ案内するガイド傾斜面が形成されている
   請求項３に記載の位置決め冶具。
5. 前記メス部材の前記溝部の開口部を閉塞し前記軸部が前記溝部から離脱するのを規制する蓋体を設けた
   請求項３または４に記載の位置決め冶具。
6. 前記蓋体が前記メス部材に着脱自在に結合されている
   請求項５に記載の位置決め冶具。
7. 挿通孔を有するメス部材と、該挿通孔に挿通されて摺動自在な軸部を有するオス部材とから構成され、
   前記メス部材と前記オス部材とのいずれか一方が前記第１金属部材に結合され、他方が前記第２金属部材に結合される
   位置決め冶具。

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