JP2014522353A - フォークアームの製造方法とフォークアーム - Google Patents

Abstract

動作位置において実質的に水平なフォーク（５）、およびフォーク屈曲部（１９）を介してそれに接続され、荷役機器のための連結部材（２、３）を設けた、実質的に垂直のフォーク背部（２０）を有する、荷役機器のためのフォークアーム（１８）の製造方法であって、そのときフォークアームは複数の互いに連結した部品（１；２、４、８、９、１１； １８’、１２から１７）から成り、少なくとも若干数の部品が互いに溶接され、フォークアームの部品（１；２、４、８、９、１１； １８’、１２から１７）が電子ビームおよび／またはレーザ溶接によって互いに溶接され、そのとき部品の隣接面間で、溶接部が両側とも面的に少なくとも１５ｍｍの深さになることを特徴とする、荷役機器のためのフォークアーム（１８）の製造方法。
【選択図】図２、３、４

Description

本発明は、動作位置において実質的に水平なフォーク、および、フォーク屈曲部を介してそれに接続する、荷役機器用の連結部材を備えた、実質的に垂直なフォーク背部を有し、そのときフォークアームが互いに結合する複数の部品から成り、少なくとも若干数の部品が互いに溶接される、荷役機器用のフォークアームの製造方法に関する。

本発明は同様に、この方法によって製造されるフォークアームに関する。

公知の旧東独国特許第２５６０５０Ａ３号明細書（特許文献１）のアームを例に採ると、そこでは唯一の実施例において、それが縁部を隅肉溶接によって溶接された３つの鋼板層から成ることが示され、説明されており、そのとき個々の層が互いに接着されうることが言及されているが、どのように接着されるのかについては示唆がない。そこでは外側の層は炭素鋼、内側の層は通常の鉄骨から成る。個々の層を溶接なしに、屈曲によって製造できるため、説明された形態により、製造の手間が削減される。

この公知の解決の試みは、実際に製造を簡略化するが、縁部で隅肉溶接によって互いに溶接される鋼板層によって、フォークアームの強度を達成することはできない。特に負荷におけるフォークアームの屈曲は、側部での隅肉溶接によって、従来の調質鋼のフォークアームよりも実質的に大きくなる。さらに層の厚さは、フォーク屈曲部の屈曲が、屈曲部分の局所的な過熱によって生じるように選択され、エネルギー供給量はすでに屈曲の際に著しく高い。第２の追加増加したエネルギー供給は、 鋼板層の縁部における選択された隅肉溶接による溶接方法によって行われ、そのとき溶接部の応力除去焼鈍による第３のさらなるエネルギー供給が必要となる。

独国特許第１９５１５８３４Ｃ１号明細書（特許文献２）からも、製造の簡略化のために、フォークおよび/またはフォーク背部、あるいはアーム全体をも、いくつかの箇所で溶接された隣接する板によって製造することが知られている。これによって、鍛冶作業は少なくとも部分的に省略することができるが、特定の領域での溶接は、アーム全体の強度にとって総合的に不利な、手間のかかる重要な作業である。

欧州特許公開第０５６０５２４Ａ１号明細書（特許文献３）の文書は、同様に層から成るフォークアームを示し、そのときフォークアームの層の全ての結合の可能性は残されており、特に接着、一般的な形での溶接も行われ、そのとき唯一の例として図４において、溶接されるべき面の全長に渡って延びる溶接ビード５２が、フォークアームの側縁部に沿って示され、説明されている。ここで示されているのは層の外面であり、そのときその溶接によって、全体として、溶接部が２つの設置された鋼板のような関係を持つこととなり、それは、この設置された鋼板が負荷されたとき、過度に負荷方向に屈曲するという結果を生じさせ、そのとき個々の層はこの動きに同調し、その軸を移動させる。このように製造されたフォークアームの静力学的効果は、同様な構造の角パイプに相当し、望ましい強度値を総合的に達成することはできない。

旧東独国特許第２５６０５０Ａ３号明細書 独国特許第１９５１５８３４Ｃ１号明細書 欧州特許公開第０５６０５２４Ａ１号明細書

本発明の目的は、上述の従来技術に伴う欠点を少なくとも大幅に解消する、高強度で可能な限り軽量および経済的に製造されうるアームの製造方法を生み出すことである。特に製造は迅速にもなされなければならず、その一方で、エネルギー供給は非常に低く抑えられる。

この目的は冒頭に述べられた種類の方法で達成され、その場合本発明により、フォークアームの部品は、 電子ビームおよび／またはレーザ溶接により互いに溶接され、そのとき部品の隣接面間の溶接部は、両側共に少なくとも深さ１５ｍｍである。

このようにして個々の層間の面的結合がなされることが、本発明にとって必須であり、そのとき溶接深さがフォークアーム幅の３０％（側面のそれぞれ１５％ずつ）、あるいは溶接深さが少なくとも１５ｍｍであることが、前述の強度の問題を克服する実際の面的溶接を維持するために、合目的的である。多くの場合、層あるいは個々の部品が全面的に溶接されるように、アームの全幅に渡って溶接されることも推奨される。

本発明のさらなる合目的的な実施形態は、従属請求項に特徴付けられる。

本発明は、わずかなエネルギー供給にもかかわらず、上述の従来技術の欠点を解消し、高品質のフォークアームを製造することができるという利点を提供する。

フォークアーム全体および個々の鋼板層の結晶構造も、溶接後大部分が損なわれることなく維持される。電子ビームあるいはレーザ溶接の高電力密度のため、溶接部は非常に狭く（好適には１ｍｍ未満）、しかしその一方深く（最深１００ｍｍまで可能）、それによって、面的に、層間に追加材料を加えることのない、高強度の接合がなされる。例えば１５００Ｎ／ｍｍ^２の引張強度を有する、各層の最高強度の板金の耐久性に相当する、最高強度のフォークアームを製造するために、フォークアーム幅の３０％の溶接の深さが充分であるほど、 継ぎ目の強度は高い。しかし溶接深さは必要に応じて縮小あるいは拡大することができる。例として前述した３０％は、そのとき板金層の側面それぞれの１５％に分割される。板金は、板金製造業者側から要請された、 板金製造業者の板金の最小曲げ半径を考慮し、冷間曲げをすることができる。

本発明は、コンピュータ数値制御による大量生産に適しており、低いエネルギー投入によって製造コストを大幅に削減することができる。

高い溶接速度（２０ｍ／分）によって、複数の層を同時に溶接することができるため、分単位の生産速度が可能となる。

次に、本発明は、図面に示される例示的な実施形態を元に詳細に説明される。

図１は、分解斜視図により本発明のフォークアームとその個々の部品を示し、 図２は、段階的に短縮される層を下から見た部分斜視図であり、 図３は、フォークの屈曲部分の拡大側面図であり、 図４は、完全に組み立てられたフォークアームの側面図であり、 図５は、図４のフォークアームを前方下から見た斜視図で示し、 図６は、図４のフォークアームの図に相応する別図であり、 図７は、図６でアームの平らな板金層を拡大して示し、 図８は、各板金層の図１０の断面Ａ-Ａに沿った断面図であり、 図９は図８の部分拡大図であり、 図１０は、図４のフォークアームの図に相当する別図であり、 図１１は、図１０のアームのフォーク屈曲部の拡大図であり、 図１２は、本発明によって製造されたフォークアームのさらなる実施形態を概略側面図で示し、 図１３は、 図１２のフォークアームの個々の部品の分解図であり、 図１４は、板金部材で外装されたフォークアームのさらなる分解図であり、 図１５は、図１４のフォークアームの核とケーシング部材の断面図であり、 図１６は、図１５と同様の溶接された最終状態の図である。

図１は、本発明に関わるフォークアーム１８の第１の実施形態の層状構造を分解斜視図で示し、そのとき例えば（１５００ Ｎ／ｍｍ^２の引張強度を有する）Ｄｏｃｏｌ １５００Ｍから成る全ての個々の層１が、冷間曲げを容易に可能にする（例えば、約２ｍｍの）板金の厚さで使用される。アーム１８の使用位置において実質的に水平なフォーク５は、フォーク屈曲部１９を介し、垂直のフォーク背部２０に繋がる。以下にさらに詳しく説明するように、個々の層１は、電子ビーム溶接によって縁部から溶接され、そのとき部品の隣接面間の溶接部は、両側とも少なくとも３ｍｍの深さである。

継ぎ目の強度が非常に高いため、フォークアーム幅の３０％の溶接深さは、最高強度のフォークアームを製造するのに充分である。しかし 溶接深さは必要に応じて縮小または拡大されることもでき、フォーク幅に渡って完全な貫通溶接をすることも可能である。

上記の３０％は、板金層の側面のそれぞれ１５％に分割される。使用される、例として挙げられた板金は、板金製造業者側に指定された最小曲げ半径ｒ１４ｍｍを持つ。

また、 図１には、 層の束に全面的に電子ビームおよび／またはレーザビーム溶接法によって溶接されている上部連結部材２が見られる。下部連結部材３は、フォーク屈曲部の束の外径に適合され、同様に上述の溶接方法により面的に溶接される。例えばＨＡＲＤＯＸ５００から成る摩擦板４も、同様に上述の溶接方法により面的に溶接される。連結部材は、例えば鋼種Ｓ２３５ＪＲで構成されることができる。

個々の板金層は、合目的的に下方に向かってだんだん短縮される。図２は、短縮された層の底面６を示し、そのときこの上方から下方への短縮は、フォークアームが前方に向かって先細になるという結果を生じさせる。このように先細になるアームの形状は、荷の持ち上げを容易にするため、通常望ましい。外側の保護層１は、例えば非鉄金属のような他の金属で構成でき、同様に共に溶接することができる。

図３は、フォーク屈曲部の内半径rが、記入されていない外半径よりも小さいことを示している。また、フォーク屈曲部の対角線ｄｌは、フォークアームの厚さｄのほぼ２倍の厚さである。溶接される全ての部品は、互いの上に正確に重なるため、溶接の際に追加の溶接金属を導入する必要がない。上述にほぼ相当する寸法は、フォーク屈曲部の領域の強度に特に有益な効果を示す。

図４は、フォークアーム１８に組み付けた状態の個々の部品を横から見たものであり、図５は、完成したフォークアーム１８を前方左下から見た図である。

図６も、フォークアームに溶接された連結部材２、３、および摩擦板４を有する完成したフォークアーム１８を示す。尚、下部連結部材３が摩擦板４とも一体化し、フォーク屈曲部１９を、外から包むように形成してもよいことに留意されたい。

図７は、図６の平らにされた板金層を拡大図で示す。この矯正は、例えば、切削によって行われることができる。

図８のフォークアームのフォークの断面図、および図８の一部分の拡大図である図９から、 個々の板金層１の縁部からの溶接を見ることができる。特に、例えば約０．５ｍｍのみである溶接部７がいかに狭いか、および、この実施形態例においては約１５ｍｍであるが、電子ビーム溶接工程がいかに深く行われるかを見ることができる。溶接深さは、本発明において、両側において少なくとも３ｍｍでなければならないが、さらに深くし、板金の全幅で行われることもできる。

図１０は、完成したフォークアーム１８を再び示し、そのとき図１１の拡大詳細図は、摩擦板４および下部連結部材３が、同様に面的に溶接されていることを示している。

上述の実施形態は、フォークアームが層状の構造方法により、突然折れることがないという長所も提供する。なぜなら分断された断面により、生じうる亀裂が全断面を貫くことがないからである。

図１２は、調質鋼が横断面の形で用いられている、本発明のさらなる実施形態のフォークアームの変形を、概略側面図で示す。個々の部品、すなわち、フォーク背部９、フォーク１１、上部連結部材２、下部連結部材８、摩擦板４およびフィレット部１０は、ここでもまた電子ビームおよび／またはレーザ溶接によって互いに溶接されており、そのとき、部品の隣接面間の溶接部には、少なくとも両側とも３ｍｍの深さがある。１９もここではフォーク屈曲部を表す。

図１３は、図１２のフォークアームの個々の名付けられた部品の溶接前の分解図を示す。

電子ビーム溶接法あるいはレーザ溶接法を適用することによってのみ、低エネルギーあるいは低熱投入によって、既に焼き入れ焼戻しされた調質鋼（ 例えば１０５０ Ｎ／ｍｍ^２の引張強度を有する３６ＮｉＣｒＭｏｌ６素材Ｎｏ. １.６７７３）の微細構造をほとんど完全に保持できる可能性がある。赤熱およびその後の屈曲および鍛造は、ここでは個々の部品の図示された構造において必要ない。熱投入が最小限であるため、応力除去焼鈍も省略できる。図１２に見られるように組み立てられた部品の組み合わせは、最適な静力学的要件を満たす。全体の溶接工程は、１フォークアームあたり１０秒未満を要する。

図１４は、フォークアーム１８の別の実施形態の分解図を示し、そのフォークアームの場合、予め例えば図１に従って製造された一体型の本体18’が、非鉄金属または錆びないステンレス鋼からなる保護層１２、１３、１４、１５、１６、１７で外装され、本発明により、電子ビームおよび／またはレーザビーム溶接を用いて鋼製の本体18’に溶接される。図１５は、そのとき本体１８’、およびまだ取り付けられていない状態のケーシング部材１２から１７を断面図で示し、図１６は 本体１８’および電子ビームおよび／またはレーザビーム溶接方法によって組み立てられた状態の、非金属あるいはステンレス鋼から成るケーシング部材１２から１７までの断面図を示す。特定の他の金属から成る保護層の適用は、例えば食品産業のような特別な要件を有する環境におけるフォークアーム１８の適用を顧慮している。食品業界用には、フォークアームに錆びないステンレス鋼を使用することがしばしば必要である。保護層としてのステンレス鋼を通常の板金層と溶接することにより、かなりのコストを節約することができる。

また、例えば防爆フォークアームにおいて、（火花を避けるため）例えばごく一般的な非鉄金属である青銅を鋼に溶接できることを言及しておきたい。

Claims (11)

1. 動作位置において実質的に水平なフォーク（５）、およびフォーク屈曲部（３）を介してそれに接続し、荷役機器のための連結部材（２、３）を備えた実質的に垂直なフォーク背部（９）を有する、荷役機器のためのフォークアーム（１８）の製造方法であって、そのとき前記フォークアームが複数の互いに結合した部品（１； ２、４、８、９、１１； １８’、１２から１７）から成り、少なくとも若干数の部品が互いに溶接され、前記フォークアーム（１８）の部品（１； ２、４、８、９、１１； １８’、１２から１７）が電子ビームおよび／またはレーザ溶接により互いに溶接され、そのとき溶接部が前記部品の隣接面間に面的に、両側とも少なくとも１５ｍｍの深さで行われることを特徴とする、荷役機器のためのフォークアーム（１８）の製造方法。
2. 相互接続され、互いの上に重なる複数の層（１）から成るフォークアーム（１８）の製造のための請求項１に記載の方法であって、全ての層（１）を互いに溶接することを特徴とする方法（図１から１０）。
3. 前記フォークアーム（１８）の個々の層（１）が、前記水平なフォーク（５）の領域で、上から下に向かって縮小する長さを有するため、前記アームが前方に向かって先細になることを特徴とする、請求項２に記載の方法（図５、６、１０）。
4. 前記アーム（１８）を下方連結片（８）とともに、前記フォーク屈曲部の領域で下後方に覆う下方摩擦板（４）が設けられることを特徴とする、請求項２または３に記載の方法（図５、６、１０、１１）。
5. 非鉄金属から成る少なくとも１つの保護層が鋼製の隣接する層（１）に溶接されることを特徴とする、請求項２から４のいずれか一項に記載の方法。
6. 一体型フォーク（１１）、一体型フォーク背部（９）、フィレット部（１０）および上下の連結部材（２、８）が互いに面的に溶接されていることを特徴とする、請求項１に記載の方法（図１２、１３）。
7. 下部摩擦板（４）が前記フォーク（１１）および前記下部連結部材（８）と面的に溶接されることを特徴とする、請求項６に記載の方法（図１２、１３）。
8. 前記フォークアーム（１８）の予め一体的に製造された本体（１８’）がその外面に溶接によって層（１１、１２、１３、１４、１５）を設けることを特徴とする、請求項１に記載の方法（図１４、１５、１６）。
9. 前記層がステンレス鋼および／あるいは非鉄金属から成ることを特徴とする、請求項８に記載の方法。
10. 上部と下部の連結部材（２、３）が前記垂直のフォーク背部（９）と面的に溶接されており、そのとき前記下部連結部材（３）が前記摩擦板（４）と一体となり、前記フォーク屈曲部（１９）を外から包むように形成されることを特徴とする、請求項１から９のいずれか一項に記載の方法。
11. 請求項１から１０のいずれか一項に記載の方法によって製造されるフォークアーム。

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