JP2016198822A - 冷却機及び溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】互いに異なる厚さを有する板材を溶接する場合であっても板材に対する冷却体の位置決めを容易に行える冷却機及びそれを備える溶接装置を提供する。【解決手段】冷却機は、板材２１と板材２１よりも厚い板材２２とを溶接するときに板材２１，２２を冷却するものであって、板材２１と板材２２とをそれらの側面を互いに接触させて配置するためのステージ５と、板材２１の上面に接触される冷却体１と、板材２２の上面に接触される冷却体２と、冷却体１を板材２１に押し付ける押圧部１８と、冷却体２を板材２２に押し付ける押圧部１９と、押圧部１８と押圧部１９とを共通に支持する共通支持部１７とを備える。【選択図】図４

Description

本発明は、冷却機及び冷却機を備える溶接装置に関し、さらに詳しくは、互いに異なる厚さを有する板材を溶接するときにこれらの板材を冷却するための冷却機及びこれら板材を溶接するための溶接装置に関する。

板材を溶接する際には、溶接に伴う熱ひずみで板材の溶接箇所の周辺部に溶接変形を生じることがある。溶接変形は、見栄えを低下させると共に、製品性能に影響する。そのため、溶接変形を生じた場合には、溶接後にプレス機などで変形部分を矯正して、形状を修正することがある。しかしながら、矯正を行うと、製造時の手間が増加する。そのため、溶接時に溶接変形を抑制する取り組みがなされている。この取り組みとして、上記周辺部を強制的に冷却して、溶接に伴う温度勾配を低減させて溶接変形を抑制させる方法がある。

この方法として、特開２００２−１５３９８８号公報には、下面の開口している冷却ボックスを備える冷却装置が開示されている。この冷却装置は、冷却水を冷却ボックス内側に供給して板材に吹き付けることで、溶接変形を抑制している。そして、この冷却装置は、冷却ボックスの下面の縁に沿って、冷却ボックス内に供給された冷却水が溶接トーチ側へ流出しないよう仕切り材が取り付けられており、仕切り材は冷却ボックスを介してアームのスプリングによって一定の押し付け量で板材に圧接されている。

また、特開２００１−７１１２９号公報には、板材の突合せ溶接部の近傍に沿って、溶接部の左右に殻体を仮設密着させる溶接変形防止冶具が開示されている。この溶接変形防止冶具は、殻体の内部に冷媒を流通させて、殻体に沿って冷却ラインを形成し、溶接時に発生する熱が冷却ラインより左右外側に伝達されることを阻止している。そして、この溶接変形防止冶具は、重錘のごとき殻体押圧手段で殻体の底板の下面を板材の表面に密接させている。

特開２００２−１５３９８８号公報 特開２００１−７１１２９号公報

特開２００２−１５３９８８号公報の冷却装置は、単一の冷却ボックスで溶接ビート及び左右両板材の溶接ビートの周辺部の上方を纏めて覆っている。そのため、この冷却装置は、左右で厚さの異なる板材などを溶接する際に、仕切り材による冷却水の流出を防止させることができない。

特開２００１−７１１２９号公報の溶接変形防止冶具は、板材を溶接する場合、その都度、殻体と板材との接触を確保するため、板材毎に重錘を配置する手間が必要となる。そして、これらの文献のいずれにも、厚さの異なる板材を溶接することに関する開示は無い。

本発明の目的は、板材に対する冷却体の位置決めを容易に行える冷却機及び溶接装置を提供することである。

本発明の一実施形態による冷却機は、第１板材と第１板材よりも厚い第２板材とを溶接するときに第１及び第２板材を冷却する。第１板材と第２板材とをそれらの側面を互いに接触させて配置するためのステージと、第１板材の上面に接触される第１冷却体と、第２板材の上面に接触される第２冷却体と、第１冷却体を第１板材に押し付ける１又は２以上の第１押圧部と、第２冷却体を第２板材に押し付ける１又は２以上の第２押圧部と、第１及び第２押圧部を共通に支持する共通支持部とを備える。

本発明の一実施形態による溶接装置は、上記冷却機と、溶接トーチとを備える。

本発明によれば、板材に対する冷却体の位置決めを容易に行うことができる。

図１は、接触面押し付け圧力と接触熱抵抗との関係を示すグラフである。 図２は、本発明の一実施形態による溶接装置の外観構成を示す斜視図である。 図３は、図２に示した溶接装置を別の角度から見た斜視図である。 図４は、図２及び図３中の圧縮ばねの内部構造を示す部分破断正面図である。 図５は、本発明の一実施形態による他の冷却機の外観構成を示す斜視図である。 図６は、図５に示した冷却機の流体圧付与部の模式図である。

本発明者らは、上記課題を解決するため、溶接時における冷却体での板材の安定した冷却を目的に、種々の検討を行い、以下の知見を得た。

接触面押し付け圧力（押圧力）と接触熱抵抗との関係は、図１に示すように、押圧力が増加すると接触熱抵抗は減少するが、押圧力が所定値以上になると接触熱抵抗は飽和する（参考文献１：佐野川好母、「接触熱抵抗」、日本機械学会誌（１９６１）、ｐｐ２４７、図１７の○印のプロットを引用）。具体的には、Ａｌ−Ｆｅの押圧力と接触熱抵抗との関係において、押圧力が７．４×１０^６［Ｎ／ｍ^２］以上になると、接触熱抵抗が安定してほぼ横這いに推移する。なお、接触熱抵抗は、Ａｌ−Ｆｅに限らず、例えば、Ｆｅ−Ｆｅなどであっても、押圧力が所定値以上になると、飽和する（例えば参考文献１のｐｐ２４７、図１８など参照）。

本発明者らは、上記の知見に基づいて本発明を完成させた。以下、本発明の一実施形態による冷却機を備える溶接装置について詳細に説明する。

本発明の一実施形態による冷却機は、第１板材と第１板材よりも厚い第２板材とを溶接するときに第１及び第２板材を冷却する。第１板材と第２板材とをそれらの側面を互いに接触させて配置するためのステージと、第１板材の上面に接触される第１冷却体と、第２板材の上面に接触される第２冷却体と、第１冷却体を第１板材に押し付ける１又は２以上の第１押圧部と、第２冷却体を第２板材に押し付ける１又は２以上の第２押圧部と、第１及び第２押圧部を共通に支持する共通支持部とを備える。

この冷却機は、板材各々に対応する冷却体の位置決めを容易に行うことができる。

好ましくは、第１押圧部は第１圧縮ばねを含み、第２押圧部は第２圧縮ばねを含む。第１及び第２圧縮ばねは、次の式（１）を満たしかつ式（２）で定義される単位面積あたりのばね定数ｋ［Ｎ／ｍ／ｍ^２］を有する。式（１）中、Ｐ［Ｎ／ｍ^２］は第１及び第２冷却体と第１及び第２板材との間の接触熱抵抗が飽和するときの押圧力である。ｔ_Ａ［ｍ］は第２板材の厚さであり、式（２）中、ｎ［個］は第１及び第２圧縮ばね各々の数であり、ｋ_ｉは圧縮ばね各々のばね定数であり、Ｓ［ｍ^２］は圧縮ばねにより押し付けられる冷却体が板材に接触する面積である。

この冷却機では、第１圧縮ばねが第１板材の厚さ分だけ縮み、第２圧縮ばねが第２板材の厚さ分だけ縮む。第１板材が第２板材よりも薄い場合、第１圧縮ばねが第１冷却体を第１板材に押し付ける押圧力は、第２圧縮ばねが第２冷却体を第２板材に押し付ける押圧力よりも小さくなる。しかしながら、第１及び第２圧縮ばねの単位面積あたりのばね定数ｋはＰ／ｔ_Ａ以上であるため、第１冷却体と第１板材との間の接触熱抵抗と第２冷却体と第２板材との間の接触熱抵抗とはほぼ同じになり、第１板材から第１冷却体への抜熱量と第２板材から第２冷却体への抜熱量ともほぼ同じになる。その結果、第１及び第２板材に生じる溶接変形が抑えられる。

好ましくは、第１及び第２圧縮ばねは、次の式（３）を満たす単位面積あたりのばね定数ｋ［Ｎ／ｍ／ｍ^２］を有し、式（３）中、ρ［Ｎ／ｍ^２］は第２板材の降伏応力であり、ｔ_Ｂ［ｍ］は第２板材の厚さである。

この場合、第１及び第２板材にかかる押圧力のむらが抑制され、第１及び第２板材からの抜熱量のむらも抑制される。その結果、第１及び第２板材は均一に冷却される。

好ましくは、第１押圧部の個数は２個以上であり、第１冷却体上に直線上にかつ対称に配置される。第２押圧部の個数は２個以上であり、第２冷却体上に直線上にかつ対称に配置される。

好ましくは、共通支持部は、第１及び第２押圧部を同じ圧力で押す流体で満たされた密閉容器を含み、第１及び第２押圧部はシリンダーを含む。

この場合、第１及び第２押圧部各々により第１及び第２冷却体が同じ押圧力で第１及び第２板材に接触する。その結果、第１及び第２板材は均一に冷却される。

溶接装置は、上記冷却機と、ステージの上方に配置される溶接トーチとを備える。

本実施形態による溶接装置は、図２及び図３に示すように、冷却体１と、冷却体２と、複数の支持体７と、複数の支持体８と、溶接トーチ１０と、取付具１１と、梁９と、ステージ５とを備える。溶接装置は、板材２１とこれよりも厚い板材２２とを溶接することができる。換言すると、溶接装置は、冷却機と、溶接トーチ１０と、取付具１１とを備える。冷却機は、冷却体１と、冷却体２と、複数の押圧部１８と、複数の押圧部１９と、梁９と、ステージ５とを備える。

次の表１は、板材２１と板材２２の組み合わせと、その場合の合成ばね定数ｋ_ｃ（単位面積あたりのばね定数）の例を示す。

板材２１，２２は、特に限定されないが、例えば溶接トーチ１０で溶接可能な鋼板である。なお、板材２１，２２の組み合わせは、同種の鋼板の組み合わせに限定されず、例えば熱処理などの加工条件や、成分組成などの異なる、異種の鋼板の組み合わせであってもよい。

板材２１，２２は、それらの側面が互いに接触された状態でステージ５上に設置される。ステージ５上には、板材２１，２２が同一平面上に配置される。換言すると、ステージ５は、板材２１の下面と板材２２の下面とを同一平面上に揃えて、各板材２１，２２を下方から支える。ステージ５は、例えば各板材２１，２２を並べて置くための水平面を上部に有する。なお、ステージ５は、ステージ５上部に平面を有するものに限定されず、板材２１の下面と板材２２の下面とを同一平面上に揃えた姿勢で板材２１，２２を下方から支持可能であればよく、例えば搬送ローラーを並べたものであってもよい。

溶接トーチ１０は、例えばレーザートーチである。溶接トーチ１０は、取付具１１の下部に取り付けられる。溶接トーチ１０は、取付具１１を介して梁９に支持される。梁９は、例えば溶接装置を設置した建物に固定される。また、取付具１１は板材２１，２２の付き合わせた端部（辺）に沿って梁９に対して移動し、これに伴い、溶接トーチ１０も移動する。溶接トーチ１０は、移動時に、板材２１，２２の互いに付き合わせた端部を溶接する。溶接時に溶接トーチ１０の移動する方向が溶接方向であり、平面視において溶接方向に直交する方向が左右である。

冷却体１の下面は平面であり、冷却体１が板材２１上に配置されることで、冷却体１の下面が板材２１の上面に接触して板材２１が冷却される。冷却体１の材料は、特に限定されないが、熱伝導率の高い材料が好ましい。例えば、鋼材等を用いてもよいし、アルミニウムを含むアルミニウム製であってもよい。

冷却体１の形状は限定されないが、例えば内部に空間を有する箱状である。冷却体１を投影した形状は、特に限定されないが、例えば図２における奥行き方向である溶接方向に長い平面視長方形状であり、正面視矩形の枠状である。冷却体１の箱内の構造は、空間が設けられてもよく、当該空間に冷媒が流通されていてもよい。冷媒の種類は特に限定されないが、例えば水である。冷媒を流通させる経路は、特に限定されないが、例えば冷却体１の溶接方向における一方の端部から冷却体１内に供給され冷却体１溶接方向における反対側の端部から冷却体１外に排出されることで、冷却体１内を流通させてもよい。なお、板材２１から冷却体１に伝わった熱が冷却体１から放熱されることで板材２１が冷却されるため、冷却体１内に冷媒を流通させなくてもよく、冷却体１の内部に空間を有しなくてもよい。

冷却体２は、冷却体１とほぼ構成が同じであるため、重複する説明は省略し、相違点を説明する。冷却体２は板材２２上に配置される。冷却体２は、板材２２上に配置されることで、冷却体２の平坦な下面が板材２２の上面に接触する。冷却体１，２は、図２〜図４に示すように、左右に並び、互いの形状が左右対称形状である。

支持体７は上下に長さを有する。支持体７の下部は、冷却体１の上部に固定される。支持体７の上部は、梁９に固定される。このため、支持体７は、冷却体１を上方から支持する。

支持体７の数や配置は、特に限定されないが、例えば図３及び図４に示すように、支持体７は溶接方向に沿う直線上に３つ配置され、３つの支持体７は等間隔に並ぶ。換言すると、３つの支持体７のうち１つは冷却体１の中央に配置され、残りの２つの支持体７は前後対称に配置される。すなわち、３つの支持体７は、冷却体１上に、直線上にかつ対称に配置される。

支持体７の各々は、図４に示すように、上部品１４と、下部品１５と、押え板１６とを有する。３つの支持体７は、配置される位置を除き、ほぼ構成が同じであるため、以下、便宜上１つの支持体７を代表にとり説明する。

上部品１４は、梁９に固定される。上部品１４は、特に限定されないが、例えば下方に開口し、中心軸方向が上下に沿う円筒状である。下部品１５は、上部品１４の下方に配置される。下部品１５は、特に限定されないが、例えば中心軸方向が上下に沿う円柱状である。下部品１５は、その上部が上部品１４の筒内に下方から挿入されている。下部品１５は、上部品１４から下方への突出量が可変である。下部品１５は、下端に押え板１６が固定される。押え板１６は、平面視正方形状の平板である。押え板１６は、その下面に冷却体１が固定される。押え板１６は、その押え板１６の上面の面積が下部品１５の下面の面積より大きい。換言すると、支持体１３は、下部品１５の下面に比べて広い面積の下面を有する押え板１６で、冷却体１に固定される。なお、支持体７は、下部品１５の上部品１４からの抜け落ちを防止するストッパーとして、上部品１４と下部品１５とを繋ぐ鎖を更に含むことが好ましい。また、このストッパーは、鎖に限らず、例えば、上部材１４に設けられ上下に長さを有するスリットと、下部材１５に設けられこのスリット内に配置されるピンとを含み、このピンがスリットにピンが引っかかるようにしてもよい。

支持体８は、支持体７とほぼ構成が同じであるため、重複する説明は省略し、相違点を説明する。支持体８は冷却体２を上方から支持する。支持体８は、押え板１６が冷却体２に固定される。支持体７，８は、左右対称に配置される。ここで、梁９は、支持体７，８を支持する。そのため、梁９は、支持体７，８を共通に支持する共通支持部１７である。

圧縮ばね３は、特に限定されないが、例えば、コイルばね、空気ばね、板ばね、竹の子ばねから選ばれる１つであることが好ましく、例えばコイルばねである。圧縮ばね３は、１又は２以上設けられる。２以上の圧縮ばね３は、例えば溶接方向に沿う１つの直線上に対称性を有して冷却体１上に配置される。具体的には、例えば、冷却体１の前後寸法の中央を基準に前後で対称となる位置で直線上に並び、配置され、３以上の奇数で圧縮ばね３を有する場合、中央に１つの圧縮ばね３が配置されることが好ましい。なお、２以上の圧縮ばね３は直線上に対称性を有して冷却体１上に配置されればよく、４以上の圧縮ばね３を有する場合、１つの直線上での配置に限らず、溶接方向に沿う平行な２以上の直線上に分かれて各直線上に対称性を有して冷却体１上に配置されてもよい。

圧縮ばね３は、例えば、支持体７内に配置される。このため、溶接装置は、３つの支持体７と同数の３つの圧縮ばね３を備える。３つの圧縮ばね３は、いずれも構成が同じであるため、便宜上１つの圧縮ばね３を代表にとり説明する。なお、圧縮ばね３は、支持体７内に配置されるものに限定されず、例えば上端を梁９に固定され下端を冷却体１に接触させた状態で設けられるものなど、支持体７を介さずに冷却体１に接触されるものであってもよい。そして、圧縮ばね３は、支持体７を介さない場合、冷却体１を梁９に支持してもよい。また、支持体７内に配置される圧縮ばね３は、上部品１４の筒内天面と下部品１５の上面とに固着されることにより、下部品１５の上部品１４からの抜け落ちを防止するストッパーとしても機能してもよい。

圧縮ばね３は、押圧部１８に含まれる。押圧部１８は冷却体１を板材２１に押し付ける。具体的には、圧縮ばね３は、例えば、上端を上部品１４の筒内天面に接触させかつ下端を下部品１５の上面に接触させた姿勢で、上部品１４内に配置される。圧縮ばね３は、冷却体１の下方に板材２１が配置されることで、下部品１５を介して上部品１４内で圧縮される。このとき、圧縮ばね３は、圧縮される変位量が板材２１の厚さとほぼ同一となる。換言すると、板材２１の厚さとは、圧縮ばね３が押圧する方向に平行な向きにおける寸法であり、例えば板材２１の上下に沿う寸法である。圧縮ばね３は、圧縮されることで、そのばね定数に応じた押圧力で冷却体１を下方に押圧する。このため、冷却体１は、板材２１との接触時に、上方から弾性的に支持されることとなり、板材２１の上面（接触面）への追従性が向上される。これによって、冷却体１は、材２１が段差や波打ちを有する平坦度の良くない場合であっても、板材２１に安定して接触することができる。

圧縮ばね３は、所定値以上の押圧力で冷却体１を板材２１に押し付ける。押圧力の前記所定値は、先の知見のとおり、冷却体１と板材２１との接触熱抵抗が飽和するときの押圧力Ｐ［Ｎ／ｍ^２］である。このため、板材２１の厚さをｔ_Ａ［ｍ］とし、接触熱抵抗が飽和するときの押圧力をＰ［Ｎ／ｍ^２］とするとき、圧縮ばね３は、以下の式（１）を満たす単位面積あたりのばね定数ｋ［Ｎ／ｍ／ｍ^２］を有する。

ここで、圧縮ばね３の数をｎ［個］とし、ｎ個の圧縮ばね３のばね定数をそれぞれｋ_１，ｋ_２，・・・ｋ_ｎとし、冷却体１と板材２１との接触面積（冷却体１の下面の面積）をＳ［ｍ^２］とするとき、単位面積あたりのばね定数ｋは、以下の式（２）を満たす。ここで、ｎは自然数であり、圧縮ばね３の個数は１個でも２個以上でもよい。具体的には、例えば３つの圧縮ばね３を有する場合、３つの圧縮ばね３のばね定数をそれぞれｋ_１，ｋ_２，ｋ_３とし、前記接触面積Ｓを１ｍ^２とするとき、単位面積あたりのばね定数ｋは、前記のばね定数ｋ_１，ｋ_２，ｋ_３の和（合成ばね定数）と等しくなる。

また、圧縮ばね３は、単位面積あたりのばね定数ｋに上限を有することが好ましい。この上限は、例えば板材２２の降伏応力の半分の値を用いて設定される。この場合、板材２２の厚さをｔ_Ｂ［ｍ］とし、前記降伏応力をρ［Ｎ／ｍ^２］とするとき、圧縮ばね３の単位面積あたりのばね定数ｋ［Ｎ／ｍ／ｍ^２］は、以下の式（３）を満たす。なお、板材２１，２２は溶接可能な他の公知の鋼材が適用されるため、単位面積あたりのばね定数ｋの上限は、適宜前記鋼材の降伏応力を式（３）のρに代入すればよい。

圧縮ばね４は、圧縮ばね３とほぼ構成が同じであるため、重複する説明は省略し、相違点を説明する。圧縮ばね４は、例えば、支持体８内に配置される。圧縮ばね４は、冷却体２の下方に板材２２が配置されることで、下部品１５を介して上部品１４内で圧縮される。圧縮ばね４は、押圧部１９に含まれる。押圧部１９は冷却体２を板材２２に押し付ける。圧縮ばね３と圧縮ばね４はそれぞれ個別に存在するため、さらに、圧縮ばね３のばね定数ｋをｋ_Ａ、圧縮ばね３の数をｎ_Ａ個、ｉ個目の圧縮ばね３のばね定数をｋ_Ａ，ｉ、冷却体1が板材２１に接触する面積をS_Ａとすると、式（２）は次の式（４）で示される。圧縮ばね４のばね定数ｋをｋ_Ｂ、圧縮ばね４の数をｎ_Ｂ個、ｊ個目の圧縮ばね４のばね定数をｋ_Ｂ，ｊ、冷却体２が板材２２に接触する面積をS_Ｂとすると、式（２）は次の式（５）で示される。

特に限定されないが、以下、具体的な圧縮ばね３，４の構成を例示する。この場合、例えば、板材２１，２２を熱間圧延軟鋼板とし、冷却体１，２をアルミニウム製とし、板材２１，２２として表１の板組み例の７通りが行われるとする。

先の知見から押圧力Ｐが７．４×１０^６Ｎ／ｍ^２となり、前記降伏応力ρを熱間圧延軟鋼板の降伏応力とするとき、前記降伏応力の半分の値が８７．５×１０^６Ｎ／ｍ^２となる（参考文献２：国重和俊、「自動車用高張力鋼板の最近の進歩と展望」、材料（２００１）、ｐ５２、図９の軟鋼、ひずみ速度４×１０^−３/sのデータを引用）。

このため、式（１）は以下の式（６）となり、式（３）は以下の式（７）となる。そして、表１より、板材２１の厚さのうち最も薄い厚さｔ_Ａが０．７×１０^−３ｍであり、板材２２の厚さのうち最も厚い厚さｔ_Ｂが３．２×１０^−３ｍであるため、圧縮ばね３及び４の単位面積あたりのばね定数ｋは、式（６），（７）より、下限を１０．６×１０^９Ｎ／ｍ／ｍ^２、上限を２７．３×１０^９Ｎ／ｍ／ｍ^２とされる。

ここで、表１では、各冷却体１，２と対応する板材２１，２２との接触面積をいずれも１ｍ^２とするとき、単位面積あたりのばね定数ｋ［Ｎ／ｍ／ｍ^２］に単位面積として前記接触面積（１ｍ^２）をかけた値を合成ばね定数ｋ_ｃ［Ｎ／ｍ］として表記している。この合成ばね定数ｋ_ｃにおいて、「下限」の値は、式（６）のｔ_Ａに板組み例における板材２１の厚さを代入し、得られる単位面積あたりのばね定数ｋ［Ｎ／ｍ／ｍ^２］の下限値に前記接触面積をかけた値［Ｎ／ｍ］である。更に、「上限」の値は、式（７）のｔ_Ｂに板組み例における板材２２の厚さを代入し、得られる単位面積あたりのばね定数ｋ［Ｎ／ｍ／ｍ^２］の上限値に前記接触面積（１ｍ^２）をかけた値［Ｎ／ｍ］である。

表１の板組み例において、溶接装置は、各冷却体１，２の各板材２１，２２との接触面積を１ｍ^２とするとき、各圧縮ばね３，４として、例えば７．０×１０^９Ｎ／ｍのばね定数ｋ_１，ｋ_２，ｋ_３をそれぞれ有する３つのコイルばねを設ければよい。この場合、各圧縮ばね３，４の単位面積あたりのばね定数ｋはそれぞれ、式（２）、式（４）及び式（５）より、２１．０×１０^９Ｎ／ｍ／ｍ^２となり、式（６）及び式（７）を満たすためである。なお、ばね定数ｋ_１，ｋ_２，・・・，ｋ_ｎ及び単位面積あたりのばね定数ｋは、いずれも前記の具体的な数値のみに限定されるものではない。

以上のように、冷却機は、共通支持部３０を用いて支持体７，８を共通に支持することで、板材２１，２２に対する冷却体１，２の位置決めを容易に行うことができる。そのため、冷却機は、板材の厚さが異なっても、例えば冷却体１，２を容易に左右対称で配置できる。

冷却機は、圧縮ばね３，４が式（１）を満たすことで、板材２１，２２の配置時に都度圧縮ばね３，４の押圧力を調整する工程などを実施しなくても、所定値Ｐ以上の押圧力で各冷却体１，２と各板材２１，２２と接触させることができる。そのため、冷却機は、良好な接触熱抵抗の状態で板材２１，２２を冷却することができる。その結果、溶接装置は、溶接に伴う入熱による溶接変形の発生を抑制して、板材２１，２２を溶接することができる。更に、冷却体１での抜熱量と冷却体２での抜熱量とをほぼ同一にすることができるため、冷却機は、板材２１，２２間での熱勾配の発生を抑制することができる。その結果、溶接装置は、この熱勾配による溶接変形の発生を抑制して、板材２１，２２を溶接することができる。

冷却機は、各冷却体１，２と対応する板材２１，２２との接触面の追従性の向上によって、板材２１，２２の少なくとも一方の平坦度が良くない場合であっても、各冷却体１，２と夫々に対応する各板材２１，２２とを安定して接触させることができる。これらのことから、冷却機及び溶接装置は、厚さの異なる鋼板を溶接する場合に加え、例えばテーラードブランク溶接などの平坦度の低い鋼板を溶接する場合にも好適に使用可能である。

冷却機は、圧縮ばね３，４が式（３）を満たすことで、例えば押圧力を調整する工程を省いて冷却体１，２を対応する板材２１，２２に接触させる場合であっても、各冷却体１，２と対応する板材２１，２２との接触箇所での塑性変形や疵の発生を抑制することができる。また、冷却機は、前記冷媒を冷却体１，２内に流通させることで、前記冷媒を介して板材２１，２２からの熱が冷却体１，２外に排出され、冷却時における冷却体１，２への蓄熱を軽減させることができ好ましい。なお、圧縮ばね３，４は、合成ばね定数が異なってもよい。この場合、左右の押圧力を同一にして、左右の接触熱抵抗を同一できる。

本発明の一実施形態による他の冷却機について詳細に説明する。先に説明した冷却機と重複する説明は省略し、相違点を説明する。

共通支持部１７は、図５及び図６に示すように、梁９に設けられ流体で満たされた密閉容器３１と、容器３１内の流体の圧力を調節する調節部３２とを備える。この流体は、特に限定されないが、例えば油である。調節部３２は容器３１に取り付けてある。調節部３２は、例えば、容器３１に繋がるシリンダー３４と、シリンダー３４内を移動するピストン３５と、ピストン３５を動かすための動力源３６とを備える。調節部３２は、動力源３６がピストン３５を動かすことで、容器３１内の流体圧を調節する。

容器３１は、その内部が支持体７，８各々の上部材１４内に繋がり、上部材１４各々は内部が流体で満たされる。支持体７，８各々は、下部材１５の上面が同一の面積である。そのため、支持体７，８各々の下部材１５は、容器３１及び上部材１４の流体により同じ圧力で押される。換言すると、押圧部１８，１９各々は下部材１５であり、共通支持部１７は、上部材１４をシリンダーに用いて、下部材１５をピストンに用いる。その結果、冷却体１，２各々は、同じ圧力が付与される。さらに、支持体７の下部材１５は冷却体１を板材２１に押し付け、支持体８の下部材１５は冷却体２を板材２２に押し付ける。

以上のように、冷却機は、板材２１，２２各々に対する冷却体１，２各々の位置決めを容易に行うことができる。さらに、冷却機は、押圧部１８，１９各々により冷却体１，２が同じ押圧力で板材２１，２２に接触する。その結果、冷却機は、板材２１に対する冷却体１の接触熱抵抗と板材２２に対する冷却体２の接触熱抵抗とを同一にして、板材２１，２２を均一に冷却することができる。さらに、冷却機は、接触熱抵抗が飽和するときの圧力よりも小さい圧力を冷却体１，２に付与して、左右の接触熱抵抗を同一にできる。そのため、冷却機は、板材２１，２２が例えばオーステナイト系鋼よりも柔らかいフェライト系鋼であっても、冷却体１，２との接触疵の発生を抑制して、板材２１，２２を左右均等に冷却することができる。

本発明は、自動車のフレームなどの鋼板を溶接する溶接装置に利用可能である。

１，２：冷却体
３，４：圧縮ばね
５：ステージ
７，８：支持部
９：梁
１０：溶接トーチ
１１：取付具
１４：上部位
１５：下部位
１６：押え板
２１，２２：板材
１７：共通支持部
１８，１９：押圧部
３１：密閉容器
３２：調整部

Claims (6)

1. 第１板材と前記第１板材よりも厚い第２板材とを溶接するときに前記第１及び第２板材を冷却するための冷却機であって、
   前記第１板材と前記第２板材とをそれらの側面を互いに接触させて配置するためのステージと、
   前記第１板材の上面に接触される第１冷却体と、
   前記第２板材の上面に接触される第２冷却体と、
   前記第１冷却体を前記第１板材に押し付ける１又は２以上の第１押圧部と、
   前記第２冷却体を前記第２板材に押し付ける１又は２以上の第２押圧部と、
   前記第１押圧部と前記第２押圧部とを共通に支持する共通支持部とを備える、冷却機。
2. 請求項１に記載の冷却機であって、
   前記第１押圧部は第１圧縮ばねを含み、
   前記第２押圧部は第２圧縮ばねを含み、
   前記第１及び第２圧縮ばねは、次の式（１）を満たしかつ式（２）で定義される単位面積あたりのばね定数ｋ［Ｎ／ｍ／ｍ^２］を有し、式（１）中、Ｐ［Ｎ／ｍ^２］は前記第１及び第２冷却体と前記第１及び第２板材との間の接触熱抵抗が飽和するときの押圧力であり、ｔ_Ａ［ｍ］は前記第２板材の厚さであり、式（２）中、ｎ［個］は前記第１及び第２圧縮ばね各々の数であり、ｋ_ｉは前記第１及び第２圧縮ばね各々のばね定数であり、Ｓ［ｍ^２］は前記第１及び第２冷却体各々が前記第１及び第２板材各々に接触する面積である、冷却機。
   

   
3. 請求項２に記載の冷却機であって、
   前記第１及び第２圧縮ばねは、次の式（３）を満たす前記単位面積あたりのばね定数ｋ［Ｎ／ｍ／ｍ^２］を有し、式（３）中、ρ［Ｎ／ｍ^２］は前記第２板材の降伏応力であり、ｔ_Ｂ［ｍ］は前記第２板材の厚さである、冷却機。
   

   
4. 請求項１に記載の冷却機であって、
   前記共通支持部は、前記第１及び第２押圧部を同じ圧力で押す流体で満たされた密閉容器を含み、
   前記第１及び第２押圧部はシリンダーを含む、冷却機。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の冷却機であって、
   前記第１押圧部の個数は２個以上であり、前記第１冷却体上に直線上にかつ対称に配置され、
   前記第２押圧部の個数は２個以上であり、前記第２冷却体上に直線上にかつ対称に配置される、冷却機。
6. 請求項１〜５のいずれか１項に記載の冷却機と、
   前記ステージの上方に配置される溶接トーチとを備える、溶接装置。

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