JP2017020569A - バイメタルねじ用ブランク製造システムおよび製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】異種金属の接合部においてバリが発生せず、バリ取りのための二次加工を不要とするバイメタルねじ用ブランク製造システムを提供する。
【解決手段】バイメタルねじ用ブランク製造システム１は、バイメタルねじの頭部及び軸部となるビスと、バイメタルねじの先端部となるピンとを溶接接合し、バイメタルねじのブランク製造を行う。溶接は、溶接機５１における抵抗溶接ヘッド５１１とＴＩＧ溶接ヘッドにて行う。抵抗溶接では、ビスとピンとの接合面において該接合面の中央部のみを溶接する。ＴＩＧ溶接では、接合面の周縁部を接合する。
【選択図】図１

Description

本発明は、バイメタルねじのブランク製造を行うバイメタルねじ用ブランク製造システムおよび製造方法に関する。

近年、ユーザの様々なニーズに応えるために種々のネジが開発されており、その一つに異種金属同士を接合してなるバイメタルねじがある。バイメタルねじでは、例えば、頭部及び軸部にステンレス鋼を用い、先端部に炭素鋼を用いるなどして、耐食性とねじ込みの容易さとを両立できる。バイメタルねじにおいては、ねじ部加工前のブランク製造段階で異種金属同士を例えば溶接によって接合する（特許文献１）。

特公平６−２５５６４号公報

特許文献１において、バイメタルねじにおける異種金属接合では抵抗溶接が用いられており、接合部においてバリが発生していた。このため、ねじ部加工前にバリを除去するための二次加工が必要となり、製造工程数及び製造コストが増加するといった問題がある。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、異種金属の接合部においてバリが発生せず、バリ取りのための二次加工を不要とするバイメタルねじ用ブランク製造システムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するために、本発明は、バイメタルねじの頭部及び軸部となるビスと、バイメタルねじの先端部となるピンとを溶接接合し、バイメタルねじのブランク製造を行うバイメタルねじ用ブランク製造システムであって、前記ビスと前記ピンとの接合面において該接合面の中央部のみを抵抗溶接にて接合する抵抗溶接手段と、前記接合面の周縁部をＴＩＧ溶接にて接合するＴＩＧ溶接手段とを有していることを特徴としている。

上記の構成によれば、抵抗溶接で接合面の中央部のみを溶接し、ＴＩＧ溶接によって接合面の周縁部を溶接するため、製造されるブランクにおいて接合箇所でのバリが発生せず、ねじ部加工前にバリを除去するための二次加工が不要となり、製造工程数及び製造コストを低減することができる。さらに、接合箇所では、中央部から周縁部まで良好な溶融接合が行われるため、十分な強度が確保できる。

また、上記バイメタルねじ用ブランク製造システムでは、前記ビスをストックするビス供給部と、前記ピンをストックするピン供給部と、前記抵抗溶接手段および前記ＴＩＧ溶接手段を有しており、所定の位置に配置された前記ビスおよび前記ピンに対して自動的に溶接を行う溶接装置と、前記ビス供給部および前記ピン供給部から前記ビスおよび前記ピンを一つずつ取り出し、前記溶接装置の前記所定の位置に配置させるロボットアームとを備えている構成とすることができる。

本発明のバイメタルねじ用ブランク製造システムおよび製造方法は、製造されるブランクにおいて接合箇所でのバリが発生せず、ねじ部加工前にバリを除去するための二次加工が不要となり、製造工程数及び製造コストを低減することができるといった効果を奏する。さらに、接合箇所では、中央部から周縁部まで良好な溶融接合が行われるため、十分な強度が確保できるといった効果を奏する。

本発明の一実施形態を示すものであり、バイメタルねじ用ブランク製造システムの概略構成を示す図である。 バイメタルねじの接合前の各パーツと接合後のブランクとを示す図である。 上記システムにおけるビス供給部の構成を示す斜視図である。 上記システムにおけるピン供給部の構成を示す斜視図である。 上記システムの溶接装置におけるビス送りスライダの構成を示す側面図である。 上記システムの溶接装置におけるピン送りスライダの構成を示す側面図である。 上記システムの溶接装置において、溶接時における抵抗溶接ヘッド付近の状態を示す側面図である。 上記システムの溶接装置において、ブランクの溶接箇所とＴＩＧ溶接ヘッドとを示す図である。 上記システムにおける排出部の構成を示す図である。 （ａ）は抵抗溶接終了時点での溶接箇所の断面図であり、（ｂ）はＴＩＧ溶接終了時点での溶接箇所の断面図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明を適用したバイメタルねじ用ブランク製造システム（以下、本システムと称する）１の概略構成を示す図であり、本システムを上から見た場合の各機能部の配置を示している。本システム１は、各機能部として、ビス供給部２、ピン供給部３、ロボットアーム４、溶接装置５、および排出部６を具備して構成される。本システム１は、図２に示すように、接合前の各パーツとしてビス１１およびピン１２を用い、これらのパーツを接合してバイメタルねじ用のブランク１０を製造する。ビス１１は最終的にはバイメタルねじの頭部及び軸部となり、ピン１２はバイメタルねじの先端部となる。ビス１１およびピン１２は、互いに異なる金属材料からなる。例えば、ビス１１は耐食性の高い材料（例えばＳＵＳＳＸＭ７）とし、ピン１２は耐熱性や強度の高い材料（例えばＳＵＳ４１０）とすることができる。

以下、各機能部についてより詳細に説明する。

ビス供給部２は、ビスフィーダ部２１、ビス給送レール２２、およびターンテーブル部２３からなる。ビスフィーダ部２１は多数のビス１１をストックしており、ビス給送レール２２はビスフィーダ部２１からビス１１を１つずつ分離給送する。このとき、ビス給送レール２２で給送されるビス１１は、頭部１１ａ（図２参照）を上側、軸部１１ｂ（図２参照）を下側とした鉛直姿勢で給送される。ターンテーブル部２３は、ビス給送レール２２から給送されたビス１１をロボットアーム４がつかみ易い状態で保持する。

図３に示すように、ターンテーブル部２３は、中心軸回りに回転可能な円盤状のテーブル２３Ａと、テーブル２３Ａの周囲に配置されるガード２３Ｂとからなる。テーブル２３Ａの周囲には、ビス給送レール２２から給送されるビス１１を保持するための、複数（ここでは３個）の切欠き２３１が設けられている。切欠き２３１は、上からみてテーブル２３Ａの外周側が開放されたＵ字形状を有しており、その幅は、ビス１１の頭部１１ａの径より小さく、軸部１１ｂの径より大きい。このため、各切欠き２３１では、ビス１１の頭部１１ａを上にして吊下げた状態で保持することができる。

ビス給送レール２２から給送されるビス１１は、図３中の位置Ｐにて切欠き２３１にて保持され、テーブル２３Ａが時計方向（図中の矢印方向）に回転することによって位置Ｑに運ばれる。ガード２３Ｂは、位置Ｐから位置Ｑへの移動の間にビス１１が落下することを防止する。

位置Ｑに運ばれたビス１１は、ロボットアーム４で掴んで切欠き２３１から横方向（ターンテーブル部２３の外周方向）に引き抜くことが可能である。このため、位置Ｑにおいては、切欠き２３１は、ガード２３Ｂではなく２枚の弾性板２３２によってビス１１の落下が防止されるようになっている。弾性板２３２は、ビス１１の落下を防止できるが、ロボットアーム４によるビス１１の引き抜きは阻害しない。

ピン供給部３は、ピンフィーダ部３１およびピン給送レール３２からなる。ピンフィーダ部３１は多数のピン１２をストックしており、ピン給送レール３２はピンフィーダ部３１からピン１２を１つずつ分離給送する。

図４に示すように、ピン給送レール３２は、該レールに形成された溝部（例えばＶ溝）
３２１に沿ってピン１２を給送するようになっている。このとき、ピン給送レール３２で給送されるピン１２は、ピン１２の長手軸と溝部３２１の長手方向とが平行となる水平姿勢で給送される。

溝部３２１は、ピン１２の給送方向下流側が突き当たりとなっており、先頭のピン１２は溝部３２１の下流側先端に突き当たって停止する。また、先頭のピン１２の下方におけるピン給送レール３２の一部は、上下に移動可能な可動ブロック３２２となっている。先頭のピン１２が溝部３２１の先端に突き当たった状態で可動ブロック３２２が下方に移動すると、先頭のピン１２は、軸方向の前後両端のみが溝部３２１によって支持され、軸部中央付近は浮いた状態となる。この状態で、ロボットアーム４が先頭のピン１２を掴んで持ち運ぶことが可能となる。こうして、先頭のピン１２がロボットアーム４によって持ち運ばれると、可動ブロック３２２が元の位置まで上昇し、次のピン１２が溝部３２１の先端に突き当たるまで移動する。

ロボットアーム４は、アームベース４１上に１本のメインアームを搭載し、メインアームの先端に２つのサブアームを有するものを使用している。これにより、一方のサブアームでターンテーブル部２３からビス１１を、他方のサブアームでピン給送レール３２からピン１２を一つずつ掴んで溶接装置５の所定の位置に移動させることができる。ロボットアーム４は、産業ロボットとして製造・販売されている公知のロボットアームを使用可能であるため、図１では、アームベース４１とロボット運動範囲のみを図示し、上述したメインアームおよびサブアームの図示は省略している。尚、本システム１では、ロボットアーム４として、FANUC社製のロボットアーム（LR Mate 200ic）を用いている。

溶接装置５は、溶接機５１、ビス送りスライダ５２、およびピン送りスライダ５３からなる。溶接機５１は、ビス１１およびピン１２に対して溶接を行うものであり、本システム１では大阪電研社製の溶接機を用いている。ビス送りスライダ５２は、ロボットアーム４によって搬送されたビス１１を所定の位置で受け取り、これを保持した状態で溶接位置まで移動させる。ピン送りスライダ５３は、ロボットアーム４によって搬送されたピン１２を所定の位置で受け取り、これを保持した状態で溶接位置まで移動させる。

図５に示すように、ビス送りスライダ５２は、移動体５２Ａと電動スライダ５２Ｂとからなる。移動体５２Ａは、本体５２１に３つの保持板５２２，５２３，５２４をネジ等で締結して構成されている。電動スライダ５２Ｂは、移動体５２Ａを待機位置と溶接位置との間で水平方向に移動させるための駆動手段である。尚、図５は、移動体５２Ａが待機位置にある状態を示している。また、溶接位置とは、ビス１１とピン１２とが溶接機５１によって溶接接合されるときの移動体５２Ａの位置である（図７参照）。

保持板５２２，５２３，５２４は、本体５２１の上面から上方に立設した箇所を有しており、その立設箇所は溶接位置に近い側から保持板５２２，５２３，５２４の順となっている。保持板５２２，５２３の上記立設箇所の上端にはＶ溝５２２ａ，５２３ａが形成されており、Ｖ溝５２２ａ，５２３ａにビス１１が載置されることによって、ビス１１が水平姿勢（ビス１１の軸が水平方向と平行となる姿勢）で保持される。すなわち、ロボットアーム４は、ビス供給部２から搬送したビス１１を、待機位置にある移動体５２ＡのＶ溝５２２ａ，５２３ａ上に載置する。また、このとき、ビス１１の頭部１１ａが溶接位置から遠い側とされる。

図６に示すように、ピン送りスライダ５３は、ガイドレール５３Ａと移動体５３Ｂと電動スライダ５３Ｃとからなる。ガイドレール５３Ａは、上面にＶ溝５３Ａａが形成されており、Ｖ溝５３Ａａ上に載置されたピン１２を溶接位置まで導くためガイド部材である。すなわち、ロボットアーム４は、ピン供給部３から搬送したピン１２を、ガイドレール５３ＡのＶ溝５３Ａａの所定の位置に載置する。移動体５３Ｂは、Ｖ溝５３Ａａに載置されたピン１２を溶接位置まで移動させる。電動スライダ５３Ｃは、移動体５３Ｂを待機位置と溶接位置との間で水平方向に移動させるための駆動手段である。尚、図６は、移動体５３Ｂが待機位置にあり、ピン１２がロボットアーム４によってＶ溝５３Ａａに載置された直後の状態を示している。

移動体５３Ｂは、本体５３１と押し出し棒５３２とバネ５３３とケース５３４とを有している。押し出し棒５３２は、その長手軸がＶ溝５３Ａａの長手方向と平行となるように配置され、その一端でＶ溝５３Ａａに載置されたピン１２を溶接位置まで押し出して移動させる。バネ５３３は、押し出し棒５３２の他端側に配置され、押し出し棒５３２に対して溶接位置方向への付勢力を与える。ケース５３４は、押し出し棒５３２の他端とバネ５３３とを内部に保持している。

溶接機５１は、抵抗溶接のための抵抗溶接ヘッド（抵抗溶接手段）５１１と、ＴＩＧ(Tungsten Inert Gas)溶接のためのＴＩＧ溶接ヘッド（ＴＩＧ溶接手段）５１２（図８参照）とを備えている。図７は、溶接時における抵抗溶接ヘッド５１１付近の状態を示している。

抵抗溶接ヘッド５１１は、４つの電極５１１ａ〜５１１ｄを有しており、溶接時には、これら４つの電極５１１ａ〜５１１ｄの中央に接合箇所（図２参照）が配置されるようにする。このため、ビス送りスライダ５２では、移動体５２Ａが待機位置から溶接位置まで移動し、ビス１１を溶接位置まで移動させる。このとき、図７に示すように、ビス１１は、頭部１１ａが保持板５２４に当接することによって位置決めされる。

また、ピン送りスライダ５３では、移動体５３Ｂが待機位置から溶接位置まで移動し、ピン１２が押し出し棒５３２によって押され、溶接位置まで移動する。ピン１２は、ビス１１との当接によって位置決めされる。この時、ピン１２には、押し出し棒５３２を介してバネ５３３の付勢力が作用する。バネ５３３の付勢力は、ビス１１とピン１２との溶接箇所における接触圧となる。

４つの電極５１１ａ〜５１１ｄのうち、下部電極５１１ｃおよび５１１ｄは不動であるが、上部電極５１１ａおよび５１１ｂは上下方向に移動可能である。上部電極５１１ａおよび５１１ｂは、溶接時以外は上方に退避しており、ビス１１およびピン１２が溶接位置に配置されると下降する。これにより、溶接時には、上部電極５１１ａおよび５１１ｂは、下部電極５１１ｃおよび５１１ｄとともにビス１１およびピン１２を挟み込む。

より具体的には、ビス側電極となる電極５１１ａおよび５１１ｃがビス１１を挟み、ピン側電極となる電極５１１ｂおよび５１１ｄがピン１２を挟む。そして、ビス１１とピン１２との溶接箇所に軸方向に沿った電流を流すことで抵抗溶接を行う。溶接箇所となるビス１１とピン１２との接触面は上記電流に対して高抵抗となるため、この箇所でジュール熱が発生し、ビス１１とピン１２とが溶融接合される。

本システム１によるブランク１０の製造工程では、抵抗溶接に続いてＴＩＧ溶接が行われる。ＴＩＧ溶接には、ＴＩＧ溶接ヘッド５１２が使用される。本システム１では、図８に示すように、ＴＩＧ溶接ヘッド５１２（図７では不図示）がビス１１およびピン１２の溶接箇所の周囲に円周方向に沿って略等間隔で３個配置されている。すなわち、ＴＩＧ溶接は、溶接箇所の円周方向に沿った３箇所で施される。

各ＴＩＧ溶接ヘッド５１２は、その先端にタングステン電極５１２ａを有しており、タングステン電極５１２ａと母材（すなわち、ビス１１およびピン１２）との間にアークを発生させてアーク熱で母材を溶融させて溶接する。また、タングステン電極５１２ａの周囲は、不活性ガス（ここではアルゴン）を放出するためのノズル５１２ｂとなっており、上記溶接は不活性ガス雰囲気中で行われる。

溶接（抵抗溶接およびＴＩＧ溶接）が完了すると、上部電極５１１ａおよび５１１ｂが退避位置に上昇し、ビス送りスライダ５２の移動体５２Ａとピン送りスライダ５３の移動体５３Ｂとは待機位置に戻される。この時、ビス１１とピン１２とが接合されてなるブランク１０は、ビス１１の頭部１１ａが保持板５２３のＶ溝５２３ａに引っ掛かることにより、移動体５２Ａと共に移動する。

ブランク１０がビス送りスライダ５２の移動体５２Ａと共に待機位置まで戻されると、完成品として排出部６によって本システム１の外部に排出される。排出部６は、図１および図９に示すように、プッシャ６１と排出シュート６２とからなる。プッシャ６１は、待機位置にあるブランク１０に対して、ブランク１０の軸方向と直交する方向に水平移動可能である。また、プッシャ６１の移動方向先端（ブランク１０側）には傾斜面６１ａが形成されている。このため、プッシャ６１がブランク１０に向かって移動すると、移動体５２Ａの保持板５２２，５２３によって保持されているブランク１０は、傾斜面６１ａに沿って持ち上げられ、プッシャ６１と反端側に押し出される。

ブランク１０の押し出される側の下方には、排出シュート６２が配置されている。プッシャ６１によって押し出されたブランク１０は、排出シュート６２上に落下し、排出シュート６２上を滑り落ちて本システム１の外部に排出される。

本システム１では、溶接箇所においてバリの発生しないブランク１０を製造するために、溶接方法において以下の工夫を行っている。

まず、溶接を抵抗溶接とＴＩＧ溶接との二段階工程とし、先工程である抵抗溶接では、接合面全体の溶接は行わず、接合面の中央部のみを溶接する。図１０（ａ）は、抵抗溶接終了時点での溶接箇所の断面図であり、抵抗溶接による接合領域を斜線ハッチングで示している。

そして、後工程であるＴＩＧ溶接によって接合面の周縁部を溶接する。図１０（ｂ）は、ＴＩＧ溶接終了時点での溶接箇所の断面図であり、ＴＩＧ溶接による接合領域を網点ハッチングで示している。このように、抵抗溶接による接合領域とＴＩＧ溶接による接合領域とで、接合面の全体が溶接される。尚、抵抗溶接による接合領域は接合面全体に対する面積比で７０〜８０％とすることが好ましく、ＴＩＧ溶接による接合領域は抵抗溶接領域に少し溶け込ませるように周縁部から面積比で３０〜４０％（面積比）とすることが好ましい。

従来のバイメタルねじにおけるブランク製造工程では、ビスとピンとの溶接に抵抗溶接のみが使用されていたが、抵抗溶接では接合面に圧力を加えながら溶接が行われる。このため、抵抗溶接時に接合面全体を溶融させると、溶融した金属が上記圧力によって円周方向にはみだしてバリとなる。これに対し、本発明では、抵抗溶接時に接合面全体を溶融させることなく、中央部のみを溶融させて接合する。このため、上記圧力によって円周方向にはみだす溶融金属は殆ど無い。

本発明において、抵抗溶接で接合面の中央部のみを溶接するには、溶接時間（すなわち、電流の通電時間）を適切に制御することが必要である。本発明における適切な溶接時間は、溶接箇所の径、母材材料、および加圧力等の種々の条件に応じて変化するが、これらの各条件に応じた溶接時間は、予め実験等によって求めることが可能である。

ＴＩＧ溶接では、溶融した金属は自動的に内部に埋め込まれるため、バリの無い綺麗な仕上がり面が得られる。尚、ＴＩＧ溶接のみによってビスとピンとの溶接を行った場合には、接合面の周縁部は接合できるものの中央部が十分に接合できず、接合箇所における十分な強度が得られない。

以上のように、本システム１を用いた溶接接合では、先工程である抵抗溶接で接合面の中央部のみを溶接し、後工程であるＴＩＧ溶接によって接合面の周縁部を溶接する。これにより、製造されるブランク１０において接合箇所でのバリが発生せず、ねじ部加工前にバリを除去するための二次加工が不要となり、製造工程数及び製造コストを低減することができる。さらに、接合箇所では、中央部から周縁部まで良好な溶融接合が行われるため、十分な強度が確保できる。

本発明は、その精神または主要な特徴から逸脱することなく、他のいろいろな形で実施することができる。そのため、上述の実施例はあらゆる点で単なる例示にすぎず、限定的に解釈してはならない。本発明の範囲は特許請求の範囲によって示すものであって、明細書本文には、なんら拘束されない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

１ バイメタルねじ用ブランク製造システム
２ ビス供給部
３ ピン供給部
４ ロボットアーム
５ 溶接装置
６ 排出部
１０ ブランク
１１ ビス
１２ ピン
２１ ビスフィーダ部
２２ ビス給送レール
２３ ターンテーブル部
３１ ピンフィーダ部
３２ ピン給送レール
５１ 溶接機
５２ ビス送りスライダ
５３ ピン送りスライダ
５１１ 抵抗溶接ヘッド（抵抗溶接手段）
５１２ ＴＩＧ溶接ヘッド（ＴＩＧ溶接手段）

Claims (3)

1. バイメタルねじの頭部及び軸部となるビスと、バイメタルねじの先端部となるピンとを溶接接合し、バイメタルねじのブランク製造を行うバイメタルねじ用ブランク製造システムであって、
   前記ビスと前記ピンとの接合面において該接合面の中央部のみを抵抗溶接にて接合する抵抗溶接手段と、
   前記接合面の周縁部をＴＩＧ溶接にて接合するＴＩＧ溶接手段とを有していることを特徴とするバイメタルねじ用ブランク製造システム。
2. 請求項１に記載のバイメタルねじ用ブランク製造システムであって、
   前記ビスをストックするビス供給部と、
   前記ピンをストックするピン供給部と、
   前記抵抗溶接手段および前記ＴＩＧ溶接手段を有しており、所定の位置に配置された前記ビスおよび前記ピンに対して自動的に溶接を行う溶接装置と、
   前記ビス供給部および前記ピン供給部から前記ビスおよび前記ピンを一つずつ取り出し、前記溶接装置の前記所定の位置に配置させるロボットアームとを備えていることを特徴とするバイメタルねじ用ブランク製造システム。
3. バイメタルねじの頭部及び軸部となるビスと、バイメタルねじの先端部となるピンとを溶接接合し、バイメタルねじのブランク製造を行うバイメタルねじ用ブランク製造方法であって、
   前記ビスと前記ピンとの接合面において該接合面の中央部のみを抵抗溶接にて接合する抵抗溶接工程と、
   前記接合面の周縁部をＴＩＧ溶接にて接合するＴＩＧ溶接工程とを有していることを特徴とするバイメタルねじ用ブランク製造方法。

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