JP4537100B2

JP4537100B2 - 筒体の溶接方法及び溶接装置

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Publication number: JP4537100B2
Application number: JP2004096284A
Authority: JP
Inventors: 知樹斉藤; 寛中村; 克也真野
Original assignee: Sango Co Ltd
Current assignee: Sango Co Ltd
Priority date: 2004-03-29
Filing date: 2004-03-29
Publication date: 2010-09-01
Anticipated expiration: 2024-03-29
Also published as: JP2005279701A

Description

本発明は、筒体の溶接方法及び溶接装置に関し、特に、金属製板材を筒状に曲げ加工した筒体を、溶接用案内保持具の貫通案内孔に挿入し、筒体の周方向端面を突き合わせた状態で溶接する筒体の溶接方法及び溶接装置に係る。

下記の特許文献１には、予め金属製の板材を筒状に曲げ加工したワークを、溶接治具に設けられたガイドプレートにより、ワークの両端縁の開口ライン（スリット）の延長線上に溶接トーチが存在するようワークを位置決めし，溶接治具に形成された貫通穴内へワークを送り込んでワークを縮径するとともにワークの両端縁を突き合わせ、その突き合わせ部（継目）を溶接した筒体を形成する方法が開示されている。尚、特許文献２には、上記の装置の改良に係る溶接装置の全体構成が開示されている。

特公平２−１５３１０号公報特開２０００−１４１０３３号公報

しかし、前掲の特許文献１に記載の方法では、図１５に示すように、筒状ワーク（ｗ）の一端部のみを送り部材（ｐ）によって押圧し、ワーク（ｗ）を貫通穴（ｈ）に送り込む構成であるため、貫通穴（ｈ）から送り出されたワーク（ｗ）の溶接完了部は、何ら支持されることなく自由状態である。このため、ワーク（ｗ）が自重により下へ傾き、溶接加工点における溶接トーチ（ｔ）の先端と突き合わせ部との距離が設定値から外れ（ｄ）、溶接品質が劣るおそれがある。これを解決する手段として、自重による傾きを生じさせないよう、貫通穴（ｈ）を軸方向に延長することが考えられるが、そうすると装置が大型化し、あるいは、ワーク（ｗ）と貫通穴（ｈ）の摺動抵抗が増大し、送り手段を強力にしなければならなくなる。

また、筒状ワークの一端部のみを送り部材によって押圧する場合には、図１６に示すように、予め曲げ加工されたワークＷに巻きずれが生じていると、このずれが生じたまま溶接されるおそれがある。更に、ワークＷの終端部がガイドプレートから外れたときに、ワークＷがその軸周りに回転するおそれがあり、あるいは、溶接トーチの位置に対するワークＷの突き合わせ部（図１６のスリットＷｓ部分）がワークＷの周方向でずれて、突き合わせ部が適切に溶接されないおそれがある。

そこで、本発明は、金属製板材を筒状に曲げ加工した筒体の周方向端面を突き合わせた状態で、適切に溶接し得る筒体の溶接方法を提供することを課題とする。

また、本発明は、金属製板材を筒状に曲げ加工した筒体の周方向端面を突き合わせた状態で、適切に溶接し得る筒体の溶接装置を提供することを別の課題とする。

上記課題を解決するため、本発明は、請求項１に記載のように、金属製板材を筒状に曲げ加工した筒体を、溶接用案内保持具の貫通案内孔に挿入し、前記筒体の周方向端面を突き合わせた状態で前記貫通案内孔内を移動させながら突き合わせ部を溶接する筒体の溶接方法において、前記筒体の一方の軸方向端面の少なくとも二箇所に当接する腕部を有する第１の挟持具と、該第１の挟持具に対して同軸上で対向するように配置し、前記筒体の他方の軸方向端面の少なくとも二箇所に当接する腕部を有する第２の挟持具によって、前記筒体を挟持した状態で前記溶接用案内保持具の貫通案内孔内を移動させて、前記筒体の周方向端面を突き合わせた状態とし、突き合わせ部を溶接することとしたものである。

上記の溶接方法において、請求項２に記載のように、前記溶接用案内保持具の貫通案内孔の内面に、少なくとも二つの軸方向案内溝が形成されており、前記少なくとも二つの軸方向案内溝に前記第１及び第２の挟持具の腕部を夫々嵌合し、前記筒体を挟持した状態で前記溶接用案内保持具の貫通案内孔内を移動させるとよい。

また、本発明の溶接装置は、請求項３に記載のように、金属製板材を筒状に曲げ加工した筒体を、溶接用案内保持具の貫通案内孔に挿入し、前記筒体の周方向端面を突き合わせた状態で前記貫通案内孔内を移動させながら突き合わせ部を溶接する筒体の溶接装置において、前記筒体の一方の軸方向端面の少なくとも二箇所に当接する腕部を有する第１の挟持具と、該第１の挟持具に対して同軸上で対向するように配置し、前記筒体の他方の軸方向端面の少なくとも二箇所に当接する腕部を有する第２の挟持具とを備え、該第１及び第２の挟持具によって、前記筒体を挟持した状態で前記溶接用案内保持具の貫通案内孔内を移動させて、前記筒体の周方向端面を突き合わせた状態とし、突き合わせ部を溶接するように構成することとしたものである。

上記の溶接装置において、請求項４に記載のように、前記溶接用案内保持具は、前記貫通案内孔の内面に形成された少なくとも二つの軸方向案内溝を有し、該少なくとも二つの軸方向案内溝に前記第１及び第２の挟持具の腕部を夫々嵌合するように構成するとよい。

本発明は上述のように構成されているので以下に記載の効果を奏する。即ち、請求項１に記載の筒体の溶接方法においては、筒体の軸方向端面の少なくとも二箇所に当接する腕部を夫々有する第１及び第２の挟持具によって、筒体を挟持した状態で溶接用案内保持具の貫通案内孔内を移動させて、筒体の周方向端面を突き合わせた状態とし、突き合わせ部を溶接することとしているので、筒体が自重によって傾斜することはなく、安定した溶接が可能となる。

特に、第１及び第２の挟持具によって筒体が挟持されているので、予め曲げ加工された筒体に巻きずれが生じている場合には適切に矯正され、また、筒体がその軸回りを回転することはなく、筒体の突き合わせ部が移動するおそれもないので、確実に筒体の突き合わせ部を溶接することができる。更に、筒体は溶接用案内保持具から取り出された後も、第１及び第２の挟持具によって挟持された状態で所望の位置まで移動することができる。

更に、請求項２に記載のように、貫通案内孔の内面に、少なくとも二つの軸方向案内溝が形成された溶接用案内保持具を用い、各軸方向案内溝に第１及び第２の挟持具の腕部を夫々嵌合することとすれば、筒体を挟持した状態で溶接用案内保持具の貫通案内孔内を移動させて、筒体の周方向端面を突き合わせた状態とするときに、筒体の外周面が僅かに各軸方向案内溝に膨出するので、貫通案内孔内を移動する筒体を確実に保持した状態で、突き合わせ部を溶接することができる。

そして、請求項３に記載の筒体の溶接装置によれば、筒体の軸方向端面の少なくとも二箇所に当接する腕部を夫々有する第１及び第２の挟持具を備え、これらによって筒体を挟持した状態で溶接用案内保持具の貫通案内孔内を移動させて、筒体の周方向端面を突き合わせた状態とし、突き合わせ部を溶接することができるので、筒体が自重によって傾斜することはなく、安定した溶接が可能となる。特に、第１及び第２の挟持具によって筒体が挟持されているので、予め曲げ加工された筒体に巻きずれが生じている場合には適切に矯正され、また、筒体の突き合わせ部が移動するおそれもないので、確実に筒体の突き合わせ部を溶接することができる。

更に、請求項４に記載のように構成すれば、筒体を挟持した状態で溶接用案内保持具の貫通案内孔内を移動させて、筒体の周方向端面を突き合わせた状態とするときに、筒体の外周面が僅かに各軸方向案内溝に膨出し得るので、この膨出により、筒体を貫通案内孔内で移動させるときにも、筒体を確実に保持した状態で突き合わせ部を溶接することができる。

上記の筒体の溶接方法及び溶接装置に関し、その具体的一態様として、筒体の溶接装置について図面を参照して説明する。図１は、筒体及び溶接装置の基本構成部品を示すもので、金属製板材を筒状に曲げ加工した筒体として、例えば板厚１．５ｍｍのステンレス製の平板材がロール曲げ加工によって断面Ｃ字状に成形され、例えば１２０ｍｍの直径を有するワークＷが用いられる。尚、ワークＷの材質、板厚、直径、全長等は特に限定されるものではなく任意である。また、その断面形状も、真円断面、楕円断面、長円断面、更には多角形断面等、任意である。

一方、溶接用案内保持具１は、前掲の特許文献１において溶接治具と記載されたものに対応し、ワークＷが挿入される貫通案内孔１ｈ（特許文献１の貫通穴に対応）が形成されている。本実施形態における貫通案内孔１ｈは、ワークＷ挿入側の開口端がワークＷの直径よりも大きく、その開口端から内部に向かって緩やかなテーパ状に形成され（図１の内壁面１ｔ）、内部は筒体製品形状の外径（例えば１１４ｍｍ）に対応する内径に形成されている。更に、貫通案内孔１ｈの内壁面１ｔには、周方向に略等間隔で三箇所に軸方向案内溝（代表して１ｇで表す）が形成されている。これらの軸方向案内溝１ｇは、後述する第１及び第２の挟持具１０及び２０の各腕部と干渉しない程度の隙間を有するように形成されている。尚、本実施形態では、溶接用案内保持具１は二分割の部品が組み合わされているが、一体品としてもよい。

また、溶接用案内保持具１のワークＷ挿入側の開口端から軸方向に案内刃２（特許文献１のセンタガイドプレートに対応）が設けられ、その刃先がワークＷのスリットＷｓに突入するように配置されている。この案内刃２はワークＷのスリットＷｓと溶接トーチ３との位置決めに供されるもので、溶接用案内保持具１のワークＷ排出側の端部に形成された開口１ｗ上に、溶接トーチ３が配置されている。本実施形態においては、プラズマ溶接が用いられるが、これに限定されるものではなく、ＭＩＧ、ＴＩＧ等のアーク溶接や、レーザ溶接、その他の溶接手段を適用することとしてもよい。尚、これらの基本構成部品を有する本実施形態の溶接装置の全体構成は図７及び図８に示し、溶接用案内保持具１近傍の具体的構成は図９乃至図１１に示し、図１に示す部品に対応する部品に同一の符号を付している。

図１に示すように、第１の挟持具１０は、ワークＷの一方の軸方向端面Ｗａ１の三箇所に当接する腕部（代表して１１で表す）を有する。また、第２の挟持具２０は、ワークＷの他方の軸方向端面Ｗａ２の三箇所に当接する腕部（代表して２１で表す）を有し、第１の挟持具１０に対して同軸上で対向するように配置されている。特に、図１に示すように、第１及び第２の挟持具１０及び２０の各腕部を略等間隔（等角度）に形成することとすれば、ワークＷの軸方向端面Ｗａ１及びＷａ２を均一に押圧すると共に受けることが可能となり、ワークＷの周方向端面Ｗｐｅの突き合わせ精度が向上し、安定した溶接が可能となる。尚、第１及び第２の挟持具１０及び２０の各腕部は、溶接用案内保持具１の開口部１ｗ以外の範囲に設けられ、溶接トーチ３と干渉しない形状とされる。

本実施形態における第１及び第２の挟持具１０及び２０には、夫々、ワークＷの軸方向端面Ｗａ１及びＷａ２に当接するように、円周上略等間隔（等角度）で三箇所に腕部１１及び２１が設けられているが、これに限定されるものではなく、ワークＷの軸方向端面Ｗａ１及びＷａ２の各端面の円周上の少なくとも二箇所に当接し、ワークＷを挟持し得る構成であればよい。例えば、第１の挟持具１０は、図１３に示すような二箇所の腕部を有する当接部１３を備えたものとし、あるいは、図１４に示すような十字形状の当接部１４を備えたものとしてもよい（第２の挟持具２０も同様）。

上記の基本構成部品を有する溶接装置によるワークＷの溶接方法を、図２乃至図６を参照して説明する。先ず、図２に示すように、第１の挟持具１０、溶接用案内保持具１、ワークＷ、及び第２の挟持具２０が略同軸上に配置される。このとき、ワークＷは、そのスリットＷｓが案内刃２の刃先の延長線上前方（図２の右方向）に存在するように配置される。この場合において、図示は省略するが、ワークＷと溶接用案内保持具１の案内刃２との間に、前掲の特許文献１の第１図に記載のガイドプレート（２３）を配置することとしてもよい。

次に、図３に示すように、図示しないエアシリンダ（１００ｋｇ）等を備えた第１の進退駆動手段により第１の挟持具１０が貫通案内孔１ｈ内に挿入され、図４に示す案内刃２の後方部近傍に配置される。一方、第２の挟持具２０は、図示しない油圧シリンダ（２ｔｏｎ）等を備えた第２の進退駆動手段により前進駆動され、図３に示すようにワークＷの軸方向端面Ｗａ２に当接し、更に、図４に示すようにワークＷが溶接用案内保持具１の貫通案内孔１ｈ内に挿入される。このとき、ワークＷのスリットＷｓは案内刃２によって案内され、ワークＷの軸周りを回転しないように保持された状態で貫通案内孔１ｈ内に挿入される。また、ワークＷの前方側の軸方向端面Ｗａ１が第１の挟持具１０に当接し、ワークＷは第１の挟持具１０と第２の挟持具２０によって挟持される。

而して、ワークＷに図１６に示すような巻きズレが発生していたとしても、第１及び第２の挟持具１０及び２０に挟持されることによってワークＷの両軸方向端面Ｗａ１及びＷａ２が押圧されるので、巻きズレが矯正される。尚、第１及び第２の挟持具１０及び２０の腕部１１及び２１が、ワークＷのスリットＷｓ近傍の軸方向端面Ｗａ１及びＷａ２に当接するように形成すれば、ワークＷの巻きズレを一層確実に矯正することができる。

ワークＷが貫通案内孔１ｈ内に挿入されると、図４に示すように、ワークＷは案内孔１ｈの開口端部の内壁面１ｔに案内され、図５に示すように均等の内径を有する部分に至ると、ワークＷの周方向端面Ｗｐｅを突き合せた状態となる。そして、ワークＷの両軸方向端面Ｗａ１及びＷａ２が挟持された状態を維持しながら、第１の挟持具１０が後退駆動されると共に第２の挟持具２０が前進駆動され、ワークＷが貫通案内孔１ｈ内に連続的に送り込まれる。この場合において、ワークＷが貫通案内孔１ｈ内に挿入される前には、突き合わされる周方向端面Ｗｐｅ間に微少の間隙が存在するので、貫通案内孔１ｈ内への挿入前のワークＷの外径は製品外径より若干大きくなっているが、貫通案内孔１ｈ内を前進する間に（突き合わされる）周方向端面Ｗｐｅが近接し、上記の間隙が消失して製品外径となる。つまり、ワークＷの素材の周方向長さは突き合わせ前後で変化することなく一定であり、塑性変形を伴う所謂縮径が行われる訳ではない。

以上のように、ワークＷは周方向端面Ｗｐｅが漸次突き合わされ、ワークＷの突き合わせ部が溶接トーチ３によって溶接され、図５に点描で示す溶接部Ｗｍが形成される。このようにワークＷの周方向端面Ｗｐｅが突き合わされたときには、ワークＷの外周面が僅かに各軸方向案内溝１ｇに膨出するので、ワークＷを貫通案内孔１ｈ内を移動させるときにも、ワークＷを確実に保持した状態で突き合わせ部が溶接される。

上記のように第１及び第２の挟持具１０及び２０によってワークＷが挟持された状態で貫通案内孔１ｈから送り出され、図６に示すように、ワークＷが溶接用案内保持具１を完全に通過すると、ワークＷに対する溶接が完了する。この後、第１及び第２の挟持具１０及び２０は退避駆動され、ワークＷの挟持状態が解除され、筒体の製品として搬出される。尚、ワークＷが溶接用案内保持具１を通過する前で、ワークＷの一部分が溶接用案内保持具１による拘束を受け、溶接位置が保持されている状態であれば、第１の挟持具１０が退避するタイミングは溶接作業中としてもよい。

あるいは、図１２に示すように、溶接用案内保持具１の外側でワークＷを予め挟持した状態とした後に、貫通案内孔１ｈ内に挿入することとしてもよい。この場合には、案内刃２の設置位置は、図１２に示すように溶接用案内保持具１の外側とされる。更に、案内刃２を一切使用しない例として、図１２に示すように第１及び第２の挟持具１０及び２０によってワークＷを挟持した状態で、これらを軸回りに回転、即ちワークＷを回転させ、レーザ光等の光学式、あるいは機械式等のスリット位置検出手段（図示せず）を用い、スリットＷｓの位置と溶接トーチ位置とが一致したところで第１及び第２の挟持具１０及び２０の回転を停止し、即ちワークＷの回転を止め、スリットＷｓと溶接トーチ３との位置決めを行なうように構成することもできる。

尚、図示は省略するが、第１及び第２の挟持具１０及び２０は、上記の各実施形態のように、夫々ワークＷの軸方向端面Ｗａ１及びＷａ２に当接する腕部１１及び２１を備えた構成のほか、ワークＷの端部の内壁面を、ワークＷの内側から保持あるいは解除する機構を備えたものとし、例えば受部材（図示せず）によってワークＷを溶接用案内保持具１から引き出す方法及び装置も考えられる。

本発明の一実施形態に係る筒体の溶接方法及び装置に供する基本構成部品及び加工対象のワークを示す斜視図である。本発明の一実施形態に係る基本構成部品によるワークの溶接方法の一工程を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る基本構成部品によるワークの溶接方法の一工程を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る基本構成部品によるワークの溶接方法の一工程を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る基本構成部品によるワークの溶接方法の一工程を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る基本構成部品によるワークの溶接方法の一工程を示す断面図である。本発明の一実施形態に係る溶接装置の全体構成を示す正面図である。本発明の一実施形態に係る溶接装置の全体構成を示す平面図である。本発明の一実施形態に係る溶接装置の溶接用案内保持具部分の一部断面側面図である。本発明の一実施形態に係る溶接装置の溶接用案内保持具部分の一部断面正面図である。本発明の一実施形態に係る溶接装置の溶接用案内保持具部分の正面図である。本発明の他の実施形態に係る基本構成部品によるワークの溶接方法の一工程を示す断面図である。本発明の第１の挟持具の当接部の一例を示す斜視図である。本発明の第１の挟持具の当接部の他の例を示す斜視図である。従来の溶接装置によって溶接加工を行う状態を示す断面図である。予め曲げ加工された筒状のワークに巻きずれが生じている状況の一例を示す斜視図である。

符号の説明

１溶接用案内保持具
１ｇ軸方向案内溝
１ｈ貫通案内孔
２案内刃
３溶接トーチ
１０第１の挟持具
１１腕部
２０第２の挟持具
２１腕部
Ｗワーク
Ｗｓスリット

Claims

金属製板材を筒状に曲げ加工した筒体を、溶接用案内保持具の貫通案内孔に挿入し、前記筒体の周方向端面を突き合わせた状態で前記貫通案内孔内を移動させながら突き合わせ部を溶接する筒体の溶接方法において、前記筒体の一方の軸方向端面の少なくとも二箇所に当接する腕部を有する第１の挟持具と、該第１の挟持具に対して同軸上で対向するように配置し、前記筒体の他方の軸方向端面の少なくとも二箇所に当接する腕部を有する第２の挟持具によって、前記筒体を挟持した状態で前記溶接用案内保持具の貫通案内孔内を移動させて、前記筒体の周方向端面を突き合わせた状態とし、突き合わせ部を溶接することを特徴とする筒体の溶接方法。
前記溶接用案内保持具の貫通案内孔の内面に、少なくとも二つの軸方向案内溝が形成されており、前記少なくとも二つの軸方向案内溝に前記第１及び第２の挟持具の腕部を夫々嵌合し、前記筒体を挟持した状態で前記溶接用案内保持具の貫通案内孔内を移動させることを特徴とする請求項１記載の筒体の溶接方法。
金属製板材を筒状に曲げ加工した筒体を、溶接用案内保持具の貫通案内孔に挿入し、前記筒体の周方向端面を突き合わせた状態で前記貫通案内孔内を移動させながら突き合わせ部を溶接する筒体の溶接装置において、前記筒体の一方の軸方向端面の少なくとも二箇所に当接する腕部を有する第１の挟持具と、該第１の挟持具に対して同軸上で対向するように配置し、前記筒体の他方の軸方向端面の少なくとも二箇所に当接する腕部を有する第２の挟持具とを備え、該第１及び第２の挟持具によって、前記筒体を挟持した状態で前記溶接用案内保持具の貫通案内孔内を移動させて、前記筒体の周方向端面を突き合わせた状態とし、突き合わせ部を溶接するように構成することを特徴とする筒体の溶接装置。
前記溶接用案内保持具は、前記貫通案内孔の内面に形成された少なくとも二つの軸方向案内溝を有し、該少なくとも二つの軸方向案内溝に前記第１及び第２の挟持具の腕部を夫々嵌合するように構成することを特徴とする請求項３記載の筒体の溶接装置。