JP4907004B2

JP4907004B2 - 中空軸を製造する装置と方法

Info

Publication number: JP4907004B2
Application number: JP2000392696A
Authority: JP
Inventors: ジョージジョンジャックロバート; ブルックジェフリー
Original assignee: ヴァルモントインダストリーズ，インク．
Priority date: 2000-06-22
Filing date: 2000-12-25
Publication date: 2012-03-28
Anticipated expiration: 2020-12-25
Also published as: PT1166910E; JP2002028791A; DK1166910T3; DE60019405D1; MXPA02012650A; AU2000279414A1; DE60019405T2; ATE293019T1; EP1166910A1; ES2241565T3; CA2413346C; EP1166910B1; US6629632B1; WO2001097994A1; CA2413346A1

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、長さ方向の継ぎ目を持つ中空軸の製造に関する。
【０００２】
【従来の技術】
そのような中空軸の製造は、通常平らなシート材を、開放継ぎ目を持つが目標とする完成軸と実質的には同じ形である（ここでは、「開放軸」と呼ぶ）ほぼ円筒構造に形成することを含む。成形は、湾曲した雌雄の鍛造型を用いた一連の型打ち作業を使用して行うか、又は、平らなシーを、一連のロールフォーミング機の間に通して給送し、連続的にシートを湾曲することによって行われる。
次に、開放継ぎ目を持つ開放軸は、ロールフォーミング機から、開放継ぎ目を閉じて溶接する溶接機に供給され、閉じた軸が形成される。
【０００３】
図１は、継ぎ目を閉じる周知の方法を示す。開放軸１０は、１対の円筒形ローラ１２及び１４の間に給送され、継ぎ目１６を閉じるように両側から圧縮される。継ぎ目の向き合った縁部２０が、ローラ１２及び１４から継ぎ目１６に加わる力により接触して閉じる帯域１８において、溶接が行われる。
図２は、図１のローラを線ＩＩ−ＩＩに沿って切断した断面図である。ローラ１２及び１４は、互いに平行で、軸１０の軸線に垂直な回転軸２２を持つ。図１で示す通り、軸１０は、矢印２４で示すその軸線方向に沿って移動する。円筒形ローラ１２及び１４は、矢印２６及び２８で示す方向に回転する（図１）。
ローラ１２及び１４は、互いにすぐ近くに隣接し、それらの湾曲面３０も互いに近接している。軸１０を収容するために、各ローラは、閉じた軸の断面の半分を画定する溝３２をその湾曲面３０に持つ。すなわち、図２のように、軸の軸線に沿って見ると、実質的に円形の凹みは、軸１０を収容して無理やり閉じさせ、向き合った縁部２０が互いに溶接されることを可能にしている。
【０００４】
テーパを持つ軸が必要な場合があるので、この円形凹部の帯域は、軸が通過して給送される時に軸の直径の増加を受け入れるために広がる必要があることは明らかであろう（軸が幅の狭い端部つまり先端を先に、広い端部つまりバットを後になるように給送されるとして）。これは、ローラ１２及び１４の各々の湾曲した円筒形表面３０の溝３２が、円筒周面のまわりで連続的に大きくなる必要があるということを意味する。軸が給送されローラが回転する時に、向き合った溝の間の凹部が大きくなり、テーパの増大を受け入れる。すなわち、図２から分かる通り、互いに最も離れたローラ１２及び１４の所での溝３２は、最も近い所での溝に比べて相当に大きい。
開放軸の継ぎ目を閉じるための十分な力を維持するために、円筒の回転は遅くされる。さもなければ、テーパ軸は、溝の間の増大する凹部により軸のテーパが容易に受け入れられるようになる場所まで、ローラを単に空転させるだけになる。
【０００５】
一旦軸がローラの間に給送されると、該軸は、１対のグリップ孔３４（図１）において、駆動台車に設置された１対のジョー（図示しない）により掴まれる。台車は、矢印２４の方向に沿ってローラから離れるように駆動され、ローラ間を通して軸を引張る。ローラの抵抗力に打ち勝ちローラを通して軸を引くためには、大きな力を発生させる必要がある。大きな直径の軸を閉じるために必要な力が小さな直径の軸を閉じるのに必要なそれよりも大きいので、この力は、軸のテーパの増大につれて増加する。ジョーが孔３４と先端との間の金属を裂くことがないように、グリップ孔３４は、軸の先端に十分な構造強度をもたらすため、十分な距離ｘ（図１）だけ軸の先端から間隔をおいて作られる必要がある。
【０００６】
電気抵抗溶接は、縁部が接触する場所で金属が溶融し接合部が生成されるように、帯域１８の向き合った縁部２０に沿って電流を与えることにより達成される。しかし連続した溶接を開始できる前に、ジョーがグリップ孔３４を掴める場所に（図１に示すように）ローラを通して軸を給送する必要がる。これは、必然的に、完成した軸から切り取る必要のあるかなりの長さの使用不能な軸が先端近くにあるということである。
前記ローラ１２及び１４は、必要な一貫した閉じ力を得るために、焼き入れ鋼（または、他の類似の硬化された材料）で作る必要がある。それらは１つの鉄の固まりから加工され、適切な硬さにするために加熱及び冷却を施される。そのようなローラは、その大きさのために正確に製造することは非常に困難である。
焼き入れ処理は、非常に大きな鉄の固まりを加工し、亀裂が入らないように一様に加熱及び冷却する必要がある。これらのローラを製造する過程での不成功率は通常５０％であるが、それは、ローラの製造を成功させるためのコストが、このような寸法のスチールローラを加工及び焼き入れするのに必要な既に高いコストをはるかに超えて増加することを意味する。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
これらのローラを使用することはまた、現実に作ることができるローラの大きさに関して、つまり結果的には、圧力ローラを使って開放軸を閉塞する溶接処理により製作される軸の大きさに関して、その上限に到達するという欠点を持つ。
別の欠点は、どのような特定の組のローラをとってみても、１つの型のポール又は軸の製造に限定されるという点である。新しい組のローラを設計及び製造することなしに異なるテーパ特性を持つポールを作ることはできない。従って前記処理は、ローラの高いコストが軸あたりのコストに反映され、ローラの設計及び製造に関わる時間が短期間に新しい形状の軸を製造することを妨げるので、小口注文を実行できるための必要な融通性に欠ける。
本発明の目的は、溶接機械及び従来技術の欠点の少なくともいくつかを克服する溶接方法を提供することである。
【０００８】
【課題を解決するための手段】
本発明は、内側に向けられた半径方向の力を軸に作用させ、前記の力により閉じている間に継ぎ目を溶接することによって軸の継ぎ目を閉じる段階を含む、向き合った長さ方向の縁部の間に形成される開放継ぎ目を持つ軸を溶接する方法を提供する。
本発明はまた、向き合った長さ方向の縁部の間に形成される開放継ぎ目を持つ軸を溶接する手段を持ち、内側に向けられた半径方向の力を軸に作用させる手段と、前記の力により閉じている間に継ぎ目を溶接する溶接手段とを含む溶接装置を提供する。
内側に向けられた半径方向の力は、好ましくは軸の表面上で複数の分離した場所に作用される。
溶接手段は、好ましくは電気抵抗溶接装置を含む。
【０００９】
更に、内側に向けられた半径方向の力を軸表面上の複数の分離した場所に作用させる手段は、好ましくは、軸が通過給送される開口部を画定する複数の圧力ローラと、開口部の位置を変化させ、それによって開口部の寸法を変化させる手段とを含む。
随意的に、各々の組が開口部を画定する、ローラの多くの組を設け、軸が各々の開口部を順番に連続的に通過する。
更に装置は、内向きの半径方向の力を作用させる手段を通して開放軸を移動させ、開放軸が連続的に閉じられてその長さに沿って溶接されるようにする供給手段を含むことが好ましい。
本発明は、添付の図面を参照し、ただ例示的に準備された本発明の実施形態の以下の記述により更に解説される。
【００１０】
【発明の実施の形態】
図３において、搬送台４２、搬入台４４、中央部４６、及び、搬出台４８といった主な組立品を含む本発明による装置は、４０として一般に示されている。搬送台４２は、溶接される多くの軸を保持し、搬入台４４上にこれらの軸を順番に装荷するために使用される。１つのそのような軸５０が搬送台４２の位置に示されている。
図４は、開放軸５０を全体図で示す。軸５０は、向き合った縁部５６及び５８の間に画定される開放継ぎ目５４を持ってほぼ閉じた円筒形に形成されたシート材料５２を含む。
開放軸５０を形成するために、薄鋼板の１区画が薄鋼板ロールから台形状に切断され、その寸法が軸の長さ６０、軸５０の先端６２及びバット６４の直径、従って、更に軸５０のテーパ角度を定める。
【００１１】
前記台形は、従来技術で知られる通り、雌雄の圧縮成形部材の間の一連の圧縮成型作動により閉じた円筒形に形成される。
開放軸５０で閉じた軸またはポールを製造するために、装置４０により、継ぎ目５４を閉じ、向き合った縁部５６及び５８を互いに溶接する必要がある。
図５は、軸５０が搬入台４４上に装荷された時の状況を示す。搬入台は、継ぎ目が最上部に来るまで軸を回転し、この方向のまま中央部４６の方に先端を先にして軸を搬送する。
軸５０が中央部４６にある時（図６）、軸は、搬出台４８の方に中央部を通過して連続的に移動しながら、継ぎ目を閉じ、向き合った縁部を互いに溶接される。
【００１２】
搬出台４８は、中央部から軸の先端を引き去るための引抜台（図示しない）を駆動する駆動モータ６６を持つ。軸が搬出台（図６及び図７）の中に移動すると、閉じた軸全体が搬出台（図７）に位置するまで継ぎ目が溶接され連続的に閉じられる。
それから引抜台は軸を解放し、軸は、引抜台が次の軸の先端に取りかかるために前方に移動できるよう搬出部内で下に降ろされ（図８）、そして最終的に軸は、次の工程のために搬出台から搬出されるが（図９）、次の工程の内容は、軸の最終的な使用目的によって判断されることになる。
主な組立部品の各々を、以下に更に詳細に説明する。
【００１３】
図１０は、３つの軸５０が装荷された搬送台４２である。搬送台は、共通軸７０から駆動される５つのローラチェーン・コンベヤ６８を持つ。図１１は、そのようなコンベヤの１つを示す簡略側面図である。コンベヤ６８は、軸５０を支持する多くのロケータ・ペグ７４を持つチェーン７２を含む。図１１において、軸５０のうちの１つの先端６２及びバット６４が示され、他の軸のうちの１つの開放継ぎ目２０も示されている。
チェーン７２は、１対のスプロケット７６及び７８に取り付けられる。共通駆動軸７０が回転する時、軸５０は、駆動軸７０の方へ搬送台の上方に運ばれる。前記台の先端に到達すると軸は、以下に更に詳細に説明する一連のステーションとして図１０で示されている搬入台４４に配置される。
図１０では、５つのコンベヤ６８のうち４つのみに装荷された３つの図解された軸が分かる。第５のコンベヤは、より長尺の軸を保持するために用意されている。搬送台は、軸の先端６２を位置合わせするために位置決定はり８０が用意されており、軸が搬入台４４に沿って正しい位置に配置されることを確実にしている。
【００１４】
図１０は、コンベヤ６８に垂直な基準線８９に沿って位置する一連のステーション８２、８４ａから８４ｃ、８６ａから８６ｃ、及び、８８ａから８８ｃとして搬入台４４の各位置を示す。搬入台は、軸を共に保持し、継ぎ目が最上部になるように方向付けし、中央部の方に軸を駆動する４つの異なる型のステーションから成る。４つの異なる型のステーションは、軸が保持されるローラの型によって定められる。
第１のステーション（中央部から最も離れた搬入台４４の先端から数えて）は、長尺軸のバットを保持するのみに使用される無動力支持ローラ・ステーション８２である。
【００１５】
第２、第５、及び、第７のステーションは、継ぎ目が最上部になるまで、その軸線に関して軸を回転するために使用される方向付けローラ・ステーション８４ａ、８４ｂ、及び、８４ｃである。
第３、第４、及び、第６のステーションは、中央部の方に軸を前進させるために使用される継ぎ目なし動力ローラ・ステーション８６ａ、８６ｂ、及び、８６ｃである。
最後に、第８、第９、及び、第１０のステーションは、継ぎ目を最上部に保持しながら中央部の方に軸を前進させるために使用される継ぎ目誘導動力ローラ・ステーション８８ａ、８８ｂ、及び、８８ｃである。
【００１６】
図１２から図１５は、４つのステーションの型を軸の軸線（図示しない）方向に沿って示す立面図である。
図１２は、１対の下部ローラ９２（最も近いものだけが見えている）と１つの上部ローラ９４を持つ支持台枠９０を含む無動力支持ローラ・ステーション８２を示す。ローラ９２及び９４の各々は、軸用に浅いＶ字型の支持を備える１対の当接する半円錐台形をしている。これらのローラによって、軸が中央部の方へ軸線方向に沿って移動することができる。
上部及び下部ローラ９２及び９４は、ローラ９２及び９４の間隔を広げたり狭めたりするために垂直方向に油圧駆動可能な下部ローラ支持組立部品９６及び上部ローラ支持組立部品９８に各々取り付けられる。
【００１７】
他のステーションは、全て同様に支持台枠９０と、上部及び下部ローラ支持組立部品９６及び９８（異なる型のローラが取り付けられる）とを持ち、１０個のステーションの各々が、他のステーションと独立して開かれたり閉じたりできる。
方向付けローラ・ステーション８４において（図１３）、下部ローラ支持組立部品９６は、駆動チェーン１０２によって駆動される４つの方向付けローラ１００を持つ。方向付けローラ１００は、無動力支持ローラ・ステーション８２のローラ９２及び９４と交わる方向に取り付けられ、例えば方向付けローラの軸線は、軸の軸線と平行である。１対の方向付け被駆動ローラ１０４は、ステーション８４の上部ローラ支持組立部品に取り付けられる。軸が方向付けローラステーション８４ａ、８４ｂ、及び、８４ｃのみによって支えられ、軸表面がローラ１００によりその下側と、ローラ１０４によりその上部と接触するように上部及び下部のローラ支持組立部品が合わさる時、これらのローラ１００及び１０４の回転は、軸をそれ自身の軸線周りに回転させる。
【００１８】
近接センサ・アレー１０５（図１０）は、軸の継ぎ目を検知するためにステーション８８ａの支持台枠に取り付けられる。継ぎ目が軸周辺部の最上部にあると近接センサ・アレーが検知すると、方向付けローラは、軸の正しい方向を維持するために停止される。
図１４は、無動力ステーション８２に類似しているが、下部の１対のローラ１０８（ここでもまた、図１４に１対のより近いローラのみが見えている）を駆動する下部ローラ支持組立部品９４上の駆動モータ１０６を持つ継ぎ目なし動力駆動ローラ・ステーション８６を示す。このステーションの上部ローラ１１０は駆動されない。
【００１９】
図１５は、上部ローラ１１２がその中心から延長する継ぎ目誘導１１４を持つ点を除けば図１４の継ぎ目なし駆動ローラ・ステーション８６と同一の、動力継ぎ目誘導駆動ローラ・ステーション８８を示す。方向付けローラ１００及び１０４（図１３）が最上部に軸の継ぎ目を置く時、軸に係合するためにステーション８８ａの上部及び下部ローラ支持組立部品９６及び９８が合わさって、そのため、継ぎ目誘導１１４が軸の継ぎ目内に位置し、軸が中央部の方に前進させられる時に軸がその軸線に関して回転するのを防ぐ。他の２つの動力継ぎ目誘導駆動ローラ・ステーション８８ｂ及び８８ｃもまた、同じ方法で軸に続いて係合する。このことは、以下で説明する通り、溶接電極が中央部における継ぎ目に対して正しく位置することを約束する。
【００２０】
搬入台の作動は以下の通りである。１組のセンサは、ステーションが軸を受け入れるために正しく開いていることを測定する。連続作動において、各々のステーションは、軸のバットがそのステーションのローラを通過すると開くことになり、従って図３に示す長さの軸に対しては、４番目から８番目までのステーション８４ａ、８４ｃ、８６ｂ、８６ｃ、及び、８８ａだけが装荷される軸に対して開かれる必要がある。センサが搬入台は次の軸を受け取る用意ができたと判断した時、先行する軸は、まだ第９及び第１０のステーション８８ｂ及び８８ｃによって前進させられる工程にあることが可能である。明らかに、より長尺の軸に対しては、第１、第２、及び、第３のステーションもまた開く必要がある。
【００２１】
軸は、開いたステーションの下の組のローラ上に設置される。次に、方向付けローラ・ステーション８４の上部及び下部ローラ支持組立部品９６及び９８は、軸を掴むために共に油圧で駆動される。下部支持組立部品９４が降下する上部支持組立部品９６に接触するために上方へ動かされると、軸は、おおよそ基準位置まで持ち上げられる。
基準位置において軸は水平に保持され、その軸線は、搬入台の線に沿う方向に向けられる。つまり、全ての平行移動及び回転運動のための基準線は、軸の中心軸である（そして、中心軸とある角度を持つ、テーパによって決められる継ぎ目の線ではない）。
空気圧シリンダは、軸の上部表面近くまで近接センサ・アレー１０５を降ろす。方向付けローラ１００及び１０４は次に、近接センサ・アレー１０５が継ぎ目が最上部であると判断するまで、軸をその長さ方向軸線周りに回転するために回転される。近接センサ・アレーに隣接して取り付けられた継ぎ目誘導（図示しない）は、回転滑りを防止するために継ぎ目内に降ろされる。
【００２２】
一旦継ぎ目が最上部に来ると、ステーション８６ｂ、８６ｃ、及び、８８ａの動力駆動ローラ支持組立部品９６及び９８は、上下から軸と係合するために合わせられ、ステーション８８ａの継ぎ目誘導１１４が軸の継ぎ目内に位置する。方向付けローラ・ステーションは次に開かれ、それらの開始位置に戻る。ステーション８８ａの継ぎ目誘導１１４がこの時点で継ぎ目を最上部に保持するであろうから、センサ・アレー１０５及び滑り防止のため最初に降ろされた付随する継ぎ目誘導もまた、引き揚げることができる。
次に、動力駆動ローラ・ステーション８６ｂ、８６ｃ、及び、８８ａの上部及び下部のローラ支持組立部品９６及び９８を駆動する油圧シリンダは、基準線に沿って軸の中心軸を正確に位置決めするために作動する。一旦軸が正確に位置されると、あまりにもきつく掴んで摩擦力が中央ステーションへの軸の平行移動の動きを妨げることのないよう、しかもしっかりと軸を保持するようにローラ支持組立部品の油圧は緩められる。
【００２３】
一旦軸が位置決めされると先端が中央部に入ってくるまで軸は、動力駆動ステーション８６ｂ、８６ｃ、及び、８８ａの動力下部ローラによって前進させられる。大きな軸の慣性のため、軸を滑らかに中央部４６内に入れるよう加速及び減速しながらローラは駆動され、中央部のセンサは、接近を検知し、溶接を開始するために軸の先端を正しく位置決めする。軸が前進させられると、搬入台ステーションの各々の上部及び下部ローラ支持組立部品が、軸のテーパによって決められる速度で動き離れる。ステーション８８ｂ及び８８ｃは、軸がこれらのステーションに入ると軸に係合するように設定され、軸を前進させる間、同様に動いて離れるように設定される。前述の通り、軸のバットが個々のステーションを通過する時、そのステーションの上部及び下部ローラ支持組立部品は、次の軸を待ち受けるために十分に開いている。溶接処理は、前述の実施形態における電気抵抗溶接処理である（適切であれば他の溶接技術も使用できるが）。図１６は、電気抵抗溶接処理で使用される中央部の主要構成部品を概略的に示したものである。
【００２４】
図１６において、軸５０が上方から示されている。図１６で概略的に表されている圧力ローラ１１６及び１１８の配置を通過して軸が矢印２４の方向に動く時、向き合った縁部２０の間で画定される開放継ぎ目１６は、力によって閉じられる。ローラの配置は、図１７の端部立面図及び図１８の全体図において更に詳細に見ることができる。
圧力ローラ１１６及び１１８は、軸の外面で内側に向く半径方向の力を発生させるために油圧で作動される。この圧縮力により向き合った縁部が１２０で示す溶接場所において力によって接触させられる。すなわちすぐ上流側に（矢印２４の方向と逆の、搬入台の方向に）、向き合った縁部は、鋭角の「Ｖ」字形を形成する。
フィンパス１２２は、少なくとも所定量で「Ｖ」字形の開口部を維持するために、溶接場所の上流側の開放継ぎ目内に位置し、所定量は、溶接パラメータと、鋼及び他の溶接される材料の特性とに左右されるであろう。必要でれば、所要の角度で正しく継ぎ目を閉じ、必要とされる追加の閉塞力を作用させるために、１つまたはそれ以上の圧力ローラ、及び／又は、フィンパスの配置が準備される。
【００２５】
１対の溶接電極１２４及び１２６は、フィンパス１２２と溶接場所１２０との間の［Ｖ」字の付近で、向き合った縁部２０に隣接する軸の外面に接触する。溶接電極は、高周波数の低電圧・高電流電源に接続される。
高電流は、軸の縁部に電極によって加えられ、選択的に一方の縁部に沿って接触場所（溶接場所１２０）を通過して流れ、他方の縁部に沿って戻る。溶接場所の局所抵抗は、材料の溶解点以上に温度を上昇させ、接触する縁部を融かせ、融合させる。
直径がより小さい軸では（またはテーパ軸の先端部では）、電流が「Ｖ」字の縁部に沿うよりもむしろ接触部の間で軸周辺の周りに流れやすくなる可能性がある。この場合、フィンパスから延長し、軸の開放継ぎ目を通過して下流に延びる、すなわち中空開放軸の内部の、アーム上に障害物が置かれる。障害物は、フィンパスの前方方向に、一般に溶接電極下方の場所に向かって延長する一般に円筒形体であり、フェライト棒で満たされている。これらのロッドは、軸周辺の誘導フィールドを打ち消すように働いて電流が周辺から流れ去るのを抑制し、それによって「Ｖ」字の縁部に沿う電流の流れを促す。
【００２６】
溶接は、圧力ローラにより加えられる圧縮力により強化される。そのため、溶解した縁部が押し合って、軸の上下部で隆起した継ぎ目１２８を形成する。隆起した継ぎ目の外側（見える）部分は、まだ柔らかいうちにスカーファにより除去されるか、後の時点で加工して除くことが可能である。スカーファは、圧力ローラ１１６のすぐ下流側に置かれることが好ましい。
ローラ１１６（図１６及び図１７）は、凹部１１６ａを画定する階段状表面を持つことを見ることができる。これは、継ぎ目がローラの下を通過する時、まだ溶けている継ぎ目を収容するためである。
加えられる実際の電流は、溶接される材料の特性及び軸が電極を通り越して移動する速度に左右されるであろう。溶接場所１２０の上方に位置する高温計（図示しない）は、溶解する材料の色（すなわち溶接温度）を監視し、電流は、適切な溶接温度を保つように制御される。
【００２７】
軸の先端が中央部に入る時点からの段階の順序は、以下の通りである。先端が中央部に入ってくると、フィンパスが軸の継ぎ目内を通過するように正しく位置決めされることを確実にするために、フィンパス（もし障害物があればそれも）の位置は固定される。前述の通り、搬入台の駆動ローラは、中央部内に先端を正しく位置決めするために軸を加速及び減速する。
軸は、自身の油圧シリンダ１３２を各々経由した圧力ローラ１１６及び１１８が装着されているセンタプレート１３０（図１７及び図１８において上流側から見る）の下流側で先端が突き出た状態で止められる。各々の油圧シリンダ１３２は、センタプレート１３０における開口部１３６の中心１３４（図１７）に向かってまたは離れる方向に、付随する圧力ローラ１１６及び１１８を放射状に動かすために独立して作動可能である。
【００２８】
図１９において、わかり易くするために構成部品をいくつか省いた中央部を側面図で示す。支持台枠１３８は、センタプレート１３０を装着するために使用され、このセンタプレート上に、垂直方向に装着された圧力ローラ１１６及び１１８が、基準線８９から等間隔に配置されているのを見ることができる。図１９はまた、フィンパス１２２が装着されているフィンパス組立部品１４０を示している。フィンパス組立部品は、油圧シリンダ１４２により油圧で垂直方向に移動可能である。別のフィンパスまたは継ぎ目誘導１４４は、搬入台の方向にフィンパス組立部品１４０に装着される。
溶接組立部品及び障害物は、わかり易くするために省略されている。溶接組立部品は、フィンパス組立部品１４０と圧力シリンダ１１６間の隙間１４６内に降下される。
【００２９】
搬出台の引抜台１４８（図１９に部分的に示す）は、軸の先端に隣接して位置する１対のグリップ孔を掴むために作動可能な１対のジョー１５０を装備している。軸が搬入台に入ってくると引抜台１４８は、中央部の方へ搬出台に沿って動き、一旦先端が正しく位置付けされるとジョー１５０は、センタプレート１３０をちょうど超えた場所でグリップ孔に係合する。
次に、各圧力シリンダ１１８（圧力シリンダ１１６ではない）は、継ぎ目を閉じるために軸上に集まる。９つのシリンダが作用する圧力により接触する縁部が上方に押し上げられ、そのため軸は、非常にわずかに「涙形」をした断面を持つ。最後に、圧力シリンダ１１６は、接触する縁部を押し下げるために降下し、円形断面をもたらす。
【００３０】
溶接電極１２４及び１２６は、油圧で上昇及び下降される溶接組立部品（図１６に電極の周囲を点線で囲った外形線で概略表示）上に準備される。圧力シリンダ１１６及び１１８が軸に接触して閉じるまで、溶接組立部品は、軸表面から離して保持される。次に、油圧シリンダが軸の表面に向かって溶接組立部品を降下させる。電極は、溶接組立部品と比べて短い距離で空気圧により作動可能であり、そのため、溶接接触が作られるか、または壊されるか、溶接組立部品全体を引き込むことなしに瞬時にできる。
溶接接触をする時、冷却水が溶接組立部品に加えられ、溶接領域を例えば８００から８５０℃で予熱するために、電極に予熱電流を加える信号が電流発生器に送られる。少し経って（例えば予熱電流を加えた後、１秒から２秒）、搬出台（図６）上のベクトル駆動モータ６６が起動し、軸の先端を保持している引抜台を搬出台から離すように加速し始める。
引抜台の加速と同時に、溶接の全電力が溶接電極に送られ、それにより溶接温度一杯（例えば、１２５０度から１３５０度）に溶接場所を加熱する。
【００３１】
ベクトル駆動モータは、コンピュータ制御下で駆動される。モータの正確な回転子位置は、中央部に対して正確な引抜台の位置を決めるために監視される。コンピュータは、軸のテーパ特性によってプログラムされており、従って圧力シリンダのアレー、溶接電極位置、フィンパス位置、及び、各搬入台ステーションにおいて軸の直径が測定される。
引抜台が移動すると圧力シリンダが、テーパを考慮し、軸を閉じるための十分な圧力を維持するために必要な正確な速度で外側に移動する。同様に、溶接組立部品を制御する油圧シリンダは、軸の接触を保つために溶接電極を上向きに移動させ、フィンパス及び障害物は、軸の継ぎ目に対するそれらの位置を維持するために適切な速度で上向きに移動する。搬入台ステーションのローラ支持組立部品を制御する油圧シリンダの位置もまた、コンピュータによって制御され、軸のテーパを考慮して変えられる。
【００３２】
引抜台は、溶接品質を犠牲にすることなく２５メートル毎分まで、またそれを超過する速度でも一般に作動可能である。
軸のバットが所定場所を通過する時に溶接力が取り除かれ、引抜台は、軸全体が搬出台上に運ばれるまで軸を引き続ける。
図２０は、搬出台４８の側面図を示す。引抜台１４８は（中央部の方に向けられたジョー１５０と共に）、１対のスプロケット１５４の周囲でチェーン（図示しない）を駆動する駆動モータ６６の作用のもと、チェーンレール１５２に沿って移動する。
【００３３】
ジョー１５０は、溶接された軸（図示しない）を圧力ローラから離すように直接引き寄せながら基準線に沿って移動する。軸のバットが中央部の圧力ローラを出て行くと、多くのクレードル・ローラ１５６は、クレードル・ローラ上に降下する軸に接触するように上向きに枢転するため搬出台内に配置された油圧シリンダ１５７によって油圧で作動される。
次に、ジョー１５０は軸から離され、クレードル・ローラ１５６が図２０で示す位置に再び下げられる。クレードル・ローラが完全に降下する少し前に軸は、搬出台の底面で１組の被駆動ローラ１５８と接触し、それにより軸は、被駆動ローラ上に移される（図８も参照され度い）。
この時点でモータ１６６は、次の軸に備えて、搬出台に引抜台を送り戻すために反転する。次の軸が引抜台により前方へ引き寄せられ始めると、次に被駆動ローラは、搬出台の先端から軸を搬送する（図９で示した方法で）ために作動する。本発明の装置の作動が高速なため、軸が搬入台上に積まれるときから搬出台に降下するまでにかかる時間は、４５秒程度である。
【００３４】
図２１は、本発明の装置を制御するために使用される制御回路である。
シリコン制御整流器（ＳＣＲ）１６０は電源として働く。３相入力電源は、回路遮断器及び電磁接触器を経由して、ゲート点火シーケンス、位相角、及び、タイミングを調節することにより出力電圧を０％から１００％まで制御するサイリスタ・スタックに供給される。自動電圧調整器は、直流出力電圧を安定させ、入力電圧変動から保護する働きをする。
ＳＣＲ１６０からの電力は、電圧を高電圧に変圧する主変圧器（ＴＲ）１６２に供給される。高電圧は、最初に高周波発振ユニット（ＨＦＯＳＣ）１６４に供給され、そこで変圧器１６２からの高電圧交流電源を直流に変換し、更にこの直流電圧を高周波出力を発生するために発振器に供給する。次にこの出力は、電源を溶接接触先端または溶接電極１２４及び１２６に加えられる低電圧・高電流電力に変換する高周波出力変圧器（ｏ／ｐＴＲ）１６６に供給される。
【００３５】
溶接帯域上方に位置する高温計１６８は、溶接の色を監視し、電極への電源を変化させることで正しい溶接温度を維持するために、変圧器１６２の作動を変化させるプログラムできる論理制御器（三菱製制御器）１７０に信号を供給する。
プログラムできる産業用コンピュータ（ギディングス・アンド・ルイスＰＩＣ９００）１７２は、ハードウェア及びソフトウェア部品を含む。ハードウェアは、中央演算処理装置の制御下でシステム・ラック、ハードウェア・モジュール、入出力コネクタを含む。ソフトウェアは、オペレータ入力及びプログラム命令に応答して命令を作り出すためにタッチ・スクリーンのようなオペレータ入出力装置を用いて対話し、それらの命令がハードウェア出力モジュールに送られ、ハードウェア出力モジュールは次に、プログラムできる産業用コンピュータに接続された実際の装置を制御する。
【００３６】
本例の場合は、２つのタッチスクリーン・オペレータ・インタフェース１７４及び１７６が準備されている。スクリーン１７４は、（例えば溶接温度のような）溶接パラメータを変化させて、制御器１７０の作動を制御するために使用される。スクリーン１７６は、様々な油圧駆動装置、空気圧駆動装置、及び、モータなど、ＰＩＣの制御下にある全ての装置の運動制御を変化させるＰＩＣ１７２を制御するために使用される。
セジェレク・ベクトル駆動ユニット１７８は、モータ回転速度またはスリップ・アングル情報、及び、モータ特性モデルを、全てのモータ回転速度及び負荷におけるモータ１８０の巻線のための最適フィールド指向方向を維持する出力波形を計算するために使用する。モータ１８０は、２００馬力出力を持つ６極、１０００回転毎分の４４９ＴＣフレームの大きさのバルドー・モータで、フランジを装着した遊星歯車箱組立部品である。
【００３７】
前述の通り、ベクトル駆動ユニットにより計算された引抜台の位置は、搬入台ローラ組立部品、フィンパス組立部品、溶接組立部品、及び、圧力ローラの位置を制御するために使用される。これらは各々、付随するＡＥＣ（Absolute to Encoder Converter）１８４を持つ油圧シリンダ１８２を使用する。ＡＥＣ１８４は、単一の線形変位トランスデューサの出力を得て、信号を段階的エンコーダ直角位相（直角位相の方形波）に変換する。ＡＥＣは、トランスデューサから２つの位置を取る。差異つまり変化は、次に油圧シリンダの動きを制御するのに使用される直角位相パルスに変換される。このシステムにより、位置に対して０．０１ミリメートルの精度が可能になる。
【００３８】
ＰＩＣは、２つのモードのうちの１つで作動するようにプログラムされ得る。第１モードにおいてシリンダは、現在の引抜台の位置に必要な設定によりシリンダを位置決めするために、線形変位トランスデューサからのフィードバックを使用して軸の位置まで従動される。前述した説明は、このモードに関する。
第２モードにおいて圧力ローラは、制御器により開始位置に位置決めされ、ＰＩＣは、位置のロックから外れてその代わりに開ループ制御に行き、所定の電圧ランプに従って所定の圧力を油圧供給バルブに加える。軸の如何なる特定の組に対しても、軸が搬出台を通過する時の正しいローラ圧力を維持するために油圧供給バルブに加えられる圧力量は、時と共に自然と決めることができる。
２つのモードは、様々なシリンダについて互いに独立して使用でき、例えば同一のモードを、シリンダ全てに使用する必要はない。例えば、ある限られた数の圧力ローラが先細の先端を持つ軸に使用される場合、テーパが増すにつれて追加のローラを次第にライン上に導入することができる。これらの追加ローラは、軸に損傷を与えたり歪める可能性のある圧力の突然の増加を避けるために、圧力制御下で作動され得る。
【００３９】
システムの基準線が軸の中心線であるから、一旦、先端の直径、軸の長さ、及び、バットの直径がわかると、圧力シリンダ、溶接組立部品、フィンパス組立部品、及び、搬入台ステーションの正しい位置は、引抜台の位置に基づいて計算することが可能である。該システムは、異なる型の軸を溶接でき、このように極めて汎用性がある。
図１及び図２の装置との対比で重要な更なる利点は、本発明の装置が比較的摩擦がないことである。従来技術の装置は、軸が通過して引き寄せられる時に軸上でかなりの減速摩擦を発生する。それと比較すると本発明の圧力ローラにより作用する力は、ほとんど全域に亘って半径方向に向けられ、軸が中央部を通過する時に圧力ローラが自由に回転するので、軸方向の摩擦力は最小限になる。
これは、低い維持費、低い必要電力、そして装置の構成部品に歪みを与えないことを意味する。更に、先端近くのグリップ孔で作用する牽引力がより少ないので、距離ｘ（図１）をかなり減らすことができ、それにより完了した軸をトリミングする時の削りくずを低減させる。
図１の円筒形ローラの寸法もまた、軸の先端と溶接開始点（グリップがグリップ孔に係合できた後にのみ開始できる）との間で生じる最小量の削りくずを余儀なくさせる。
【００４０】
溶接装置は、短い間隔で配置されるローラの一方の側にあり、グリップ孔は、溶接を開始する時にその反対側にある必要がある。従ってローラの直径は、軸の先端において溶接されない継ぎ目の長さに重大な影響を及ぼす。比較上、本発明の実施形態のグリップは、ちょうど圧力ローラを過ぎた辺りに間隔を取って作ることができ、これらのローラのすぐ前に溶接電極があることから、削りくずの量を１桁減少させる。
更に別の利点は、本発明の装置及び方法によって製造され得る軸の寸法が、大きいローラ寸法についての上限によって（図１の型の装置におけるように）制限されないことである。単に正しい寸法の十分な数の圧力ローラを準備することにより、どんな大きさの軸も製作できる。極端なテーパは、随意的に溶接の開始時に軸と接触する圧力ローラの数を減らし、軸の直径が増えるにつれて追加のローラを導入することにより考慮することが可能である。
【図面の簡単な説明】
【図１】開放軸を閉じる従来装置の平面図である。
【図２】線ＩＩ−ＩＩに沿って切断された図１の装置の断面図である。
【図３】装置を通過して移動を始める軸を示す本発明による装置の全体図である。
【図４】本発明の装置によって溶接される前の開放軸の全体図である。
【図５】図３の装置を通過して移動する時の軸の連続する段階を示す図３と類似の全体図である。
【図６】図３の装置を通過して移動する時の軸の連続する段階を示す図３と類似の全体図である。
【図７】図３の装置を通過して移動する時の軸の連続する段階を示す図３と類似の全体図である。
【図８】図３の装置を通過して移動する時の軸の連続する段階を示す図３と類似の全体図である。
【図９】図３の装置を通過して移動する時の軸の連続する段階を示す図３と類似の全体図である。
【図１０】図３の装置の搬送台及び搬入台の平面図である。
【図１１】図３の装置の搬送台のコンベアの側面図である。
【図１２】図３の装置の搬入台の異なるステーションの側面図である。
【図１３】図３の装置の搬入台の異なるステーションの側面図である。
【図１４】図３の装置の搬入台の異なるステーションの側面図である。
【図１５】図３の装置の搬入台の異なるステーションの側面図である。
【図１６】図３の装置で溶接されている軸の詳細の概略平面図である。
【図１７】図３の装置のセンタプレート及び圧力ローラの正面図である。
【図１８】図３の装置のセンタプレート及び圧力ローラの全体図である。
【図１９】図３の装置のセンタプレートの側面図である。
【図２０】図３の装置の搬出台の側面図である。
【図２１】図３の装置で使用される制御回路のブロック図である。
【符号の説明】
１０開放軸
１２、１４１対の円筒形ローラ
１６継ぎ目
１８帯域
２０向き合った縁部
２４軸の移動方向
３０湾曲面
３４グリップ孔

Claims

向き合った長さ方向の縁部の間に形成される開放の継ぎ目を持つ軸を溶接する方法において、
圧縮部材の配列部を用いて、前記軸の内側に向けられた半径方向の力を前記軸に加えることで前記継ぎ目を閉じる段階と、
前記継ぎ目が前記配列部を通過して連続的に閉じるように、前記力で前記閉じている間に、前記軸を通過させる溶接装置で連続的に前記継ぎ目を溶接する段階と
を備え、
前記圧縮部材が、溶融状態の継ぎ目部分の受入をするための階段状凹部を形成した一つのローラ及び前記階段状凹部のない複数のローラで構成し、
前記軸は、その軸の長さ方向の軸線に沿って且つ溶接装置を通過して移動し、前記軸の前記配列部での通過に先行する位置に前記溶接装置を配置することを特徴とする方法。
前記内側に向けられた半径方向の力は、前記軸の表面の複数の別々の場所に加えられる請求項１に記載の方法。
内側に向けられた半径方向の力を加える段階は、前記圧縮部材により前記軸に作用する前記力を、前記軸が前記圧縮部材を通過する時に制御する段階を含む請求項１に記載の方法。
前記力を制御する前記段階は、前記軸のテーパを考慮して前記圧縮部材の位置を変動させる段階を含む請求項３に記載の方法。
前記力を制御する前記段階は、所定のテーパ・プロフィールに応じて、前記圧縮部材に対する前記軸の前記長さ方向の位置に応答して前記圧縮部材の位置を変動させる段階を含む請求項４に記載の方法。
前記圧縮部材の前記位置は、コンピュータの制御下にあり、前記テーパ・プロフィールは、前記コンピュータに付随するメモリに記憶される請求項５に記載の方法。
前記力を制御する前記段階は、前記圧縮部材により前記軸に作用する前記力を感知する段階と、前記作用する力を、所定の圧力プロフィールに応じて変動させる段階とを含む請求項４に記載の方法。
前記圧縮部材の前記位置は、コンピュータの制御下にあり、前記圧力プロフィールは、前記コンピュータに付随するメモリに記憶される請求項７に記載の方法。
前記軸は、テーパ軸であり、前記軸に接触する圧力部材の数は、前記軸の前記テーパを考慮して変動される請求項１に記載の方法。
前記ローラは、前記軸が軸の長さ方向の軸線に沿って移動する時に自由に回転することができる請求項１に記載の方法。
前記継ぎ目の前記溶接は、前記継ぎ目を閉じた軸の表面に形成される隆起した溶接部をもたらし、前記ローラのうちの前記隆起した継ぎ目を収納する溝を準備された１つは、前記継ぎ目に沿って前記軸に接触するように位置される請求項１に記載の方法。
前記軸の前記向き合った長さ方向の縁部は、縁部が接触する場所で「Ｖ」字形を形成し、前記溶接する段階は、溶接が電気抵抗溶接を使用して達成されるように、電流を前記「Ｖ」字形の一方の辺から「Ｖ」字形の先端を通過して「Ｖ」字形の他方の辺に沿って通電する段階を含む請求項１に記載の方法。
前記「Ｖ」字形の角度は、前記半径方向の閉じる力が加えられる場所の上流側において継ぎ目の前記向き合った長さ方向の縁部の間に位置するフィンパス組立部品により維持される請求項１２に記載の方法。
向き合った長さ方向の縁部の間に形成される開放の継ぎ目を持つ軸を溶接する装置において、
圧縮部材の配列部を用いて、前記軸の内側に向けられた半径方向の力を前記軸に加えることで前記継ぎ目を閉じる圧縮手段と、
前記継ぎ目が前記配列部を通過して連続的に閉じるように、前記力で前記閉じている間に、前記軸を通過させる溶接装置で連続的に前記継ぎ目を溶接する溶接手段とを備え、
前記圧縮部材が、溶融状態の継ぎ目部分の受入をするための階段状凹部を形成した一つのローラ及び前記階段状凹部のない複数のローラで構成し、
前記軸は、その軸の長さ方向の軸線に沿って且つ溶接装置を通過して移動し、前記軸の前記配列部での通過に先行する位置に前記溶接装置を配置することを特徴とする装置。
前記圧縮手段は、前記軸に接触し、前記内側に向けられた半径方向の力を前記軸の表面の複数の別々の場所に加える請求項１４に記載の装置。
前記圧縮部材は、一般に円形のアレーに配置され、各々の圧縮部材は、軸に加える圧縮力を変動させるために軸に対して半径方向に移動可能である請求項１４に記載の装置。
前記軸のテーパを考慮して前記圧縮部材の位置を変動させる制御器を更に含む請求項１６に記載の装置。
前記制御器は、所定のテーパ・プロフィールに応じて、前記圧縮部材に対する前記軸の前記長さ方向の位置に応答し、前記圧縮部材の位置を変動するようになっている請求項１７に記載の装置。
前記制御器は、コンピュータであり、前記テーパ・プロフィールは、前記コンピュータに付随するメモリに記憶される請求項１８に記載の装置。
前記制御器が所定の圧力プロフィールに応じて圧縮部材の位置を変動するようになっている前記圧縮部材により、前記軸に作用する前記力を感知する複数のセンサを更に含む請求項１７に記載の装置。
前記制御器は、コンピュータであり、前記圧力プロフィールは、前記コンピュータに付随するメモリに記憶される請求項２０に記載の装置。
前記軸は、テーパ軸であり、個々の圧縮部材は、前記軸の前記テーパを考慮して前記軸に接触したり離れたりすることができる請求項１６に記載の装置。
前記ローラは、前記軸が軸の長さ方向の軸線に沿って移動する時に自由に回転することができる請求項１６に記載の装置。
前記ローラのうち、継ぎ目を閉じた軸の表面に形成される隆起した溶接部を収納する溝を準備された１つは、前記継ぎ目に沿って前記軸に接触するように位置される請求項１６に記載の装置。
前記軸の前記向き合った長さ方向の縁部は、縁部が接触する場所で「Ｖ」字形を形成し、前記溶接手段は、溶接が電気抵抗溶接を使用して達成されるように、電流を前記「Ｖ」字形の一方の辺から「Ｖ」字形の先端を通過して「Ｖ」字形の他方の辺に沿って通電する請求項１４に記載の装置。
前記「Ｖ」字形の角度がフィンパス組立部品により維持されるように、前記半径方向の閉じる力が加えられる場所の上流側において前記継ぎ目の前記向き合った長さ方向の縁部の間に位置するフィンパス組立部品を更に含む請求項２５に記載の装置。
前記圧縮手段は、各々の組が前記継ぎ目を画定し、使用中に前記軸が順番に各々の前記継ぎ目を連続的に通過するような多くのローラの組を含む請求項１４に記載の装置。
溶接前に前記継ぎ目が開いた軸を受け入れ、前記継ぎ目を前記溶接手段に対して正しく位置決めするために前記軸を継ぎ目の長さ方向の軸線に関して回転させる搬入台を更に含む請求項１４に記載の装置。
溶接後に継ぎ目を閉じた軸がその上に受け入れられる搬出台を更に含む請求項１４に記載の装置。
実行されると、向き合った長さ方向の縁部の間に画定される開放の継ぎ目を持つ軸に対して溶接装置に段階を遂行させる命令を包含する機械読取可能形式のコンピュータ・プログラム製品であって、
前記段階は、前記軸の表面上に半径方向に向けられた力を加え、それにより前記継ぎ目を閉じるようになっている圧縮部材の配列部を通過して前記軸を軸の長さ方向の軸線に沿って移動する段階と、
前記力により閉じている間に前記継ぎ目を溶接する段階と、前記軸のテーパを考慮して前記圧縮部材により前記軸に作用する前記半径方向の力を制御する段階と
を有し、
前記圧縮部材が、溶融状態の継ぎ目部分の受入をするための階段状凹部を形成した一つのローラ及び前記階段状凹部のない複数のローラで構成し、前記軸は、その軸の長さ方向の軸線に沿って且つ溶接装置を通過して移動し、前記配列部での通過に先行する位置に前記溶接装置を備えた上、前記移動する段階及び前記制御する段階を含めこの溶接装置で遂行させることを特徴とするコンピュータ・プログラム製品。
前記半径方向の力を制御する前記段階は、所定のテーパ・プロフィールに応じて、前記圧縮部材に対する前記軸の前記長さ方向の位置に応答して前記圧縮部材の位置を変動させる段階を含む請求項３０に記載のコンピュータ・プログラム製品。
前記半径方向の力を制御する前記段階は、前記圧縮部材により前記軸に作用する前記力を感知する段階と、所定の圧力プロフィールに応じて前記作用する力を変動させる段階とを含む請求項３０に記載のコンピュータ・プログラム製品。