JP6124328B2

JP6124328B2 - 円筒状金属パイプの接合方法

Info

Publication number: JP6124328B2
Application number: JP2012272018A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　英司; 英司鈴木; 昌訓西村
Original assignee: 株式会社ミヤデン
Priority date: 2012-12-13
Filing date: 2012-12-13
Publication date: 2017-05-10
Anticipated expiration: 2032-12-13
Also published as: JP2014117706A

Description

本発明は、垂直状態で配置された上下一対の円筒状金属パイプを、その軸方向及び周方向の位置を所定状態として高精度に接合するための円筒状金属パイプの接合方法に関する。

従来、例えば径の異なる上下一対の円筒状の金属パイプを軸方向を一致させてロウ付け固着する場合、下金属パイプと上金属パイプを嵌合させた状態で、両金属パイプの接合部にリング形状の銀ロウを嵌挿させると共に、接合部の周囲に加熱コイルを配置し、加熱コイルにトランジスタインバータから高周波電流を供給することにより接合部を誘導加熱して、銀ロウを溶融することで行っている。なお、この種の金属パイプの接合装置は、例えば特許文献１に開示されている。

特開平８−９０２１８号公報

しかしながら、このような接合装置にあっては、一対の金属パイプの接合部にリング形状の銀ロウを配置すると共に接合部の周囲に加熱コイルを単に配置して、接合部を誘導加熱することで行っているため、接合すべき金属パイプの周方向の位置が特定される場合に、上下一対の金属パイプを軸方向と周方向とを所定状態として接合することが困難である。その結果、例えば、下金属パイプや上金属パイプの外周面に穴や溝等がそれぞれ形成されて、これらの穴や溝等を周方向において特定の位置関係に設定（例えば一致）した状態で高精度にロウ付けすることが難しい。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的は、上下一対の円筒状金属パイプをその周方向及び軸方向の位置を所定状態で高精度に接合し得る円筒状金属パイプの接合方法を提供することにある。

かかる目的を達成すべく、本発明のうち請求項１に記載の発明は、垂直状態で配置された下円筒状金属パイプの下端を位置決めする下位置決め治具と、前記下円筒状金属パイプの上端開口部に同軸上にセットされる上円筒状金属パイプを位置決めする上位置決め治具と、セット状態で配置された前記下円筒状金属パイプと上円筒状金属パイプの周方向を位置決めする周方向位置決め治具と、前記下位置決め治具と前記周方向位置決め治具を位置決めするセット治具と、セット状態の前記両金属パイプの長さを検出可能な検出手段と、前記両金属パイプの接合部の外側に配置された加熱コイルと、を備え、
前記セット治具を使用して、前記下位置決め治具及び前記周方向位置決め治具を位置決めすると共に前記上位置決め治具を位置決めした後に、前記上位置決め治具及び前記周方向位置決め治具を元の位置に戻して前記セット治具を取り外し、この状態で前記下位置決め治具に前記下円筒状金属パイプと上円筒状金属パイプをセットすると共に、当該両金属パイプを前記周方向位置決め治具と前記上位置決め治具で位置決めして両金属パイプの長さを前記検出手段で検出し、該検出結果が予め設定した基準範囲内の場合に、前記加熱コイルに高周波電流を供給して前記接合部を誘導加熱して両金属パイプを接合することを特徴とする。

また、請求項２に記載の発明は、前記セット治具が、その全長がセットされた下円筒状金属パイプと上円筒状金属パイプの全長と同一で、その外径が前記下円筒状金属パイプの外径と同一に設定されていることを特徴とする。

また、請求項３に記載の発明は、前記検出手段が、センサヘッドを有する近接センサで形成されて、前記セット状態の両金属パイプの長さを検出可能であることを特徴とする。

本発明の請求項１または２に記載の発明によれば、セット治具を使用して下位置決め治具及び周方向位置決め治具等で位置決めセットされた下円筒状金属パイプと上円筒状金属パイプの長さを検出手段で検出し、この検出結果が予め設定した基準範囲内の場合に、両金属パイプの接合部を加熱コイルで誘導加熱して接合するため、各位置決め治具で上下一対の円筒状金属パイプをその軸方向と周方向の位置を所定状態で接合することができ、両金属パイプの接合部に高精度な接合状態を容易に得ることができる。

また、請求項３に記載の発明によれば、請求項１または２に記載の発明の効果に加え、検出手段がセンサヘッドを有する近接センサで形成されて、セット状態の両金属パイプの長さ（高さ）を検出可能であるため、両金属パイプの接合前の長さを精度良く検出しつつ、両金属パイプの周方向及び軸方向を所定形態とし、かつ軸方向の長さを所定の長さとして接合できて、両パイプを一層精度良く接合することができる。

本発明に係わる円筒状金属パイプの接合装置の一実施形態を示す側面図同治具プレートの斜視図同その要部の拡大図同金属パイプのセット状態を示す（ａ）が斜視図（ｂ）が縦断面図同セット治具及び下位置決め治具を示す（ａ）が斜視図（ｂ）が縦断面図同接合方法の一例を示す工程図

以下、本発明を実施するための形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図６は、本発明に係わる円筒状金属パイプの接合装置の一実施形態を示している。図１に示すように、接合装置１は、架台２の前面側の所定高さ位置に水平状態で配置されたワークセット台３と、架台２内でワークセット台３の後方側に前後方向に移動可能に配設された変成器４と、前記ワークセット台３に例えば着脱可能に配設された治具プレート５（図２参照）と、前記架台２上に配設され内部に図示しない制御部を有する制御盤６等を備えている。

前記治具プレート５は、図２に示すように、例えば真鍮、アルミニウム等により形成され、この治具プレート５上には、下位置決め治具８、周方向位置決め治具９及び上位置決め治具１０等が配設されている。すなわち、治具プレート５の中央後方側には、下ワークＷａ（下円筒状金属パイプ）の軸方向（上下方向）及び周方向（回転方向）を位置決めする下位置決め治具８が配設され、この下位置決め治具８の前方には後述する如くセットされる下ワークＷａと上ワークＷｂ（上円筒状金属パイプ）の周方向を位置決めする周方向位置決め治具９が配設されている。

また、前記下位置決め治具８の上方には、上ワークＷｂの軸方向を位置決めする上位置決め治具１０が配設されると共に、検出手段としての近接センサ１１等が配設されている。下位置決め治具８は、図４及び図５に示すように、下ワークＷａの下端開口部や後述するセット治具１２の下端開口部に嵌合可能な略円錐形状の突起８ａと、下ワークＷａやセット治具１２の回転（周方向の移動）を阻止する係止突起８ｂを有し、突起８ａで下ワークＷａの軸方向の位置決めを行い、係止突起８ｂで下ワークＷａの周方向の位置決めを行うようになっている。

また、前記周方向位置決め治具９は、図２及び図５に示すように、先端に爪９ｂが形成された係止板９ａを有し、係止板９ａが手動により図４の矢印イの如く前後方向に移動して、その爪９ｂｂが上ワークＷｂの溝１６に係止されることで、下ワークＷａと上ワークＷｂの周方向の位置決めを行うようになっている。

前記上位置決め治具１０は、図２及び図３に示すように、治具プレート５の左端後方側から前記下位置決め治具８の上方にかけて固定された正面視Ｌ字形状の支持板１３の先端部に配設され、手動により矢印ロの如く上下動可能なリニアシャフト１４の下端に配設されている。この上位置決め治具１０は、図５に示すように、下端にセット治具１２の嵌合孔１２ａの底面凹部１２ｂ等に嵌合する突条１０ａと、セット治具１２の嵌合孔１２ａ等に嵌合可能な嵌合部１０ｂ等を有している。そして、上位置決め治具１０は、リニアシャフト１４が下降することにより、その嵌合部１０ｂ等が上ワークＷｂの上端開口部に嵌合して、上ワークＷｂの軸方向を位置決めするようになっている。

また、リニアシャフト１４は、図２及び図３に示すように、支持板１３の上方まで延設されて、その上部のカラー１８上には錘１９が固定されると共に、リニアシャフト１４の所定位置には図示しない連結板を介して前記近接センサ１１が配設されている。この近接センサ１１は、例えば２線式直流シールドタイプが使用され、そのセッサヘッド１１ａが上下動することで、基準面となるベース２０に接触可能に構成されている。そして、センサヘッド１１ａがベース２０に接触することで、上位置決め治具１０を介して上ワークＷｂの高さ位置、すなわち下ワークＷａと上ワークＷｂの接合長さが測定（測長）されるようになっている。

前記セット治具１２は、図５に示すように、その全長がセットされた下ワークＷａと上ワークＷｂの全長と同一に設定され、その外径は下ワークＷａの外径と同一に設定されている。また、セット治具１２の外周面には、周方向の位置決め用の溝１２ｃが上下方向に形成されると共に、下端には周方向の位置決め用の切欠き１２ｄが形成されている。そして、このセット治具１２を使用して、前記下位置決め治具８、周方向位置決め治具９による下ワークＷａ及び上ワークＷｂの位置決め位置や、前記上位置決め治具１０による位置決め位置が、上ワークＷａと下ワークＷｂに応じて設定（セット）されるようになっている。

前記変成器４の前面には、図１に示すように、加熱コイル１７が着脱可能に配設されている。この加熱コイル１７は、例えば前方側が開口した平面視馬蹄形状に形成されて、変成器４が前進することで、前記ワークセット台３上に移動して、下ワークＷａと上ワークＷｂの接合部Ｗｓ（図４参照）の周囲に所定間隔を有して配置されるようになっている。

なお、変成器４には、図示しないトランジスタインバータや冷却水供給部が接続され、トランジスタインバータから加熱コイル１７に所定周波数で所定出力の高周波電流が供給されて、接合部Ｗｓが誘導加熱されると共に、冷却水供給部から加熱コイル１７に冷却水が循環供給されるようになっている。また、図２に示すように、前記治具プレート５上の所定位置には、下ワークＷａと上ワークＷｂの接合部Ｗｓに向けて冷却用のエアーを噴射可能なエアーノズル２１が垂直状態で配設され、このエアーノズル２１には、図示しないエアー供給源が接続され、該エアーノズル２１に設けた上下方向の多数の噴射孔から前記接合部Ｗｓに向けて冷却エアーが噴射されるようになっている。

前記制御盤６は、図示ないマイコン等からなる制御部及びリレー、タイマ等を有し、前記近接センサ１１からの入力信号を処理したり、接合装置１の各種制御を行うようになっている。

次に、このように構成された前記接合装置１を使用した、図４に示す外周面に孔１５が形成された下ワークＷａと、外周面に縦方向の溝１６（スリット）が形成された上ワークＷｂを例にして、図６の工程図に基づいて説明する。先ず、セット治具１２を使用して各位置決め治具８〜１０自体の位置決め（Ｋ０１）を行う。

この各治具８〜１０の位置決めは、図５に示すように、先ず、セット治具１２の下端開口部を下位置決め治具８の突起８ａに嵌合させると共に、下端周面に設けた切欠き１２ｄを係止突起８ｂに係止させることで、下位置決め治具８を位置決めする。次に、セット治具１２の係止溝１２ｃに、周方向位置決め治具９を前進させてその係止板９ａの爪９ｂを差し込むことで、周方向位置決め治具９を位置決めする。さらに、両位置決め治具８、９が位置決めされた状態で、セット治具１２の上端開口部に、上位置決め治具１０を例えば錘１９を下方に手動で押すことで下降させて、その突条１０ａ及び嵌合部１０ｂを嵌合させることで、上位置決め治具１０を位置決めする。

３つの位置決め治具８〜１０が位置決めされたら、上位置決め治具１０を上昇させて元の位置に戻すと共に、周方向位置決め治具９を後退させて元の位置に戻し、その後にセット治具１２を下位置決め治具８から取り外す。この状態で、図４（ａ）に示すように、下ワークＷａと上ワークＷｂを下位置決め治具８にセット（Ｋ０２）すると共に、その接合部にリング形状の銀ロウもしくは半田をセット（Ｋ０３）し、周方向位置決め治具９の係止板９ａを手動で前進させてその爪９ｂを上ワークＷｂの溝１６に差し込んで、下ワークＷａと上ワークＷｂの周方向の位置決め（Ｋ０４）を行う。

下ワークＷａと上ワークＷｂの周方向が位置決めされたら、錘１９を下方に手動で押すことにより、リニアシャフト１４等を介して上位置決め治具１０を下降させて、前述したセット治具１２の場合と同様に上ワークＷｂの軸方向を位置決め（Ｋ０５）する。これにより、各治具８〜１０で下ワークＷａと上ワークＷｂの軸方向と周方向の位置決めが完了し、この状態で測長（Ｋ０６）が実行される。この測長は、前述したように錘１９等を下方に押し下げてリニアシャフト１４を下降させ、近接センサ１１のセンサヘッド１１ａをベース２０の上面に接触させることで実行される。

工程Ｋ０５で測長が実行されると、近接センサ１１で測定されるセンサヘッド１１ａとベース２０間の寸法データが制御部に入力され、その値が予め設定してある基準値（例えば０ｍｍ）と比較される。この比較結果が「ＯＫ」の場合は、例えば制御盤６に設けた表示灯がＯＫ表示し、このＯＫ表示を作業者が確認したら変成器４を手動で前進させて加熱コイル１７を下ワークＷａと上ワークＷｂの接合部Ｗｓに配置する。

次に、加熱コイル１７が所定位置に配置されたら、架台２の前面に設けた加熱開始釦の操作による制御部の制御信号でトランジスタインバータが作動して、接合部Ｗｓが所定時間誘導加熱（Ｋ０７）される。この誘導加熱により、接合部Ｗｓに配置されている銀ロウが溶融して、下ワークＷａと上ワークＷｂがロウ付け固着され、その後、制御部の制御信号によりエアーノズル２１から冷却エアーが噴射されて接合部Ｗｓが冷却（Ｋ０８）される。これにより、下ワークＷａと上ワークＷｂが接合され、次に、各位置決め治具８〜１０を元の位置に戻してアンセット（Ｋ０９）し、接合された両ワークＷａ、Ｗｂを治具プレート５上からアンセット（Ｋ１０）して作業を終了する。

一方、前記工程Ｋ０５で判定結果（測長）が「ＮＧ」の場合、すなわちセンサヘッド１１ａとベース２０間の寸法データが基準範囲外で、セットされている下ワークＷｂと上ワークの高さ（長さ）が所定値でない場合は、例えば制御盤６に設けた表示灯がＮＧ表示し、このＮＧ表示を作業者が確認したら、両ワークＷａ、Ｗｂを位置決めしている各位置決め治具８〜１０をアンセット（Ｋ１１）し、工程Ｋ０２に戻り、該工程Ｋ０２以降を繰り返す。

つまり、前記接合装置１によれば、位置決めセットされた上ワークＷｂの高さ（下ワークＷａと上ワークＷｂの長さ）が基準範囲内でない場合は、その位置決め状態を解除して、両ワークＷａ、Ｗｂの位置決め作業を再び行い、上ワークＷｂの高さ位置が基準範囲内の場合にのみ、接合作業を行うことになる。なお、以上説明した工程の順番等は一例であって、同等の作用効果が得られる適宜の工程（順番）とすることも可能であるし、各工程の全部もしくは一部を自動化したり手動化することも可能である。

このように、前記実施形態の接合装置１においては、軸方向及び周方向を位置決めする位置決め治具８〜１０で位置決めセットされた下ワークＷａと上ワークＷｂの長さ、つまり上ワークＷｂの高さ位置を近接センサ１１で検出し、この検出結果が予め設定した基準範囲内の場合に、両ワークＷａ、Ｗｂの接合部Ｗｓを加熱コイル１７で誘導加熱してロウ付け接合するため、各位置決め治具８〜１０で上下一対のワークＷａ、Ｗｂを、軸方向及び周方向において所定状態として接合することができ、両ワークＷａ、Ｗｂを接合部Ｗｓで高精度に接合することができる。

特に、検出手段としてセンサヘッド１１ａを有す接触式の近接センサ１１が使用され、セットされた下ワークＷａと上ワークＷｂの長さ（高さ）を検出可能であるため、両ワークＷａ、Ｗｂの長さを精度良く検出（測定）できて、両ワークＷａ、Ｗｂを一層精度良く接合することができる。また、両ワークＷａ、Ｗｂの接合前に、セッ治具１２を使用して、各治具８〜１０の両ワークＷａ、Ｗｂに対する位置決め状態を所定に設定してから、実際の両ワークＷａ、Ｗｂを接合するため、両ワークＷａ、Ｗｂを精度良く位置決めできてより一層高精度に接合することができる。

これらのことから、例えば下ワークＷａとしての外周面に孔１５が形成された円筒状金属パイプに対して、上ワークＷｂとしての外周面に溝１６が形成された円筒状金属パイプを、その溝１６が孔１５と所定の位置関係を高精度に維持した状態で接合できて、従来のように周方向の位置不良等による不良品の発生を低減でき、高価な材料（ワーク）の無駄の発生を抑制できる等、実用的に有効な接合装置１を提供することが可能になる。

なお、前記実施形態における、各位置決め治具８〜１０やセット治具１２の形態、検出手段として使用するセンサの種類、加熱コイル１７の形態等は一例であって、例えば検出手段として治具プレート５を基準面とした上ワークＷｂの高さを検出可能な非接触式の近接センサを使用したり、加熱コイル１７として平面視略円形の加熱コイルを使用する等、本発明に係わる各発明の要旨を逸脱しない範囲において、適宜に変更することができる。

本発明は、外周面に孔と溝を有し互いに径の異なる一対の円筒状金属パイプの接合に限らず、例えば外周面に孔のみや溝のみあるいは凸部等が設けられて、所定径の両パイプを特定方向（所定状態）で接合する全ての接合装置に適用できる。

１・・・接合装置、２・・・架台、３・・・ワークセット台、４・・・変成器、５・・・治具プレート、６・・・制御盤、８・・・下位置決め治具、８ａ・・・突起、８ｂ・・・係止突起、９・・・周方向位置決め治具、９ａ・・・係止板、９ｂ・・・爪、１０・・・上位置決め治具、１０ａ・・・突条、１０ｂ・・・嵌合部、１１・・・近接センサ、１１ａ・・・センサヘッド、１２・・・セット治具、１２ａ・・・嵌合孔、１２ｂ・・・底面凹部、１２ｃ・・・溝、１２ｄ・・・切欠き、１４・・・リニアシャフト、１５・・・孔、１６・・・溝、１７・・・加熱コイル、１９・・・錘、２０・・・ベース、２１・・・エアーノズル、Ｗａ・・・下ワーク、Ｗｂ・・・上ワーク、Ｗｓ・・・接合部。

Claims

垂直状態で配置された下円筒状金属パイプの下端を位置決めする下位置決め治具と、前記下円筒状金属パイプの上端開口部に同軸上にセットされる上円筒状金属パイプを位置決めする上位置決め治具と、セット状態で配置された前記下円筒状金属パイプと上円筒状金属パイプの周方向を位置決めする周方向位置決め治具と、前記下位置決め治具と前記周方向位置決め治具を位置決めするセット治具と、セット状態の前記両金属パイプの長さを検出可能な検出手段と、前記両金属パイプの接合部の外側に配置された加熱コイルと、を備え、
前記セット治具を使用して、前記下位置決め治具及び前記周方向位置決め治具を位置決めすると共に前記上位置決め治具を位置決めした後に、前記上位置決め治具及び前記周方向位置決め治具を元の位置に戻して前記セット治具を取り外し、この状態で前記下位置決め治具に前記下円筒状金属パイプと上円筒状金属パイプをセットすると共に、当該両金属パイプを前記周方向位置決め治具と前記上位置決め治具で位置決めして両金属パイプの長さを前記検出手段で検出し、該検出結果が予め設定した基準範囲内の場合に、前記加熱コイルに高周波電流を供給して前記接合部を誘導加熱して両金属パイプを接合することを特徴とする円筒状金属パイプの接合方法。
前記セット治具は、その全長がセットされた下円筒状金属パイプと上円筒状金属パイプの全長と同一で、その外径が前記下円筒状金属パイプの外径と同一に設定されていることを特徴とする請求項１に記載の円筒状金属パイプの接合方法。
前記検出手段が、センサヘッドを有する近接センサで形成されて、前記両金属パイプの長さを検出可能であることを特徴とする請求項１または２に記載の円筒状金属パイプの接合方法。