JP2002160065A - 長尺材料製造装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 短尺材料を連続的に溶接して長尺線材化する
装置における生産性の向上及び製品品質の向上。 【解決手段】 アプセット溶接装置２０のクランプ２１
Ａ，２１Ｂと、溶接バリ除去用の機械加工装置３０のク
ランプ３１および加工部３２とを、可動テーブル２上に
設置し、可動テーブル２を材料の送り速度にあわせて移
動させる。加工部３２の工具３５は、送り機構３７によ
り、溶接された短尺材料１の連結体に対して所定の相対
速度で移動させる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、複数の短尺材料を
長手方向に連続的に溶接して長尺材料とする長尺材料製
造装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来から、短尺材料を連続的に溶接して
長尺材料とする長尺材料製造装置として、短尺材料の供
給装置、溶接装置、溶接部の不要部分を除去する機械加
工装置、加熱装置（加熱炉）、塑性加工装置（鍛造装置
および引抜伸線装置）、並びに長尺材料の巻取リールを
順次配設して構成したものが知られている（例えば特開
平１１−７３７号参照）。このような長尺材料製造装置
においては、溶接を行う際および機械加工を行う際に材
料をクランプする必要があるため、材料の送りを定期的
に停止している。

【０００３】しかし、材料の送りを停止すると、生産性
が悪化するという問題がある。この問題は、機械加工に
長時間を必要とするモリブデンやタングステン等の難削
材料の場合に顕著となる。

【０００４】さらに、材料の送りを停止すると、その間
に材料が加熱炉の内部に長時間滞留し、材料のその部分
では結晶粒の粗大化が発生し、機械的強度が低下すると
いう問題も生じる。材料の機械的強度の低下が発生する
と、製品の実際の使用時に問題となるだけでなく、後工
程の引抜伸線時における断線の原因となる。この問題に
対しての解決策としては、特開平１１−７３７号に開示
されているように加熱装置の点火および消火を必要に応
じて行う方法や、必要に応じて加熱装置を材料に近接さ
せたり遠ざけたりする方法が考えられる。しかし、前者
の場合は、加熱炉の温度が安定せず、材料の温度管理が
困難となるという問題が発生する。また、後者の場合に
は、移動機構の動作に時間がかかるため生産性が低下す
るという問題と、装置が高価になるという問題もある。

【０００５】また、材料の送りを停止すると、引抜伸線
が断続的に行われるため製品品質の低下にもつながると
いった問題や、更には、巻取リールへの巻き取りがスム
ーズに行われないという問題もある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、上記実状に
鑑みなされたものであり、溶接後の材料の送りを停止す
ることなく溶接および溶接後の各種処理といった一連の
工程を連続的かつ円滑に実施することができ、生産性が
高く、かつ高品質の製品を得ることができる長尺材料製
造装置を提供することを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成するた
め、本発明は、複数の短尺材料を長手方向に連続的に溶
接して長尺材料とする長尺材料製造装置において、短尺
材料の前端を把持する第１のクランプと、先行する短尺
材料の連結体の後端を把持する第２のクランプと、を有
する溶接装置と、短尺材料の連結体を把持するクランプ
と、短尺材料の連結体の溶接部のバリまたは溶接ビード
等の不要部分を除去する工具と、を有する機械加工装置
と、短尺材料の連結体を前記長手方向に送る手段と、を
備え、前記溶接装置の第１および第２のクランプと前記
機械加工装置のクランプとが短尺材料の連結体の移動速
度にあわせた速度で移動することができ、かつ、前記機
械加工装置の工具が短尺材料の連結体に対して所定の相
対速度で移動できるように構成したことを特徴としてい
る。

【０００８】前記溶接装置の第１および第２のクランプ
と前記機械加工装置のクランプとを短尺材料の連結体の
移動速度にあわせた速度で移動させ、前記機械加工装置
の工具が短尺材料の連結体に対して所定の相対速度で移
動できるようにするため、この長尺材料製造装置は、前
記溶接装置の第１および第２のクランプおよび前記機械
加工装置のクランプが取り付けられ、前記長手方向に移
動可能な可動テーブルと、前記可動テーブルに設けら
れ、前記機械加工装置の工具を前記長手方向に送る工具
送り機構とを更に備えて構成することが好適である。

【０００９】また、前記溶接装置は、アプセット溶接お
よびフラッシュ溶接等の突き合わせ抵抗溶接を行う溶接
装置とすることが好適であり、この場合、前記溶接装置
の第１のクランプは前記可動テーブルに移動可能に取り
付けられ、前記溶接装置の第２のクランプは前記可動テ
ーブルに固定される。

【００１０】この長尺材料製造装置は、前記機械加工装
置により溶接部の不要部分を除去した後に前記長手方向
に送られている短尺材料の連結体に対して、加熱を行う
加熱装置または塑性加工を行う塑性加工装置を更に備え
て構成することができる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図１乃至図３を参照して本
発明の実施の形態について説明する。図１は、本発明に
よる長尺線材製造装置の全体のレイアウトを概略的に示
す側面図である。図１に示すように、長尺線材製造装置
は、材料の送り方向に関して上流側から順次配置され
た、材料供給装置１０、溶接装置２０、機械加工装置３
０、第１の加熱炉４０、鍛造装置４２、第２の加熱炉４
４、引抜伸線ダイス４６、フィーダー４８および巻取リ
ール５０を備えている。

【００１２】材料供給装置１０は、短尺材料１（以下、
単に「材料」とも言う）を多数ストックしているストッ
カー１１と、ストッカー１１から取り出された材料の両
端を切断する砥石切断機１２と、砥石切断機１２により
切断された材料１の両端面のエッジ部を砥石１３ａ，１
３ａにより面取りする面取研削機１３とを有している。

【００１３】溶接装置２０としては、アプセット溶接、
フラッシュ溶接等の突き合わせ抵抗溶接を行う溶接装置
が用いられている。

【００１４】この溶接装置２０は、特に図２に詳細に示
されるように、互いに溶接された短尺材料１の連結体の
送り方向（図中矢印Ａ方向）およびその反対方向に移動
可能に可動テーブル２に取り付けられた可動クランプ２
１Ａと、可動テーブル２に移動不能に固定された固定ク
ランプ２１Ｂとを有している。

【００１５】可動クランプ２１Ａは、材料１を把持する
クランプチップ２３と、クランプチップ２３を開閉する
クランプシリンダ２４とを有している。クランプチップ
２３には、材料に溶接電流を供給する電極２５が付設さ
れている。クランプシリンダ２４は、ブロック２６に固
定されている。

【００１６】可動クランプ２１Ａは、加圧シリンダ２７
により前記矢印Ａ方向およびその反対方向に移動可能で
ある。加圧シリンダ２７を動作させることにより、可動
クランプ２１Ａにクランプされた材料の端面を固定クラ
ンプ２１Ｂによりクランプされた材料の端面に所定の圧
力をもって押しつけることができる。

【００１７】固定クランプ２１Ｂの構成は、加圧シリン
ダ２７が付設されていない点および移動不能である点を
除いて、可動クランプ２１Ａの構成と同一である。

【００１８】また、溶接装置２０は、可動テーブル２か
ら離れた位置に設けられ電極２５に溶接電流を供給する
電源部２８を有している。また、溶接装置２０の可動ク
ランプ２１Ａおよび固定クランプ２１Ｂには、材料１の
端末を検出する端末センサ６ａ，６ｂがそれぞれ設けら
れている。

【００１９】機械加工装置３０は、溶接装置２０による
溶接時に形成された溶接バリ（溶接装置が突き合わせ抵
抗溶接装置でない場合には溶接ビード）の不要部分の除
去加工を行うものである。

【００２０】特に図２に詳細に示されるように、機械加
工装置３０は、可動テーブル２上に固定された一対のク
ランプ３１と、クランプ３１、３１間に配置された加工
部３２とを有する。

【００２１】各クランプ３１は、材料１をクランプする
クランプチップ３１ａと、クランプチップ３１ａを開閉
するクランプシリンダ３１ｂと、クランプシリンダ３１
ｂを保持するとともに可動テーブル２に固定されたブロ
ック３１ｃを有する。

【００２２】加工部３２は、可動テーブル２上を移動可
能な可動ベース３３と、可動ベース３３に回転可能に支
持された工具ホルダ３４とを有しており、工具ホルダ３
４には研削砥石３５すなわち工具が保持されている。な
お、材料の種類によっては研削砥石３５に代えて切削バ
イトを工具として用いることもできる。工具ホルダ３４
はモータ３６により回転駆動される。

【００２３】可動ベース３３は、可動テーブル２に取り
付けられモータにより回転駆動されるねじ軸と可動ベー
ス３３に一体化されたナットとからなるボールねじ機構
３７により、可動テーブル２上を前記矢印方向Ａおよび
その反対方向に移動可能である。なお、可動ベース３３
の送り機構として、図示されたボールねじ機構３７以外
の他の送り機構を採用してもよい。

【００２４】可動テーブル２は、駆動機構４により、基
台３上を前記方向Ａおよびその反対方向に移動可能であ
る。なお、図２では、駆動機構は、基台３に設けられた
ラック４ａと、可動テーブル２に設けられたモータ４ｃ
により回転駆動されるピニオンギア４ｂとの組み合わせ
により構成されているが、他の駆動機構、例えばボール
ねじ機構により可動テーブル２を移動させることもでき
る。

【００２５】なお、駆動機構４は前記矢印Ａ方向と反対
方向の送りのみを行うようなものであってもよい。すな
わち、材料の強度および剛性が十分に高い場合には、ク
ランプ３１により材料１をクランプすることにより、材
料の送り駆動力により従動的に可動テーブル２を前記矢
印Ａ方向に送るようにしてもよい。

【００２６】図２において、符号５で示す部材は、この
長尺材料製造装置全体の動作を制御するコントローラで
ある。このコントローラ５は、少なくとも、溶接装置２
０の電源部２８、可動クランプ２１Ａ、固定クランプ２
１Ｂ及び加圧シリンダ２７と、機械加工装置３０のクラ
ンプ３１、モータ３６およびボールねじ機構３７と、可
動テーブル２の駆動機構４のモータ４ｃと、フィードロ
ーラ５２の動作を制御する機能を有している。

【００２７】なお、図１乃至図３において及び符号５４
で示す部材もフィードローラである。

【００２８】また、図１に示す鍛造装置４２は、材料１
の溶接部を上下方向から押しつぶすように作用する第１
のダイス４２ａ，４２ａと、横方向（図１紙面垂直方
向）から押しつぶすように作用する第２のダイス４２
ｂ，４２ｂとを有している。鍛造装置４２は、基台３に
固定されている。

【００２９】また、第１、第２の加熱炉４０、４４およ
び引抜伸線ダイス４６は、適当な支持部材により固定さ
れており、基台３に対して不動である。

【００３０】また、図１において概略的に示すフィーダ
４８は、複数のエアチャックを鎖状に結合した構成をと
っており、引抜伸線ダイス４６から材料１を引き抜く力
を発生させるためのものである。なお、図１に示すレイ
アウトの長尺材料製造装置においては、前記矢印Ａ方向
へ短尺材料の連結体を送るための駆動力は、主としてフ
ィーダ４８により生成される。

【００３１】次に、図１乃至図３を参照して、作用につ
いて説明する。なお、一連の作用を示す図３において、
短尺材料１（溶接後のものも含む）には先行しているも
のから（下流側から）順次、符号１ａ，１ｂ，１ｃ，・
・・を付すものとする。なお、短尺材料１としては、例
えばモリブデンの棒材（例えば直径５.３mm長さ６ｍ程
度のもの）を用いることができる。

【００３２】図３（ａ）は、既に溶接された材料１ａと
材料１ｂとの間の溶接バリを除去する前の時点であっ
て、かつ材料１ｂと材料１ｃとの溶接を行う直前の時点
における状態を示している。このとき、材料１ａおよび
材料１ｂは機械加工装置３０のクランプ３１，３１にそ
れぞれクランプされ、また材料１ｂおよび材料１ｃは溶
接装置２０の固定クランプ２１Ｂおよび可動クランプ２
１Ａにそれぞれクランプされている。このとき、可動ク
ランプ２１Ａは、待機位置Ｓａに位置している。また、
このとき、可動テーブル２は、すでに溶接された材料１
ａ，１ｂを含む連結体の送り速度と等速度で移動してい
る。可動テーブル２は、この後引き続き同じ速度で移動
し続ける。

【００３３】次に、シリンダ２７により可動クランプ２
１Ａが待機位置Ｓａから固定クランプ２１Ｂに向けて進
み、可動クランプ２１Ａによりクランプされた材料１ｃ
の前端部が固定クランプ２１Ｂによりクランプされた材
料１ｂの後端部に押しつけられるとともに、電源部２８
から電極２５に溶接電流が供給され、突き合わせ溶接が
行われる。この時点の状態が図３（ｂ）に示されてい
る。

【００３４】溶接が終了すると、機械加工装置３０の工
具ホルダ３４すなわち砥石３５が回転を始める。これと
同時に若しくはわずかに前後して、待機位置Ｓｂにある
機械加工装置３０の可動ベース３３が、可動テーブル２
上を材料１ａ，１ｂを含む連結体の送り方向Ａと逆方向
に移動し始め、これにより砥石３５が材料１ａ，１ｂに
対して所定の相対速度で移動しはじめて、溶接バリの削
除が開始される。

【００３５】なお、このとき、砥石３５が静止系に対し
て（例えば基台３に対して）いずれの方向に動くかは、
可動テーブル２の基台３に対する移動速度と、可動テー
ブル２に対する可動ベース３３の移動速度との相関関係
により定まる。材料がモリブデンのように難削材料の場
合には、可動テーブル２に対する可動ベース３３の移動
速度は十分に小さく設定されるであろうから、この場合
には、静止系を基準として見ると砥石３５は図中右方向
に移動することになる。

【００３６】可動ベース３３すなわち砥石３５の可動テ
ーブル２に対する相対移動に伴い溶接バリは削除されて
ゆく。溶接バリの削除が終了した時点の状態が図３
（ｃ）に示されている。なお、このとき溶接バリは完全
に除去されるのではなく、後に行われる鍛造装置４２に
よる鍛造の際の鍛造加工代が残るように除去される。従
って、機械加工装置３０による加工の後には、溶接バリ
の一部は図１および図３に概略的に示されるように材料
の径よりやや大きい径の円筒形に残される。この円筒の
直径は、短尺材料１がモリブデンの棒材（直径５.３mm
長さ６ｍ）である場合には、上限７.３mm程度にされ
る。

【００３７】なお、上記の説明では、溶接装置２０によ
る溶接の後に機械加工装置３０による加工を開始してい
るが、これに限定されるものではなく、加工の後に溶接
を行ってもよいし、溶接と加工とを同時期に若しくは多
少タイミングをずらして行ってもよい。

【００３８】機械加工装置３０による加工が終了する
と、溶接装置２０の可動クランプ２１Ａ、固定クランプ
２１Ｂおよび機械加工装置３０のクランプ３１は、材料
１ａ，１ｂ，１ｃを解放する。次に、矢印Ａ方向に移動
していた可動テーブル２は、反対方向に移動を開始す
る。更に、溶接装置２０の可動クランプ２１Ａは待機位
置Ｓａに、機械加工装置３０の可動ベース３３は待機位
置Ｓｂにそれぞれ戻る。この状態が図３（ｄ）に示され
ている。

【００３９】可動テーブル２が反対方向に移動してゆ
き、固定クランプ２１Ｂに配置された端末センサ６ｂに
より材料１ｃの後端が検出されると、可動テーブル２は
再度矢印Ａ方向へ、材料の連結体の送り速度と等速度で
移動を開始する。これとほぼ同時に、固定クランプ２１
Ｂが、材料１ｃの後端部をクランプする。

【００４０】一方、ストッカー１１から取り出された材
料１ｄは、図１に示す砥石切断機１２によりその両端を
平坦にカットされる。その後、材料１ｄは、フィードロ
ーラ１４，１４に支持された状態で、図示しない回転装
置によりその長手方向軸線を中心として回転されなが
ら、両端のエッジ部を砥石１３ａ，１３ａにより面取り
される。材料１ｄは、フィードローラ１４から可動クラ
ンプ２１Ａ手前のフィードローラ５２に引き渡さる。フ
ィードローラ５２は、一定速度で送られている１ｃの後
端部と材料１ｄの前端部との距離が一定に維持されるよ
うに材料１ｄを送っている。従って、材料１ｄの前端部
は、固定クランプ２１Ｂにより材料１ｃの後端部がクラ
ンプされるのとほぼ同時に、溶接装置２０の可動クラン
プ２１Ａ内の所定の位置に位置する。このことが端末セ
ンサ６ａにより検出されると、可動クランプ２１Ａは材
料１ｄの前端部をクランプする。

【００４１】更に、可動クランプ２１Ａおよび固定クラ
ンプ２１Ｂによるクランプとほぼ同時に、機械加工装置
３０のクランプ３１，３１が、材料１ａ，１ｂをクラン
プする。この状態が図４（ａ）に示される。

【００４２】以上説明した手順が繰り返し行われ、短尺
の材料１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，・・・が順次溶接され
て長尺化され、かつ溶接バリが一部除去される。なお、
以上の手順は、コントローラ５の制御の下に行われる。

【００４３】溶接装置２０および機械加工装置３０によ
る工程を経た材料は、第１の加熱炉４０を通過し、ここ
で溶接組織の調整および次工程の鍛造のために加熱され
る。

【００４４】鍛造装置４２では、溶接バリの残存部分が
鍛造されて溶接部組織が強靱化される。

【００４５】次に、材料は、第２の加熱炉４４を通過し
て次工程の引抜伸線のために加熱され、引抜伸線ダイス
４６により延伸される。そして、材料は巻取りリール５
０によりフープ状に巻き取られる。

【００４６】上記の実施形態によれば、溶接装置２０の
可動クランプ２１Ａおよび固定クランプ２１Ｂと機械加
工装置３０のクランプ３１とが溶接された短尺材料の連
結体の移動速度にあわせた速度で移動することができ、
かつ、機械加工装置３０の工具３５が溶接された短尺材
料の連結体に対して所定の相対速度で移動できるように
構成しているため、溶接を行う際および溶接部の不要部
分の除去を行う際に、材料の送りを停止する必要がなく
なる。このため生産性を向上させることができる。

【００４７】また、材料の送りを停止させる必要がない
ことから以下の利点が生じる。まず、材料の特定部分が
加熱炉４０、４４内で滞留することがないため、過度の
熱影響による材料強度が低下した部分が発生することを
防止することができる。また、引抜伸線ダイス４６によ
る引き抜き加工も連続的にスムーズに行うこともでき
る。更に、巻取りリール５０への巻き取りも連続的にス
ムーズに行うことができる。

【００４８】なお、図１乃至図３に示した実施形態は以
下のような様々な変形が可能であり、その場合にも、上
述した実施形態の効果に準じた効果を得ることができ
る。

【００４９】例えば、溶接装置２０と機械加工装置３０
を共通の可動テーブル上に設ける必要は必ずしもなく、
別個の可動テーブル上に設けてもよい。

【００５０】また、対象材料は、モリブデンやタングス
テン等の難削材料であってもよいし、アルミニウムや鉄
鋼等の一般的な材料であってもよい。

【００５１】また、機械加工装置３０の下流側に設ける
各種機器の配置は、必要とされる処理に応じて任意に定
めることができる。例えば、単に溶接部の金属組織を調
整するだけのために加熱炉のみを設けて塑性加工装置
（鍛造装置４２、引抜伸線ダイス４６等）は設けなくて
もよい。この場合には、フィーダ４８に代えて適当な位
置にフィードローラを配置し、このフィードローラによ
り短尺材料の連結体を送ってもよい。また、冷間加工が
可能な材料ならば加熱炉を廃止してもよい。この場合に
は、機械加工装置３０により溶接バリを完全に除去して
もよい。

【００５２】また、溶接装置は突き合わせ抵抗溶接装置
以外の溶接装置を用いることも可能である。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように、本発明による長尺
材料製造装置によれば、高品質の長尺材料を高い生産性
をもって製造することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明による長尺材料製造装置の全体のレイア
ウトを示す概略図。

【図２】図１に示す長尺材料製造装置の溶接装置および
機械加工装置の構成を詳細に示す断面図。

【図３】溶接装置および機械加工装置の作用を示す工程
図。

【符号の説明】

１ａ，１ｂ，１ｃ，１ｄ，・・・短尺材料 ２ 可動テーブル ２０ 溶接装置 ２１Ａ 第１のクランプ（可動クランプ） ２１Ｂ 第２のクランプ（固定クランプ） ３０ 機械加工装置 ３１ クランプ ３５ 工具 ３７ 工具送り機構 ４０，４４ 加熱装置（加熱炉） ４２ 塑性加工装置（鍛造装置） ４６，４８ 塑性加工装置（引抜伸線ダイスおよびフィ
ーダ） ４８ 短尺材料の連結体を送る手段（フィーダ）

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁷ 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｂ２４Ｂ 9/04 Ｂ２４Ｂ 9/04 Ｃ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】複数の短尺材料を長手方向に連続的に溶接
   して長尺材料とする長尺材料製造装置において、 短尺材料の前端を把持する第１のクランプと、先行する
   短尺材料の連結体の後端を把持する第２のクランプと、
   を有する溶接装置と、 短尺材料の連結体を把持するクランプと、短尺材料の連
   結体の溶接部のバリまたは溶接ビード等の不要部分を除
   去する工具と、を有する機械加工装置と、 短尺材料の連結体を前記長手方向に送る手段と、を備
   え、 前記溶接装置の第１および第２のクランプと前記機械加
   工装置のクランプとが短尺材料の連結体の送り速度にあ
   わせた速度で移動することができ、かつ、前記機械加工
   装置の工具が短尺材料の連結体に対して所定の相対速度
   で移動できるように構成したことを特徴とする、長尺材
   料製造装置。
2. 【請求項２】前記溶接装置の第１および第２のクランプ
   および前記機械加工装置のクランプが取り付けられ、前
   記長手方向に移動可能な可動テーブルと、 前記可動テーブルに設けられ、前記機械加工装置の工具
   を前記長手方向に送る工具送り機構と、を更に備え、 前記可動テーブルにより、前記溶接装置の第１および第
   ２のクランプと前記機械加工装置のクランプとを短尺材
   料の連結体の送り速度にあわせた速度で移動させ、前記
   工具送り機構により、前記機械加工装置の工具が短尺材
   料の連結体に対して所定の相対速度で移動できるように
   したことを特徴とする、請求項１に記載の長尺材料製造
   装置。
3. 【請求項３】前記溶接装置は、アプセット溶接およびフ
   ラッシュ溶接等の突き合わせ抵抗溶接を行う溶接装置で
   あり、 前記溶接装置の第１のクランプは前記可動テーブルに移
   動可能に取り付けられ、前記溶接装置の第２のクランプ
   は前記可動テーブルに固定されていることを特徴とす
   る、請求項２に記載の長尺材料製造装置。
4. 【請求項４】前記機械加工装置により溶接部の不要部分
   を除去した後に前記長手方向に送られている短尺材料の
   連結体に対して、加熱を行う加熱装置または塑性加工を
   行う塑性加工装置を更に備えたことを特徴とする、請求
   項１に記載の長尺材料製造装置。