(57)【要約】【課題】ローラの熱膨張等に起因する製品形状の不具合を防止し、かつ低コストで高精度な製品を製造することができるスピニング加工装置を提供する。【解決手段】ワーク３０１を回転させながら、ワーク３０１の内面と外面を成形用ローラ２０５及び成形受け用ローラ２０６で挟み込んで成形し、ワーク３０１の被加工部の形状を光学式プロファイル測定器１００で測定し、ワーク３０１の被加工部の寸法と両ローラ２０５、２０６の隙間の寸法の関係に基づいて、両ローラ２０５、２０６間の隙間が被加工部の目標となる形状に対応する値になるように両ローラ２０５、２０６の軌道を補正して、両ローラ２０５、２０６を駆動する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワークを治具に搭載した状態で前記ワークを回転させる回転機構と、前記ワークの被加工部を内面と外面から挟み込んで前記被加工部を成形する成形用ローラ及び成形受け用ローラと、前記被加工部の形状を測定する光学式プロファイル測定器と、前記光学式プロファイル測定器の測定値を入力し、予め入力されている前記被加工部の寸法と前記両ローラ間の隙間の寸法の関係に基づいて、前記両ローラ間の隙間が前記被加工部の目標となる形状に対応する値になるように前記両ローラの軌道を補正し、前記補正した軌道で前記両ローラを駆動する制御部を備えたスピニング加工装置。
【請求項２】
前記被加工部の成形はＬ字状継手の成形であり、前記光学式プロファイル測定器は前記Ｌ字状継手の高さを測定し、前記制御部は、前記光学式プロファイル測定器の測定値を入力し、予め入力されている前記Ｌ字状継手の高さ寸法と前記両ローラ間の隙間の寸法の関係に基づいて、前記両ローラ間の隙間が目標となるＬ字状継手に対応する値になるように前記両ローラの軌道を補正し、前記補正した軌道で前記両ローラを駆動する請求項１に記載のスピニング加工装置。
【請求項３】
前記被加工部の成形はＺ字状継手の成形であり、前記光学式プロファイル測定器は前記Ｚ字状継手の幅及び高さを測定し、前記制御部は、前記光学式プロファイル測定器の測定値を入力し、予め入力されている前記Ｚ字状継手の幅及び高さ寸法と前記両ローラ間の隙間の寸法の関係に基づいて、前記両ローラ間の隙間が目標となるＺ字状継手に対応する値になるように前記両ローラの軌道を補正し、前記補正した軌道で前記両ローラを駆動する請求項１に記載のスピニング加工装置。
【請求項４】
ワークを治具に搭載した状態で前記ワークを回転させる回転機構と、前記ワークの被加工部を内面と外面から挟み込んで前記被加工部を成形する成形用ローラ及び成形受け用ローラと、前記両ローラの隙間を測定する透過式レーザセンサと、前記透過式レーザセンサにより測定された前記両ローラの隙間の測定値と、予め設定されている前記両ローラの隙間との差異に応じて前記両ローラの加工軌道を補正し、前記補正した加工軌道で前記両ローラを駆動する制御部を備えたスピニング加工装置。
【請求項５】
ワークを治具に搭載した状態で前記ワークを回転させる回転機構と、前記ワークの被加工部を内面と外面から挟み込んで前記被加工部を成形する成形用ローラ及び成形受け用ローラと、前記治具の位置を測定する光学式プロファイル測定器と、前記両ローラの位置を測定する透過式レーザセンサとを備え、前記測定した治具の位置と前記測定した両ローラの位置に基づいて前記治具及び前記両ローラの位置決めを行うスピニング加工装置。
【請求項６】
タンクの鏡部を製造する方法であって、
椀形状に成形されたワークを回転させながら前記ワークの内面から成形用ローラを押し当てて前記ワークの開口部周縁の直径を拡大する工程と、
前記ワークを回転させながら前記ワークの開口縁部を内面と外面から成形用ローラ及び成形受け用ローラで挟み込んで成形し、前記ワークの被加工部の形状を光学式プロファイル測定器で測定し、前記被加工部の寸法と前記両ローラ間の隙間の寸法の関係に基づいて、前記両ローラ間の隙間が前記被加工部の目標となる形状に対応する値になるように前記両ローラの軌道を補正し、前記補正した軌道で前記両ローラを駆動することにより、前記ワークの開口縁部にＬ字状継手又はＺ字状継手を成形する工程と、を備えたタンク鏡部の製造方法。
【請求項７】
タンクの胴部を製造する方法であって、
円筒形状に成形されたワークを回転させながら前記ワークの開口縁部を内面と外面から成形用ローラ及び成形受け用ローラで挟み込んで成形し、前記ワークの被加工部の形状を光学式プロファイル測定器で測定し、前記被加工部の寸法と前記両ローラ間の隙間の寸法の関係に基づいて、前記両ローラ間の隙間が前記被加工部の目標となる形状に対応する値になるように前記両ローラの軌道を補正し、前記補正した軌道で前記両ローラを駆動することにより、前記ワークの開口縁部にＺ字状継手又はＬ字状継手を成形する工程、を備えたタンク胴部の製造方法。
【請求項８】
タンクの鏡部を製造する方法であって、
椀形状に成形されたワークを回転させながら前記ワークの内面から成形用ローラを押し当てて前記ワークの開口部周縁の直径を拡大する工程と、
前記ワークを回転させながら前記ワークの開口縁部を内面と外面から成形用ローラ及び成形受け用ローラで挟み込んで成形し、前記両ローラの隙間を透過式レーザセンサで測定し、前記透過式レーザセンサにより測定された前記両ローラの隙間の測定値と、予め設定されている前記両ローラの隙間との差異に応じて前記両ローラの加工軌道を補正し、前記補正した加工軌道で前記両ローラを駆動することにより前記ワークの開口縁部にＬ字状継手又はＺ字状継手を成形する工程と、を備えたタンク鏡部の製造方法。
【請求項９】
タンクの胴部を製造する方法であって、
円筒形状に成形されたワークを回転させながら前記ワークの開口縁部を内面と外面から成形用ローラ及び成形受け用ローラで挟み込んで成形し、前記両ローラの隙間を透過式レーザセンサで測定し、前記透過式レーザセンサにより測定された前記両ローラの隙間の測定値と、予め設定されている前記両ローラの隙間との差異に応じて前記両ローラの加工軌道を補正し、前記補正した加工軌道で前記両ローラを駆動することにより前記ワークの開口縁部にＺ字状継手又はＬ字状継手を成形する工程、を備えたタンク胴部の製造方法。
【請求項１０】
請求項６又は請求項８に記載の製造方法により製造されたタンク鏡部の開口部と、請求項７又は請求項９に記載の製造方法により製造されたタンク胴部の開口部を向き合わせ、一方の開口縁部に形成されたＬ字状継手と他方の開口縁部に形成されたＺ字状継手を周溶接により接続したタンクの製造方法。
【請求項１１】
椀形状の鏡部の開口部と円筒形状の胴部の開口部とを接合したタンクであって、前記鏡部の開口部周縁には、その直径が拡大している直径拡大範囲を有し、前記直径拡大範囲の円筒断面の直径は前記直径拡大範囲に隣接する円筒断面の直径よりも０．５％〜１．３％大きいタンク。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、ワークの継手を成形するスピニング加工装置、タンク鏡部の製造方法、タンク胴部の製造方法、及びタンクに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
内部に流体を蓄える圧力容器として、金属薄板や複合材で製造されたものが知られている。このうち、貯湯式給湯器用タンクとして、ステンレス薄板からなる複数の部材を溶接などの手段で接合したものが多用されている。この種のタンクの製造方法としては、平板をロール曲げ成形した後に向かい合う二辺を溶接することで円筒状の胴部を形成し、一方、平板を絞りあるいは張り出しなどのプレス加工で椀状に成形したものを鏡部とし、胴部の両端の開口部に鏡部の周縁部を全周にわたって溶接する方法がある。ここで、胴部の開口部と鏡部の周縁部の全周に渡って溶接することを周溶接と呼び、胴部と鏡部の接合部には、周溶接のために、スピニング加工などによって断面形状がＬ字状あるいはＺ字状の継手が成形されている（例えば、特許文献１）。
【０００３】
給湯器用タンクの薄肉化や長寿命化のためには、隙間を持たない突合せ継手とすることが望ましいが、一般に、薄板の突合せ継手は、溶接される２枚の薄板の隙間や板厚方向の変位を厳密に管理しなければ良好な突合せ継手を得られない。給湯器用タンクの周溶接で良好な突合せ継手を得るために、胴部と鏡部の直径および溶接前の継手寸法を厳密に管理する必要がある。このような継手のスピニング成形では、胴部または鏡部を回転させながら、当該部材の内面または外面からローラを押し当てたり、あるいは二つのローラで当該部材の加工部位を内面及び外面から挟み込んで任意の形状に成形する方法が知られている。
【０００４】
しかしながら、スピニング加工では、雰囲気温度や加工による発熱などにより、ローラと加工部材の相対位置関係や内外面から加工部材を挟むローラ間の隙間が変化し、その影響で成形された継手形状に不具合を生じるという問題があった。これらの対策としては、これまでも様々な方法が検討されており、部材の開口端部を切削加工したり（例えば、特許文献２）、スピニング加工機の金型やローラの温度、あるいはローラ寸法、あるいは加工力をモニタすることによってローラの軌跡を補正する方法（例えば、特許文献３）などが提案されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０１２−１４８３０４号公報
【特許文献２】特開２００３−２１４５３９号公報
【特許文献３】特開２０００−１２６８２６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、前記特許文献２に記載された継手の成形方法では、切削屑が発生するため、切削屑や加工油を除去するための洗浄工程が必要になるという問題がある。
【０００７】
また、特許文献３に記載されたスピニング加工方法は、熱膨張による金型やローラの変位を様々な手法で計測し、その計測情報から製品の形状変化を間接的に予測してローラの軌道を補正する方法であるため、計測誤差に加えて予測誤差が重なるため、補正誤差が大きくなるという問題がある。
【０００８】
例えば、大量の製品を連続的に加工する場合は、ローラだけでなくローラを支持する構造部材も温度変化してローラの位置に影響を与える。特許文献３の第１の方法では、金型及びローラの回転面を非接触で温度計測し、計測値に基づきローラの軌跡を補正している。しかし、ローラの温度変化しか測定していないため、連続生産数が多くなるとローラ温度は一定温度まで上昇して平衡に達しているが、ローラよりも熱容量の大きいローラを支持する構造部材が遅れて温度上昇し、それに伴いローラ位置が変化しても、その変化に対する補正が働かないという問題があった。
【０００９】
また、特許文献３の第２の方法は、金型の変位量および加工ローラの半径の変位を変位センサで計測し、その計測結果をもとにローラの軌道を補正するものである。しかし、ローラ先端形状が鋭角であったり先端のアール（Ｒ）が小さい場合、変位の測定誤差が大きいという問題があった。
【００１０】
また、特許文献３の第３の方法は、ローラに加わる力を計測用ロードセルで計測し、その計測値にもとづいてローラの軌跡データを自動補正し、補正された軌道で加工ローラを駆動する。しかし、ローラに加わる力は材料の変形抵抗のばらつきに影響されるため、補正誤差を生じやすいという問題があった。
【００１１】
さらには、特許文献３に記載されたスピニング加工方法では、補正量の算出を事前に実験より求めるとしているが、ローラおよび金型の熱膨張変化は平衡に達するまで時間を要するうえ季節や朝夕によって変化率が異なるため、適切な補正量を算出するには多大な事前実験が必要になり、多くの実験時間や実験費用が必要になるという問題があった。
【００１２】
この発明は、前記のような問題点を解決するためになされたものであり、ローラの熱膨張などに起因する製品形状の不具合を防止し、かつ低コストで高精度なスピニング加工が可能なスピニング加工装置を提供するものである。
【課題を解決するための手段】
【００１３】
この発明の第１のスピニング加工装置は、ワークを治具に搭載した状態で前記ワークを回転させる回転機構と、前記ワークの被加工部を内面と外面から挟み込んで前記被加工部を成形する成形用ローラ及び成形受け用ローラと、前記被加工部の形状を測定する光学式プロファイル測定器と、前記光学式プロファイル測定器の測定値を入力し、予め入力されている前記被加工部の寸法と前記両ローラ間の隙間の寸法の関係に基づいて、前記両ローラ間の隙間が前記被加工部の目標となる形状に対応する値になるように前記両ローラの軌道を補正し、前記補正した軌道で前記両ローラを駆動する制御部を備えたものである。
【００１４】
この発明の第２のスピニング加工装置は、ワークを治具に搭載した状態で前記ワークを回転させる回転機構と、前記ワークの被加工部を内面と外面から挟み込んで前記被加工部を成形する成形用ローラ及び成形受け用ローラと、前記両ローラの隙間を測定する透過式レーザセンサと、前記透過式レーザセンサにより測定された前記両ローラの隙間の測定値と、予め設定されている前記両ローラの隙間との差異に応じて前記両ローラの加工軌道を補正し、前記補正した加工軌道で前記両ローラを駆動する制御部を備えたものである。
【００１５】
この発明の第３のスピニング加工装置は、ワークを治具に搭載した状態で前記ワークを回転させる回転機構と、前記ワークの被加工部を内面と外面から挟み込んで前記被加工部を成形する成形用ローラ及び成形受け用ローラと、前記治具の位置を測定する光学式プロファイル測定器と、前記両ローラの位置を測定する透過式レーザセンサとを備え、前記測定した治具の位置と前記測定した両ローラの位置に基づいて前記治具及び前記両ローラの位置決めを行うものである。
【００１６】
この発明の第１のタンク鏡部の製造方法は、椀形状に成形されたワークを回転させながら前記ワークの内面から成形用ローラを押し当てて前記ワークの開口部周縁の直径を拡大する工程と、
前記ワークを回転させながら前記ワークの開口縁部を内面と外面から成形用ローラ及び成形受け用ローラで挟み込んで成形し、前記ワークの被加工部の形状を光学式プロファイル測定器で測定し、前記被加工部の寸法と前記両ローラ間の隙間の寸法の関係に基づいて、前記両ローラ間の隙間が前記被加工部の目標となる形状に対応する値になるように前記両ローラの軌道を補正し、前記補正した軌道で前記両ローラを駆動することにより、前記ワークの開口縁部にＬ字状継手又はＺ字状継手を成形する工程と、を備えたものである。
【００１７】
この発明の第１のタンク胴部の製造方法は、円筒形状に成形されたワークを回転させながら前記ワークの開口縁部を内面と外面から成形用ローラ及び成形受け用ローラで挟み込んで成形し、前記ワークの被加工部の形状を光学式プロファイル測定器で測定し、前記被加工部の寸法と前記両ローラ間の隙間の寸法の関係に基づいて、前記両ローラ間の隙間が前記被加工部の目標となる形状に対応する値になるように前記両ローラの軌道を補正し、前記補正した軌道で前記両ローラを駆動することにより、前記ワークの開口縁部にＺ字状継手又はＬ字状継手を成形する工程、を備えたものである。
【００１８】
この発明の第２のタンク鏡部の製造方法は、椀形状に成形されたワークを回転させながら前記ワークの内面から成形用ローラを押し当てて前記ワークの開口部周縁の直径を拡大する工程と、
前記ワークを回転させながら前記ワークの開口縁部を内面と外面から成形用ローラ及び成形受け用ローラで挟み込んで成形し、前記両ローラの隙間を透過式レーザセンサで測定し、前記透過式レーザセンサにより測定された前記両ローラの隙間の測定値と、予め設定されている前記両ローラの隙間との差異に応じて前記両ローラの加工軌道を補正し、前記補正した加工軌道で前記両ローラを駆動することにより前記ワークの開口縁部にＬ字状継手又はＺ字状継手を成形する工程と、を備えたものである。
【００１９】
この発明の第２のタンク胴部の製造方法は、円筒形状に成形されたワークを回転させながら前記ワークの開口縁部を内面と外面から成形用ローラ及び成形受け用ローラで挟み込んで成形し、前記両ローラの隙間を透過式レーザセンサで測定し、前記透過式レーザセンサにより測定された前記両ローラの隙間の測定値と、予め設定されている前記両ローラの隙間との差異に応じて前記両ローラの加工軌道を補正し、前記補正した加工軌道で前記両ローラを駆動することにより前記ワークの開口縁部にＺ字状継手又はＬ字状継手を成形する工程、を備えたものである。
【００２０】
この発明のタンクは、椀形状の鏡部の開口部と円筒形状の胴部の開口部とを接合したタンクであって、前記鏡部の開口部周縁には、その直径が拡大している直径拡大範囲を有し、前記直径拡大範囲の円筒断面の直径は前記直径拡大範囲に隣接する円筒断面の直径よりも０．５％〜１．３％大きいものである。
【発明の効果】
【００２１】
この発明の第１のスピニング加工装置によれば、被加工部の形状を光学的に直接測定した結果から両ローラの軌道を補正するようにしたので、ワークの製品寸法を高精度に補正することができる。また、ローラ軌道の変位に対する被加工部寸法の変化率のみ事前に把握しておけば、ローラの補正軌道を求めることができ、補正量を把握するための事前実験を簡略化できる効果がある。
【００２２】
この発明の第２のスピニング加工装置によれば、被加工部を挟む両ローラの隙間の直接測定結果から両ローラの軌道を補正するようにしたので、ワークの製品寸法を高精度に補正することができる。
【００２３】
この発明の第３のスピニング加工装置によれば、両ローラの位置決めを被接触で行うことができるので、両ローラを位置決め治具に接触する際に強く当てすぎるなどして生じる圧痕や作業者による位置決め誤差を防止できるという効果がある。
【００２４】
この発明のタンク鏡部及びタンク胴部の製造方法によれば、被加工部の形状を光学的に直接測定した結果又は被加工部を挟む両ローラの隙間の直接測定結果に基づき、両ローラの軌道を補正するようにしたので、ワークの製品寸法を高精度に補正することができる。
【００２５】
この発明のタンクによれば、鏡部と胴部の接合部周縁の真円度が向上し、寸法精度の良好なタンクを提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】実施の形態１によるスピニング加工装置を示す平面図である。
【図２】図１のスピニング加工装置にワークを装着した状態を示す平面図である。
【図３】図１のスピニング加工装置のローラユニットを示す側面図である。
【図４】実施の形態１によるワークの成形工程を示す全体概略図である。
【図５】実施の形態１によるスピニング加工装置の別構成例を示す側面図である。
【図６】実施の形態１によるワークの直径拡大加工の工程を説明するための断面図である。
【図７】実施の形態１によるワークの真円度と直径拡大率の関係を表すグラフである。
【図８】実施の形態１によるワークの直径拡大加工の詳細を説明するための図である。
【図９】実施の形態１によるワークの直径拡大加工における成形用ローラの座標を示す概略図である。
【図１０】実施の形態１によるワークのフランジ切断工程を説明するための断面図である。
【図１１】実施の形態１によるワークの継手成形工程を説明するための断面図である。
【図１２】実施の形態１によるワークの継手成形工程を説明するための拡大断面図である。
【図１３】実施の形態１によるワークの継手寸法とローラ隙間寸法の関係を示す図である。
【図１４】実施の形態１によるワークの継手成形工程を示すフローチャートである。
【図１５】実施の形態１の光学式プロファイル測定器による継手高さの測定原理を示す図である。
【図１６】実施の形態１の光学式プロファイル測定器による継手高さの測定を示す図である。
【図１７】実施の形態１の光学式プロファイル測定器の設置位置を示す図である。
【図１８】実施の形態２によるスピニング加工装置を示す平面図である。
【図１９】図１８のスピニング加工装置にワークを装着した状態を示す平面図である。
【図２０】図１８のスピニング加工装置の胴内治具及び把持治具の構成を示す図である。
【図２１】実施の形態２によるワークの成形工程を示す全体概略図である。
【図２２】実施の形態２によるワークの端部切断工程を示す部分断面図である。
【図２３】実施の形態２によるワークの継手成形工程を説明するための拡大断面図である。
【図２４】実施の形態２の光学式プロファイル測定器による継手幅及び継手高さの測定を示す図である。
【図２５】実施の形態２によるワークの継手成形工程を示すフローチャートである。
【図２６】実施の形態３による透過式レーザセンサのローラ間隔測定原理を示す概略図である。
【図２７】実施の形態３によるローラの軌道修正を示すフローチャートである。
【図２８】実施の形態３による透過式レーザセンサのローラ間隔測定原理を示す概略図である。
【図２９】実施の形態４による治具及びローラの位置決めを示すフローチャートである。
【図３０】実施の形態５によるタンクの鏡部と胴部の溶接を示す概略図である。
【図３１】実施の形態５によるタンクの概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
実施の形態１．
図１はこの発明の実施の形態１によるスピニング加工装置を示す平面図、図２は図１のスピニング加工装置にワークを装着した状態を示す平面図、図３は図１のスピニング加工装置のローラユニットを示す側面図である。
【００２８】
図１〜図３に示すように、実施の形態１によるスピニング加工装置２０１は、モータ２１３と、モータ２１３の回転力を伝達する回転主軸２０２と、回転主軸２０２に連結されると共にワーク３０１が装着される鏡内治具２０３を備えている。実施の形態１において加工されるワーク３０１は、例えば給湯器用タンクの鏡部である。このワーク３０１は、図４に示す成形工程を経て加工される。すなわち、例えば肉厚０．５〜１．０ｍｍ程度のステンレス材の平板を用意し（図４（ａ））、この平板を深絞り等のプレス成形によって椀形状に成形する（図４（ｂ））。椀形状の最外径はφ２００ｍｍ〜φ７００ｍｍ程度である。これらの寸法は給湯器用タンクの設計寸法によって決定される。図４（ｂ）で成形された椀形状のワークは、図４（ｃ）の直径拡大加工、図４（ｄ）のフランジ切断、図４（ｅ）の継手成形の工程を経る。図４（ｃ）〜図４（ｅ）の工程は、本実施の形態１のスピニング加工装置２０１により成形される工程である。
【００２９】
スピニング加工装置２０１において、鏡内治具２０３は加工されるワーク３０１に少なくとも一部が内接するような形状をしている。鏡内治具２０３に対向する位置には、ワーク３０１の外面側を押し込むための芯押し治具２０４が配置され、この芯押し治具２０４は芯押し軸２１２に接続されている。芯押し軸２１２は回転主軸２０２と同軸で回転できるとともにシリンダ２０７により軸方向にも移動可能となっている。加工されるワーク３０１は、芯押し治具２０４によって鏡内治具２０３に押し込まれ、ワーク３０１の加工が完了した後に芯押し治具２０４が後退することで開放される。
【００３０】
なお、特許請求の範囲における「ワークを治具に搭載した状態で前記ワークを回転させる回転機構」は、実施の形態１においては、モータ２１３、回転主軸２０２、鏡内治具２０３、芯押し治具２０４、芯押し軸２１２、シリンダ２０７を示している。
【００３１】
また、スピニング加工装置２０１は、ローラユニット４０４ａ、４０４ｂを備えている。ローラユニット４０４ａは、支持アーム２１１ａを介してワーク３０１の内面側よりワーク３０１を加工する成形用ローラ２０５と、支持アーム２１１ａを介してワーク３０１の内面側よりワーク３０１を加工する切断用ローラ４０１とを備えている。なお、切断用ローラ４０１とその支持アーム２１１ａは、成形用ローラ２０５と支持アーム２１１ａの下方に配置されているので図１及び図２の平面図では表示されない。ローラユニット４０４ｂは、支持アーム２１１ｂを介してワーク３０１の外面側よりワーク３０１に接する成形受け用ローラ２０６と、支持アーム２１１ｂを介してワーク３０１の外面側よりワーク３０１に接する切断用受けローラ４０２を備えている。なお、切断用受けローラ４０２とその支持アーム２１１ｂは、成形受け用ローラ２０６とその支持アーム２１１ｂの下方に配置されているので図１及び図２の平面図では表示されない。
【００３２】
図３はローラユニット４０４ａをスピニング加工装置の側面方向から視た図である。ローラユニット４０４ａの高さ方向（Ｚ方向）に２段に設置された成形用ローラ２０５及び切断用ローラ４０１は、駆動用リニアモータ４０３ａにより上下方向に移動する。図３（ａ）は成形用ローラ２０５が加工高さに位置された状態を示し、このとき成形用ローラ２０５によりワーク３０１の加工が行われる。図３（ｂ）は切断用ローラ４０１が加工高さに位置された状態を示し、このとき切断用ローラ４０１によりワーク３０１の加工が行われる。なお、５０１はスピニング加工装置２０１の土台を示している。
【００３３】
図１〜図３に示すように、ローラユニット４０４ａは、駆動用サーボモータ２１０ａによりレール２０９ａに沿ってスピニング加工装置の土台５０１上を水平方向（ＸＹ方向）に移動する。同じく、ローラユニット４０４ｂは、駆動用サーボモータ２１０ｂによりレール２０９ｂに沿ってスピニング加工装置の土台５０１上を水平方向（ＸＹ方向）に移動する。
【００３４】
図１〜図３のスピニング加工装置２０１では、回転主軸２０２が地面と平行な構成となっているが、これに限定される必要は無く、回転主軸２０２が地面と鉛直方向に設置されてもかまわない。また、図１〜図３では、ローラユニットの成形用ローラ２０５と切断用ローラ４０１は高さ方向（Ｚ方向）に加工位置が切り替えられるようになっているが、各ローラの配置はこの構成に限定されるものではない。例えば、図５に示すように、スピニング加工装置２０１の回転主軸２０２を鉛直方向とし、同じく鉛直方向に装着したワーク３０１を加工できるように、ローラユニット４０４ａ、４０４ｂの成形用ローラ２０５、成形受け用ローラ２０６を配置してもよい。
【００３５】
なお、図１及び図２において、制御部２０８は、スピニング加工装置２０１全体の駆動制御を行うものであり、モータ２１３の回転制御、シリンダ２０７の駆動制御、成形用ローラ２０５及び成形受け用ローラ２０６の駆動制御、切断用ローラ４０１及び切断受け用ローラ４０２の駆動制御、ローラユニット４０４ａの駆動用サーボモータ２１０ａの駆動制御、ローラユニット４０４ｂの駆動用サーボモータ２１０ｂの駆動制御を行うものである。また、光学式プロファイル測定器１００は、後述するようにワーク３０１の継手形状を測定するものであり、その測定結果は制御部２０８に入力される。
【００３６】
次に、実施の形態１のスピニング加工装置によるワークの成形工程を説明する。
まず、第１の工程は、図２に示すように、スピニング加工装置２０１の鏡内治具２０３にワーク３０１を装着すると共にワーク３０１を芯押し治具２０４で所定の荷重で押し付けることよってワークを固定する工程である。これはワーク３０１が鏡内治具２０３や芯押し治具２０４との間で空転することを防止するためである。
【００３７】
第２の工程は、図４（ｃ）に示したワークの直径拡大加工の工程である。
図６は、ワークの直径拡大加工の工程を説明するためのワーク付近を示す断面図である。図６に示すように、給湯器用タンクの鏡部であるワーク３０１をモータの回転主軸２０２周りに回転させながら成形用ローラ２０５を用いてワーク３０１の開口部周縁を半径方向外側に押し広げ、ワーク３０１の開口部周縁の直径が拡大するように塑性加工する。この塑性加工によって、以下に説明する理由によりワーク３０１の開口部周縁の真円度を向上することができるとともに、給湯器用タンクとして組み立てる際の相手方すなわち給湯器用タンクの胴部との直径差を修正することができる。
【００３８】
図７はワークの真円度の直径比と直径拡大率（塑性加工量）の関係を表すグラフであり、図８はワークの直径拡大加工から継手成形後までの工程におけるワーク（給湯器用タンクの鏡部）の形状を説明するための図である。ここで、図８（ａ）は絞り成形後のワーク３０１の形状、図８（ｂ）は直径拡大加工後のワーク３０１の形状、図８（ｃ）は絞りフランジ切断後のワーク３０１の形状、図８（ｄ）は継手成形後のワーク３０１の形状をそれぞれ示している。
図７の縦軸の真円度の直径比は、ワークの開口縁部に外接及び内接する最大及び最小の２つの同心円の直径の比率を示す。図７の横軸の直径拡大率は、絞り成形後のワーク開口縁部の直径Ｄ０と直径拡大・継手成形後のワーク開口縁部の直径Ｄ１の比率を示し、｛（Ｄ１−Ｄ０）／Ｄ０｝×１００（％）で表される。
図７に示すように、ワークの開口縁部の真円度の直径比と直径拡大率（塑性加工量）には略線形関係が成り立ち、組立工程で求められる真円度と貯湯量等の設計で求められる給湯器用タンクの直径とを勘案して直径拡大率（塑性加工量）が決められる。直径拡大率（塑性加工量）が小さ過ぎるとワーク３０１の円周で加工ムラが発生し、直径拡大率（塑性加工量）が大き過ぎると次工程で絞りフランジを切断した後にワーク３０１の開口縁部に反りが発生するなどの問題があるため、φ２００ｍｍ〜φ７００ｍｍの給湯器用タンクの鏡部に対しては、塑性加工前後でワーク開口縁部の直径が元直径よりも０．５〜１．３％程度大きくすることが望ましい。
【００３９】
次に、ワークの直径拡大範囲について説明する。直径を拡大する範囲すなわち成形用ローラ２０５がワーク（鏡部）３０１の内周を径方向に押し広げて塑性加工を施す範囲は、図８（ｂ）に示すようにワーク（鏡部）３０１の絞りフランジ端部からワーク（鏡部）３０１の天頂方向に約１０ｍｍより天頂側であって、約３０ｍｍよりフランジ側の範囲であることが望ましい。特にワーク３０１のフランジの曲げＲ（アール）部近傍は、ワーク（鏡部）３０１の絞り成形時に大きな塑性変形を受けて加工硬化しているとともに、ワーク素材の圧延方向に起因する変形抵抗の異方性の影響により、直径拡大範囲が当該絞りフランジの曲げＲ（アール）部に重なるとワークの直径変化量がワーク円周で均等にならなくなる。
【００４０】
次に、図９により、ワークの直径拡大加工における成形用ローラ２０５の軌道制御について説明する。
図９（ａ）はワーク（鏡部）と成形用ローラの座標系を示す概略図である。図９（ｂ）は図９（ａ）のＱ部拡大断面図であり成形用ローラの直径拡大加工の標準軌道の座標設定、図９（ｃ）は同じく図９（ａ）のＱ部拡大断面図でありワークの直径を標準軌道より変更する場合の成形用ローラの軌道と座標設定を示している。
ワークの直径拡大加工の工程において、成形用ローラ２０５は、図９（ｂ）（ｃ）に示すような軌道に沿って動作し、ワーク（鏡部）３０１を半径方向外側へ押し広げることで、ワーク（鏡部）３０１の開口部周縁の直径を拡大する。成形用ローラ２０５の軌道は、ワーク（鏡部）３０１の半径方向をＸ軸座標、ワーク（鏡部）３０１の回転軸方向をＺ軸座標として、成形用ローラ２０５の待機位置から加工動作に至る工程、さらに加工完了後に待機位置に戻るまでの工程を、複数の通過点の座標点と、座標点間の移動速度およびその間のワーク（鏡部）３０１の回転速度を与えることにより制御しており、成形用ローラ２０５は通過点に沿って直線補間で動作する。
なお、直径拡大率を変更する場合は、図９（ｂ）に示すように前記座標点のうち加工軌道のＸ軸座標の値のみを一定量だけオフセットする。
【００４１】
第３の工程は、図４（ｄ）に示したワークのフランジ切断の工程である。
この工程は、ワーク３０１の絞り工程で発生したフランジ（絞りフランジと呼ぶ）を所定の位置で切断する工程である。絞りフランジの切断位置は、ワーク（鏡部）３０１の深さ及び第４の工程で成形する継手の高さの設計値により決められるが、第４の工程の継手成形後に、第２の工程で加工した直径拡大範囲が１０ｍｍ程度残ることが望ましい。
絞りフランジの切断工程は、図１０に示すように、切断受け用ローラ４０２をワーク３０１の外周面の所定の位置に配置するとともに、モータの回転主軸２０２によりワーク３０１を回転させながら、切断用ローラ４０１をワーク３０１の内周面より半径方向外向きに所定の軌道で動かすことにより行われる。このとき、切断受け用ローラ４０２と切断用ローラ４０１の間にワーク３０１が挟まれ、ワーク３０１がせん断加工される。絞りフランジ切断後のワーク３０１は、絞り成形時の残留応力が開放される影響で、ワーク開口縁部が内すぼみになったり、ラッパ状になったりすることがある。ワーク開口縁部が内すぼみやラッパ状になると、第４の工程の継手成形において継手形状が所定の形状に成形できなかったり、継手の周溶接時に突合せ不良となり溶接不良となるなどの問題があった。しかしながら、前記のように第２の工程でワーク開口周縁部に適切な量の塑性加工（直径拡大加工）を施すとともに、第３の工程で絞りフランジを適切な位置で切り離すことにより、絞りフランジを切断した後もワーク開口部が回転軸に対して略平行となるように成形でき、ワークの成形不良や溶接不良を低減することができる。
【００４２】
第４の工程は、図４（ｅ）に示したワークの継手成形の工程である。
ワークの継手成形工程では、図１１に示すように、ワーク（鏡部）３０１の開口側端部より距離Ａだけワーク頂部側の外周面に接するように成形受け用ローラ２０６を配置する。そして、モータの回転主軸２０２によりワーク３０１を回転させながら成形用ローラ２０５を成形受け用ローラ２０６との隙間Ｓが所定の距離になる位置で、ワーク３０１の内面より成形用ローラ２０５を半径方向外側に移動させる。その結果、図１２のワークの継手成形の拡大図に示すように、ワーク３０１の開口縁部にＬ字状の継手３０１Ａを成形することができる。なお、隙間Ｓは例えばワーク板厚の３０〜５０％程度である。このとき、後で説明するように、ワーク３０１の継手高さを光学式プロファイル測定器１００によって測定する。そして、この測定結果を基に成形用ローラ２０５の軌道を補正することで、寸法ばらつきの小さい継手成形が可能となる。給湯器用タンクの継手の突合せ溶接構造においては、突合される板同士に板厚方向の位置ズレが生じると、溶接時に溶融池が溶け落ちてしまい溶接できなかったり、溶接後に段差が生じて応力集中部となり疲労強度が低下する問題があった。しかしながら、下記に説明する本実施の形態の継手成形のローラ軌道補正方法によれば、継手寸法のばらつきを小さく抑えることができ、溶接不良を低減できる顕著な効果がある。
【００４３】
ここで、実施の形態１によるワークの継手成形のローラ軌道補正方法について説明する。前述したように、成形受け用ローラ２０６は、図１１に示すようにワーク（鏡部）３０１の開口側端部より距離Ａだけ頂部側に位置せしめられる。一方、成形用ローラ２０５は、成形受け用ローラ２０６に対する隙間Ｓを一定に保ちながら半径方向外側へ向かって動作する。したがって、最初は、成形受け用ローラ２０６より回転軸方向に所定の長さ突き出しているワーク開口端部は、成形用ローラ２０５により半径方向外側に折り曲げるように成形される。このとき、成形用ローラ２０５と成形受け用ローラ２０６の隙間Ｓをワークの板厚よりも狭く設定すると、しごき加工が加わることでワークの板厚が圧縮され成形後のＬ字状の継手３０１Ａの高さが高くなる。また、連続加工により加工数が非常に多い場合、加工熱の蓄積により成形用ローラ２０５、成形受け用ローラ２０６、及びローラを支持する支持アーム２１１ａ、ｂ等が熱膨張し、その結果、成形用ローラ２０５と成形受け用ローラ２０６の隙間Ｓが狭くなりＬ字状の継手３０１Ａの高さが高くなってしまう。
【００４４】
ここで、図１３は継手寸法とローラ隙間寸法の関係を示す図である。図１３において、継手の基準高さ（任意に定めた設定値）をＨ０、光学式プロファイル測定器による継手の高さの測定値をＨとすると、継手の基準高さからの増減率は｛（Ｈ−Ｈ０）／Ｈ０｝×１００（％）となり、これを図１３の縦軸とする。一方、ローラ間の隙間の設定値をＳ、ワーク材料の板厚をＴとすると、隙間寸法／板厚はＳ／Ｔ×１００（％）となり、これを図１３の横軸とする。そして、図１３の縦軸をＹ軸、横軸をＸ軸とすると、各ワーク材料に対して近似式がＹ＝ＡＸ＋Ｂ：（Ａ＜０、Ｂ＞０）が成り立つ。すなわち、各ワーク材料に関してＬ字状継手寸法とローラ隙間寸法の間には線形関係が成り立つ。
そして、各ワーク材料に対するＬ字状継手寸法とローラ隙間寸法の関係（図１３の近似式：Ｙ＝ＡＸ＋Ｂ）を、あらかじめスピニング加工装置の制御部２０８に入力しておく。そして、光学式プロファイル測定器１００により測定された継手の高さＨを、スピニング加工装置の制御部２０８に入力する。スピニング加工装置の制御部２０８は、測定された継手の高さＨが入力されると図１３の縦軸（Ｙ軸）の継手の基準高さからの増減率が決まり、この増減率に対して前記近似式のＳ／Ｔ（隙間寸法／板厚）が決まり、測定された継手高さＨに対応するローラ間の隙間Ｓが求まる。そして、スピニング加工装置の制御部２０８は、前記求まったローラ間の隙間Ｓが目標となる継手高さに対応するローラ間の隙間になるように成形用ローラ２０５と成形受け用ローラ２０６の位置を補正する。
【００４５】
図１４は、実施の形態１によるワークの継手成形工程を示すフローチャートである。図１４のフローチャートは、予成形と仕上げ成形の２段階の成形工程を備える。
図１４において、まず、ワークの継手成形の予成形を実施する（ステップＳ０１）。予成形では、スピニング加工装置２０１の成形用ローラ２０５及び成形受け用ローラ２０６をあらかじめ設定された軌道で駆動し、ワーク３０１のＬ字状の継手３０１Ａを成形する。この予成形工程は、本成形工程の前に予めスピニング加工装置によるワーク３０１のＬ字状継手３０１Ａの加工具合を確かめるための予備的工程である。
次に、ステップＳ０２により、予成形工程で成形されたＬ字状の継手３０１Ａの継手高さＨを光学式プロファイル測定器１００により測定する。
次に、ステップＳ０３により、スピニング加工装置の制御部２０８において、前述のように光学式プロファイル測定器１００で測定された継手高さＨに対応する成形用ローラ２０５と成形受け用ローラ２０６間の隙間Ｓを求める。
次に、ステップＳ０４により、スピニング加工装置の制御部２０８は、ステップＳ０３で求めたローラ間の隙間Ｓが目標となる継手高さに対応するローラ間の隙間になるように成形用ローラ２０５と成形受け用ローラ２０６の加工軌道を修正する。
そして、ステップＳ０５により、ワークの継手成形の仕上げ成形を実施する。仕上げ成形では、スピニング加工装置２０１の成形用ローラ２０５及び成形受け用ローラ２０６をステップＳ０４で修正した軌道で駆動し、ワーク３０１のＬ字状の継手３０１Ａを本成形する。
ステップＳ０６では、ステップＳ０５の仕上げ成形の回数をカウントし、成形回数Ｎが所定の回数Ｎｋに達すれば、ステップＳ０２に戻り継手高さを測定し、隙間Ｓの算出（ステップＳ０３）、ローラ軌道の決定（ステップＳ０４）、仕上げ成形（ステップＳ０５）を実施する。ステップＳ０６で仕上げ成形の回数Ｎが所定数Ｎｚになれば、ワークの継手成形を終了する。
【００４６】
次に、実施の形態１による光学式プロファイル測定器１００による継手高さの測定方法について説明する。図１５は光学式プロファイル測定器１００による継手高さの測定原理を示す図である。図１５に示すように、光学式プロファイル測定器１００は、光源１０１と、レンズ１０２及び受光素子１０３からなる受光部１０４で構成されている。光源１０１からの光を測定対象物体が散乱光として反射し、その反射光を受光部１０４のレンズ１０２を通して受光素子１０３に結像し、結像位置を検出することで対象物体との距離Ｌを測定するものである。
図１６（ａ）に示すように、光学式プロファイル測定器１００の光源１０１と受光部１０４を、ワーク３０１のＬ字状継手３０１Ａの立上げ方向に設置する。そして、光源１０１から例えば帯状に照射されるレーザ光が、ワーク３０１のＬ字状継手３０１Ａを通過すると、図１６（ｂ）の測定結果によりＬ字状継手３０１Ａの立上げ高さｈを測定できる。
図１７は光学式プロファイル測定器１００の設置位置を示すものであり、ワーク３０１の回転方向に関して成形用ローラ２０５の通過後に設置することが望ましいが、必ずしもこの位置に限定されるものではない。Ｌ字状継手３０１Ａの高さ寸法はワークの円周でバラツキがあるので、光学式プロファイル測定器１００はワーク３０１の回転数に応じて適当な時間間隔で継手高さを測定することで円周の複数個所で測定し平均化して算出する。
【００４７】
なお、継手高さを測定するために誘電式変位センサなどを用いる場合、継手の成形位置がずれると正確な継手高さを測定することが困難だが、光学式プロファイル測定器１００はある程度の照射範囲を有するので照射範囲であれば継手の成形位置がずれても継手寸法を正確に測定できるという効果がある。
【００４８】
以上のように、この発明の実施の形態１によれば、被加工部の形状を光学的に直接測定した結果から両ローラの軌道を補正するようにしたので、ワークの製品寸法を高精度に補正することができる。また、ローラ軌道の変位に対する被加工部寸法の変化率のみ事前に把握しておけば、ローラの補正軌道を求めることができ、補正量を把握するための事前実験を簡略化できる効果がある。
【００４９】
また、従来提案されているローラ温度やローラの変位あるいは負荷荷重からワーク形状の変化量を推定し、成形補正量を推定するよりも補正精度が高いという効果がある。
【００５０】
実施の形態２．
図１８はこの発明の実施の形態２によるスピニング加工装置を示す平面図、図１９は図１８のスピニング加工装置にワークを装着した状態を示す平面図、図２０は図１８のスピニング加工装置の把持部の構成を示す概略図である。
【００５１】
図１８〜図１９に示すように、実施の形態１によるスピニング加工装置２０１は、モータ２１３と、モータ２１３の回転力を伝達する回転主軸２０２と、回転主軸２０２に連結される胴内治具７０３と把持治具７０４を備えている。実施の形態２において加工されるワーク６０１は、例えば給湯器用タンクの胴部である。ワーク６０１（給湯器用タンクの胴部）は、図２１に示す成形工程を経て加工される。すなわち、例えば肉厚０．５〜１．０ｍｍ程度のステンレス材の平板を用意し（図２１（ａ））、この平板をロール曲げ成形する（図２１（ｂ））。そして、ロール曲げ成形した後に向かい合う二辺を溶接することにより円筒形状を形成する（図２１（ｃ））。円筒形状の最外径はφ２００〜φ７００ｍｍ程度である。これらの寸法は給湯器用タンクの設計寸法によって決定される。その後、図２１（ｂ）で成形された円筒形状のワークは、図２１（ｄ）のワークの端部切断工程、図２１（ｅ）のワークの継手成形工程を経る。なお、図２１（ｆ）はワークの継手断面の拡大図である。図２１（ｄ）〜図４（ｅ）の工程が、本実施の形態１のスピニング加工装置２０１により成形される工程である。
【００５２】
図２０はワークの胴内治具及び把持治具の構成を説明する概略図である。胴内治具７０３は、回転主軸２０２ａに連結され、その外周部はワーク６０１（給湯器用タンクの胴部）の内周にほぼ内接する。把持治具７０４は、ワーク６０１の内周面に接する扇状の把持ブロック９０１と、把持ブロック９０１を支持する支持部９０２と、支持部９０２の端部に設置された楔状の被駆動部９０３を有している。把持治具７０４の支持部９０２は胴内治具７０３のレール７０３ａに沿ってワーク半径方向に移動可能である。回転主軸２０２ｂには円錐状の駆動部９０４が連結され、この駆動部９０４が回転主軸２０２ｂにより図２０（ａ）の矢印Ｒ１方向に移動すると、把持治具７０４の被駆動部９０３が図２０（ｂ）の矢印Ｒ２方向に移動し、その結果、把持ブロック９０１がワーク６０１の内周面を押して把持する。図２０では、把持ブロック９０１が４個の例が描かれているが、４個に限定されるものではない。把持治具７０４はワーク６０１に対して回転主軸２０２ｂからの回転力を伝えるとともに、成形中に生じるワーク６０１の軸方向の変位を拘束する機能を有する。
【００５３】
図１８及び図１９に戻って、７０５はワーク６０１の他端に接する胴芯押し治具であって、回転主軸２０２と同軸で回転できるとともに、シリンダ２０７及び芯押し軸２１２により軸方向にも可動となっている。胴芯押し治具７０５はワーク６０１を胴内治具７０３に挿入する際に、端面ストッパ７０６にワーク６０１を押し当てて軸方向の位置決めをするとともに、成形加工中はワーク６０１と共に回転しワーク６０１の加工されない側の端部が振れるのを抑制する機能を有する。なお、端面ストッパ７０６は、把持治具７０４によってワーク６０１の位置が拘束された後に、成形加工の妨げとならない位置まで後退する。
【００５４】
なお、特許請求の範囲における「ワークを治具に搭載した状態で前記ワークを回転させる回転機構」は、実施の形態２においては、モータ２１３、回転主軸２０２、胴内治具７０３、把持治具７０４、胴芯押し治具７０５、芯押し軸２１２、シリンダ２０７を示している。
【００５５】
また、図１８及び図１９に示すように、スピニング加工装置２０１は、ローラユニット４０４ａ及び４０４ｂを備えており、このローラユニット４０４ａ及び４０４ｂは、実施の形態１と同様の構成をしている。ただし、実施の形態１と異なるのは、ローラユニット４０４ａには成形用ローラ２０５の代わりにワーク６０１の内面側よりワーク６０１を加工する胴成形用ローラ８０１が、ローラユニット４０４ｂには成形受け用ローラ２０６の代わりにワーク６０１の外面側よりワーク６０１に接する胴成形受け用ローラ８０２が装着されている点である。
【００５６】
なお、特許請求の範囲における「ワークの被加工部を内面と外面から挟み込んで被加工部を成形する成形用ローラ及び成形受け用ローラ」は、実施の形態２においては、胴成形用ローラ８０１及び胴成形受け用ローラ８０２を示している。
【００５７】
次に、実施の形態２のスピニング加工装置によるワークの成形工程を説明する。
まず第１の工程は、図１８及び図１９に示すように、ワーク６０１を胴内治具７０３と把持治具７０４に挿入するとともに、端面ストッパ７０６と胴芯押し治具７０５によって軸方向の位置決めを行い、さらに把持治具７０４でワーク６０１を把持する。
【００５８】
第２の工程は、図２１（ｄ）に示したワークの端面より所定の長さを切断する端部切断工程である。ワーク６０１の端部の切断は、図２２に示すように、切断用受けローラ４０２をワーク６０１外面の所定の位置に配置するとともに、ワーク６０１を回転させながら、切断用ローラ４０１をワーク６０１内面より半径方向外向きに所定の軌道で動かすことにより、切断用受けローラ４０２と切断用ローラ４０１の間にワーク６０１が挟まれ、所定の位置でせん断加工される。
【００５９】
第３の工程は、図２１（ｅ）（ｆ）で示したワークのＺ字状の継手成形工程である。図２３に示すように、ワーク６０１の開口端部より所定の長さだけ他端側の外面に接するように胴成形受け用ローラ８０２を配置する。そして、ワーク６０１を回転させながら胴成形用ローラ８０１をワーク６０１の内面側より所定の軌道で胴成形受け用ローラ８０２に向けて移動させて、ワーク６０１の端部を胴成形受け用ローラ８０２に押し付けることによりワーク６０１の開口端部にＺ字状の継手を成形する。胴成形受け用ローラ８０２には所定の形状の段差部８０２ａを有しており、ワーク６０１はこの段差部８０２ａに沿ってＺ字状に成形される。
【００６０】
このとき、光学式プロファイル測定器１００によってワーク６０１のＺ字状の継手の寸法を測定する。そして、この測定結果に基づいて、後で説明するように胴成形用ローラ８０１の軌道を補正することで、寸法ばらつきの小さい継手成形が可能となる。スピニング加工装置により複数のワーク６０１を連続的に加工する場合、加工数が多くなったり加工時間が長くなると、加工熱の蓄積によりローラやローラを支持するアームなどが熱膨張して、胴成形用ローラ８０１と胴成形受け用ローラ８０２の隙間が狭くなり結果として継手の寸法が変化してしまうという問題があった。ワークの継手寸法が変わると、後の工程でワークを周溶接する際に、溶接で溶融される材料が増減したり、溶接トーチの狙い位置が変化してしまうために、溶融池が溶け落ちて溶接できなかったり、溶接後に段差が生じて応力集中部となり疲労強度が低下する問題があった。しかしながら、下記に説明する本実施の形態の継手成形のローラ軌道補正方法によれば、継手寸法ばらつきを小さく抑えることができるので、溶接不良を低減できる顕著な効果がある。
【００６１】
ここで、実施の形態２によるワークの継手成形のローラ軌道補正方法について説明する。前述したように、胴成形受け用ローラ８０２は、図２３に示すようにワーク６０１（給湯器用タンクの胴部）の開口端部より所定の長さだけ他端側に位置せしめられる。一方、胴成形用ローラ８０１はワーク６０１の内周側の所定の位置より、胴成形受け用ローラ８０２に向かって所定の軌道で動作する。したがって、最初は胴成形受け用ローラ８０２より所定の長さ突き出しているワーク６０１は、胴成形用ローラ８０１で半径方向外側に折り曲げられつつ、胴成形受け用ローラ８０２の段差部８０２ａに押し付けられてＺ字形状に成形される。
【００６２】
このとき、胴成形用ローラ８０１と胴成形受け用ローラ８０２の隙間をワーク６０１の板厚よりも狭く設定すると、しごき加工が加わることでワーク６０１の板厚が圧縮され成形後の継手寸法が変化する。また、複数のワークの連続加工で加工数が多い場合、加工熱の蓄積によりローラやローラを支持するアームなどが熱膨張し成形用ローラと成形受け用ローラの隙間が狭くなり結果として継手外形寸法が変化してしまう。
【００６３】
そこで、図２４に示すように、光学式プロファイル測定器１００により、ワーク６０１のＺ字状継手６０１Ａの形状を測定する。ここで、Ｚ字状継手６０１Ａの寸法とローラ間隙間の寸法には、実施の形態１と同様に、線形関係があることがわかった。すなわち、ワーク６０１のＺ字状継手６０１Ａの継手幅（ワーク軸方向の長さ）及び継手高さ（ワーク半径方向の高さ）と、胴成形用ローラ８０１と胴成形受け用ローラ８０２との隙間寸法には線形関係が成り立つ。
そして、各ワーク材料に対するＺ字状継手寸法とローラ隙間寸法の関係を、あらかじめスピニング加工装置の制御部２０８に入力しておく。そして、光学式プロファイル測定器１００により測定されたＺ字状継手６０１Ａの継手幅及び継手高さを、スピニング加工装置の制御部２０８に入力する。スピニング加工装置の制御部２０８は、測定された継手の幅及び継手の高さが入力されると、測定された継手幅及び継手の高さに対応するローラ間の隙間Ｓが求まる。そして、スピニング加工装置の制御部２０８は、前記求まった隙間Ｓが目標となる継手幅及び継手の高さに対応するローラ間の隙間になるように胴成形用ローラ８０１と胴成形受け用ローラ８０２の軌道を補正する。
【００６４】
図２５は、実施の形態２のスピニング加工装置によるワークのＺ字状継手の成形工程を示すフローチャートである。図２５のフローチャートは、予成形と仕上げ成形の２段階の成形工程を備える。
図２５において、まず、ワークの継手成形の予成形を実施する（ステップＳ１１）。予成形では、スピニング加工装置２０１の胴成形用ローラ８０１及び胴成形受け用ローラ８０２をあらかじめ設定された軌道で駆動し、ワーク６０１のＺ字状継手６０１Ａを成形する。この予成形は、本成形の前に予めスピニング加工装置によるワーク６０１のＺ字状継手６０１Ａの加工具合を確かめるための予備的工程である。
次に、ステップＳ１２により、予成形工程で成形されたＺ字状継手６０１Ａの継手幅及び継手高さを光学式プロファイル測定器１００により測定する。
次に、ステップＳ１３により、スピニング加工装置の制御部２０８において、胴成形用ローラ８０１と胴成形受け用ローラ８０２間の隙間Ｓを求める。
次に、ステップＳ１４により、スピニング加工装置の制御部２０８は、前記求まった隙間Ｓが目標となる継手幅及び継手の高さに対応するローラ間の隙間になるように胴成形用ローラ８０１と胴成形受け用ローラ８０２の加工軌道を補正する。
そして、ステップＳ１５により、ワークの継手成形の仕上げ成形を実施する。仕上げ成形では、スピニング加工装置２０１の胴成形用ローラ８０１及び胴成形受け用ローラ８０２をステップＳ１４で補正した軌道で駆動し、ワーク６０１のＺ字状継手６０１Ａを本成形する。
ステップＳ１６では、ステップＳ１５の仕上げ成形の回数をカウントし、成形回数Ｎが所定の回数Ｎｋに達すれば、ステップＳ１２に戻り継手幅及び継手高さを測定し、隙間Ｓの算出（ステップＳ１３）、ローラ軌道の決定（ステップＳ１４）、仕上げ成形（ステップＳ１５）を実施する。ステップＳ１６で仕上げ成形の回数Ｎが所定数Ｎｚになれば、ワークの継手成形を終了する。
【００６５】
従来、ローラ温度や加工荷重からローラの熱膨張量を予測し、そこから更に補正量を求める場合に比べて、実施の形態２による補正方法は、被加工部の寸法より直接補正値を求めるので、補正精度が高く成形品の寸法ばらつきを抑制できるという顕著な効果がある。
【００６６】
次に、実施の形態２による光学式プロファイル測定器１００による継手寸法の測定方法について説明する。光学式プロファイル測定器１００の構成は実施の形態１と同じであるので説明を省略する。図２４に示すように、光学式プロファイル測定器１００では、例えば光源として帯状にレーザ光を照射するものを使用すると、照射範囲における対象物との距離を測定することができるので、Ｚ字状継手６０１Ａのようなワークの軸方向及び半径方向に寸法を有する継手形状の測定、すなわちＺ字状継手６０１Ａの継手幅及び継手高さの測定が可能であり、継手幅方向と継手高さ方向の寸法ばらつきを同時に検出することができるという効果がある。また、成形位置がずれても継手寸法を正確に測定できるという効果がある。
【００６７】
光学式プロファイル測定器１００は実施の形態１の場合と同様に、ワーク６０１の回転方向に対してローラ通過後に設置することが望ましいが、必ずしも限定されるものではない。継手寸法はワーク円周でばらつきがあるので、光学式プロファイル測定器１００はワークの回転数に応じて適当な時間間隔で継手寸法を測定することで周内の複数個所を測定し平均化して補正量を算出する。
【００６８】
以上のように、この発明の実施の形態２によれば、被加工部の形状を光学的に直接測定した結果から両ローラの軌道を補正するようにしたので、ワークの製品寸法を高精度に補正することができる。また、ローラ軌道の変位に対する被加工部寸法の変化率のみ事前に把握しておけば、ローラの補正軌道を求めることができ、補正量を把握するための事前実験を簡略化できる効果がある。
【００６９】
また、実施の形態１ではタンクの鏡部にＬ字状継手を、実施の形態２ではタンクの胴部にＺ字状継手を成形する例を上げて説明したが、タンクの鏡部にＺ字状継手を成形する場合や、タンクの胴部にＬ字状継手を成形する場合についても同様に適用することができる。
【００７０】
実施の形態３．
この発明の実施の形態３は、成形用ローラ及び成形受け用ローラの隙間を透過式レーザセンサで測定し、この透過式レーザセンサにより測定された両ローラの隙間の測定値と、予め設定されている両ローラの隙間との差異に基づき両ローラの加工軌道を補正し、この補正した加工軌道で両ローラを駆動するものである。
【００７１】
この実施の形態３は、実施の形態１のワークの継手成形及び実施の形態２のワークの継手成形のどちらにも適用することができる。ここで説明する、成形用ローラ及び成形受け用ローラは、実施の形態１では成形用ローラ２０５及び成形受け用ローラ２０６に対応し、実施の形態２では胴成形用ローラ８０１及び胴成形受け用ローラ８０２に対応する。なお、以下の説明では、実施の形態１の成形用ローラ２０５及び成形受け用ローラ２０６を使用した場合について説明するが、実施の形態２の胴成形用ローラ８０１及び胴成形受け用ローラ８０２を使用した場合も同様である。
【００７２】
図２６に示すように、透過式レーザセンサ１０００は、発光部１００１と受光部１００２とで構成され、発光部１００１から受光部１００２に向けて帯状にレーザ光が照射されている。透過式レーザセンサ１０００の発光部１００１と受光部１００２は、帯状に照射されるレーザ光が成形用ローラ２０５及び成形受け用ローラ２０６の間隔がもっとも狭くなる位置の近傍を通過するように設置される。レーザ光の一部を成形用ローラ２０５及び成形受け用ローラ２０６が遮ることによって、受光部１００２の受光範囲および光量が変化し、両ローラ間隔を検出することができる。
【００７３】
図２７は、実施の形態３によるローラの軌道修正を示すフローチャートである。
図２７において、まず、ステップＳ２１により、ワークを取り除いた状態で、成形用ローラ２０５及び成形受け用ローラ２０６を予め設定された加工軌道で駆動する。
そして、ステップＳ２２において、透過式レーザセンサ１０００により成形用ローラ２０５及び成形受け用ローラ２０６間の隙間Ｓを測定する。
次に、ステップＳ２３により、スピニング加工装置の制御部２０８において、ステップＳ２２により測定した両ローラ２０５及び２０６間の隙間Ｓと、予め設定されている両ローラ間の隙間との差異に応じて、両ローラ２０５及び２０６の加工軌道を修正する。
そして、ステップＳ２４により、ワークの継手成形を実施する。この成形では、成形用ローラ２０５及び成形受け用ローラ２０６をステップＳ２３で修正した加工軌道で駆動し、ワークの継手を成形する。
ステップＳ２５では、ステップＳ２４のワーク成形の回数をカウントし、成形回数Ｎが所定の回数Ｎｋに達すれば、ステップＳ２２に戻り両ローラの隙間Ｓを測定し、ローラ軌道の修正（ステップＳ２３）、ワーク成形（ステップＳ２４）を実施する。ステップＳ２５で仕上げ成形の回数Ｎが所定数Ｎｚになれば、ワークの継手成形を終了する。
【００７４】
なお、図２６では、成形用ローラ２０５及び成形受け用ローラ２０６の隙間を透過式レーザセンサ１０００で一度に測定した場合を示したが、図２８に示すように、成形用ローラ２０５と成形受け用ローラ２０６をそれぞれ個別に測定して両ローラの隙間を求めてもよい。すなわち、発光部１００１と受光部１００２の基準位置を設定し、図２８（ａ）のように成形用ローラ２０５のみを予め設定された加工軌道で駆動して成形用ローラ２０５の検出位置を測定し、図２８（ｂ）のように成形受け用ローラ２０６のみを予め設定された加工軌道で駆動して成形受け用ローラ２０６の検出位置を測定し、両者の測定値から両ローラ間の隙間を求める。
【００７５】
実施の形態１及び実施の形態２のようにワークの継手形状を直接測定する場合は、光学式プロファイル測定器をワーク近傍に設置しなければならない制約があったが、この実施の形態３によれば、成形用ローラ及び成形受け用ローラを所定の測定位置に移動させることで測定することも可能なため、ワークの形状によらず適切な位置に透過式レーザセンサを設置できるという効果がある。
【００７６】
また、従来のようにローラ温度や加工荷重からローラの熱膨張量を予測し、そこから更に補正量を求める場合に比べて、本実施の形態によれば、両ローラの隙間を透過式レーザセンサで直接測定して補正値を求めるので、補正精度が高く成形品の寸法ばらつきを抑制できるという顕著な効果がある。また、予成形により継手を成形する必要が無いので、最初のワークから補正することができる。
【００７７】
以上のように、この発明の実施の形態３によれば、被加工部を挟む両ローラの隙間の直接測定結果から両ローラの軌道を補正するようにしたので、ワークの製品寸法を高精度に補正することができる。
【００７８】
実施の形態４．
この発明の実施の形態４は、ワークを搭載する治具の位置を光学式プロファイル測定器で測定し、成形用ローラ及び成形受け用ローラの位置を透過式レーザセンサで測定し、光学式プロファイル測定器で測定した治具の位置と透過式レーザセンサで測定した両ローラの位置に基づいて、治具及び両ローラの位置決めを行うものである。
【００７９】
この実施の形態４は、実施の形態１及び２のスピニング加工装置に適用できる。ここで、光学式プロファイル測定器は、実施の形態１及び２で使用した光学式プロファイル測定器１００と同様のものを使用する。また、透過式レーザセンサは、実施の形態３で使用した透過式レーザセンサ１０００と同様のものを使用する。また、治具は、実施の形態１では鏡内治具２０３及び芯押し治具２０４に対応し、実施の形態２では胴内治具７０３、把持治具７０４、胴芯押し治具７０５に対応する。さらに、成形用ローラ及び成形受け用ローラは、実施の形態１では成形用ローラ２０５及び成形受け用ローラ２０６に対応し、実施の形態２では胴成形用ローラ８０１及び胴成形受け用ローラ８０２に対応する。
【００８０】
図２９は、実施の形態４による治具及び両ローラの位置決めを示すフローチャートである。
図２９において、ステップＳ３１により、ワークを搭載する治具の位置を光学式プロファイル測定器で測定する。
一方、ステップＳ３２により、成形用ローラ及び成形受け用ローラの位置を透過式レーザセンサで測定する。
そして、ステップＳ３３により、ステップＳ３１で測定した治具の位置及びステップＳ３２で測定した成形用ローラ及び成形受け用ローラの位置に基づき、治具及び両ローラの位置決めを行う。
【００８１】
以上のように、本実施の形態によれば、光学式プロファイル測定器によって治具の位置を検出し、透過式レーザセンサによって両ローラの位置を検出することによって、治具と両ローラの位置関係を被接触かつ瞬時に見出すことができる。従来、段替えや交換などによる治具と両ローラの位置関係を検査する場合、それぞれを接触させたり位置決め治具に押し当てたりして位置決めを実施する方法があったが、接触力が大きくなり過ぎ圧痕を生じたり、作業者によって正確さが異なるという問題があった。また、両ローラを駆動するサーボの負荷電流をもとに接触判定をする方法があったが、接触力が小さい範囲では負荷電流の増減が電流のバックグランドでの雑音に紛れてしまい、適切に判定できないという問題があった。
【００８２】
これに対して、実施の形態４による両ローラと治具の位置検出方法によれば、ローラを接触させることが無いので作業者によるばらつきや圧痕を生じることはなく位置決めできるという効果がある。また、測定した結果を２次元的に可視化することができるので、より正確な位置決めが可能である。
【００８３】
実施の形態５．
実施の形態５は、上記実施の形態で製造されたタンクの鏡部と胴部を接合してタンクを製造するものである。
図３０は、実施の形態１又は実施の形態３により製造されたタンクの鏡部３０１のＬ字状継手３０１Ａと、実施の形態２又は実施の形態３により製造されたタンクの胴部６０１のＺ字状継手６０１Ａとを突き合わせて、タンクの全周に渡って溶接機１１００により周溶接するところを示す概略図である。そして、図３１は、タンクの鏡部３０１と胴部６０１を周溶接して出来上がったタンクを示す概略図である。なお、前記したように、タンクの鏡部３０１にＺ字状継手を成形すると共に、タンクの胴部６０１にＬ字状継手を成形して、このＺ字状継手とＬ字状継手とを突き合わせて、全周に渡って周溶接することにより、タンクを製造しても良い。
【００８４】
なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。
【符号の説明】
【００８５】
１００  光学式プロファイル測定器、１０１  光源、１０２  レンズ、
１０３  受光素子、１０４  受光部、２０１  スピニング加工装置、２０２  回転主軸、２０３  鏡内治具、２０４  芯押し治具、２０５  成形用ローラ、
２０６  成形受け用ローラ、２０７  シリンダ、２０８  制御部、
２０９  駆動用レール、２１０  駆動用サーボモータ、２１１  支持アーム、
２１２  芯押し軸、２１３  モータ、３０１  ワーク、４０１  切断用ローラ、
４０２  切断受け用ローラ、４０４  ローラユニット、
５０１  スピニング加工装置の土台、６０１  ワーク、７０３  胴内治具、
７０４  把持治具、７０５  胴芯押し治具、７０６  端面ストッパ、
８０１  胴成形用ローラ、８０２  胴成形受け用ローラ１９０１  把持ブロック、
９０２  支持部、９０３  被駆動部、１０００  透過式レーザセンサ、
１００１  発光部、１００２  受光部。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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【図２１】
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【図２２】
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【図２３】
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【図２４】
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【図２５】
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【図２６】
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【図２７】
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【図２８】
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【図２９】
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【図３０】
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【図３１】
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