(57)【要約】【課題】  プレス装置と溶接装置とが結合された円筒成形溶接機として、プレス作業時の振動が溶接装置へ伝達されることを防止することにより高精度な溶接を実現する。【解決手段】  円筒成形溶接機１０は、主軸１２と、プレス装置１３と、溶接装置１４とを備える。プレス装置１３は、上型１９及び下型２０を備える。下型２０は、減速機構２３を介して油圧直動シリンダ２２により駆動される。減速機構２３は、油圧直動シリンダ２２のシリンダロッド３５と、連結アーム４４、４５とを有する。この減速機構２３は、いわゆるトグル機構を構成しており、シリンダロッド３５が伸長すると、連結アーム４４が起立する。したがって、下型２０の型締速度が型締状態に近づくにつれて漸次小さくなる。上型１９を駆動する油圧直動シリンダ２１は、クッション機構を備えている。【選択図】  図１
2007007682.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
主軸と、
主軸の基端側に配置され、当該主軸を中子として上型及び下型によってワークを円筒状にプレス加工するプレス装置と、
主軸の先端側に配置され、上記円筒状に成形されたワークの周方向端部同士を溶接する溶接装置とを有し、
上記プレス装置は、上型に対する下型の相対的型締速度を減少させる減速機構を備えていることを特徴とする円筒成形溶接機。
【請求項２】
請求項１に記載の円筒成形溶接機において、
上記減速機構は、
上記上型に対する上記下型の変位方向に直交する方向にスライド可能に配置されたスライド軸と、
当該スライド軸と上記下型とに連結され、当該スライド軸のスライド運動を上記下型の変位運動に変換する連結アームとを備えている円筒成形溶接機。
【請求項３】
請求項１又は２に記載の円筒成形溶接機において、
上記上型は、衝撃吸収機構を備えた油圧直動シリンダによって変位される円筒成形溶接機。
【請求項４】
請求項１から３のいずれかに記載の円筒成形溶接機において、
上記プレス装置は、上記ワークがプレス加工されるときに上記主軸の中間部を保持する保持機構をさらに備えている円筒成形溶接機。
【請求項５】
請求項１から４のいずれかに記載の円筒成形溶接機において、
上記主軸の上記溶接装置に対応する部分の外径寸法は、上記円筒状にプレス加工されたワークの内径寸法よりも小さく設定されている円筒成形溶接機。
【請求項６】
請求項１から５のいずれかに記載の円筒成形溶接機において、
上記下型は上記主軸と協働してワークをＵ字状に成形するように形成され、上記上型は上記主軸と協働して上記Ｕ字状に成形されたワークを円形に成形するように形成されており、
上記Ｕ字状に成形されたワークを上記上型内に導く案内手段がさらに設けられている円筒成形溶接機。
【請求項７】
請求項１から６のいずれかに記載の円筒成形溶接機において、
上記プレス装置に配置された主軸に対して、少なくとも下型上昇時に主軸の上面頂部に当接するサポート軸が設けられている円筒成形溶接機。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載の円筒成形溶接機において、
上記プレス装置が作動しているときに上記溶接装置の作動を停止させる制御装置がさらに備えられている円筒成形溶接機。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、板状の部材を曲成し、その端部同士を溶接することによって円筒部材を成形する円筒成形溶接機の構造に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、電動機のケーシングないし自動車のマフラー等には円筒部材が採用される。このような円筒部材は、従来から円筒成形機能付きの円筒成形溶接機によって製造されている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。従来の円筒成形溶接機は、一般に曲成装置と溶接装置とを備えている。従来の円筒成形溶接機では、予め所定寸法に裁断された鋼板（ワーク）が曲成装置に搬送され、円筒状に曲げ加工される。このとき、ワークの周方向端部同士が対向配置される。その後、この円筒状に曲成されたワークは溶接装置に搬送され、上記対向配置された周方向端部同士が溶接される。
【０００３】
【特許文献１】特開昭５２−１３３０５３号公報
【特許文献２】特開平９−１５５５９０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
従来の円筒成形溶接機では、上記曲成装置と溶接装置とがマンドレルによって連結されている。このため、曲成装置によって曲成されたワークがそのままマンドレルに沿って溶接装置側へ搬送されるようになっており、曲成作業と溶接作業とが効率よく行われるという利点があった。
【０００５】
ところで、従来の曲成装置は、典型的にはベンディングロールを備えており、上記ワークは、このベンディングロールによって曲げ加工されていた。しかし、ベンディングロールによる曲げ加工では、真円精度の高い加工が困難である。そのため、上記曲成装置が金型を備えたプレス装置として構成される場合もある。ところが、曲成装置がプレス装置として構成された場合には、当該プレス装置と上記溶接装置とが前述のようにマンドレルにより連結されているので、ワークのプレス作業時の振動が溶接装置側へ伝達され、その結果、精度の高い溶接が困難になるという新たな問題が生じる。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、プレス作業時の振動が溶接装置へ伝達されることを防止することにより高精度な溶接を実現し、高精度な円筒部材を効率良く製造することができる円筒成形溶接機を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（１）本発明に係る円筒成形溶接機は、主軸と、主軸の基端側に配置され、当該主軸を中子として上型及び下型によってワークを円筒状にプレス加工するプレス装置と、主軸の先端側に配置され、上記円筒状に成形されたワークの周方向端部同士を溶接する溶接装置とを有し、上記プレス装置は、上型に対する下型の相対的型締速度を減少させる減速機構を備えていることを特徴とするものである。
【０００８】
この構成によれば、ワークがプレス装置に供給されると、当該プレス装置は、このワークを円筒状にプレス加工する。具体的には、主軸を中子として上型と下型とによってワークがプレスされ、これにより、当該ワークが円筒状に形成される。このとき、ワークは、まず下型と主軸によって断面Ｕ字状に形成され、その後、上型と主軸によって円筒状に形成されてもよい。ただし、上型及び下型の相対的変位は、特に限定されるものではない。このプレス装置は、上記減速機構を備えているから、上型に対する下型の相対的型締速度が減少される。すなわち、下型がワークをプレスする際に当該下型の型締速度が減少され、ワークは、ソフトにプレスされる。したがって、下型の作動時に大きな衝撃が発生することはない。そして、このように円筒状に形成されたワークは、その周方向端部同士が対向配置されており、このワークは、主軸に沿って溶接装置へ送られる。溶接装置は、上記対向配置された周方向端部同士を溶接する。
【０００９】
（２）上記減速機構は、上記上型に対する上記下型の変位方向に直交する方向にスライド可能に配置されたスライド軸と、当該スライド軸と上記下型とに連結され、当該スライド軸のスライド運動を上記下型の変位運動に変換する連結アームとを備えて構成されるものでもよい。
この場合、上記減速機構はいわゆるトグル機構を構成し、スライド軸がスライドされることにより、当該スライド軸に対して連結アームが倒伏するように揺動する。これにより、当該下型が上型に近接する方向に変位したときに、上型に対する下型の相対的型締速度が漸次小さくなり、その結果、ワークは、きわめてソフトにプレスされる。
【００１０】
（３）上記上型は、衝撃吸収機構を備えた油圧直動シリンダによって変位されるものでもよい。
この場合、上型がワークをプレスする際にも、当該ワークはソフトにプレスされるという利点がある。
【００１１】
（４）上記プレス装置は、上記ワークがプレス加工されるときに上記主軸の中間部を保持する保持機構をさらに備えているものでもよい。
この保持機構によって上記主軸の中間部が保持されるから、当該主軸は二点において支持されることになる。したがって、仮に、ワークがプレスされる際に中子として機能する主軸に衝撃が加わったとしても、主軸が変位することはない。したがって、溶接装置による高精度な溶接作業が可能となる。
【００１２】
（５）上記主軸の上記溶接装置に対応する部分の外径寸法は、上記円筒状にプレス加工されたワークの内径寸法よりも小さく設定されているものでもよい。
この構成では、ワークがプレス加工されるときは主軸が中子として機能し、ワークが溶接加工されるときは主軸が当該ワークを支持する支持台として機能する。ワークは、溶接加工後に主軸から取り外される必要があるが、このときに、主軸の外径寸法がワークの内径寸法よりも小さく設定されているから、当該ワークの取外作業が容易である。
【００１３】
（６）上記下型は上記主軸と協働してワークをＵ字状に成形するように形成され、上記上型は上記主軸と協働して上記Ｕ字状に成形されたワークを円形に成形するように形成されており、上記Ｕ字状に成形されたワークを上記上型内に導く案内手段がさらに設けられているものでもよい。
この構成では、ワークは、下型及び中子によりＵ字状に形成され、続いて上型と中子により円筒状に形成される。このとき、案内手段によって、Ｕ字状に形成されたワークの端部が強制的に上型内に案内される。これにより、ワークの円滑なプレス作業が可能となる。
【００１４】
（７）上記プレス装置に配置された主軸に対して、少なくとも下型上昇時に主軸の上面頂部に当接するサポート軸が設けられているものでもよい。
これにより、下型が上昇し主軸と協働してワークを成形する際に、下型の負荷による主軸のしなりを抑制することができる。すなわち、上記サポート軸は、下型上昇時に主軸が曲がらないようにバックアップする役目を果す。したがって、ワークを筒状に成形する成形精度を向上することができる。
【００１５】
（８）上記プレス装置が作動しているときに上記溶接装置の作動を停止させる制御装置がさらに備えられているものでもよい。
これにより、プレス加工時には、ワークの溶接作業が中止されるから、プレス作業時に発生する振動、衝撃が溶接作業中の溶接装置に伝達されることはなく、したがって、高精度な溶接作業が実現される。
【発明の効果】
【００１６】
以上のように、本発明の円筒成形溶接機によれば、ワークのプレス作業及び溶接作業が一連の工程にて行われるので、円筒部材の製造効率が向上される。しかも、プレス加工時に生じる振動、衝撃が溶接装置に伝達されないので、高精度な溶接作業が実現され、その結果、精度の高い円筒が成形される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、本発明の実施形態について添付図面を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る円筒成形溶接機の正面図である。
【００１８】
（円筒成形溶接機の概略構成）
この円筒成形溶接機１０は、ワーク１６を曲成することによって円筒部材を成形するものであって、フレーム１１と、フレーム１１に片持ち状に支持された主軸１２と、主軸１２の基端側に配置されたプレス装置１３と、主軸１１の先端側に配置された溶接装置１４と、プレス装置１３及び溶接装置１４の作動を制御する図示されていない制御装置１５（図８参照）とを備えている。ワーク１６は、本実施形態では矩形の板状鋼板等が採用され得る。このワーク１６は、主軸１２の基端側の下方に導かれ、後に詳述されるようにプレス装置１３によって円筒状に曲成される。このように円筒状に曲成されたワーク１６は、主軸１２に沿って当該主軸１２の先端側に移動される。溶接装置１４は、後に詳述されるように、この円筒状に曲成されたワーク１６の周方向端部同士を溶接し、これにより、円筒部材が形成されるようになっている。本実施形態に係る円筒成形溶接機１０の特徴とするところは、プレス装置１３が後述のようにワーク１６をソフトにプレス加工するようになっている点であり、これにより、溶接装置１４は、ワーク１６に高精度な溶接加工を施すことができるようになっている。
【００１９】
（プレス装置）
プレス装置１３は、上記フレーム１１に組み付けられたサブフレーム１７、１８を備えている。すなわち、このサブフレーム１７、１８と上記フレーム１１とにより、プレス装置１３の骨格が構成されている。このプレス装置１３は、主軸１２の上側に配置された上型１９と、主軸１２の下側に配置された下型２０と、上型１９及び下型２０をそれぞれ駆動する油圧直動シリンダ２１、２２と、油圧直動シリンダ２２と下型２０との間に介在された減速機構２３と、主軸１２を保持する保持機構２４とを備えている。
【００２０】
主軸１２は、真直な棒状部材である。主軸１２の基端側は、その断面形状が円形に形成されている。すなわち、主軸１２の基端側は、所定の外径寸法に設定された丸棒状に形成されており、後述のようにワーク１６が曲成されたときに、ワークの内径寸法と主軸１２の基端側の外径寸法とが一致する。また、主軸１２の先端側（溶接装置１４に対応する部分）は、上記所定の外径寸法よりも小さい外径寸法に設定されている。なお、主軸１２の基端側、すなわちプレス装置１３が配置された主軸１２部分の上部においてもワークの内径寸法よりも小さい外径寸法に設定されていてもよい。
【００２１】
図２は、図１におけるII−II断面図であり、図３は、図１におけるIII−III断面図である。
図２に示すように、上型１９は、ブロック状に形成されており、その下面の中央に溝２５が設けられている。この溝２５の内壁面形状は、半円形に成形されている。溝２５の両側縁に連続して傾斜面２６、２７（案内手段）が設けられている。また、上型１９の上面３０に上記油圧直動シリンダ２１のシリンダロッド２８が連結されている。この油圧直動シリンダ２１のシリンダチューブ２９は、図１に示すように上記サブフレーム１７に固定されている。さらに、上型１９の上面３０の端部にスライドロッド３１、３２が立設されている。これらスライドロッド３１、３２は、サブフレーム１７を貫通しており、このサブフレーム１７によって上下方向にスライド自在な状態で支持されている。したがって、上記油圧直動シリンダ２１が作動してシリンダロッド２８が伸縮すると、上型１９は、スライドロッド３１、３２に案内されながら上下にスライドする。この上型１９では、図１において下方がいわゆる型締方向であり、上方がいわゆる型開方向であって、上型１９は、上下方向に変位する。
【００２２】
なお、上記直動シリンダ２１は、クッション機構（衝撃吸収機構）を備えている。このクッション機構は既知の構成であり、シリンダチューブ２９内のシリンダロッド２８の端部に設けられたクッションリング、絞り弁及び逆止弁を有する。このクッション機構が設けられることにより、シリンダロッド２８が全伸長する際に、伸長限界点付近から伸長速度が減速され、シリンダロッド２８の全伸長時に大きな衝撃が発生することはない。また、下型２０の衝突時にはオイルダンパーの役割を果すことができる。
【００２３】
図２に示すように、下型２０は、ブロック状に形成されており、下部のベース型２０ａと上部の曲げ型２０ｂとの間にネジ機構による高さ調整機構２０ｃを有するものからなる。そして、曲げ型２０ｂの上面の中央に溝３３が設けられている。この溝３３の内壁面形状は、半円形に成形されている。また、ベース型２０ａの下面３４に上記減速機構２３が連結されている。この減速機構２３は、図１に示すように、上記油圧直動シリンダ２２及び上記フレーム１１にも連結されている。油圧直動シリンダ２２のシリンダチューブ３６は、上記サブフレーム１８に揺動自在に支持されている。油圧直動シリンダ２２の屈曲可能なシリンダロッド３５（スライド軸）には、連結アーム４４，４５が取付けられている。上記サブフレーム１８には、油圧直動シリンダ２２を支持するための支持部材３７を有している。支持部材３７は、上記シリンダチューブ３６を傾斜姿勢から水平姿勢に揺動自在な状態で支持している。さらに、下型２０のベース型２０ａの両側面３９は、すべり軸受となって上下方向にスライド自在にサブフレーム１８に挟持されている。したがって、下型２０は、サブフレーム１８に案内されながら上下にスライドする。なお、下型２０では、図１において上方がいわゆる型締方向であり、下方がいわゆる型開方向であって、下型２０は、上下方向に変位する。
【００２４】
図１及び図２に示すように、上記減速機構２３は、上記直動シリンダ２２のシリンダロッド３５と、このシリンダロッド３５に取り付けられた連結アーム４４、４５とを備えている。上記シリンダロッド３５は、屈曲部より先端側部分が水平方向（すなわち、上記上型１９及び下型２０の変位方向に直交する方向）に配置されている。このシリンダロッド３５は、上記シリンダチューブ３６に対して伸縮することによって、水平方向にスライドする。また、連結アーム４４は、本実施形態ではフラットバーにより構成されており、上記シリンダロッド３５と上記下型２０との間に掛け渡されている。すなわち、この連結アーム４４の一端部及び他端部がそれぞれ上記シリンダロッド３５及び下型２０の連結部４６にピン４７（図２参照）を介して結合されており、連結アーム４４は、ピン４７を中心にして回動可能となっている。図１に示すように、上記連結部４６は、下型２０の下面３４の二箇所に設けられており、図２に示すように、連結アーム４４は、各連結部４６の両側に配置されている。一方、連結アーム４５も連結アーム４４と同様に、本実施形態ではフラットバーにより構成されている。連結アーム４５は、上記シリンダロッド３５と上記フレーム１１との間に掛け渡されている。すなわち、この連結アーム４４の一端部及び他端部がそれぞれ上記シリンダロッド３５及びフレーム１１の連結部４６にピン４７を介して結合されており、連結アーム４５は、ピン４７を中心にして回動可能となっている。図１に示すように、上記連結部４６は、フレーム１１の二箇所に設けられており、上記連結アーム４５は、上記連結アーム４４と同様に（図２参照）、各連結部４６の両側に配置されている。
【００２５】
換言すれば、上記シリンダロッド３５及び連結アーム４４、４５により、トグル機構が構成されている。これら連結アーム４４、４５は、シリンダロッド３５の水平方向のスライド運動を上記下型２０の上下運動に変換する。具体的には、上記シリンダロッド３５が上記シリンダチューブ３６から伸長すると、このシリンダロッド３５は、水平方向右側に移動する（図１参照）。これにより、連結アーム４５がフレーム１１側に配置されたピン４７を中心にして右方向に回動する。シリンダロッド３５は、２つの連結アーム４５によって支持されているから、連結アーム４５が回動することによって油圧直動シリンダ２２が上記支持部材３７に支持された状態で上方に回動する。さらに、このシリンダロッド３５と上記下型２０とは連結アーム４４によって連結されているから、上記連結アーム４５が右方向に回動することによって、連結アーム４４は、上記シリンダロッド３５に設けられたピン４７を中心にして左方向に回動する。これにより、下型２０は上方へ持ち上げられる。このとき、この下型２０は、スライド可能にサブフレーム１８によって支持されているから、当該下型２０は、水平状態を保ったまま上方にスライドする。
【００２６】
上記連結アーム４４が上記ピン４７を中心にして左方向に回動しつつ起立することに起因して、下型２０が上方へ持ち上げられる。したがって、上記シリンダロッド３５が伸長し、シリンダチューブ３６が略水平姿勢となり、連結アーム４４が略直立状態となったときに下型２０が上死点に達し、いわゆる型締状態となる。このとき、下型２０の上昇速度は、連結アーム４４の起立速度に依存するから、下型２０が上死点に近づくほど上記上昇速度が小さくなる。すなわち、下型２０の上型１９に対する相対的型締速度が小さくなる。なお、上記減速機構としては、上記トグル機構に代えて、駆動源を回転式モータとしたクランク機構によって実現するものでもよい。
【００２７】
図１及び図３に示すように、保持機構２４は、油圧直動シリンダ４８と、保持板４９とを備えている。油圧直動シリンダ４８は、上記サブフレーム１７に固定されており、シリンダロッド５０が上下方向に伸縮するようになっている。このシリンダロッド５０の先端に上記保持板４９が固定されている。図３に示すように、保持板４９は、両側面がすべり軸受となって上下方向にスライド可能にサブフレーム１８に挟持されている。また、この保持板４９の下面に凹部５１が設けられている。この凹部５１の内壁面形状は、半円形に形成されている。この凹部５１の内径寸法は、上記主軸１２の外径寸法に対応されている。したがって、上記シリンダロッド５０が伸長すると、保持板４９が主軸１２に接近し、当該主軸１２が上記凹部５１に相対的に嵌め合わされる。これにより、主軸１２の中間部は、保持板４９によって保持されることとなる。
【００２８】
（溶接装置）
図４は、図１におけるIV−IV断面図である。図５は、図４の溶接装置におけるワーク開放状態の断面図である。
図１及び図４に示すように、溶接装置１４は、上記主軸１２の先端側に配置されており、円筒状に曲折されたワーク１６の周方向端部同士を後述される要領で溶接する。溶接装置１４は、第１クランプ５２及び第２クランプ５３と（図４参照）、位置決め装置５４と、溶接用トーチ５５と、この溶接用トーチ５５を主軸１２に沿って走行させる走行装置５６とを備えている。第１クランプ５２及び第２クランプ５３は、主軸１２の両側に配置され、当該主軸１２に沿って搬送されたワーク１６を支持する、位置決め装置５４は、当該ワーク１６を位置決めする。
【００２９】
前述のように、主軸１２は、フレーム１１に片持ち状に支持されており、溶接装置１４の位置に対応する主軸１２の外径寸法は、ワーク１６の内径よりも小さく設定されている。図４に示すように、第１クランプ５２及び第２クランプ５３は、主軸１２を挟んで対向しており、それぞれクランプ体５７を備えている。このクランプ体５７は、上記主軸１２とほぼ同じ長さ寸法に設定されている。第１クランプ５２及び第２クランプ５３のぞれぞれは、フレーム１１に設けられた一対の縦板５８に収容される一対の腕５９と、後述されるクランク機構とからなる揺動機構部を有する。本実施形態では、５組の揺動機構部が配置されており、この揺動機構部によってクランプ体５７が支持されている。
【００３０】
上記クランプ体５７は、上記縦板５８の上方に配置されている。上記腕５９の下端部の内側はフレーム１１によって定位置に支持された支点軸６０によって揺動自在に支持されている。上記クランプ体５７は、断面形状が略コ字状に形成された棒状体であり、上記腕５９の上端部に取り外し可能に取付けられている。相互に対向する一対のクランプ体５７の対向面は、略半円形断面の曲面６１となっている。この曲面６１の曲率半径は、ワーク１６の外周面の曲率半径と一致している。この曲面６１は、ワーク１６の外周面に当接し、当該ワーク１６を保持するが、本実施形態では、この曲面６１は、円筒状に曲成されたワーク１６の略上半分に当接するように形成されている。
【００３１】
また、上記クランプ体５７の上端に押さ板６２が連設されている。この押え板６２は、断面形状がくちばし状のクロム銅製の部材であって、内向きに突出している。この押え板６２の先端部は、略半円形に形成されており、上記曲面６１の上端に滑らかに連続している。すなわち、押え板６２の先端部の下面も曲面に形成されており、当該曲面の曲率半径は、上記曲面６１の曲率半径と一致されている。そして、この押え板６２及び上記クランプ体５７は、ワーク１６の長手方向全域にわたって延びている。
【００３２】
上記主軸１２の上部に、上記ワーク１６を支持するワーク支持部６３（図５参照）が設けられている。このワーク支持部６３は、銅（クロム銅）によって構成された水冷棒６４の上面により構成されている。このワーク支持部６３の中央に縦溝凹溝６５が形成されている。また、上記水冷棒６４には冷却水路６６が形成されている。
【００３３】
本実施形態では、上記縦板５８により支持されている原動軸６７及び上記縦板５８間に収容されたクランク機構を介して、上記第１クランプ５２及び第２クランプ５３が揺動される。上記原動軸６７は、駆動源６８（図１参照）によって駆動される。上記クランク機構は、図４に示すように、腕５９に設けられた支持ピン６９と、上記原動軸６７に設けられた偏心軸７０、７１と、クランクロッド７２とを備えており、支持ピン６９及び偏心軸７０、７１が、クランクロッド７２によって連結されている。第１クランプ５２側のクランクロッド７２と対偶する偏心軸７０の原動軸６７に対する偏心方向と、第２クランプ５３のクランクロッド７２と対偶する偏心軸７１の原動軸６７に対する偏心方向とは反対方向に設定され、上記偏心方向は、水平方向に設定されている。
【００３４】
したがって、上記駆動源６８が往復駆動され、原動軸６７が１８０度往復回転されることにより、上記偏心軸７０、７１が１８０度往復回転することとなる。これにより、上記偏心軸７０、７１の偏心度合いに応じて第１クランプ５２及び第２クランプ５３が往復揺動される。図４に示すように、クランプ体５７が対向接近した状態で、ワーク１６は、その両側から挟圧されたクランプ状態となる。そして、この状態から上記偏心軸７０、７１が回転駆動されると、図５に示すように、ワーク１６が開放されたアンクランプ状態となる。
【００３５】
上記主軸１２の上方に、上記溶接用トーチ５５、走行装置５６及び位置決め装置５４が配置されている。位置決め装置５４は、円筒状に曲成されたワーク１６の周方向端部を上記縦溝凹溝６５の上方に位置決めする。この位置決め装置５４は、主軸１２の上方側方で上記主軸１２の長手方向に平行に設けられた位置決め爪７３と、この位置決め爪７３を前後の複数箇所で支持する支持杆７４と、この支持杆７４を上記主軸１２に対して直角方向に進退駆動する進退機構７５と、フレーム１１に設けられ、且つ進退機構７５を揺動自在に支持する軸受台７６と、この軸受台７６の後方部とフレーム１１との間に介装されたエアーシリンダ７７とを備えている。
【００３６】
図６は、上記位置決め装置５４の要部拡大図であって、この位置決め装置５４によってワーク１６が位置決めされる要領が示されている。また、図７は、上記位置決め装置５４の要部拡大図であって、この位置決め装置５４によってワーク１６が位置決めされた状態が示されている。
【００３７】
上記位置決め爪７３の断面形状は、その下半部が二等辺三角形状に形成されている。そして、その頂角が１０度〜２５度に設定されている。支持杆７４が最進出された状態では、上記位置決め爪７３は、上記縦溝凹溝６５の上方に位置する。上記エアーシリンダ７７によって上記位置決め爪７３が降下されたときには、図６に示すように、上記縦溝凹溝６５に上記位置決め爪７３の下端縁が進入する。このようにエアーシリンダ７７によって位置決め爪７３が最も押し下げられた状態の当該押し下げ力は、予め所定の値に設定されている。したがって、仮に、当該押し下げ力よりも大きな上昇力が作用すると、上記押し下げ力に抗して、図７に示すように位置決め爪７３が持ち上げれることとなる。このため、上記エアーシリンダ７７による推力が予め所定の値に設定されている。
【００３８】
（制御装置）
図８は、制御装置１５の構成を示す模式図である。
同図が示すように、制御装置１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）７９、ＲＯＭ（Read Only Memory）８０及びＲＡＭ（Random Access Memory）８１を備えた中央処理部８２を有し、この中央処理部８２が、バス８３及びＡＳＩＣ（Application Specific Integrated Circuit）８４を介して、作動センサ７８、プレス装置１３及び溶接装置１４とデータ送受信可能に接続されている。この作動センサ７８は、プレス装置１３の作動を監視する。具体的には、下型２０を駆動する油圧直動シリンダ２２の作動及び上型１９を駆動する油圧直動シリンダ２１の作動を監視しており、これら油圧直動シリンダ２１、２２が作動状態となったときに、所定の作動信号を出力する。中央処理部７０のＲＯＭ８０は、所定のコンピュータプログラムを記憶している。ＣＰＵ７９は、このコンピュータプログラムにしたがい、上記作動センサ７８の情報（作動信号）に基づいて所定の演算を行う。ＲＡＭ８１は、ＣＰＵ７９が演算を実行する際に、例えば作動センサ７８が出力する作動信号を一時的に記憶する手段その他の一時記憶手段として機能する。これにより、上記エアシリンダ７７の伸縮制御その他の溶接装置１４の制御及び上記油圧直動シリンダ２１の伸縮制御その他のプレス装置１３の制御等が行われる。本実施形態では、上記作動センサ７８が上記作動信号が出力された場合には、上記中央処理部８２は、溶接装置１４の作動を停止させるように構成されている。
【００３９】
（円筒部材の成形要領）
本実施形態に係る円筒成形溶接機１０は、次の要領で円筒部材を成形する。
図１に示すように、ワーク１６がプレス装置１３に供給される。プレス装置１３は、このワーク１６を円筒状にプレス加工する。このとき、主軸１２を中子として上型１９と下型２０とによってワーク１６がプレスされる。具体的には、図２に示すように、まず、油圧直動シリンダ２２が伸長され、下型２０が上昇される。ワーク１６は、下型２０と主軸１２によって断面Ｕ字状に曲成される（同図の二点鎖線が示す状態）。その後、油圧直動シリンダ２１が伸長され、上型１９が下降される。これにより、ワーク１６の上部は、上型１９と主軸１２によって円筒状に形成される。このとき、上型１９は、上記傾斜面２６、２７を備えているから、ワーク１６の上部は、この傾斜面２６、２７に当接し、且つ当該傾斜面２６、２７に案内されながら上型１９の溝２５に進入する。これにより、前述のように、ワーク１６が円筒状に形成される。ただし、上型１９及び下型２０の相対的変位は、特に限定されるものではない。
【００４０】
このプレス装置１３は、上型１９に対する下型２０の相対的型締速度を減少させる減速機構２３を備えている。このため、下型２０がワーク１６をプレスする際に下型２０の型締速度が減少され、ワーク１６はソフトにプレスされる。したがって、下型２０の作動時に大きな衝撃が発生することはない。そして、このように円筒状に形成されたワーク１６は、その周方向端部同士が対向配置されており、このワーク１６は、主軸１２に沿って溶接装置１４へ送られる。溶接装置は、次の要領で上記対向配置された周方向端部同士を溶接する。
【００４１】
まず、第１クランプ５２及び第２クランプ５３が作動されることによって、図５に示すように、クランプ体５７が開放した状態となる。そして、進退機構７５によって支持杆７４が最進出されることにより、位置決め爪７３は、主軸１２の上方に位置する。また、エアーシリンダ７７が作動されることにより、位置決め爪７３の下端部が縦溝凹溝６５内に進入する。この状態で主軸１２にワーク１６が外嵌される。この時、図６に示すように、ワーク１６の上記周方向端部間に上記位置決め爪７３が侵入する。したがって、当該周方向端部同士の間、つまり、対接部８５が縦溝凹溝６５と一致することとなる。さらに、駆動源６８が作動され、第１クランプ５２及び第２クランプ５３がクランプ状態とされる。これにより、図４のように、ワーク１６がクランプ体５７の曲面６１に密着し、当該曲面６１間に挟圧保持される。
【００４２】
このとき、ワーク１６の周方向端部が上記位置決め爪７３を両側から押しつける。この位置決め爪７３の下部の断面が前述のように頂角が鋭角に設定された二等辺三角形となっているから、上記押付力によって位置決め爪７３が持ち上げられて脱出し（図７参照）、上記周方向端部同士が密着した状態となる。この後、進退機構７５によって支持杆７４が後退され上記位置決め爪７３が主軸１２の上方域から脱出した状態となる。
【００４３】
次いで、走行装置５６が溶接用トーチ５５を走行させる。具体的には、溶接用トーチ５５は、主軸１２の上方の所定の高さでワーク１６の上記対接部８５に沿って走行し、ワーク１６に溶接が施される。このとき、上記クランプ体５７によってワーク１６の周方向端部同士が押付けられた状態に維持され、しかも、押え板６２によって上記周方向端部がワーク支持部６３に押し付けられている。したがって、溶接の際に熱応力が発生したとしても、上記周方向端部同士が密着した状態に維持されるから、溶接不良が生じることはなく、溶接精度が向上する。
【００４４】
また、本実施形態では、主軸１２のワーク支持部６３の中央部に長手方向に沿って縦溝凹溝６５が形成され、上記縦溝凹溝６５に対して接離自在の楔状断面の位置決め爪７３を設け、上記位置決め爪７３の断面先端部を上記縦溝凹溝６５に挿入した状態とこれから脱出して上記ワーク支持部６３との対面部から離れた位置に移動可能とされている。したがって、主軸１２にワーク１６が外嵌されたときに主軸１２に対するワーク１６の姿勢が一定に定まり、溶接用トーチ５５に対して対接部８５が正確に対向するものとなる。その結果、溶接精度が向上する。
【００４５】
なお、本発明には、アルゴン溶接や、電気溶接その他の形式の溶接態様が採用され得る。また、第１クランプ５２及び第２クランプ５３は、揺動動作する方式以外に、水平方向に往復駆動する形式であってもよい。さらに、クランプ体５７によるワーク１６の挟圧方向は、水平方向でなくてもよい。クランプ状態にて上記対接部８５に対向方向の加圧力が作用する限り、他の方向から挟圧する構成であってもよい。加えて、本実施形態では、クランプ体５７の対向内面に設けられる曲面６１の曲率半径は、ワーク１６の半径に一致されており、上記クランプ体５７が腕５９の上端部に取り外し可能に取付けられている。したがって、上記クランプ体５７を、上記曲面６１の曲率半径が異なるクランプ体５７に取り替えることが可能であり、これにより、外径寸法の異なるワーク１６の溶接にも利用できる。
【００４６】
このように、本実施形態に係る円筒成形溶接機１０によれば、ワーク１６のプレス作業及び溶接作業が一連の工程にて行われるので、円筒部材の製造効率が上昇する。しかも、上記減速機構２３が設けられることにより、プレス加工時に生じる振動、衝撃が溶接作業を行っている溶接装置に伝達されないので、高精度な溶接作業が実現され、その結果、精度の高い円筒部材が成形される。
【００４７】
特に、本実施形態では、上記減速機構２３は、いわゆるトグル機構を構成しているので、減速機構２３がきわめて安価に構成されるという利点がある。シリンダロッド３５（図１参照）が伸縮されることにより、当該シリンダロッド３５に対して連結アーム４４、４５が倒伏するように揺動する。これにより、上記下型２０が上型１９に近接する方向に変位したときに、上型１９に対する下型２０の相対的型締速度が漸次小さくなり、ワーク１６は、きわめてソフトにプレスされる。
【００４８】
また、上記上型１９を駆動する油圧直動シリンダ２１は、上記クッション機構を備えているので、上型１９がワーク１６をプレスする際にも、当該ワーク１６はソフトにプレスされるという利点がある。
【００４９】
さらに、プレス装置１３は、上記ワーク１６がプレス加工されるときに主軸１２の中間部を保持する保持機構２４を備えている。この保持機構２４によって上記主軸１２の中間部が保持されるから、当該主軸１２は二点において支持されることになる。したがって、仮に、ワーク１６がプレスされる際に中子として機能する主軸１２に衝撃が加わったとしても、当該主軸１２が変位することはない。したがって、溶接装置１４による高精度な溶接作業が可能となる。
【００５０】
また、上記溶接装置に対応する部分の主軸１２の外径寸法は、円筒状にプレス加工されたワーク１６の内径寸法よりも小さく設定されている。これにより、ワーク１６がプレス加工されるときは、主軸１２が中子として機能し、ワーク１６が溶接加工されるときは、主軸１２が当該ワーク１６を支持する支持台として機能する。ワーク１６は、溶接加工後に主軸１２から取り外される必要があるが、このときに、主軸１２の外径寸法がワーク１６の内径寸法よりも小さく設定されているから、当該ワーク１６の取外作業が容易であるという利点がある。
【００５１】
さらに、制御装置１５は、プレス装置１３が作動しているときに、上記溶接装置１４の作動を停止させる。すなわち、プレス加工時には、ワーク１６の溶接作業が中止されるから、プレス作業時に発生する振動、衝撃が溶接作業中の溶接装置１４に伝達されることはなく、したがって、高精度な溶接作業が確実に実現される。また、プレス加工時の衝撃によって溶接装置１４へ搬送されたワーク１６が主軸１２の周方向に回転する等によりトーチ位置のずれ等の問題も起こすことがない。このことからも、高精度な溶接作業が確実に実現される。
【００５２】
本実施形態では、前述のように、下型２０が主軸１２と協働してワーク１６をＵ字状に成形し、上型１９が主軸１２と協働して上記Ｕ字状に形成されたワーク１６を円形に成形するように形成されている（図２参照）。そして、上記Ｕ字状に成形されたワーク１６を上型１９内に導く案内手段としての傾斜面２６、２７が設けられている。ただし、上記ワーク１６の上部を上型１９の溝２５内に導く案内手段としては、かかる傾斜面２６、２７に限定されるものではなく、例えば、上記Ｕ字状に成形されたワーク１６の上部を内側に押圧することによって強制的に上型１９内に矯正する矯正部材が設けられていてもよい。この矯正部材は、典型的には、上型１９及び下型２０の型締方向（図１において上下方向）に対して直交する方向（図１において左右方向）にスライドするプッシュロッドとして構成され得る。このプッシュロッドは、所定の連動機構を介して、油圧直動シリンダ２１又は油圧直動シリンダ２２のシリンダロッド２８又はシリンダロッド３５の伸縮に連動するように構成されるのが好ましい。そして、このプッシュロッドは、上記制御装置１５により、上型１９が型締めされる直前に上記ワーク１６を上型１９内に案内するように駆動され得る。
【００５３】
また、上記実施の形態では、主軸１２はプレス装置１３と溶接装置１４とに連続する構成とするが、例えば、プレス装置１３と溶接装置１４との境界部で分断されたものでもよい。この場合、図９及び図１０に示すように、主軸１２は、フレーム１１等に支持された板状の嵌入部材９で吊持状態に支持するようにしてもよい。
【００５４】
また、本発明では、図１１に示すように、プレス装置１３に配置された中子となる主軸１２に対して、下型２０上昇時又は下型２０上昇前に主軸１２の上面頂部に当接してバックアップするサポート軸１００を設けてもよい。すなわち、このサポート軸１００は、上型１９を貫通してその上部にアクチエータ又はカム方式等の昇降機構１０１に接続されて昇降自在に構成され、上型１９の成形面から出没自在となっている。そして、サポート軸１００は、下型２０上昇時又は下型２０上昇前に上型１９の成形面から突出して主軸１２の上面頂部に当接させる。これにより、下型２０が上昇し主軸１２と協働してワーク１６を成形する際に、下型２０の負荷による長尺の主軸１２のしなりを抑制することができる。すなわち、上記サポート軸１００は、下型２０上昇時に主軸１２が曲がらないようにバックアップする役目を果す。したがって、ワーク１６の筒状の成形精度を向上することができる。次いで、上型１９を下降させる際には、上記サポート軸１００を上昇させて主軸１２から退避させる。
なお、上記サポート軸１００は、金型（１９，２０）中央に１カ所設けてもよいが、主軸１２の長手方向に沿って数ヶ所に設けてもよい。また、サポート軸１００の先端面は、主軸１２の上面頂部に沿った形状とする。
なお、上記主軸１２は、円形であるが、三角形、四角形、五角形等の種々の多角形形状であってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００５５】
【図１】本発明の一実施形態に係る円筒成形溶接機の正面図である。
【図２】図１におけるII−II断面図である。
【図３】図１におけるIII−III断面図である。
【図４】図１におけるIV−IV断面図である。
【図５】図４に示す溶接装置におけるワーク開放状態の断面図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る円筒成形溶接機の位置決め装置の要部拡大図である。
【図７】本発明の一実施形態に係る円筒成形溶接機の位置決め装置の要部拡大図である。
【図８】本発明の一実施形態に係る円筒成形溶接機に搭載される制御装置の構成を示す模式図である。
【図９】主軸の支持の他の例を示す平面図である。
【図１０】図９の主軸の支持の他の例の斜視図である。
【図１１】プレス装置にサポート軸を設けた例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００５６】
１０  円筒成形溶接機
１１  フレーム
１２  主軸
１３  プレス装置
１４  溶接装置
１５  制御装置
１６  ワーク
１７，１８  サブフレーム
１９  上型
２０  下型
２１，２２  油圧直動シリンダ
２３  減速機構
２４  保持機構
２５  溝
２６，２７  傾斜面
３５  シリンダロッド
３７  支持部材
３８  支持部材
４４，４５  連結アーム
４８  油圧直動シリンダ
４９  保持板
５２  第１クランプ
５３  第２クランプ
５４  位置決め装置
５７  クランプ体
６１  曲面
７８  作動センサ
７９  ＣＰＵ
８０  ＲＯＭ
８１  ＲＡＭ
８２  中央処理部
８５  対接部
１００  サポート軸
【図１】
2007007682.tif 000003
【図２】
2007007682.tif 000004
【図３】
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【図４】
2007007682.tif 000006
【図５】
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【図６】
2007007682.tif 000008
【図７】
2007007682.tif 000009
【図８】
2007007682.tif 000010
【図９】
2007007682.tif 000011
【図１０】
2007007682.tif 000012
【図１１】
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