(57)【要約】【課題】生産ライン内で先後のコイル端部同士を溶接接合しても溶接接合部を境に曲がりを生じさせることがないコイル材接続の方法及び装置を提供する。【解決手段】先行コイル９ａと後行コイル９ｂの端部同士を接続するに際して、生産ライン内に送り込まれている先行コイル９ａの帯材終端９１と後行コイル９ｂの帯材始端９２との端部同士を突合せ、突合せ部の前後で帯材９０をクランプ機構３２により保持し且つ突合せ部の裏側に耐熱性セラミックからなる裏当て材６を配置させ、この突合せ部の表側からアーク溶接のトーチ３１を走行させて突合せ部を溶接接合する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先行コイルと後行コイルの端部同士を接続するコイル材接続方法であって、
生産ライン内に送り込まれている先行コイルの帯材終端と後行コイルの帯材始端との端部同士を突合せ、突合せ部の前後で帯材をクランプ機構により保持し且つ突合せ部の裏側に耐熱性セラミックからなる裏当て材を配置させ、この突合せ部の表側からアーク溶接のトーチを走行させて突合せ部を溶接接合するコイル材接続方法。
【請求項２】
請求項１に記載のコイル材接続方法において、
コイルから取り出された帯材が生産ライン内で所定の送りピッチにより間欠送りされており、先行コイルの帯材終端を検知すると終端検知時点又は終端検知後１ピッチ以上間欠送りした時点で間欠送りを停止させ、本コイル材接続を行う装置全体及び／又はトーチを配設したテーブルを移動させることにより、トーチによる溶接位置を先行コイルと後行コイルの突合せ部の中間に配置させ、この後、上記突合せ溶接を行うコイル材接続方法。
【請求項３】
先行コイルと後行コイルの端部同士を接続するコイル材接続装置であって、
コイルから取り出された帯材を所定の送りピッチで間欠送りして加工装置へ供給する生産ライン内に設置された装置本体と、
先行コイルの帯材終端と後行コイルの帯材始端との端部同士を突合せた突合せ部の前後で帯材を保持するクランプ機構と、
上記突合せ部の表側からアーク溶接するトーチと、
上記トーチを配設したテーブルに取り付けられて上記突合せ部の裏側に配置させる耐熱性のセラミックからなる裏当て材と、
上記装置本体及び／又は上記テーブルを帯材送り方向の前後に移動自在とする移送手段とを備えるコイル材接続装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、プレス加工等に使用する厚板等の帯材を巻回したコイルに対して先行コイルの帯材終端と後行コイルの帯材始端とを接続するコイル材接続方法及びコイル材接続装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
例えば、順送プレス加工の生産ラインは、アンコイラーによりコイルから鋼板等の帯板を繰り出して順送プレス機に供給させるが、供給しているコイルが無くなると新たなコイルの掛け替えが行われる。この掛け替え時間を短縮し生産ラインの運転効率を向上させるため、帯板の端部同士を溶接により接合させてコイルを長尺化することが行われている（特許文献１、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２００５−９５９６３号公報
【０００４】
【特許文献２】特開平６−２３５５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
ところで、コイルを長尺化するにしても、その運搬等の取り扱い上、またアンコイラーでのコイル取り付け部のサイズ等により巻径は制限される。そこで、順送プレス加工等の生産ライン内で先行コイルと後行コイルとのコイル端部同士を突合せ溶接して接合することが考えられる。この際、溶接接合部が熱歪みにより変形して帯板が長さ方向にく字状に曲がった場合、そのまま順送プレス機に供給すると、溶接接合部が順送金型に引っ掛かって送り不良を起こしたり順送金型を破損させる等の問題を生じさせる。特に、帯材の板厚が厚くなると、裏なみが良好に形成されず溶接接合部での歪みが大きくなる。従って、生産ライン内で先行コイルと後行コイルとを溶接接合して順送プレス機等の加工装置へ供給させることは技術的に困難であると考えられていた。
【０００６】
本発明は、上記事情に鑑みてなされ、生産ライン内で先後のコイル端部同士を溶接接合しても溶接接合部を境に曲がりを生じさせることがないコイル材接続方法及びコイル材接続装置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】
本発明に係るコイル材接続方法は、
先行コイルと後行コイルの端部同士を接続するコイル材接続方法であって、
生産ライン内に送り込まれている先行コイルの帯材終端と後行コイルの帯材始端との端部同士を突合せ、突合せ部の前後で帯材をクランプ機構により保持し且つ突合せ部の裏側に耐熱性セラミックからなる裏当て材を配置させ、この突合せ部の表側からアーク溶接のトーチを走行させて突合せ部を溶接接合する。
【０００８】
上記構成より、耐熱性のセラミックからなる裏当て材を用いることにより、突合せ部の裏側では溶接熱が逃げないように保持される。これにより、アーク溶接により突合せ部の裏側まで十分に溶け込み、溶接接合部において安定して良好な裏なみを形成することができる。また、耐熱性セラミックの裏当て材によって突合せ部の裏側に溶接熱が保持されることから、溶接接合部の表側と裏側とで温度差が生じ難くなり、溶接接合部での熱歪みを抑制することができる。さらに、突合せ部の前後の帯材をクランプ機構により保持することで溶接時において溶接接合部を境にした帯材の曲がりを抑えることができる。従って、熱歪みにより溶接接合部を境にして帯材に曲がりが生じるのを抑制することができる。
【０００９】
上記コイル材接続方法において、
コイルから取り出された帯材が生産ライン内で所定の送りピッチにより間欠送りされており、先行コイルの帯材終端を検知すると終端検知時点又は終端検知後１ピッチ以上間欠送りした時点で間欠送りを停止させ、本コイル材接続を行う装置全体及び／又はトーチを配設したテーブルを移動させることにより、トーチによる溶接位置を先行コイルと後行コイルの突合せ部の中間に配置させ、この後、上記突合せ溶接を行うのが望ましい。
これにより、上記装置本体及び／又は上記テーブルを移動させるので、トーチによる溶接位置を先行コイルと後行コイルの突合せ部の中間に簡易に且つ迅速に位置合わせすることができる。
【００１０】
また、本発明に係るコイル材接続装置は、
先行コイルと後行コイルの端部同士を接続するコイル材接続装置であって、
コイルから取り出された帯材を所定の送りピッチで間欠送りして加工装置へ供給する生産ライン内に設置された装置本体と、
先行コイルの帯材終端と後行コイルの帯材始端との端部同士を突合せた突合せ部の前後で帯材を保持するクランプ機構と、
上記突合せ部の表側からアーク溶接するトーチと、
上記トーチを配設したテーブルに取り付けられて上記突合せ部の裏側に配置させる耐熱性のセラミックからなる裏当て材と、
上記装置本体及び／又は上記テーブルを帯材送り方向の前後に移動自在とする移送手段とを備える。
上記構成のコイル材接続装置により、上記方法と同様の作用を得ることができる。
【発明の効果】
【００１１】
以上のように、本発明に係るコイル材接続方法及びコイル材接続装置によれば、先後のコイル端部同士を溶接接合しても溶接接合部を境にした帯材の長さ方向での曲がりが抑制されて略真っ直ぐに接合することができる。従って、生産ライン内において先行コイルの帯材終端に後行コイルの帯材始端を溶接接合し、続けて順送プレス機等の加工装置に円滑に供給させることができる。よって、材料切れによる生産ラインの停止時間を大幅に短縮し、生産ラインの運転率を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】実施形態によるコイル材接続装置が配設された順送プレス加工の生産ラインを示す側面図である。
【図２】コイル材接続装置の概略構成を説明するための上面図である。
【図３】溶接接合部付近の帯材を示す側面図であり、同図（ａ）（ｂ）は裏当て材に耐熱性セラミック製のものを用いた場合、同図（ｃ）は裏当て材にクロム銅製のものを用いた場合における各々の帯材の歪み具合を示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１に示すように、順送プレス加工の生産ラインは、鋼板等のプレス材料のコイル９（９ｂ）から帯材９０を繰り出し自在に支持するアンコイラー１１と、アンコイラー１１から繰り出された帯材９０の曲がり癖を矯正しながら搬送させるレベラー１２と、順送金型１４を備えた順送プレス機１３とが配設されている。順送プレス機１３には、帯材９０を所定の送りピッチで間欠送りして順送金型１４に供給させる送り機構１５が付設されている。
【００１４】
そして、本実施形態のコイル材接続装置１０は、レベラー１２と順送プレス機１３との間に配設され、アンコイラー１１において供給しているコイル（先行コイル９ａ）９が無くなり新たなコイル（後行コイル９ｂ）９の掛け替えを行った際に、先行コイル９ａの帯材終端９１と後行コイル９ｂの帯材始端９２とを接合させる。なお、レベラー１２とコイル材接続装置１０との間の帯材９０は、ループ状に垂れ下がった状態に配置される。これにより、この帯材９０のループ状部分９６が緩衝部となり、コイル材接続装置１０で帯材接続を行う際に、生産時の間欠送りの送りピッチにかかわらず帯材９０を適切に移動させることができる。
【００１５】
コイル材接続装置１０は、帯材９０の送り方向に沿って前後動自在に設置された装置本体２０を有し、この装置本体２０に、溶接機３と、溶接機３の入口側に設置され溶接機３内に導入する帯材９０を上下から挟持する一対の挟持ロール５と、溶接機３の出口側に設置された歪取りロール４と、間欠送りされているコイル９の帯材終端９１を検知するセンサー２４とを備える。挟持ロール５の上側ロールと歪取りロール４の上側ロールは、それぞれ昇降手段５１，４１が接続されて昇降自在に構成されている。そして、これら挟持ロール５の上側ロールと歪取りロール４の上側ロールは、コイル材接続を行う際に下降位置に配置され、順送プレス機１３による通常の生産時には帯材９０の間欠送りを妨げないように上昇させて上昇位置に配置される。なお、歪み取りロール４は、帯材９０の溶接接合部に僅かな歪みが生じた場合でも真っ直ぐに矯正するために配設されるが、この歪み取りロール４を設置しない構成としてもよい。
【００１６】
溶接機３は、先行コイル９ａの帯材終端９１と後行コイル９ｂ材の帯材始端９２との端部同士を溶接接合するための装置である。この溶接機３は、先行コイル９ａと後行コイル９ｂの各帯材９０が配置されるテーブル３３と、先行コイル９ａの帯材終端９１と後行コイル９ｂ材の帯材始端９２との突合せ部をＴｉｇ溶接するためのトーチ３１と、突合せ部の前後で帯材９０を上からテーブル３３に押さえ付けて押圧保持する前後一対のワーク押さえ（クランプ機構）３２と、テーブル３３に取り付けられて突合せ部の裏側に配置される裏当て材６とを備える。
【００１７】
そして、この溶接機３では、Ｔｉｇ溶接に際してトーチ３１のタングステン電極棒と接続する他の電極は、導電性のテーブル３３に接続させてテーブル３３上に接触する帯材９０との間に電圧を印加させる。これにより、生産ライン内で間欠送りされる帯材９０に対して、簡易に且つ迅速な溶接作業を行うことができ、溶接接合の間のライン停止時間を短くできる。また、突合せ部の溶接は、突合せ部を断続的に溶接するタック溶接を行うが、これに限らず突合せ部の全長を溶接するようにしてもよい。なお、溶接法は、Ｔｉｇ溶接に限らず、プラズマ溶接など種々のアーク溶接法であってもよい。
【００１８】
図２を参照して、トーチ３１は、トーチ移送機構３５に支持されており、このトーチ移送機構３５によって帯材９０の送り方向の直角方向へトーチ３１を走行可能としている。トーチ移送機構３５は、テーブル３３から側方に延設された取り付け台３４に設けられている。ワーク押さえ３２は、シリンダー等の昇降機構により先端の押さえ部が昇降自在に構成され、この押さえ部を下降させて帯材９０を上から押さえ付けてテーブル３３との間で押圧保持させる。ワーク押さえ３２は、テーブル３３に取り付けられたフレーム（図示せず）に支持されている。このフレームにはセンサー２４も取り付けられている。なお、トーチ３１及びワーク押さえ３２は、順送プレス機１３による通常の生産時には帯材９０の間欠送りを妨げないようにトーチ移送機構３５や昇降機構によって上昇させて上昇位置に配置される。
【００１９】
裏当て材６は、耐熱性のセラミックが用いられる。
ところで、アーク溶接による突合せ溶接に際して裏当て材６は、一般的に溶接熱を速やかに逃がすように伝熱性に優れたクロム銅製のものが使用される。そのため、クロム銅製の裏当て材６を用いた場合には、帯材９０の表裏での温度差が大きくなって少ないパス数で良好な裏なみを形成するのは難しい。そのため、熱歪みにより溶接接合部９３を境に帯材の長さ方向にく字状に曲がり易くなる。
これに対して、耐熱性セラミックからなる裏当て材６によれば、この裏当て材６が当接される突合せ部の裏側では溶接熱が逃げないように保持される。従って、突合せ部での溶け込みが深く良好な裏なみが形成される。その結果、生産ライン内でコイル端部同士を歪み無く溶接させることが可能となる。このような耐熱性セラミックの裏当て材６として、ジルコニア製のものが好ましく使用されるが、ジルコニア製に限らず、窒化珪素製、アルミナ製など種々の耐熱性セラミックでもよい。
【００２０】
また、この裏当て材６は、角棒状、板状等のように上面が平面形状に形成され、この裏当て材６の上面とテーブル３３の上面と面一となるようにテーブル３３の上面に形成された凹溝に取り付けられる。これにより、先行コイル９ａと後行コイル９ｂの各帯材９０の端部をテーブル３３上にガタ付くことなく平行姿勢で且つ導電性のテーブル３３に接触状態に配置させることができる。従って、溶接時には先行コイル９ａと後行コイル９ｂの端部同士を平行姿勢で保持させることができる。
【００２１】
また、コイル材接続装置１０は、装置本体２０の底部に設置されて装置本体２０を帯材９０の送り方向に沿って前後動させることでコイル材接続装置１０全体を前記方向へ移動させる第１の直動ガイド装置（移送手段）２１と、テーブル３３の底部に設置されてテーブル３３を帯材９０の送り方向に沿って前後動させることでトーチ３１を設置した溶接機３を前記方向へ移動させる第２の直動ガイド装置（移送手段）２２とを備える。なお、本コイル接続装置１０は、第１、第２の直動ガイド装置２１，２２の２つの移送手段を備えるが、いずれか１つの移送手段を備えた構成であってもよい。
【００２２】
以上の構成のコイル材接続装置１０により生産ライン内で先行コイル９ａと後行コイル９ｂとを接続する方法として、まず、順送プレス機１３にピッチ送りされている先行コイル９ａの帯材終端９１をセンサー２４が検知すると、この帯材終端９１の検知時点又は１ピッチ以上間欠送りした時点で間欠送りを停止させる。次いで、第１直動ガイド装置２１により装置本体２０を前進移動又は後退移動させて、トーチ３１の走行位置を先行コイル９ａの帯材終端９１の位置に配置させる。
【００２３】
一方、アンコイラー１１に新たに取り付けた後行コイル９ｂの帯材９０をレベラー１２を経てコイル材接続装置１０の挟持ロール５にその帯材始端９２の近傍を挟持させ、この後行コイル９ｂの帯材始端９２を先行コイル９ａの帯材終端９１に突き合わせる。そして、第２直動ガイド装置２２によりテーブル３３を細かく前進移動又は後退移動させて、トーチ３１の走行位置を先行コイル９ａと後行コイル９ｂの突合せ部の中間に位置合わせする。これにより、先行コイル９ａの帯材終端９１と後行コイル９ｂの帯材始端９２との端部同士の突合せ部が裏当て材６上に配置されると共に突合せ部の略中間にトーチ３１の走行位置が配置される。
【００２４】
そして、前後のワーク押さえ３２の押さえ部を下降させて、帯材９０を突合せ部の前後で押さえ付けてテーブル３３上に押圧保持させる。次いで、トーチ３１を下降させて突合せ部の一方の端部から他方の端部に向けて板幅方向へ走行させながらタック溶接又は全溶接を行う。これにより、先行コイル９ａの帯材終端９１と後行コイル９ｂの帯材始端９２とが溶接接合される。
【００２５】
溶接接合が完了すると、トーチ３１及びワーク押さえ３２を上昇させ、帯材９０を間欠送りして溶接接合部９３を歪みとりロール４に通過させる。これにより、順送プレス機１３に支障なく供給できる程度でも溶接接合部９３に僅かに歪みが生じていた場合に真っ直ぐな状態に矯正される。その後、歪み取りロール４と挟持ロール５のそれぞれの上側ロールを上昇させ、自動間欠送りさせて順送プレス機１３でのプレス加工を再開させる。
【００２６】
以上の実施形態によれば、溶接機３において耐熱性のセラミックからなる裏当て材６を用いることにより、突合せ部の裏側では溶接熱が逃げないように保持される。これにより、Ｔｉｇ溶接により突合せ部の裏側まで十分に溶け込み、溶接接合部９３において安定して良好な裏なみを形成することができる。しかも、耐熱性セラミックの裏当て材６によって突合せ部の裏側に溶接熱が保持されることから、溶接接合部９３の表側と裏側とで温度差が生じ難くなり、溶接接合部９３での熱歪みを抑制することができる。また、溶接に際して帯材９０を突合せ部の前後でワーク押さえ９２により押圧保持することにより溶接時や溶接後の冷却時に溶接接合部９３を境に帯材９０に曲がりを生じさせないようにすることができる。以上のことから、先後のコイル端部同士を溶接接合しても溶接接合部９３を境にした帯材９０の曲がりが抑制されて略真っ直ぐに接合することができる。従って、生産ライン内において先行コイル９ａの帯材終端９１に後行コイル９ｂの帯材始端９２を溶接接合し、続けて順送プレス機１３に円滑に供給させることができる。よって、材料切れによる生産ラインの停止時間を大幅に短縮し、生産ラインの運転率を向上させることができる。本装置１０の場合、溶接接合の操作は、順送プレス機１３による生産中に常時行うのではなく、コイル９の架け替えを行うときの一時期（例えば、約１時間ごと）に行うので、特別な冷却装置は必要としない。
なお、上記実施形態のコイル材接続装置１０は、順送プレスラインに限らず、他の生産ライン等に適用することができる。
【００２７】
以上の実施形態に従って、先行コイル９ａと後行コイル９ｂのコイル端部同士をＴｉｇ溶接により突合せ部を全溶接した場合に溶接接合部９３による歪み具合を確かめた。
（実施例１）
・溶接機３での裏当て材６：ジルコニア製（耐熱性セラミック）
・コイル９の帯材９０：高張力鋼、板厚４．５ｍｍ、板幅９０ｍｍ
（実施例２）
・溶接機３での裏当て材６：ジルコニア製（耐熱性セラミック）
・コイル９の帯材９０：ＳＳ４１、板厚３．２ｍｍ、板幅１００ｍｍ
（参考例）
・溶接機３での裏当て材６：クロム銅製
・コイル９の帯材９０：ＳＳ４１、板厚３．２ｍｍ、板幅１００ｍｍ
【００２８】
（評価）
溶接接合後の帯材９０について溶接接合部９３を中間に所定長さに切り出した帯材試料を、後行コイル９ｂ側の帯材９０部分を水平にして先行コイル９ａ側の帯材９０部分の浮き上がりを測定した。
実施例１では、図３（ａ）を参照して、溶接接合部９３から先行コイル９ａ側の長さ方向へ１８０ｍｍの位置での浮き上がりは、０．３ｍｍ（溶接接合部９３での歪み角度が約０．１度）であった。この０．３ｍｍの浮きは、帯材９０そのものの曲がり癖などによる歪み程度と変らず、溶接による曲がりはほとんど無いものとみなせることが確認された。また、実施例１の溶接接合部９３の裏なみも良好に形成されていた。
実施例２では、図３（ｂ）を参照して、溶接接合部９３から先行コイル９ａ側の長さ方向へ１５０ｍｍの位置での浮き上がりは、１．２ｍｍ（溶接接合部９３での歪み角度が約０．４６度）であった。１５０ｍｍ長さの範囲で１．２ｍｍ程度の浮きであれば、順送プレス機１３の順送金型１４に対して引っ掛かりなどの支障を来たすことなく円滑に供給可能な範囲内であることが確認された。これより、実施例１と対比すると、実施例１のような厚板の帯材９０に対して溶接歪みを抑制するのに有利であることが確認された。また、実施例２の溶接接合部９３の裏なみも良好に形成されていた。
一方、各実施例１，２と比較して、参考例（実施例２と帯材９０の材質・寸法が同じ）では、図３（ｃ）を参照して、溶接接合部９３から先行コイル９ａ側の長さ方向へ１５０ｍｍの位置での浮き上がりが６．５ｍｍ（溶接接合部９３での歪み角度が約２．４８度）であった。１５０ｍｍ長さの範囲で６．５ｍｍの浮きが生じると、順送プレス機１３の順送金型１４で引っ掛かりを生じさせてしまい、そのまま順送プレス機１３へ供給できない。しかも、この参考例の溶接接合部９３の裏面を観察すると、溶け込みが浅く裏なみが形成されていないことが確認された。
【符号の説明】
【００２９】
３  溶接機
６  裏当て材
９ａ  先行コイル
９ｂ  後行コイル
１０  コイル材接続装置
１１  アンコイラー
１２  レベラー
１３  順送プレス機
２０  装置本体
２１  第１直動ガイド装置（移送手段）
２２  第２直動ガイド装置（移送手段）
２４  センサー
３１  トーチ
３２  ワーク押さえ（クランプ機構）
３３  テーブル
９０  帯材
９１  帯材終端
９２  帯材始端
９３  溶接接合部
【図１】
2012061511.tif 000003
【図２】
2012061511.tif 000004
【図３】
2012061511.tif 000005