(57)【要約】【課題】雰囲気温度の変化の影響を受けずに、金属部材どうしの接合を安定して行う。【解決手段】配管２と継手３とを接合する接合方法は、融解したときに配管２と継手３との間に入り込む位置に配置されるロウ材４を加熱する加熱工程と、ロウ材４の位置を検出する位置検出工程と、ロウ材４の位置の変化に基づいてロウ材４が加熱によって融解したことを判定する融解判定工程と、ロウ材４が融解したと判定された場合にロウ材４の加熱を停止する加熱停止工程と、を含む。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
一対の金属部材どうしを接合する接合方法であって、
融解したときに前記一対の金属部材の間に入り込む位置に配置される接合部材を加熱する加熱工程と、
前記接合部材の位置を検出する位置検出工程と、
前記接合部材の位置の変化に基づいて前記接合部材が加熱によって融解したことを判定する融解判定工程と、
前記接合部材が融解したと判定された場合に前記接合部材の加熱を停止する加熱停止工程と、を含むことを特徴とする接合方法。
【請求項２】
請求項１に記載の接合方法であって、
前記一対の金属部材は筒状に形成されて、一方の前記金属部材の端部は他方の前記金属部材の内周に挿入され、
前記接合部材は、一方の前記金属部材の外周面と他方の前記金属部材の端部との全周にわたって配置されることを特徴とする接合方法。
【請求項３】
請求項２に記載の接合方法であって、
前記接合部材は、他方の前記金属部材の端部に載置されるとともに一方の前記金属部材の外周面と当接するように配置されることを特徴とする接合方法。
【請求項４】
請求項１から３のいずれか一つに記載の接合方法であって、
前記一対の金属部材のいずれか一方は、他方と比較して板厚が薄いことを特徴とする接合方法。
【請求項５】
請求項１から４のいずれか一つに記載の接合方法であって、
前記一対の金属部材は、それぞれ複数設けられ、
複数の前記一対の金属部材を同時に接合することを特徴とする接合方法。
【請求項６】
請求項１から５のいずれか一つに記載の接合方法であって、
一方の前記金属部材は配管であり、他方の前記金属部材は継手であることを特徴とする接合方法。
【請求項７】
請求項１から６のいずれか一つに記載の接合方法であって、
前記加熱工程は、
前記接合部材を加熱する加熱部を近接させる近接工程と、
前記接合部材の接線方向に沿って前記加熱部を往復移動させる往復移動工程と、を含み、
前記加熱停止工程では、前記加熱部による加熱を停止させることを特徴とする接合方法。
【請求項８】
請求項７に記載の接合方法であって、
前記融解判定工程では、前記加熱部の加熱放出部の延長線上を避けた位置に設けられる位置検出部によって前記接合部材の位置を検出することを特徴とする接合方法。
【請求項９】
一対の金属部材どうしを接合する接合装置であって、
融解したときに前記一対の金属部材の間に入り込む位置に配置される接合部材を加熱する加熱部と、
前記接合部材の位置を検出する位置検出部と、
前記接合部材の位置の変化に基づいて前記接合部材が加熱によって融解したことを判定する融解判定部と、を備え、
前記加熱部は、前記接合部材が融解したと判定された場合に前記接合部材の加熱を停止することを特徴とする接合装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、金属部材どうしを接合する接合方法及び接合装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来から、金属の配管どうしを接合する方法として、ロウ付け部分に予めロウ材を配置し、炉中又はトーチによってロウ材を融解させて接合する方法が知られている。特許文献１には、筒状部材の開口端に外周に向かって拡がるテーパ部を形成し、ロウ材の少なくとも一部がテーパ部内に挿入された状態でロウ付けを行うロウ付け方法が開示されている。一般に、このようなロウ付け方法では、炉中又はトーチによる加熱を開始してから予め設定された所定の時間が経過したら、ロウ材が融解したと判定して加熱を停止している。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平０４−３０００７１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、例えば、気温が低い時期など雰囲気温度が低温である場合には、ロウ材が充分に融解しないおそれがある。また、気温が高い時期など雰囲気温度が高温である場合には、ロウ材の近傍の配管が加熱されすぎるおそれがある。このように、雰囲気温度の変化に伴って、ロウ付けの品質にばらつきが生じるおそれがある。
【０００５】
本発明は、上記の問題点に鑑みてなされたものであり、雰囲気温度の変化の影響を受けずに、金属部材どうしの接合を安定して行うことを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明のある態様によれば、一対の金属部材どうしを接合する接合方法は、融解したときに前記一対の金属部材の間に入り込む位置に配置される接合部材を加熱する加熱工程と、前記接合部材の位置を検出する位置検出工程と、前記接合部材の位置の変化に基づいて前記接合部材が加熱によって融解したことを判定する融解判定工程と、前記接合部材が融解したと判定された場合に前記接合部材の加熱を停止する加熱停止工程と、を含む。
【０００７】
本発明の別の態様によれば、一対の金属部材どうしを接合する接合装置は、融解したときに前記一対の金属部材の間に入り込む位置に配置される接合部材を加熱する加熱部と、前記接合部材の位置を検出する位置検出部と、前記接合部材の位置の変化に基づいて前記接合部材が加熱によって融解したことを判定する融解判定部と、を備え、前記加熱部は、前記接合部材が融解したと判定された場合に前記接合部材の加熱を停止する。
【発明の効果】
【０００８】
本発明では、接合部材の位置を検出し、接合部材の位置の変化に基づいて接合部材が加熱によって融解したことを判定する。したがって、接合部材が実際に融解したことを検出して加熱を停止するため、雰囲気温度の変化の影響を受けずに、金属部材どうしの接合を安定して行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、本発明の実施形態に係る接合方法によって接合される一対の金属部材の正面図の一部を断面で示す図である。
【図２】図２は、本発明の実施形態に係る接合装置の平面図である。
【図３】図３は、本発明の実施形態に係る接合方法のフローチャートである。
【図４】図４は、加熱される前の一対の金属部材の正面図の一部を断面で示す図である。
【図５】図５は、加熱が開始された後の一対の金属部材の正面図の一部を断面で示す図である。
【図６】図６は、加熱が停止された後の一対の金属部材の正面図の一部を断面で示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
以下、図面を参照して、本発明の実施形態について説明する。
【００１１】
まず、図１を参照して、本発明の実施形態に係る接合方法によって接合される一対の金属部材としての配管ユニット１について説明する。ここでは、配管ユニット１は、接合部材としてのロウ材４が融解することによって接合される配管２と継手３とを有する。図１には、ロウ材４が融解する前の状態を示す。
【００１２】
配管２は、円筒状に形成される。配管２の端部２ａは、継手３の内周に挿入される。配管２の外周面２ｂは、ロウ材４を介して継手３の内周面３ｂと全周にわたって接合される。
【００１３】
継手３は、略円筒状に形成される。継手３の内周面３ｂは、配管２の外周面２ｂと比較して大径に形成される。継手３の内周面３ｂと配管２の外周面２ｂとの間には、融解したロウ材４が入り込む環状の間隙が形成される。この間隙に臨む継手３の内周面３ｂと配管２の外周面２ｂとが接合部５を構成する。即ち、接合部５は、配管２の端部２ａから所定の長さの領域と、継手３の端部３ａから所定の長さの領域とによって構成される。
【００１４】
継手３は、配管２と比較して板厚が薄い。継手３の端部３ａは、融解する前のロウ材４が載置可能なように平面状に形成される。端部３ａの内周には、融解したロウ材４が入り込みやすいように面取り部３ｃが形成される。
【００１５】
ロウ材４は、融解したときに配管２と継手３との間に入り込む位置に配置される。具体的には、ロウ材４は、継手３の平面状の端部３ａに載置される。ロウ材４は、環状に形成され、配管２の外周面２ｂと継手３の端部３ａとの全周にわたって配置される。ロウ材４は、その内周が配管２の外周面２ｂと当接するように配置される。
【００１６】
次に、図２を参照して、本発明の実施形態に係る接合装置１０の構成について説明する。
【００１７】
接合装置１０は、配管２と継手３とをロウ材４によって接合するためのものである。接合装置１０は、一対ずつ設けられる配管２と継手３とを、それぞれ同時に接合するものである。接合装置１０は、一対ずつに限らず、それぞれ単一に設けられる配管２と継手３とを接合することも可能であり、三個以上ずつ設けられる配管２と継手３とを、それぞれ同時に接合することも可能である。
【００１８】
接合装置１０は、ロウ材４を加熱する加熱部としての複数のトーチ１１と、ロウ材４の位置を検出する位置検出部としての一対の変位センサ１２と、トーチ１１を配管ユニット１の接線方向に沿って往復移動させる一対のトーチ移動機構２０と、配管２と継手３との接合を制御する制御部としてのコントローラ３０と、を備える。
【００１９】
トーチ１１は、外部から供給される可燃性ガスを燃焼させて加熱放出部１１ａから放出する。トーチ１１は、配管ユニット１を挟んで対向するように一対ずつ設けられる。トーチ１１は、配管ユニット１の接線方向に沿って移動しながら、配管２と継手３との接合部５を接合するロウ材４を加熱する。トーチ１１は、変位センサ１２からの電気信号に基づいてロウ材４が融解したと判定された場合に、ロウ材４の加熱を停止する。
【００２０】
変位センサ１２は、ロウ材４に照射したレーザが反射することを利用してロウ材４の位置を検出するレーザ変位計である。具体的には、変位センサ１２は、ロウ材４の外周のうち、配管２の外周面２ｂから離間しており、かつ継手３の端部３ａから離間している位置までの距離を検出する。
【００２１】
変位センサ１２は、ロウ材４の位置を検出できればよいため、レーザ変位計ではなく他のセンサであってもよい。変位センサ１２は、トーチ１１の加熱放出部１１ａの延長線上を避けた位置に設けられる。つまり、変位センサ１２は、トーチ１１から放出される燃焼した可燃性ガスが直接当たらない位置に設けられる。
【００２２】
トーチ移動機構２０は、トーチ１１が取り付けられるトーチ台２１と、トーチ台２１を往復移動させる駆動ユニット２２と、トーチ台２１の往復移動をガイドするガイド部材２３と、トーチ１１を配管ユニット１に近接させる近接ユニット（図示省略）と、を有する。
【００２３】
トーチ台２１の上面には、加熱放出部１１ａが配管ユニット１に向けられて配管ユニット１を加熱可能なように、一対のトーチ１１が取り付けられる。一対のトーチ移動機構２０の各々のトーチ台２１は、互いに同期して往復移動する。
【００２４】
駆動ユニット２２は、ボールねじ機構やリニアモータなどで構成され、配管ユニット１に対してトーチ台２１を往復移動させる。
【００２５】
ガイド部材２３は、トーチ台２１が直線的に移動するようにガイドする。一対のトーチ移動機構２０の各々のガイド部材２３は、互いに平行に設けられる。
【００２６】
近接ユニットは、配管ユニット１が配置された後に、トーチ１１を上方から配管ユニット１に近接させ、接合部５の接合が完了した後に、トーチ１１を配管ユニット１から上方に離間させる。
【００２７】
コントローラ３０は、接合装置１０の制御を実行するＣＰＵ（中央演算処理装置）と、ＣＰＵの処理動作に必要な制御プログラムや設定値等が記憶されたＲＯＭ（リードオンリメモリ）と、各種センサが検出した情報を一時的に記憶するＲＡＭ（ランダムアクセスメモリ）と、を備える。
【００２８】
コントローラ３０は、トーチ１１の動作を制御するトーチ制御部３１と、ロウ材４が加熱によって融解したことを判定する融解判定部３２と、トーチ移動機構２０によるトーチ１１の移動を制御する移動制御部３３と、を有する。
【００２９】
トーチ制御部３１は、トーチ１１からの燃焼した可燃性ガスの放出と停止とを制御する。
【００３０】
融解判定部３２は、ロウ材４の位置の変化に基づいて、ロウ材４が融解したことを判定する。具体的には、融解判定部３２は、変位センサ１２によって検出されるロウ材４の位置が予め設定された所定の大きさ変位した場合に、ロウ材４が融解したと判定する。
【００３１】
移動制御部３３は、トーチ移動機構２０の駆動ユニット２２の動作と停止とを制御する。また、移動制御部３３は、トーチ１１の移動距離及び移動速度を制御可能である。
【００３２】
次に、図３から図６を参照して、接合装置１０を用いた接合方法について説明する。この接合方法は、配管２と継手３とを接合するものである。
【００３３】
図３に示すフローは、コントローラ３０によって実行される。このフローによる制御は、接合装置１０に一対の配管ユニット１が設置された状態にて開始される。このとき、ロウ材４は、継手３の平面状の端部３ａに載置されている（図４に示す状態）。
【００３４】
ステップＳ１１では、トーチ制御部３１がトーチ１１から燃焼した可燃性ガスを放出するように制御する。
【００３５】
ステップＳ１２では、移動制御部３３がトーチ移動機構２０の近接ユニットを制御して、トーチ１１を上方から配管ユニット１に近接させる（近接工程）。これにより、融解したときに配管２と継手３との間に入り込む位置に配置されるロウ材４の加熱が開始される（加熱工程）。ロウ材４は、配管２の外周面２ｂと当接するように配置されるため、配管２を介して温度が均一化される。
【００３６】
ステップＳ１３では、移動制御部３３がトーチ移動機構２０の駆動ユニット２２を動作させる。これにより、トーチ１１が配管ユニット１の接線方向に沿って往復移動する（往復移動工程）。トーチ１１は、ロウ付けされる配管ユニット１の数に応じて、すべての配管ユニット１のロウ材４を加熱可能な距離だけ移動する。
【００３７】
ステップＳ１４では、変位センサ１２によってロウ材４の位置を検出する（位置検出工程）。変位センサ１２は、トーチ１１の加熱放出部の延長線上を避けた位置に設けられるため、トーチ１１から放出される燃焼した可燃性ガスの影響を受けずにロウ材４の位置を検出することができる。
【００３８】
ステップＳ１５では、変位センサ１２によって検出されるロウ材４の位置の変化に基づいて、ロウ材４が融解したか否かを融解判定部３２が判定する（融解判定工程）。ステップＳ１５にて、ロウ材４の位置が変化しておらず、ロウ材４が融解していないと判定された場合には、ステップＳ１４に移行し、変位センサ１２によって再びロウ材４の位置を検出する。
【００３９】
ここで、ロウ材４が融解しはじめると、その一部が継手３の内周面３ｂと配管２の外周面２ｂとの間の環状の間隙に入り込む（図５に示す状態）。これにより、ロウ材４の高さが、融解する前の状態（図４に示す状態）と比較して低くなる。融解判定部３２は、変位センサ１２が検出するロウ材４の高さの変化に基づいて、ロウ材４が融解したことを判定する。
【００４０】
このとき、上述したように、変位センサ１２は、ロウ材４の外周のうち、配管２の外周面２ｂから離間しており、かつ継手３の端部３ａから離間している位置までの距離を検出する。よって、ロウ材４の高さが低くなりはじめた瞬間、即ちロウ材４が融解しはじめた瞬間を検出することができる。
【００４１】
ステップＳ１５にて、ロウ材４の位置が所定の大きさ変化して、ロウ材４が融解したと判定された場合には、ステップＳ１６に移行する。
【００４２】
ステップＳ１６では、ステップＳ１５にてロウ材４が融解したと判定されてから所定の時間が経過するまでトーチ１１によるロウ付けを続行する。この所定の時間は、継手３の内周面３ｂと配管２の外周面２ｂとの間の環状の間隙に融解したロウ材４が入り込む（図６に示す状態）のに要する時間に設定される。所定の時間は、例えば１秒程度に設定される。
【００４３】
このように、本発明の実施形態に係る接合方法では、変位センサ１２がロウ材４の位置を検出し、ロウ材４の位置の変化に基づいてロウ材４が加熱によって融解したことを融解判定部３２が判定する。したがって、ロウ材４が実際に融解したことを検出してトーチ１１による加熱を停止するため、雰囲気温度の変化の影響を受けずに、配管２と継手３との接合を安定して行うことができる。
【００４４】
ステップＳ１７では、移動制御部３３がトーチ移動機構２０の駆動ユニット２２を停止させる。これにより、トーチ１１の往復移動が停止する。
【００４５】
ステップＳ１８では、移動制御部３３がトーチ移動機構２０の近接ユニットを制御して、トーチ１１を配管ユニット１から上方に離間させる（加熱停止工程）。これにより、トーチ１１によるロウ材４の加熱が停止され、ロウ材４は冷却されて凝固する。ロウ材４が凝固すると、配管２の外周面２ｂと継手３の内周面３ｂとの接合部５がロウ材４によって接合される（図６に示す状態）。また、ロウ材４によって接合された配管ユニット１が、接合装置１０から取り出し可能な状態となる。
【００４６】
ステップＳ１９では、トーチ制御部３１がトーチ１１からの燃焼した可燃性ガスの放出を停止するように制御する。以上の制御によって、配管２と継手３との接合が完了する。なお、他の配管２と継手３との接合を引き続き行う場合には、トーチ１１からの燃焼した可燃性ガスの放出を停止しなくてもよい。
【００４７】
以上の実施形態によれば、以下に示す効果を奏する。
【００４８】
変位センサ１２がロウ材４の位置を検出し、ロウ材４の位置の変化に基づいてロウ材４が加熱によって融解したことを融解判定部３２が判定する。したがって、ロウ材４が実際に融解したことを検出してトーチ１１による加熱を停止するため、雰囲気温度の変化の影響を受けずに、配管２と継手３との接合を安定して行うことができる。
【００４９】
以上、本発明の実施形態について説明したが、上記実施形態は本発明の適用例の一部を示したに過ぎず、本発明の技術的範囲を上記実施形態の具体的構成に限定する趣旨ではない。
【００５０】
例えば、上記の実施形態では、配管２及び継手３はともに円筒状に形成されるが、筒状であればよく、円筒状に限られるものではない。また、接合装置１０を用いた接合方法は、配管２と継手３との接合だけでなく、筒状ではない他の形状の一対の金属部材の接合にも適用することが可能である。
【００５１】
また、上記の実施形態では、継手３の板厚は配管２と比較して薄いが、これに限らず、配管２の板厚を継手３と比較して薄くしてもよい。
【符号の説明】
【００５２】
１０    接合装置
１      配管ユニット（一対の金属部材）
２      配管（金属部材）
２ｂ    外周面
３      継手（金属部材）
３ａ    端部
４      ロウ材（接合部材）
５      接合部
１１    トーチ（加熱部）
１１ａ  加熱放出部
１２    変位センサ（位置検出部）
２０    トーチ移動機構
３０    コントローラ（制御部）
３２    融解判定部
【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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