JP5693353B2 - Can body manufacturing apparatus and can body manufacturing method using the manufacturing apparatus - Google Patents
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Description
この発明は、薄い金属部材の胴体と鏡板を接合することによって作製される貯湯タンク等の缶体の製造装置と、その製造装置を用いた缶体の製造方法に関する。 The present invention relates to an apparatus for manufacturing a can body such as a hot water storage tank manufactured by joining a body of a thin metal member and an end plate, and a method for manufacturing a can body using the apparatus.
近年普及している貯湯式給湯器においては、沸き上げた湯を貯えておくために大容量の金属製貯湯タンクを備えているが、その貯湯タンクの缶体の構造は、一般的には胴体と呼ばれる本体筒状の部品の両端部分に、鏡板と呼ばれるお椀状の部品とが全周にわたり溶接されて缶体が形成されている。この周溶接については、従来より様々な形状の継手および缶体製造装置を含めての溶接方法の検討がなされている。
缶体の長寿命化には溶接部に隙間を持たない突き合わせ継手とすることが望ましい。一般に薄板の突き合わせ溶接は継手間の隙間や板厚方向の変位(目違い、すなわち2枚の板の厚さ方向の変位のこと)を厳密に管理する必要がある。このような観点から、胴体部材の開口端部に蓋部材を嵌め合わせて溶接するタンク溶接装置であって、開口端部と蓋部材の立ち上げ部とを矯正するとともに、互いに嵌め合わせる筒状の矯正治具を備え、この矯正治具は内周面が開口端部の挿入方向に向かって漸次縮径され開口部を嵌め入れて矯正する胴体部材矯正部と、この胴体部材矯正部に連通し内周面が蓋部材の挿入方向に向かって漸次縮径され、立ち上げ部を嵌め入れて矯正する蓋部材矯正部材と、胴体部材矯正部と蓋部材矯正部との間に形成され嵌め入れた開口端部、または立ち上げ部のいずれか一方の先端を係止して位置決めするとともに、他方を一方に嵌め込む位置決め段部を備えた技術が示されている(例えば、特許文献1)。
In recent years, hot water storage hot water heaters are equipped with large-capacity metal hot water storage tanks for storing heated hot water, but the structure of the can of the hot water storage tank is generally a fuselage. A can body is formed by welding a bowl-shaped part called an end plate over the entire circumference at both ends of a cylindrical part called a main body. With respect to this circumferential welding, conventionally, welding methods including joints and can manufacturing apparatuses having various shapes have been studied.
In order to extend the life of the can body, it is desirable to use a butt joint having no gap in the welded portion. In general, butt welding of thin plates requires strict management of gaps between joints and displacements in the thickness direction (mistakes, that is, displacement in the thickness direction of two plates). From such a viewpoint, it is a tank welding apparatus that fits and welds a lid member to an opening end portion of a body member, and corrects the opening end portion and the rising portion of the lid member, and also has a cylindrical shape that fits together. A correction jig is provided, and the correction jig communicates with the trunk member correction section, and a trunk member correction section in which the inner peripheral surface is gradually reduced in diameter in the insertion direction of the opening end and the opening is inserted and corrected. The inner peripheral surface is gradually reduced in diameter in the insertion direction of the lid member, and is formed and fitted between the lid member correction member that inserts and corrects the rising portion, and the trunk member correction portion and the lid member correction portion. A technique is shown that includes a positioning step portion that locks and positions the tip of either the open end portion or the rising portion and that fits the other end into one (for example, Patent Document 1).
しかしながら上記特許文献1に示された技術は、周溶接を行うためには矯正治具が溶接トーチに干渉する。そのため、鏡板と胴体の嵌合状態を維持するために、周方向に数点仮止め溶接を行っている。その結果作業時間が増大する。また、立ち上げ部を仮止め溶接すると立ち上げ部が溶融し、立ち上げ部が消失するため、周溶接時に仮付け部分だけ溶接状態が変化し、溶接不良が発生する。
さらに、この矯正治具は周方向には矯正されているが、立上り方向には強制されないため、鏡板と胴体の開口端部の平行度および左右の鏡板の平行度が確保されず、部分的に鏡板の立ち上げ部と胴体の開口端部に隙間が生じ、溶接溶け落ちが発生する。また、矯正治具に仮止め溶接のための穴が数箇所あいており、その部位において径方向に拘束が無くなり、鏡板と胴体に目違いが生じ、疲労強度が弱くなるという問題点がある。
However, in the technique disclosed in
Furthermore, although this correction jig is corrected in the circumferential direction, it is not forced in the rising direction, so the parallelism of the opening end of the mirror plate and the fuselage and the parallelism of the left and right mirror plates are not secured, and partially A gap is formed between the rising part of the end plate and the opening end of the body, and welding is burned out. In addition, there are several holes for temporary fixing welding in the correction jig, and there is a problem that there is no restriction in the radial direction at that portion, the end plate and the body are mistaken, and the fatigue strength is weakened.
この発明は上記のような課題を解決するためになされたもので、胴体と鏡板との突き合わせ部が矯正治具で覆われることがなく、突き合わせ部の接合器具、例えば溶接トーチが干渉せず、そのため仮止め溶接を不要とし、また突き合わせ部を加圧し突き合わされた状態を保持したことを可能とした缶体の製造装置およびその製造装置を用いた缶体の製造方法を提供することを目的とする。 This invention was made to solve the above problems, the butting portion of the body and the end plate is not covered with the correction jig, the joining device of the butting portion, for example, the welding torch does not interfere, Therefore, it is an object of the present invention to provide a can body manufacturing apparatus and a can body manufacturing method using the manufacturing apparatus, which can eliminate the need for temporary fixing welding and maintain the pressed and butted state of the butted portion. To do.
第1の発明は、胴体と鏡板とを接合して缶体を作製する缶体の製造装置であって、該缶体の製造装置は、胴体の両側に配置された鏡板をそれぞれに支持する第1の矯正用治具、第2の矯正用治具と、第1の矯正用治具の外側に配置された回転駆動ユニットと、第2の矯正用治具の外側に配置された加圧ユニットとを備えており、
第1の矯正用治具、第2の矯正用治具のそれぞれが具備する矯正用リングによって該矯正用リングの内径側水平軸方向に設けられた段付き部の底部に、鏡板の開口部の立ち上げ部後面を当接し、加圧ユニットの加圧力により胴体の両端の立ち上げ部前面と、鏡板の開口部の立ち上げ部前面とを互いに加圧し胴体の支持精度を矯正して突き合わせ、第1の矯正用治具、第2の矯正用治具のそれぞれが具備するガイドユニットによって矯正用リングを移動させ、段付き部の底部を鏡板の開口部の立ち上げ部後面から離脱させて突き合わせ部の上部に空間を形成後、回転駆動ユニットによって胴体、鏡板、第1の矯正用治具、第2の矯正用治具が一体的に回転可能とするものである。
A first aspect of the present invention is a can manufacturing apparatus for manufacturing a can body by joining a body and an end plate, wherein the can body manufacturing apparatus supports end panels disposed on both sides of the body, respectively. 1 correction jig , 2nd correction jig, rotation drive unit arranged on the outside of the 1st correction jig, and pressure unit arranged on the outside of the 2nd correction jig And
The opening of the end plate is formed at the bottom of the stepped portion provided in the horizontal axis direction on the inner diameter side of the correction ring by the correction ring provided in each of the first correction jig and the second correction jig. abut the rising portion rear face, abutting and correct the rising portion front surface of the body at both ends by pressure, the pressurized fuselage of the support accuracy together a raised portion front surface of the opening of the end plate of the pressure unit, The correction ring is moved by the guide unit provided in each of the first correction jig and the second correction jig , and the bottom of the stepped portion is detached from the rear surface of the rising portion of the opening portion of the end plate to make a butting. After the space is formed in the upper part of the part, the body, the end plate, the first correction jig , and the second correction jig can be integrally rotated by the rotation drive unit.
第2の発明は、第1の発明による缶体の製造装置を用い、回転駆動ユニットによって胴体と、該胴体の両端に設けられた鏡板と、該鏡板を支持する第1の矯正用治具、第2の矯正用治具とを一体的に回転させた状態で、加圧し突き合わされた胴体の立ち上げ部と鏡板の開口部の立ち上げ部の突き合わせ部とを接合する方法である。 2nd invention uses the manufacturing apparatus of the can body by 1st invention, The body by the rotational drive unit, the end plate provided in the both ends of this body, The 1st correction jig which supports this end plate, This is a method of joining the raised portion of the body pressed and abutted against the butted portion of the raised portion of the opening of the end plate while the second correction jig is rotated integrally.
第1の発明は上記のような構成を採用しているので、胴体および鏡板を突き合わせる際、双方の立ち上げ部を矯正用リングの段付き部で拘束するため、立ち上げ部間の平行度が確保され、また加圧により突き合わせ後、その加圧状態を保ったまま矯正用リングを移動して突き合わせ部の上部に空間を形成させるとともに、胴体、鏡板、矯正用治具が一体的に回転可能であり、突き合わせ部の接合作業を容易とする製造装置となる。 Since the first invention employs the configuration as described above, when the body and the end plate are brought into contact with each other, both rising portions are constrained by the stepped portion of the correction ring. There is ensured, also after butt Ri by the pressure, with the formation of space at the top of the while maintaining the pressurized state by moving the straightening ring butted portion, the body, the end plate, integral correcting jig And a manufacturing apparatus that facilitates the joining operation of the butted portion.
また第2の発明は上記のような製造装置を用いた製造方法を採用しているので、胴体、鏡板の突き合わせ部の仮止めを不要とし、その結果加工時間の短縮、低コストとなり、またさらに突き合わせ部の接合品質が向上し、応力集中の発生が減少し、疲労強度が上昇するという効果がある。 In addition, since the second invention employs a manufacturing method using the manufacturing apparatus as described above, it is unnecessary to temporarily fix the abutting portion of the body and the end plate, resulting in a reduction in processing time and cost. The joint quality at the butt portion is improved, the occurrence of stress concentration is reduced, and the fatigue strength is increased.
実施の形態1.
以下、この発明の実施の形態1を図に基づいて説明する。
図1は、実施の形態1による缶体の製造装置50に缶体40である、例えば貯湯式給湯器の金属製貯湯タンクを搭載した状態を示す側面図である。缶体40は円筒状の胴体1の両側にお椀状の鏡板2を備えている。胴体1の内径はφ300〜φ700mm、使用される板厚は0.5〜1mm、両側の鏡板2を含む缶体40の長さは500〜2000mm程度である。
缶体40はベース10に設置の胴体受け9を介し支持されており、胴体1の両側に配置された鏡板2の外部のそれぞれには図3〜図5で後述するように、図2に示す矯正用治具20である第1の矯正用治具20aおよび第2の矯正用治具20bが設けられている。前記ベース10上であって第1の矯正用治具20aの外側には回転駆動ユニット4がシャフト13a、ギヤ6を介してモータ5と接続されている。このモータ5の回転により回転駆動ユニット4が回動され、第1の矯正用治具20aを介して缶体40が回転する。この詳細は後述する。
第2の矯正用治具20bにはシャフト13bを介して回転従動ユニット7が設けられ、この回転従動ユニット7はスライドレール8を介してベース10に設置されるとともに、加圧ユニット3にも接続されている。加圧ユニット3が稼動し、加圧力を出力すると、回転従動ユニット7が図1の左側から右方向に移動し、缶体40を加圧する構造であり、この加圧ユニット3は加圧力を変更できる機能を有する。
FIG. 1 is a side view showing a state in which a metal hot water storage tank of a hot water storage hot water heater, for example, is mounted on a can manufacturing
The
The
回転駆動ユニット4につながる第1の矯正用治具20aおよび加圧ユニット3につながる第2の矯正用治具20bの構成と動作を図2〜図5に基づいて説明する。
図2に示す矯正用治具20の図の向きは、図の配置の都合上、前述した図1の第1の矯正用治具20aを示すものであり、第2の矯正用治具20bの構成は、その向きが異なる以外はこの第1の矯正用治具20aと同一である。
図3において、第1の矯正用治具20aは鏡板2の外部に設置され、鏡板2の底面2dを受ける底板25と、鏡板2の開口部2eに設けられた立ち上げ部2aの立ち上げ後面2bに当接する矯正用リング21を具備する。この状態では鏡板2は第1の矯正用治具20aによって支持されている。矯正用リング21には、内径側水平軸方向に設けられた段付き部21aが設けられ、この段付き部21aには底部21bと矯正用リング21の端面21dから水平軸方向に縮径するテーパ21cが形成されており、底部21bには鏡板2の立ち上げ部後面2bが当接する。尚、図2に示すようにこの矯正用治具20には、矯正用リング21を径方向に移動させる3組の昇降ユニット22と胴体1から離れる方向で水平移動させるガイドユニット23が設けられている。
尚、昇降ユニット22は駆動源としてハンドル26を手動で回転させタイミングベルト24を介して矯正用リング21を移動させるが、駆動源としてモータやエアシリンダを用いてもよい。図3に示した底板25は加圧ユニット3の加圧力を受けるので、鏡板2の底面2dと接する面は鏡板2の曲線形状に合わせた形状でかつ充分な大きさを有している。
The configuration and operation of the
The orientation of the
In FIG. 3, the
The elevating
次に缶体の製造装置50の動作について説明する。
まず図4に示すように、鏡板2の底面2dと矯正用治具20の底板25との間に、1mm程度の隙間Gを有する個所に矯正用リング21の位置を調整し、鏡板2の立ち上げ部2aが矯正用リング21の底部21bに全面接触するようセットする。これにより鏡板2の底面2dと矯正用治具20の底板25の寸法精度が確保されていなくとも、図5で後述する胴体1の立ち上げ部1aと鏡板2の立ち上げ部2aとの、例えば溶接による接合上の重要な要素である接合部の平面度が確保される。
Next, the operation of the
First, as shown in FIG. 4, the position of the
次に図5に示すように胴体1を胴体受け9上にセットする。この場合、前述した隙間Gは存在する加圧ユニット3を作動させて第2の矯正用治具20bを介して加圧を行い、底板25と鏡板2の隙間Gをなくし当接させる。この際第1の加圧力である、例えば50Kgf程度の弱い加圧力で加圧を行うことにより、胴体1の立ち上げ部1aが変形することを防止する。この第1の加圧力では、胴体1の両端に設けられた立ち上げ部1aが矯正用リング21のテーパ21cに沿うように移動し、鏡板2の立ち上げ部前面2cと胴体1の立ち上げ部前面1bが突き合わされる。加圧の際、たとえ胴体1が傾いて矯正用リング21の段付き部21aに挿入されたとしても、鏡板2を立ち上げ部2aで受けているため、鏡板2の立ち上げ部2aが変形することがなく、第1の加圧力で胴体1の支持精度を矯正し自然に倣うかたちで鏡板2の立ち上げ部前面2cと、胴体1の立ち上げ部前面1bとの突き合わせ部12が全面にわたって形成される。
次に加圧ユニット3の第2の加圧力である、例えば200Kgf程度でもって前記突き合わせ部12が互いに密となるように加圧する。
Next, the
Next, pressurization is performed so that the butting
このように加圧ユニット3で加圧することにより、矯正用治具20である第1、第2の矯正用治具20a、20bに支持された鏡板2および胴体1が一体化される。図6に示すようにこの状態で第1、第2の矯正用治具20a、20bのガイドユニット23を動作させ矯正用リング21の段付き部21aの底部21bを、鏡板2の立ち上げ部後面2bから離脱する方向、つまり胴体1から離れる方向に矯正用リング21を移動させる。一体化加圧状態での矯正用リング21の移動であるので、突き合わせ部12の接触状態に変化は発生しない。この矯正用リング21が移動することにより、突き合わせ部12の上部には、図6に示すような空間Sが形成される。この空間Sは図6に示す接合器具11である、例えばTIG溶接トーチを配置することが可能となる。
また一体化加圧状態であるので、回転駆動ユニット4によって胴体1、鏡板2、第1、第2の矯正用治具20a、20bが一体的に回転可能となる。
By pressurizing the
Moreover, since it is an integrated pressurization state, the trunk |
以上のように、この実施の形態1による缶体の製造装置50は、矯正用リング21の底部21bに鏡板2の立ち上げ部後面2bを当接し、胴体1の立ち上げ部1aを矯正用リング21のテーパ21cに沿うようにして加圧ユニット3によって第1の加圧力で加圧するので突き合わせ部12の目違いが減少し、矯正用リング21の段付き部21aで立ち上げ部1aが拘束されて、双方の立ち上げ部の平行度が確保され、また第1の加圧力より大きな第2の加圧力によって鏡板2の立ち上げ部2a、胴体1の立ち上げ部1aを密に突き合わせることができ、このことにより突き合わせ部12の仮止めを必要とせず、さらに矯正用リング21が後退するので、この突き合わせ部12の上部に空間Sを生成することができる装置となる。このように鏡板2と胴体1とを接合して缶体を製造する装置として、突き合わせ部12の仮止め処理が不要となり、工程の省略化、省エネ化、その結果低コスト化、さらには突き合わせ部の接合品質が向上し、かつ接合作業が容易となり、量産に適した再利用可能な装置となるという効果を奏する。
As described above, the
実施の形態2.
次に実施の形態2を図7に基づいて説明する。
前述した実施の形態1の胴体1の両端の立ち上げ部1aに代替し、図7に示すように立ち上げ部1aの上部を延伸してひさし部1cを設けた立ち上げ部1aであってもよい。この場合、矯正用リング21の段付き部21aは、断面コの字状底部21eとし、前記コの字状底部21eのふところに前記ひさし部21cが挿入される。このような構成の場合、TIG溶接を行うとひさし部1cが設けられた分、溶け込み量が増加し、より安定した溶接部の品質が得られ、加えて前記実施の形態1と同様の動作を行い、同等の効果を奏する。
Next, the second embodiment will be described with reference to FIG.
Instead of the rising portions 1a at both ends of the
実施の形態3.
この実施の形態3は、前述した実施の形態1または実施の形態2の缶体の製造装置を用いた缶体の製造方法に関するものである。実施の形態1で示した図1に基づき缶体の製造方法を説明する。
図1において、缶体40は貯湯式給湯器のフェライト系ステンレス材を用いた金属製の貯湯タンクである。胴体1、鏡板2、矯正用治具20が実施の形態1で説明した製造装置50によって加圧一体化された後、胴体1の立ち上げ部1a、鏡板2の立ち上げ部2aの突き合わせ部12を接合器具11を用いて接合する。接合器具11であるTIG溶接トーチを、実施の形態1で説明した突き合わせ部12の上部の空間Sに配置した状態を図6に示す。この状態で製造装置50の回転駆動ユニット4を起動し、加圧一体化された胴体1と該胴体の両端に設けられた鏡板2と各矯正用治具20とを回転させ、突き合わせ部12の全周にわたりTIG溶接を行う。このような方法で貯湯タンクを製造するので、突き合わせ部12の仮止め溶接を行う必要なく、溶接時における突き合わせ部12の隙間の発生を未然に防止でき、また目違いを減らすことができるので、溶接作業時に必要な余分な専用工具を必要とせず、かつ余分な工程をなくし、入熱効果が向上した安定した溶接が行える。
また充分な空間SにTIG溶接トーチを配置できるので寸法精度の高い貯湯タンクが得られるとともに、溶接部が完全溶け込みで形成され、高温で温度サイクルが印加される貯湯タンクのような製品において、溶接部の隙間腐食および応力集中のない耐久性が向上した長寿命の貯湯タンクを製造することができる。
The third embodiment relates to a can manufacturing method using the can manufacturing apparatus of the first or second embodiment described above. A method for manufacturing a can body will be described based on FIG. 1 shown in the first embodiment.
In FIG. 1, a
In addition, since a TIG welding torch can be placed in a sufficient space S, a hot water storage tank with high dimensional accuracy can be obtained. It is possible to manufacture a long-life hot water storage tank with improved durability without crevice corrosion and stress concentration.
尚、上記では貯湯タンクの材質をフェライト系ステンレスである場合を示したが、オーステナイト系ステンレスであってもよく、また銅あるいは銅合金であってもよい。さらに銅あるいは銅合金の場合、接合方法として、突き合わせ部12を置きろうあるいは差しろう方式によるろう付け接合を採用してもよい。この場合ろう材は銀ろう等の硬ろう材が望ましいが、限定されるものではない。さらに銅、銅合金の接合には、MIG溶接等の溶接方式を採用してもよい。
Although the case where the hot water storage tank is made of ferritic stainless steel has been described above, it may be austenitic stainless steel, or copper or a copper alloy. Further, in the case of copper or a copper alloy, brazing joining by a method of placing or inserting the butting
1 胴体、1a 立ち上げ部、1b 立ち上げ部前面、2 鏡板、2a 立ち上げ部、
2b 立ち上げ部後面、2c 立ち上げ部前面、2d 底面、3 加圧ユニット、
4 回転駆動ユニット、11 接合器具、12 突き合わせ部、20 矯正用治具、
20a 第1の矯正用治具、20b 第2の矯正用治具、21 矯正用リング、
21a 段付き部、21b 底部、21c テーパ、40 缶体、
50 缶体の製造装置。
1 fuselage, 1a riser, 1b front of riser, 2 end plate, 2a riser,
2b rear surface of the rising portion, 2c front surface of the rising portion, 2d bottom surface, 3 pressure unit,
4 Rotation drive unit, 11 Joining tool, 12 Butt part, 20 Jig for correction,
20a 1st correction jig, 20b 2nd correction jig, 21 correction ring,
21a stepped part, 21b bottom part, 21c taper, 40 can body,
50 Can body manufacturing equipment.
Claims (5)
前記第1の矯正用治具、前記第2の矯正用治具のそれぞれが具備する矯正用リングによって該矯正用リングの内径側水平軸方向に設けられた段付き部の底部に、前記鏡板の開口部の立ち上げ部後面を当接し、前記加圧ユニットの加圧力により前記胴体の両端の立ち上げ部前面と、前記鏡板の開口部の立ち上げ部前面とを互いに加圧し前記胴体の支持精度を矯正して突き合わせ、前記第1の矯正用治具、前記第2の矯正用治具のそれぞれが具備するガイドユニットによって前記矯正用リングを移動させ、前記段付き部の底部を前記鏡板の開口部の立ち上げ部後面から離脱させて前記突き合わせ部の上部に空間を形成後、前記回転駆動ユニットによって前記胴体、前記鏡板、前記第1の矯正用治具、前記第2の矯正用治具が一体的に回転可能とすることを特徴とする缶体の製造装置。 A can manufacturing apparatus for manufacturing a can by joining a body and an end plate, wherein the can manufacturing apparatus supports the end plates disposed on both sides of the body, respectively . A jig , a second correction jig , a rotation drive unit disposed outside the first correction jig, and a pressure unit disposed outside the second correction jig. Has
At the bottom of the stepped portion provided in the inner diameter side horizontal axis direction of the straightening ring by the straightening ring provided in each of the first straightening jig and the second straightening jig, the end plate the rising portion rear surface of the opening contact, pressurized and raised portion front surface of the body at both ends by the pressure, the raised portion front and pressurized the body of the support accuracy each other of the opening of the end plate of the pressure unit The correction ring is moved by a guide unit included in each of the first correction jig and the second correction jig, and the bottom of the stepped portion is opened in the end plate. after forming a space in an upper portion of the butt portion is disengaged from the raised portion rear parts, the body by the rotation driving unit, said end plate, said first correcting jig, the second correcting jig Rotate integrally Can body manufacturing apparatus characterized by.
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