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

【課題】缶体の製造時、胴体と鏡板との接合部の仮止め溶接を不要とし、接合部を密に当接した状態を保持し、溶接器具配置の空間を充分に備えた製造装置を提供する。
【解決手段】胴体１の両側に設けた鏡板２に配置された各矯正用リング２１の段付き部２１ａに、鏡板２の立ち上げ部後面２ｂを当接し、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とを加圧ユニット３の加圧力により密に突き合わせ、矯正用リング２１を横方向駆動ユニット２２により突き合わせ部１２から離脱後、回転駆動ユニット４により、胴体１、鏡板２、各矯正用リング２１を一体的に回転する。

【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
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。
【背景技術】
【０００２】
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）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平１０−０９９９９３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。
【０００５】
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密に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。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
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、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、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て鏡板の支持精度を矯正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密となるよう突き合わせ、第１、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、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。
【０００７】
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、第２の矯正用治具とを一体的に回転させた状態で、密に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。
【発明の効果】
【０００８】
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、また加圧により密に突き合わせ後、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。
【０００９】
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。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】実施の形態１による缶体の製造装置を示す側面図である。
【図２】実施の形態１による矯正用治具を示す見取り図である。
【図３】実施の形態１による矯正用治具に鏡板を取り付けた状態を示す図である。
【図４】実施の形態１による矯正用治具に鏡板を取り付けた状態を示す図である。
【図５】実施の形態１による胴体と鏡板を矯正用治具に取り付けた状態を示す図である。
【図６】実施の形態１による矯正用リングを移動させた状態と実施の形態３による接合器具を示す図である。
【図７】実施の形態２による矯正用治具に胴体と鏡板を取り付けた状態を示す図である。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
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。
【００１２】
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。
【００１３】
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。
【００１４】
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。
【００１５】
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。
【００１６】
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。
【００１７】
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。
【００１８】
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。
【００１９】
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。
【符号の説明】
【００２０】
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。

【特許請求の範囲】
【請求項１】
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、前記胴体の両側に配置された前記鏡板をそれぞれに支持する第１、第２の矯正用治具と、前記第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、前記第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、
前記第１、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密となるよう前記胴体の支持精度を矯正して突き合わせ、前記第１、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、鏡板、第１、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。
【請求項２】
前記加圧ユニットは、第１の加圧力で前記胴体の両端の立ち上げ部を前記矯正用リングの段付き部の端面から水平軸方向に縮径するテーパに沿って挿入し、該胴体立ち上げ部前面を前記鏡板の開口部の立ち上げ部前面と突き合わせるとともになじませ後、前記第１の加圧力より大きい第２の加圧力によって、互いに密に突き合わせることを特徴とする請求項１に記載の缶体の製造装置。
【請求項３】
前記回転駆動ユニットによって前記胴体と、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、第２の矯正用治具とを一体的に回転させた状態で、密に突き合わされた前記胴体の立ち上げ部と前記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ことを特徴とする前記請求項１に記載された製造装置を用いた缶体の製造方法。
【請求項４】
前記胴体および鏡板の材質がステンレス材であり、かつ前記接合がＴＩＧ溶接法によって行うことを特徴とする請求項３に記載の製造装置を用いた缶体の製造方法。
【請求項５】
前記胴体および鏡板の材質が銅または銅合金材であり、かつ前記接合が硬質ろう材を用いたろう付け法によって行うことを特徴とする請求項３に記載の製造装置を用いた缶体の製造方法。

【図１】