特開 2022-84347 ワークチャックに用いられるダイヤフラムにブロックを溶接する方法

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2022084347

(43)【公開日】2022-06-07

(54)【発明の名称】ワークチャックに用いられるダイヤフラムにブロックを溶接する方法

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/00 20060101AFI20220531BHJP

   B23K 9/167 20060101ALI20220531BHJP

   B23K 9/23 20060101ALI20220531BHJP

   B23K 31/00 20060101ALI20220531BHJP

   C22C 38/00 20060101ALN20220531BHJP

   C22C 38/58 20060101ALN20220531BHJP

   C22C 5/10 20060101ALN20220531BHJP

   B23K 35/30 20060101ALN20220531BHJP

【ＦＩ】

B23K9/00 501F

B23K9/167 A

B23K9/23 C

B23K31/00 D

C22C38/00 302Z

C22C38/58

C22C5/10 Z

B23K35/30 320A

B23K35/30 310B

【審査請求】未請求

【請求項の数】2

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2020196162

(22)【出願日】2020-11-26

(71)【出願人】

【識別番号】391003668

【氏名又は名称】トーヨーエイテック株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110001427

【氏名又は名称】特許業務法人前田特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】守下 博

【テーマコード（参考）】

4E001

4E081

【Ｆターム（参考）】

4E001AA03

4E001CA07

4E001DC09

4E081YX15

(57)【要約】

【課題】ワークを保持するダイヤフラムチャックに用いるダイヤフラムにブロックを変形や割れを防ぎながら確実に溶接する。
【解決手段】合金工具鋼よりなる変形可能な薄板状のダイヤフラム１３と、このダイヤフラム１３に溶接するダイヤフラム１３よりも板厚の厚い合金工具鋼又は炭素鋼よりなるブロック１３ｂと、ステンレス鋼溶加棒と、銀ロウとを準備し、ダイヤフラム１３の所定位置にブロック１３ｂをステンレス鋼溶加棒によってアーク溶接し、形成された溶接ビード１５の割れ１５ａの有無を確認し、割れ１５ａが発生した範囲においてステンレス鋼溶加棒に銀ロウを加えながら、溶けたステンレス鋼溶加棒及び銀ロウを混ぜながら溶接トーチを動かし、ステンレス鋼溶加棒及び銀ロウの合金よりなる溶接ビード１５を形成する。
【選択図】図１Ａ

【特許請求の範囲】

【請求項1】

ワークを保持するダイヤフラムチャックに用いるダイヤフラムにブロックを溶接する方法であって、
合金工具鋼よりなる変形可能な薄板状のダイヤフラムと、該ダイヤフラムに溶接する該ダイヤフラムよりも板厚の厚い合金工具鋼又は炭素鋼よりなるブロックと、ステンレス鋼溶加棒と、銀ロウとを準備する準備工程と、
上記ダイヤフラムの所定位置に上記ブロックを上記ステンレス鋼溶加棒によってアーク溶接するアーク溶接工程と、
上記アーク溶接工程で形成された溶接ビードの割れの有無を確認する割れ確認工程と、
上記割れ確認工程で確認された割れが発生した範囲において上記ステンレス鋼溶加棒に上記銀ロウを加えながら、溶けたステンレス鋼溶加棒及び銀ロウを混ぜながら溶接トーチを動かし、上記ステンレス鋼溶加棒及び銀ロウの合金よりなる溶接ビードを形成する再溶接工程とを含む
ことを特徴とするダイヤフラムにブロックを溶接する溶接方法。

【請求項2】

請求項１に記載のダイヤフラムにブロックを溶接する溶接方法であって、
上記アーク溶接工程及び上記再溶接工程において、１５００℃以上２５００℃以下の溶接温度でＴＩＧ溶接を行う
ことを特徴とするダイヤフラムにブロックを溶接する溶接方法。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、ワークチャックに用いられるダイヤフラムに、ダイヤフラムよりも板厚の厚いブロックを溶接する、ダイヤフラムにブロックを溶接する方法に関する。

【背景技術】

【0002】

従来、例えば、特許文献１のようなダイヤフラムチャックが知られている。このダイヤフラムは、薄くて適度に繰り返し変形することから、厚さが６ｍｍ程度の鋼材が用いられる。バネ鋼がこのような用途には適してはいるが、焼きを入れられないため、通常、ＳＫＤ１１材などの合金工具鋼が用いられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特許第３７４８７３４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

ダイヤフラムのような適度に変形しやすい部材に部品を溶接する場合、仕上がり精度を考えると十分な予熱を加えられず、冷却過程において溶接ビードに割れが発生しやすい。

【0005】

このため、ダイヤフラムにチャック爪を取り付ける隆起部等を設ける場合、合金工具鋼などを削り出して形成することが考えられる。

【0006】

しかし、材料費、加工時間などコスト面での問題が多く、溶接作業を行わざるを得ない。

【0007】

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ダイヤフラムにブロックを変形や割れを防ぎながら確実に溶接することにある。

【課題を解決するための手段】

【0008】

上記の目的を達成するために、この発明では、銀ロウを加えた再溶接工程を行うようにした。

【0009】

具体的には、第１の発明では、ワークを保持するダイヤフラムチャックにおけるダイヤフラムにブロックを溶接する溶接方法であって、
合金工具鋼よりなる変形可能な薄板状のダイヤフラムと、該ダイヤフラムに溶接する該ダイヤフラムよりも板厚の厚い合金工具鋼又は炭素鋼よりなるブロックと、ステンレス鋼溶加棒と、銀ロウとを準備する準備工程と、
上記ダイヤフラムの所定位置に上記ブロックを上記ステンレス鋼溶加棒によってアーク溶接するアーク溶接工程と、
上記アーク溶接工程で形成された溶接ビードの割れの有無を確認する割れ確認工程と、
上記割れ確認工程で確認された割れが発生した範囲において上記ステンレス鋼溶加棒に上記銀ロウを加えながら、溶けたステンレス鋼溶加棒及び銀ロウを混ぜながら溶接トーチを動かし、上記ステンレス鋼溶加棒及び銀ロウの合金よりなる溶接ビードを形成する再溶接工程とを含む。

【0010】

変形が容易なダイヤフラムに対し、十分な予熱を行うことなく、それよりも板厚の厚いブロックをアーク溶接すると溶接ビードに割れが生じやすい。しかし、上記の構成によると、割れが生じた溶接ビードに対し、銀ロウを加えながら再びアーク溶接して銀ロウを含めた合金による溶接ビードを形成することで、予熱を行わなくても、加える熱を最小限にしながらダイヤフラムの変形を防ぎ、割れのない溶接ビードが得られる。

【0011】

第２の発明では、第１の発明において、
上記アーク溶接工程及び上記再溶接工程において、予熱を行わずに１５００℃以上２５００℃以下の溶接温度でＴＩＧ溶接を行う。

【0012】

上記の構成によると、予熱を行わずに、鉄の融点の範囲内で通常のＴＩＧ溶接設備を用いて溶接ビードに割れのない溶接を行うことができる。

【発明の効果】

【0013】

以上説明したように、本発明によれば、ダイヤフラムにブロックを変形や割れを防ぎながら確実に溶接することができる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1A】ブロックが溶接されたダイヤフラムを示す斜視図である。

【図1B】ブロックが溶接されたダイヤフラムのテストピースを切断した様子を示す斜視図である。

【図2】本発明の実施形態に係るダイヤフラムにブロックを溶接する溶接方法を用いて溶接した部分を示し、（ａ）が斜視図で、（ｂ）及び（ｃ）が図１ＢのII部における断面を示す図である。

【図3】本発明の実施形態に係るワークを保持するダイヤフラムチャックにおけるダイヤフラムにブロックを溶接する溶接方法を用いて溶接した部分を示し、（ａ）が斜視図で、（ｂ）及び（ｃ）が図１ＢのIII部における断面を示す図である。

【図4】従来のＴＩＧ溶接方法を用いて溶接した部分を示し、（ａ）が斜視図で、（ｂ）及び（ｃ）が図１ＢのIV部における断面を示す図である。

【図5】従来のＴＩＧ溶接方法を用いて溶接した部分を示し、（ａ）が斜視図で、（ｂ）及び（ｃ）が図１ＢのＶ部における断面を示す図である。

【図6】ダイヤフラムを含むダイヤフラムチャックを示す正面図である。

【図7】ダイヤフラムを含むダイヤフラムチャックを示す断面図である。

【図8】ダイヤフラムが変形する様子を示す断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて説明する。

【0016】

－ダイヤフラムチャックの概要－
図６～図８は、本発明の実施形態に係るダイヤフラムが取り付けられたダイヤフラムチャック２０の概要を示し、このダイヤフラムチャック２０では、工作機械の主軸１０の先端にリング状のベース部材１１が固定され、その先端部に基板１２が固定されている。基板１２のさらに先端側には薄肉（板厚６ｍｍ程度）の円環状のダイヤフラム１３が設けられ、その中央部にはダイヤフラム１３の変形を助けるための貫通孔１３ａが設けられている。このダイヤフラム１３は、例えば、ＳＫＤ１１などの合金工具鋼よりなり、その外周部には複数（本実施形態では３つ）のクランプ部材１４が周方向に等間隔で並ぶ状態で固定され、各クランプ部材１４の先端には、内向きに突出する抱き爪１４ａが形成されている。ダイヤフラム１３におけるクランプ部材１４の固定位置には、例えば、２０ｍｍ×２０ｍｍ×４５ｍｍの直方体よりなるブロック１３ｂが溶接されている。このブロック１３ｂは、例えば、ダイヤフラム１３と同じＳＫＤ１１などの合金工具鋼よりなり、又は、Ｓ５５Ｃなどの炭素鋼よりなり、固定のための雌ネジ部１３ｃが形成されているが、その形状は直方体に限定されず、要は、ダイヤフラム１３よりも肉厚の厚いもの部材よりなる。ダイヤフラム１３は、薄すぎると繰り返しに対する耐久性に劣り、厚すぎると柔軟性に欠けダイヤフラムチャック２０が機能しない。

【0017】

一方、主軸１０の中心にはこの主軸１０と一体に回転するドローバー（操作軸）１６が挿通され、このドローバー１６の先端に操作部材１７が設けられている。この操作部材１７の外周面には、ダイヤフラム１３の貫通孔１３ａの周縁部を押圧操作するためのプッシャ１９が突設されている。操作部材１７の中間部周囲にはドーナツ板状の引込板１８が設けられ、その中央部が操作部材１７に揺動可能に係合されている。

【0018】

このダイヤフラムチャック２０の作用について、簡単に説明する。ワークＷをセットする前の段階では、ドローバー１６、操作部材１７、及び操作軸２３を一体に前進させておく。このとき、図８に示すように、操作部材１７のプッシャ１９がダイヤフラム１３の中央近傍部分を先端側に押圧することにより、同ダイヤフラム１３が変形し、このダイヤフラム１３に固定されている抱き爪１４ａは図８の二点鎖線に示すようにワークＷを解放する開位置に保持される。引き爪２４も図７の二点鎖線２４’に示すようにワークＷの保持位置から前方に十分離間した位置にある。しかも、その角度位置は、図６に二点鎖線２４’に示されるように、ワークＷを前方からセットする際に当該ワークＷと干渉しない待避角度位置に保たれる。この状態は、抱き爪１４ａ及び引き爪２４のいずれもワークセット位置から十分離れたアンクランプ状態である。

【0019】

アンクランプ状態で、作業者が片手でワークＷを把持してバッキングプレート２６に前方から当てながらもう一方の手で図示しない仮クランプ指令スイッチを押すと、ドローバー１６、引込板１８、及び操作軸２３が限られたストロークだけ一体に後退する。これにより、プッシャ１９が図７に示す位置まで後退してダイヤフラム１３が解放される。すなわち、ダイヤフラム１３が無変形状態に戻るため、このダイヤフラム１３に固定されている抱き爪１４ａは図６及び図７に示すようにワークＷを側方から支える抱き位置に移動する。しかしながら、引き爪２４は図６の二点鎖線２４’に示すようにワークＷから未だ十分に離れた位置に保たれており、ワークＷを把持している作業者の手が引き爪２４とワークＷとの間に挟まれるおそれはない。

【0020】

仮クランプ状態で作業者がワークＷから手を離し、今度は両手で同時に２つの本クランプ指令スイッチを操作すると、ドローバー１６、引込板１８、及び操作軸２３が仮クランプ位置からさらに図７の実線位置まで後退する。このとき、操作軸２３及び引き爪２４が回転しながら後退し、その結果、引き爪２４はワークＷをバッキングプレート２６とで前後方向に挟み込む引込位置に移動し（図６及び図７の実線）、これにより本クランプが達成される。

【0021】

このようにダイヤフラム１３は、それ自身が変形可能なように適度な薄さが必要である。一方、ブロック１３ｂは、抱き爪１４ａを所定の締付トルクで締結可能なように雌ネジ部１３ｃを加工可能な厚さが求められる。

【0022】

－ダイヤフラムにブロックを溶接する溶接方法－
次に、本実施形態に係るダイヤフラムチャック２０の溶接方法について説明する。

【0023】

まず、準備工程において、ＳＫＤ１１よりなる変形可能な薄板状のダイヤフラム１３と、このダイヤフラム１３に溶接するダイヤフラム１３よりも板厚の厚いＳＳ５５Ｃよりなるブロック１３ｂと、ステンレス鋼溶加棒と、銀ロウとを準備する。

【0024】

実施例のダイヤフラム１３のＳＫＤ１１について、例えばその化学成分（％）は、Ｃが１．４０－１．６０、Ｓｉが０．４以下、Ｍｎが０．６０以下、Ｐが０．０３０以下、Ｓが００３０以下、Ｃｒが１１．００－１３．００、Ｍｏが０．８０－１．２０、ＷＶが０．２０－０．５０、残部がＦｅである。ＳＫＤ１１は、焼き鈍しと焼き入り焼戻しの化学処理が施されており、焼き鈍しは、８３０℃～８８０℃の温度で２５５ＨＢＷ以下の硬度で処理が行われ、熱処理は、１０３０空冷で焼入れが行われ、１８０空冷で焼戻しが行われ、ＨＲＣは、４５～５０である。密度は、７．８０g/cm^３、熱伝導率は、２６．１Ｗ／mＫ、平均熱膨張係数は、１２．０×１０^－６（/℃）（２０～１００℃）、縦弾性係数は、２６．１ＧＰａ、ポアソン比は、１２．０比透磁率は２０７μで、磁性がある。

【0025】

実施例のブロック１３ｂのＳ５５Ｃの化学成分（％）は、Ｃが０．５２～０．５８、Ｓｉが０．１５～０．３５、Ｍｎが０．６０～０．９０、Ｐが０．０３０以下、Ｓが０．０３５以下である。Ｓ５５Ｃは、８００～８６０℃で水冷の焼き鈍し硬度ＨＢＷが１４９～１９２である。

【0026】

実施例のステンレス鋼溶加棒は、例えばその化学成分（％）は、Ｃが０．０８以下、Ｓｉが０．６５以下、Ｍｎが１．０～２．５、Ｐが０．０３以下、Ｓが００３以下、Ｎｉが９．０～１１．０、Ｃｒが１９．５～２２．０、Ｍｏが０．７５以下、Ｃｕが０．７５以下である。耐酸性のある溶接材料であることが望ましい。

【0027】

実施例の銀ロウは、化学成分（％）が、Ａｇが４０、Ｃｕが３０、Ｚｎが２８、その他Ｎｉ２で、溶融温度が固相線で６７０℃、液相線で７８０℃、ロウ付け温度が７８０～９００℃、比重が９．０となっている。この銀ロウ材は、各種ステンレス鋼や超硬合金のロウ付けに適している。

【0028】

まず、ダイヤフラム１３の所定位置にブロック１３ｂを密着した状態で固定する。本実施例では、加熱による寸法精度低下などの影響を避けるために予熱は行わない。

【0029】

次いで、アーク溶接工程（ＴＩＧ溶接工程）において、ダイヤフラム１３とブロック１３ｂを、ステンレス鋼溶加棒を溶かしながら、１５００℃以上２５００℃以下の溶接温度で溶接する。このとき、ダイヤフラム１３とブロック１３ｂの接合点を溶かし、溶けた融溶池（プール）に溶加棒を加え、慣らしながら溶接点を横に進む。

【0030】

溶接後、肉厚の薄いダイヤフラム１３と、それよりも肉厚の厚いブロック１３ｂとの間の冷却過程において溶接ビード１５に割れ１５ａが生じやすい。

【0031】

次いで、ＴＩＧ溶接完了後、割れ確認工程において、溶接ビート１５の表面の汚れをワイヤブラシで取り除き、溶接ビード１５の割れ１５ａの有無を確認する。

【0032】

割れ１５ａが発見された場合、再溶接工程において、上記割れ確認工程で確認された割れ１５ａが発生した範囲において、１５００℃以上２５００℃以下の溶接温度で、ステンレス鋼溶加棒に銀ロウを加えながら、溶けたステンレス鋼溶加棒及び銀ロウを混ぜながら溶接トーチを動かし、ステンレス鋼溶加棒及び銀ロウの合金よりなる溶接ビード１５を形成する。このとき、ビート全幅に対して、加えた銀ロウがはじかなくなるまで慣らす。銀ロウのロウ付け温度が９００℃以内なので、必要以上に溶接温度を上げなくてよい。

【0033】

このように、変形が容易なダイヤフラム１３に対して、それよりも板厚の厚いブロック１３ｂをアーク溶接すると溶接ビード１５に割れ１５ａが生じやすい。しかし、本実施形態では、割れ１５ａが生じた溶接ビード１５に対し、銀ロウを加えながら再びアーク溶接して銀ロウを含めた合金による溶接ビード１５を形成することで、予熱をせずに加える熱を最小限にしながらダイヤフラム１３の変形を防ぎ、割れ１５ａのない溶接ビード１５が得られる。

【0034】

したがって、本実施形態に係るダイヤフラム１３チャックの溶接方法によると、ダイヤフラムにブロック１３ｂを変形や割れ１５ａを防ぎながら確実に溶接することができる。

【0035】

（その他の実施形態）
本発明は、上記実施形態について、以下のような構成としてもよい。

【0036】

すなわち、上記実施形態では、ダイヤフラム１３は、ＳＫＤ１１よりなるものとしたが、それ以外の合金工具鋼でもよく、ＳＫ５（炭素工具鋼）、ＳＵＪ２（高炭素クロム軸受鋼鋼材）で構成してもよい。

【0037】

また、上記実施形態では、アーク溶接は、ステンレス鋼溶加棒を用いたＴＩＧ溶接で行ったが、他のアーク溶接方法でもよい。例えば、アーク溶接工程は、通常のアーク溶接やガスシールドアーク溶接でもよい。これらの溶接方法の場合、対応する、耐酸性のあるステンレス鋼溶加棒を用いるとよい。

【0038】

なお、以上の実施形態は、本質的に好ましい例示であって、本発明、その適用物や用途の範囲を制限することを意図するものではない。

【符号の説明】

【0039】

１０ 主軸
１１ ベース部材
１２ 基板
１３ ダイヤフラム
１３ａ 貫通孔
１３ｂ ブロック
１３ｃ 雌ネジ部
１４ クランプ部材
１４ａ，１４ａ’ 抱き爪
１６ ドローバー
１７ 操作部材
１８ 引込板
１９ プッシャ
２０ ダイヤフラムチャック
２３ 操作軸
２４，２４’ 引き爪
２６ バッキングプレート
Ｗ ワーク

【図1A】

【図1B】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】