JP4485846B2

JP4485846B2 - 構体ブロックの製造方法及び製造装置

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Publication number: JP4485846B2
Application number: JP2004140626A
Authority: JP
Inventors: 藤井剛; 福寄一成
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2004-05-11
Filing date: 2004-05-11
Publication date: 2010-06-23
Anticipated expiration: 2024-05-11
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Description

本発明は、複数の加工物例えば、押出し形材を接合して構成される構体ブロックの製造方法及び製造装置に関する。

一般的に、鉄道車両構体は、全長が約１０ｍから２５ｍ程度に達する長尺であり、また、その高さ寸法も２ｍ以上と大きな構造を有する。鉄道車両構体は、台枠、二つの側構体、屋根構体および二つの妻構体からなる六つの構体ブロックを組合せて接合することによって構成されている。

鉄道車両の側構体等の構体ブロックは、複数のアルミニウム合金製押出し形材を接合して構成される。鉄道車両の構体ブロックは、この種の長尺な押出し形材の側端（幅方向の端部）縁同士を接合して、所定の形状に構成されている。

押出し形材は、製造上の制約から幅寸法は限定されるが、長手方向には、長いもので２５ｍ程度の長さ寸法を有する形状となっており、押出加工により製造される。また、押出し形材は、平板状のものと、中空断面を有するものとがある。前記平板状の押出し形材または押出し中空形材（以下、単に押出し形材という）を接合したものを構体ブロックという。

前記構体ブロックを構成する複数の押出し形材は、摩擦攪拌接合やＭＩＧ溶接で接合される。

この摩擦攪拌接合は、例えば、下記の特許文献１に開示されている。複数の押出し形材を並べて接合することは特許文献２に示されている。
ＵＳＰ６５８１８１９特開２００２−１６００７７号公報

押出し形材を摩擦攪拌接合するためには、接合する複数の押出し形材をベッド上に確実に固定する必要がある。このために、大形のベッド上に素材となる押出し形材を並べて固定する必要がある。
鉄道車両構体は、車種により寸法や形状が異なり、また、該鉄道車両構体の外表面は平面のほかに湾曲面に形成されたものもある。鉄道車両構体は、前述のように、床となる台枠、左右両側の側構体、上方の屋根構体、それから、これらの長手方向端部を閉鎖する妻構体、の６つの構体ブロックからなる。台枠、側構体、および屋根構体は、一般に、複数の押出し形材（中空形材を含む）を車両の長手方向に沿って配置し、これらの押出し形材の幅方向端部を溶接または摩擦攪拌接合して構成されている。溶接、または摩擦攪拌接合で接合することを以下、単に接合という。

台枠を押出し形材で製造するとき、台枠の上面側および下面側の両面において押出し形材同士を接合する必要がある。一般的には、台枠は、上面も下面も平坦な形状である。一方の面を接合した台枠を反転させても、他方の面も平坦である。したがって、前記台枠の上面を接合するベッドも、下面を接合するベッドも１つのベッドで接合作業を行うことができるであろう。

しかし、屋根構体は、その幅方向の中央部分が上方に略円弧状に突出している。この屋根構体は、その幅方向断面形状が略円弧状である。したがって、この構体ブロックを反転してベッドに載せる際、該ベッドは上面がその幅方向について前記円弧部を受けるように、上方に開口した凹状でなければならない。このため、屋根構体の上面側を接合するベッドと下面側を接合するベッドとは共用できない。このことから、ベッドの数が多くなり、設備が高価になる。また、側構体も屋根構体と同様に外方に突出する湾曲した幅方向断面形状となっているので、該側構体の内面側と外面側を加工するベッドは共用できない。

このため、１つの鉄道車両構体を製作する場合、台枠用として１つ、屋根構体用として２つ、側構体用として２つのベッドが必要になり、製造工場は広い面積が必要であり、また、これらの多数のベッドを準備しなければならず、設備が高価になる。

このように、構体ブロックは、平らであれば、上下面を加工するベッドは共用できる。しかし、構体ブロックの幅方向断面形状が略円弧状あるいは湾曲した形状であれば、その上下面を加工するベッドを共用することはできない。また、車種により、構体ブロックの幅寸法が異なる場合は、ベッドは共用できないであろう。特に、側構体は一般に幅方向断面形状が外方に突出する略円弧状であり、その両面を接合するベッドを一つのもので共用することはできない。

本発明の目的は、湾曲した幅方向断面形状を有する構体ブロックであっても、該構体ブロックを構成する複数の押出し形材（加工物）の両面を１つのベッドによって接合できる構体ブロックの製造方法および製造装置を提供することにある。

上記目的は、ベッドの上に長尺の加工物を複数個並べて接合して構体ブロックを製造する構体ブロックの製造方法において、前記ベッドは前記構体ブロックの長手方向に沿って複数個設置される支持ベッドからなり、前記各支持ベッドは前記構体ブロックの長手方向に浴って長尺な接合部支持具を備えており、前記支持ベッドの接合部支持具は前記構体ブロックの幅方向に沿って複数個設置されており、前記各支持ベッドの接合部支持具が前記構体ブロックの形状になるように、前記各接合部支持具の間隔及び高さ、ならびに傾斜角度を調整し、次に、前記支持ベッドの接合部支持具に複数の加工物を載せて固定し、前記複数個の前記加工物を溶接、または前記複数個の加工物を摩擦攪拌接合すること、を特徴とする構体ブロックの製造方法により、達成することができる。

また、上記目的は、長尺の加工物を複数個並べて接合し、構体ブロックを製造する装置において、加工物の長手方向であるＸ軸方向に直行するＹ軸方向にその軸方向を配置して固定されたねじ部材と、前記ねじ部材に螺合され、該ねじ部材に沿って移動できる複数のナット装置と、前記各ナット装置に固定された複数の支持ユニットと、からなる支持ベッドを備え、前記支持ベッドは前記Ｘ軸方向に沿って複数設置されており、前記各支持ユニットは、前記各ナット装置に対して前記Ｙ軸方向に傾斜可能に連結されており、前記支持ベッドは、そのＹ軸方向であって、前記複数の支持ユニットの両端にそれぞれ配設されるクランプユニットと、前記複数の支持ユニットの間及び前記支持ユニットと一方の前記クランプユニットの間に配設されて前記支持ユニット間の間隔を調節する連結ユニットを備え、前記支持ユニットは、その上端に、接合される前記加工物を支持する接合部支持具を備えていること、を特徴とする構体ブロックの製造装置により、達成することができる。

本発明によれば、車種毎に寸法、形状の異なる構体ブロックに合わせて、長尺の加工物を加工する複数の接合部支持具を平らにも円弧状にも配置できるため、ベッド自体および接合装置を共用でき、構体ブロックの製造設備を安価にするとともに、製造効率を向上することができる。

図１は、本発明による構体ブロックの製造装置の全体を示す斜視図である。以下の説明においては、構体ブロックの長手方向をＸ軸方向とし、構体ブロックの幅方向をＹ軸方向とし、前記Ｘ軸方向およびＹ軸方向に直行する垂直方向をＺ軸方向として説明する。図１において、製造装置１は、複数の支持ベッド１０から構成されており、前記各支持ベッド１０を構体ブロックＷＢのＸ軸方向に沿って所定の間隔を隔てて配置している。そして、支持ベッド１０を構成する複数の支持ユニットの上には、構体ブロックＷＢのＸ軸方向に延びる複数の加工物Ｗが搭載されている。このように支持ベッド１０に搭載された状態で加工物Ｗは、摩擦攪拌等の接合法により接合される。加工物ＷはＸ軸方向に長く、最も長いものは鉄道車両構体の全長とほぼ同様の長さとなっている。複数の加工物Ｗはその幅方向すなわちＹ軸方向に平行に並べられている。前記各支持ベッド１０のＸ軸方向における間隔は１ｍ程度である。図１では、各支持ベッド１０の上に構体ブロックＷＢを載せた状態を示しているため、構体ブロックＷＢを構成する各加工物Ｗが見えるが、各加工物Ｗの下に位置する支持ユニット３０は見えない。

図２、図３は、支持ベッド１０の概要を示す正面図である。図２は、支持ベッド１０の上に何も載せない状態であり、図３は、支持ベッド１０の上に構体ブロックＷＢ（例えば側構体）を載せた状態を示している。図２に示すように、支持ベッド１０は、そのＹ軸方向の両端に位置するクランプユニット４０，５０と、該クランプユニット４０，５０の間に設置された６個の支持ユニット３０から構成されている。支持ユニット３０は、そのＹ軸方向の位置を調整するナット装置３２と、前記ナット装置３２の上方に取付けられた伸縮装置３４と、前記伸縮装置の上方に取付けられた支持台７０とから構成されている。

前記ナット装置３２は、ベースに設置されたねじ部材２２に螺合しており、該ねじ部材２２に沿って支持ユニット３０をＹ軸方向に移動させることができる。前記ねじ部材２２は、その軸方向をＹ軸方向に沿って設置されている。前記伸縮装置３４は、支持台７０の高さを調整する機能を有している。前記各支持ユニット３０は、連結ユニット６０によって連結されている。この連結ユニット６０は、隣接した支持ユニット３０の間隔Ｌ１を調整する機能を備えている。前記各ナット装置３２と前記各連結ユニット６０によって、各支持ユニット３０の上部位置と下部位置の間隔を調整することにより、前記各支持台７０の上面の傾斜を任意に調整することができる。すなわち、構体ブロックＷＢが側構体の場合、図３に示すように、各ナット装置３２の位置と、各連結ユニット６０の長さを調整することにより、各支持台７０の上面の傾斜を側構体の内面に沿うように配置することができる。

前記クランプユニット４０，５０は、図２および図３においては、詳細な構造を図示していないが、前記ねじ部材２２に螺合したナット装置を備えており、それぞれＹ軸方向に位置調整が行える構造となっている。そして、一方の前記クランプユニット５０は、隣接した支持ユニット３０に対して連結ユニット６０を介して連結されている。他方の前記クランプユニット４０は、隣接した支持ユニット３０に対して連結されおらず、独立してＹ軸方向の位置調整を行う構造となっている。前記各クランプユニット４０、５０は、それぞれ伸縮装置を備えており、加工物Ｗを支持する構造となっている。クランプユニット４０，５０は、加工物ＷのＹ軸方向の端部を支持するものであり、それ自体の傾斜を調整する必要がない。このことにより、前記クランプユニット４０は、支持ユニット３０に対して連結する必要がなく、少なくともクランプユニット５０が支持ユニット３０と連結されていればよい。

図４は、前記支持ベッド１０の詳細な構造を示した正面図である。図４において、７本の加工物Ｗすなわち、押出し中空形材Ｗ_１〜Ｗ_７を接合して構体ブロックＷＢ（例えば、側構体）が構成される。図示の押出し中空形材Ｗ_２〜Ｗ_５は、その上面および下面は平坦に構成されており、それぞれの上下面は平行である。押出し中空形材Ｗ_１，Ｗ_６，Ｗ_７はその幅方向断面形状が湾曲している。前記押出し中空形材Ｗ_２〜Ｗ_５とほぼ同様な幅方向断面形状をなすのが台枠である。

支持ベッド１０は、ベース２０上に両端が固定されたねじ部材２２を備える。このねじ部材２２には、複数の支持ユニット３０がナット装置３２を介して取付けられる。ねじ部材２２は、その軸方向をＹ軸方向に沿わせて配置されており、前記ナット装置３２がこのねじ部材２２に沿って移動することにより支持ユニット３０がＹ軸方向に移動する。図４に示した実施例にあっては、６基の支持ユニット３０が装備されている。つまり、加工物Ｗの数は７つであり、押出し中空形材Ｗ_１〜Ｗ_７の突き合せ部（接合部）は６つである。６つの前記突合せ部にそれぞれ対応して支持ユニット３０が配置されている。なお、構体ブロックＷＢを構成する押出し中空形材の数が図示した実施例と異なる場合は、当然、前記支持ユニットの設置数は増減する。

前記ねじ部材２２自体は回転せず、その両端はベース２０に固定されている。ナット装置３２は、前記ねじ部材２２に螺合している。前記ナット装置３２は、回転駆動装置３３によってねじ部材２２を中心として回転し、ねじ部材２２に沿って支持ユニット３０をＹ軸方向に移動させる。このナット装置３２には、伸縮装置３４が取付けられている。

前記伸縮装置３４は、その伸縮する方向を垂直方向（Ｚ軸方向）に向けて設置されている。伸縮装置３４は、伸縮軸３６を備えており、該伸縮軸３６は上端を伸縮装置３４の上方に突出させ、Ｚ軸方向に移動可能に設置されている。前記伸縮軸３６の上端には、支持台７０が設置されており、該伸縮軸３６をＺ軸方向に移動させることによって、支持台７０の高さ位置を決める構造となっている。

前記伸縮装置３４の詳細な構造を図５によって説明する。図５において、伸縮軸３６には、スクリュージャッキ３５が設置されている。前記スクリュージャッキ３５は、前記伸縮軸３６の外周に設置されたおねじ部材３５１と、該おねじ部材３５１に螺合しためねじ部材３５２と、該めねじ部材３５２の外周に形成されめねじ部材３５２を回転させるウォームホイール３４５と、ウォームホイール３４５を回転させるウォーム３４２を備えた回転駆動軸３４７とから構成されている。前記ウォーム３４２および回転駆動軸３４７は、その軸芯を前記伸縮軸３６に対して直交させて配置されている。前記めねじ部材３５２の外周には軸受３４９が設置されており、この軸受３４９を介して前記ウォーム３４２および回転駆動軸３４７を保持するウォームケース３４０が設置されている。前記ウォームケース３４０の下方には、前記おねじ部材３５１の下端部を覆うカバー３５４が設置されている。前記伸縮軸３６の上端には、支持台７０が取付けられている。

前記伸縮装置３４の高さ位置調整は、スクリュージャッキ３５を伸縮させることによって行われる。すなわち、回転駆動軸３４７を回転させることにより、ウォーム３４２が回転し、これに伴ってウォームホイール３４５が回転する。前記ウォームホイール３４５が回転することにより、めねじ部材３５２が回転し、おねじ部材３５１が垂直方向に移動する。回転駆動軸３４７の回転方向を変えることによって、伸縮軸３６の上昇および下降を切り替える。回転駆動軸３４７の駆動手段としてサーボモータを用い、該サーボモータを数値制御することにより、前記伸縮軸３６の伸縮量を制御することができる。

隣接した加工物Ｗの接合部の高さ寸法に合わせて、各支持ユニット３０の各伸縮装置３４を伸縮させることにより、各加工物Ｗの位置決めが行われる。台枠であれば、平らであるので、各伸縮装置３４の上部の支持台７０の高さ位置は同一である。側構体であれば、一般に幅方向断面形状が湾曲しているので、両側の伸縮軸３６の高さは他の伸縮軸３６に対してその高さ寸法は異なるであろう。また、側構体を製作する場合、その構体ブロックの一方の面を接合した後、該構体ブロックを反転させる際に、Ｙ軸方向両端の支持ユニット３０の高さ位置を変えれば、幅方向断面形状が湾曲していても該構体ブロックの形状に一致させて支持台７０を配置することができる。

前記伸縮装置３４と前記ナット装置３２との関係を図５および図６によって説明する。前記伸縮装置３４を構成するウォームケース３４０のナット装置３２に近接した側面にピン３９が設置されている。該ピン３９はその軸心をＸ軸方向に設置され、ナット装置３２に設置された受け部材に回転可能に嵌合している。したがって、伸縮装置３４はナット装置３２に対してピン３９を中心として回転できる。その回転中心はＣ_１である。連結ユニット６０の長さが変更されることによって、伸縮軸３６は中心Ｃ_１で回転し、ねじ部材２２に対する伸縮軸３６の傾斜角度が変化する。Ｙ軸方向に並んで設置された複数の支持ユニット３０の各伸縮軸３６は、複数の連結ユニット６０によって隣接する伸縮軸３６と連結されているので、各連結ユニット６０の長さを変えることによって、各伸縮軸３６の角度を任意に調整することができる。

前記支持台７０の詳細な構造を図５、図６によって説明する。図５および図６において、支持台７０は、上面をなす上板７１と、下面をなす下板７２と、両者を接続する２枚の横板７３と、これらを連結する中板７４とから構成されている。前記上板７１、下板７２、２枚の横板７３および中板７４は、溶接によって接合されている。前記中板７４は、前記上板７１と下板７２の間であって、左右の横板７３の間に設置されており、各板に対して直交するように配置されている。下板７２は、前記スクリュウージャッキ３５の伸縮軸３６の上端に溶接された支持板７２Ａに取付けられる構造となっている。上板７１の上面は、平であり、前記伸縮軸３６を垂直に配置した状態のとき水平となる。上板７１を上方から見ると４角形であり、この２辺に沿って垂直方向に垂れ下がるように横板７３が設置されている。この対向する横板７３，７３には、前記連結ユニット６０に連結するためのピン６１が水平方向に貫通して設置されている。前記ピン６１の軸方向は、Ｘ軸方向である。前記中板７４は、ピン６１の設置部分および前記連結ユニット６０とピン６１との連結部分を切り欠いた形状となっている。

前記支持台７０の上板７１の上面には、図４に示すように、加工ベッド７１０が設置される。この加工ベッド７１０は、長尺であり、隣接した二つの支持ベッド１０の間隔に一致した長さを有している。加工ベッド７１０は、その長手方向をＸ軸方向に配置している。前記加工ベッド７１０の一端は、隣接した二つの支持ベッド１０のうちの一方の支持台７０によって支えられ、他端は隣接したもう一方の支持ベッド１０の支持台に支えられている。すなわち、加工ベッド７１０は、隣接した支持ベッド１０に跨って配置されており、Ｘ軸方向に並べられた複数の加工ベッド７１０によって長尺な加工物Ｗの接合部分を支える。この加工ベッド７１０は、製造装置１のＸ軸方向の全長にわたって、各支持ユニット３０の間をつなぐように設置されており、長尺な加工物Ｗを複数の加工ベッド７１０によって支える構造となっている。

また、この加工ベッド７１０の上面には、Ｙ軸方向の幅寸法を狭く構成した接合部支持具７２０が設置されている。この接合部支持具７２０のＸ軸方向の長さは、前記加工ベッド７１０と同様で、１つの支持ユニット３０から隣接する支持ユニット３０までの間隔と等しく構成されている。各支持ユニット３０の支持台７０の個所で隣接する二つの加工ベッド７１０および二つの接合部支持具７２０は連結されている。前記接合部支持具７２０で、接合される二つの加工物Ｗ、Ｗの突き合せ部（接合すべき部分）を直接支える。Ｘ軸方向に隣接した二つの接合部支持具７２０の間には、小さな隙間が確保されている。この隙間の間隔は、後述する構体ブロックＷＢにキャンバーを作るために、Ｘ軸方向に複数の加工ベッド７１０を連接させた状態で、Ｙ軸方向に湾曲させた際に、前記接合部支持具７２０の端部同士が問題なく接触してずれ等の不具合を起こさない間隔とする。また、前記接合部支持具７２０同士の間隔は、接合する加工物Ｗを摩擦撹拌接合或いは溶接によって接合する際に、悪影響を生じさせない距離でなければならない。

支持ベッド１０の複数の支持ユニット３０を連結する連結ユニット６０の詳細な構造を図５および図６によって説明する。図５において、連結ユニット６０は、直列に配置された２本のねじ軸６４０，６５０と、その両者に螺合するナットユニット６６０と、ナットユニット６６０を駆動する回転駆動装置６２とからなる。一方のねじ軸６４０の外周には右ねじが形成されており、他方のねじ軸６５０の外周には左ねじが形成されている。ねじ軸６５０は、ねじ軸６４０の端部を収納できるように筒状に形成されている。前記ねじ軸６４０、ねじ軸６５０およびナットユニット６６０は、それぞれの軸心が一致するように組み立てられている。ねじ軸６４０，６５０に対してナットユニット６６０を回転させることよって、ねじ軸６４０の端部をねじ軸６５０の筒内に挿入したり、出したりすることができる。前記ナットユニット６６０の外周には、ウォームホイール６６１が形成されており、このウォームホイール６６１に直交して配置されたウォーム６２１を回転駆動装置６２が駆動する構成となっている。前記ナットユニット６６０は、外周に設置された軸受を介して、伸縮ユニットケース６２３内に回転可能に収納されている。また、前記ねじ軸６４０，６５０も伸縮ユニットケース６２３内に収納されており、ねじ軸６４０，６５０の継手を形成した端部が伸縮ユニットケース６２３から突出している。前記ウォーム６２１および回転駆動装置６２も伸縮ユニットケース６２３に設置されている。前記ねじ軸６４０の先端に形成された継手６４５は、連結される一方の支持ユニット３０の支持台７０に連結されている。また、前記ねじ軸６５０の先端に形成された継手６５５は、連結される他方の支持ユニット３０の支持台７０に連結されている。各継手６４５、６５５は、各支持台７０のピン６１に連結されており、この連結部はピン６１を中心として回転可能な構造となっている。前記ねじ軸６４０，６５０の端部の継手６４５，６５５には、支持台７０の横板７３の外側から、水平方向にピン６１が挿入され、支持ユニット３０と連結ユニット６０が結合されている。ピン６１の挿入方向はＸ軸方向である。

隣接した支持ユニット３０のＹ軸方向の間隔は、加工物Ｗすなわち押出し形材の幅寸法に対応した寸法となっている。一般に中空押出し形材の場合、幅寸法は３００ｍｍから５００ｍｍ程度であるため、前記隣接した支持ユニット３０の間隔は、前記中空押出し形材の幅寸法に対応した間隔で、比較的狭い間隔となっている。したがって、前記連結ユニット６０を構成するねじ軸６４０の端部がねじ軸６５０の筒内に収納される構造として、隣接した支持ユニット３０が狭い間隔であってもその間隔を調整することが可能な構造としている。

前記連結ユニット６０の伸縮動作によって、隣接した二つの支持ユニット３０のＹ軸方向の間隔を調整する。また、前記ナット装置３２の動作によってねじ部材２２に対して隣接した二つの支持ユニット３０の下部の間隔を調整する。このようにナット装置３２と連結ユニット６０によって、隣接した二つの支持ユニット３０の上下位置の間隔を変えることによって、各支持ユニット３０の傾斜角度を調整する。支持ユニット３０が傾斜することによって、支持台７０の上板７１も傾斜する。また、各支持ユニット３０のそれぞれの伸縮装置３４を動作させることによって、各支持台７０の高さ位置を任意に調整することができる。これによって、接合される加工物Ｗの突合せ部を支持する接合部支持具７２０の高さ位置および傾斜角度を任意に調整することができる。さらに、前記接合部支持具７２０の上面を加工物Ｗの接合すべき部分すなわち突合せ部に対して直交した位置に保持することができる。このように、構体ブロックＷＢを構成する複数の加工物Ｗの突合せ部に対して、各支持ユニット３０の接合部支持具７２０を完成した状態の構体ブロックＷＢの形状に一致させて配置することができる。このとき、前記接合部支持具７２０は、伸縮軸３６の軸線上に位置しており、摩擦攪拌接合を行う場合の回転工具の挿入圧力を前記伸縮軸３６の軸線上で支えることができる。

隣接した接合物Ｗ，Ｗを接合するための摩擦攪拌接合装置（図示せず）の回転工具の挿入力は、接合部支持具７２０、加工ベッド７１０、支持台７０、伸縮装置３４、ナット装置３２、およびねじ部材２２にかかる。前記ねじ部材２２は、摩擦攪拌接合時の前記回転工具の挿入力によって、容易に曲がることのない強度を備えている。前記ねじ部材２２が曲がる恐れがある場合は、ねじ部材２２とその下方のベース２０との間に支持部材を挿入することも考えられる。前記ナット装置３２と伸縮装置３４とは、Ｘ軸方向にずらした配置となっており、前記回転工具の挿入力によって該伸縮装置３４がＸ軸方向に倒れる分力が生じるが、Ｘ軸方向に隣接した支持ユニット３０は、加工ベッド１０によって連結されているため、前記分力を互いに支える構造となっている。

図４において、押出し中空形材Ｗ_６と押出し中空形材Ｗ_７の突合せ部を支える最右側の支持ユニット３０のスクリュウージャッキ３５は、前記押出し中空形材Ｗ_６と押出し中空形材Ｗ_７の突合せ部の傾きに一致して傾斜している。それよりも左側の支持ユニット３０のスクリュウージャッキ３５は垂直である。これは構体ブロックＷＢ（側構体）を構成する押出し中空形材Ｗ_６と押出し中空形材Ｗ_７のＸ軸方向の断面形状に対応させて各支持ユニット３０を配置させるためである。

支持ベッド１０のベース２０のＸ軸方向の両端部には、２基のクランプユニット４０，５０が設置されている。このクランプユニット４０，５０の詳細な構造を図４によって説明する。図４において、左側の第１のクランプユニット４０は、下部にナット装置４２を備えており、該ナット装置４２がねじ部材２２に螺合している。右側の第２のクランプユニット５０は、下部にナット装置５２を備えており、該ナット装置５２がねじ部材２２に螺合している。ナット装置４２，５２は前記支持ユニット３０のナット装置２２と同様な構造となっている。クランプユニット４０，５０は、前記支持ユニット３０と同様に伸縮装置４４、５４を備えており、各伸縮装置４４，５４にはそれぞれ伸縮軸４５，５５が設置されている。

左右のクランプユニット４０，５０は、それぞれの伸縮軸４５，５５の上端に取付けられた受け座４１，５１を備えている。前記各受け座４１，５１には、加工物Ｗを上方から押さえて拘束するクランプアーム８０，９０がそれぞれ設置されている。各クランプアーム８０，９０の先端には、加工物Ｗを押さえるためのクランプパッド８１，９１が設置されている。前記各クランプアーム８０，９０は、回転駆動装置（図示せず。）で上下方向に回転する。

左側のクランプユニット４０は、例えば側構体である構体ブロックＷＢのうち屋根構体に接合される押出し中空形材Ｗ_１の一端を隣接した前記支持ユニット３０の接合部支持具７２０にクランプしている。また、前記押出し中空形材Ｗ_１の他端を該クランプユニット４０の受け座４１にクランプしている。

右側のクランプユニット５０は、側構体である構体ブロックＷＢのうち台枠に接合される押出し中空形材Ｗ_７の一端を隣接した支持ユニット３０の接合部支持具７２０にクランプしている。また、押出し中空形材Ｗ_７の他端を該クランプユニット５０の受け座５１にクランプしている。

クランプユニット４０は、拘束する押出し中空形材Ｗ_１のＹ軸方向の断面形状が側構体の内側（図中のＺ軸方向の下側）へ大きく湾曲した形状となっていることから、受け座４１が隣接した支持ユニット３０の加工ベッド７１０よりも低い位置に保持されている。この受け座４１の位置は、クランプユニット５０の受け座５１よりも低い位置に保持されている。なお、前記受け座４１の位置は、加工物Ｗの断面形状に合せて伸縮装置４４によって調整することができる。また、受け座５１も受け座４１と同様に伸縮装置５４によって、加工物Ｗの支持位置を調整することができる。

この構成により、構体ブロックＷＢが例えば側構体のようにＹ軸方向に沿って湾曲した断面形状であっても、各押出し中空形材Ｗ_１〜押出し中空形材Ｗ_７を支える各支持ユニット３０，クランプユニット４０，５０を正確に位置決めすることができる。すなわち、各支持ユニット３０およびクランプユニット４０，５０の伸縮装置３４、４４，５４を制御して各伸縮軸３６、４５，５５を伸縮させて、各加工ベッド７０および受け座４１，５１の高さを調整することができる。また、各ナット装置３２および各連結ユニット６０を制御して、各支持ユニット３０の各接合部支持具７２０の位置および傾斜角度を正確に位置決めすることができる。さらに、ナット装置４２、５２によってクランプユニット４０，５０の受け座４１，５１のＹ軸方向の位置を正確に位置決めすることができる。このように押出し中空形材Ｗ_１〜押出し中空形材Ｗ_７の複数の突合せ部の裏側に、各接合部支持具７２０をそれぞれ的確な位置および傾斜角度に調整して保持することができる。

右端のクランプユニット５０と隣接する支持ユニット３０とは連結ユニット６０で連結されているので、右端のクランプユニット５０はそれ自体が傾斜しないように製作されている。左端のクランプユニット４０と隣接する支持ユニット３０との間には、連結ユニット６０は設置されておらず、両者の間隔は、それぞれのナット装置３２，４２によって調整し保持される。

各押出し中空形材Ｗ_１〜Ｗ_７のＹ軸方向の端部のうちの突き合せ部は接合すべき部分であり、この突き合せ部は支持台７０の上部の接合部支持具７２０上に載っている。接合部支持具７２０は、伸縮軸３６の軸心上にある。このため、前記摩擦攪拌接合時の回転工具の挿入力が大きくても、伸縮軸３６が座屈することがない。

ここで、図示していないが、ねじ部材２２に沿って、リニアガイドが設置されており、各ナット装置３２，４２，５２のナット部分が回転しても、各ナット装置３２，４２，５２及び各支持ユニット３０，クランプユニット４０，５０は回転することなくＹ軸方向に移動する構成となっている。

この構成により、加工物Ｗである構体ブロックＷＢが例えば側構体のようにＹ軸方向に沿って湾曲した断面形状であっても、対応する複数の支持ユニット３０の傾斜角度を調整し、各接合部支持具７２０を正確に各押出し中空形材の突き合せ部の裏側に位置決めすることができる。

本発明の構体ブロックの製造装置は、クランプユニットや支持ユニットの駆動機構の駆動手段にサーボモータを使用し、全てのサーボモータを数値制御することで、構体の寸法や曲面の変更に対応して支持部やクランプ部の位置を制御することができる。

この機能によって、構体ブロックを構成する加工物の支持や、クランプの段取り工数が削減され、生産性を向上することができる。

複数の加工物Ｗからなる構体ブロックＷＢを摩擦撹拌接合でなく、溶接する場合について説明する。構体ブロックＷＢの一方の面の溶接は、支持ユニット３０およびクランプユニット４０，５０の上に押出し中空形材Ｗ_１〜Ｗ_７を載せて拘束し、各接合部支持具７２０に載った突合せ部を上面側から溶接する。構体ブロックＷＢの一方の面を溶接した後、この構体ブロックＷＢの上下を反転させて各接合部支持具７２０に載せるのであるが、前記構体ブロックＷＢの溶接した面側を下面側とし、まだ溶接していない側を上面側に位置させるとき、構体ブロックＷＢの溶接部を接合部支持具７２０の位置よりずらして、前記溶接部の近傍の位置を前記接合部支持具７２０に載せる。すなわち、前記構体ブロックＷＢの溶接した側には溶接ビードの凸部ができるため、この凸部の高さは一定とは限らず、上面側（未溶接側）の高さ位置が不均一になるのを防ぐためである。このように、構体ブロックＷＢの押出し中空形材Ｗ_１〜Ｗ_７を溶接によって接合する場合には、反転した構体ブロックＷＢの各溶接部を接合部支持具７２０からずらして支持ユニット３０に載せることにより、上面側の各接合部の高さ位置を極力一定にする。このようにすることによって、構体ブロックＷＢを溶接によって製作する場合の突合せ部の高さ位置のずれを最小限に抑え、溶接部の不良を低減する。

ところで、前記受け座４１，５１は、押出し中空形材Ｗ_１，Ｗ_７の加工ベッド７１０からのオーバハングする部分の幅が小さいときは、不要にできる。

キャンバーがついている構体ブロックＷＢを加工する製造装置の例を図７、図８、図９によって説明する。一般に、鉄道車両の側構体は、約２０ｍｍ程度のキャンバーをつけて、長手方向の中央部が両端部に比べて上方に盛り上がるように反った形状に構成されている。このような形状の側構体を複数の押出し中空形材で製作する場合には、各押出し中空形材をＸ軸方向に直線状に配置したのでは前記キャンバーを構成することはできない。そこで、複数の押出し中空形材を支持ユニット上に載て拘束した状態で、Ｘ軸方向に配置された複数の加工ベッド７１０をＹ軸方向に湾曲させなければならない。

上面が平らな加工ベッド７１０の上に、接合部支持具７２０が固定されている。接合部支持具７２０は、加工ベッド７１０のＸ軸方向に沿って固定されている。加工ベッド７１０のＸ軸方向の端部は、支持台７０の上面にピン７３０で固定されている。ピン７３０の上下端部は、支持台７０と加工ベッド７１０に挿入されている。ピン７３０の軸方向は、Ｚ軸方向に配置されている。ピン７３０の軸方向を中心として加工ベッド７１０は水平方向に回転できる。ピン７３０の軸方向の中央部に大径部７３１があり、この大径部７３１がビスで支持台７０の上面に固定されている。ビスは上方から挿入されている。ピン７３０の上端にＸ軸方向に隣接する加工ベッド７１０の端部が載せてある。加工ベッド７１０のＸ軸方向の端部は、接合部支持具７２０のＸ軸方向の端部よりもＸ軸方向に突出していて、この突出部をピン７３０で固定している。

前記突出部のＹ軸方向両側に、加工ベッド７１０，７１０を下方に押える拘束プレート７４０，７４０がある。各拘束プレート７４０は、２つのビスで加工ベッド７１０，７１０を支持台７０に固定している。接合部支持具７２０は平らな加工ベッド７１０の上に固定されている。加工ベッド７１０の両端は、Ｘ軸方向に隣接した支持ユニット３０の各支持台７０の上面に載っている。

加工物Ｗを摩擦攪拌接合によって接合する場合の回転工具の挿入力で接合部支持具７２０、加工ベッド７１０を下方に押えるので、そのＸ軸方向の中央部（長手方向の両端を除く箇所）は下方に曲がる恐れがあるが、加工ベッド７１０自体を前記回転工具の挿入力によって曲がらない程度の強度を有した構造となっている。摩擦攪拌接合を行う場合、前記加工ベッド７２０の強度を高くしても僅かながら曲がることが予想されるが、この変形が摩擦攪拌接合に悪影響を与えない最小限の変形となるように、加工ベッド７２０の強度を確保する。

かかる構成によれば、ねじ部材２２に沿って各支持ユニット３０のナット装置３２の位置を定め、また、連結ユニット６０の長さを定め、複数の加工ベッド７１０に載せた加工物Ｗを拘束する。そして、Ｘ軸方向に複数配置された各支持ベッド１０の位置を構体ブロックＷＢのキャンバーに合せてＹ軸方向にずらして位置決めすることにより、各接合部支持具７２０は曲線状になって、構体ブロックＷＢにキャンバーをつけることができる。

前記加工ベッド７１０の上面には、加工物Ｗを拘束するため溝７１１が設けられている。すなわち、加工ベッド７１０のＹ軸方向の両端には、Ｘ軸方向に沿って溝７１１が設けられている。図４に示すように、溝７１１は略台形状に形成されている。この溝７１１には、Ｔ状ボルトの頭部のＴ部が挿入できる。車体の窓を開口した加工物Ｗを載せ、接合する場合に、前記溝７１１にＴ状ボルトをかけ、加工物Ｗを下方に押えることによって、加工物Ｗを強固に固定できる。

なお、前記説明においては、構体ブロックとして鉄道車両構体を構成する構造体を例に説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、一般構造物であって複数の押出し形材を接合して製作される構造体においても同様の作用効果を奏すものである。

本発明の構体ブロックの製造装置の斜視図。図１に示した支持ベッドのＸ軸方向から見た概略図。図２に示した支持ベッドに構体ブロックＷＢを載せた状態の概略図。図３に示した支持ベッドの詳細な構造を示すＸ軸方向から見た正面図。支持ユニットの詳細な構造を示すＸ軸方向からみた正面図。支持ユニットの詳細な構造を示す斜視図。加工ベッドの連結部の分解平面図。図７の連結状態の平面図。図８のＸ軸方向から見た正面図。

符号の説明

１製造装置
１０支持ベッド
２０ベース
２２ねじ部材
３０支持ユニット
３２ナット装置
３３回転駆動装置
３４伸縮装置
３５スクリュウージャッキ
３６伸縮軸
４０，５０クランプユニット
４１，５１受け座
６０連結ユニット
６２回転駆動装置
７０支持台
７１０加工ベッド

Claims

ベッドの上に長尺の加工物を複数個並べて接合して構体ブロックを製造する構体ブロックの製造方法において、
前記ベッドは前記構体ブロックの長手方向であるＸ軸方向に直交するＹ軸方向にその軸方向を配置して固定されたねじ部材と、前記ねじ部材に螺合され、該ねじ部材に沿って移動できる複数のナット装置と、前記各ナット装置に固定された複数の支持ユニットと、からなる支持ベッドからなり、
前記各支持ユニットは、前記各ナット装置に対して前記Ｙ軸方向に傾斜可能に連結されており、前記支持ベッドは、そのＹ軸方向であって、前記複数の支持ユニットの両端にそれぞれ配設されるクランプユニットと、
前記複数の支持ユニットの間及び前記支持ユニットと一方の前記クランプユニットの間に配設されて前記支持ユニット間の間隔を調節する連結ユニットと、
前記ナット装置に対して支持された高さ調整装置を備えており、該高さ調整装置の上部に支持台を備えており、
前記各支持ベッドの前記支持台が前記構体ブロックの形状になるように、前記ナット装置、高さ調整装置及び連結ユニットにより前記支持ベッドの前記支持台の間隔及び高さ、ならびに傾斜角度を調整し、
次に、前記支持ベッドの前記支持台に複数の加工物を載せて固定し、前記複数個の前記加工物を接合すること、
を特徴とする構体ブロックの製造方法。
請求項１の構体ブロックの製造方法において、
前記接合する装置は、摩擦攪拌接合装置であり、
前記各支持ベッドの高さ調整装置の高さ伸縮軸の軸上に、前記加工物の接合部を位置させ、前記摩擦攪拌接合装置の回転工具を前記加工物の接合すべき部分に挿入し、摩擦攪拌接合を行いつつ前記構体ブロックの長手方向に移動させること、
を特徴とする構体ブロックの製造方法。
請求項１の構体ブロックの製造方法において、
前記接合する装置は、溶接装置であり、
前記複数の加工物の一方の面側を溶接した後、前記複数の加工物の溶接した面側を下面側とし、未溶接面側を上面側に位置させるとき、前記加工物の溶接した位置を前記支持ベッドの前記支持台を成す接合部支持具からずらして、前記加工物の下面側を前記支持ベッドの接合支持具に載せること、
を特徴とする構体ブロックの製造方法。
請求項１の構体ブロックの製造方法において、
前記構体ブロックは、車両構体をなす台枠、側構体、屋根構体の一つであること、
を特徴とする車両構体の製造方法。
請求項４の車両構体の製造方法において、
前記複数個の加工物を接合する装置は、摩擦攪拌接合装置であること、
を特徴とする車両構体の製造方法。
長尺の加工物を複数個並べて接合し、構体ブロックを製造する装置において、
加工物の長手方向であるＸ軸方向に直交するＹ軸方向にその軸方向を配置して固定されたねじ部材と、前記ねじ部材に螺合され、該ねじ部材に沿って移動できる複数のナット装置と、前記各ナット装置に固定された複数の支持ユニットと、からなる支持ベッドを備え、
前記支持ベッドは前記Ｘ軸方向に沿って複数設置されており、
前記各支持ユニットは、前記各ナット装置に対して前記Ｙ軸方向に傾斜可能に連結されており、
前記支持ベッドは、そのＹ軸方向であって、前記複数の支持ユニットの両端にそれぞれ配設されるクランプユニットと、前記複数の支持ユニットの間及び前記支持ユニットと一方の前記クランプユニットの間に配設されて前記支持ユニット間の間隔を調節する連結ユニットを備え、
前記支持ユニットは、その上端に、接合される前記加工物を支持する接合部支持具を備えていること、
を特徴とする構体ブロックの製造装置。
請求項６の構体ブロックの製造装置において、
前記支持ユニットは、前記ナット装置に対して支持されたスクリュージャッキを備えており、該スクリュージャッキの上部に前記接合部支持具を設置していること、
を特徴とする構体ブロックの製造装置。
請求項６の構体ブロックの製造装置において、
前記連結ユニットは、前記支持ユニットまたはクランプユニットに上下方向に回転自在に連結されていること、
を特徴とする構体ブロックの製造装置。
請求項６の構体ブロックの製造装置において、
前記クランプユニットは、Ｘ軸及びＹ軸が形成する平面に対して垂直なＺ軸方向に回転軸を配置したスクリュウージャッキと、該スクリュウージャッキの上部に設けられ、前記加工物を前記クランプユニットに対して押さえ付けるクランプヘッドを備えること、
を特徴とする構体ブロックの製造装置。
請求項６の構体ブロックの製造装置において、
前記連結ユニットは、ナット部材と、ナット部材に螺合するねじ軸と、前記ナット部材を回動する駆動機構を備え、前記ねじ軸は、一方の前記支持ユニットに連結する第１のねじ軸と、他方の前記支持ユニットまたは前記一方のクランプユニットに連結する第２のねじ軸とからなり、第１のねじ軸の軸端は第２のねじ軸に挿入可能になっており、前記ナットは前記第１のねじ軸、および前記第２のねじ軸の外面のねじにかみ合っていること、
を特徴とする構体ブロックの製造装置。
請求項６の構体ブロックの製造装置において、
前記ナット装置、前記伸縮装置、前記連結ユニットの回転駆動機構はサーボモータであること、
を特徴とする構体ブロックの製造装置。
請求項１０の構体ブロックの製造装置において、
前記クランプユニットは、前記加工物の端部を支える受け座を有すること、
を特徴とする構体ブロックの製造装置。
請求項６の構体ブロックの製造装置において、
前記支持ユニットの上面には加工ベッドが設置されており、該加工ベッドの上面に加工物の突き合せ部を支持する接合部支持具が設置されており、前記加工ベッドは加工物の長手方向に沿って長尺であり、前記加工ベッドはその長手方向の一端を前記支持ユニットに固定しており、前記加工ベッドの長手方向の他端を前記支持ユニットに隣接した支持ユニットの上面にピンで回転自在に固定されており、隣接した前記加工ベッドの長手方向端部は前記ピンの上面に重なっており、このピンの左右両側には拘束プレートがあり、該拘束プレートは前記加工ベッドの長手方向の端部を上方から押さえ、該拘束プレートは前記支持ユニットの上面に固定されていること、
を特徴とする構体ブロックの製造装置。