(57)【要約】【課題】溶接トーチおよび当て板と鋼管との位置関係の変動を抑制する。【解決手段】軸線が水平となる向きに配置されて軸線回りに回転する断面が円形の管材８の外周面に肉盛溶接を行う溶接装置１であって、基端部が支持部に支持され先端部の側が水平方向に伸縮可能なブーム部１４と、ブーム部１４の先端部に設けられ所定の数の溶接トーチ２４および管材８の外周面に接触させる当て板２５１とを有するヘッド部２と、所定の数の溶接トーチ２４および当て板２５１よりもさらに先端側に設けられる第１のブレ止め機構３と、を有し、第１のブレ止め機構３は、ヘッド部２に取付けられている直線棒状の第１のアーム３１と、先端部が溶接トーチ２４から見て管材８の外周面の回転方向の上流側に接触させることができ第１のアーム３１に取付けられている第２のアーム３２とを有する。【選択図】図３
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸線が水平となる向きに配置されて軸線回りに回転する断面が円形の管材の外周面に肉盛溶接を行う溶接装置であって、
基端部が支持部に支持され先端部の側が水平方向に伸縮可能なブーム部と、
前記ブーム部の先端部に設けられ所定の数の溶接トーチおよび前記管材の外周面に接触させる当て板とを有するヘッド部と、
前記所定の数の溶接トーチおよび前記当て板よりもさらに先端側に設けられる第１のブレ止め機構と、
を有し、
前記第１のブレ止め機構は、前記ヘッド部に取付けられている直線棒状の第１のアームと、先端部が前記溶接トーチから見て前記管材の外周面の回転方向の上流側に接触させることができ前記第１のアームに取付けられている第２のアームと、
を有することを特徴とする溶接装置。
【請求項２】
前記第１のアームは、前記ヘッド部に回転可能に取り付けられており、
前記第２のアームは、前記第１のアームの長尺方向にスライド式に移動可能で、前記第１のアームに対して回転可能に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
【請求項３】
前記第２のアームの先端部は、前記管材の軸線方向視において、前記管材の中心を通過する水平線に対して下側に９０°から上側に９０°の角度の範囲に接触させることができることを特徴とする請求項２に記載の溶接装置。
【請求項４】
前記第２のアームの先端部は、前記管材の中心と同じ高さにおいて前記管材の外周面に接触させることができることを特徴とする請求項２に記載の溶接装置。
【請求項５】
前記第２のアームの先端部には、前記管材の軸線に平行な直線を中心に回転可能な第１のローラーが設けられており、前記第１のローラーを前記管材の外周面に接触させることができることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の溶接装置。
【請求項６】
前記所定の数の溶接トーチおよび前記当て板よりもさらに先端側に設けられる第２のブレ止め機構をさらに有し、
前記第２のブレ止め機構は、前記ヘッド部に取付けられている直線棒状の第３のアームと、先端部が前記溶接トーチから見て前記管材の外周面の回転方向の下流側に接触させることができ前記第３のアームに取付けられている第４のアームと、を有することを特徴とする請求項１から５のいずれか１項に記載の溶接装置。
【請求項７】
前記第３のアームは、前記ヘッド部に回転可能に取り付けられており、
前記第４のアームは、前記第３のアームの長尺方向にスライド式に移動可能で、前記第３のアームに対して回転可能に取り付けられていることを特徴とする請求項６に記載の溶接装置。
【請求項８】
前記第４のアームの先端部は、前記管材の軸線方向視において、前記管材の中心を通過する水平線に対して下側に９０°から上側に９０°の角度の範囲に接触させることができることを特徴とする請求項７に記載の溶接装置。
【請求項９】
前記第４のアームの先端部は、前記管材の中心と同じ高さにおいて前記管材の外周面に接触させることができることを特徴とする請求項７に記載の溶接装置。
【請求項１０】
前記第４のアームの先端部には、前記管材の軸線に平行な直線を中心に回転可能な第２のローラーが設けられており、前記第２のローラーを前記管材の外周面に接触させることができることを特徴とする請求項６から９のいずれか１項に記載の溶接装置。
【請求項１１】
前記溶接トーチと前記当て板は、前記溶接トーチから見て前記管材の回転方向の下流側にずれた位置に設けられていることを特徴とする請求項１から１０のいずれか１項に記載の溶接装置。
【請求項１２】
前記当て板は、前記溶接トーチに対して回転可能に設けられていることを特徴とする請求項１から１１のいずれか１項に記載の溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接装置に関する。特には鋼管などの管材の外周面に円周方向の肉盛溶接をする溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
土木や建築の分野に用いられる構造物として、鋼管杭が用いられている。このような鋼管杭の外周面には、他の部材や根固め部におけるコンクリートとの結合強度の確保や向上のため、例えば、円周方向や円周方向に傾斜する方向に延伸する円環状や螺旋状の突起が設けられることがある。
【０００３】
特許文献１には、鋼管の内周面に突起を形成する方法として、溶接トーチが設けられたブームをコンクリート充填用の鋼管の内部に挿入し、このコンクリート充填用の鋼管を回転させながらその内周面に溶接ビードを形成する、という方法が開示されている。これにより、溶接ビードからなる突起が形成される。この際、所定の間隔をおいて離れて設けられる２枚の当て板をコンクリート充填用の鋼管の内周面に接触させ、これらの間で溶接を行う。これにより、２枚の当て板の間に溶融金属を溜め、所定の断面形状の突起を形成する。
【０００４】
しかしながら、このような方法を鋼管杭の外周面に突起を形成する方法に適用すると、次のような問題が生じる。すなわち、鋼管杭を回転させると、当て板と鋼管杭の外周面との摩擦力によってブーム部にモーメントが掛かり、ブーム部が曲げ変形してブーム部に設けられている当て板が鋼管杭に対して変位する。そうすると、当て板と鋼管杭の外周面との間に隙間が生じて溶融金属が流出し、突起の形状が乱れるおそれがある。また、前記摩擦力によってブーム部の先端部が振動すると、当て板と鋼管杭の外周面との接触状態や相対的な位置関係が時間の経過に伴って変動する。そうすると、形成される突起の寸法や形状が不均一になるおそれがある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００５−１９３２４５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、以上のような問題点に鑑みてなされたものであり、本発明が解決しようとする課題は、鋼管杭などの管材の外周面に溶接ビードからなる突起を形成する溶接装置であって、溶接トーチおよび当て板と鋼管との位置関係の変動を抑制できる溶接装置を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本願発明者は、鋭意検討の結果、以下に示す発明の諸態様に想到した。
【０００８】
（１）
軸線が水平となる向きに配置されて軸線回りに回転する断面が円形の管材の外周面に肉盛溶接を行う溶接装置であって、
基端部が支持部に支持され先端部の側が水平方向に伸縮可能なブーム部と、
前記ブーム部の先端部に設けられ所定の数の溶接トーチおよび前記管材の外周面に接触させる当て板とを有するヘッド部と、
前記所定の数の溶接トーチおよび前記当て板よりもさらに先端側に設けられる第１のブレ止め機構と、
を有し、
前記第１のブレ止め機構は、前記ヘッド部に取付けられている直線棒状の第１のアームと、先端部が前記溶接トーチから見て前記管材の外周面の回転方向の上流側に接触させることができ前記第１のアームに取付けられている第２のアームと、
を有することを特徴とする溶接装置。
【０００９】
（２）
前記第１のアームは、前記ヘッド部に回転可能に取り付けられており、
前記第２のアームは、前記第１のアームの長尺方向にスライド式に移動可能で、前記第１のアームに対して回転可能に取り付けられていることを特徴とする前記（１）に記載の溶接装置。
【００１０】
（３）
前記第２のアームの先端部は、前記管材の軸線方向視において、前記管材の中心を通過する水平線に対して下側に９０°から上側に９０°の角度の範囲に接触させることができることを特徴とする前記（２）に記載の溶接装置。
【００１１】
（４）
前記第２のアームの先端部は、前記管材の中心と同じ高さにおいて前記管材の外周面に接触させることができることを特徴とする前記（２）に記載の溶接装置。
【００１２】
（５）
前記第２のアームの先端部には、前記管材の軸線に平行な直線を中心に回転可能な第１のローラーが設けられており、前記第１のローラーを前記管材の外周面に接触させることができることを特徴とする前記（１）から（４）のいずれか記載の溶接装置。
【００１３】
（６）
前記所定の数の溶接トーチおよび前記当て板よりもさらに先端側に設けられる第２のブレ止め機構をさらに有し、
前記第２のブレ止め機構は、前記ヘッド部に取付けられている直線棒状の第３のアームと、先端部が前記溶接トーチから見て前記管材の外周面の回転方向の下流側に接触させることができ前記第３のアームに取付けられている第４のアームと、を有することを特徴とする前記（１）から（５）のいずれかに記載の溶接装置。
【００１４】
（７）
前記第３のアームは、前記ヘッド部に回転可能に取り付けられており、
前記第４のアームは、前記第３のアームの長尺方向にスライド式に移動可能で、前記第３のアームに対して回転可能に取り付けられていることを特徴とする前記（６）に記載の溶接装置。
【００１５】
（８）
前記第４のアームの先端部は、前記管材の軸線方向視において、前記管材の中心を通過する水平線に対して下側に９０°から上側に９０°の角度の範囲に接触させることができることを特徴とする前記（７）に記載の溶接装置。
【００１６】
（９）
前記第４のアームの先端部は、前記管材の中心と同じ高さにおいて前記管材の外周面に接触させることができることを特徴とする前記（７）に記載の溶接装置。
【００１７】
（１０）
前記第４のアームの先端部には、前記管材の軸線に平行な直線を中心に回転可能な第２のローラーが設けられており、前記第２のローラーを前記管材の外周面に接触させることができることを特徴とする前記（６）から（９）のいずれかに記載の溶接装置。
【００１８】
（１１）
前記溶接トーチと前記当て板は、前記溶接トーチから見て前記管材の回転方向の下流側にずれた位置に設けられていることを特徴とする前記（１）から（１０）のいずれかに記載の溶接装置。
【００１９】
（１２）
前記当て板は、前記溶接トーチに対して回転可能に設けられていることを特徴とする前記（１）から（１１）のいずれかに記載の溶接装置。
【発明の効果】
【００２０】
本発明によれば、管材の外周面に溶接ビードからなる突起を形成する溶接装置において、溶接トーチおよび当て板と管材との位置関係の変動を抑制できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】図１は、溶接装置の構成例を模式的に示す図である。
【図２】図２は、溶接装置のヘッド部の構成例を模式的に示すＹ軸方向視の外観図である。
【図３】図３は、溶接装置のヘッド部の構成例を模式的に示すＸ軸方向視の外観図である。
【図４】図４は、溶接装置のヘッド部の構成例を模式的に示す斜視図である。
【図５】図５は、溶接装置のヘッド部の構成例を模式的に示す斜視図である。
【図６】図６は、ヘッド部の変位量の測定結果を示すグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
以下に、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。本発明の実施形態に係る溶接装置は、管材の外周面への肉盛溶接に用いられる。肉盛溶接の対象となる管材としては、例えば、断面が円形の鋼管杭が挙げられる。そして、溶接装置は、管材をその軸線を中心に回転させながら外周面に肉盛溶接をすることによって、管材の外周面に環状や螺旋状の突起を形成する。なお、説明の便宜上、溶接装置の３次元の各方向を、Ｘ軸、Ｙ軸、Ｚ軸の３次元座標系で示す。Ｘ軸方向は水平方向であり、溶接対象である管材（軸線が水平となる向きに配置された管材）の軸線方向である。Ｙ軸方向は水平方向であって管材の軸線に直角な方向である。Ｚ軸方向は上下方向である。
【００２３】
＜溶接装置の構成例＞
まず、溶接装置１の全体構成の例について、図１を参照して説明する。図１は、溶接装置１の構成例を模式的に示すＹ軸方向視の外観図である。図１に示すように、溶接装置１は、ターニングローラー１１と、基台部１２と、基台部１２に設けられている支持部１３と、Ｘ軸方向に伸縮可能で支持部１３によりＺ軸方向に昇降可能（移動可能）に支持されているブーム部１４と、ブーム部１４をＺ軸方向に移動させるブーム昇降駆動機構１４１と、ブーム部１４をＸ軸方向に伸縮させるブーム伸縮駆動機構１４２と、ブーム部１４の先端に設けられているヘッド部２とを有する。
【００２４】
そして、ブーム部１４の先端部には、所定の数の溶接トーチ２４および所定の数の型枠２５と、第１のブレ止め機構３と、第２のブレ止め機構４とが設けられている。説明の便宜上、所定の数の溶接トーチ２４および所定の数の型枠２５と、第１のブレ止め機構３と、第２のブレ止め機構４とが設けられている部分を、ヘッド部２と称する。本発明の実施形態では、ヘッド部２に２基の溶接トーチ２４と２個の型枠２５とが設けられている構成を例に示す。ただし、ヘッド部２に設けられている溶接トーチ２４および型枠２５の数は限定されない。例えば、１基の溶接トーチ２４および１個の型枠２５が設けられている構成であってもよく、３基以上の溶接トーチ２４および３個以上の型枠２５が設けられている構成であってもよい。
【００２５】
このほか、溶接装置１は、各部を駆動制御するための制御部１５を有する。制御部１５には、ＣＰＵとＲＯＭとＲＡＭとを有するコンピュータが適用される。コンピュータのＲＯＭには、溶接装置１を制御するためのコンピュータプログラムがあらかじめ格納されている。コンピュータのＣＰＵは、ＲＯＭに格納されているコンピュータプログラムを読み出し、ＲＡＭをワークエリアとして用いて実行する。これにより、溶接装置１の各部が制御され、後述する動作が実現する。
【００２６】
ターニングローラー１１は、軸線がＸ軸に平行な向きで配置された管材８を、その軸線を中心として回転させる。具体的には、回転中心線がＸ軸に平行である２つのターニングローラー１１が、Ｙ軸方向に所定の距離をおいて離れて設けられており、２つのターニングローラー１１に管材８を載せることができる。そして、２つのターニングローラー１１は図略の回転駆動機構により回転することにより、２つのターニングローラー１１に載せられた管材８が回転する。
【００２７】
基台部１２は、溶接装置１の基礎となる部分である。基台部１２には回転可能な車輪１２１が設けられており、基台部１２は、この車輪１２１によってＸ軸方向に往復移動可能である。例えば、溶接装置１の設置面９（床面など）にはＸ軸方向に延伸するレール９１が敷設されており、基台部１２に設けられている車輪１２１はこのレール９１に載せられている。支持部１３は、基台部１２から上側に向かって突出する柱状の構成を有しており、後述するブーム部１４の基端部を上下方向（Ｚ軸方向）に昇降可能に支持する。例えば、支持部１３は、所定の間隔をおいて設けられている２本の支柱を有しており、これら２本の支柱によってブーム部１４の基端部を挟み込むようにして昇降可能に支持する。また、基台部１２には、ブーム部１４を昇降させるブーム昇降駆動機構１４１が設けられており、このブーム昇降駆動機構１４１がブーム部１４を上下方向に昇降させる。
【００２８】
ブーム部１４は、Ｘ軸方向に伸縮可能な構成を有している。例えば、ブーム部１４には、伸縮可能な多重筒構造（多重管構造）が適用されている。そして、ブーム部１４は、ブーム伸縮駆動機構１４２によってＸ軸方向に伸縮し、ブーム部１４の伸縮に伴ってブーム部１４の先端部に設けられているヘッド部２がＸ軸方向に移動する。
【００２９】
なお、基台部１２と支持部１３とブーム部１４とブーム昇降駆動機構１４１とブーム伸縮駆動機構１４２の構成は、特に限定されない。基台部１２と支持部１３とは、ブーム部１４を上下方向に昇降させることができるととともに、ブーム部１４を溶接装置１の設置面９から所定の高さに維持できる構成であればよい。また、ブーム昇降駆動機構１４１は、ブーム部１４を上下方向に昇降させることができる構成であればよい。同様に、ブーム伸縮駆動機構１４２は、ブーム部１４をＸ軸方向に伸縮させることができる構成であればよい。例えばブーム昇降駆動機構１４１やブーム伸縮駆動機構１４２には、公知の各種電動モータや油圧モータなどを駆動源として有する駆動機構が適用できる。
【００３０】
＜ヘッド部＞
次に、ヘッド部２の構成例について、図２〜図５を参照して説明する。図２は、ヘッド部２の構成例を模式的に示すＹ軸方向視の側面図である。図３は、ヘッド部２の構成例を模式的に示すＸ軸方向視の前面図である。図４と図５は、ヘッド部２の構成例を模式的に示す斜視図である。
【００３１】
図２〜図５に示すように、ヘッド部２には、所定の数の溶接トーチ２４がＸ軸方向に並べて設けられている。これらの溶接トーチ２４には、例えばＭＩＧ溶接用の溶接トーチが適用できる。ただし、これらの溶接トーチ２４は、連続的に肉盛溶接を行うことができる構成であればよく、ＭＩＧ溶接用の溶接トーチに限定されない。そして、これらの溶接トーチ２４は、それぞれ下側において肉盛溶接できるように、トーチ先端が下側に向けられている。すなわち、ヘッド部２に設けられている所定の数の溶接トーチ２４は、いずれも、トーチ先端から下側に向けてシールドガスを噴射するとともに、下側に向けて溶接ワイヤーを繰り出すことができるように配置されている。
【００３２】
型枠２５は、溶接トーチ２４により溶融した金属（以下、溶融金属と称する）を溜めることにより、溶融金属を所定の断面形状・寸法の突起に成形する部材である。型枠２５は、Ｘ軸方向に所定の距離をおいて離れて設けられている２枚の当て板２５１を有する。なお、２枚の当て板２５１どうしの距離（隙間）は、形成する突起の断面形状に応じて設定される。２枚の当て板２５１の下側の面は管材８の外周面に接触する面であり、Ｘ軸方向視において所定の曲率半径で窪む曲面に形成される。なお、当て板２５１の下側の面の曲率半径は、溶接対象の管材８の外径に応じて設定されるものであり、管材８の外径と略同じに設定される。また、当て板２５１の内部には、冷媒を流通させる冷媒経路が設けられており、この冷媒経路に冷媒を流すことによって、当て板２５１を冷却することができる。
【００３３】
所定の数の溶接トーチ２４と、所定の数の溶接トーチ２４のそれぞれに対応する所定の数の型枠２５とは、上下方向に往復移動可能に設けられている。例えば、ヘッド部２は、ブーム部１４の先端に設けられているベース部材２１を有し、このベース部材２１の側面には、溶接トーチ２４と同数のエアシリンダー２２が、それらのピストンロッドが上下方向に往復動する向きで設けられている。さらに、ベース部材２１の側面には、溶接トーチ２４と同数の支持部材２３が、エアシリンダー２２の駆動力によってベース部材２１に対してＺ軸方向に往復移動するように設けられている。そして、所定の数の支持部材２３のそれぞれには、１基の溶接トーチ２４と１個の型枠２５とが取り付けられており、エアシリンダー２２の駆動力によって支持部材２３とともに上下方向（Ｚ軸方向）に昇降（往復移動）する。
【００３４】
このような構成によれば、エアシリンダー２２の動作によって、溶接トーチ２４と型枠２５とが上下方向（Ｚ軸方向）に昇降可能（往復動可能）であり、型枠２５に設けられている２枚の当て板２５１を管材８の外周面に付勢した状態で接触させることができる。
【００３５】
なお、特に図３に示すように、溶接トーチ２４および型枠２５は、Ｘ軸方向視において、２つのターニングローラー１１のどうしの中心（すなわち、載置された管材８の中心）から、Ｙ軸方向の一方にずれた位置に設けられている。具体的には、溶接トーチ２４および型枠２５は、ターニングローラー１１により回転させられている管材８の回転方向（溶接個所において、溶接トーチ２４に対する管材８の外周面の相対的な移動方向）の下流側にずれた位置に設けられている。なお、このずれ量は特に限定されるものではない。
【００３６】
また、溶接トーチ２４は支持部材２３に対して相対的に変位できないように固定されているのに対し、型枠２５は支持部材２３に相対的に変位可能に取り付けられている。例えば、型枠２５は、支持部材２３に対して管材８の回転方向（Ｙ軸方向）に往復動可能に取り付けられている。また、型枠２５は、支持部材２３に対してＸ軸方向に平行な軸線を中心として回転可能に（換言すると振り子状に揺動可能に）取り付けられていてもよい。具体的には、型枠２５は、軸線がＸ軸方向に平行となるように配置された連結ピンを介して支持部材２３に連結される構成が適用できる。このような構成であると、当て板２５１の管材８の外周面への追従性が向上し、溶接中において当て板２５１が管材８の外周面から離れることが抑制される。このように、型枠２５は溶接トーチ２４に対して相対的に変位可能な構成であることが好ましい。
【００３７】
さらに、溶接トーチ２４と型枠２５とが、支持部材２３に対して相対的に変位可能に取り付けられていてもよい。具体的には、支持部材２３とは別体の部材に溶接トーチ２４と型枠２５とが取付けられており、この支持部材２３とは別体の部材は、軸線がＸ軸に平行な連結ピンによって支持部材２３に回転可能に（揺動可能に）連結されているという構成が適用できる。このような構成であれば、溶接トーチ２４と型枠２５とは、支持部材２３に対して相対的に変位可能である。このため、溶接トーチ２４と当て板２５１の管材８の外周面への追従性が向上し、溶接中において当て板２５１が管材８の外周面から離れたり、溶接位置がずれたりすることが抑制される。
【００３８】
なお、型枠２５が支持部材２３に対して相対的に変位可能な構成である場合には、溶接中において型枠２５が管材８の外周面から離れないようにするため、型枠２５が管材８の外周面に向けて付勢されている。例えば、型枠２５は、バネなどの付勢部材によって、管材８の外周面に向けて付勢されており、管材８の外周面に接触した状態に維持される。
【００３９】
さらに、溶接装置１は、溶接トーチ２４を溶接方向に直角な方向（Ｘ軸方向）にオシレーションさせるオシレーション機構を有していてもよい。なお、オシレーション機構の構成は特に限定されるものではなく、公知の各種構成が適用できる。溶接の際に溶接トーチ２４をオシレーションさせることにより、肉盛溶接により形成される突起に欠陥が生じることを抑制する。
【００４０】
＜ブレ止め機構＞
溶接装置１は、２つのターニングローラー１１に載せられて回転している管材８の外周面の最上部の近傍に肉盛溶接を行う。この際、回転する管材８の外周面の最上部の近傍（最上部から回転方向の下流側にずれた位置）に、型枠２５に設けられている当て板２５１を接触させた状態に維持する。このため、管材８が回転すると、当て板２５１と管材８との間の摩擦力によって、当て板２５１には管材８の回転方向の下流側に変位させるような力がかかる。そして、この摩擦力によって当て板２５１が変位すると、当て板２５１と管材８との間に隙間が生じて溶融金属が流出し、突起の形状が乱れることがある。また、この摩擦力によってヘッド部２が振動すると、当て板２５１と管材８との接触状態が一定とならないため、形成される突起の形状や寸法が不均一となることがある。
【００４１】
そこで、本発明の実施形態では、第１のブレ止め機構３と第２のブレ止め機構４とによって、溶接中においてヘッド部２が管材８に対して変位することを抑制する。第１のブレ止め機構３は、回転する管材８の回転方向の上流側において管材８の外周面に接触することにより、ヘッド部２が管材８に対してその回転方向の下流側に変位することを抑制する。一方、第２のブレ止め機構４は、ヘッド部２よりも管材８の回転方向の下流側において管材８の外周面に接触することにより、ヘッド部２が管材８の回転方向の上流側に変位することを抑制する。
【００４２】
第１のブレ止め機構３は、ヘッド部２のベース部材２１に取付けられている第１のアーム３１と、第１のアーム３１に取付けられている第２のアーム３２と、第２のアーム３２の先端に設けられている第１のローラー３３とを有する。第２のブレ止め機構４も第１のブレ止め機構３と同様に、ヘッド部２のベース部材２１に取付けられている第３のアーム４１と、第３のアーム４１に取付けられている第４のアーム４２と、第４のアーム４２の先端に設けられている第２のローラー４３とを有する。第１のブレ止め機構３の第１のアーム３１および第２のアーム３２と、第２のブレ止め機構４の第３のアーム４１および第４のアーム４２とは、いずれも、ヘッド部２のＸ軸方向の先端部であって、所定の数の溶接トーチ２４よりもさらに先端側に設けられている。
【００４３】
第１のブレ止め機構３の第１のアーム３１は、直線棒状の部材である。そして、第１のアーム３１の長尺方向の一方の端部は、ヘッド部２に着脱可能に取り付けられている。例えば、第１のアーム３１の長尺方向の一方の端部には、その長尺方向に直角な方向（Ｘ軸方向）に突出する円柱形状の第１の軸３１１が設けられている。また、ヘッド部２には第１のアーム３１に設けられている第１の軸３１１を締結する第１のシャフトホルダ２１１が設けられている。なお、第１のシャフトホルダ２１１の構成は特に限定されるものではなく、第１の軸３１１を着脱可能で、かつ、任意の角度で固定できる構成であればよい。そして、第１のアーム３１に設けられている第１の軸３１１をヘッド部２に設けられている第１のシャフトホルダ２１１に締結することにより、第１のブレ止め機構３の第１のアーム３１を任意の向きでヘッド部２に着脱可能に固定できる。
【００４４】
第２のアーム３２も、第１のアーム３１と同様に直線棒状の部材である。第２のアーム３２は、第１のアーム３１の長尺方向の任意の位置に、第１のアーム３１の長尺方向に対して任意の角度で固定可能である。第１のアーム３１と第２のアーム３２の連結構造には、例えば次のような構成が適用できる。第１のアーム３１には、その長尺方向に延伸するＴ溝が設けられており、このＴ溝にはボルト（ボルトの頭部）やナットが収容されている。第２のアーム３２には、Ｘ軸方向に突出する円柱状の第２の軸３２１が設けられている。そして、第２のアーム３２を取り付けるためのブラケットなどの第１の連結部材３４が、第１のアーム３１に収容されているボルトやナットを介して第１のアーム３１に取付けられている。この第１の連結部材３４には、第２のアーム３２に設けられている第２の軸３２１を締結可能な第３のシャフトホルダ３４１が設けられている。そして、第２のアーム３２に設けられている第２の軸３２１を第１の連結部材３４に設けられている第３のシャフトホルダ３４１に締結されることにより、第２のアーム３２が第１のアーム３１に取付けられる。このような構成であれば、第１の連結部材３４を第１のアーム３１の長尺方向（Ｔ溝の延伸方向）にスライド式に移動させることができ、かつ、第１のアーム３１の任意の位置に固定することができる。また、第２のアーム３２を第２の軸３２１を中心として回転させることができ、かつ、任意の角度で固定できる。このように、第２のアーム３２は、第１のアーム３１の長尺方向の任意の位置に、第１のアーム３１の長尺方向に対して任意の角度で固定可能である。
【００４５】
なお、第１のアーム３１には、複数状のＴ溝が互いに平行に設けられている構成であることが好ましい。そして、複数条のＴ溝のそれぞれにボルトやナットが収容され、複数のＴ溝に収容されているボルトやナットを介して第１の連結部材３４が第１のアーム３１に固定される構成であることが好ましい。このような構成であれば、第２のアーム３２を第１のアーム３１に強固に固定することができ、固定された状態では第２のアーム３２が第１のアーム３１に対して回転することが抑制される。
【００４６】
第２のアーム３２の先端部には、管材８の外周面との接触摩擦を低減するために、Ｘ軸回りに回転可能な第１のローラー３３が設けられている。この第１のローラー３３は、管材８の外周面に点接触する形状であることが好ましい。例えば、断面幅方向の中心が外周方向外側に向かって膨出するように湾曲する形状を有するローラーが適用できる。
【００４７】
このように、第１のアーム３１は、ヘッド部２に対して任意の角度で固定することができる。また、第２のアーム３２は、第１のアーム３１の長尺方向の任意の位置に固定できるとともに、第１のアーム３１に対して任意の角度で固定できる。したがって、第２のアーム３２の先端部に設けられている第１のローラー３３の位置を、管材８の外周面の所定の位置に接触するように固定できる。
【００４８】
第２のブレ止め機構４の第３のアーム４１は、直線棒状の部材である。そして、第３のアーム４１の長尺方向の一方の端部は、ヘッド部２に着脱可能に取り付けられている。例えば、第３のアーム４１の長尺方向の一方の端部には、Ｘ軸方向に突出する円柱形状の第３の軸４１１が設けられており、ヘッド部２にはこの第３の軸４１１を締結可能な第２のシャフトホルダ２１２が設けられている。そして、第３のアーム４１に設けられている第３の軸４１１が、ヘッド部２に設けられている第２のシャフトホルダ２１２に締結されることにより、第３のアーム４１がヘッド部２に着脱可能に取り付けられる。
【００４９】
第４のアーム４２も、第３のアーム４１と同様に直線棒状の部材である。第４のアーム４２は、第３のアーム４１の長尺方向の任意の位置に、第３のアーム４１の長尺方向に対して任意の角度で固定可能である。第４のアーム４２は、第２の連結部材４４を介して第３のアーム４１に取付けられている。例えば、第４のアーム４２にはＸ軸方向に突出する円柱形状の第４の軸４２１が設けられており、この第４の軸４２１が、第２の連結部材４４に設けられている第４のシャフトホルダ４４１に締結されている。また、第４のアーム４２の先端部には、Ｘ軸に平行な軸線を中心に回転可能な第２のローラー４３が設けられている。
【００５０】
なお、第２のブレ止め機構４の第３のアーム４１と第４のアーム４２と第２の連結部材４４と第２のローラー４３は、それぞれ、第１のブレ止め機構３の第１のアーム３１と第２のアーム３２と第１の連結部材３４と第１のローラー３３と同様の構成が適用できる。そして、このような構成によれば、第１のブレ止め機構３と同様に、第４のアーム４２の先端部に設けられている第２のローラー４３の位置を、管材８の外周面の所定の位置に接触するように固定できる。
【００５１】
第１のブレ止め機構３の第１のローラー３３が管材８の外周面に接触する位置は、次のとおりである。Ｘ軸方向に関しては、所定の数の溶接トーチ２４が溶接を行う位置よりも先端側（支持部１３から遠い側）の位置である。Ｙ軸方向に関しては、当て板２５１と管材８の外周面との接触箇所（すなわち、管材８の外周面の最上部近傍）よりも管材８の回転方向の上流側の位置である。より具体的には、図３に示すように、管材８の軸線方向視（Ｘ軸方向視）において、管材８の中心を通過する水平線Ｌと、管材８の中心と第１のローラー３３との接触箇所を通過する直線Ｍとがなす角度α（図３参照）が、−９０〜＋９０°（ブーム部１４の先端側から見て反時計回りの向きを正とする）となる位置に接触させる。好ましくは、前記角度αが、−９０〜＋３０°の範囲となる位置に接触させる。さらに好ましくは、前記角度αが、−９０〜＋０°の範囲、すなわち、管材８の回転方向の上流側において、管材８の高さ方向の中心か、またはそれより低い位置（水平線Ｌから反時計回りを正とした場合に角度αがマイナスになる位置）に接触させることが好ましい。
【００５２】
第２のブレ止め機構４の第２のローラー４３が管材８の外周面に接触する位置は、次のとおりである。Ｘ軸方向に関しては、第１のブレ止め機構３と同様に、所定の数の溶接トーチ２４が溶接を行う位置よりも先端側（支持部１３から遠い側）の位置である。Ｙ軸方向に関しては、当て板２５１と管材８の外周面との接触箇所（すなわち、管材８の外周面の最上部近傍）よりも管材８の回転方向の下流側の位置である。より具体的には、図３に示すように、管材８の軸線方向視（Ｘ軸方向視）において、管材８の中心を通過する水平線Ｌと、管材８の中心と第２のローラー４３との接触箇所を通過する直線Ｎとがなす角度β（図３参照）が、−９０〜＋９０°（ブーム部１４の先端側から見て反時計回りの向きを正とする）となる位置に接触させる。好ましくは、前記角度βが、−３０〜＋６０°の範囲となる位置に接触させる。
【００５３】
第１のローラー３３と第２のローラー４３とを前記位置に接触させることにより、溶接中において、溶接トーチ２４および当て板２５１と管材８との位置関係の変動を抑制できる。
【００５４】
このように、第１のブレ止め機構３は、第１のアーム３１の延伸方向と第２のアーム３２の取付位置および角度を変更することにより、第１のローラー３３が管材８の外周面に接触する位置を変更できる。同様に、第２のブレ止め機構４は、第３のアーム４１の延伸方向と第４のアーム４２の取付位置および角度を変更することにより、第２のローラー４３が管材８の外周面に接触する位置を変更できる。これにより、種々の外径の管材８に対して、第１のローラー３３と第２のローラー４３のそれぞれを、前記所定の位置に接触させることができる。
【００５５】
なお、本発明の実施形態では、外径が５００〜２０００ｍｍの管材８を肉盛溶接の対象とする。この場合、第１のブレ止め機構３の第１のアーム３１と第２のブレ止め機構４の第３のアーム４１の長尺方向寸法の長尺方向寸法は、それぞれ２００〜１２００ｍｍの範囲であればよく、第２のアーム３２の長尺方向寸法と第３のアーム４１の長尺方向寸法は、それぞれ５０〜４００ｍｍの範囲であればよい。ただし、第１のアーム３１、第２のアーム３２、第３のアーム４１、第４のアーム４２の長尺方向寸法は、材質などによって適宜設定されるものであり、具体的に限定されない。要は、それぞれ、第１のローラー３３と第２のローラー４３を前記の位置に接触させることができる寸法であればよい。
【００５６】
なお、第１のローラー３３と第２のローラー４３と当て板２５１の管材８の外周面の接触位置は、管材８の円周方向に等間隔（１２０°間隔）であることが好ましい。このような接触位置であれば、当て板２５１が管材８に対して相対的に変位することがより効果的に抑制される。ただし、管材８の外径が大きくなると、第１のアーム３１と第２のアーム３２と第３のアーム４１と第４のアーム４２の長尺寸法を大きくしなければ、このような等間隔の位置に接触させることができなくなる。そこで、本発明の実施形態おいては、管材８の外径が５００〜２０００ｍｍである場合には、第１のローラー３３と第２のローラー４３の接触位置を前記範囲とすることにより、第１のアーム３１と第２のアーム３２と第３のアーム４１と第４のアーム４２の長尺寸法を大きくすることなく、ヘッド部２の変位（当て板２５１の変位）を抑制することができる。したがって、このような構成によれば、溶接装置１の大型化や重量化を招くことなく、当て板２５１の変位を抑制することができる。また、第１のアーム３１と第２のアーム３２と第３のアーム４１と第４のアーム４２の長尺寸法を大きくしなくてもよいから、接触位置の変更作業等が容易となる。
【００５７】
＜溶接装置の動作＞
次に、溶接装置１の動作について説明する。肉盛溶接に先立ち、２つのターニングローラー１１に肉盛溶接の対象となる管材８を載置する。なお、肉盛溶接の対象である管材８は、その軸線が水平でブーム部１４の延伸方向に平行となる向きで（Ｘ軸に平行となる向きで）載置する。また、溶接装置１のヘッド部２に、肉盛溶接の対象である管材８の外径に応じた曲率半径を有する当て板２５１を取り付けておく。
【００５８】
制御部１５は、ブーム伸縮駆動機構１４２を制御してブーム部１４を伸ばし、溶接トーチ２４のＸ軸方向の位置合わせを行う。次いで、制御部１５は、ブーム昇降駆動機構１４１を制御して、溶接トーチ２４を管材８の外周面の最上部から所定の高さに降下させる。例えば、制御部１５は、溶接トーチ２４が管材８の外周面の最上部から５０〜１００ｍｍ程度の高さに位置するようにブーム部１４を降下させる。次いで、制御部１５は、エアシリンダー２２を駆動制御して溶接トーチ２４および型枠２５を降下させ、型枠２５の当て板２５１を管材８の外周面に付勢した状態で接触させる。
【００５９】
次いで、制御部１５は、ターニングローラー１１の回転を開始して管材８の回転を開始するとともに、溶接トーチ２４を駆動して溶接を開始する。前記のとおり、当て板２５１の下面は、管材８の外径に応じた曲率半径（略同じ曲率半径）を有している。このため、当て板２５１の下面と管材８の外周面との間には、溶融金属が漏出するような隙間が生じない状態となる。この状態で、管材８を軸線回り（Ｘ軸回り）に回転させながら、溶接トーチ２４の先端からシールドガスを噴射しつつ溶接ワイヤーを繰り出し、２枚の当て板２５１どうしの間においてアークを発生させて肉盛溶接を行う。この肉盛溶接により、２枚の当て板２５１どうしの間に溶融金属が溜まり、溜まった溶融金属が固化して突起となる。そして、管材８の回転に伴い、管材８の外周面には、円周方向に延伸する環状の突起が形成される。また、制御部１５は、溶接の際に溶接トーチ２４をオシレーションさせることにより、欠陥の発生を抑制する。
【００６０】
制御部１５は、管材８を所定回数回転させた後（例えば、１回転または２回転させた後）、ターニングローラー１１の駆動を停止して管材８の回転を停止するとともに、溶接トーチ２４の駆動を停止して溶接を終了する。管材８が少なくとも１回転するまで溶接を継続することにより、管材８の外周面には円周方向に延伸する環状の突起が形成される。また、管材８を複数回回転させることにより、突起の高さを調節することができる。
【００６１】
制御部１５は、ターニングローラー１１の回転停止および溶接の終了後、エアシリンダー２２を駆動して溶接トーチ２４および型枠２５を上昇させ、溶接トーチ２４および型枠２５を管材８の外周面から離す。次いで、制御部１５は、ブーム昇降駆動機構１４１を制御して溶接トーチ２４および型枠２５をさらに上昇させる。次いで、制御部１５は、ブーム伸縮駆動機構１４２を制御してヘッド部２を次の溶接位置に移動させる。溶接装置１は、このような動作を繰り返すことによって、管材８の外周面に、複数の突起を形成する。
【００６２】
＜作用効果＞
当て板２５１の下面を管材８の外周面に接触させた状態で管材８を回転させると、ブーム部１４の先端部に設けられているヘッド部２には、当て板２５１と管材８の外周面との摩擦力により、管材８の回転方向の下流側へ変位するような力が加わる。このため、ブーム部１４が撓んでその先端部が移動側に変位したり水平方向に揺動（振動）したりすることがある。特に、ブーム部１４が長くなるにしたがって変位や搖動が生じやすくなる。そして、ブーム部１４が変位すると、当て板２５１も管材８の回転方向の下流側に変位して当て板２５１と管材８の外周面との間に隙間が生じる。この隙間に溶融金属が流入したり、この隙間を通じて溶融金属が当て板２５１どうしの間から流出したりすると、肉盛溶接により形成される突起の形状が乱れる（所望の形状の突起を形成できなくなる）ことがある。また、ブーム部１４の先端部が振動すると、当て板２５１と管材８の外周面との接触状態や位置関係が変動し、肉盛溶接により形成される突起の形状や寸法が不均一になることがある。
【００６３】
第１のブレ止め機構３の第１のローラー３３は、当て板２５１が管材８の外周面に接触する位置よりも管材８の回転方向の上流側の位置において管材８の外周面に接触している。このような構成であると、ブーム部１４の先端部に移動側に向かって曲げ力が掛った場合に、第１のブレ止め機構３の第１のローラー３３が管材８の外周面に引っ掛かった状態となる。このため、ブーム部１４が曲がってヘッド部２が管材８の回転方向の下流側に変位することが抑制される。
【００６４】
さらに、第１のブレ止め機構３の第１のローラー３３は、管材８の高さ方向の中心またはその近傍の位置において管材８の外周面に接触している。このような構成であると、ヘッド部２に上側に浮き上がるような力が掛かることが抑制され、当て板２５１が管材８の外周面に接触した状態に維持される。すなわち、第１のブレ止め機構３の第１のローラー３３が管材８の外周面の最上部の近傍に接触する構成であると、当て板２５１に摩擦力が加わった場合には、ヘッド部２には上側に浮き上がるような力がかかる。その結果、当て板２５１が管材８の外周面から離れるおそれがある。そこで、第１のブレ止め機構３の第１のローラー３３が、管材８の高さ方向の中心またはその近傍の位置において管材８の外周面に接触する構成とすることにより、ヘッド部２に浮き上がるような力が掛かることが抑制される。
【００６５】
第２のブレ止め機構４の第２のローラー４３は、当て板２５１が管材８の外周面に接触する位置よりも管材８の回転の下流側において管材８の外周面に接触している。そして、第２のブレ止め機構４の第２のローラー４３は、管材８の高さ方向の中心またはその近傍において、管材８の外周面に接触している。このような構成であると、当て板２５１が上流側に変位することを防止または抑制できる。前記のとおり、管材８を回転させながら肉盛溶接を行っている間は、当て板２５１と管材８の外周面とは相対的な移動を続けている。このため、例えば当て板２５１と管材８の外周面との摩擦力が経時的に変動すると、ブーム部１４の先端部にかかる曲げ力も変動する。そして、摩擦力が急激に小さくなってブーム部１４に掛かる曲げ力が急激に小さくなると、ブーム部１４の弾性力（復元力）によってブーム部１４の先端部が管材８の回転方向の上流側に変位することがある。本発明の実施形態では、第２のブレ止め機構４によって、ブーム部１４が管材８の回転方向の上流側に曲げ変形することを抑制する。これにより、当て板２５１が管材８の外周面に接触している状態を維持する。なお、第２のブレ止め機構４の第２のローラー４３は、管材８の高さ方向の中心またはその近傍において、管材８の外周面に接触している。この理由は、第１のブレ止め機構３の第１のローラー３３と同様である。
【００６６】
このように、本発明の実施形態によれば、突起を形成するための溶接中において、溶接トーチ２４および当て板２５１と管材８との位置関係の変動を抑制できる。
【００６７】
（実施例）
次に、実施例について説明する。本発明者は、管材として外径が８００ｍｍ、１１００ｍｍ、１６００ｍｍの鋼管杭に対して、本発明の実施形態が適用された溶接装置１を用いて肉盛溶接を行い、ブーム部１４の先端部のＹ軸方向への変位を測定した。具体的には、約４００ｍｍ程度の長さにわたって肉盛溶接を行い、その際のブーム部１４の先端部の変位の最大値を測定した。ブーム部１４は３段伸縮式であり、各段の長さは２０００ｍｍである。このため、ブーム部１４は２０００ｍｍ〜６０００ｍｍの長さの範囲で伸縮できる。そして、外径が８００ｍｍ、１１００ｍｍ、１６００ｍｍの鋼管杭のそれぞれについて、第１のブレ止め機構３の第１のローラー３３の接触位置を図３における角度αが０°の位置とし、第２のブレ止め機構４の第２のローラー４３の接触位置を図３における角度βが４５°の位置とした。なお、比較例は、第１の第１のブレ止め機構３と第２のブレ止め機構４を用いない例である。
【００６８】
図６は、ヘッド部２（ブーム部１４の先端部）のＹ軸方向の変位の測定結果を示すグラフである。図６に示すように、比較例については、ヘッド部２の変位が１０ｍｍ以上となり、ブーム部１４の長さが長くなるにしたがって変位も大きくなるという結果が得られた。これに対して、各実施例については、ヘッド部２の変位が１０ｍｍ未満となった。また、ブーム部１４の長さの増加に対する変位の増加の割合が、比較例よりも小さいという結果が得られた。このように、本発明の実施例によれば、ヘッド部２の変位を抑制できるという効果が確認できた。
【００６９】
以上、本発明の実施形態および実施例について詳細に説明したが、前記実施形態および実施例は、本発明を実施するにあたっての具体化の例を示したものに過ぎない。本発明は、前記実施形態や実施例によって技術的範囲が限定的に解釈されてはならないものである。すなわち、本発明は、その技術思想またはその主要な特徴から逸脱することなく、さまざまな形で実施することができる。
【００７０】
例えば、本発明の実施形態では、溶接装置１が第１のブレ止め機構３と第２のブレ止め機構４との２つのブレ止め機構を有する例を示したが、このような構成に限定されない。例えば、溶接装置１は、第１のブレ止め機構３のみを有し、第２のブレ止め機構４を有さない構成であってもよい。また、第１のブレ止め機構３と第２のブレ止め機構４に加えて、さらにこれらと同様の構成を有する他のブレ止め機構を有していてもよい。
【産業上の利用可能性】
【００７１】
本発明は、管材の外周面に円周方向に延伸する突起を肉盛溶接により形成な溶接装置に関する。そして、本発明によれば、溶接トーチおよび当て板と管材との位置関係の変動を抑制できる。
【符号の説明】
【００７２】
１：溶接装置、１１：ターニングローラー、１２：基台部、１２１：車輪、１３：支持部、１４：ブーム部、１４１:ブーム昇降駆動機構、１４２：ブーム伸縮駆動機構、１５：制御部、２：ヘッド部、２１：ベース部材、２１１：第１のシャフトホルダ、２１２：第２のシャフトホルダ、２２：エアシリンダー、２３：支持部材、２４：溶接トーチ、２５：型枠、２５１：当て板、３：第１のブレ止め機構、３１：第１のアーム、３１１：第１の軸、３２：第２のアーム、３２１：第２の軸、３３：第１のローラー、３４：第１の連結部材、３４１：第３のシャフトホルダ、４：第２のブレ止め機構、４１：第３のアーム、４１１：第３の軸、４２：第４のアーム、４２１：第４の軸、４３：第２のローラー、４４：第２の連結部材、４４１：第４のシャフトホルダ、８：管材、９：設置面、９１：レール
【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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