(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
ほぼ同じ大きさの略円周状の端面を有する一対の被溶接材を、各端面が同一平面を成すように側面どおしを重ね合わせて配置し、相対向する内側の角部付近を溶接する溶接装置において、上記端面に沿って移動可能とされると共に、上記端面に近接又は離反する方向に位置調整可能とされる溶接ヘッドと、上記溶接ヘッドに対して上記円周の中心線を挟んで対向する位置に配置されて、上記溶接ヘッドの移動に連動して上記端面に沿って移動可能とされると共に、上記端面に近接又は離反する方向に位置調整可能とされるガイド手段と、上記溶接ヘッドを上記端面に押圧すると共に、上記ガイド手段も上記端面に押圧する押圧手段とを備え、上記溶接ヘッドは、溶接電極と、上記溶接電極を挟んで溶接方向の前後に配置される一対のガイドローラとを備え、上記各ガイドローラの外周部には、上記被溶接材の端面側が嵌入される溝部が形成されており、さらに上記溝部は、上記被溶接材の外側の角部が当接して上記被溶接材を互いに押し付け合う方向に力を作用させる当接面を有しており、また、上記ガイド手段は、上記端面に摺接されるガイド部材を有し、上記一対のガイドローラと上記ガイド部材とをそれぞれ上記端面に押圧させた状態で上記溶接ヘッドとガイド手段とを移動させながらアーク溶接を行うように構成したことを特徴とする溶接装置。
【請求項２】
上記ガイド部材は、上記被溶接材の端面側が嵌入される溝部が外周部に形成されたガイドローラであり、上記溝部は、上記被溶接材の外側の角部が当接して上記被溶接材を互いに押し付け合う方向に力を作用させる当接面を有することを特徴とする請求項１の溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
この発明は、一対の被溶接材を各端面が略同一平面を成すように側面どおしを重ね合わせて配置し、相対向する内側の角部付近を溶接するいわゆるへり溶接を行う溶接装置に関するものであり、特に、ほぼ同じ大きさの略円周状の端面を有する一対の被溶接材のへり溶接に好適な溶接装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
自動溶接を行うにあたって、トーチ（正確には溶接電極の先端）を所定の溶接線に沿って移動させる溶接線倣いを正確に実行することは、良好な溶接継手を実現する上で重要なことである。この溶接線倣いを実行するための機構としては、電気的なものと機械的なものとがある。例えば、アーク溶接を行うときは、一般にＡＶＣ（アーク・ボルテージ・コントロール）技術が溶接線倣いに使用されている。これは、アーク長が一定であればアーク電圧も一定であるという特性を利用したものであり、溶接電極が溶接位置からずれたこと（アーク長が変化したこと）をアーク電圧の変化で検出し、アーク電圧が所定の値になるようにトーチ位置を制御するものである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
上述した倣い機構は、電気的なものあるいは機械的なもののどちらの場合であっても、トーチの移動機構とは別個に独立して設ける必要があり、さらに位置決め機能などの様々な機能をそれぞれ実現する必要があるため、溶接装置の構成が大型かつ複雑になると共に、繊細で高価な装置になるという問題がある。
【０００４】
また、上記ＡＶＣ技術による倣い機構では、へり溶接を行う際に一対の被溶接材の間に隙間が存在していると、形成される溶融池が不安定なものとなり、安定した溶接制御が困難になるという問題がある。
【０００５】
この発明は上記従来の欠点を解決するためになされたものであり、その目的は、倣い機構を簡単な構成で実現して小型化及びコストダウンを図ると共に、高い品質のへり溶接を行うことができる溶接装置を提供することにある。
【０００９】
そこで請求項１の溶接装置は、ほぼ同じ大きさの略円周状の端面を有する一対の被溶接材を、各端面が同一平面を成すように側面どおしを重ね合わせて配置し、相対向する内側の角部付近を溶接する溶接装置において、上記端面に沿って移動可能とされると共に、上記端面に近接又は離反する方向に位置調整可能とされる溶接ヘッドと、上記溶接ヘッドに対して上記円周の中心線を挟んで対向する位置に配置されて、上記溶接ヘッドの移動に連動して上記端面に沿って移動可能とされると共に、上記端面に近接又は離反する方向に位置調整可能とされるガイド手段と、上記溶接ヘッドを上記端面に押圧すると共に、上記ガイド手段も上記端面に押圧する押圧手段とを備え、上記溶接ヘッドは、溶接電極と、上記溶接電極を挟んで溶接方向の前後に配置される一対のガイドローラとを備え、上記各ガイドローラの外周部には、上記被溶接材の端面側が嵌入される溝部が形成されており、さらに上記溝部は、上記被溶接材の外側の角部が当接して上記被溶接材を互いに押し付け合う方向に力を作用させる当接面を有しており、また、上記ガイド手段は、上記端面に摺接されるガイド部材を有し、上記一対のガイドローラと上記ガイド部材とをそれぞれ上記端面に押圧させた状態で上記溶接ヘッドとガイド手段とを移動させながらアーク溶接を行うように構成したことを特徴としている。
【００１０】
上記請求項１の溶接装置では、溝部が外周部に形成された一対のガイドローラを被溶接材の端面に押圧し、被溶接材の外側の角部を溝部の当接面に当接させているので、被溶接材の幅方向に関して被溶接材とガイドローラとの位置関係はほぼ一定に保たれる。これによって、溶接電極の溶接位置に対する上記幅方向の位置決めが行われる。また、ガイドローラを被溶接材に押圧しているのでガイドローラが被溶接材から離反することはなく、押圧力を一定にすれば必要以上に接近することもないため、溶接位置と溶接電極の先端との間隔をほぼ一定に保つことができる。そして、一対のガイドローラを押圧した状態で溶接ヘッドを端面に沿って移動させれば、溶接電極はガイドローラによって案内されて一対の被溶接材の接触部分（溶接線）に沿って移動するので、溶接電極の溶接線倣いを自動的に行うことができる。さらに、ガイドローラの存在によって溶接ヘッドをスムーズに移動させることができ、一対のガイドローラと押圧手段によって溶接電極の位置決め機能を含めて倣い機能が実現される。また、ガイド手段を設けたことによって、溶接ヘッドが傾くことを防止できると共に、溶接ヘッドをよりスムーズに移動させることができるようになる。これによって、位置決め機能及び倣い機能の精度が向上すると共に、上記端面の円周形状の真円度が悪い場合であっても端面に追随させて溶接ヘッドを移動させることができる。また、一対の被溶接材は一対のガイドローラから互いに押し付け合う方向に力を受けるので、被溶接材間に隙間が生ずることを防止できる。さらに、一対のガイドローラは被溶接材をその側面がほぼ平面となるように挟持していることになるので、被溶接材の歪み（溶接直後の部分に特に発生しやすい。）の発生を抑制することができる。
【００１１】
さらに請求項２の溶接装置は、上記ガイド部材は、上記被溶接材の端面側が嵌入される溝部が外周部に形成されたガイドローラであり、上記溝部は、上記被溶接材の外側の角部が当接して上記被溶接材を互いに押し付け合う方向に力を作用させる当接面を有することを特徴としている。
【００１２】
上記請求項２の溶接装置によれば、少なくとも３個のガイドローラで被溶接材をその側面がほぼ平面となるように挟持していることになるので、被溶接材全体にわたって歪みの発生を効果的に抑制することができる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
次にこの発明の溶接装置の具体的な実施の形態について、図面を参照しつつ詳細に説明する。図１は、本発明の一実施の形態である溶接装置１の平面図であり、図２は溶接装置１の側面図であり、図３は溶接装置１の正面図である。また、図４は、溶接部近傍を拡大して示す断面略図である。
【００１４】
溶接装置１は、溶接ヘッド２と、ガイド手段３と、溶接ヘッド２及びガイド手段３が共に装着される平行開閉チャック４と、平行開閉チャック４をその中心線４ａ回りに回転させる駆動手段５（図２参照）とを備えて構成される。
【００１５】
平行開閉チャック４は、本体部６の先端に一対の可動部７ａ、７ｂを備える。この可動部７ａ、７ｂは、中心線４ａを挟んで１８０度対向する位置に配置されており、エアシリンダを使用した所定の駆動機構（図示せず）によって、半径方向に連動して移動する。即ち、可動部７ａ、７ｂは、半径方向外方に向かって互いに離反するように移動するか、あるいは半径方向内方に向かって互いに近接するように移動し、かつ、その移動距離は等しくなるように設定されている。そして、この平行開閉チャック４は、モータや減速機構などを備えた駆動手段５によって、中心線４ａ回りに回転駆動される。ここで、駆動手段５の駆動軸と平行開閉チャック４の回転軸との間には、自在継手１９が介在されている。自在継手１９は、駆動軸方向に伸縮可能となるように蛇腹状に形成されており、駆動軸から回転軸に回転力を伝達すると共に、駆動軸と回転軸との間の偏心や傾きを吸収する機能を持つ。
【００１６】
一方、溶接ヘッド２とガイド手段３は、平行開閉チャック４の可動部７ａ、７ｂにそれぞれ装着されている。まず、溶接ヘッド２について説明する。基台８は、平板部分８ａと、その一端を挟むように形成された一対の柱状部分８ｂ、８ｃとから成り、平板部分８ａが上記可動部７ａの上面に取付ボルトなどによって取着されている。このとき、柱状部分８ｂ、８ｃが外側に位置するように取着する。そして、基台８の平板部分８ａの上面にトーチホルダ９を配置し、先端側を基台８の柱状部分８ｂ、８ｃに取付ボルト１０、１０で固定する。ＴＩＧアーク溶接トーチ１１は、トーチホルダ９の上面側に形成されたＵ字状のトーチ嵌入溝９ａに嵌入されると共に、トーチホルダ９の上面に取付ボルト１２、１２で取着される押さえ部材１３によって押圧されて保持される。尚、ＴＩＧアーク溶接トーチ１１は溶接電極１４が外側に突出するように保持される。
【００１７】
また、上記柱状部分８ｂ、８ｃの頂部には、ガイドローラ１５、１５がそれぞれ取着されている。一対のガイドローラ１５、１５は、回転軸線が上記平行開閉チャック４の中心線４ａと平行になるように取着されると共に、溶接電極１４を挟んで平行開閉チャック４の回転方向の前後に沿って並んで配置される。そして、ガイドローラ１５の外周部には、図４に示すように、被溶接材３０、３１の端面３３側が嵌入される溝部１６が形成されている。溝部１６はＶ字状に形成されており、これによって、ガイドローラ１５を被溶接材３０、３１の端面３３に押圧した際に、被溶接材３０、３１の外側の各角部が溝部１６の側面１６ａ、１６ｂに当接して被溶接材３０、３１を互いに押し付け合う方向に力を作用させることができる。尚、溝部１６の形状は、Ｖ字状に限られるものではなく、被溶接材３０、３１の角部が当接して互いに押し付け合う方向に力を作用させることができるように外方側が末広がりとなるように傾斜した当接面を有していればよい。
【００１８】
次に、ガイド手段３について説明する。基台１７は、上記基台８と同じ形状であり、一対の柱状部１７ｂ、１７ｃが外側に位置するように、平板部分１７ａが平行開閉チャック４の可動部７ｂの上面に取着されている。そして、柱状部１７ｂ、１７ｃの頂部には、上記ガイドローラ１５と同じ形状のガイドローラ１８、１８がそれぞれ取着されている。一対のガイドローラ１８、１８は、回転軸線が上記平行開閉チャック４の中心線４ａと平行になるように取着されると共に、上記ガイドローラ１５と同一円周を成すように取着される。
【００１９】
続いて、溶接装置１による溶接作業の手順を説明する。本実施の形態では、図１に示すようにほぼ同じ大きさの円孔３２が形成された同じ厚さの被溶接材３０、３１を、端面３３である内周面が同一平面を成すように側面どおしを重ね合わせて配置し、相対向する内側の角部付近を円周方向に溶接する場合を説明する。尚、溶接装置１は、例えばロボットアームの先端に取着されて使用される。
【００２０】
まず、平行開閉チャック４の可動部７ａ、７ｂを半径方向内方側に移動させて溶接ヘッド２及びガイド手段３を引込めた待機状態としてから、溶接装置１を被溶接材３０、３１の円孔３２に挿入し、ガイドローラ１５、１５及び１８、１８の外周部が被溶接材３０、３１の端面３３に対向するように配置して粗位置決めを行う。次に、平行開閉チャック４の可動部７ａ、７ｂを半径方向外方側に移動させて、溶接ヘッド２及びガイド手段３を外方に突出させ、そしてガイドローラ１５、１５及び１８、１８を被溶接材３０、３１の端面３３に押圧する。これによって、被溶接材３０、３１の外側の各角部が溝部１６の両側面１６ａ、１６ｂに当接するように、微妙な位置調整が自然に成されて、被溶接材３０、３１の幅方向に関して被溶接材３０、３１とガイドローラ１５、１５、１８、１８との位置関係はほぼ一定に保たれる。即ち、被溶接材３０、３１の接触部分（溶接位置）が溝部１６のほぼ中央に位置することになる。従って、予め溶接電極１４を溝部１６のほぼ中央に相当する位置に配置しておけば、溶接電極１４の溶接位置に対する幅方向の正確な位置決めが可能となる。
【００２１】
また、ガイドローラ１５、１５、１８、１８の押付け圧力の調整は、平行開閉チャック４に供給するエアーの圧力を調整することによって容易に行うことができ、適正かつ所望の押圧状態を容易に実現することができる。さらに、ガイドローラ１５、１５、１８、１８を被溶接材３０、３１に押圧しているのでガイドローラ１５、１８が被溶接材３０、３１から離反することはなく、押圧力を一定にすれば必要以上に接近することもないため、溶接位置と溶接電極１４の先端との間隔をほぼ一定に保つことができる。
【００２２】
さらに、ガイドローラ１５、１８は中心線４ａに関する同心円周上に配置された状態で半径方向に移動するため、ガイドローラ１５、１８を被溶接材３０、３１の端面３３に押圧させた状態で、溶接ヘッド２の回転中心である平行開閉チャック４の中心線４ａと被溶接材３０、３１の円孔３２の中心とが一致することになり、溶接ヘッド２の回転軸線の位置決めも自動的にかつ正確に行うことができる。これによって、溶接ヘッド２が端面３３に対して傾斜して配置されることが防止される。
【００２３】
そして、ガイドローラ１５、１８を押圧した状態で平行開閉チャック４を回転させれば、溶接ヘッド２はガイドローラ１５、１８によって案内されて端面３３に沿って移動し、これによって溶接電極１４は、アークを発生しながら被溶接材３０、３１の接触部分（溶接線）に沿って移動するので、溶接電極１４の溶接線倣いを自動的に行うことができる。また、駆動手段５（あるいは溶接装置１が装着されたロボットアーム部）が固定されていても、自在継手１９を設けたことによって、溶接ヘッド２には自由度が発生するため、溶接線倣いをスムーズに行うことができる。さらに、ガイドローラ１５、１８の存在によって溶接ヘッド２をスムーズに移動させることができる。尚、円孔３２の真円度が悪い場合であっても、溶接ヘッド２及びガイド手段３は半径方向に位置調整可能であるので、容易に端面３３に追随させることができる。
【００２４】
また、一対の被溶接材３０、３１は、４つのガイドローラ１５、１５、１８、１８によって挟持された状態であるので、被溶接材３０、３１間に隙間が生ずることを防止できるので、良好な溶接を行うことができる。さらに、４つのガイドローラ１５、１５、１８、１８は、被溶接材３０、３１をその側面が平行となるように挟持していることになるので、被溶接材３０、３１の歪みの発生を抑制することができる。特に、溶接位置の両側を一対のガイドローラ１５、１５で挟持することによって、溶接直後に発生し易い歪みを効果的に低減することができる。
【００２５】
溶接が終了した後は、溶接ヘッド２及びガイド手段３を半径方向内方側に移動させて引込めた待機状態とし、ガイドローラ１５、１８の押圧状態を解除してから、被溶接材３０、３１の円孔３２から抜き取って作業を終了する。
【００２６】
以上のように溶接装置１によれば、ガイドローラ１５、１８と平行開閉チャック４によって溶接電極１４の位置決め機能を含めた倣い機能を実現しているので、倣い機構を簡単な構成で実現することができ、装置の小型化及びコストダウンを図ることができる。そして、ガイドローラ１５、１８は溶接ヘッド２をスムーズに移動させるという役割も担っており、また平行開閉チャック４は溶接ヘッド２を移動させる役割と共に、溶接ヘッド２を待機位置に移動させるという役割も担っており、このように倣い機構の構成部品と他の機構の構成部品との共用化を図っているので、装置の簡素化が可能となる。
【００２７】
また、ガイドローラ１５、１８を設けたことによって溶接ヘッド２をスムーズに移動させることができ、溶接速度を一定に保つことが容易になり、良好な溶接を実現することができる。さらに、被溶接材３０、３１間に隙間を発生させることなく、かつ歪みも発生させることなく、へり溶接を行うことができるので、品質の高い溶接継手を実現することができる。
【００２８】
尚、被溶接材を２枚重ねた場合だけでなく、３枚以上重ねた場合でも同様に適用することができる。但し、この場合は、１回の円周溶接が終了するごとに、溶接電極１４の幅方向の位置を調整する必要がある。また、円盤状の被溶接材を重ねて配置し、その外周面を溶接する場合にも、適用することができる。この場合は、トーチ１１を内方に向けて配置し、ガイドローラ１５、１８も半径方向内方に移動させて、外周端面に押圧するようにすればよい。さらに、円周状の端面３３ではなく、例えば直線状の端面を溶接する場合であって、ガイド手段３を被溶接材に係合させることができないような被溶接材を溶接する場合には、溶接ヘッド２を溶接すべき端面に沿って移動可能とすると共に、溶接ヘッド２を端面に向けて押圧可能とし、一対のガイドローラ１５、１５を被溶接材の端面に押圧した状態で溶接ヘッド２を端面に沿って移動させながら溶接を行うようにすればよい。
【００２９】
図５は、溶接装置１の具体的な構成例を示す平面図である。溶接装置１は１軸スライダ２１に装着され、図５の紙面の上下方向（矢印参照）に移動可能とされて使用される。１軸スライダ２１に装着される取付フレーム２２には、先端側に平行開閉チャック４が取着された回転軸２３の基端側が回転可能に取着されている。回転軸２３の軸線は１軸スライダ２１による移動方向と平行に設定されている。そして、回転軸２３には回転用モータ２４の回転力が減速器２５を介して伝達され、平行開閉チャック４を回転させる。
【００３０】
図５（ａ）の構成例では、溶接ヘッド２に溶接電力やシールドガス等を供給するケーブル２６を回転軸２３内を貫通させるように構成している。この構成では、回転用モータ２４及び減速器２５を取付フレーム２２の側面に配置することになるため、溶接装置１の幅は比較的大きくなるけれども、回転軸２３を回転させてもケーブル２６が巻き付くことがないため、連続して溶接を行うことができる。
【００３１】
一方、図５（ｂ）の構成例では、ケーブル２６を回転軸２３の外周に巻き回すように構成している。この構成では、回転用モータ２４及び減速器２５を回転軸２３の基端側に同軸に配置することができるので、溶接装置１の幅を小さくして細長く構成することができる。
【００３２】
以上にこの発明の溶接装置の具体的な実施の形態について説明をしたが、この発明は上記実施形態に限られるものではなく、種々変更して実施することが可能である。例えば、上記では内側円周溶接を行う例を示しているが、外側円周溶接も上記とは内外を逆にすれば、全く同様に行うことが可能である。また上記において、押圧手段としては、エアシリンダ以外のもの、例えばバネや油圧式シリンダ等を用いることも可能である。さらにガイドローラ１５、１５の溝部も、Ｖ字状以外の他の形状、すなわち被溶接材の外側の角部が当接して被溶接材を互いに押し付け合う方向に力を作用させる機能を有する当接面を備えた形状のものであればよい。
【００３３】
【発明の効果】
以上のように請求項１の溶接装置によれば、一対のガイドローラと押圧手段によって位置決め機能を含めて倣い機能を実現しているので、倣い機構を簡単な構成で実現することができ、装置の小型化及びコストダウンを図ることができる。また、一対のガイドローラを設けたことによって溶接ヘッドをスムーズに移動させることができ、溶接ヘッドの移動機構との構成の共用化を可能とすると共に、溶接速度を一定に保つことが容易になり、良好な溶接を実現することができる。さらに、一対の被溶接材の間に隙間を発生させることなく、かつ歪みも発生させることなく、へり溶接を行うことができるので、品質の高い溶接継手を実現することができる。
【００３４】
また請求項１の溶接装置によれば、ガイド手段を設けたことによって溶接ヘッドの姿勢が安定すると共に、溶接ヘッドをよりスムーズに移動させることができるようになるので、位置決め機能及び倣い機能の精度が向上すると共に、上記端面の円周形状の真円度が悪い場合であっても端面に追随させて溶接ヘッドを移動させることができる。これによって、へり溶接を良好に行うことができ、品質の高い溶接継手を実現することができる。
【００３５】
さらに請求項２の溶接装置によれば、被溶接材全体にわたって歪みの発生を効果的に抑制することができるので、品質の高い溶接継手を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の一実施の形態である溶接装置の平面図である。
【図２】上記溶接装置の側面図である。
【図３】上記溶接装置の正面図である。
【図４】溶接部近傍を拡大して示す断面略図である。
【図５】上記溶接装置の具体的な構成例を示す平面図である。
【符号の説明】
１    溶接装置
２    溶接ヘッド
３    ガイド手段
４    平行開閉チャック
４ａ  中心線
５    駆動手段
１１    トーチ
１４    溶接電極
１５    ガイドローラ
１６    溝部
１６ａ  側面
１６ｂ  側面
１８    ガイドローラ
３０    被溶接材
３１    被溶接材
３２    円孔
３３    端面
【図１】
0003612620.tif 000002
【図２】
0003612620.tif 000003
【図３】
0003612620.tif 000004
【図４】
0003612620.tif 000005
【図５】
0003612620.tif 000006