(57)【要約】【課題】狭隘な間隙であっても溶接ヘッドのトーチ部分を、被溶接チューブの外周部の円周方向と上下移動方向に容易に移動できる溶接ヘッドを提供すること。【解決手段】トーチ７を支持するトーチ台１０を先端部に設け、被溶接チューブ２２の中心軸と一致させてチューブ２２の外周を回転するトーチ回転用リング１と該リング１の内側でリング１と同心円上に配置されたトーチ上下移動用リング２と、リング１をチューブ２２の回りに回転駆動させる第１の歯車群及び第１の歯車群と並列配置され、リング２をチューブ２２の回りに回転駆動させる第２の歯車群及び前記２組の歯車群を共に駆動させる駆動軸２７と該駆動軸２７を駆動させるトーチ回転用モータ４と、リング２をチューブ２２の回りに回転駆動させ、かつトーチ７を上下移動させるために第１の歯車群と等速又は第１の歯車群より高速又は低速で、リング１に対して同方向又は逆方向に回転しながらリング２を駆動可能な第２の歯車群と該第２の歯車群を駆動させるトーチ上下移動用モータ５とを備えた溶接ヘッドである。【選択図】図１
2006110571.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接用のトーチ７と、
該トーチ７を支持するトーチ台１０と、
トーチ台１０の一端部を先端部で支持し、かつ被溶接チューブ２２の中心軸と一致させて該チューブ２２の外周を回転する馬蹄形のトーチ回転用リング１と、
該トーチ回転用リング１の内側で、トーチ台１０の他端部を先端部で支持し、かつトーチ回転用リング１と同心円上に配置された馬蹄形のトーチ上下移動用リング２と、
前記トーチ回転用リング１を被溶接チューブ２２の回りに回転可能な第１の歯車群（３０，２７ａ，２７ｂ，２４ａ，２３，２９ａ，２９ｃ，２９ｅ，２９ｄ，２９ｆ）及び該第１の歯車群と並列配置され、かつ前記トーチ上下移動用リング２を前記第１の歯車群の一部歯車（３０，２７ａ）と共に被溶接チューブ２２の回りに回転可能な第２の歯車群（２７ｃ，２４ｂ，２９ｂ，２９ｇ，２９ｉ，２９ｈ，２９ｊ）及び前記第１の歯車群と第２の歯車群を共に駆動可能な駆動軸２７と該駆動軸２７を駆動させるトーチ回転用モータ４とを備えたトーチ回転用リング兼トーチ上下移動用リング駆動機構と、
トーチ上下移動用リング２を前記歯車２７ｃを除く第２の歯車群と共に被溶接チューブ２２の回りに回転駆動させ、かつ前記第１の歯車群が駆動中に第１の歯車群より高速又は低速で前記リング２を前記リング１の回転方向と同じ方向又は逆転方向に駆動可能な第３の歯車群（３５，２８）と該第３の歯車群を駆動させる駆動用のトーチ上下移動用モータ５とを備えたトーチ上下移動用リング駆動機構と、
前記トーチ回転用リング駆動機構とトーチ上下移動用リング駆動機構をそれぞれ駆動制御させる制御装置１００と、
トーチ７の近傍へフィラワイヤを送給するフィラワイヤ送給機構２０と、
前記２つの馬蹄形リング１，２とは別の位置で被溶接チューブ２２を把持するクランプ機構を備えたことを特徴とするチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッド。
【請求項２】
前記トーチ回転用リング１を被溶接チューブ２２の回りに回転可能な第１の歯車群は、トーチ回転用リング用モータ４の回転軸に直結した歯車３０と、該歯車３０に噛合する駆動軸２７の端部に設けられた歯車２７ａと、該駆動軸２７の軸上に設けられた太陽歯車２７ｂと、該太陽歯車２７ｂの回転駆動力により駆動される遊星歯車２４ａと、該遊星歯車２４ａに噛合する内周側の歯車を有し、回転不能の内歯歯車２３と、前記該遊星歯車２４ａの回転軸２５ａを側面に遊嵌させ、駆動軸２７の回りの遊星歯車２４ａの公転で回転する歯車２９ａと、該歯車２９ａからの駆動力を順次に伝達する１以上の歯車２９ｃ、２９ｅの組と歯車２９ｄ、２９ｆの組と、該歯車２９ｅ，２９ｆに噛合する前記トーチ回転用リング１の外周に設けられた歯車とを備え、
前記トーチ上下移動用リング２を前記第１の歯車群の一部の歯車３０，２７ａと共に被溶接チューブ２２の回りに回転可能な第２の歯車群は、トーチ回転用リング用モータ４で駆動される駆動軸２７に設けられた太陽歯車２７ｃと、該太陽歯車２７ｃの回転駆動力により駆動される遊星歯車２４ｂと、該遊星歯車２４ｂの回転軸２５ｂを側面に遊嵌させ、駆動軸２７の回りの遊星歯車２４ｂの公転で回転する歯車２９ｂと、該歯車２９ｂからの駆動力を順次に伝達する１以上の歯車２９ｇ、２９ｉの組と２９ｈ、２９ｊの組と、該歯車２９ｉ，２９ｊに噛合する前記トーチ上下移動用リング２の外周に設けられた歯車とを備え、
トーチ上下移動用リング２を前記太陽歯車２７ｃを除く第２の歯車群と共に被溶接チューブ２２の回りに回転駆動可能な第３の歯車群は、トーチ上下移動用モータ５の回転軸に直結した歯車３５と、外周側の歯車で前記歯車３５を噛合させ、また内周側の歯車で前記遊星歯車２４ｂを噛合させる回転可能なトーチ上下移動用伝達歯車２８とを備え、
駆動軸２７で駆動される第１の歯車群の遊星歯車２４ａと第２の歯車群の遊星歯車２４ｂの組と、第１の歯車群の歯車２９ａと第２の歯車群の歯車２９ｂの組と、第１の歯車群の歯車２９ｃ，２９ｄ，第２の歯車群の歯車２９ｇ，２９ｈの組と、第１の歯車群の歯車２９ｅ，２９ｆ，第２の歯車群の歯車２９ｉ，２９ｊの組はそれぞれ同一半径を有する
ことを特徴とする請求項１に記載のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッド。
【請求項３】
トーチ回転用リング１はトーチ回転用モータ４で駆動され、トーチ上下移動用リング２はトーチ回転用モータ４及び／又はトーチ上下移動用モータ５で駆動される歯車機構を備えたことを特徴とする請求項１又は２に記載のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッド。
【請求項４】
トーチ上下移動用伝達歯車２８は１回転以下の回転となるように、その回転範囲が制限された構成からなることを特徴とする請求項１ないし３のいずれかに記載のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッド。
【請求項５】
前記トーチ回転用モータ４の回転軸に直結した歯車３０に噛合する駆動軸２７の歯車２７ａは共に傘歯車であり、前記トーチ上下移動用モータ５の回転軸に直結した歯車３５は円筒ウォームギアであり、該歯車３５に噛合するトーチ上下移動用伝達歯車２８はウォームホイールギアであり、前記２つのモータ４，５の回転軸が前記２つのリング１，２の中心軸に直交する方向に配置されることを特徴とする請求項１ないし４にいずれかに記載のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッド。
【請求項６】
前記トーチ回転用リング１の馬蹄形の一方の先端部にトーチ７を支持する円弧形状のトーチ台１０の一端をトーチ支持ピン１１で支持させ、トーチ台１０の他端をトーチ上下移動用リング２の馬蹄形の一方の先端部にトーチ上下用ピン１２で支持させ、前記トーチ支持ピン１１又はトーチ上下用ピン１２をトーチ台１０の上下動の揺動軸とすることを特徴とする請求項１ないし５のいずれかに記載のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッド。
【請求項７】
クランプ機構は、トーチ回転用リング１と同一円心上に被溶接チューブ２２の軸心が配置されるように被溶接チューブ２２を把持する構成であることを特徴とする請求項１ないし６のいずれかに記載のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッド。
【請求項８】
トーチ回転用リング１の基部側と前記トーチ上下移動用リング２の基部側を下方に開口した開口部の内部に収納し、かつ前記リング１，２の駆動用の前記第１〜第３の歯車群とモータ４，５を収納するトーチ駆動用ボディ３を設け、該ボディ３には、前記リング１，２の基部側に該リング１，２の中心軸に直交する方向に沿って設けた溝１ａ，２ａ内をそれぞれ摺動する突起部３ａ，３ｂを設けたことを特徴とする請求項１ないし７のいずれかに記載のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッド。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれかに記載の全姿勢溶接ヘッドの動作方法であって、トーチ回転用リング１をトーチ回転用モータ４で駆動させ、トーチ上下移動用リング２をトーチ回転用モータ４及び／又はトーチ上下移動用モータ５で駆動させることを特徴とする全姿勢溶接ヘッドの動作方法。
【請求項１０】
請求項１〜８のいずれかに記載の全姿勢溶接ヘッドの動作方法であって、トーチ回転用リング１とトーチ上下移動用リング２を、トーチ回転用モータ４だけの駆動で等速で回転させることを特徴とする全姿勢溶接ヘッドの動作方法。
【請求項１１】
請求項１〜８のいずれかに記載の全姿勢溶接ヘッドの動作方法であって、トーチ上下移動用リング２をトーチ回転用モータ４とトーチ上下移動用モータ５の駆動力の和になるような回転方向と回転速度で回転させることを特徴とする全姿勢溶接ヘッドの動作方法。
【請求項１２】
請求項１〜８のいずれかに記載の全姿勢溶接ヘッドの動作方法であって、トーチ上下移動用モータ５を停止させた状態でトーチ７を時計回り又は反時計回りに回転させるようにトーチ回転用モータ４を駆動させて、トーチ７の被溶接チューブ２２に対して離れる方向である上方向又は近づく方向である下方向への移動が停止された状態でトーチ回転用リング１とトーチ上下移動用リング２を等速回転させて所定位置にトーチ７を到達させ、その後、トーチ回転用モータ４を停止させた状態でトーチ上下移動用リング２を時計回り又は反時計回りに回転させるようにトーチ上下移動用モータ５を回転させて、トーチ７を前記上方向又は下方向へ移動させて溶接前のトーチ７の位置合わせを行うことを特徴とする全姿勢溶接ヘッドの動作方法。
【請求項１３】
請求項１〜８のいずれかに記載の全姿勢溶接ヘッドの動作方法であって、溶接中には、フィラーワイヤの挿入方向に合致する方向にトーチ回転用リング１とトーチ上下移動用リング２を一定速度でトーチ回転用モータ４により回転させてトーチ７を被溶接チューブ２２の回りを回転させながら、
（ａ）アーク長が適切である場合には、トーチ上下移動用モータ５を停止させて前記両リング１、２を等速で前記方向に回転させ、被溶接チューブ２２に対して離れる方向である上方向又は近づく方向である下方向へのトーチ７の移動を停止させた状態で溶接し、
（ｂ）アーク長が短い場合には、トーチ上下移動用リング２がフィラーワイヤの挿入方向に合致する方向に又はその反対の方向に回転するようにトーチ上下移動用モータ５を駆動させ、被溶接チューブ２２に対して離れる方向である上方向にトーチ７を移動させながら溶接し、
（ｃ）アーク長が長い場合には、トーチ上下移動用リング２がフィラーワイヤの挿入方向に合致する方向に回転するようにトーチ上下移動用モータ５を駆動させ、被溶接チューブ２２に対して近づく方向である下方向にトーチ７を移動させながら溶接する
ことを特徴とする全姿勢溶接ヘッドの動作方法。
【請求項１４】
トーチ回転用リング１を一定速度で回転させ、それに対してトーチ上下移動用リング２の回転速度を変更する場合であって、
（ａ）トーチ上下移動用リング２をフィラーワイヤの挿入方向に合致する方向に回転させ、トーチ７を前記上方向に移動させる場合には、トーチ上下移動用リング２の回転速度をトーチ回転用リング１の回転速度より遅くし、
（ｂ）トーチ上下移動用リング２をフィラーワイヤの挿入方向に合致する方向に回転させ、トーチ７を前記下方向に移動させる場合には、トーチ上下移動用リング２の回転速度をトーチ回転用リング１の回転速度より速くする
ことを特徴とする請求項１３記載の全姿勢溶接ヘッドの動作方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、固定チューブの突き合わせ溶接技術に係わり、特に隣接するチューブと被溶接部材との間隙が狭い溶接に適用し、一周の全姿勢溶接を行うことができる全姿勢自動溶接ヘッドとその動作方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
全姿勢自動溶接装置は、溶接電源、トーチを有する溶接ヘッド、溶接ヘッドなどを駆動制御する制御装置及びトーチ冷却用の冷却水循環用ポンプなどの溶接に必要な機器を全て備えている。全姿勢自動溶接装置の中で例えば図１０〜図１２に示す被溶接チューブ２２にクランプし、溶接トーチ７を移動させる機械である溶接ヘッドの中で、特に自動ＴＩＧ溶接ヘッドは、トーチ７を有する溶接ヘッドを固定チューブ２２へクランプし、トーチ７を前記チューブ２２の外周の溶接部に沿ってワイヤを挿入しながら回転させ（以後、回転方向ということがある。）、同時にトーチ７を固定チューブ２２の外周においてチューブ２２の半径方向へ移動（以後、上下方向への移動又は単に上下移動ということがある。）させることでアーク長を調整しながら、多層盛り溶接を行う。このため溶接ヘッドにはトーチ７の移動機構が必要となる。
【０００３】
前記全姿勢自動溶接ヘッドを用いるチューブ２２の突き合わせ溶接の代表例はボイラの火炉壁を構成する水壁管の溶接である。図１４に示すように火炉壁の水壁管（ボイラパネル）は多数のチューブ２２を並列配置し、隣接した２つのチューブ２２の間にメンブレンバー４４を配置してこれを溶接して得られる。この水壁管を火炉壁構造の仕様に従って複数個作製し、これらの水壁管を火炉壁面になるように組み立て、水壁管同士の突き合わせ部を全姿勢自動溶接ヘッドＡで溶接接続して火炉壁とする。
【０００４】
図１４に示すように隣接する２つの水壁管の端部のチューブ２２，２２同士を突き合わた溶接部は、両方のチューブ２２，２２に開先加工がされていて、メンブレンバー４４が存在しない２つのチューブ２２，２２の間隙に溶接ヘッドＡを取り付け、トーチ７で両方のチューブ２２，２２の突き合わせ部分を溶接するが、この突き合わ溶接は溶接ヘッドＡのトーチ７の部分をチューブ２２の外周に沿って回転させながら一層ごと溶接を繰り返して多層に溶接することで行われる。
【０００５】
すなわち、図１５にチューブ２２の外周に沿った多層溶接する場合のトーチ７の動作軌跡に示すように、溶接装置に付属するトーチ７の部分の冷却を行う冷却水ホース又は溶接用電力供給用電線がチューブ２２または溶接ヘッドＡに複数回巻き付かないようにするために、チューブ２２の外周を一層分溶接する毎にアークを切り、トーチ７をチューブ２２の外周に沿って逆転させて溶接開始位置に戻して次層の溶接を行う。この操作を繰り返して多層溶接するが、このとき各層分の溶接時にアーク長の調整と次層溶接時のトーチ高さの調整を行うために、溶接ヘッドＡはチューブ２２の上下方向へ移動する動作が行われる。
【０００６】
前記水壁管の溶接時には、一つの水壁管を構成する隣接した２つのチューブ２２，２２の間隙が、例えば１７ｍｍと非常に狭隘な間隙であるため、この狭い間隙内でもチューブ２２外周面を前記上下方向への移動が自在であることが要求される。
【０００７】
このような狭隘な間隙にあるチューブ２２の円周方向と上下方向への移動が可能なトーチ７を備えた自動溶接ヘッドＡの従来技術として、特開平９−２７１９３９号公報及び特開２００１−２２５１６５号公報記載の発明がある。
【特許文献１】特開平９−２７１９３９号公報
【特許文献２】特開２００１−２２５１６５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
上記特開平９−２７１９３９号公報記載の溶接ヘッドは、溶接ヘッドのトーチ部分のチューブの円周方向の移動はチューブを跨ぐように配置したトーチを取り付けた馬蹄形リングをチューブ上を回転するように移動させて溶接する構成である。前記馬蹄形リングのチューブ上の回転運動は該リング外周面に設けた歯車と噛合する歯車をチューブを把持する溶接ヘッド本体内に設け、この歯車駆動用のモータで駆動させる構成である。また前記トーチのチューブの前記上下方向への移動は、トーチヘッド部分に固定されたガイドシャフトをウオームギアと送りネジなどを介してヘッド上下駆動用のマイクロモータで行うものである。
【０００９】
上記特開平９−２７１９３９号公報記載の溶接ヘッドのトーチ部分のチューブの円周方向の回転駆動装置は、チューブ上の溶接ヘッド本体にあるので、その大きさが制限されないが、トーチの上下移動用の部品は、狭隘な隣接チューブの間隙内を上下方向へ移動する構成になっているため、サイズを小さくする必要がある。そのため前記上下移動用部品にはマイクロモータを使用している。また、前記マイクロモータで駆動されるトーチヘッドのガイドシャフト、ウオームギア及び送りネジなども前記狭隘な間隙を通過できるサイズにしなければならないため、これらの部品が高価になり、またメンテナンスに手間どることがある。
【００１０】
また、本出願人の開発した特開２００１−２２５１６５号公報記載の溶接ヘッドは前記マイクロモータなどの超小型部品を使用しないので、比較的低コストでメンテナンス性も良い。この溶接ヘッドは、トーチ７部分の回転用のリングと上下移動用のリングを重ね合わせてチューブ２２と同心円上に配置する構成であるが、前記トーチ部分の上下移動は、前記回転用リングと上下移動用リングのチューブ回りの相対回転速度を変化させて行う構成であり、回転用リングと上下移動用リングは、別々のモータによりそれぞれ独立して駆動される駆動系を備えている。
【００１１】
従って前記回転用リングと上下移動用リングの動作速度を正確に制御する必要がある。特に回転リング動作中は、上下移動用リングの回転速度を回転用リングの回転速度に合わせる必要があり、前記各々独立した駆動系の制御が複雑になる。また、回転用リングを作動させている最中にトーチ部分を上下方向に移動させるためには上下移動用リングは回転用リングと同速度で回転しているので、回転用リングより高速又は低速で正転させるか又は逆転させる必要がある。とくに上下移動用リングの上下移動用リングを逆転させる場合には、回転用リングと同速度で回転している上下移動用リングをトーチ部分を上下移動させるときだけ、逆転させて、その後、元の回転方向に戻し、しかもこのとき回転用リングと同速度となるように制御する必要がある。
【００１２】
このような上下移動用リングを前記逆転方向から元の回転方向へ回転方向を戻すときに、リング駆動系のバックラッシュによる回転遅れや適切なトーチ７の上下移動量を得ることが難しいことがあった。
【００１３】
本発明の課題は、狭隘な間隙であっても溶接ヘッドのトーチ部分を、被溶接チューブの外周部の円周方向と上下移動方向に容易に移動でき、かつその移動量の調整も容易に行えるチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッドとその動作方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明の上記課題は次の解決手段で解決される。  
請求項１記載の発明は、溶接用のトーチ７と、該トーチ７を支持するトーチ台１０と、トーチ台１０の一端部を先端部で支持し、かつ被溶接チューブ２２の中心軸と一致させて該チューブ２２の外周を回転する馬蹄形のトーチ回転用リング１と、該トーチ回転用リング１の内側で、トーチ台１０の他端部を先端部で支持し、かつトーチ回転用リング１と同心円上に配置された馬蹄形のトーチ上下移動用リング２と、前記トーチ回転用リング１を被溶接チューブ２２の回りに回転可能な第１の歯車群（３０，２７ａ，２７ｂ，２４ａ，２３，２９ａ，２９ｃ，２９ｅ，２９ｄ，２９ｆ）及び該第１の歯車群と並列配置され、かつ前記トーチ上下移動用リング２を前記第１の歯車群の一部歯車（３０，２７ａ）と共に被溶接チューブ２２の回りに回転可能な第２の歯車群（２７ｃ，２４ｂ，２９ｂ，２９ｇ，２９ｉ，２９ｈ，２９ｊ）及び前記第１の歯車群と第２の歯車群を共に駆動可能な駆動軸２７と該駆動軸２７を駆動させるトーチ回転用モータ４とを備えたトーチ回転用リング兼トーチ上下移動用リング駆動機構と、トーチ上下移動用リング２を前記歯車２７ｃを除く第２の歯車群と共に被溶接チューブ２２の回りに回転駆動させ、かつ前記第１の歯車群が駆動中に第１の歯車群より高速又は低速で前記リング２を前記リング１の回転方向と同じ方向又は逆転方向に駆動可能な第３の歯車群（３５，２８）と該第３の歯車群を駆動させる駆動用のトーチ上下移動用モータ５とを備えたトーチ上下移動用リング駆動機構と、前記トーチ回転用リング駆動機構とトーチ上下移動用リング駆動機構をそれぞれ駆動制御させる制御装置１００と、トーチ７の近傍へフィラワイヤを送給するフィラワイヤ送給機構２０と、前記２つの馬蹄形リング１，２とは別の位置で被溶接チューブ２２を把持するクランプ機構を備えたチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッドである。
【００１５】
請求項２記載の発明は、前記トーチ回転用リング１を被溶接チューブ２２の回りに回転可能な第１の歯車群は、トーチ回転用リング用モータ４の回転軸に直結した歯車３０と、該歯車３０に噛合する駆動軸２７の端部に設けられた歯車２７ａと、該駆動軸２７の軸上に設けられた太陽歯車２７ｂと、該太陽歯車２７ｂの回転駆動力により駆動される遊星歯車２４ａと、該遊星歯車２４ａに噛合する内周側の歯車を有し、回転不能の内歯歯車２３と、前記該遊星歯車２４ａの回転軸２５ａを側面に遊嵌させ、駆動軸２７の回りの遊星歯車２４ａの公転で回転する歯車２９ａと、該歯車２９ａからの駆動力を順次に伝達する１以上の歯車２９ｃ、２９ｅの組と歯車２９ｄ、２９ｆの組と、該歯車２９ｅ，２９ｆに噛合する前記トーチ回転用リング１の外周に設けられた歯車とを備え、前記トーチ上下移動用リング２を前記第１の歯車群の一部の歯車３０，２７ａと共に被溶接チューブ２２の回りに回転可能な第２の歯車群は、トーチ回転用リング用モータ４で駆動される駆動軸２７に設けられた太陽歯車２７ｃと、該太陽歯車２７ｃの回転駆動力により駆動される遊星歯車２４ｂと、該遊星歯車２４ｂの回転軸２５ｂを側面に遊嵌させ、駆動軸２７の回りの遊星歯車２４ｂの公転で回転する歯車２９ｂと、該歯車２９ｂからの駆動力を順次に伝達する１以上の歯車２９ｇ、２９ｉの組と２９ｈ、２９ｊの組と、該歯車２９ｉ，２９ｊに噛合する前記トーチ上下移動用リング２の外周に設けられた歯車とを備え、トーチ上下移動用リング２を前記太陽歯車２７ｃを除く第２の歯車群と共に被溶接チューブ２２の回りに回転駆動可能な第３の歯車群は、トーチ上下移動用モータ５の回転軸に直結した歯車３５と、外周側の歯車で前記歯車３５を噛合させ、また内周側の歯車で前記遊星歯車２４ｂを噛合させる回転可能なトーチ上下移動用伝達歯車２８とを備え、駆動軸２７で駆動される第１の歯車群の遊星歯車２４ａと第２の歯車群の遊星歯車２４ｂの組と、第１の歯車群の歯車２９ａと第２の歯車群の歯車２９ｂの組と、第１の歯車群の歯車２９ｃ，２９ｄ，第２の歯車群の歯車２９ｇ，２９ｈの組と、第１の歯車群の歯車２９ｅ，２９ｆ，第２の歯車群の歯車２９ｉ，２９ｊの組はそれぞれ同一半径を有する求項１に記載のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッドである。
【００１６】
請求項３記載の発明は、トーチ回転用リング１はトーチ回転用モータ４で駆動され、トーチ上下移動用リング２はトーチ回転用モータ４及び／又はトーチ上下移動用モータ５で駆動される歯車機構を備えた請求項１又は２に記載のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッドである。
【００１７】
請求項４記載の発明は、トーチ上下移動用伝達歯車２８は１回転以下の回転となるように、その回転範囲が制限された構成からなる請求項１ないし３のいずれかに記載のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッドである。
【００１８】
請求項５記載の発明は、前記トーチ回転用モータ４の回転軸に直結した歯車３０と噛合する駆動軸２７の歯車２７ａは共に傘歯車であり、前記トーチ上下移動用モータ５の回転軸に直結した歯車３５は円筒ウォームギアであり、該歯車３５に噛合するトーチ上下移動用伝達歯車２８はウォームホイールギアであり、前記２つのモータ４，５の回転軸が前記２つのリング１，２の中心軸に直交する方向に配置される請求項１ないし４にいずれかに記載のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッドである。
【００１９】
請求項６記載の発明は、前記トーチ回転用リング１の馬蹄形の一方の先端部にトーチ７を支持する円弧形状のトーチ台１０の一端をトーチ支持ピン１１で支持させ、トーチ台１０の他端をトーチ上下移動用リング２の馬蹄形の一方の先端部にトーチ上下用ピン１２で支持させ、前記トーチ支持ピン１１又はトーチ上下用ピン１２をトーチ台１０の上下動の揺動軸とする請求項１ないし５のいずれかに記載のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッドである。
【００２０】
請求項７記載の発明は、クランプ機構は、トーチ回転用リング１と同一円心上に被溶接チューブ２２の軸心が配置されるように被溶接チューブ２２を把持する構成である請求項１ないし６のいずれかに記載のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッドである。
【００２１】
請求項８記載の発明は、トーチ回転用リング１の基部側と前記トーチ上下移動用リング２の基部側を下方に開口した開口部の内部に収納し、かつ前記リング１，２の駆動用の前記第１〜第３の歯車群とモータ４，５を収納するトーチ駆動用ボディ３を設け、該ボディ３には、前記リング１，２の基部側に該リング１，２の中心軸に直交する方向に沿って設けた溝１ａ，２ａ内をそれぞれ摺動する突起部３ａ，３ｂを設けた請求項１ないし７のいずれかに記載のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッドである。
【００２２】
請求項９記載の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の全姿勢溶接ヘッドの動作方法であって、トーチ回転用リング１をトーチ回転用モータ４で駆動させ、トーチ上下移動用リング２をトーチ回転用モータ４及び／又はトーチ上下移動用モータ５で駆動させる全姿勢溶接ヘッドの動作方法である。
【００２３】
請求項１０記載の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の全姿勢溶接ヘッドの動作方法であって、トーチ回転用リング１とトーチ上下移動用リング２を、トーチ回転用モータ４だけの駆動で等速で回転させる全姿勢溶接ヘッドの動作方法である。
【００２４】
請求項１１記載の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の全姿勢溶接ヘッドの動作方法であって、トーチ上下移動用リング２をトーチ回転用モータ４とトーチ上下移動用モータ５の駆動力の和になるような回転方向と回転速度で回転させる全姿勢溶接ヘッドの動作方法である。
【００２５】
請求項１２記載の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の全姿勢溶接ヘッドの動作方法であって、トーチ上下移動用モータ５を停止させた状態でトーチ７を時計回り又は反時計回りに回転させるようにトーチ回転用モータ４を駆動させて、トーチ７の被溶接チューブ２２に対して離れる方向である上方向又は近づく方向である下方向への移動が停止された状態でトーチ回転用リング１とトーチ上下移動用リング２を等速回転させて所定位置にトーチ７を到達させ、その後、トーチ回転用モータ４を停止させた状態でトーチ上下移動用リング２を時計回り又は反時計回りに回転させるようにトーチ上下移動用モータ５を回転させて、トーチ７を前記上方向又は下方向へ移動させて溶接前のトーチ７の位置合わせを行う全姿勢溶接ヘッドの動作方法である。
【００２６】
請求項１３記載の発明は、請求項１〜８のいずれかに記載の全姿勢溶接ヘッドの動作方法であって、溶接中には、フィラーワイヤの挿入方向に合致する方向にトーチ回転用リング１とトーチ上下移動用リング２を一定速度でトーチ回転用モータ４により回転させてトーチ７を被溶接チューブ２２の回りを回転させながら、（ａ）アーク長が適切である場合には、トーチ上下移動用モータ５を停止させて前記両リング１、２を等速で前記方向に回転させ、被溶接チューブ２２に対して離れる方向である上方向又は近づく方向である下方向へのトーチ７の移動を停止させた状態で溶接し、（ｂ）アーク長が短い場合には、トーチ上下移動用リング２がフィラーワイヤの挿入方向に合致する方向に又はその反対の方向に回転するようにトーチ上下移動用モータ５を駆動させ、被溶接チューブ２２に対して離れる方向である上方向にトーチ７を移動させながら溶接し、（ｃ）アーク長が長い場合には、トーチ上下移動用リング２がフィラーワイヤの挿入方向に合致する方向に回転するようにトーチ上下移動用モータ５を駆動させ、被溶接チューブ２２に対して近づく方向である下方向にトーチ７を移動させながら溶接する全姿勢溶接ヘッドの動作方法である。
【００２７】
請求項１４記載の発明は、トーチ回転用リング１を一定速度で回転させ、それに対してトーチ上下移動用リング２の回転速度を変更する場合であって、（ａ）トーチ上下移動用リング２をフィラーワイヤの挿入方向に合致する方向に回転させ、トーチ７を前記上方向に移動させる場合には、トーチ上下移動用リング２の回転速度をトーチ回転用リング１の回転速度より遅くし、（ｂ）トーチ上下移動用リング２をフィラーワイヤの挿入方向に合致する方向に回転させ、トーチ７を前記下方向に移動させる場合には、トーチ上下移動用リング２の回転速度をトーチ回転用リング１の回転速度より速くする請求項１３記載の全姿勢溶接ヘッドの動作方法である。
【００２８】
（作用）  
請求項１〜１４記載の発明によれば、トーチ回転用リング１とトーチ上下移動用リング２の（１）溶接前のトーチ位置合わせ等の機能動作と（２）溶接中のトーチの機能動作は、大略次のようになる。なお、リング１，２の作動方向又はトーチ７の作動方向は図６、図９に示された矢印Ａ，Ｂの方向とする。 
（１）溶接前のトーチ７の位置合わせ等の機能動作
（ａ）トーチ上下移動用モータ５を停止させた状態でトーチ７が矢印Ａ方向に回転するようにトーチ回転用モータ４を駆動させると、トーチ７の上下方向への移動が停止された状態で、リング１、２は矢印Ａ方向に等速回転する。
【００２９】
（ｂ）トーチ上下移動用モータ５を停止させた状態でトーチ７が矢印Ｂ方向に回転するようにトーチ回転用モータ４を駆動させると、トーチ７の上下方向への移動が停止された状態で、両方のリング１、２は矢印Ｂ方向に等速回転する。
【００３０】
（ｃ）トーチ回転用モータ４を停止させた状態でトーチ上下移動用リング２が矢印Ａ方向に回転するようにトーチ上下移動用モータ５を回転させると、トーチ７は回転を停止したまま、上方向に移動する。このとき、トーチ上下移動用リング２の回転速度が速い程トーチ７の上方向への移動速度が速くなる。
【００３１】
（ｄ）トーチ回転用モータ４を停止させた状態でトーチ上下移動用リング２を矢印Ｂ方向に回転するようにトーチ上下移動用モータ５を回転させると、トーチ７は回転を停止したまま、下方向に移動する。このとき、トーチ上下移動用リング２の回転速度が速い程トーチ７の下方向への移動速度が速くなる。
【００３２】
（２）溶接中のトーチ７の機能動作
溶接前のトーチ７の位置合わせが終わると溶接を始めるが、ワイヤの挿入方向が溶接進行方向になる。すなわち矢印Ｂ方向が溶接方向になるので、溶接中はトーチ回転用リング１とトーチ移動用リング２は矢印Ｂ方向に回転させる。また、トーチ回転用リング１の回転速度が溶接速度になり、溶接速度を変更しない限り、常にトーチ回転用リング１は一定速度で回転させる。
【００３３】
（ａ）アーク長が適切である場合には、トーチ上下移動用モータ５を停止させて前記両リング１、２を等速で矢印Ｂ方向に回転させながら、被溶接チューブ２２に対して離れる方向である上方向又は近づく方向である下方向へのトーチ７の移動を停止させた状態で溶接する。
【００３４】
（ｂ）アーク長が短い場合には、トーチ上下移動用リング２が矢印Ｂ方向あるいはＡ方向に回転するようにトーチ上下移動用モータ５を駆動させ、被溶接チューブ２２に対して離れる方向である上方向にトーチ７を移動させながら溶接する。
【００３５】
このとき、トーチ上下移動用リング２が矢印B方向に回転するようにトーチ上下移動用モータ５を駆動させる場合には、リング１，２の回転速度はリング２＜リング１とする。なお、リング１と２の回転速度差が大きい程、トーチ７の上方向への移動速度が速くなる。
【００３６】
また、トーチ上下移動用リング２が矢印A方向に回転するようにトーチ上下移動用モータ５を駆動させると、トーチ７の上方向への移動速度がより速くなる。
【００３７】
（ｃ）アーク長が長い場合には、トーチ上下移動用リング２が矢印Ｂ方向に回転するようにトーチ上下移動用モータ５を駆動させ、被溶接チューブ２２に対して近づく方向である下方向にトーチ７を移動させながら溶接する。  
このとき、リング１，２の回転速度はリング２＞リング１とする。なお、リング１とリング２の回転速度差が大きい程、トーチ７の下方向への移動速度が速くなる。
【００３８】
請求項１記載の発明におけるリング１，２と歯車群の駆動動作を具体的に説明する。  
トーチ回転用モータ４が駆動し、トーチ上下移動モータ５が停止していると、トーチ回転用モータ４が歯車（３０，２７ａ）を介して駆動軸２７を駆動させると、該駆動軸２７に連動するトーチ回転用リング１を駆動させる歯車３０、２７ａ，２３を除く第１の歯車群（２７ｂ，２４ａ，２９ａ，２９ｃ，２９ｅ，２９ｄ，２９ｆ）も駆動させ、トーチ回転用リング１が被溶接チューブ２２の回りを回転する。また駆動軸２７は第１の歯車群の一部の歯車（３０，２７ａ）を介してトーチ上下移動用リング２を駆動させる第２の歯車群（２７ｃ，２４ｂ，２９ｂ，２９ｇ，２９ｉ，２９ｈ，２９ｊ）も前記第１の歯車群と等速で駆動させるので、トーチ上下移動用リング２もトーチ回転用リング１と被溶接チューブ２２の回りを回転する。
【００３９】
また、トーチ回転用モータ４とトーチ上下移動用モータ５が共に回転し、しかも太陽歯車２７ｃを除く第２の歯車群（２４ｂ，２９ｂ，２９ｇ，２９ｉ，２９ｈ，２９ｊ）と第３の歯車群（３５，２８）により駆動するトーチ上下移動用リング２が前記第１の歯車群により駆動するトーチ回転用リング１より高速又は低速で、トーチ回転用リング１の回転方向に対して同じ方向又は逆転方向に前記リング２を駆動する場合には、トーチ回転用リング１とトーチ上下移動用リング２の回転速度がずれることにより、トーチ７は被溶接チューブ２２に対して上下方向に移動させることができる。こうしてチューブ２２の回りをトーチ７が回転し、また、被溶接チューブ２２とトーチ７間の上下方向移動が可能になり、アーク長の長さを調整しながら溶接を行うことができる。
【００４０】
また、トーチ回転用モータ４が駆動停止しているときに、トーチ上下移動用モータ５が回転していると駆動軸２７が駆動停止しているためトーチ回転用リング１は回転しない。しかし、トーチ上下移動用リング２を回転させる太陽歯車２７ｃを除く第２の歯車群（２４ｂ，２９ｂ，２９ｇ，２９ｉ，２９ｈ，２９ｊ）と第３の歯車群（３５，２８）は、前記リング２を駆動させるため、トーチ７を被溶接チューブ２２に対して上下方向に移動させることができる。
【００４１】
請求項２、３記載の発明によれば、トーチ回転用モータ４が駆動していると、歯車３０と噛合する傘歯車２７ａを一端部に設けた駆動軸２７が回転し、駆動軸２７の太陽歯車２７ｂ，２７ｃがそれぞれ遊星歯車２４ａと遊星歯車２４ｂとを駆動軸２７の回りに公転させる。遊星歯車２４ａの公転により歯車２９ａが駆動軸２７を中心に回転し、歯車２９ａ→歯車２９ｃ→歯車２９ｅと歯車２９ａ→歯車２９ｄ→歯車２９ｆに伝達される駆動力がトーチ回転用リング１を回転させる。また遊星歯車２４ｂの公転により歯車２９ｂが駆動軸２７を中心に回転し、歯車２９ｂ→歯車２９ｇ→歯車２９ｉと歯車２９ｂ→歯車２９ｈ→歯車２９ｊにより順次伝達される駆動力がトーチ上下移動用リング２を回転させる。
【００４２】
このとき、トーチ上下移動用モータ５が停止していると、トーチ上下移動用伝達歯車２８が、ボディ３に固定された内歯歯車２３と同様に回転不能となるため、トーチ上下移動用伝達歯車２８の内周側の歯車に噛合する遊星歯車２４ｂが駆動軸２７の回りを公転する速度は、遊星歯車２４ａが駆動軸２７の回りを公転する速度と等しくなる。従って、トーチ回転用モータ４のみが駆動していると、トーチ回転用リング１の回転とトーチ上下移動用リング２が共に等速で、チューブ２２の回りを回転する。
【００４３】
また、トーチ回転用モータ４とトーチ上下移動用モータ５が共に駆動していると、第１の歯車群の内歯歯車２３は常に回転不能であるので、トーチ回転用リング１はトーチ回転用モータ４の駆動力だけで回転するが、トーチ上下移動用モータ５の駆動力で駆動されるトーチ上下移動用伝達歯車２８は駆動軸２７の回りを自転可能であるため、遊星歯車２４ｂが駆動軸２７を中心に公転する速度が遊星歯車２４ａが駆動軸２７を中心に公転する速度より高速又は低速で遊星歯車２４ａと同じ方向又は遊星歯車２４ａと反対方向に回転する。
【００４４】
従って、トーチ上下移動用リング２はトーチ回転用モータ４とトーチ上下移動用モータ５の駆動力の和になる回転方向と回転速度で回転する。すなわち、トーチ上下移動用リング２はトーチ回転用リング１より高速又は低速で、トーチ回転用リング１と同じ方向又は逆方向に回転する。その結果、トーチ回転用リング１とトーチ上下移動用リング２との間に回転速度差が発生し、トーチ７が被溶接チューブ２２に対して上下方向に移動する。
【００４５】
また、トーチ回転用モータ４が駆動停止しているときに、トーチ上下移動用モータ５が回転していると、駆動軸２７が駆動停止しているためトーチ回転用リング１は回転しないが、トーチ上下移動用伝達歯車２８が回転しているので、該歯車２８の内歯歯車に噛合する遊星歯車２４ｂが駆動軸２７を中心に公転する。遊星歯車２４ｂの公転により、平歯車２９ｂが回転し、平歯車２９ｂ→平歯車２９ｇ→平歯車２９ｉと平歯車２９ｂ→平歯車２９ｈ→平歯車２９ｊに、順次駆動力が伝達され、平歯車２９ｉと平歯車２９ｊによりトーチ上下移動用リング２が回転される。このときトーチ回転用リング１は不動であるので、トーチ上下移動用リング２の回転方向に応じてトーチ７は上又は下方向に移動する。こうしてチューブ２２の回りをトーチ７を回転させない状態でチューブ２２とトーチ７間の上下方向移動が行われ、溶接スタート位置の調整などを行うことができる。
【００４６】
なお、本発明は、リング１をトーチ上下移動用リングとし、リング２をトーチ回転用リングとし歯車２３を回転可能にした上で、その内歯歯車をトーチ上下移動用モータ５で駆動し、トーチ上下移動用伝達歯車２８の内歯歯車をトーチ駆動用ボディ３に固定する構造にしても良い。
【００４７】
請求項４記載の発明によれば、トーチ上下移動用伝達歯車２８は１回転せずに、例えば１／３回転しか回転しないようにリミットスイッチ３８などで、その回転範囲を制限することができ、トーチ７の上下方向への移動量は所定の範囲内に限定される。
【００４８】
請求項５記載の発明によれば、トーチ回転用モータ４とトーチ上下移動用モータ５の回転軸は被溶接チューブ２２を把持する２つのリング１，２の中心軸に直交する方向に配置されているため、サイズの大きなモータ４、５とその関連部品が被溶接チューブ２２を把持するクランプ機構（クランプブロック１７、クランプ１８など）と干渉することなく配置できる。
【００４９】
請求項６記載の発明によれば、トーチ支持ピン１１とトーチ上下用ピン１２をトーチ７の上下動の揺動軸とすることができので、トーチ７と被溶接チューブの間の距離を変えることができる。
【００５０】
請求項７記載の発明によれば、クランプ機構により２つのリング１，２と同一円心上に被溶接チューブ２２の軸心が配置されるように被溶接チューブ２２を把持することができ、被溶接チューブ２２の突き合わせ部の円周方向の溶接が可能になる。
【００５１】
請求項８記載の発明によれば、２つのリング１，２の基部側の外周面上に該リング１，２の回転する方向に沿って設けた溝１ａ，２ａ内をトーチ駆動用ボディ３の突起部３ａ，３ｂがそれぞれ摺動できるので、リング１，２はその中心軸方向には移動不能で、径方向に回転可能にトーチ駆動用ボディ３に支持される。
【００５２】
請求項９〜１４は、請求項１〜８記載のいずれかに記載の全姿勢溶接ヘッドのトーチ回転用リング１とトーチ上下移動用リング２をトーチ回転用モータ４及び／又はトーチ上下移動用モータ５の駆動制御できるので、被溶接チューブ２２の回りに自在にトーチ７を回転及び／又は上下移動させることができる
【発明の効果】
【００５３】
請求項１〜３及び請求項９〜１４記載の発明によれば、狭隘な間隙しかない被溶接チューブ２２，２２の突き合わせ部であっても、その円周方向の溶接が容易に行える。とくに被溶接チューブ２２，２２の突き合わせ部の上下方向の移動量の調節が従来技術に比べて容易になるので、溶接作業性のよい低コストで高品質の溶接チューブが得られる。
【００５４】
請求項４記載の発明によれば、請求項１、２記載の発明の効果に加えて、トーチ７の上下方向への移動量を限定できるので、トーチ７を隣接するチューブ２２に接触させること又は動作限界を超えて動作させることにより、モータ４，５及び歯車を壊すといったトラブルを防止できる。
【００５５】
請求項５記載の発明によれば、請求項１、２記載の発明の効果に加えて、被溶接チューブ２２を把持するクランプ機構に干渉しない位置にトーチ回転用モータ４とトーチ上下移動用モータ５などのサイズの大きな部品を配置することができるので、設計の自由度が高くなり、比較的低コストの部品を用いることができる。
【００５６】
請求項６記載の発明によれば、トーチ７と被溶接チューブ２２の間の距離を、トーチ台１０の揺動で行うことができるので、部品点数を多くすることなく、安定したトーチ７の上下移動動作を行うことができ、比較的低コストの溶接ヘッドが得られる。
【００５７】
請求項７記載の発明によれば、被溶接チューブ２２を把持するクランプ機構をトーチ回転用リング１の近傍に配置しないので、溶接部とクランプ機構が比較的離れた位置に配置され、クランプ機構を耐熱性の高い部材で構成する必要がなく、比較的低コストの溶接ヘッドが得られる。
【００５８】
請求項８記載の発明によれば、トーチ駆動用ボディ３は、部品点数を節約しながら、リング１，２を回転方向及び上下方向に自由度をもって把持し、しかもリング１，２を、その回転方向には自在に回転可能に把持し、リング１，２の軸方向には移動不能な状態で支持するので、溶接作業性のよい低コストの溶接ヘッドが得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００５９】
本発明の実施例を図面と共に説明する。  
本実施例のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッドの側面図を図１０に、平面図を図１１に、背面図を図１２にそれぞれ示す。また図１１のＡ−Ａ線断面矢視図の一部を図１に示し、図１のＡ−Ａ線断面矢視図を図２に示し、図１のＢ−Ｂ線断面矢視図を図３に示し、図１のＣ−Ｃ線断面矢視図を図４に示し、図１のＤ−Ｄ線断面矢視図を図５に示す。図１のＥ−Ｅ線断面矢視図を図６に示し、図４のＦ−Ｆ線断面矢視図を図７に示し、図６のＧ−Ｇ線断面矢視図を図８に示し、図１１の一部拡大図を図９（ａ）に示し、図９（ａ）の矢印Ｓ方向からの矢視図を図９（ｂ）に示す。  
なお、本明細書ではトーチ駆動部ボディ３に接続したトーチ台１０のある方を前方と呼び、トーチ駆動部ボディ３に対してトーチ台１０の反対側を後方と呼ぶことにする。
【００６０】
トーチ駆動部ボディ３の前方下部側にチューブ２２を挟み込む馬蹄形状の円筒状のトーチ回転用リング１とトーチ上下移動用リング２を同一円心上に取り付ける。このときリング１をリング２に上側に重ねて互いに回転自在に設ける。従ってクランプ機構（クランクブロック２７，クランプ２８及びハンドノブ２９など）で把持されるチューブ２２はトーチ上下移動用リング２内に遊嵌されるように配置される。
【００６１】
また、トーチ回転用リング１とトーチ上下移動用リング２の後半分は図３，図４に示すようにトーチ駆動部ボディ３の下端開放部内に抱え込まれるように遊嵌支持され、またリング１とリング２のそれぞれに設けられた溝１ａ，２ａ内にトーチ駆動部ボディ３の下方から突出した突起部３ａ，３ｂを入れているので、リング１，２はその回転方向には自在に回転可能であるが、前後方向に抜け出ない構成になっている。
【００６２】
トーチ駆動部ボディ３はリング１，２を回転方向に自由度をもって把持し、しかもリング１，２は、その回転方向には自在に回転可能であるが、リング１，２の軸方向には移動不能な状態で支持できるので低コストの溶接ヘッドが得られる。
【００６３】
さらに、前記トーチ回転用リング１とトーチ上下移動用リング２の駆動用の歯車機構がトーチ駆動部ボディ３内に配置されている。また前記歯車機構の前方には前記ボディ３の開口部を覆うカバー１６が設けられている。また前記歯車機構の駆動力源となるトーチ回転用モータ４とトーチ上下移動用モータ５がトーチ駆動部ボディ３内の上方部に収納されている。
【００６４】
また、馬蹄形のトーチ回転用リング１の前方部には円弧形状のトーチ台１０が設けられ、該トーチ台１０の一端部の前後方向をトーチ支持ピン１１とトーチ支持ピン固定ブロック１４でトーチ回転用リング１に固定し、トーチ台１０の前方にはトーチ７が固定され、該トーチ７の底面に非消耗電極８を取付けている。
【００６５】
さらに、馬蹄形のトーチ上下移動用リング２の前方部の前後方向にトーチ台１０の他端部をトーチ上下移動用ピン１２とトーチ上下移動用ピン固定ブロック１５で固定している。
【００６６】
従って、後述する駆動機構により上下移動用リング２を回転させると、トーチ上下移動用ピン１２で上下移動用リング２に端部が支持されたトーチ台１０はトーチ支持ピン１１又はトーチ上下移動用ピン１２を支点として揺動する。このトーチ台１０のトーチ支持ピン１１を支点とする揺動によりトーチ７の電極８とチューブ２２の表面との間隔が変動する。
【００６７】
本溶接ヘッドはＴＩＧ溶接用のものであるので、トーチ７には非消耗電極８の固定位置周辺に図示しないシールドガス吐出口を設け、その吐出口に金網等のガスレンズを取り付けることでアーク周辺に均一にシールドガスを吐出することができ、安定したアークが形成可能な構造となっている。
【００６８】
また、トーチ７の肉厚を薄くするために非消耗電極８はトーチ７の側面から止めネジ９で固定する構造となっている。  
さらに、本溶接ヘッドのリング１、２の後方部位にチューブ２２を把持するためのクランプ機構が設けられており、該クランプ機構はトーチ駆動部ボディ３の後側下方部に接続されている。
【００６９】
前記クランプ機構は下方が開放したクランプブロック１７とその一端に設けられた開閉自在のアーム１８とハンドノブ１９を有し、該アーム１８をハンドノブ１９の回転操作で揺動させて、チューブ２２を抱え込んだ後、クランプブロック１７の下方の開放領域を狭くしてチューブ２２を把持するものである。このクランプ機構によりチューブ２２をトーチ上下移動用リング２と同一円心上に配置することができる。
【００７０】
また、トーチ回転用モータ４とトーチ上下移動用モータ５の回転軸は被溶接チューブ２２を把持する２つのリング１，２の中心軸に直交する方向に配置されているため、サイズの大きなモータ４、５とその関連部品が被溶接チューブ２２を把持するクランプ機構（クランプブロック１７、クランプ１８など）と干渉することなく配置できる。  
そのため、トーチ回転用モータ４とトーチ上下移動用モータ５などのサイズの大きな部品の設計の自由度が高くなり、比較的低コストの部品を用いることができる。
【００７１】
また、被溶接チューブ２２を把持するクランプ機構をトーチ回転用リング１の近傍に配置しないので、溶接部とクランプ機構が比較的離れた位置に配置され、クランプ機構を耐熱性の高い部材で構成する必要がなく、比較的低コストの溶接ヘッドが得られる。
【００７２】
また、クランプ機構に隣接させて、ワイヤ送給機構２０とワイヤリール２１を設けている。ワイヤ送給機構２０によりトーチ７の近傍のワイヤノズル１３にワイヤ（図示せず）が送られる。
【００７３】
図１に示すようにトーチ回転用モータ４の回転軸には止めネジ３１ａで着脱される傘歯車３０が取り付けられており、該傘歯車３０と噛合する傘歯車２７ａを一端部に設けた駆動軸２７はリング１，２をそれぞれ駆動するための太陽歯車２７ｂ（図２），２７ｃ（図５）も備えている。太陽歯車２７ｂ，２７ｃを有する駆動軸２７は太陽歯車２７ｂ，２７ｃを介して図２に示すトーチ回転用リング１を回転させるための遊星歯車２４ａと図５に示すトーチ上下移動用リング２を回転させるための遊星歯車２４ｂとにそれぞれトーチ回転用モータ４から駆動力を伝達する。  
なお、駆動軸２７はトーチ駆動部ボディ３にベアリング２６ａ，２６ｆを介して回転自在に支持されている。
【００７４】
また、図６に示すようにトーチ上下移動用モータ５の回転軸には止めネジ３１ｄ，３１ｅでカプラ３３ｂが接続しており、該カプラ３３ｂにはトーチ上下移動用軸３６を介してトーチ上下移動用軸３６と一体のウオームギア３５が接続している。ウオームギア３５の上側と下側のトーチ上下移動用軸３６とトーチ駆動部ボディ３との間にはそれぞれベアリング２６ｔ，２６ｓが設けられている。またトーチ上下移動用軸３６の下端にはトーチ上下移動用モータ５などの故障時にマニュアル操作でトーチ7を上下動させるためのハンドノブ３７が設けられている。
【００７５】
前記ウオームギア３５はトーチ上下移動用伝達歯車（ウオームホイールギア）２８に噛合してトーチ上下移動用モータ５の駆動力をトーチ上下移動用伝達歯車２８に伝達する。トーチ上下移動用伝達歯車２８はトーチ駆動部ボディ３に、その外周部がベアリング２６ｄ，２６ｅ（図１）を介して回転自在に支持されているので、駆動軸２７が停止していても駆動軸２７の回りを回転可能である。
【００７６】
しかし、図６に示すように、トーチ上下移動用伝達歯車２８はトーチ上下移動用モータ５が停止していると、該モータ５の回転軸と直結したウオームギア３５と噛合しているため回転不能となり、駆動軸２７の回転中はトーチ上下移動用伝達歯車２８の内周側の歯車に噛合する遊星歯車２４ｂが駆動軸２７の回りを回転するだけである。このとき、上下移動用伝達用歯車２８は反力を受けて回転しようとするが、ウォームギア３５の抵抗が大きくて回転不能となる。
【００７７】
また、トーチ上下移動用リング２の外周面とトーチ回転用リング１の外周面にはそれぞれ歯車が設けられている。前記リング１，２の外周面の歯車は図３と図４に示すようにそれぞれ複数の平歯車２９ａ，２９ｃ，２９ｄ，２９ｅ，２９ｆと複数の平歯車２９ｂ，２９ｇ，２９ｈ，２９ｉ，２９ｊを順次経由してリング１，２に各モータ４，５からの駆動力が伝達される。
【００７８】
すなわち、駆動軸２７の太陽歯車２７ｂ，２７ｃから遊星歯車２４ａ，２４ｂにリング１，２用のモータ４，５からの駆動力がそれぞれ伝達されと、該遊星歯車２４ａ，２４ｂが回転する。遊星歯車２４ａ，２４ｂの回転軸であるピン２５ａ，２５ｂは、それぞれ平歯車２９ａ，２９ｂの側面に差し込まれているので遊星歯車２４ａ，２４ｂが回転すると平歯車２９ａ，２９ｂはベアリング２６ｂ，２６ｃを介して駆動軸２７の回りをそれぞれ回転する。
【００７９】
また、遊星歯車２４ａ，２４ｂの組、歯車２９ｃ，２９ｄ，歯車２９ｇ，２９ｈの組、歯車２９ｅ，２９ｆ，歯車２９ｉ，２９ｊの組の各組はそれぞれ互いに同一半径を有している。
【００８０】
また平歯車２９ｃ，２９ｅはそれぞれベアリング２６ｇ，２６ｉを介してトーチ駆動部ボディ３に設けられたシャフト３４ａ，３４ｃに支持され、平歯車２９ｄ，２９ｆはそれぞれベアリング２６ｈ，２６ｊを介してトーチ駆動部ボディ３に設けられたシャフト３４ｂ，３４ｄに支持されている。同様に平歯車２９ｇ，２９ｉはそれぞれベアリング２６ｋ，２６ｍを介してトーチ駆動部ボディ３に設けられたシャフト３４ａ，３４ｃに支持され、平歯車２９ｈ，２９ｊはそれぞれベアリング２６ｌ，２６ｎを介してトーチ駆動部ボディ３に設けられたシャフト３４ｂ，３４ｄに支持されている。
【００８１】
図７には平歯車２９ｄ，２９ｆ及び平歯車２９ｈ，２９ｊの駆動機構を示しているが、トーチ駆動部ボディ３に設けられたシャフト３４ｂに平歯車２９ｄ，２９ｈがそれぞれベアリング２６ｈ，２６ｊを介して回転自在に支持され、トーチ駆動部ボディ３に設けられたシャフト３４ｄにそれぞれベアリング２６ｉ，２６ｎを介して平歯車２９ｆと２９ｊが回転自在に支持されている。
【００８２】
また、図３、図６、図８に示すように平歯車２９ｅに噛合するエンコーダ軸３２ａはベアリング２６ｏ，２６ｐを介してトーチ駆動部ボディ３に支持されている。またエンコーダ軸３２ａは、該エンコーダ軸３２ａに噛合するエンコーダ軸３２ｂとエンコーダ軸３２ｂを止めネジ３１ｂ，３１ｃで固定しているカプラ３３ａを介してトーチ回転用エンコーダ６に接続しているので、平歯車２９ｅの回転数、すなわちトーチ回転用リング１の回転数はエンコーダ６で制御でき、エンコーダ６による前記制御によりチューブ２２の突き合わせ部の円周方向の溶接速度及び回転位置の制御が可能になる。
【００８３】
なお、トーチ７の上下方向の上下限移動位置は、図６に示すようにトーチ上下用伝達歯車２８の周辺部に設けた短径部を摺動するリミットスイッチ３８の作動で上下動の限度を制限し、溶接電圧が一定値になるようにトーチ７を上下動させてアーク長を一定にする。本実施例ではトーチ上下用伝達歯車２８はその外周の約１／３にしか歯車が形成されてなく、ウォーム歯車３５により駆動させる範囲は限定されている。リミットスイッチ３８の端子３８ａは図６に示すように歯車２８の短径部の歯車のない外周側面に当接しているが、この状態では歯車２８は回転できるが、溶接時に、例えば矢印Ｂ方向に歯車２８か回転してその短径部の外周側面の端にくるとリミットスイッチ３８が歯車２８の長径部に当たると、トーチ７は作動下限位置であり、モータ５の作動を停止させる。また、例えば矢印Ａ方向に歯車２８か回転してその短径部の外周側面の端にくると、トーチ７は作動上限位置であり、リミットスイッチ３８の端子３８ａが歯車２８の長径部に当たり、モータ５の作動を停止させる。
【００８４】
また、図２、図５に示すように４つの遊星歯車２４ａは内歯歯車２３に噛合し、４つの遊星歯車２４ｂはトーチ上下移動用伝達歯車２８の内周歯車に噛合している。また、図２に示す内歯歯車２３はトーチ駆動部ボディ３に、その外周部が固定されているので回転不能であるのに対して図１に示すトーチ上下移動用伝達歯車２８はトーチ駆動部ボディ３に、その外周部がベアリング２６ｄ，２６ｅを介して回転自在に支持され、トーチ駆動部ボディ３に固定されていないため駆動軸２７が回転停止していても、トーチ上下移動用モータ５が駆動していると駆動軸２７の回りを回転可能である。
【００８５】
また、トーチ回転用モータ４が駆動していると、傘歯車３０と噛合する傘歯車２７ａを一端部に設けた駆動軸２７が回転し、駆動軸２７の太陽歯車２７ｂ，２７ｃが遊星歯車２４ａと遊星歯車２４ｂとを駆動軸２７の回りを共に公転させる。遊星歯車２４ａの公転により平歯車２９ａが駆動軸２７を中心に回転し、平歯車２９ａ→平歯車２９ｃ→平歯車２９ｅと平歯車２９ａ→平歯車２９ｄ→平歯車２９ｆに伝達される駆動力がトーチ回転用リング１を回転させる。また遊星歯車２４ｂの公転により平歯車２９ｂが駆動軸２７を中心に回転し、平歯車２９ｂ→平歯車２９ｇ→平歯車２９ｉと平歯車２９ｂ→平歯車２９ｈ→平歯車２９ｊにより順次伝達される駆動力がトーチ上下移動用リング２を回転させる。
【００８６】
このとき、トーチ上下移動用モータ５が停止していると、トーチ上下移動用伝達歯車２８が、ボディ３に固定された内歯歯車２３と同様に回転不能となるため、トーチ上下移動用伝達歯車２８の内周側の歯車に噛合する遊星歯車２４ｂが太陽歯車２７ｃを介して駆動軸２７の回りを公転する速度は、遊星歯車２４ａが太陽歯車２７ｂを介して駆動軸２７の回りを公転する速度と等しくなる。  
従って、トーチ回転用モータ４のみが駆動していると、トーチ回転用リング１の回転とトーチ上下移動用リング２が共に等速で、チューブ２２の回りを回転する。
【００８７】
また、トーチ上下移動用モータ５が駆動すると、その回転軸に設けられたウオームギア３５と噛合するトーチ上下移動用伝達歯車２８に前記モータ５の駆動力が伝達され、該歯車２８が駆動軸２７の回りを回転する。遊星歯車２４ｂが回転停止した太陽歯車２７ｃに噛合しながら駆動軸２７を中心を公転することにより平歯車２９ｂ→平歯車２９ｇ→平歯車２９ｉと平歯車２９ｂ→平歯車２９ｈ→平歯車２９ｊにより順次駆動力が伝達され、トーチ上下移動用リング２が回転する。
【００８８】
このとき、トーチ回転用モータ４も回転していると前述のように、トーチ回転用リング１も回転する。しかし、内歯歯車２３は常に回転不能であるのに対して、トーチ上下移動用モータ５が駆動するとトーチ上下移動用伝達歯車２８が駆動軸２７の回りを自転可能であるため、遊星歯車２４ｂが駆動軸２７を中心に公転する速度が遊星歯車２４ａが駆動軸２７を中心に公転する速度より高速又は低速で遊星歯車２４ａと同じ方向又は遊星歯車２４ａと反対方向に回転する。
【００８９】
従って、平歯車２９ｂ→平歯車２９ｇ→平歯車２９ｉと平歯車２９ｂ→平歯車２９ｈ→平歯車２９ｊの駆動により回転させられるトーチ上下移動用リング２の回転速度が、平歯車２９ａ→平歯車２９ｃ→平歯車２９ｅと平歯車２９ａ→平歯車２９ｄ→平歯車２９ｆの駆動により回転させられるトーチ回転用リング１の回転速度より高速又は低速で回転し、両リング１，２は同じ方向又は反対方向に回転する。
【００９０】
以上のように、トーチ上下移動用リング２の駆動はトーチ回転用モータ４とトーチ上下移動用モータ５の駆動力の和で回転し、トーチ上下移動用リング２はトーチ回転用リング１より高速又は低速で、トーチ回転用リング１と同じ方向又は逆方向に回転する。その結果、トーチ回転用リング１とトーチ上下移動用リング２との間に回転速度差が発生し、トーチ７が被溶接チューブ２２に対して上下方向に移動する。
【００９１】
図１３には本実施例のトーチ回転用モータ４とトーチ上下移動用モータ５の動力電源と駆動制御の設定条件などをリモコンボックス９１から入力した情報に基づき制御装置１００により溶接ヘッドＡの動作の制御をする構成と溶接ヘッドＡへ供給するシールドガス用のホース９２及びトーチ７に冷却水を供給する冷却水ホース９３、溶接ヘッドＡへの電力へ溶接電源９４からの電力供給ようのパワーケーブル９５、リモコンボックス９１と制御装置を接続する信号ケーブル９６および溶接ヘッドＡのモータ４，５およびエンコーダ６の制御用の制御ケーブル９７などの構成図を示す。
【００９２】
以上例示したようにトーチ回転用リング１とトーチ上下移動用リング２の（１）溶接前のトーチ位置合わせ等の機能動作と（２）溶接中のトーチの機能動作について、以下にまとめて記す。リング１，２の作動方向は図９に示された矢印Ａ，Ｂの方向とする。 
（１）溶接前のトーチ７の位置合わせ等の機能動作
（ａ）トーチ７を矢印Ａ方向に回転（上下移動は停止）
トーチ回転用リング１      矢印Ａ方向の回転
トーチ上下移動用リング２  矢印Ａ方向の回転
リング１と２の回転速度は等速
トーチ回転用モータ４      駆動
トーチ上下移動用モータ５  停止
【００９３】
（ｂ）トーチ７を矢印Ｂ方向に回転（上下移動は停止）
トーチ回転用リング１      矢印Ｂ方向の回転
トーチ上下移動用リング２  矢印Ｂ方向の回転
リング１と２の回転速度は等速
トーチ回転用モータ４      駆動
トーチ上下移動用モータ５  停止
【００９４】
（ｃ）トーチ７を上方向に移動、回転は停止
トーチ回転用リング１      停止
トーチ上下移動用リング２  矢印Ａ方向の回転
トーチ上下移動用リング２の回転速度が速い程、トーチ７の上移動速度が速くなる。  
トーチ回転用モータ４      停止
トーチ上下移動用モータ５  駆動
【００９５】
（ｄ）トーチ７を下方向に移動、回転は停止
トーチ回転用リング１      停止
トーチ上下移動用リング２  矢印Ｂ方向の回転
トーチ上下移動用リング２の回転速度が速い程、トーチ７の下移動速度が速くなる。  
トーチ回転用モータ４      停止
トーチ上下移動用モータ５  駆動
【００９６】
（２）溶接中のトーチ７の機能動作
ワイヤの挿入方向が溶接進行方向になる。すなわち矢印Ｂ方向が溶接方向になる。
【００９７】
トーチ回転用リング１の回転速度が溶接速度になり、リング１は一定速度で回転する。
【００９８】
（ａ）トーチ７を上下移動停止  
トーチ回転用リング１      矢印Ｂ方向の回転
トーチ上下移動用リング２  矢印Ｂ方向の回転
リング１と２の回転速度は等速
トーチ回転用モータ４      駆動
トーチ上下移動用モータ５  停止
【００９９】
（ｂ）トーチ７を上方向に移動
トーチ回転用リング１      矢印Ｂ方向の回転
トーチ上下移動用リング２  矢印Ｂ方向あるいはＡ方向の回転
リング２が矢印B方向に回転する場合には回転速度はリング２＜リング１とする。なお、リング１と２の回転速度差が大きい程、トーチ７の上方向移動速度が速くなる。また、リング２が矢印A方向に回転する場合にはトーチ７の上方向移動速度がより速くなる。  
トーチ回転用モータ４      駆動
トーチ上下移動用モータ５  駆動
【０１００】
（ｃ）トーチ７を下方向に移動  
トーチ回転用リング１      矢印B方向の回転
トーチ上下移動用リング２  矢印Ｂ方向の回転
リング１とリング２の回転速度はリング１＜リング２
リング１とリング２の回転速度差が大きい程、トーチ７の下方向移動速度が速くなる。  
トーチ回転用モータ４      駆動
トーチ上下移動用モータ５  駆動
【０１０１】
本実施例によれば、トーチ回転用リング１とトーチ上下移動用リング２の溶接前のトーチ位置合わせ及び溶接中のトーチの機能動作が可能であるので、被溶接チューブ２２の回りをトーチ７は回転させながら、チューブ２２とトーチ７間の上下方向移動の制御も容易に行うことができ、チューブ２２の突き合わせ部の安定した高品質の溶接を能率的に行うことができる。
【産業上の利用可能性】
【０１０２】
本発明は、ボイラの水壁管などの管の突き合わせ部の狭隘な間隙だけでなく、その他の狭隘な円筒管の溶接接続に利用可能である。
【図面の簡単な説明】
【０１０３】
【図１】本発明の実施例のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッドを示す図１０のＡ−Ａ線断面図である。
【図２】図１のＡ−Ａ線断面の一部矢視図である。
【図３】図１のＢ−Ｂ線断面矢視図である。
【図４】図１のＣ−Ｃ線断面矢視図である。
【図５】図１のＤ−Ｄ線断面矢視図である。
【図６】図１のＥ−Ｅ線断面矢視図である。
【図７】図４のＦ−Ｆ線断面矢視図である。
【図８】図６のＧ−Ｇ線断面矢視図である。
【図９】図９（ａ）は図１１の一部拡大図であり、図９（ｂ）の図９（ａ）の矢印Ｓ方向からの矢視図である。
【図１０】本発明の実施例のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッドの側面図である。
【図１１】図１０のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッドの平面図である。
【図１２】図１０のチューブ突き合わせ溶接用全姿勢溶接ヘッドの背面図である。
【図１３】本発明の実施例のトーチ回転用モータ４とトーチ上下移動用モータ５の駆動制御機構図である。
【図１４】全姿勢自動溶接ヘッドを用いる火炉壁の水壁管の多数のチューブの突き合わせ溶接の説明図である。
【図１５】チューブの突き合わせ溶接時の溶接ヘッドの溶接動作の軌跡を表す図である。
【符号の説明】
【０１０４】
１  トーチ回転用リング        ２  トーチ上下移動用リング
４  トーチ回転用モータ        ５  トーチ上下移動用モータ
７  トーチ                    １１  トーチ支持ピン
１７  クランプブロック        １８  クランプ１８
２２  被溶接チューブ          ２４ａ,２４ｂ  遊星歯車
２７  駆動軸                  ２８  トーチ上下移動用伝達歯車
３５  ウォームギア
３０，２７ａ，２７ｂ，２４ａ，２３，２９ａ，２９ｃ，２９ｅ，２９ｄ，２９ｆ
第１の歯車群
２７ｃ，２４ｂ，２９ｂ，２９ｇ，２９ｉ，２９ｈ，２９ｊ    第２の歯車群
３５，２８  第３の歯車群
【図１】
2006110571.tif 000003
【図２】
2006110571.tif 000004
【図３】
2006110571.tif 000005
【図４】
2006110571.tif 000006
【図５】
2006110571.tif 000007
【図６】
2006110571.tif 000008
【図７】
2006110571.tif 000009
【図８】
2006110571.tif 000010
【図９】
2006110571.tif 000011
【図１０】
2006110571.tif 000012
【図１１】
2006110571.tif 000013
【図１２】
2006110571.tif 000014
【図１３】
2006110571.tif 000015
【図１４】
2006110571.tif 000016
【図１５】
2006110571.tif 000017