(57)【要約】【課題】  長尺の薄板であっても熟練を要せず一人で突合せ作業が容易な突合せ溶接装置を提供する。【解決手段】  センタープレート７が出没動するスリットが形成された裏当て金６と、スリットの両側上で該スリットが延びる方向に平行に延び且つスリット側先端部が上下するように揺動自在に支持されたクランプ８ａ，８ｂと、クランプ８ａ，８ｂの隙間に沿って走行する溶接トーチ２と、クランプ８ａ，８ｂのスリット側先端部を上方側に付勢する一対の弾性部材１０と、クランプのスリット側先端部を前記弾性部材の弾性力に抗して下方側へ押し下げる空気圧膨張式押圧体１１ａ，１１ｂと、空気圧膨張式押圧体１１ａ，１１ｂに０．２〜０．４ＭＰａの範囲で設定された本クランプ圧の圧縮空気を供給するとともに、空気圧膨張式押圧体１１ａ，１１ｂの一方の空気圧を０．００１〜０．００２ＭＰａの所定の微小圧力毎に段階的に増減可能な空気圧回路と、を備える。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
突合せ溶接方向に沿って延びるスリットが形成された裏当て金と、
前記スリットから出没動させるためのセンタープレートと、
前記スリットの両側上で該スリットが延びる方向に平行に延び且つスリット側先端部が上下するように揺動自在に支持された一対のクランプと、
前記一対のクランプの隙間に沿って走行する溶接トーチと、
前記一対のクランプのスリット側先端部を上方側に其々付勢する一対の弾性部材と、
前記一対のクランプのスリット側先端部を前記弾性部材の弾性力に抗して下方側へ其々押し下げる一対の空気圧膨張式押圧体と、
前記一対の空気圧膨張式押圧体に０．２〜０．４ＭＰａの範囲で設定された本クランプ圧の圧縮空気を供給するとともに、前記一対の空気圧膨張式押圧体の一方の空気圧を０．００１〜０．００２ＭＰａの所定の微小圧力毎に段階的に増減可能な空気圧回路と、を備えることを特徴とする突合せ溶接装置。
【請求項２】
前記空気圧回路は、前記空気圧膨張式押圧体の空気圧を前記微小圧力毎に段階的に増圧するための増圧フットスイッチと、前記空気圧膨張式押圧体の空気圧を前記微小圧力毎に段階的に減圧するための減圧フットスイッチと、前記本クランプ圧の圧縮空気の出力するための本クランプ用フットスイッチと、を備えることを特徴とする請求項１に記載の突合せ溶接装置。
【請求項３】
前記空気圧回路は、供給される圧縮空気を入力信号に比例した圧力に調節して前記一対の空気圧膨張式押圧体に其々出力する一対の電空レギュレータと、前記本クランプ用フットスイッチの操作信号を受けて前記本クランプ圧に相当する電圧信号を前記一対の電空レギュレータの双方に入力信号として出力するとともに、前記増圧フットスイッチ及び前記減圧フットスイッチからの操作信号に応じて前記微小圧力を増減した圧力に相当する電圧信号を演算し、該電圧信号を前記一対の電空レギュレータの一方の電空レギュレータに入力信号として出力するプログラマブルコントローラと、を有することを特徴とする請求項２に記載の突合せ溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、突合せ溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、伸縮継手（ベローズ）や円筒状容器には、アルミ、ニッケル、チタン、インコネル、ステンレス、銅等の素材（板材）が多く用いられている。ベローズや円筒状容器の筒状部は、主に、切断された板材をロール曲げ加工し、ロール曲げ加工された筒状ワークの円周方向両端縁を突合せ、その突合せ部分を溶接することにより製造される。
【０００３】
この種の溶接に用いられる突合せ溶接装置として、例えば、本発明者等により水平型自動溶接機が多数提案されている（特許文献１〜７等）。
【０００４】
従来のこの突合せ溶接装置は、例えば、図４に示すように、水平方向に延びる棒状のマンドレル１、マンドレル１に沿って延び溶接トーチ２を走行させるガイドレール３、昇降自在なワーク受け台４、操作パネル５等を備えている。
【０００５】
マンドレル１は、図５に示すように、突合せ溶接方向に沿って延びるスリット６ａが形成された裏当て金６と、スリット６ａから昇降駆動するセンタープレート７を備えている。
【０００６】
また、従来の突合せ溶接装置は、図５に示すように、スリット６ａの両側上でスリット６ａが延びる方向に平行に延び且つスリット側先端部が上下するように揺動自在に支持された一対のクランプ８ａ、８ｂと、突合せ溶接方向に沿って走行する溶接トーチ２と、一対のクランプ８ａ、８ｂのスリット側先端部を上方側に其々付勢する一対の弾性部材１０と、一対のクランプ８ａ、８ｂのスリット側先端部を弾性部材１０の弾性力に抗して下方側へ其々押し下げる一対の空気圧膨張式押圧体１１ａ、１１ｂと、を備えている。空気圧膨張式押圧体１１ａ、１１ｂは、端部が封止された可撓性のホースが用いられている。
【０００７】
突合せ作業は、ロール曲げ加工された筒状ワークＷをマンドレル１に外挿し、マンドレル１に設けた裏当て金６上で筒状ワークＷの円周方向の両端縁を突合せた状態で、該両端縁の近傍を一対のクランプ８ａ、８ｂにより裏当て金６上に押さえつけてクランプした状態で筒状ワークＷの突合せ部分に沿って溶接トーチ２を移動させ、突合せ溶接して筒状製品を作製する。
【０００８】
このような突合せ溶接装置における裏当て金６上での筒状ワークＷの円周方向両端縁の突合せは、マンドレル１に外挿した筒状ワークの円周方向両端縁間の間隙に、裏当て金６の中央上面から出没自在のセンタープレート７を上昇駆動させておいて、筒状ワークＷの円周方向両端縁の一方の端縁をセンタープレート７に隙間の無いように目視しつつ手で押し当て、その状態でセンタープレート７に当接している側の筒状ワークＷの端縁近傍の上方から一方のクランプ８ａを下降させて、センタープレート７に当接している側の筒状ワークＷの円周方向一方端縁の近傍を押圧固定（本クランプ）する。筒状ワークＷの円周方向一方端縁近傍を一方のクランプ８ａによって押圧固定した状態で、センタープレート７を下降させて裏当て金６内に埋没させる。次に、筒状ワークＷの他方の端縁を、一方のクランプ８ａによって押圧固定されている筒状ワークＷの一方の端縁に隙間の無いように目視しつつ手で押し当てる。その後、上方に待機している他方のクランプ８ｂを下降させて、筒状ワークＷの円周方向他端縁の近傍を押圧固定（本クランプ）することにより、突合せ作業を完了する。
【０００９】
上記のような空気圧駆動式のクランプ機構に代えて、図６に示すように、サーボモータ３０でクランプ８ａ、８ｂを昇降動させる突合せ溶接装置も提案されている（特許文献４）。
【００１０】
サーボモータ駆動のクランプ８ａ、８ｂは、筒状ワークＷの円周方向両端縁が動かないように固定する本クランプ圧と、裏当て金６上で動かせる程度に軽く保持する程度の仮押さえクランプ圧との２段階の切り換えが可能である。突合せ作業は、先ず、センタープレート７を突出させておいて、両方のクランプ８ａ，８ｂを仮押さえクランプ圧として、センタープレート７両側の筒状ワークＷ両端縁の近傍を仮押さえし、筒状ワークＷの円周方向一方端縁を、センタープレート７に隙間の無いように目視しつつ手作業で押し当てる。筒状ワークＷの円周方向一方端縁をセンタープレート７に隙間の無いように押し当てたら、一方のクランプ８ａを本クランプ圧に切り換えて、センタープレート７に押し当てられている筒状ワークＷ円周方向一端縁を動かないように固定する。しかる後、センタープレート７を下して、本クランプされている円周方向一方端縁の方に、仮押さえクランプ圧でクランプされている筒状ワークＷの円周方向他方端縁を手作業で移動させて、隙間の無いように密着させる。その後、他方のクランプ８ｂを本クランプ圧に切り換えて、突合せ作業を完了する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００６−５１５３１号公報
【特許文献２】特開２００７−２１５６６号公報
【特許文献３】特開２０１０−１３７２６７号公報
【特許文献４】特開２０１２−６６２９４号公報
【特許文献５】特開２０１５−１６０２３８号公報
【特許文献６】特許第５０４３６２５号明細書
【特許文献７】特許第５８９３１９８号明細書
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、素材の多様化、金属板の極薄化（例えば厚さ０．２〜０．５ｍｍ）、及び、長尺化（例えば１６００ｍｍ〜）が進み、金属板端縁同士の突合せ作業は、一人作業では難しく、高度の熟練が要求されており、隙間なく密着させて突合せる作業が困難となっている。
【００１３】
特に従来の空気圧駆動式クランプように、クランプの設定圧が０（ゼロ）と最大（本クランプ圧）しか無いと、ワークが例えば１６００ｍｍのような長尺の場合に、端から端までの一度に隙間なく突合せるのが困難である。
【００１４】
一方、従来のサーボモータ式のように、クランプ圧を本クランプ圧と仮押さえクランプ圧の２段階に切り換えたとしても、板厚によって適切な仮押さえクランプ圧が異なるため、ワーク長尺化により一人作業による突合せは、なお困難である。
【００１５】
特に、仮押さえクランプ圧は、ワークを傷付けることや変形させることなく摩擦抵抗に抗してスライド移動させることができ、且つ、移動させた後にワークの板バネ弾性による復元力によって移動前の位置に戻るのを阻止して移動後の位置を保持する程度の押圧力が好ましい。
【００１６】
サーボモータを用いることにより、無段階で仮押さえクランプ圧を調整することも考えられるが、クランプ圧を高くし過ぎてワークを傷つけてしまうことがあり、また、適切な仮押さえクランプ圧に調節したつもりでも、クランプ圧が高めになっていると、エアーチューブ方式のように空気の圧縮による吸収がないため、ワークをスライドさせようとした時に思うようにスライドせず、ワークを傷つけ或いは変形させるおそれがあった。
【００１７】
そこで、本発明は、長尺の薄板であっても熟練を要せずに一人でも突合せ作業が容易な突合せ溶接装置を提供することを主たる目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
上記目的を達成するため、本発明に係る突合せ溶接装置は、突合せ溶接方向に沿って延びるスリットが形成された裏当て金６と、前記スリットから出没動させるためのセンタープレートと、前記スリットの両側上で該スリットが延びる方向に平行に延び且つスリット側先端部が上下するように揺動自在に支持された一対のクランプと、前記一対のクランプの隙間に沿って走行する溶接トーチと、前記一対のクランプのスリット側先端部を上方側に其々付勢する一対の弾性部材と、前記一対のクランプのスリット側先端部を前記弾性部材の弾性力に抗して下方側へ其々押し下げる一対の空気圧膨張式押圧体と、前記一対の空気圧膨張式押圧体に０．２〜０．４ＭＰａの範囲で設定された本クランプ圧の圧縮空気を供給するとともに、前記一対の空気圧膨張式押圧体の一方の空気圧を０．００１〜０．００２ＭＰａの所定の微小圧力毎に段階的に増減可能な空気圧回路と、を備えることを特徴とする。
【００１９】
前記空気圧回路は、前記空気圧膨張式押圧体の空気圧を前記微小圧力毎に段階的に増圧するための増圧フットスイッチと、前記空気圧膨張式押圧体の空気圧を前記微小圧力毎に段階的に減圧するための減圧フットスイッチと、前記本クランプ圧の圧縮空気の出力するための本クランプ用フットスイッチと、を備えることが好ましい。
【００２０】
前記空気圧回路は、供給される圧縮空気を入力信号に比例した圧力に調節して前記一対の空気圧膨張式押圧体に其々出力する一対の電空レギュレータと、前記本クランプ用フットスイッチの操作信号を受けて前記本クランプ圧に相当する電圧信号を前記一対の電空レギュレータの双方に入力信号として出力するとともに、前記増圧フットスイッチ及び前記減圧フットスイッチからの操作信号に応じて前記微小圧力を増減した圧力に相当する電圧信号を演算し、該電圧信号を前記一対の電空レギュレータの一方の電空レギュレータに入力信号として出力するプログラマブルコントローラと、を有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２１】
本発明によれば、クランプの加圧空気を小刻みに増減調節できるようにすることにより、長尺の薄板であっても熟練を要せず、一人でも容易に突合せ作業が可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００２２】
【図１】本発明に係る突合せ溶接装置の要部を拡大して示す部分断面正面図である。
【図２】図１の一部を拡大して示す部分拡大正面図である。
【図３】本発明に係る突合せ溶接装置の構成要素である空気圧回路の一実施形態を示す空気圧回路ブロック図である。
【図４】従来の突合せ溶接装置の外観を示す側面図である。
【図５】従来の突合せ溶接装置の一態様の要部を拡大して示す部分断面正面図である。
【図６】従来の突合せ溶接装置の他の一態様の要部を拡大して示す部分断面正面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２３】
本発明に係る突合せ溶接装置の一実施形態について、以下に図１〜図３を参照して説明する。なお、従来例を含めて、同一又は類似の構成要素には同符号を付した。
【００２４】
突合せ溶接装置は、図１及び図２を参照して、突合せ溶接方向に沿って延びるスリット６ａが形成された裏当て金６と、スリット６ａから出没動させるためのセンタープレート７と、スリット６ａの両側上でスリット６ａが延びる方向に平行に延び且つスリット側先端部が上下するように揺動自在に支持された一対のクランプ８ａ、８ｂと、一対のクランプ８ａ、８ｂの隙間Ｘに沿って電極２ａが走行する溶接トーチ２と、一対のクランプ８ａ、８ｂのスリット側先端部を上方側に其々付勢する一対の弾性部材１０（一方のみ図示）と、一対のクランプ８ａ、８ｂのスリット側先端部を弾性部材１０の弾性力に抗して下方側へ其々押し下げる一対の空気圧膨張式押圧体１１ａ、１１ｂと、を備えている。
【００２５】
溶接トーチ２はタングステン電極２ａを保持しており、この突合せ溶接装置は、ＴＩＧ溶接装置である。空気圧膨張式押圧体１１ａ、１１ｂは、従来と同様に、両端を封止された可撓性ホースが用いられ得る。突合せ溶接装置は、マンドレル１を備え、ベローズや容器外筒の突合せ溶接に用いられるいわゆる水平型自動溶接措置であり、裏当て金６はマンドレル１の上部に装着されている。マンドレル１、裏当て金６、センタープレート７、クランプ８ａ、８ｂ、弾性部材１０（一方のみ図示）、空気圧膨張式押圧体１１ａ、１１ｂは、従来の水平型自動溶接装置と同様であり、詳細な説明を省略する。
【００２６】
突合せ溶接装置は、一対の空気圧膨張式押圧体１１ａ、１１ｂに０．２〜０．４ＭＰａの範囲で設定された本クランプ圧Ｐ１の圧縮空気を供給するとともに、一対の空気圧膨張式押圧体１１ａ、１１ｂの少なくとも一方の空気圧を０．００１〜０．００２ＭＰａの所定の微小圧力Ｐ２毎に段階的に増減可能な空気圧回路２０（図３）と、を備えている。
【００２７】
空気圧回路２０は、図３に示すように、空気圧膨張式押圧体１１ａ、１１ｂの空気圧を微小圧力Ｐ２毎に段階的に増圧するための増圧フットスイッチ２１と、空気圧膨張式押圧体１１ａ、１１ｂの空気圧を微小圧力Ｐ２毎に段階的に減圧するための減圧フットスイッチ２２と、本クランプ圧Ｐ１の圧縮空気を出力させる本クランプ用フットスイッチ２３と、を備えている。
【００２８】
更に空気圧回路２０は、コンプレッサー等の圧縮空気源２４から供給される圧縮空気を入力信号Ｓａ、Ｓｂに比例した圧力に調節して、空気圧膨張式押圧体１１ａ、１１ｂに其々出力する一対の電空レギュレータ２５ａ、２５ｂと、本クランプ用フットスイッチ２３の操作信号を受けて本クランプ圧Ｐ１に相当する電圧信号を一対の電空レギュレータ２５ａ、２５ｂの双方に入力信号として出力するとともに、増圧フットスイッチ２１及び減圧フットスイッチ２２からの操作信号に応じて微小圧力Ｐ２を増減した圧力に相当する電圧を演算し、該電圧を一方の電空レギュレータ２５ｂにのみ入力信号Ｓｂとして出力するプログラマブルコントローラＰＬＣと、を備えている。
【００２９】
電空レギュレータ２５は、公知の電空レギュレータを用いることができ、例えばＳＭＣ株式会社から入手することができる。
【００３０】
上記空気圧回路２０を備える突合せ溶接装置を用いて筒状ワークＷを突合せ溶接する場合の操作手順について説明すると、先ず、センタープレート７を上昇させておいて、突合せ溶接すべきワークの突合せ端縁の一方の端縁を手作業によってセンタープレート７に押し当て、本クランプ用フットスイッチ２３を踏む。
【００３１】
本クランプ用フットスイッチ２３を踏むことによる操作信号がプログラマブルコントローラＰＬＣに入力され、プログラマブルコントローラＰＬＣは、本クランプ圧Ｐ１に相当する電圧を其々の電空レギュレータ２５ａ、２５ｂに入力信号Ｓａ、Ｓｂとして入力する。
【００３２】
入力信号Ｓａ、Ｓｂを受けた各電空レギュレータ２５ａ、２５ｂは、圧縮空気を本クランプ圧Ｐ１に調節して、其々、空気圧膨張式押圧体１１ａ、１１ｂに出力する。空気圧膨張式押圧体１１ａ、１１ｂの内圧が本クランプ圧Ｐ１に上昇することにより、クランプ８ａ、８ｂ（図１，２参照）が其々揺動して其々のスリット側先端部がセンタープレート７の両側に沿って降下し、筒状ワークＷの円周方向両端縁近傍をクランプ８ａ、８ｂによって本クランプする。なお、本発明における「本クランプ」とは、溶接熱によるワークの変形に耐える押圧力でのクランプのことであり、「本クランプ圧」とは、本クランプする際の圧力である。本クランプ圧は、ワークの板厚によって変わり、タッチパネル等の入力手段を通じてプログラマブルコントローラＰＬＣに予め入力して設定され得る。
【００３３】
筒状ワークＷの円周方向両端縁近傍を本クランプした後、センタープレート７を筒状ワークＷの突合せ部位より下方に降下させる。センタープレート７はトーチ２ａが走行する軌道の真下に位置しており、従って、センタープレート７に押し当てられていた筒状ワークＷの突合せ端縁は、トーチ２即ちタングステン電極２ａの走行軌道直下に位置している。
【００３４】
この状態で、減圧フットスイッチ２２と増圧フットスイッチ２１とを操作することにより、センタープレート７に押し当てられていなかった他方のクランプ８ｂの加圧力を小刻みに加減して微調節し、筒状ワークＷの本クランプされていない方の円周方向端縁を、手動操作により、本クランプされている側の円周方向端縁の方に押して移動させ、筒状ワークＷの円周方向両端縁を密着させる。
【００３５】
即ち、プログラマブルコントローラＰＬＣは、本クランプ用フットスイッチ２１を踏み操作した場合には、本クランプ圧に相当する電圧の入力信号Ｓａ、Ｓｂを電空レギュレータ２５ａ、２５ｂに其々入力する。しかし、プログラマブルコントローラＰＬＣは、増圧フットスイッチ２２および減圧フットスイッチ２３の踏み操作信号を受けた場合には、他方の電空レギュレータ２５ｂに送る入力信号Ｓｂのみ、増圧フットスイッチ２２および減圧フットスイッチ２３を踏み操作回数に応じて、本クランプ圧から増減した圧力に相当する電圧を電空レギュレータ２５ｂへの入力信号として出力する。例えば、減圧フットスイッチ２３を５回踏み、増圧フットスイッチ２２を２回踏むと、プログラマブルコントローラＰＬＣは、クランプ圧力をＰ１−５Ｐ２＋２Ｐ２として演算し、その演算したクランプ圧力に相当する電圧を入力信号Ｓｂとして電空レギュレータ２５ｂに入力する。微小圧力Ｐ２は、プログラマブルコントローラＰＬＣにおいて予め設定することができる。
【００３６】
減圧フットスイッチ２２と増圧フットスイッチ２１とによる他方のクランプ８ｂの押圧力の微調節は、特に筒状ワークＷの突合せ溶接の場合に、ワークを傷付けることや変形させることなく摩擦抵抗に抗して一方のワーク突合せ端縁を他方のワーク突合せ端縁の方にスライド移動させることができ、且つ、移動させた後に筒状ワークＷの板バネ弾性による復元力によって移動させたワーク突合せ端縁が移動前の位置に戻るのを阻止して移動後の位置を保持する程度の適度の仮押さえ圧力に調節することができる。このようにして適度の仮押さえ圧力とすることで、長尺の筒状ワークであっても、ワークの溶接方向の一端から他端にかけて順次突合せることにより全長に亘って適切な突合せ一人作業で容易に行える。
【００３７】
溶接されるべき突合せ端縁同士の適切な密着が完了した後、再び、本クランプ用フットスイッチ２３を踏んで、他方のクランプ８ｂも本クランプ圧として、溶接トーチ２を突合せ部近傍まで下降させ、アークを発生させながら走行させることにより、ワークの突合せ部分を溶接する。
【００３８】
上記のようにして、他方のクランプ８ｂの押圧力を段階的に微調整することにより、ワーク突合せ端縁の密着に最適な押圧力に設定することが可能となり、長尺の薄板のワークであっても、ワークを変形したり傷つけたりすることなく、正確な密着の突合せ作業が可能となる。
【００３９】
本発明は、上記実施例に限定されず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更が可能である。
【符号の説明】
【００４０】
２  溶接トーチ
６  裏当て金
６ａ  スリット
７  センタープレート
８  クランプ
１０  弾性部材
１１ａ、１１ｂ  空気圧膨張式押圧体
２０  空気圧回路
２１  増圧フットスイッチ
２２  減圧フットスイッチ
２３  本クランプ用フットスイッチ
２５ａ、２５ｂ  電空レギュレータ
ＰＬＣ  プログラマブルコントローラ
【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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