(57)【要約】円周溶接ヘッドは、金属インサートおよび回転子を備える。カバーは、マイカラミネートから作製される。金属バネ／ブラシ（好ましくは、一片である）が、インサートに対して回転子を側面負荷をかける。回転子およびインサートは、相互係合部分（好ましくは、台形）を有し、熱により膨張する場合、回転子を軸方向に移動させ、これにより結合を最小化する。本発明は、さらなる隙間を必要としない、一定のアーク間隙を生じ、結合を生じない回転子とインサートの構成を提供する。本発明の溶接ヘッドの設計によって、避けられない膨張を適応させるためのシステム内の余分な隙間を提供する必要性無しに、この使用に伴って生じる避けられない膨張が、許容される。結果として、より正確かつ一定の溶接が、過熱が問題になる前に、長期間にわたって得られ得る。
2007502211.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接される被加工品を受容するための被加工品用開口部を有する円周溶接装置であって、該装置が、以下：
トラックを有する部材；
軸の周りで該部材上で回転可能な回転子であって、該回転子が、該被加工品用開口部内で被加工品を溶接するための、該被加工品の周りで回転するための電極を有する、回転子、
を備え、
該回転子が、該部材の該トラック内に受容される突起を有し；
該回転子および突起が、予め設計された隙間を有さず、該部材での結合無しに、該回転子の膨張を適応させるように構成されている、
装置。
【請求項２】
請求項１に記載の装置であって、前記回転子および前記突起の構成が、該回転子の半径方向の膨張に応答して、該回転子の軸方向変位を生じる、装置。
【請求項３】
請求項１に記載の装置であって、前記回転子および前記部材の前記相互係合表面が、前記軸を横切り、そして該回転子の半径方向運動の第１方向を横切る角度で延びる、装置。
【請求項４】
請求項３に記載の装置であって、前記回転子および前記部材の前記相互係合表面が、前記軸に対して４５°の角度で延びる、装置。
【請求項５】
請求項３に記載の装置であって、前記回転子の軸方向運動の量が、該回転子の相互係合表面と前記部材の相互係合表面との間の界面における角度の関数として決定される、装置。
【請求項６】
請求項１に記載の装置であって、前記突起および前記トラックのうちの少なくとも１つが、台形構成を有する、装置。
【請求項７】
請求項４に記載の装置であって、前記突起と前記トラックとの両方が、台形構成を有する、装置。
【請求項８】
請求項１に記載の装置であって、前記突起および前記トラックのそれぞれが、弓形構成を有する、装置。
【請求項９】
請求項１に記載の装置であって、前記回転子上に側面負荷を及ぼす金属バネ／ブラシをさらに備え、該バネ／ブラシが、一片として形成される、装置。
【請求項１０】
請求項９に記載の装置であって、前記部材および前記回転子が、金属から作製され、前記金属バネ／ブラシと同じ電気電位である、装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の装置であって、前記回転子上に側面負荷を及ぼす金属バネ／ブラシをさらに備え、該バネ／ブラシが、複数の片として形成される、装置。
【請求項１２】
請求項１に記載の装置であって、前記回転子を覆うためのマイカラミネートカバーをさらに備える、装置。
【請求項１３】
請求項１２に記載の装置であって、前記回転子上に側面負荷を及ぼす金属バネ／ブラシをさらに備え、該バネ／ブラシが、前記マイカラミネートカバーと該回転子との間で作動する、装置。
【請求項１４】
溶接される被加工品を受容するための被加工品用開口部を有する円周溶接装置であって、該装置が、以下：
部材；
軸の周りで該部材に対して回転するための、該部材上に支持された回転子であって、該回転子が、該被加工用開口部内で被加工品を溶接するための、該被加工用開口部の周りで回転可能な電極を有する、回転子、
を備え、
該回転子が、加熱の際に、該軸から半径方向に離れる第１方向に膨張可能であり；
該第１方向での該回転子の半径方向の膨張が、該部材から離れる方向での該回転子の軸方向運動を生じる、
装置。
【請求項１５】
請求項１４に記載の装置であって、前記部材および前記回転子が、加熱の際に、該回転子の半径方向の膨張に応答して、該回転子が該部材から離れる方向で軸方向に移動するように協働する相互係合表面を有する、装置。
【請求項１６】
請求項１５に記載の装置であって、前記部材と前記回転子との前記相互係合表面が、該部材および該回転子の台形部分の表面である、装置。
【請求項１７】
請求項１６に記載の装置であって、前記回転子が、台形のトラックを有し、そして前記部材が、該台形のトラックに一致する台形突起を有する、装置。
【請求項１８】
請求項１５に記載の装置であって、前記回転子の軸方向運動の量が、該回転子の相互係合表面と前記部材の相互係合表面との間の界面における角度の関数として決定される、装置。
【請求項１９】
請求項１４に記載の装置であって、前記回転子および前記部材が、相互係合弓形表面を有する、装置。
【請求項２０】
請求項１４に記載の装置であって、前記回転子上に側面負荷を及ぼす金属バネ／ブラシをさらに備え、該バネ／ブラシが、一片として形成される、装置。
【請求項２１】
請求項２０に記載の装置であって、前記部材および前記回転子が、金属から作製され、前記金属バネ／ブラシと同じ電気電位である、装置。
【請求項２２】
請求項１４に記載の装置であって、前記回転子を覆うためのマイカラミネートカバーをさらに備える、装置。
【請求項２３】
請求項２２に記載の装置であって、前記部材に対して、前記回転子上に側面負荷を及ぼす金属バネ／ブラシをさらに備え、該バネ／ブラシが、該部材と同じ電気電位であり、該バネ／ブラシが、該カバーと係合し、そして該カバーと該回転子との間で作動する、装置。
【請求項２４】
溶接される被加工品を受容するための被加工品用開口部を有する円周溶接装置であって、該装置が、以下：
部材；
軸の周りで該部材に対して回転するための、該部材上に支持された回転子であって、該回転子が、該被加工用開口部内で被加工品を溶接するための、該被加工用開口部の周りで回転可能な電極を有する、回転子、
を備え、
該回転子が、加熱の際に、該軸から半径方向に離れる第１方向に膨張可能であり；
該回転子および該部材が、該回転子の該第１方向での半径方向の運動に応答して、該回転子の該部材から離れる方向の軸方向運動を生じるように協働する相互係合表面を有する、
装置。
【請求項２５】
請求項２４に記載の装置であって、前記回転子および前記部材の前記相互係合表面が、前記軸を横切り、そして該回転子の半径方向運動の第１方向を横切る角度で延びる、装置。
【請求項２６】
請求項２５に記載の装置であって、前記回転子および前記部材の前記相互係合表面が、前記軸に対して４５°の角度で延びる、装置。
【請求項２７】
請求項２５に記載の装置であって、前記回転子の軸方向運動の量が、該回転子の相互係合表面と前記部材の相互係合表面との間の界面における角度の関数として決定される、装置。
【請求項２８】
請求項２４に記載の装置であって、前記部材が、前記回転子のトラック内に受容される突起を有し、該突起および該トラックのうちの少なくとも１つが、台形構成を有する、装置。
【請求項２９】
請求項２８に記載の装置であって、前記突起および前記トラックのそれぞれが、台形構成を有する、装置。
【請求項３０】
請求項２４に記載の装置であって、前記部材が、前記回転子において弓形のトラック内に受容される弓形突起を有する、装置。
【請求項３１】
請求項２４に記載の装置であって、前記回転子上に側面負荷を及ぼす金属バネ／ブラシをさらに備え、該バネ／ブラシが、一片として形成される、装置。
【請求項３２】
請求項３１に記載の装置であって、前記部材および前記回転子が、金属から作製され、前記金属バネ／ブラシと同じ電気電位である、装置。
【請求項３３】
請求項２４に記載の装置であって、前記回転子を覆うためのマイカラミネートカバーをさらに備える、装置。
【請求項３４】
請求項３３に記載の装置であって、前記部材に対して、前記回転子上に側面負荷を及ぼす金属バネ／ブラシをさらに備え、該バネ／ブラシが、該部材と同じ電気電位であり、該バネ／ブラシが、前記カバーと係合し、そして該カバーと該回転子との間で作動する、装置。
【請求項３５】
溶接される被加工品を受容するための被加工品用開口部を有する円周溶接装置であって、該装置が、以下：
部材；
軸の周りで該部材に対して回転するための、該部材上に支持された回転子であって、該回転子が、該被加工用開口部内で被加工品を溶接するための、該被加工用開口部の周りで回転可能な電極を有する、回転子、
を備え、
該回転子が、加熱の際に、該軸から半径方向に離れる第１方向に膨張可能であり；
該回転子が、該部材に対して軸方向に移動可能であり、該部材に対する該回転子の軸方向の位置が、該回転子の温度の関数として決定される、
装置。
【請求項３６】
請求項３５に記載の装置であって、前記回転子および前記部材が、該回転子の温度の上昇から生じる該回転子の半径方向の膨張に応答して、該回転子を該部材に対して軸方向に移動させる相互係合傾斜表面を有する、装置。
【請求項３７】
請求項３６に記載の装置であって、前記傾斜表面が、前記回転子および前記部材の台形部分上に形成される、装置。
【請求項３８】
請求項３７に記載の装置であって、前記回転子が、台形のトラックを有し、そして前記部材が、前記台形のトラックに一致する台形突起を有する、装置。
【請求項３９】
溶接される被加工品を受容するための被加工品用開口部を有する円周溶接装置であって、該装置が、以下：
部材；
軸の周りで該部材に対して回転するための、該部材上に支持された回転子であって、該回転子が、該被加工用開口部内で被加工品を溶接するための、該被加工用開口部の周りで回転可能な電極を有する、回転子；ならびに
該部材上に支持された電気絶縁性耐熱性カバーであって、該カバーが、マイカラミネート材料から作製されている、カバー、
を備える、装置。
【請求項４０】
請求項３９に記載の装置であって、前記部材が、前記回転子および該回転子を駆動するための１つ以上の歯車を支持するインサートであり、該インサートならびに該歯車および該回転子が、金属から作製されている、装置。
【請求項４１】
請求項４０に記載の装置であって、前記インサートに対して軸方向に前記回転子を装填するバネ／ブラシをさらに備え、該バネ／ブラシが、金属から作製されている、装置。
【請求項４２】
請求項３９に記載の装置であって、前記マイカラミネート材料が、カリウムまたはマグネシウムを含むアルミノ−シリケート組成物である、装置。
【請求項４３】
請求項３９に記載の装置であって、前記マイカラミネート材料が、約９００°Ｆ〜約１３００°Ｆ以上の範囲の連続使用温度で評価され、近接した溶接アークへの激しい曝露に耐える、装置。
【請求項４４】
請求項３９に記載の装置であって、前記カバーが、前記部材および前記回転子を実質的に覆う、装置。
【請求項４５】
請求項３９に記載の装置であって、前記部材の対抗する側に第２のカバーをさらに備え、該第２のカバーが、マイカラミネート材料から作製されている、装置。
【請求項４６】
溶接される被加工品を受容するための被加工品用開口部を有する円周溶接装置であって、該装置が、以下：
金属から作製された部材；
軸の周りで該部材に対して回転するための、該部材上に支持された金属回転子であって、該回転子が、該被加工用開口部内で被加工品を溶接するための、該被加工用開口部の周りで回転可能な電極を有し、該回転子および該電極が、該部材と同じ電気電位である、回転子；ならびに
該部材に対して該回転子上に側面負荷を及ぼす金属バネ／ブラシであって、該バネ／ブラシが、該部材と同じ電気電位である、バネ／ブラシ、
を備える、装置。
【請求項４７】
請求項４６に記載の装置であって、前記部材が、前記被加工品用開口部の周りで回転するための前記回転子を支持するインサートである、装置。
【請求項４８】
請求項４６に記載の装置であって、前記バネ／ブラシが、一片として形成される、装置。
【請求項４９】
請求項４６に記載の装置であって、前記回転子を覆うためのマイカラミネートカバーをさらに備え、前記バネ／ブラシが、該カバーと係合し、該カバーと該回転子との間で作動する、装置。
【請求項５０】
請求項４６に記載の装置であって、前記部材および前記回転子が、予め設計された隙間を有さず、該部材での結合無しに、該回転子の膨張を適応させるように構成されている、装置。
【請求項５１】
請求項５０に記載の装置であって、前記回転子および前記突起の構成が、該回転子の半径方向の膨張に応答した該回転子の軸方向変位を生じる、装置。
【請求項５２】
請求項５１に記載の装置であって、前記回転子および前記部材の相互係合表面が、前記軸を横切り、そして該回転子の半径方向運動の第１方向を横切る角度で延びる、装置。
【請求項５３】
請求項４６に記載の装置であって、前記回転子および前記部材が、相互係合台形部分を有する、装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
（関連出願）
本出願は、２００３年８月１２日に出願された、米国仮出願番号６０／４８１，２１６の出願日の利益を主張し、この開示全体が、参考として援用される。
【背景技術】
【０００２】
（発明の背景）
円周溶接は、被加工品を溶接するときに、被加工品の周囲を回転する（周回する）電極を保持する溶接ヘッドを使用することを包含する。被加工品は、例えば、端部間を一緒に溶接するための端部部分を当接して有する２つの円筒形管であり得る。
【０００３】
公知の円周溶接機は、顎部間に開口部を規定する２つの顎部を有する溶接ヘッドを備える。溶接ヘッドは、顎部間の開口部を通して被加工品を移動させることによって、被加工品に対する溶接位置に配置される。次いで、被加工品は、回転子の内側の円形作業空間にある。回転子は、電極を有する。溶接ヘッドが作動する場合、回転子は、被加工品の周りで回転し、電極は、被加工品の周りを周回する。電極と被加工品との間に電気アークが作り出される。アークの熱は、接合部を被加工品上に溶接する。この一般的なタイプの溶接機を示す代表的な特許は、米国特許第４，３７９，２１５号および同第５，８４４，１９０号であり、この開示全体が、本明細書中において、参考として援用される。
【０００４】
アーク溶接プロセスは、かなりの量の熱を作り出す。多くの公知の円周溶接機が、内部冷却システムを有さず、熱を十分に放散しないプラスチック構成要素を利用する。これは、溶接ヘッドの任意のプラスチック構成要素を劣化させ得、これによって、溶接ヘッドが冷却されなければならなくなる前に、公知の溶接ヘッドが溶接され得る被加工品の数を制限する。他の公知の円周溶接機は、水冷システムまたは他の強制冷却システムを有する。
【０００５】
溶接プロセスの間に生成する熱はまた、公知の溶接ヘッドの部品の膨張を引き起こし得る。例えば、公知の溶接ヘッドの一部は、矩形断面構成を有する円形溝を備える。回転子は、相補的な矩形断面構成を有する円形突起を有する。回転子上の突起は、溝に受け入れられる。溝における突起のスリップフィット係合は、回転子の動きを制御し、ガイドする。公知の溶接ヘッドの部品が加熱し、膨張する場合、回転子の突起は、溝を含む公知の溶接ヘッドの一部に結合し得る。
【０００６】
結合を避けるための１つの方法は、回転子とインサートとの間により大きな隙間を加えることである；しかし、これは、一定のアーク間隙で周回しない電極を生じる。
【発明の開示】
【課題を解決するための手段】
【０００７】
（発明の要旨）
本発明は、さらなる隙間を必要としない、一定のアーク間隙を生じ、結合を生じない回転子とインサートの構成を提供する。従って、本発明の溶接ヘッドの設計によって、避けられない膨張を適応させるためのシステム内の余分な隙間を提供する必要性無しに、この使用に伴って生じる避けられない膨張が、許容される。結果として、より正確かつ一定の溶接が、過熱が問題になる前に、長期間にわたって得られ得る。
【０００８】
本発明は、円周溶接のためのいくつかの他の有利な特徴に関する。１つの特徴は、熱絶縁性および電気絶縁性のための、溶接ヘッドに対するカバーとしてのマイカラミネートの使用である。別の特徴は、金属ブラシ／バネおよび電極の全てが同じ電位を有する金属インサート全体である。示される実施形態において、これらの特徴のうちの１つより多くの組み合わせが示される。これらの特徴の任意の１つまたは組み合わせが、円周溶接ヘッドで使用され得、本発明の範囲内であると考えられることが理解されるべきである。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００９】
（本発明の説明）
本発明は、円周溶接ヘッドに関し、種々の異なる構成の溶接ヘッドに適用可能である。本発明の代表として、図１は、本発明の第１の実施形態に従った円周溶接ヘッド１０の一部を示す。
【００１０】
溶接ヘッド１０は、溶接ヘッドの基部として役立ち、溶接ヘッドの他の部品の多くを支持するインサート１４を備える。インサート１４は、溶接ヘッド１０の回転軸１８（図２）を中心とするほぼ円形の作業開口部１６を有する。２つの電気絶縁性縁部片２０は、示されない様式で、インサート１４に固定される。
【００１１】
インサート１４は、プラスチックから構成され得るが、好ましくは、電気伝導性の金属（例えば、ステンレス鋼、銅、または青銅）から作製される。金属は、代表的に、変形すること無く、プラスチックよりもより多くの熱を吸収し得、そして金属は、熱を吸収する場合、より安定である。結果として、インサート１４は、金属から作製される場合、比較的大きな熱量を吸収し得る。これによって、溶接ヘッド１０は、所定の期間でより多くの溶接を行い得る。
【００１２】
溶接ヘッド１０は、電気モーター駆動部のような駆動部（図示しない）から回転力を受容するための駆動歯車２２を備える。駆動歯車２２は、２つの遊び歯車２４とかみ合う。駆動歯車２２および遊び歯車２４は、インサート１４上の突起２６上に支持される。歯車２２および２４は、好ましくは、金属から作製される。
【００１３】
溶接ヘッド１０は、インサートを固定するために第１のカバー２８および第２のカバー２９を備える。カバー２８および２９は、耐熱性、電気絶縁性材料から作製される。１つの適切な材料は、高温プラスチック、またはフェノール材料である。別の適切な材料は、マイカラミネートである。
【００１４】
カバー２８および２９のための好ましい材料は、商標名Ｃｏｇｅｔｈｅｒｍ  Ｍで販売されるマイカラミネートである。この材料は、Ｃｏｇｅｂｉ，Ｉｎｃ．Ｃｒｏｓｂｙ  Ｒｏａｄ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｐａｒｋ，１４  Ｆａｒａｄａｙ  Ｄｒｉｖｅ，Ｄｏｖｅｒ  Ｎ．Ｈ．０３８２０の米国の施設で、Ｃｏｇｅｂｉ−Ｈｕｙｓｍａｎｓｌａａｎ，６５，Ｂ−１６５１  Ｌｏｔ−Ｂｅｌｇｉｕｍによって製造された。この材料は、いくつかの販売業者から入手可能である。１つは、Ｃｕｒｂｅｌｌ  Ｉｎｄｕｓｔｒｉａｌ  Ｐｌａｓｔｉｃｓ，２３１０３  Ｍｉｌｅｓ  Ｒｏａｄ，Ｃｌｅｖｅｌａｎｄ，ＯＨ  ４４１２８である。
【００１５】
Ｃｏｇｅｔｈｅｒｍ  Ｍの組成は、±９０％  Ｃｏｇｅｍｉｃａ  Ｍｕｓｃｏｖｉｔｅ、±１０％結合材料である。代替の材料は、Ｃｏｇｅｔｈｅｒｍ  Ｐである。Ｃｏｇｅｔｈｅｒｍ  Ｐの組成は、±９０％  Ｃｏｇｅｍｉｃａ−Ｐｈｌｏｇｏｐｉｔｅ  Ｍｕｓｃｏｖｉｔｅ、±１０％結合材料である。
【００１６】
化学的に、マイカは、アルミノ−シリケート組成物である。２つの主要なクラスが存在する：Ｍｕｓｃｏｖｉｔｅ（カリウムが優勢である場合）、またはＰｈｌｏｇｏｐｉｔｅ（マグネシウムが存在する場合）。マイカ鉱石は、特定の特性を有する：マイカ鉱石は、一定の厚みの非常に薄い薄層（シートまたは層）を与えるように切断され得る。好ましいマイカ材料は、いくつかのシートを含むラミネートである。
【００１７】
この材料は、所望の増加する溶接速度での溶接から生成される激しい熱に耐えるので、好ましい。好ましい材料は、Ｃｏｇｅｔｈｅｒｍ  Ｐについて１３００°Ｆ、Ｃｏｇｅｔｈｅｒｍ  Ｍについて９３２°Ｆの連続使用温度で評価される。この材料はまた、近接した溶接アークへの激しい曝露に耐える。この材料は、いくつかのプラスチックがそうであるような、上記条件下での変形または溶解はしない。
【００１８】
マイカラミネートは、この適用において使用される公知のプラスチックのいずれよりも耐え得ることが試験で見出されている。結果として、この材料は、円周溶接ヘッドに対するカバーとして使用される場合、溶接ヘッドが、所定の期間でより多くの溶接を行うことを助け得る。マイカラミネート材料は、溶接ヘッド１０の持続作動で経験する高熱条件下で、変形せず、それ以外で使用不可能にならない。
【００１９】
このマイカラミネート材料は、種々の適用についてのアスベストおよび他の絶縁板の代替物としての使用について公知である。このマイカラミネート材料は、その誘電特性および電気および腐食に対するその抵抗性のおかげで、高電圧器具において使用される。誘導およびアーク炉の構築において、Ｃｏｇｅｔｈｅｒｍは、その熱絶縁特性および電気絶縁特性、ならびに高周波に対するその透過性のために使用されている。アルミニウムおよび銅のディスクを調理具に真鍮付け（ｂｒａｚｉｎｇ）するための誘導熱装置の分野において、Ｃｏｇｅｔｈｅｒｍは、アスベスト−セメントプレートの代替物である。
【００２０】
マイカラミネートの公知の特性から、薄片化（低い剪断力）が問題であることが認められ得る。しかし、これは、この材料がこの適用においてシート形態で使用される場合では、見出されていない。
【００２１】
好ましいマイカラミネート材料は、プレートまたはシートのストックから機械加工される。この材料は、種々の厚みになる。最も密接なストックの厚みが選択され、次いで、適切な厚みに機械加工（粉砕）される。
【００２２】
溶接ヘッド１０は、さらに、回転子３０を備える。回転子３０は、軸１８の周りで電極を動かすために、インサートに対して軸１８の周りで回転するために、以下に記載される様式でインサート１４上に支持された電気伝導性金属部材である。回転子３０は、円形の内側周囲３２および外側周囲３４を含む、環状のＣ字型構成を有する。回転子３０の内側周囲３２は、溶接ヘッド１０の作業空間３６を規定し、この空間において、被加工品が、被加工品の溶接のために配置され得る。
【００２３】
回転子３０は、回転子の作業空間３６内への被加工品の移動を可能にするために、挿入開口部４０を形成するように間隔を開けて配置された２つの端部３８を有する。回転子３０の外側周囲３４は、外歯車として形成される。回転子３０上の外歯車は、遊び歯車２４とかみ合って、駆動部からの回転力を受容する。結果として、回転子３０は、回転力が駆動歯車２２に適用される場合に、回転する。
【００２４】
電極４２は、回転子とともに動くために回転子３０に固定される。電極４２は、回転子３０の内側周囲３２から作業空間３６内に半径方向内側に延びる。電極４２は、回転子３０と電気伝導性であり、同じ電気電位である。回転子３０が被加工品の周りを回転する場合、電極４２は、当該分野で公知の様式で、被加工品の溶接をもたらすために、被加工品の周りを運ばれる。
【００２５】
回転子３０は、絶縁体３１（図１および３）（好ましくは、セラミック材料から作製される）を有する。絶縁体３１は、電極４２と回転子３０との間でアークを発生する表皮効果を妨げるのに役立つ。回転子はまた、公知なように、溶接プロセスを補助するために、アルゴンガスを受容するためのノッチ（図示しない）を有し得る。
【００２６】
インサート１４は、回転子３０に面する、内側主要側面４４（図５）を有する。インサート１４は、その内側主要側面４４上に突起５０を備える。この突起５０は、軸１８の周りで回転するために、インサート１４上に回転子を位置付け、ガイドするのに役立つ回転子３０の一部である。突起５０は、図２のように、軸１８に沿った方向で見た場合、円形、Ｃ字型構成を有する。
【００２７】
突起５０の構成は、繰り返しの使用において溶接ヘッドの操作性を最大にするように選択される。突起５０は、本発明に従って異なる構成を有し得る。第１の実施形態を、図１〜５に示す。代替の実施形態を、図７および図１６〜１９に示し、以下で考察する。
【００２８】
図１〜５に示される実施形態において突起５０は、台形の構成（図６のように、断面で見た場合）を有する。台形の構成は、インサート１４の内側主要側面４４に対して平行に延びる平坦端面５２を備える。台形構成はまた、インサート１４の端面５２と内側主要側面４４との間で傾斜して延びる内側側面５４および外側側面５６を備える。
【００２９】
示される実施形態において、側面５４および５６は、端面５２および内側主要側面４４に対して約４５°で延びる。他の実施形態において、この角度は、４５°とは異なり得る。
【００３０】
回転子３０は、インサート１４の内側主要側面４４に面する主要側面５８（図５）を有する。回転子３０は、その主要側面５８上に溝またはトラック６０を備える。トラック６０は、インサート１４の一部であり、従って、溶接ヘッドの被加工品用開口部の周りでの回転のために回転子３０を位置付け、ガイドするのに役立つ溶接ヘッド１０の一部である。トラック６０は、インサート１４上の突起５０のＣ字型構成と同じ円形Ｃ字型構成を有する。
【００３１】
図１〜５に示される実施形態において、トラック６０は、台形構成（図５のように、断面で見た場合）を有する。トラック６０は、回転子３０の主要側面５８に平行に延びる回転子上の平坦端面６２によって規定される。トラック６０は、回転子の端面６２と主要側面５８との間で傾斜して延びる内側側面６４および外側側面６６によってさらに規定される。
【００３２】
示される実施形態において、トラック側面６４および６６は、端面６２および主要側面５８に対して約４５°で延びる。他の実施形態において、この角度は、４５°とは異なり得る。従って、示される実施形態において、トラック側面６４および６６の角度は、突起側面５４および５６の角度に対応し、このトラックの全体的な断面構成は、インサート１４上の突起５０の断面構成と対応する。他の実施形態において、以下に記載されるように、この角度は、異なり得、この対応は、必要ではない。
【００３３】
突起５０の端面５２の長さは、溝の端面６２の長さよりも長い。結果として、突起５６の外側端面５４および５６は、溝６０の側面６４と側面６６との間の距離よりも長い距離離れて配置されている。従って、その溝６０を有する回転子３０は、常に、インサート１４の突起５０の側面５４および５６の一方または両方に載っている。
【００３４】
回転子トラック６０の内側側面６４は、インサート突起５０の内側側面５４上に載る。回転子トラック６０の外側側面６６は、インサート突起５０の外側側面５６上に載る。結果として、インサート１４上の突起５０は、インサートに対して回転するために回転子３０を支持する。
【００３５】
インサート突起５０と回転子トラック６０との間の係合はまた、回転子３０を、インサート１４上に半径方向に位置付け、その結果、回転子の作業空間３６は、インサートの作業開口部１６と同心である。インサート突起５０と回転子トラック６０との間の係合は、これによって、被加工品の溶接の間、軸１８を中心として、円形経路での回転のために電極４２を支持する。
【００３６】
金属インサート１４は、図示されない様式で（例えば、縁部片２０の開口部を通る電気的接続によって）溶接電流を受容する。結果として、インサート１４は、重溶接（ｆｕｌｌ  ｗｅｌｄｉｎｇ）電位である。
【００３７】
金属インサート１４上の金属回転子３０の当接係合は、インサートから回転子へと流れる電流のための経路を作り出す。結果として、回転子３０もまた、重溶接電位である。回転子３０に固定された電極４２も同様である。金属遊び歯車２４および金属駆動歯車２２もまた重溶接電位である。
【００３８】
溶接ヘッド１０は、さらに、ブラシ７０（図１、４および８〜９）を備える。ブラシ７０は、インサート１４に対して軸方向に回転子３０を押しやる（従って、回転子は、「側方装填」回転子である）。ブラシ７０はまた、回転子３０に対して電気を伝導するのに役立ち得る。本発明に従う溶接ヘッドは、例えば、以下の図１０〜１５に示され、これらの図面を参照して記載される、代替のブラシ設計を備え得る。
【００３９】
図８および９に示される特定のブラシ７０は、図９のように見た場合、ほぼＵ字型構成またはＣ字型構成を有する一片の部材である。ブラシ７０は、電気伝導性の金属から作製される。Ｃ字型構成は、軸１８を中心とする。
【００４０】
ブラシ７０は、Ｃ字型外側部分７４およびＣ字型内側部分７６を有する。ブラシの外側部分７４は、１つの平面にあり、２つのアーム７８を備える。外側ブラシ部分７４は、インサート１４との、ブラシ７０の電気的および機械的接続のために、アーム７８の端部に２つの耳部８０を備える。
【００４１】
ブラシ７０の内側部分７６は、外側部分７４と同心であるが異なる平面にある環状構成で形成される。４つのバネアーム８２は、ブラシ７０の外側部分７４と内側部分７６との間に延び、それらを相互接続する。バネアーム８２は、弾性であり、ブラシを位置付けるのに役立つ。
【００４２】
ブラシ７０は、回転子３０と第１のカバー２８との間に配置されるように、溶接ヘッド１０内に組み立てられる。ブラシ７０の内側部分７６は、回転子３０と接触する。ブラシ７０の外側部分７４は、第１のカバー２８と接触する。ブラシ７０のバネアーム８２は、第１のカバー２８から離れるように、ブラシの内側部分７６を弾性的に押しやる。ブラシ７０の内側部分７６は、回転子３０と係合するように押しやられ、バネアーム８２の力を回転子内に伝達する。
【００４３】
バネアーム８２の力は、回転子３０によって伝達される場合、回転子を、インサート１４との堅い係合へと押しやる傾向を有する。詳細には、この力は、図６に示されるように、回転子トラック６０を、インサート突起５０との堅い係合へと押しやる傾向がある。結果として、物理的接触は、回転子３０とインサート１４との間で維持され、従って、溶接ヘッド１０内でのアーク発生の可能性を最小化する。
【００４４】
ブラシ７０と回転子３０との係合はまた、回転子へ、従って、電極４２へと流れる電流の別の流路を提供する。これは、ブラシ７０が電気伝導性材料（例えば、銅）から作製され、インサート１４と同じ電気電位であるため、生じる。あるいは、ブラシ７０は、非伝導性材料から作製され得る。ブラシ７０が非伝導性材料から作製された場合、ブラシは、依然として、回転子３０が、インサート１４と物理的および電気的接触を維持するのに役立つ。インサート１４が金属でない場合、ブラシ７０は、回転子３０への電流の流路を提供するために金属性であることが必要である。
【００４５】
溶接ヘッド１０が操作される場合、熱が発生する。溶接ヘッド１０の部分（インサート１４および回転子３０を含む）が加熱され、結果として、膨張する。この膨張によって、回転子３０がインサート１４に結合しないことが望ましい。
【００４６】
インサート突起５０と回転子トラック６０の構成は、回転子３０のインサート１４への結合の可能性を最小にする。詳細には、溶接ヘッド１０の部分が図５に示されるような非膨張状態にある場合、回転子トラック６０の内側側面６４と外側側面６６の両方が、インサート突起５０と接触する。その後、回転子３０がインサート１４よりも大きく膨張した場合、回転子のトラック６０は、図６に示されるように、インサート突起５０に対して半径方向外向きに移動する。トラック６０の側面６４および６６のうちの１つのみが、インサート突起５０と接触したままである（示される場合において、側面６４）。回転子３０およびその溝６０はまた、上方（軸１８に対して平行な方向）および側方に（示される実施形態において、台形の４５°の角度に起因して、（回転子の各側面において）同じ量で側方および上方に）、移動する。
【００４７】
インサート突起５０およびトラック６０が４５°以外の角度の側面を有する場合、垂直移動および水平移動の相対量が異なる。例えば、内側主要側面４４と角度の付いた側面５４および５６との間の角度がより大きいと、半径方向の移動に対する軸方向の移動がより大きくなる。しかし、角度が９０°に近づくにつれて、結合がより起こりやすくなる。対照的に、内側主要側面４４と角度の付いた側面５４および５６との間の角度がより小さくなると、半径方向の移動に対する軸方向の移動が減少する。しかし、角度が０°に近づくにつれて、トラック６０が突起５０を飛び出る傾向が増加する。４５°の角度は、実際に、結合の最小化と軸移動の最小との間の平均を提供するので、現在好ましい。
【００４８】
回転子３０の上方（軸方向）移動は、熱および膨張とともに必然的に生じる側方移動を適応させるために、許容される。しかし、上方移動の量は、電極４２を被加工品に対して軸方向に遠くに移動させることを避けるために、望ましくは、最小にされる。台形形状によって生じる４５°の角度が好ましい実施形態として示されるが、他の角度が溶接ヘッドサイズおよび他の因子に依存して、特定の適用において最適であり得ることが理解されるべきである。本発明は、全てのこのような改変を包含することを意図する。
【００４９】
従って、回転子３０が熱のため膨張する場合、回転子は、インサート１４上への回転子の結合を引き起こし得る位置に移動せず（または再構成されず）、代わりに、インサート突起５０に沿って自由に載り続ける。本発明の台形（または三角形）トラック６０は、回転子３０が台形または三角形の突起５０の角度の付いた側面５４および５６に載るので、結合しない。
【００５０】
回転子３０が膨張する場合、トラック６０は、軸１８から離れるように、半径方向外側に移動する。この膨張が膨張方向に垂直な２つの表面と係合を引き起こす場合、回転子３０は、垂直に移動を引き起こさない。このような膨張は、結果として、回転子３０とインサート１４との間の結合を引き起こし得る。
【００５１】
本発明によって、トラック６０および突起５０の構成は、回転子３０の半径方向の膨張によって生じる力が回転子の垂直方向の移動を生じるように選択される。これによって、回転子とインサート１４との間に大きすぎる隙間を提供する必要性無しに、回転子の膨張が可能である。
【００５２】
詳細には、回転子３０の係合表面６４および突起５０の５４は、回転子の膨張歩行に対して垂直でも平行でもない。従って、回転子３０の膨張およびインサート突起５０とのその係合は、合力の水平成分および垂直成分の両方を生じる。結果として、回転子３０は、垂直および水平に移動（変位）する。これによって、回転子３０は、インサート突起５０上に結合しない位置に移動し得る。
【００５３】
代表的に、回転子３０は、インサート１４よりも膨張する。なぜなら、溶接の間、回転子がより多くの熱を吸収するからである。インサート１４が回転子３０よりも膨張する場合、突起５０およびトラック６０の相対的な半径方向の位置は、図６に示されるようにならず、逆になる。すなわち、インサート１４上の突起５０の中心が、回転子上のトラック６０の中心から半径方向外向きに配置される。この場合、インサート突起５０の外側側面５６は、回転子トラック６０の外側表面６６と係合し、インサート上に回転子が結合することなく、インサート１４と回転子３０との間の電気的接触を確立し、維持する。
【００５４】
電極４２と被加工品との間のアーク間隙（ａｒｃ  ｇａｐ）は、隙間が回転子とインサート突起５０との間に存在しない場合でさえ、回転子３０がこのように記載されるように膨張する場合、中心に留まる。対照的に、矩形トラックを有する溶接ヘッドは、結合を避けるために、回転子とインサート突起５０との間に隙間（間隙）を必要とする。このような間隙の存在は、回転子が被加工品と同心的に戻らず、不正確な電極の位置付けが生じ得ることを意味し得る。
【００５５】
本発明の突起およびトラックの構成は、好ましくは、予め設計された隙間を有さない。従って、回転子の「こぼれ（ｓｌｏｐ）」も自由な遊びも無い。なぜなら、これは、より正確な溶接を提供し得る。予め設計された隙間は、回転子が、半径方向に膨張する場合、軸方向に自由に動き、従って、結合することなく膨張に適応するので、排除され得る。
【００５６】
突起５０の構成がトラック６０の構成と類似するので、突起およびトラックは、単に線の接触ではなく、面積での接触を適用する嵌合表面を有する。回転子３０とインサート１４との間の接触の表面積をこの様式で大きくすることによって、より良い電気的接触が提供され、またユニット装填を減少するので、摩耗が減少する。本発明の非結合トラック特徴が、金属回転子とともにプラスチックインサートを使用する溶接ヘッドに適用可能であることが理解されるべきである。
【００５７】
図７は、本発明の第２の実施形態に従う溶接ヘッド１０ａの一部を示す。溶接ヘッド１０ａにおいて、突起およびトラックの位置が逆である。詳細には、インサート１４ａは、台形溝またはトラック６０ａを有するが、回転子３０ａは、トラック内に受容される台形突起５０ａを有する。インサート１４ａのトラック６０ａの回転子３０ａの突起５０ａとの係合は、インサートに対して回転子を位置付ける。この係合はまた、部品が加熱され、上記のように不均一に膨張する場合でさえ、回転子３０ａとインサート１４ａとの間の電気的接触を維持する。
【００５８】
図１０および１１は、代替の一片のブラシ／バネまたはブラシ９０を示す。ブラシ９０は、電気伝導性材料（例えば、金属）から一片として形成される。ブラシは、図１０で平面で見た場合、全体的にＣ字型の構成を有する。
【００５９】
ブラシは、内側部分、またはブラシ部分９２、ならびに外側部分、またはバネ部分９４を有する。ブラシ９０の内側部分９２は、１つの平面にある。ブラシ９０の内側部分９２の内側末梢縁部が、９６において示されるように上側に曲がり、内側部分を強化するためのリムを形成し得る。
【００６０】
２つの半径方向に突出するタブ９８は、内側部分９２を外側部分９４と接続する。外側部分９４は、内側部分９２の平面から外に曲がり、２つのタブ９８から延びる４つの正確なバネアーム１００として形成される。バネアーム１００は、弾性であり、従って、ブラシ９０を位置付けるのに役立つ。
【００６１】
ブラシ９０は、ブラシ７０の代わりに、図１の溶接ヘッド１０において使用可能である。ブラシ９０が溶接ヘッド１０において組み立てられる場合、ブラシの内側部分またはブラシ部分９２は、回転子３０と接触する。ブラシ９０のバネ部分９４（すなわち、バネアーム１００のグループ）は、第１のカバー２８と接触する。ブラシ９０は、上記されるように、回転子３０を軸方向に位置付け、それをインサート１４と接触させ、また回転子に対する電気の流路を提供するのを助ける。
【００６２】
図１２および１３は、代替の一片のブラシ／バネまたはブラシ１１０を示す。ブラシ１１０は、電気伝導性材料（例えば、金属）から一片として形成される。ブラシ１１０は、図１２で平面で見た場合、全体的にＵ字型の構成を有する。
【００６３】
ブラシ１１０は、内側主要側面１１４および外側主要側面１１６を有するほぼ平面の主要本体部分１１２を有する。ブラシ１１０の主要本体部分１１２は、ブラシをインサート１４へ固定するための固定具開口部を備える２つの端部１１８を有する。ブラシ１１０は、ブラシの内側主要側面１１４が回転子３０と当接して係合するように、溶接ヘッド１０内に組み立てられる。溶接ヘッド１０で組み立てられる場合、ブラシ１１０は、インサート１４と同じ電気電位である。
【００６４】
ブラシ１１０は、さらに、１つ以上のバネフィンガー１２０を備える。バネフィンガー１２０は、ブラシ１１０の主要本体部分１１２とともに、一片として形成される弾性部材である。バネフィンガー１２０は、ブラシ１１０の主要本体部分１１２から外向きに曲がり、示されるように、ブラシの外側表面１１６上のＬ字型突出を形成する。示される実施形態において、３つのバネフィンガー１２０が提供される。バネフィンガー１２０をブラシ１１０の一部として形成することは、製造を簡単にする。別々の小さなバネは、操作および組み立てが困難であり得るので、これは、組み立てを簡単にする。
【００６５】
ブラシ１１０は、ブラシ７０の代わりに、図１の溶接ヘッド１０において使用可能である。ブラシ１１０が溶接ヘッド１０において組み立てられる場合、ブラシの主要本体部分１１２は、回転子３０と接触する。ブラシ１１０のバネ部分１２０は、第１のカバー２８と接触する。ブラシ１１０は、上記されるように、回転子３０を軸方向に位置付け、それをインサート１４と接触させ、また回転子に対する電気の流路を提供するのを助ける。
【００６６】
図１４および１５は、ブラシ１３０および複数の別々のバネ１３２を備える代替のブラシ／バネ設計を示す。ブラシ１３０は、電気伝導性材料（例えば、金属）から一片として形成される。ブラシ１３０は、図１２で平面で見た場合、全体的にＵ字型の構成を有する。ブラシ１３０は、ブラシをインサート１４へ固定するための固定具開口部を備える２つの端部１３０を有する。ブラシ１３０は、回転子３０と当接して係合するように、溶接ヘッド１０内に組み立てられる。溶接ヘッド１０で組み立てられる場合、ブラシ１３０は、インサート１４と同じ電気電位である。
【００６７】
図１４および１５の示される実施形態において、３つのブラシバネ１３２が提供される。ブラシバネ１３２は、ブラシ１３０と第１のカバー２８との間に配置される。ブラシバネ１３２は、第１のカバー２８とブラシ１３０との間で作動する弾性部材であり、ブラシを第１のカバーから離れるように押しやる。ブラシ１３０は、回転子３０と係合するように押しやられ、ブラシバネ１３２の回転子への力を伝達する。
【００６８】
ブラシバネ１３２の力は、回転子３０を、インサート１４への緊密な係合にする傾向がある。詳細には、この力は、回転子トラック６０を、インサート突起５０と緊密な係合にする傾向がある。結果として、物理的接触が、回転子３０とインサート１４との間で維持され、従って、溶接ヘッド１０内でのアーク発生の可能性を最小化する。
【００６９】
図１〜９とともに上に考察されるように、回転子とインサート１４との間に大きすぎる初期の隙間を必要としない、回転子の膨張は、第１の実施形態に示されるトラックおよび突起の構成で得られる。代替の実施形態が可能である。所定の溶接ヘッドについて選択された特定の構成は、予測された膨張に基づいて、選択される。図１６〜１９は、インサート突起および回転子トラックについての多くの可能な代替の構成のうちの少しを示す。
【００７０】
この例は、図１６に示され、この図は、各々が、丸い（弓形またはそれ以外で湾曲した）プロフィールを有する、トラック１４２および突起１４４を備える溶接ヘッド１４０を示す。トラック１４２は、突起１４４上に湾曲した外側表面１４８を当接して係合する湾曲表面１４６を有する。２つの湾曲した表面１４６および１４８の曲率半径は、異なり、結合を最小化し、熱に起因して回転子が側方に膨張する場合に、回転子がインサート上を軸方向に移動することを可能にする。
【００７１】
互いに係合する２つの表面（回転子上のトラック表面およびインサート上の突起表面）は、非嵌合表面であり得る。すなわち、トラック構成は、突起のトラック構成と同じである必要はない。（上記第１の実施形態において、トラックの台形の構成または三角形の構成は、同一または類似であり、突起の構成と嵌合する）。この例は、図１７に示すように、台形のトラック１５０と矩形の突起１５２との組み合わせ；あるいは、図１８に示されるように、矩形のトラック１５４と環状突起１５６の組み合わせである。他の可能なプロフィールとしては、放物線もしくは双曲線のプロフィール、または内巻き（ｉｎｖｏｌｕｔｅ）のような連続して変わる湾曲が挙げられる。
【００７２】
トラックおよび突起の他の潜在的な組み合わせは、図１９に示される。図１９は、無数の可能なプロフィールおよびプロフィールの組み合わせのいくつかを示すマトリクスである。左の列は、突起またはトラックの内側側面についての可能な構成を示し、上部は、突起またはトラックの外側側面についての可能な構成を示す。好ましいプロフィールの組み合わせは、一般的に、線の接触よりも面の接触を生じ、半径方向運動の結果として妥当な量の軸方向の移動を生じるものである。
【００７３】
本発明は、空冷軌道溶接ヘッド、水冷軌道溶接ヘッド、および他の強制冷却技術を使用する軌道溶接ヘッドに適用可能である。他のバリエーションも可能である。例えば、トラックは、示されるもの以外（すなわち、インサート以外）の部材上に形成され得る。このような変更および改変は、添付の特許請求の範囲によって網羅されることが意図される。
【図面の簡単な説明】
【００７４】
【図１】図１は、本発明の第１の実施形態に従った溶接ヘッドの分解斜視図である。
【図２】図２は、図１の溶接ヘッドの一部を形成する金属インサートおよび回転子の平面図である。
【図３】図３は、図２のほぼライン３−３に沿って切断された断面図である。
【図４】図４は、溶接ヘッドの他の部分を追加した、図２に類似した平面図である。
【図５】図５は、図３の溶接ヘッドの一部の拡大断面図であり、溶接ヘッドの部分を非膨張状態で示す。
【図６】図６は、溶接ヘッドの一部を膨張状態で示す、図５に類似した図である。
【図７】図７は、本発明の第２の実施形態に従った、溶接ヘッドの図５に類似した図である。
【図８】図８は、図１の溶接ヘッドの一部を形成するブラシ／バネアセンブリの斜視図である。
【図９】図９は、図８のブラシ／バネアセンブリの平面図である。
【図１０】図１０は、本発明の第３の実施形態に従うブラシ／バネアセンブリの平面図である。
【図１１】図１１は、図１０のブラシ／バネアセンブリの斜視図である。
【図１２】図１２は、本発明の第４の実施形態に従ったブラシ／バネアセンブリの平面図である。
【図１３】図１３は、図１２のブラシ／バネアセンブリの斜視図である。
【図１４】図１４は、本発明の第５の実施形態に従ったブラシ／バネアセンブリの平面図である。
【図１５】図１５は、図１４のブラシ／バネアセンブリの斜視図である。
【図１６】図１６は、本発明の第６の実施形態に従った溶接ヘッドの一部の図５に類似した拡大断面図である。
【図１７】図１７は、本発明の第７の実施形態に従った溶接ヘッドの一部の図５に類似した拡大断面図である。
【図１８】図１８は、本発明の第８の実施形態に従った溶接ヘッドの一部の図５に類似した拡大断面図である。
【図１９】記載無し
【図１】
2007502211.tif 000003
【図２】
2007502211.tif 000004
【図３】
2007502211.tif 000005
【図４】
2007502211.tif 000006
【図５】
2007502211.tif 000007
【図６】
2007502211.tif 000008
【図７】
2007502211.tif 000009
【図８】
2007502211.tif 000010
【図９】
2007502211.tif 000011
【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
2007502211.tif 000015
【図１４】
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【図１５】
2007502211.tif 000017
【図１６】
2007502211.tif 000018
【図１７】
2007502211.tif 000019
【図１８】
2007502211.tif 000020
【図１９】
2007502211.tif 000021
【国際調査報告】
2007502211.tif 000022
2007502211.tif 000023
2007502211.tif 000024
2007502211.tif 000025
2007502211.tif 000026