(57)【要約】【課題】  従来の溶接用冶具では、ワーク寸法のばらつきにより溶接位置がずれ、製品の出来栄えがばらついてしまう場合があった。【解決手段】  互いに溶接される第１の溶接部および第２の溶接部を有する被溶接材１が載せられる被溶接材搭載面６を有するベース冶具２と、被溶接材搭載面６の決められた位置に決められた方向に固定された位置決め軸３と、第１の溶接部と第２の溶接部が互いに接する決められた位置に被溶接材１を配置する被溶接材１の端部１２が入るテーパ付き溝２３と、位置決め軸３が挿入される決められた位置に設けられた位置決め穴１５とを有するフタ冶具４と、被溶接材１の端部１２がテーパ付き溝１３に入り、かつ位置決め穴１５に位置決め軸３が挿入された状態で被溶接材１にかぶせられたフタ冶具４をベース冶具２に対して決められた位置に固定するフタ固定具５を備える。【選択図】  図５
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
互いに溶接される第１の溶接部および第２の溶接部を有する被溶接材が載せられる被溶接材搭載面を有するベース冶具と、
前記被溶接材搭載面の決められた位置に決められた方向に固定された位置決め軸と、
前記第１の溶接部と前記第２の溶接部が互いに接する決められた位置に前記被溶接材を配置する前記被溶接材の端部が入るテーパ付き溝と、前記位置決め軸が挿入される決められた位置に設けられた位置決め穴とを有するフタ冶具と、
前記被溶接材の前記端部が前記テーパ付き溝に入り、かつ前記位置決め穴に前記位置決め軸が挿入された状態で前記被溶接材にかぶせられた前記フタ冶具を前記ベース冶具に対して決められた位置に固定するフタ固定具とを備えた溶接用冶具。
【請求項２】
前記フタ冶具には前記テーパ付き溝が存在しない側の面に前記被溶接材搭載面が設けられており、
前記ベース冶具および前記フタ冶具に設けられた前記被溶接材搭載面に載せられた複数の前記被溶接材のそれぞれにかぶせられた複数の前記フタ冶具のそれぞれを、前記テーパ付き溝に前記端部が入り、かつ前記位置決め穴に前記位置決め軸が挿入された状態で、前記ベース冶具に対して決められた位置に前記フタ固定具が固定することを特徴とする請求項１に記載の溶接用冶具。
【請求項３】
前記被溶接材が、前記第１の溶接部と前記第２の溶接部とが互いに接するように折り曲げられた板材であることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の溶接用冶具。
【請求項４】
溶接される第１の溶接部を有する第１の被溶接材が載せられる被溶接材搭載面を有するベース冶具と、
前記ベース冶具の前記被溶接材搭載面の決められた位置に決められた方向に固定された位置決め軸と、
前記第１の被溶接材を前記被溶接材搭載面の決められた位置に固定する搭載面固定具と、
前記第１の溶接部と溶接される第２の溶接部を有する、前記第１の被溶接材に載せられた第２の被溶接材を、前記第１の溶接部と前記第２の溶接部とが互いに接する決められた位置に配置する前記第２の被溶接材の端部が入るテーパ付き溝と、前記位置決め軸が挿入される決められた位置に設けられた位置決め穴とを有するフタ冶具と、
前記第２の被溶接材の前記端部が前記テーパ付き溝に入り、かつ前記位置決め穴に前記位置決め軸が挿入された状態で前記第２の被溶接材にかぶせられた前記フタ冶具を前記ベース冶具に対して決められた位置に固定するフタ固定具とを備えた溶接用冶具。
【請求項５】
前記フタ冶具には前記テーパ付き溝が存在しない側の面に前記被溶接材搭載面が設けられており、
前記ベース冶具および前記フタ冶具に設けられた前記被溶接材搭載面に載せられ前記搭載面固定具で決められた位置に固定された複数の前記第１の被溶接材にそれぞれ載せられた複数の前記第２の被溶接材のそれぞれにかぶせられた複数の前記フタ冶具のそれぞれを、前記テーパ付き溝に前記端部が入り、かつ前記位置決め穴に前記位置決め軸が挿入された状態で、前記ベース冶具に対して決められた位置に前記フタ固定具が固定することを特徴とする請求項４に記載の溶接用冶具。
【請求項６】
前記第１の被溶接材が板材であり、前記第２の被溶接材が管であり、前記管と前記板材が接する部分が前記第１の溶接部および前記第２の溶接部であることを特徴とする請求項４または請求項５に記載の溶接用冶具。
【請求項７】
前記ベース冶具が、前記自動溶接機の前記位置決め装置に着脱可能に取付けられる溶接機取付け部を有することを特徴とする請求項１から請求項６のいずれか１項に記載の溶接用冶具。
【請求項８】
互いに溶接される第１の溶接部および第２の溶接部を有する被溶接材を被溶接材搭載面に載せる搭載工程と、
前記被溶接材の端部をフタ冶具の決められた位置に設けられたテーパ付き溝に入れ、ベース冶具に設けられた前記被溶接材搭載面の決められた位置に決められた方向に固定された位置決め軸を前記フタ冶具の決められた位置に設けられた位置決め穴に挿入して、前記フタ冶具を前記被溶接材にかぶせるフタ付け工程と、
前記被溶接材を挟んで前記フタ冶具を前記ベース冶具に対して決められた位置にフタ固定具で固定するフタ固定工程と、
前記ベース冶具が自動溶接機の位置決め装置に取り付けられた状態で、前記自動溶接機で前記第１の溶接部と前記第２の溶接部とを溶接する溶接工程とを有する溶接方法。
【請求項９】
前記搭載工程を前記フタ冶具の前記テーパ付き溝が存在しない側の面に設けられた前記被溶接材搭載面に対して実施し、前記フタ冶具の前記被溶接材搭載面に載せられた前記被溶接材に対して前記フタ付け工程を実施することを少なくとも１回は実施した後に前記フタ固定工程を実施することを特徴とする請求項８に記載の溶接方法。
【請求項１０】
前記自動溶接機の前記位置決め装置に着脱可能に取付けられる前記ベース冶具が有する溶接機取付け部を前記位置決め装置に取付けるベース取付け工程と、
前記ベース冶具の前記溶接機取付け部を前記位置決め装置から取外すベース取外し工程と、
前記フタ固定具による固定を解除し、溶接後の前記被溶接材を取出す被溶接材取出し工程とをさらに有し、
前記ベース冶具、前記フタ冶具および前記フタ固定具を含む少なくとも２組の溶接用冶具を用い、
前記ベース取付け工程、前記溶接工程および前記ベース取外し工程を１組の前記溶接用冶具を用いて、前記搭載工程、前記フタ付け工程および前記フタ固定工程を他の組の前記溶接用冶具を用いて、並行して実施することを特徴とする請求項８または請求項９に記載の溶接方法。
【請求項１１】
溶接される第１の溶接部を有する第１の被溶接材を被溶接材搭載面に載せる第１の搭載工程と、
前記第１の被溶接材を前記被溶接材搭載面の決められた位置に搭載面固定具で固定する搭載面固定工程と、
前記第１の被溶接材の上に前記第１の溶接部と溶接される第２の溶接部を有する第２の被溶接材を前記第１の溶接部と前記第２の溶接部とが互いに接するように載せる第２の搭載工程と、
前記第２の被溶接材の端部をフタ冶具の決められた位置に設けられたテーパ付き溝に入れ、ベース冶具に設けられた前記被溶接材搭載面の決められた位置に決められた方向に固定された位置決め軸を前記フタ冶具の決められた位置に設けられた位置決め穴に挿入して、前記フタ冶具を前記第２の被溶接材にかぶせるフタ付け工程と、
前記第１の被溶接材および前記第２の被溶接材を挟んで前記フタ冶具を前記ベース冶具に対して決められた位置にフタ固定具で固定するフタ固定工程と、
前記ベース冶具が自動溶接機の位置決め装置に取り付けられた状態で、前記自動溶接機で前記第１の溶接部と前記第２の溶接部とを溶接する溶接工程とを有する溶接方法。
【請求項１２】
前記第１の搭載工程を前記フタ冶具の前記テーパ付き溝が存在しない側の面に設けられた前記被溶接材搭載面に対して実施し、前記フタ冶具の前記被溶接材搭載面に載せられた前記第１の被溶接材に対して前記搭載面固定工程と前記第２の搭載工程を実施し、前記フタ冶具の前記被溶接材搭載面に載せられた前記第１の被溶接材に載せた前記第２の被溶接材に対して前記フタ付け工程を実施することを少なくとも１回は実施した後に前記フタ固定工程を実施することを特徴とする請求項１１に記載の溶接方法。
【請求項１３】
前記自動溶接機の前記位置決め装置に着脱可能に取付けられる前記ベース冶具が有する溶接機取付け部を前記位置決め装置に取付けるベース取付け工程と、
前記ベース冶具の前記溶接機取付け部を前記位置決め装置から取外すベース取外し工程と、
前記フタ固定具による固定を解除し、溶接後の前記被溶接材を取出す被溶接材取出し工程とをさらに有し、
前記ベース冶具、前記フタ冶具および前記フタ固定具を含む少なくとも２組の溶接用冶具を用い、
前記ベース取付け工程、前記溶接工程および前記ベース取外し工程を１組の前記溶接用冶具を用いて、前記第１の搭載工程、前記搭載面固定工程、前記第２の搭載工程、前記フタ付け工程および前記フタ固定工程を他の組の前記溶接用冶具を用いて、並行して実施することを特徴とする請求項１１または請求項１２に記載の溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
この発明は、自動溶接機で溶接する際の溶接されるワークの位置決めに使用する溶接用冶具と、この溶接用冶具を用いた溶接方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来技術として、フランジ継手付き配管のフランジと管とを溶接することができる溶接用位置決め装置、溶接装置及び溶接方法がある（特許文献１参照）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開２０１３−１８０４７
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
フランジ継手付き配管のフランジと管とを溶接することができる溶接用位置決め装置では、適用できる形状が限られている。また、ワーク寸法のばらつきにより溶接位置がずれることに関しては、対策がとられていない。溶接位置がずれてしまうため、製品の出来栄えがばらついてしまうことが課題であった。
【０００５】
本発明は、上記のような問題点を解決するためになされたものであり、溶接位置のばらつきを抑制することができる溶接用冶具を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
この発明に係る溶接用冶具は、互いに溶接される第１の溶接部および第２の溶接部を有する被溶接材が載せられる被溶接材搭載面を有するベース冶具と、前記被溶接材搭載面の決められた位置に決められた方向に固定された位置決め軸と、前記第１の溶接部と前記第２の溶接部が互いに接する決められた位置に前記被溶接材を配置する前記被溶接材の端部が入るテーパ付き溝と、前記位置決め軸が挿入される決められた位置に設けられた位置決め穴とを有するフタ冶具と、前記被溶接材の前記端部が前記テーパ付き溝に入り、かつ前記位置決め穴に前記位置決め軸が挿入された状態で前記被溶接材にかぶせられた前記フタ冶具を前記ベース冶具に対して決められた位置に固定するフタ固定具とを備えたものである。
【０００７】
また、溶接される第１の溶接部を有する第１の被溶接材が載せられる被溶接材搭載面を有するベース冶具と、前記ベース冶具の前記被溶接材搭載面の決められた位置に決められた方向に固定された位置決め軸と、前記第１の被溶接材を前記被溶接材搭載面の決められた位置に固定する搭載面固定具と、前記第１の溶接部と溶接される第２の溶接部を有する、前記第１の被溶接材に載せられた第２の被溶接材を、前記第１の溶接部と前記第２の溶接部とが互いに接する決められた位置に配置する前記第２の被溶接材の端部が入るテーパ付き溝と、前記位置決め軸が挿入される決められた位置に設けられた位置決め穴とを有するフタ冶具と、前記第２の被溶接材の前記端部が前記テーパ付き溝に入り、かつ前記位置決め穴に前記位置決め軸が挿入された状態で前記第２の被溶接材にかぶせられた前記フタ冶具を前記ベース冶具に対して決められた位置に固定するフタ固定具とを備えたものである
【０００８】
この発明に係る溶接方法は、互いに溶接される第１の溶接部および第２の溶接部を有する被溶接材を被溶接材搭載面に載せる搭載工程と、前記被溶接材の端部をフタ冶具の決められた位置に設けられたテーパ付き溝に入れ、ベース冶具に設けられた前記被溶接材搭載面の決められた位置に決められた方向に固定された位置決め軸を前記フタ冶具の決められた位置に設けられた位置決め穴に挿入して、前記フタ冶具を前記被溶接材にかぶせるフタ付け工程と、前記被溶接材を挟んで前記フタ冶具を前記ベース冶具に対して決められた位置にフタ固定具で固定するフタ固定工程と、前記ベース冶具が自動溶接機の位置決め装置に取り付けられた状態で、前記自動溶接機で前記第１の溶接部と前記第２の溶接部とを溶接する溶接工程とを有するものである。
【０００９】
また、溶接される第１の溶接部を有する第１の被溶接材を被溶接材搭載面に載せる第１の搭載工程と、前記第１の被溶接材を前記被溶接材搭載面の決められた位置に搭載面固定具で固定する搭載面固定工程と、前記第１の被溶接材の上に前記第１の溶接部と溶接される第２の溶接部を有する第２の被溶接材を前記第１の溶接部と前記第２の溶接部とが互いに接するように載せる第２の搭載工程と、前記第２の被溶接材の端部をフタ冶具の決められた位置に設けられたテーパ付き溝に入れ、ベース冶具に設けられた前記被溶接材搭載面の決められた位置に決められた方向に固定された位置決め軸を前記フタ冶具の決められた位置に設けられた位置決め穴に挿入して、前記フタ冶具を前記第２の被溶接材にかぶせるフタ付け工程と、前記第１の被溶接材および前記第２の被溶接材を挟んで前記フタ冶具を前記ベース冶具に対して決められた位置にフタ固定具で固定するフタ固定工程と、前記ベース冶具が自動溶接機の位置決め装置に取り付けられた状態で、前記自動溶接機で前記第１の溶接部と前記第２の溶接部とを溶接する溶接工程とを有するものである
【発明の効果】
【００１０】
本発明により、溶接位置のばらつきを抑制することができ、溶接された溶接方法製品の品質向上や均質化をすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】この発明の実施の形態１に係る溶接用冶具を使用した自動溶接システムの全体構成を説明する図である。
【図２】この発明の実施の形態１に係る溶接用冶具のベース冶具の構造を説明する図である。図２(a)が平面図であり、図２(b)が正面図であり、図２(c)が側面図である。
【図３】この発明の実施の形態１に係る溶接用冶具が対象とするワークの斜視図である。
【図４】この発明の実施の形態１に係る溶接用冶具のフタ冶具の構造を説明する図である。図４(a)が上から見た平面図であり、図４(b)が図４(a)に示したＡ−Ａ断面での垂直断面図であり、図４(c)が下から見た平面図である。
【図５】この発明の実施の形態１に係る溶接用冶具によりワークを固定した場合の断面図である。
【図６】この発明の実施の形態１に係る溶接用冶具においてフタ冶具に設けたテーパ付き溝によりワークを位置決めする原理を説明する図である。
【図７】この発明の実施の形態１に係る溶接用冶具を用いた溶接方法の手順を説明するフローチャートである。
【図８】この発明の実施の形態１に係る溶接用冶具を用いた溶接方法において１個のワークを搭載した状態を説明する斜視図である。
【図９】この発明の実施の形態１に係る溶接用冶具を用いた溶接方法において１組のワークおよびフタ冶具を搭載した状態を説明する斜視図である。
【図１０】この発明の実施の形態１に係る溶接用冶具を用いた溶接方法において４組のワークおよびフタ冶具を搭載した状態を説明する斜視図である。
【図１１】この発明の実施の形態１に係る溶接用冶具を用いた溶接方法においてフタ固定工程を実施後の状態を説明する斜視図である。
【図１２】この発明の実施の形態１に係る溶接用冶具を用いた溶接方法において被溶接材取出し工程を実施後の状態を説明する斜視図である。
【図１３】この発明の実施の形態１に係る溶接用冶具を用いた別の溶接方法の手順を説明するフローチャートである。
【図１４】この発明の実施の形態２に係る溶接用冶具を使用した自動溶接システムの全体構成を説明する図である。
【図１５】この発明の実施の形態２に係る溶接用冶具のベース冶具の構造を説明する図である。図１５(a)が平面図であり、図１５(b)が正面図であり、図１５(c)が側面図である。
【図１６】この発明の実施の形態２に係る溶接用冶具が対象とするワークの斜視図である。
【図１７】この発明の実施の形態２に係る溶接用冶具のフタ冶具の構造を説明する図である。図１７(a)が上から見た平面図であり、図１７(b)が図１７(a)に示したＢ−Ｂ断面での垂直断面図であり、図１７(c)が下から見た平面図である。
【図１８】この発明の実施の形態２に係る溶接用冶具によりワークを固定した場合の平面図と水平断面図である。図１８(a)が平面図である。図１８(b)は、図１９に示されたＤ−Ｄ線での水平断面図である。
【図１９】この発明の実施の形態２に係る溶接用冶具によりワークを固定した場合の垂直断面図である。図１９は、図１８(a)に示したＣ−Ｃ面での垂直断面図である。
【図２０】この発明の実施の形態２に係る溶接用冶具を用いた溶接方法の手順を説明するフローチャートである。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係る溶接用冶具を使用した自動溶接システムの全体構成を説明する図である。プログラムにしたがって動作する自動溶接機５０と、自動溶接機５０と同期した動作が可能な位置決め装置であるポジショナ６０を備える。ポジショナ６０のテーブル７０に、被溶接材である複数（図１では４個）のワーク１を溶接できるように固定する溶接用冶具が取り付けられている。図１などでは、図を見やすくするために、装置ごとに異なるハッチングなどをしている。
【００１３】
溶接用冶具は、テーブル７０に取付けられワーク１が搭載されるベース冶具２、ベース冶具２のワーク１が載せられる面の決められた位置に垂直に固定された位置決め軸である２本のシャフト３、ワーク１にかぶせられ他のワーク１が載せられシャフト３が貫通する複数のフタ冶具４、最上段のフタ冶具４の上から複数個のワーク１およびフタ冶具４をベース冶具２に対して決められた位置に固定するフタ固定具であるボルト５を有する。
【００１４】
図２は、この発明の実施の形態１に係る溶接用冶具のベース冶具の構造を説明する図である。図２(a)が平面図であり、図２(b)が正面図であり、図２(c)が側面図である。ベース冶具２は、ワーク１が搭載されるワーク搭載面６を有し、ワーク搭載面６にはシャフト３が固定される２個のねじ穴７と、ボルト５が固定されるねじ穴８がある。ワーク搭載面６の裏側の面には、テーブル７０に設けられた溝９（図示せず）に入る突起部１０が設けられている。突起部１０は溝９をスライドして、決められた位置でテーブル７０に固定される。突起部１０は、ベース冶具２をテーブル７０に着脱可能に取付けられる溶接機取付け部である。なお、圧縮空気、油圧、電動機などを使用して、ベース冶具２をテーブル７０に着脱可能に取り付けてもよい。
【００１５】
図３は、この発明の実施の形態１に係る溶接用冶具が対象とするワークの斜視図である。図３では、ワーク１は、底面が上にある状態で斜視図を書いている。ワーク１は、溶接後の外形が略直方体の箱形状であり、板材を折り曲げた側面同士の間の辺が溶接される。ワーク１の底面にボルト５が通る開口１１が設けられている。底面に対して折り曲げられた側面の互いに接する辺が溶接される第１の溶接部と第２の溶接部になる。ワーク１の底面でない側の全面が開口になっており、すべての側面の端部１２が底面から同じ距離である。
【００１６】
図４は、この発明の実施の形態１に係る溶接用冶具のフタ冶具の構造を説明する図である。図４(a)が上から見た平面図であり、図４(b)が図４(a)に示したＡ−Ａ断面での垂直断面図であり、図４(c)が下から見た平面図である。外形が略直方体であるフタ冶具４の一面には、ワーク１の端部１２が入る長方形のテーパ付き溝１３が設けられている。テーパ付き溝１３が存在しない側の面が、ワーク１が搭載されるワーク搭載面１４である。フタ冶具４の決められた位置には、シャフト３の断面と相似な形状でシャフト３がスムーズに抜き差しできる必要最小限の余裕を持たせた断面を有する２個の位置決め穴１５がワーク搭載面１４に対して垂直に設けられている。ワーク搭載面１４の中央付近にはボルト５を通すための開口１６が設けられている。この実施の形態では、シャフトの断面を円形としたが、多角形などの円形以外でもよい。
【００１７】
テーパ付き溝１３は、断面が長方形と台形とが組み合わさった形である。テーパ付き溝１３の底付近の断面が長方形である。底面の幅は、ワーク１の端部１２の厚みに位置決め精度に対して適切な余裕を加えた長さとする。底面に垂直な両側の側面が途中からは、底面から遠くなるにしたがい互いの間隔が広がる傾斜面に変化している、この傾斜面の部分の溝の断面の形状が、台形になる。フタ冶具４の表面でのテーパ付き溝１３の幅は、折り曲げの加工誤差を考慮してワーク１の端部１２が存在する可能性がある範囲がテーパ付き溝１３の中に入るような長さである。
【００１８】
シャフト３は、一端にねじが切られており、ベース冶具２のワーク搭載面６の決められた位置に設けられたねじ穴８にねじ込まれてベース冶具２に垂直に固定される。シャフト３は、フタ冶具４の決められた位置に設けられた位置決め穴１５に挿入され、フタ冶具４をベース冶具２に対して決められた位置に配置する。シャフト３は、シャフト３に横向きの方向の力が加えられてもたわまないように、十分な剛性を持たせる。なお、ワークの形状によっては、位置決め軸であるシャフトがワーク搭載面に対して垂直以外の決められた方向に固定されてもよい。位置決め軸であるシャフトは、ねじ穴とねじとは異なる方法で、ベース冶具の決められた位置に決められた方向に固定されてもよい。
【００１９】
ボルト５は、フタ冶具４をかぶせたワーク１を積み重ねても、最も上のフタ冶具４とベース冶具２の間の距離よりも長くする。ボルト５の軸は、フタ冶具４に設けられた開口１６を通り、ボルト５の頭は開口１６よりも十分に大きい。ボルト５は、ベース冶具２に設けられたねじ穴８にねじ込まれ、積み重ねられたフタ冶具４とワーク１をベース冶具２の方に押し付ける力を働かせて、ワーク１およびフタ冶具４をベース冶具２に対して決められた位置に固定する。被溶接材であるワークにかぶせられたフタ冶具をベース冶具に対して決められた位置に固定するフタ固定具として、ボルトとベース冶具に設けられたねじ穴とは異なる機構を使用してもよい。
【００２０】
図５は、この発明の実施の形態１に係る溶接用冶具によりワークを固定した場合の断面図である。図５では、図を見やすくするため、ワーク５とフタ冶具４を１段だけ重ねた場合としている。ワーク１とフタ冶具４を２段以上に積み重ねた場合でも、それぞれのワーク１とフタ冶具４に関しては、同様である。図６は、この発明の実施の形態１に係る溶接用冶具においてフタ冶具に設けたテーパ付き溝によりワークを位置決めする原理を説明する図である。図６は、図５の左上の破線の丸で囲んだ部分の拡大図である。
【００２１】
図６に示すように、ワーク１にフタ冶具４をかぶせると、ワーク１に加工誤差があっても、端部１２がテーパ付き溝１３の中に入る。図において破線で示すように、テーパ付き溝１３の傾斜面に当接した端部１２は、フタ冶具４をワーク１側に押し付ける力（図中の上部に太い幅の白抜きの矢印で示す）が働くと、点線の矢印で示すように、傾斜面を底面側に移動してテーパ付き溝１３の底面に端部１２が入り込んだ位置で固定される。こうして、ワーク１の寸法にバラツキが存在しても、ワーク１の位置を決められた位置にすることができる。なお、フタ冶具４の位置決め穴１５には、高い剛性を持つシャフト３が挿入されているので、フタ冶具４の位置はずれない。つまり、テーパ付き溝１３によりワーク１をフタ冶具４に対して決められた位置に配置し、位置決め穴１５とシャフト３によりフタ冶具４はベース冶具２に対して決められた位置に配置される。
【００２２】
次に、溶接用冶具を使用した溶接方法を説明する。図７は、この発明の実施の形態１に係る溶接用冶具を用いた溶接方法の手順を説明するフローチャートである。位置決めのためのシャフト３が取付けられたベース冶具２が、ポジショナ６０のテーブル７０に取付けられている。ステップＳ０１の搭載工程で、ベース冶具２のワーク搭載面６に被溶接材であるワーク１を載せる。搭載工程を実施後の状態を、図８に示す。図８は、この発明の実施の形態１に係る溶接用冶具を用いた溶接方法において１個のワークを搭載した状態を説明する斜視図である。
【００２３】
さらに、ステップＳ０２のフタ付け工程で、ワーク１の端部１２がフタ冶具４のテーパ付き溝１３の中に入り、シャフト３を位置決め穴１５に挿入して、フタ冶具４をワーク１にかぶせる。フタ付け工程を実施後の状態を、図９に示す。図９は、この発明の実施の形態１に係る溶接用冶具を用いた溶接方法において１組のワークおよびフタ冶具を搭載した状態を説明する斜視図である。
【００２４】
ステップＳ０３では、ワーク１およびフタ冶具４を決められた組数（１組以上、この場合は４組）だけ搭載したかどうかをチェックする。決められた組数を搭載していない場合（ステップＳ０３でＮＯ）は、ステップＳ０１の搭載工程に戻る。ただし、２回目以降に搭載工程を実施する場合には、フタ冶具４のワーク搭載面１４にワーク１を搭載する。
【００２５】
この実施の形態１では、４組のワーク１およびフタ冶具４を積み重ねるので、３回、ステップＳ０３でＮＯとなる。ステップＳ０１とステップＳ０２を４回、実行した後に、図１０に示す状態になる。図１０は、この発明の実施の形態１に係る溶接用冶具を用いた溶接方法において４組のワークおよびフタ冶具を搭載した状態を説明する斜視図である。
【００２６】
図１０の状態になり、決められた組数のワークおよびフタ冶具を搭載している場合（ステップＳ０３でＹＥＳ）は、ステップＳ０４のフタ固定工程で、フタ固定具であるボルト５を積み重ねられたフタ冶具４の開口１６およびワーク１の開口１１を通して、ベース冶具２のワーク搭載面６に設けられたねじ穴８にボルト５の先端に切られたねじをねじ込む。こうすることで、すべてのフタ冶具４にワーク１をベース冶具２の方へ押す力を加えて、フタ冶具４のテーパ付き溝１３の中でワーク１の端部１２を、溝の底面の決められた位置に配置し固定する。ボルト５により、すべてのフタ冶具４はワーク１を挟んでベース冶具２に対して決められた位置に固定される。こうして、４個のワーク１がポジショナ６０のテーブル７０上の決められた位置に配置され、図１１に示す状態になる。図１１は、この発明の実施の形態１に係る溶接用冶具を用いた溶接方法においてフタ固定工程を実施後の状態を説明する斜視図である。
【００２７】
次に、ステップＳ０５の溶接工程で、４個のワーク１のそれぞれで側面同士の間の４個の辺を自動溶接機５０により溶接する。そして、ステップＳ０６の被溶接材取出し工程で、フタ固定具による固定を解除し、溶接されたワークを取出す。具体的には、ボルト５をゆるめてねじ穴８から外し、上からフタ冶具４および溶接後のワーク１を交互にシャフト３から外す。こうして、図１２に示す被溶接材取出し工程を実施後の状態になる。図１２は、この発明の実施の形態１に係る溶接用冶具を用いた溶接方法において被溶接材取出し工程を実施後の状態を説明する斜視図である。
【００２８】
以上、説明したように、溶接用冶具により、ワーク１がベース冶具２およびポジショナ６０に対して決められた位置に配置されるので、自動溶接機５０およびポジショナ６０がプログラムにしたがって動作することで、溶接位置のばらつきが抑制されてワーク１が自動溶接される。
【００２９】
ワークとフタ冶具の取付けおよび取外しは作業員が実施するので、大規模な設備を必要としないで、簡素な溶接用冶具で自動溶接ができる。なお、自動化設備とともに本発明に係る溶接用冶具を使用して、作業員による作業を無くして完全な自動溶接を実施してもよい。
【００３０】
また、複数個のワークを治具に取付けるので、一回の自動溶接に要する時間が長くなる。したがって、作業者は自動溶接機が稼働中に、段取り作業などの別作業が可能となり、生産性が向上する。段取り作業としては、溶接前作業として、治具への取付け・組立て、ワーク洗浄などがある。また、溶接後作業として、治具からの取外し、歪取り、寸法確認などがある。複数個のワークを取付け可能な治具を用いることにより、ハンドリング装置などの設備投資を抑制することができる。
【００３１】
なお、従来の溶接ロボットでの作業では、テーブル上に１つのワークを取付けて自動溶接機による溶接を行う。溶接完了後に作業者がワークを取外し、次のワークを取付ける作業を繰返す。特に小物品の溶接は溶接時間が短く、常に作業者が自動溶接機についていなければならない。よって、他の作業ができず非効率である。
【００３２】
２組以上の溶接用冶具を用いた別の溶接方法について説明する。図１３に、この発明の実施の形態１に係る溶接用冶具を用いた別の溶接方法の手順を説明するフローチャートである。
【００３３】
１組の溶接用冶具に対する処理を、順番に説明する。ステップＳ１１の搭載工程で、ポジショナ６０のテーブル７０から取外されており、位置決めのためのシャフト３が取付けられたベース冶具２のワーク搭載面６にワーク１を載せる。ステップＳ１２のフタ付け工程で、ワーク１の端部１２がフタ冶具４のテーパ付き溝１３の中に入り、シャフト３を位置決め穴１５に挿入して、フタ冶具４をワーク１にかぶせる。
【００３４】
ステップＳ１３では、ワーク１およびフタ冶具４を決められた組数（１組以上、この場合は４組）だけ搭載したかどうかをチェックする。決められた組数を搭載していない場合（ステップＳ１３でＮＯ）は、ステップＳ１１の搭載工程に戻る。ただし、２回目以降にステップＳ１１の搭載工程を実施する場合には、フタ冶具４のワーク搭載面１４にワーク１を搭載する。
【００３５】
決められた組数のワークおよびフタ冶具を搭載している場合（ステップＳ１３でＹＥＳ）は、ステップＳ１４のフタ固定工程で、ボルト５を積み重ねられたフタ冶具４の開口１６およびワーク１の開口１１を通して、ベース冶具２のワーク搭載面６に設けられたねじ穴８にボルト５の先端に切られたねじをねじ込む。
このように、ステップＳ１１からステップＳ１４までは、ステップＳ０１からステップＳ０４までと同様である。相違するのは、ベース冶具２がポジショナ６０のテーブル７０から取外されている点だけである。
【００３６】
ステップＳ１５のベース取付け工程では、決められた組数のワーク１およびフタ冶具４を決められた位置に固定したベース冶具２を、ポジショナ６０のテーブル７０に取付ける。ステップＳ１６の溶接工程では、決められた数のワーク１の決められた箇所を自動溶接機５０により溶接する。ステップＳ１７の被溶接材取出し工程で、ボルト５をゆるめてベース冶具２のねじ穴８から外し、上からフタ冶具４および溶接後のワーク１を交互にシャフト３から外す。ステップＳ１８のベース取外し工程では、ベース冶具２をポジショナ６０のテーブル７０から取外す。被溶接材取出し工程をベース取外し工程の前にすることで、ベース取外し工程でのベース冶具などが軽くなり、ベース取外し工程を容易に実施することができる。
【００３７】
ここで、少なくとも２組の溶接用冶具を用いれば、１組の溶接用冶具でベース取付け工程、溶接工程、ベース取外し工程を実施している時に、他の組の溶接用冶具で搭載工程、フタ付け工程およびフタ固定工程を、同時に並行して実施することができる。こうすることで、１組の溶接用冶具でベース取付け工程、溶接工程、ベース取外し工程を実施した後すぐに、フタ固定工程まで完了した別の組の溶接用冶具のベース冶具をポジショナのテーブルに取付けるベース取付け工程を実施することができ、自動溶接機を溶接工程で使用する時間の割合を多くして、自動溶接機をより効率的に使用することができる。
【００３８】
なお、被溶接材取出し工程は、ベース取外し工程を実施した後に、ベース冶具２がテーブル７０から取外された状態で実施しても良い。ベース取外し工程の後に被溶接材取出し工程する場合は、自動溶接機を溶接工程に使用する時間の割合がさらに多くなり、自動溶接機をより効率的に使用することができる。被溶接材取出し工程は、ベース取外し工程の前または後のどちらか、より作業効率が高くなる方で実施すればよい。
【００３９】
なお、３組以上の溶接用冶具を用いて、搭載工程、フタ付け工程およびフタ固定工程を同時に並行に実施してもよい。
【００４０】
被溶接材は箱状でなくてもよい。互いに溶接される第１の溶接部および第２の溶接部を有するものであり、フタ冶具のテーパ付き溝で固定される端部を有するものであれば、どのような被溶接材でもよい。
以上のことは、他の実施の形態でもあてはまる。
【００４１】
実施の形態２．
実施の形態２は、フランジとパイプを溶接してフランジ継手付き配管を製造する場合である。図１４は、この発明の実施の形態２に係る溶接用冶具を使用した自動溶接システムの全体構成を説明する図である。第１の被溶接材であるフランジ材１７と第２の被溶接材であるパイプ材１８とをまとめて、ワーク１Ａと呼ぶ。
【００４２】
溶接用冶具は、テーブル７０に取付けられフランジ材１７が搭載されるベース冶具２Ａ、ベース冶具２Ａのフランジ材１７が載せられるワーク搭載面６Ａの決められた位置に垂直に固定された位置決め軸である１本のシャフト３Ａ、フランジ材１７をワーク搭載面６Ａの決められた位置に押し当てて固定する搭載面固定具である保持部１９、フランジ材１７と溶接されるパイプ材１８にかぶせられ他のフランジ材１７およびパイプ材１８の組が載せられシャフト３Ａが貫通する複数のフタ冶具４Ａ、最上段のフタ冶具４Ａの上からシャフト３Ａの上部に設けられたねじに取り付けられるナット２０を有する。ナット２０をシャフト３Ａの上部に設けられたねじに沿って回転させることで、フタ冶具４Ａにベース冶具２Ａの方向に押し付ける力を加える。ナット２０とシャフト３Ａが、複数組のフランジ材１７、パイプ材１８およびフタ冶具４Ａをベース冶具２Ａに対して決められた位置に固定するフタ固定具である。図１４では、保持部１９が同じ方向にそろうようにフタ冶具４Ａの向きをそろえているが、フタ冶具４Ａは円形であり、保持部１９が同じ方向にそろえなくてもよい。シャフト３Ａはパイプ材１８の内部を通しているので、パイプ材１８の一端の全周を溶接する際にシャフト３Ａが邪魔にならない。
【００４３】
図１５は、この発明の実施の形態２に係る溶接用冶具のベース冶具の構造を説明する図である。図１５(a)が平面図であり、図１５(b)が正面図であり、図１５(c)が側面図である。ベース冶具２Ａは、フランジ材１７が搭載されるワーク搭載面６Ａを有し、ワーク搭載面６Ａにはシャフト３Ａが固定される１個のねじ穴２１と、保持部１９が固定される３個のねじ穴２２がある。ねじ穴２２は、フランジ材１７の半径よりも少し大きい半径であり、その中心がシャフト３Ａ用のねじ穴２１と一致した円周上の周を３等分する位置に設けられる。それぞれのねじ穴２１の径方向の外側には保持部１９を決められた位置に配置するための位置決めピン２３(図１９に図示)が入るピン穴２４が設けられる。ワーク搭載面６Ａの反対側の面には、ベース冶具２Ａをテーブル７０と着脱可能にするための突起部１０が設けられる。
【００４４】
図１６は、この発明の実施の形態２に係る溶接用冶具が対象とするワークの斜視図である。ワークであるフランジ継手付き配管は、ケーブルなどを通すための金属管として使用されるものである。図１６(a)がフランジ材１７を上にした場合の斜視図であり、図１６(b)がパイプ材１８を上にした場合の斜視図である。フランジ材１７は、中央に円形の貫通穴が開いた円盤である。貫通穴は、ケーブルなどを通すためのものである。パイプ材１８は、フランジ材１７の外径よりも小さい外径を持ち、内径が貫通穴の直径よりも大きい円筒である。図１６(b)で上側に書かれたパイプ材１８の端部１２Ａが、フタ冶具４Ａに設けられるテーパ付き溝１３Ａに入る。円の中心を一致させてパイプ材１８をフランジ材１７の上に載せた状態で、パイプ材１８とフランジ材１７の接触部分が外側から溶接される。パイプ材１８のフランジ材１７と接触する側の端部が第２の溶接部である。パイプ材１８が接触する部分のフランジ材１７が第１の溶接部である。
なお、流体を流すためのフランジ継手付き配管を溶接して製造する場合には、フランジ材の貫通穴の直径は、パイプ材の内径と同じになる。
【００４５】
この発明の実施の形態２に係る溶接用冶具のフタ冶具の構造を説明する図である。図１７(a)が上から見た平面図であり、図１７(b)が図１７(a)に示したＢ−Ｂ断面での垂直断面図であり、図１７(c)が下から見た平面図である。
外径が円盤状のフタ冶具４Ａの一面には、パイプ材１８の端部１２Ａが入る円形のテーパ付き溝１３Ａが設けられている。テーパ付き溝１３Ａの底面の幅は、パイプ材１８の厚みに適切な余裕を加えた長さとする。テーパ付き溝１３Ａの開口部の幅は、パイプ材１８が置かれる位置の誤差を考慮して決める。
テーパ付き溝１３Ａが存在しない側の面が、フランジ材１７が搭載されるワーク搭載面１４Ａである。フタ冶具４Ａの中心には、シャフト３Ａの断面と相似な形状でシャフト３Ａがスムーズに抜き差しできる必要最小限の余裕を持たせた断面を有する１個の位置決め穴１５Ａがワーク搭載面１４Ａに対して垂直に設けられている。ワーク搭載面１４Ａには、フランジ材１７の半径よりも少し大きい半径であり、その中心が位置決め穴１５Ａと一致した円周上の周を３等分する位置に３個のねじ穴２５が設けられる。ねじ穴２５には、保持部１９が取付けられる。それぞれのねじ穴２５の径方向の外側には、保持部１９を決められた位置に配置するための位置決めピン２３が入るピン穴２６が設けられる。
【００４６】
図１８は、この発明の実施の形態２に係る溶接用冶具によりワークを固定した場合の平面図と水平断面図である。図１９は、この発明の実施の形態２に係る溶接用冶具によりワークを固定した場合の垂直断面図である。図１８(a)が平面図である。図１８(b)は、図１９に示されたＤ−Ｄ断面での水平断面図である。図１９は、図１８(a)に示したＣ−Ｃ断面での垂直断面図である。図１９では、図を見やすくするため、フランジ材１７とパイプ材１８とフタ冶具４Ａを１段だけ重ねた場合としている。フランジ材１７とパイプ材１８とフタ冶具４Ａを２段以上に積み重ねた場合でも、それぞれのフランジ材１７とパイプ材１８とフタ冶具４Ａに関しては、同様である。
【００４７】
保持部１９は、幅が同じ２個の直方体を上面が同じ高さになるように合わせたような外形を持つ保持ブロック２７と、保持ブロック２７をベース冶具２Ａまたはフタ冶具４Ａに固定するネジ２８と、保持ブロック２７をベース冶具２Ａまたはフタ冶具４Ａに対して決められた位置に配置する位置決めピン２３を有する。
【００４８】
保持ブロック２７の小さい方の直方体がフランジ材１７を押えつけるためのフランジ押え部であり、大きい方の直方体がベース冶具２Ａまたはフタ冶具４Ａに固定される本体部である。本体部のフランジ材１７側の側面は、フランジ材１７の外周側面とほぼ同じ曲率半径の円柱面である。フランジ押え部よりも下側の本体部の長さはフランジ材１７の厚さよりもわずかに短くしておく。そのため、保持ブロック２７のフランジ押え部をフランジ材１７の上に載せた状態で保持ブロック２７がベース冶具２Ａまたはフタ冶具４Ａと接触しない。
【００４９】
保持ブロック２７の本体部の上面には穴があり、その穴の底面に貫通穴が設けられている。この穴にネジ２８の頭が入り、貫通穴を通ったネジ２８がベース冶具２Ａに設けられたねじ穴２２またはフタ冶具４Ａに設けられたねじ穴２５にねじ込まれる。貫通穴の径は、ネジ２８の軸が十分な余裕を持って入るようにする。
【００５０】
本体部の底面の決められた位置には、小さい円筒状の金属片である位置決めピン２３が入る穴が設けられている。ベース冶具２Ａのワーク搭載面６Ａに設けられたピン穴２４またはフタ冶具４Ａのワーク搭載面１４Ａに設けられたピン穴２６に、位置決めピン２３の一端が入り、他端が保持ブロック２７の本体部の底面に設けられた穴に入る。位置決めピン２３とネジ２８とにより、保持ブロック２７が回転することなく、ベース冶具２Ａまたはフタ冶具４Ａに対して決められた位置に配置できる。保持ブロック２７はフランジ材１７を固定するので、フランジ材１７はベース冶具２Ａまたはフタ冶具４Ａに対して決められた位置に固定される。
【００５１】
保持ブロック２７のネジ２８をねじ穴２２またはねじ穴２５にねじ込むと、保持ブロック２７は少し斜めになりフランジ材１７の上面と側面の間の辺に線あたりして、フランジ材１７にワーク搭載面の方に押し付ける力を加える。こうして、溶接時に熱の影響でフランジ材１７にベース冶具２Ａから離れる方向の力が働く場合であっても、フランジ材１７を決められた位置に固定できる。
【００５２】
保持部１９により、フランジ材１７がベース冶具２Ａに対して決められた位置に固定される。フランジ材１７に載せられたパイプ材１８には、フタ冶具４Ａがかぶせられる。パイプ材１８の端部１２Ａは、フタ冶具４Ａのテーパ付き溝１３Ａの中に入る。溝の両側には傾斜面があるので、パイプ材１８が置かれた位置がずれていても、ベース冶具２Ａに対して決められた位置にパイプ材１８を配置することができる。
【００５３】
以下で、溶接用冶具を使用した溶接方法を説明する。図２０は、この発明の実施の形態２に係る溶接用冶具を用いた溶接方法の手順を説明するフローチャートである。位置決めのためのシャフト３Ａが取付けられたベース冶具２Ａが、ポジショナ６０のテーブル７０に取付けられている。ステップＳ２１の第１の搭載工程で、被溶接材搭載面であるワーク搭載面６Ａに第１の被溶接材であるフランジ材１７を載せる。
【００５４】
次に、ステップＳ２２の搭載面固定工程で、搭載面固定具である保持部１９により第１の被溶接材であるフランジ材１７をワーク搭載面６Ａに固定する。ステップＳ２３の第２の搭載工程で、溶接される側の端を下にしてパイプ材１８をフランジ材１７の上に載せる。ステップＳ２４のフタ付け工程で、パイプ材１８の端部１２Ａをフタ冶具４Ａに設けられたテーパ付き溝１３Ａに入れ、シャフト３Ａをフタ冶具４Ａの中心に設けられた位置決め穴１２Ａに挿入して、フタ冶具４Ａをパイプ材１８にかぶせる。
【００５５】
ステップＳ２５では、フランジ材１７、パイプ材１８およびフタ冶具４Ａを決められた組数だけ搭載したかどうかをチェックする。決められた組数を搭載していない場合（ステップＳ２５でＮＯ）は、ステップＳ２１の第１の搭載工程に戻る。ただし、２回目以降に第１の搭載工程を実施する場合には、フタ冶具４Ａのワーク搭載面１４Ａにフランジ材１７を搭載する。
【００５６】
決められた組数のフランジ材１７、パイプ材１８およびフタ冶具４Ａを搭載している場合（ステップＳ２５でＹＥＳ）は、ステップＳ２６のフタ固定工程で、フタ固定具であるナット２０をシャフト３Ａの上部に設けられたねじに取付けて旋回させ、すべてのフタ冶具４Ａにベース冶具２Ａの方向に押し付ける力を加える。フタ冶具４Ａのテーパ付き溝１３Ａの中でパイプ材１８の端部１２Ａを、溝の底面の決められた位置に配置され固定する。こうして、すべてのフタ冶具４Ａをフランジ材１７およびパイプ材１８を挟んでベース冶具２Ａに対して決められた位置に固定する。
【００５７】
次に、ステップＳ２７の溶接工程で、決められた組数のフランジ材１７およびパイプ材１８のそれぞれの組で、フランジ材１７とパイプ材１８とが接する部分を自動溶接機５０により溶接する。そして、ステップＳ２８の被溶接材取出し工程で、ナット２０をゆるめてシャフト３Ａから外し、フタ冶具４Ａを取外す。ベース冶具２Ａと一番上以外のフタ冶具４Ａでは、すべての保持部１９のネジ２８をゆるめ、少なくとも１個の保持部１９を取外し、溶接されたフランジ材１７とパイプ材１８を取出す。
【００５８】
以上、説明したように、溶接用冶具により、フランジ材１７とパイプ材１８がベース冶具２Ａおよびポジショナ６０に対して決められた位置に配置されるので、自動溶接機５０およびポジショナ６０がプログラムにしたがって動作することで、溶接位置のばらつきが抑制されてフランジ材１７とパイプ材１８が自動溶接される。
【００５９】
２組以上の溶接用冶具を用いて、１組の溶接用冶具でベース取付け工程、溶接工程、ベース取外し工程を実施している間に、他の組の溶接用冶具を用いて、第１の搭載工程、搭載面固定工程、第２の搭載工程、フタ付け工程およびフタ固定工程を、同時に並行して実施することができる。なお、被溶接材取出し工程は、ベース取外し工程の前または後のどちらか、より作業効率が高くなる方で実施すればよい。
【００６０】
第１の被溶接材がフランジ材であり、第２の被溶接材がパイプ材である場合でなくても、本発明を適用できる。第１の溶接部を有する第１の被溶接材の上に、溶接される第２の溶接部およびフタ冶具のテーパ付き溝に入る端部を有する第２の被溶接材を、第１の溶接部と第２の溶接部とが互いに接するように載せて、第１の溶接部と第２の溶接部とを溶接する場合であれば、第１の被溶接材および第２の被溶接材は、どのようなものであってもよい。
【符号の説明】
【００６１】
５０：自動溶接機
６０：ポジショナ
７０：テーブル
１、１Ａ：ワーク
２、２Ａ：ベース冶具
３、３Ａ：シャフト
４、４Ａ：フタ冶具
５：ボルト（フタ固定具）
６、６Ａ：ワーク搭載面（ベース冶具）
７：ねじ穴
８：ねじ穴
９：溝
１０：突起部
１１：開口
１２、１２Ａ：ワークの端部
１３、１３Ａ：テーパ付き溝
１４、１４Ａ：ワーク搭載面（フタ冶具）
１５、１５Ａ：位置決め穴
１６：開口
１７：フランジ材（第１の被溶接材）
１８：パイプ材（第２の被溶接材）
１９：保持部
２０：ナット（フタ固定具）
２１：ねじ穴
２２：ねじ穴
２３：位置決めピン
２４：ピン穴
２５：ねじ穴
２６：ピン穴
２７：保持ブロック
２８：ネジ
【図１】
2015150578.tif 000003
【図２】
2015150578.tif 000004
【図３】
2015150578.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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【図２０】
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