(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筒形状の被溶接物の外周に固定される環状の基部と、
前記基部に沿って環状に並んで交互に噛み合う複数の第一ギヤおよび複数の第二ギヤを含む環状ギヤ列と、
前記環状ギヤ列の前記第一ギヤに噛み合わされる内歯を有する弧状の旋回ギヤと、
前記旋回ギヤに固定されて前記基部の周方向へ移動自在であって溶接ヘッドを支える旋回台と、
前記環状ギヤ列の前記第一ギヤへ伝達される駆動力を発生させる電動機と、を備え、
前記第二ギヤは、前記第一ギヤよりも小径であり、
前記複数の第一ギヤのそれぞれの回転中心を結ぶ線は、前記基部と同心の円を描き、
前記複数の第二ギヤのそれぞれの回転中心を結ぶ線は、前記基部と同心の円を描く溶接装置。
【請求項２】
それぞれの前記第二ギヤの回転中心は、それぞれの前記第二ギヤに隣り合う一対の前記第一ギヤの中心線を結ぶ線分上に配置されている請求項１に記載の溶接装置。
【請求項３】
前記第一ギヤおよび前記第二ギヤの少なくとも一方は、全て実質的に同じ寸法を有している請求項１または２に記載の溶接装置。
【請求項４】
前記環状ギヤ列は複数あり、
前記環状ギヤ列ごとに前記電動機を有し、
前記旋回台に往復動自在に保持されて前記旋回ギヤに噛み合わされる前記環状ギヤ列とは異なる他のいずれかの前記環状ギヤ列の前記第一ギヤに噛み合わされる内歯、および外歯を有する弧状の往復動ギヤと、
前記旋回台に支持されて前記往復動ギヤの前記外歯に噛み合わされて前記溶接ヘッドへ動力を伝達する動力伝達ギヤと、を備える請求項１から３のいずれか１項に記載の溶接装置。
【請求項５】
前記基部は、周方向において複数の部分に分割して前記被溶接物の外周に配置自在である請求項１から４のいずれか１項に記載の溶接装置。
【請求項６】
前記動力伝達ギヤは、前記往復動ギヤの往動および復動にしたがって二方向へ回転される請求項４に記載の溶接装置。
【請求項７】
前記電動機と前記第一ギヤとの間に介在する差動歯車機構と、
前記差動歯車機構のケーシングの回転を検知する回転センサと、を備える請求項１から６のいずれか１項に記載の溶接装置。
【請求項８】
前記電動機と前記第一ギヤとの間に介在する差動歯車機構と、
前記差動歯車機構のケーシングの回転を検知する回転センサと、を備え、
前記往復動ギヤの内歯の有効歯数は、前記差動歯車機構の入力ギヤの歯数以下である請求項４または６に記載の溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明に係る実施形態は溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
筒形状の被溶接物（一般には配管）を囲む環状ギヤを備えて、被溶接物の継手に溶接ヘッドを倣わせ、被溶接物の周方向へ向かって溶接ヘッドを旋回させて、被溶接物を接合する溶接装置が知られている。
【０００３】
また、第一主歯車体と、第一副歯車体と、コイルスプリングと、を備えてバックラッシを生じない歯車が知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１３−１８４１７６号公報
【特許文献２】特開平７−１３３８６２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来の溶接装置は、例えば直径２５０ｍｍを超える中大口径配管へ適用する場合には、溶接ヘッドを移動させる環状のトーチ用歯車や、溶接ヘッドへワイヤを送給する環状のワイヤ用歯車を少なくとも配管の外径よりも大口径化させる必要が有る。
【０００６】
ところが、従来の溶接装置は、環状のトーチ用歯車やワイヤ用歯車を単純に大口径化させると、加工精度を確保することが困難になったり、トーチ用歯車やワイヤ用歯車の重量が増加しすぎて被溶接物への装着が困難になったりして取り扱いの利便性を著しく損なう。
【０００７】
また、溶接装置による加工精度を高めるためには、溶接トーチの位置決め精度を高める必要があり、ひいては歯車のバックラッシを低減させる必要がある。
【０００８】
そこで、本発明は、小口径配管においては無論、中大口径配管においては格別に十分な加工精度による溶接の正確性を確保できるとともに、取り扱いの利便性も良好な溶接装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る溶接装置は、筒形状の被溶接物の外周に固定される環状の基部と、前記基部に沿って環状に並んで交互に噛み合う複数の第一ギヤおよび複数の第二ギヤを含む環状ギヤ列と、前記環状ギヤ列の前記第一ギヤに噛み合わされる内歯を有する弧状の旋回ギヤと、前記旋回ギヤに固定されて前記基部の周方向へ移動自在であって溶接ヘッドを支える旋回台と、前記環状ギヤ列の前記第一ギヤへ伝達される駆動力を発生させる電動機と、を備えている。前記第二ギヤは、前記第一ギヤよりも小径であり、前記複数の第一ギヤのそれぞれの回転中心を結ぶ線は、前記基部と同心の円を描き、前記複数の第二ギヤのそれぞれの回転中心を結ぶ線は、前記基部と同心の円を描いている。
【図面の簡単な説明】
【００１０】
【図１】本発明の実施形態に係る溶接装置を示す正面図。
【図２】本発明の実施形態に係る溶接装置を示す側面図。
【図３】本発明の実施形態に係る溶接装置を示す背面図。
【図４】本発明の実施形態に係る溶接装置の駆動機構を示す正面図。
【図５】本発明の実施形態に係る溶接装置の駆動機構を示す断面図。
【図６】本発明の実施形態に係る溶接装置の旋回台と駆動機構との関係を示す概念図。
【図７】本発明の実施形態に係る溶接装置の旋回台と駆動機構との関係を示す概念図。
【図８】本発明の実施形態に係る溶接装置の旋回台と駆動機構との関係を示す概念図。
【図９】本発明の実施形態に係る溶接装置の差動歯車機構を示す断面図。
【図１０】本発明の実施形態に係る溶接装置の差動歯車機構を示す断面図。
【図１１】本実施形態に係る溶接装置の溶接ヘッドを示す平断面図。
【図１２】本実施形態に係る溶接装置のワイヤ送給機構の一部を示す図。
【図１３】本実施形態に係る溶接装置のワイヤ送給機構の一部を示す図。
【図１４】本実施形態に係る溶接装置のパージガス供給経路を示す縦断面図。
【図１５】本実施形態に係る溶接装置のパージガス供給経路を示す横断面図。
【図１６】本実施形態に係る溶接装置のパージガス供給経路の動作を説明する断面図。
【図１７】本実施形態に係る溶接装置のパージガス供給経路の動作を説明する断面図。
【図１８】本実施形態に係る溶接装置の電源供給系統を示す平断面図。
【図１９】本実施形態に係る溶接装置の電源供給系統を示す縦断面図。
【発明を実施するための形態】
【００１１】
本発明に係る溶接装置の実施形態について図１から図１９を参照して説明する。
【００１２】
図１は、本発明の実施形態に係る溶接装置を示す正面図である。
【００１３】
図２は、本発明の実施形態に係る溶接装置を示す側面図である。
【００１４】
図３は、本発明の実施形態に係る溶接装置を示す背面図である。
【００１５】
図１から図３に示す本実施形態に係る溶接装置１は、筒形状の一対の被溶接物２００ａ、２００ｂを溶接して一体化させる。一対の筒形状の被溶接物２００ａ、２００ｂは、例えば配管であり、端部に突合せ継手を備えている。溶接装置１は、この継手を溶接して一対の被溶接物２００ａ、２００ｂを一体化させる。なお、説明を容易にするために溶接装置１は、被溶接物２００ａ側に固定されて被溶接物２００ａ、２００ｂ間の継手を溶接する態様とするが、被溶接物２００ｂ側に固定されて被溶接物２００ａ、２００ｂ間の継手を溶接することもできる。
【００１６】
溶接装置１は、被溶接物２００ａの外周に固定される環状の基部２と、基部２の周方向へ移動自在であって溶接ヘッド３を支える旋回台５と、旋回台５の駆動力を発生させる複数の電動機６と、複数の電動機６を支持するモータハウジング７と、を備えている。
【００１７】
基部２は、被溶接物２００ａの外周に固定されて溶接装置１全体を支えている。基部２の内径寸法は、被溶接物２００ａの外径寸法より大きく、被溶接物２００ａは、基部２の内側であって円形の空間に配置されている。
【００１８】
また、基部２は、正面および背面それぞれの内周縁部に配置されて、基部２の径方向へ出没自在な複数（例えば５つ）のクランプ８を備えている。複数のクランプ８は、基部２の周方向へ略等間隔に配置されている。クランプ８は、基部２の内径よりも被溶接物２００ａ側へ移動して、基部２の内径よりも小径な被溶接物２００ａに接して溶接装置１全体を支えている。
【００１９】
さらに、基部２は、溶接ヘッド３へ電力を供給する電源供給導体９が挿し通される電源用貫通孔１１と、電源供給導体９を被溶接物２００ａに接地させる接地電極片（図示省略）と、を備えている。
【００２０】
基部２は、周方向において複数の部分、例えば２つの半円弧部２ａ、２ｂに分割されている。溶接装置１は、この基部２の分割構造によって、被溶接物２００ａの外周に配置自在である。溶接装置１は、基部２を分割することによって、被溶接物２００ａへ容易に着脱できる。
【００２１】
また、基部２は、半円弧部２ａ、２ｂを連結して固定する固定機構１２を備えている。固定機構１２は、基部２の正面および背面のそれぞれであって、半円弧部２ａ、２ｂの分割面の近傍に配置されている。
【００２２】
旋回台５は、溶接ヘッド３を支えるトーチホルダ１３を備えている。旋回台５は、基部２の外周縁部に沿って被溶接物２００ａおよび被溶接物２００ｂの周囲を旋回し、溶接ヘッド３を移動させる。トーチホルダ１３は、被溶接物２００ａ、２００ｂの口径や溶接ヘッド３の寸法にもよるが、基部２の円周長さに比べて極めて小さく、溶接装置１の重量軽減に寄与している。
【００２３】
複数の電動機６は、例えば、旋回台５の駆動力を発生させる旋回用電動機１５と、溶接トーチ１９を被溶接物２００ａ、２００ｂの長手方向（配管の延び方向）へ移動させる駆動力を発生させるトーチ縦動電動機１６と、溶接トーチ１９を被溶接物２００ａ、２００ｂへ近づけたり、遠ざけたりする駆動力を発生させるトーチ遠近電動機１７と、溶接トーチ１９へワイヤを送給するワイヤ送給電動機１８と、を含んでいる。なお、溶接トーチ１９の被溶接物２００ａ、２００ｂの長手方向（配管の延び方向）への移動を、溶接トーチ１９の縦動移動と呼ぶ。
【００２４】
モータハウジング７は、基部２の背面のいずれかの箇所に配置されている。
【００２５】
なお、溶接装置１は、溶接ヘッド３とともに旋回台５に支持されて送給前のワイヤを巻き付けておくリール（図示省略）と、ワイヤを被溶接物２００ａ、２００ｂの継手へ導くワイヤガイド（図示省略）と、を備えている。
【００２６】
溶接ヘッド３は、被溶接物２００ａ、２００ｂの継手をアーク溶接で接合する。具体的には、ティグ溶接（ＴＩＧ溶接：Ｔｕｎｇｓｔｅｎ  Ｉｎｅｒｔ  Ｇａｓ  ｗｅｌｄｉｎｇ）、マグ溶接（ＭＡＧ溶接：Ｍｅｔａｌ  Ａｃｔｉｖｅ  Ｇａｓ  ｗｅｌｄｉｎｇ）、ミグ溶接（ＭＩＧ溶接：Ｍｅｔａｌ  Ｉｎｅｒｔ  Ｇａｓ  ｗｅｌｄｉｎｇ）など各種のアーク溶接に好適な溶接トーチ１９が適宜選択されて、溶接ヘッド３に装着されている。
【００２７】
次に、溶接装置１の駆動機構について詳細に説明する。
【００２８】
図４は、本発明の実施形態に係る溶接装置の駆動機構を示す正面図である。
【００２９】
図５は、図４のＶ−Ｖ線において、本発明の実施形態に係る溶接装置の駆動機構を示す断面図である。
【００３０】
図４および図５に示すように、本実施形態に係る溶接装置１は、筒形状の被溶接物２００ａの外周に固定される環状の基部２と、基部２に沿って環状に並んで交互に噛み合う複数の第一ギヤ２１および複数の第二ギヤ２２を含む環状ギヤ列２３を複数列有する歯車列機構２５と、いずれかの環状ギヤ列２３の第一ギヤ２１に噛み合わされる内歯２７を有する弧状の旋回ギヤ２８と、旋回ギヤ２８に固定されて基部２の周方向へ移動自在であって溶接ヘッド３を支える旋回台５と、旋回台５に往復動自在に保持されて他のいずれかの環状ギヤ列２３の第一ギヤ２１に噛み合わされる内歯３１、および外歯３２を有する弧状の往復動ギヤ３３と、旋回台５に支持されて往復動ギヤ３３の外歯３２に噛み合わされて溶接ヘッド３へ動力を伝達する動力伝達ギヤ３５と、環状ギヤ列２３それぞれの第一ギヤ２１へ伝達される駆動力をそれぞれ個別に発生させる複数の電動機６と、を備えている。
【００３１】
また、溶接装置１は、複数の電動機６それぞれと複数の環状ギヤ列２３それぞれの第一ギヤ２１との間に介在する差動歯車機構３６を備えている。
【００３２】
基部２は、正面に配置される環状の正面面板３７と、背面側に配置される環状の背面面板３８と、を備えている。正面面板３７および背面面板３８は、略同じ内外径形状を有して、環状ギヤ列２３が配置される隙間を隔てて対向している。正面面板３７および背面面板３８は、それぞれの内面（相互に対向し合う面）側に旋回台５を案内する環状の案内溝３９を有している。
【００３３】
歯車列機構２５は、複数の電動機６が発生させる動力をそれぞれの環状ギヤ列２３によって旋回ギヤ２８または往復動ギヤ３３へ伝達して旋回台５の移動、被溶接物２００ａ、２００ｂに対する溶接トーチ１９の遠近移動、溶接トーチ１９の縦動移動、およびワイヤの送給を行う。そこで、環状ギヤ列２３は複数ある。具体的には、環状ギヤ列２３は、旋回用電動機１５から旋回ギヤ２８へ動力を伝達する旋回用ギヤ列４５と、トーチ縦動電動機１６からトーチ縦動用往復動ギヤ５６へ動力を伝達するトーチ縦動用ギヤ列４６と、トーチ遠近電動機１７からトーチ遠近用往復動ギヤ５７へ動力を伝達するトーチ遠近用ギヤ列４７と、ワイヤ送給電動機１８からワイヤ送給用往復動ギヤ５８へ動力を伝達するワイヤ用ギヤ列４８と、を含んでいる。
【００３４】
環状ギヤ列２３、つまり、旋回用ギヤ列４５、トーチ縦動用ギヤ列４６、トーチ遠近用ギヤ列４７、およびワイヤ用ギヤ列４８のそれぞれは、交互に噛み合う複数の第一ギヤ２１および複数の第二ギヤ２２によって駆動力を伝える。それぞれの環状ギヤ列２３の第一ギヤ２１および第二ギヤ２２は、同一回転軸線上に配置されて、基部２の正面面板３７および背面面板３８に挟み込まれている。旋回用ギヤ列４５は、最も背面面板３８よりに配置され、次いでトーチ縦動用ギヤ列４６、トーチ遠近用ギヤ列４７の順に正面面板３７に近づき、ワイヤ用ギヤ列４８は、最も正面面板３７よりに配置されている。
【００３５】
それぞれの環状ギヤ列２３は、基部２の全周に渡って旋回台５を駆動自在な好適な間隔で第一ギヤ２１を配置している。第二ギヤ２２は、第一ギヤ２１よりも小径である。第二ギヤ２２は、隣り合う第一ギヤ２１の間に配置されて動力を伝達する。なお、第二ギヤ２２は、全ての第一ギヤ２１間にあっても良いし、本実施形態のように円周上の１箇所を間引かれていても良い。
【００３６】
複数の大径な第一ギヤ２１のそれぞれの回転中心を結ぶ線は、環状の基部２と同心円を描いて配置されている。複数の小径な第二ギヤ２２のそれぞれの回転中心を結ぶ線は、環状の基部２と同心円を描いて配置されており、かつ、それぞれの回転中心線は、隣り合う一対の第一ギヤ２１の回転中心線を結ぶ線分上に配置されている。
【００３７】
第二ギヤ２２は、一つ置きに第一ギヤ２１と第二ギヤ２２とのバックラッシを実質的にゼロにする寸法を有している。また、第二ギヤ２２は、他の一つ置きに第一ギヤ２１と第二ギヤ２２との間にゼロより大きいバックラッシを有している。換言すると、第二ギヤ２２は、第一ギヤ２１と第二ギヤ２２とのバックラッシを実質的にゼロにする寸法を有するものと、第一ギヤ２１と第二ギヤ２２との間にゼロより大きいバックラッシを有するものとが交互に配置されている。他方、全ての第一ギヤ２１は、実質的に同じ寸法を有している。
【００３８】
なお、環状ギヤ列２３は、第二ギヤ２２と第一ギヤ２１との寸法関係を逆転させてもよい。すなわち、第一ギヤ２１は、一つ置きに第一ギヤ２１と第二ギヤ２２とのバックラッシを実質的にゼロにする寸法を有しており、他の一つ置きに第一ギヤ２１と第二ギヤ２２との間にゼロより大きいバックラッシを有していてもよい。換言すると、第一ギヤ２１は、第一ギヤ２１と第二ギヤ２２とのバックラッシを実質的にゼロにする寸法を有するものと、第一ギヤ２１と第二ギヤ２２との間にゼロより大きいバックラッシを有するものとが交互に配置されていても良い。この場合、全ての第二ギヤ２２は、実質的に同じ寸法を有することになる。
【００３９】
つまり、第一ギヤ２１および第二ギヤ２２のいずれか一方は、一つ置きに第一ギヤ２１と第二ギヤ２２とのバックラッシを実質的にゼロにする寸法を有し、他の一つ置きに第一ギヤ２１と第二ギヤ２２との間にゼロより大きいバックラッシを有している。換言すると、第一ギヤ２１および第二ギヤ２２のいずれか一方は、第一ギヤ２１と第二ギヤ２２とのバックラッシを実質的にゼロにする寸法を有するものと、第一ギヤ２１と第二ギヤ２２との間にゼロより大きいバックラッシを有するものとが交互に配置されている。そして、第一ギヤ２１および第二ギヤ２２のいずれか他方は、全て実質的に同じ寸法を有している。
【００４０】
そして、環状ギヤ列２３の第一ギヤ２１と旋回ギヤ２８の内歯２７とは、バックラッシを実質的にゼロにする寸法関係にある。また、環状ギヤ列２３の第一ギヤ２１と往復動ギヤ３３の内歯３１とも、バックラッシを実質的にゼロにする寸法関係にある。ただし、第一ギヤ２１と第二ギヤ２２とのバックラッシを実質的にゼロにするものとゼロより大きいバックラッシを有するものとを、第一ギヤ２１側に混在させる場合には、内歯２７と内歯３１とは転移量が大きい方の第一ギヤ２１に応じて寸法を調整され、かつ、転移量が大きい方の第一ギヤ２１が常時、少なくとも１つは噛み合わされていることが好ましい。
【００４１】
旋回台５は、基部２の案内溝３９に嵌め込まれるころ部５９を備えている。ころ部５９は、第一ギヤ２１の回転によって旋回ギヤ２８に生じる径方向外側の力に抗して旋回台５を支えている。
【００４２】
また、旋回台５は、基部２の接線方向へ延びて広がるトーチ設置面６１を有している。
【００４３】
動力伝達ギヤ３５は、トーチ縦動用往復動ギヤ５６の外歯３２に噛み合わされるトーチ縦動用動力伝達ギヤ６６、トーチ遠近用往復動ギヤ５７の外歯３２に噛み合わされるトーチ遠近用動力伝達ギヤ６７、およびワイヤ送給用往復動ギヤ５８の外歯３２に噛み合わされるワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８を含んでいる。
【００４４】
複数の電動機６は、環状ギヤ列２３ごとに設けられている。つまり、旋回用電動機１５は少なくとも旋回用ギヤ列４５に接続され、トーチ縦動電動機１６は少なくともトーチ縦動用ギヤ列４６に接続され、トーチ遠近電動機１７は少なくともトーチ遠近用ギヤ列４７に接続され、ワイヤ送給電動機１８は少なくともワイヤ用ギヤ列４８に接続されている。
【００４５】
差動歯車機構３６は、旋回用電動機１５およびトーチ縦動電動機１６の駆動力をトーチ縦動用ギヤ列４６へ伝達するトーチ縦動用差動歯車機構７６と、旋回用電動機１５およびトーチ遠近電動機１７の駆動力をトーチ遠近用ギヤ列４７へ伝達するトーチ遠近用差動歯車機構７７と、旋回用電動機１５およびワイヤ送給電動機１８の駆動力をワイヤ用ギヤ列４８へ伝達するワイヤ用差動歯車機構７８と、を含んでいる。
【００４６】
図６は、本発明の実施形態に係る溶接装置の旋回台と駆動機構との関係を示す概念図である。
【００４７】
図６に示すように、本実施形態に係る溶接装置１の旋回ギヤ２８は、環状ギヤ列２３、具体的には旋回用ギヤ列４５の第一ギヤ２１の外周に噛み合わされている。旋回ギヤ２８は、旋回用ギヤ列４５の第一ギヤ２１の回転によって基部２の周方向へ移動して旋回台５の推進力を発生させる。旋回ギヤ２８は、少なくとも１つの第一ギヤ２１に噛み合っていれば良い。
【００４８】
図７および図８は、本発明の実施形態に係る溶接装置の旋回台と駆動機構との関係を示す概念図である。
【００４９】
図７および図８に示すように、本実施形態に係る溶接装置１のトーチ縦動用往復動ギヤ５６は、旋回台５によって移動範囲を規制される一方で、トーチ縦動用ギヤ列４６の第一ギヤ２１に噛み合わされる内歯３１によって基部２の周方向へ移動すると同時に、旋回台５に対しても移動する。
【００５０】
トーチ縦動用往復動ギヤ５６は、円弧形状に沿って延びる案内穴７９を有している。トーチ縦動用往復動ギヤ５６は、案内穴７９に配置される案内棒８１によって、旋回台５に支持されている。案内棒８１は、第一ギヤ２１の回転によって移動するトーチ縦動用往復動ギヤ５６に生じる径方向外側の力に抗してトーチ縦動用往復動ギヤ５６を支えている。
【００５１】
そして、トーチ縦動用往復動ギヤ５６の移動は、内歯３１もろとも外歯３２を移動させ、外歯３２に噛み合わされるトーチ縦動用動力伝達ギヤ６６を回転させる。
【００５２】
トーチ縦動用動力伝達ギヤ６６は、トーチ縦動用往復動ギヤ５６、つまり往復動ギヤ３３の往動および復動にしたがって二方向へ回転される。
【００５３】
なお、トーチ遠近用ギヤ列４７の第一ギヤ２１に噛み合わされるトーチ遠近用往復動ギヤ５７およびワイヤ用ギヤ列４８の第一ギヤ２１に噛み合わされるワイヤ送給用往復動ギヤ５８は、トーチ縦動用ギヤ列４６の第一ギヤ２１に噛み合わされるトーチ縦動用往復動ギヤ５６と同じ構造を採用しているので説明を省略する。同様にトーチ遠近用動力伝達ギヤ６７およびワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８についてもトーチ縦動用動力伝達ギヤ６６と同じ構造を採用しているので説明を省略する。
【００５４】
溶接装置１は、旋回用ギヤ列４５、トーチ縦動用ギヤ列４６、トーチ遠近用ギヤ列４７およびワイヤ用ギヤ列４８の回転を連携させることによって、旋回台５の移動、溶接トーチ１９の縦動移動、溶接トーチ１９の遠近移動およびワイヤの送給を行う。
【００５５】
具体的には、旋回用ギヤ列４５、トーチ縦動用ギヤ列４６、トーチ遠近用ギヤ列４７およびワイヤ用ギヤ列４８の第一ギヤ２１が同速度で同方向へ回転すると、旋回台５は移動する一方、溶接トーチ１９の縦動移動、溶接トーチ１９の遠近移動およびワイヤの送給は停止する。これは、旋回用ギヤ列４５、トーチ縦動用ギヤ列４６、トーチ遠近用ギヤ列４７およびワイヤ用ギヤ列４８の第一ギヤ２１が同速度で同方向へ回転することによって、旋回ギヤ２８と往復動ギヤ３３との移動が同期し、ひいては動力伝達ギヤ３５が旋回台５に対して相対的に停止するためである。
【００５６】
ここで、旋回用ギヤ列４５およびトーチ縦動用ギヤ列４６に着目する。
【００５７】
旋回用ギヤ列４５およびトーチ縦動用ギヤ列４６が相対的に異なる速度で回転すると、相互の回転速度差によって、旋回ギヤ２８ひいては旋回台５に対してトーチ縦動用往復動ギヤ５６が移動し、ひいてはトーチ縦動用動力伝達ギヤ６６が回転して溶接ヘッド３を縦動移動させる。なお、溶接トーチ１９が縦動移動するか否かは、旋回用ギヤ列４５およびトーチ縦動用ギヤ列４６の相対的な回転速度差が生じているか否かによるものであって、旋回台５が移動しているか否かにはよらない。旋回用ギヤ列４５およびトーチ遠近用ギヤ列４７の組合せであっても、旋回用ギヤ列４５およびワイヤ用ギヤ列４８の組合せであっても、同様に作用する。
【００５８】
図９は、本発明の実施形態に係る溶接装置の差動歯車機構を示す断面図である。
【００５９】
図９に示すように、本実施形態に係る溶接装置１のトーチ縦動用差動歯車機構７６は、ケーシングとしてのデファレンシャルケース８２と、デファレンシャルケース８２に回転一体の入力ギヤとしてのリングギヤ８３と、デファレンシャルケース８２内に収容されてリングギヤ８３の回転中心線に直交する方向へ延びるピニオンシャフト８５と、ピニオンシャフト８５に回転自在に支持される一対のピニオンギヤ８６と、ピニオンギヤ８６に噛み合わされてリングギヤ８３の回転中心線上で回転する一対のサイドギヤ８７、８８と、サイドギヤ８７に連結されるドライブシャフト８９と、サイドギヤ８８に回転一体のドライブギヤ９１と、を備えている。
【００６０】
トーチ縦動用差動歯車機構７６は、リングギヤ８３へ入力されるトーチ縦動電動機１６の駆動力をドライブギヤ９１からトーチ縦動用ギヤ列４６へ伝達する一方、ドライブシャフト８９へ入力される旋回用電動機１５の駆動力をドライブギヤ９１からトーチ縦動用ギヤ列４６へ伝達する。
【００６１】
一対のピニオンギヤ８６および一対のサイドギヤ８７、８８は、いずれも傘歯車であり、一対のピニオンギヤ８６それぞれは同一の回転中心線上を回転し、一対のサイドギヤ８７、８８それぞれも同一の回転中心線上を回転する。ギヤ対間では回転中心が直交している。なお、トーチ縦動用差動歯車機構７６は、傘歯車以外の形式の歯車やねじを組み合わせた差動装置であっても良い。トーチ縦動用差動歯車機構７６を含む差動歯車機構３６のそれぞれも、同様である。
【００６２】
トーチ縦動用往復動ギヤ５６の内歯３１の有効歯数は、トーチ縦動用差動歯車機構７６のリングギヤ８３の歯数以下である。
【００６３】
また、溶接装置１は、トーチ縦動用差動歯車機構７６のデファレンシャルケース８２の回転を検知する回転センサ９２を備えている。回転センサ９２は、デファレンシャルケース８２の回転角度を測定可能なものであっても良いが、本実施形態に係る溶接装置１は、トーチ縦動用往復動ギヤ５６の内歯３１の有効歯数は、トーチ縦動用差動歯車機構７６のリングギヤ８３の歯数以下にしておくことによって、トーチ縦動用往復動ギヤ５６のいずれか一方の端部位置におけるデファレンシャルケース８２の回転位相をマイクロスイッチで検出し、この検出位置を基準にしてトーチ縦動電動機１６の回転量からトーチ縦動用ギヤ列４６の第一ギヤ２１の回転量を定め、ひいてはトーチ縦動用動力伝達ギヤ６６の回転量を算出できる。
【００６４】
ここで先ず、旋回用電動機１５と旋回用ギヤ列４５との関係について説明する。
【００６５】
旋回用電動機１５が発生させる駆動力は、出力軸１０１に回転一体のギヤ１０２から、ギヤ１０２に噛み合わされるギヤ１０３を経て軸１０５へ伝達される。軸１０５に伝わった駆動力は、軸１０５に回転一体のギヤ１０６に噛み合わされるギヤ１０７を経て旋回用ギヤ列４５の第一ギヤ２１へ伝達される。
【００６６】
次いで、旋回用電動機１５とトーチ縦動用ギヤ列４６との関係について説明する。トーチ縦動電動機１６は停止しているものとして、図９中に停止部分を破線で描いている。
【００６７】
軸１０５に伝わった駆動力は、ギヤ１０６に噛み合わされるギヤ１０８、ギヤ１０８に噛み合わされるギヤ１０９を経て、ドライブシャフト８９に回転一体のギヤ１１１からトーチ縦動用差動歯車機構７６へ伝達される。
【００６８】
トーチ縦動用差動歯車機構７６は、トーチ縦動電動機１６が停止しているためトーチ縦動電動機１６の出力軸１１２に回転一体のギヤ１１３に噛み合わされるリングギヤ８３を介してデファレンシャルケース８２の回転を阻止されている。デファレンシャルケース８２の回転を阻止されるトーチ縦動用差動歯車機構７６は、ドライブシャフト８９の駆動力によってサイドギヤ８７を回転させ、サイドギヤ８７に噛み合わされる一対のピニオンギヤ８６の回転を通じてサイドギヤ８８へ駆動力を伝達する。サイドギヤ８８に伝わった駆動力は、ドライブギヤ９１に噛み合わされるギヤ１１５を経てトーチ縦動用ギヤ列４６の第一ギヤ２１へ伝達される。
【００６９】
このような動力伝達経路を経て、旋回用電動機１５の駆動力は、旋回用ギヤ列４５およびトーチ縦動用ギヤ列４６へ分配される。そして、それぞれの経路におけるギヤ比を同一に設定することによって、旋回用電動機１５を駆動させるのみで、旋回ギヤ２８とトーチ縦動用往復動ギヤ５６とを同じ角速度で同期して移動させ、ひいてはトーチ縦動用動力伝達ギヤ６６を回転させることなく、溶接トーチ１９の遠近移動を阻止しながら旋回台５を移動させる。
【００７０】
他方、トーチ縦動電動機１６とトーチ縦動用ギヤ列４６との関係について説明する。
【００７１】
図１０は、本発明の実施形態に係る溶接装置の差動歯車機構を示す断面図である。
【００７２】
旋回用電動機１５は停止しているものとして、図１０中に停止部分を破線で描いている。
【００７３】
図１０に示すように、トーチ縦動電動機１６が発生させる駆動力は、出力軸１１２に回転一体のギヤ１１３から、ギヤ１１３に噛み合わされるトーチ縦動用差動歯車機構７６のリングギヤ８３を経てデファレンシャルケース８２へ伝達される。デファレンシャルケース８２は、回転中心線の直交する一対のピニオンギヤ８６をピニオンシャフト８５ごと一体的に回転させる。
【００７４】
このとき、トーチ縦動用差動歯車機構７６は、旋回用電動機１５が停止しているため出力軸１０１、ギヤ１０２、１０３、軸１０５、ギヤ１０６、１０８、１０９、１１１を介してドライブシャフト８９の回転を阻止されている。ドライブシャフト８９の回転を阻止されるトーチ縦動用差動歯車機構７６は、サイドギヤ８７の回転も阻止される一方で、非回転のサイドギヤ８７によって一対のピニオンギヤ８６を回転させ、一対のピニオンギヤ８６に噛み合わされるサイドギヤ８８へ駆動力を伝達する。サイドギヤ８８に伝わった駆動力は、ドライブギヤ９１に噛み合わされるギヤ１１５を経てトーチ縦動用ギヤ列４６の第一ギヤ２１へ伝達される。
【００７５】
次いで、トーチ縦動電動機１６と旋回用ギヤ列４５との関係について説明する。
【００７６】
先の説明の通り、トーチ縦動用差動歯車機構７６は、旋回用電動機１５が停止しているため出力軸１０１、ギヤ１０２、１０３、軸１０５、ギヤ１０６、１０８、１０９、１１１を介してドライブシャフト８９の回転を阻止されている。したがって、トーチ縦動電動機１６の駆動力は、旋回用ギヤ列４５へ伝達されない。
【００７７】
このような動力伝達経路を経て、トーチ縦動電動機１６の駆動力は、トーチ縦動用ギヤ列４６へ伝達される。
【００７８】
そして、溶接装置１は、旋回用電動機１５およびトーチ縦動電動機１６を適宜の出力で同時に回転させることによって、旋回用ギヤ列４５の第一ギヤ２１とトーチ縦動用ギヤ列４６の第一ギヤ２１との間に角速度差を生じさせて、溶接トーチ１９の縦動移動と同時に旋回台５の移動、つまり溶接トーチ１９の旋回を両立させる。
【００７９】
なお、トーチ遠近用差動歯車機構７７およびワイヤ用差動歯車機構７８については、トーチ縦動用差動歯車機構７６と同じ構造を採用しているので説明を省略する。つまり、溶接装置１は、旋回用電動機１５およびトーチ遠近電動機１７を適宜の出力で同時に回転させることによって、旋回用ギヤ列４５の第一ギヤ２１とトーチ遠近用ギヤ列４７の第一ギヤ２１との間に角速度差を生じさせて、溶接トーチ１９の遠近移動と同時に旋回台５の移動、つまり溶接トーチ１９の旋回を両立させる。また、溶接装置１は、旋回用電動機１５およびワイヤ送給電動機１８を適宜の出力で同時に回転させることによって、旋回用ギヤ列４５の第一ギヤ２１とワイヤ用ギヤ列４８の第一ギヤ２１との間に各速度差を生じさせて、ワイヤの送給と同時に旋回台５の移動、つまり溶接ヘッド３、ひいては溶接トーチ１９の旋回を両立させる。
【００８０】
次に、本実施形態に係る溶接装置の溶接ヘッドについて説明する。
【００８１】
図１１は、本実施形態に係る溶接装置の溶接ヘッドを示す平断面図である。
【００８２】
図１２および図１３は、本実施形態に係る溶接装置のワイヤ送給機構の一部を示す図である。
【００８３】
図１１から図１３に示すように、本実施形態に係る溶接装置１の溶接ヘッド３は、溶接トーチ１９を縦動移動させるトーチ縦動移動機構１２６と、溶接トーチ１９を遠近移動させるトーチ遠近移動機構１２７と、溶接トーチ１９へワイヤを供給するワイヤ送給機構１２８と、を備えている。
【００８４】
トーチ縦動移動機構１２６は、動力伝達ギヤ３５のうちトーチ縦動用動力伝達ギヤ６６から伝達される駆動力によって作動し、溶接トーチ１９を縦動移動させる。
【００８５】
トーチ遠近移動機構１２７は、動力伝達ギヤ３５のうちトーチ遠近用動力伝達ギヤ６７から伝達される駆動力によって作動し、溶接トーチ１９を遠近移動させる。
【００８６】
ワイヤ送給機構１２８は、動力伝達ギヤ３５のうちワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８から伝達される駆動力によって作動し、溶接トーチ１９へワイヤを供給する。
【００８７】
ところで、ワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８へ動力を伝達するワイヤ送給用往復動ギヤ５８は、旋回台５、ひいては溶接ヘッド３に対して往復動するため、ワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８は正転と逆転とを周期的に繰り返すことになる。つまり、ワイヤを供給するためにはワイヤ送給用往復動ギヤ５８の往復動であって、ワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８の周期的な正転と逆転との繰り返しを、ワイヤを送給し続けるための一方向の回転、つまり正転および逆転のいずれかの回転に変換する必要がある。
【００８８】
そこで、ワイヤ送給機構１２８は、動力伝達ギヤ３５の回転方向を維持して伝達する正転ギヤ系列１３１、および動力伝達ギヤ３５の回転方向を逆転させて伝達する逆転ギヤ系列１３２を有する伝達機構１３３と、伝達機構１３３によって駆動される軸１３５と、正転ギヤ系列１３１の回転を一方向のみ軸１３５へ伝達する第一ワンウェイクラッチ１３６、および逆転ギヤ系列１３２の回転を第一ワンウェイクラッチ１３６が伝達する回転の逆方向のみ軸１３５へ伝達する第二ワンウェイクラッチ１３７を有して軸１３５を一方向へのみ回転させるダブルクラッチ機構１３８と、を備えている。ここで言う動力伝達ギヤ３５は、ワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８である。
【００８９】
なお、図１２は正転ギヤ系列１３１を示し、図１３は逆転ギヤ系列１３２を示している。ここで、正転ギヤ系列１３１および逆転ギヤ系列１３２の各ギヤについて、反時計回りを正転と表現し、時計回りを逆転と表現する。
【００９０】
正転ギヤ系列１３１の第一段ギヤ１３１ａと逆転ギヤ系列１３２の第一段ギヤ１３２ａとは回転一体化されている。したがって、正転ギヤ系列１３１の第一段ギヤ１３１ａおよび逆転ギヤ系列１３２の第一段ギヤ１３２ａは、いずれか一方が動力伝達ギヤ３５、つまりワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８に噛み合わされていれば良い。
【００９１】
正転ギヤ系列１３１は、第一ワンウェイクラッチ１３６を介して軸１３５に支持される正転系列最終段ギヤ１３１ｂを含む偶数個のギヤを含んでいる。したがって、正転ギヤ系列１３１は、動力伝達ギヤ３５、つまりワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８の回転方向を保って正転系列最終段ギヤ１３１ｂを回転させる。
【００９２】
逆転ギヤ系列１３２は、第二ワンウェイクラッチ１３７を介して軸１３５に支持される逆転系列最終段ギヤ１３２ｂを含む奇数個のギヤを含んでいる。したがって、逆転ギヤ系列１３２は、動力伝達ギヤ３５、つまりワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８の回転方向を反転させて逆転系列最終段ギヤ１３２ｂを回転させる。
【００９３】
換言すれば、ワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８が正転すれば正転系列最終段ギヤ１３１ｂは正転して逆転系列最終段ギヤ１３２ｂは逆転する一方、ワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８が逆転すれば正転系列最終段ギヤ１３１ｂは逆転して逆転系列最終段ギヤ１３２ｂは正転する関係にある。正転系列最終段ギヤ１３１ｂと逆転系列最終段ギヤ１３２ｂとは、互いに逆方向へ回転する。
【００９４】
そして、第一ワンウェイクラッチ１３６は、正転系列最終段ギヤ１３１ｂが正転している場合には正転系列最終段ギヤ１３１ｂと軸１３５とを接続して駆動力を伝達する一方（図１２中の実線矢）、正転系列最終段ギヤ１３１ｂが逆転している場合には正転系列最終段ギヤ１３１ｂと軸１３５との接続を解除して正転系列最終段ギヤ１３１ｂを空転させる（図１２中の二点鎖線矢）。同じく、第二ワンウェイクラッチ１３７は、逆転系列最終段ギヤ１３２ｂが正転している場合には逆転系列最終段ギヤ１３２ｂと軸１３５とを接続して駆動力を伝達する一方（図１３中の実線矢）、逆転系列最終段ギヤ１３２ｂが逆転している場合には逆転系列最終段ギヤ１３２ｂと軸１３５との接続を解除して逆転系列最終段ギヤ１３２ｂを空転させる（図１３中の二点鎖線矢）。
【００９５】
また、動力伝達ギヤ３５、つまりワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８の回転方向に着目して説明すると、ワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８が正転している場合には、第一ワンウェイクラッチ１３６は、正転している正転系列最終段ギヤ１３１ｂと軸１３５とを接続して駆動力を伝達する一方（図１２中の実線矢）、第二ワンウェイクラッチ１３７は、逆転している逆転系列最終段ギヤ１３２ｂと軸１３５との接続を解除して逆転系列最終段ギヤ１３２ｂを空転させる（図１３中の二点鎖線矢）。他方、ワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８が逆転している場合には、第一ワンウェイクラッチ１３６は、逆転している正転系列最終段ギヤ１３１ｂと軸１３５との接続を解除して正転系列最終段ギヤ１３１ｂを空転させる一方（図１２中の二点鎖線矢）、第二ワンウェイクラッチ１３７は、正転している逆転系列最終段ギヤ１３２ｂと軸１３５とを接続して駆動力を伝達する（図１３中の実線矢）。
【００９６】
このダブルクラッチ機構１３８の働きによって、軸１３５は、一方向、ここでは正転方向のみへ回転する。
【００９７】
第一ワンウェイクラッチ１３６および第二ワンウェイクラッチ１３７は、軸１３５の一方の端部に設けられている。第一ワンウェイクラッチ１３６および第二ワンウェイクラッチ１３７は、同様の構造を有している。第一ワンウェイクラッチ１３６および第二ワンウェイクラッチ１３７は、スプラグ式であっても良いし、カム式（あるいはローラー式）であっても良い。例えばローラー式の第一ワンウェイクラッチ１３６および第二ワンウェイクラッチ１３７は、アウターレース（外輪、図示省略）と、ローラー１４７と、スプリング１４８と、を含んでいる。アウターレースは、内側にカム面を有するポケット１４９を備えている。ポケット１４９にはローラー１４７が配置されている。スプリング１４８のばね力は、ローラー１４７を外輪のカム面と軸１３５の外周面に接触させている。軸１３５に対して外輪が一方向に回転（本実施形態においては正転）する場合には、軸１３５の外周面とカム面との間にローラー１４７が挟まり込んで接触面圧が高くなり、抵抗になって駆動力を伝達する。軸１３５に対して外輪が他方向に回転（本実施形態においては逆転）する場合には、ローラー１４７と軸１３５の外周面、およびローラー１４７とカム面との接触面圧が低くなり、滑って駆動力の伝達を遮断する。
【００９８】
軸１３５の他方の端部には、ワイヤ送給ローラー１４６が回転一体に設けられている。ワイヤ送給ローラー１４６は、軸１３５の回転によって駆動され、溶接トーチ１９へワイヤを供給する。軸１３５はワイヤ送給機構１２８の働きによって一方向に回転し、ひいてはワイヤ送給ローラー１４６も一方向に回転して溶接トーチ１９へワイヤを供給する。
【００９９】
次に、本実施形態に係る溶接装置１のパージガス供給経路について説明する。
【０１００】
図１４は、本実施形態に係る溶接装置のパージガス供給経路を示す縦断面図である。
【０１０１】
図１５は、本実施形態に係る溶接装置のパージガス供給経路を示す横断面図である。
【０１０２】
図１６および図１７は、本実施形態に係る溶接装置のパージガス供給経路の動作を説明する断面図である。
【０１０３】
図１４に示すように、本実施形態に係る溶接装置１は、パージガス供給経路１５１を備えている。
【０１０４】
パージガス供給経路１５１は、基部２の背面面板３８に設けられるガス供給口１５２と、環状ギヤ列２３のいずれかの第一ギヤ２１の中心軸を貫いて背面面板３８から正面面板３７へ到達するガス導入管１５３と、正面面板３７に設けられるガス溜部１５５と、を備えている。
【０１０５】
ガス導入管１５３は、ガス供給口１５２に流れ込むパージガスを基部２の正面面板３７へと導く流路である。ガス導入管１５３は、同軸上に配置される第一ギヤ２１を支える軸芯を兼ねている。なお、ガス導入管１５３は、環状ギヤ列２３のいずれかの第二ギヤ２２を支える軸芯を兼ねているものであっても良い。
【０１０６】
ガス溜部１５５は、旋回台５を臨む方向へ開放される溝状の空間である。ガス溜部１５５は、正面面板３７の全周に渡って環状に設けられている。
【０１０７】
また、パージガス供給経路１５１は、基部２の全周に渡って配置される複数のガス流出口１５６を有する環状の弁座体１５７と、複数のガス流出口１５６のそれぞれを開閉させる複数の弁体１５８と、旋回台５が移動範囲のいずれの場所に移動しても、複数のガス流出口１５６のうち少なくとも一つに繋がるガス流路１５９を有して旋回台５に設けられる弧状のガス中継体１６１と、ガス中継体１６１に繋がるガス流出口１５６を閉ざす弁体１５８を開くバルブ駆動機構１６２と、を備えている。
【０１０８】
弁座体１５７は、正面面板３７のガス溜部１５５を塞ぐ蓋の役割を担っている。弁座体１５７は、溶接トーチ１９へ電力を供給する電路の一部でもあり、導体である。弁座体１５７は、正面面板３７に固定されているが、弁座体１５７と正面面板３７との隙間からパージガスが漏洩することを防ぎ、かつ弁座体１５７と正面面板３７との電気的な絶縁を図るために、弁座体１５７と正面面板３７との間には、絶縁体のシール板１６３が挟み込まれている。
【０１０９】
弁座体１５７の内周面は、正面面板３７のガス溜部１５５を塞ぐ一方、ガス流出口１５６の弁座１６５を兼ねている。弁座１６５は、弁座体１５７の内周に設けられる円形の凹部である。
【０１１０】
弁座体１５７の外周面は、旋回台５側に固定されるガス中継体１６１に接触している。
【０１１１】
弁体１５８は、基部２のガス溜部１５５内に配置されている。弁体１５８は、ウレタンゴム製であって円柱形状を有し、弁座１６５に対する接触部分である先端部に半球形状を有している。弁体１５８は、ガス溜部１５５内に設けられる弁体保持枠体１６６、弁体保持枠体１６６に固定される弁軸１６７、および弁軸１６７に摺動自在に設けられるガイドブッシュ１６８によって保持されている。また、弁体１５８は、コイルバネ１６９から作用するばね力によってガス流出口１５６を閉ざす方向に押さえ付けられている。
【０１１２】
弁体保持枠体１６６は、正面面板３７に締結部材１７０で固定される一方で、弁座体１５７を締結部材１７１で正面面板３７に固定する固定具の役割を果たしている。弁座体１５７と正面面板３７との電気的な絶縁を図るために、弁体保持枠体１６６も絶縁体である。弁体保持枠体１６６は、複数の弁体１５８を保持して弧状に延びている。弁体保持枠体１６６は、ガス流出口１５６ごとに基部２の全周に渡って配置される弁体１５８と同じく、基部２の全周に渡って複数、設けられている。弁座体１５７は、基部２の分割を阻害しないよう、基部２の分割に応じて分割されており、基部２ごと、周方向において複数の部分に分割して被溶接物の外周に配置自在である。
【０１１３】
なお、弁体保持枠体１６６は、弁座体１５７の内周面に接してこれを支える一方で、弁体１５８の直径よりも幅狭でありガス流出口１５６へ流れ込むパージガスを阻害しない。
【０１１４】
弁軸１６７は、弁体１５８の中心線に沿って弁体保持枠体１６６に締結されている。
【０１１５】
ガイドブッシュ１６８は、弁体１５８に固定されている。ガイドブッシュ１６８は、バルブ駆動機構１６２に連動して弁体１５８を開閉させる。
【０１１６】
コイルバネ１６９は、弁軸１６７およびガイドブッシュ１６８に差し込まれて弁体１５８と弁体保持枠体１６６との間に挟み込まれている。
【０１１７】
ガス中継体１６１は、溶接トーチ１９へ電力を供給する電路の一部でもあり、導体である。弁座体１５７およびガス中継体１６１は、相互に接触し合う導体であって溶接トーチ１９へ電力を供給する電路の一部を担っている。弁座体１５７およびガス中継体１６１は、旋回台５が基部２の周囲を旋回する最中も電気的に接続されて導通を保っている。つまり、弁座体１５７およびガス中継体１６１は、被溶接物２００ａ、２００ｂに対して静止状態にある基部２側から被溶接物２００ａ、２００ｂに対して旋回する溶接ヘッド３へ電力を供給する。
【０１１８】
ガス中継体１６１は、絶縁体のホルダー１７２を介して旋回台５に固定されている。ガス中継体１６１は、旋回台５の一部であってホルダー１７２とともに基部２の周囲を旋回する。ガス中継体１６１の内周面は、弁座体１５７の外周面に臨み、旋回台５が移動範囲のいずれの場所に移動しても、複数のガス流出口１５６のうち少なくとも一つに覆い被さっている。
【０１１９】
ガス流路１５９は、ガス中継体１６１の内周面から外周面へと延びており、ホルダー１７２および旋回台５内のガス室１７３、およびガス室１７３に接続されるガスチューブ（図示省略）を経て溶接トーチ１９へパージガスを供給する。
【０１２０】
バルブ駆動機構１６２は、旋回台５の移動場所においてガス中継体１６１が覆い被さってガス流路１５９に繋がるガス流出口１５６を開放する。なお、旋回台５が移動してきておらず、ガス中継体１６１が覆い被さっていないガス流出口１５６は、コイルバネ１６９に押さえ付けられる弁体１５８によって閉じられている。
【０１２１】
バルブ駆動機構１６２は、旋回台５の移動にともなってガス中継体１６１に接触して回転して弁体１５８を開くカム１７５を備えている。カム１７５は、弁座体１５７に摺動ブッシュ１７６を介して回転自在に支えられるバルブ開閉棒１７７に設けられており、バルブ開閉棒１７７の一部を切り欠いた半円形のカム面を有している。弁体１５８が弁座１６５を閉じている状態において、カム１７５は、半円形のカム面の弦部分をガイドブッシュ１６８の先端に当てている。他方、カム１７５は、バルブ開閉棒１７７の回転、ひいてはカム面の回転にともなって弁体１５８を弁座１６５から浮き上がらせる。
【０１２２】
バルブ開閉棒１７７は、弁座体１５７の両側面を貫いて延びている。バルブ開閉棒１７７の両自由端部は、弁座体１５７の側面から突出している。バルブ開閉棒１７７の一方の自由端部には、スイングアーム１７８が設けられている。スイングアーム１７８は、バルブ開閉棒１７７の径方向、かつ基部２の径外方向に向いている。
【０１２３】
また、バルブ駆動機構１６２は、旋回台５に設けられるスイングガイド１７９を備えている。スイングガイド１７９は、旋回台５の移動方向に傾いた傾斜面を有して旋回台から基部２側へ向かって突出する台形状または三角形状の山部である。スイングガイド１７９のうち傾斜面の一部、および山の頂上に相当する台形の上底または三角形の頂点は、旋回台５の旋回移動にともなって、スイングアーム１７８に干渉する軌道上を移動する干渉領域である。
【０１２４】
つまり、バルブ駆動機構１６２は、旋回台５の移動に同期してスイングガイド１７９の傾斜面をスイングアーム１７８に接触させ、スイングガイド１７９の山の頂上に相当する台形の上底または三角形の頂点を含んだ干渉領域によってスイングアーム１７８を倒し込み、バルブ開閉棒１７７を回転させ、ひいてはカム１７５を回転させて弁体１５８を弁座１６５から浮き上がらせてパージガスを流通させる（図１６）。また、バルブ駆動機構１６２は、旋回台５が移動してスイングガイド１７９とスイングアーム１７８との干渉が解消されると、弁座１６５を弁体１５８で閉じてパージガスの流通を遮断させる。これは、スイングガイド１７９とスイングアーム１７８との干渉が解消されることによって、コイルバネ１６９のばね力が弁体１５８を弁座１６５に押し付ける作用によるものである。弁体１５８を弁座１６５へ押し付けるばね力は、カム１７５を回転させてバルブ開閉棒１７７およびスイングアーム１７８を復帰させる（図１４、図１５、図１７）。
【０１２５】
次に、本実施形態に係る溶接装置１の電源供給系統について説明する。
【０１２６】
図１８は、本実施形態に係る溶接装置の電源供給系統を示す平断面図である。
【０１２７】
図１９は、本実施形態に係る溶接装置の電源供給系統を示す縦断面図である。
【０１２８】
図１８および図１９に示すように、溶接装置１の電源供給系統１８１は、基部２の背面面板３８から正面面板３７へ到達する電源供給導体９を備えている。電源供給導体９は、背面面板３８の電源用貫通孔１１を通じて正面面板３７側へ到達し、電路の一部を兼ねる弁座体１５７に電気的に接続されている。電源供給導体９のうち背面面板３８から正面面板３７へ延びる縦断電路１８２は、複数、例えば３つに分割されて断面積を確保されている。それぞれの縦断電路１８２は、絶縁体のシース１８３に覆われている。また、縦断電路１８２は、環状ギヤ列２３のうち隣り合う一対の第一ギヤ２１の間の空間、つまり第二ギヤ２２が配置される位相に配置されている。
【０１２９】
電路の一部を兼ねるガス中継体１６１は、旋回台５とガス中継体１６１との間に設けられるコイルバネ１８５によって、弁座体１５７に押し付けられている。コイルバネ１８５は、ガス中継体１６１と弁座体１５７との導通の安定を図っている。
【０１３０】
本実施形態に係る溶接装置１は、第一ギヤ２１および第二ギヤ２２のいずれか一方が、一つ置きに第一ギヤ２１と第二ギヤ２２とのバックラッシを実質的にゼロにする寸法を有することによって、環状ギヤ列２３を円滑に回転させるとともに、環状ギヤ列２３に噛み合う旋回ギヤ２８および往復動ギヤ３３の位置決め精度を高めことができる。
【０１３１】
ところで、発明者は、全ての第一ギヤ２１と第二ギヤ２２とのバックラッシを実質的にゼロにして実験を行ったところ、環状ギヤ列２３が円滑に回転せず、電動機（旋回用電動機１５、トーチ縦動電動機１６、トーチ遠近電動機１７、ワイヤ送給電動機１８）に高い負荷を与えてしまうことを確認した。
【０１３２】
また、発明者は、第一主歯車体と、第一副歯車体と、コイルスプリングと、を備えてバックラッシを生じない従来の歯車（特許文献２）を適用して環状ギヤ列２３相当のギヤ列をした場合も、電動機（旋回用電動機１５、トーチ縦動電動機１６、トーチ遠近電動機１７、ワイヤ送給電動機１８）に高い負荷が掛かってしまい、ギヤ列を円滑に回転させることができないことを確認した。
【０１３３】
そして、第一ギヤ２１および第二ギヤ２２のいずれか一方が、一つ置きに第一ギヤ２１と第二ギヤ２２とのバックラッシを実質的にゼロにする寸法を有することによって、環状ギヤ列２３を円滑に回転させるとともに、電動機（旋回用電動機１５、トーチ縦動電動機１６、トーチ遠近電動機１７、ワイヤ送給電動機１８）の負荷を大幅に低減させることができることを見出した。
【０１３４】
また、本実施形態に係る溶接装置１は、第一ギヤ２１および第二ギヤ２２のいずれか一方は、他の一つ置きに第一ギヤ２１と第二ギヤ２２との間にゼロより大きいバックラッシを有することによって、環状ギヤ列２３を円滑に回転させるとともに、環状ギヤ列２３に噛み合う旋回ギヤ２８および往復動ギヤ３３の位置決め精度を高めことができる。
【０１３５】
さらに、本実施形態に係る溶接装置１は、第一ギヤ２１および第二ギヤ２２のいずれか他方は、全て実質的に同じ寸法を有していても、環状ギヤ列２３を円滑に回転させるとともに、環状ギヤ列２３に噛み合う旋回ギヤ２８および往復動ギヤ３３の位置決め精度を高めことができる。これは、仮に第二ギヤ２２の寸法を実質的に２種類、用意することで第一ギヤ２１と第二ギヤ２２とのバックラッシを一つ置きに実質的にゼロにし、他の一つ置きにゼロより大きいバックラッシを与える場合、全ての第一ギヤ２１の実質的な寸法を統一できるため、利便性が高い。
【０１３６】
さらにまた、本実施形態に係る溶接装置１は、環状に並んで交互に噛み合う複数の第一ギヤ２１および複数の第二ギヤ２２を含む環状ギヤ列２３を複数列有する歯車列機構２５を備えることによって、被溶接物２００ａ、２００ｂを囲む環状ギヤを備える従来の溶接装置に比べて、極めて小径な第一ギヤ２１、第二ギヤ２２を適用可能になり、ギヤの加工精度を容易に確保できる。
【０１３７】
また、本実施形態に係る溶接装置１は、環状に並んで交互に噛み合う複数の第一ギヤ２１および複数の第二ギヤ２２を含む環状ギヤ列２３を複数列有する歯車列機構２５を備えることによって、被溶接物２００ａ、２００ｂを囲む環状ギヤを備える従来の溶接装置に比べて、同口径の被溶接物２００ａ、２００ｂに適用可能な寸法であっても溶接ヘッド３の駆動機構をより軽量にして、取り扱いの利便性を高めることができる。溶接ヘッド３の駆動機構の軽量化は、電動機６の必要出力を抑制して溶接装置１のさらなる軽量化および低コスト化に寄与する。
【０１３８】
さらに、被溶接物２００ａ、２００ｂを囲む環状ギヤを備える従来の溶接装置では、環状歯車を多段階化して溶接ヘッド３の自由度を高める（つまり、多軸化する）ためには、単に環状ギヤを複数並べるだけでは成立せず、動力伝達軸を環状ギヤへ付加的に搭載せねばならなかったが、本実施形態に係る溶接装置１は、例えば４列の環状ギヤ列２３のように、多段化が極めて容易になる。
【０１３９】
さらにまた、本実施形態に係る溶接装置１は、周方向において複数の部分に分割して被溶接物２００ａの外周に配置自在な基部２を備えることによって、被溶接物２００ａへ装着する際に更なる軽量化を図り、ひいては可搬性を高めることができる。
【０１４０】
また、本実施形態に係る溶接装置１は、往復動ギヤ３３の往動および復動にしたがって二方向へ回転される動力伝達ギヤ３５を備えることによって、旋回用ギヤ列４５を基準として環状ギヤ列２３、つまりトーチ縦動用ギヤ列４６、トーチ遠近用ギヤ列４７およびワイヤ用ギヤ列４８から容易に溶接ヘッド３の多軸化を実現できる。
【０１４１】
さらに、本実施形態に係る溶接装置１は、差動歯車機構３６のデファレンシャルケース８２の回転を検知する回転センサ９２によって、往復動ギヤ３３の往動および復動の移動量を算出し、動力伝達ギヤ３５の回転量、ひいては溶接ヘッド３の移動量を定めることができる。
【０１４２】
さらにまた、本実施形態に係る溶接装置１は、往復動ギヤ３３の内歯の有効歯数を差動歯車機構３６のリングギヤ８３の歯数以下にすることによって、マイクロスイッチを回転センサ９２として採用し、装置の簡素化と低コスト化を図ることができる。
【０１４３】
したがって、本実施形態に係る溶接装置１によれば、小口径配管においては無論、中大口径配管においては格別に十分な加工精度による溶接の正確性を確保できるとともに、取り扱いの利便性も良好である。
【０１４４】
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【０１４５】
１  溶接装置
２  基部
２ａ、２ｂ  半円弧部
３  溶接ヘッド
５  旋回台
６  電動機
７  モータハウジング
８  クランプ
９  電源供給導体
１１  電源用貫通孔
１２  固定機構
１３  トーチホルダ
１５  旋回用電動機
１６  トーチ縦動電動機
１７  トーチ遠近電動機
１８  ワイヤ送給電動機
１９  溶接トーチ
２１  第一ギヤ
２２  第二ギヤ
２３  環状ギヤ列
２５  歯車列機構
２７  内歯
２８  旋回ギヤ
３１  内歯
３２  外歯
３３  往復動ギヤ
３５  動力伝達ギヤ
３６  差動歯車機構
３７  正面面板
３８  背面面板
３９  案内溝
４５  旋回用ギヤ列
４６  トーチ縦動用ギヤ列
４７  トーチ遠近用ギヤ列
４８  ワイヤ用ギヤ列
５６  トーチ縦動用往復動ギヤ
５７  トーチ遠近用往復動ギヤ
５８  ワイヤ送給用往復動ギヤ
５９  ころ部
６１  トーチ設置面
６６  トーチ縦動用動力伝達ギヤ
６７  トーチ遠近用動力伝達ギヤ
６８  ワイヤ送給用動力伝達ギヤ
７６  トーチ縦動用差動歯車機構
７７  トーチ遠近用差動歯車機構
７８  ワイヤ用差動歯車機構
７９  案内穴
８１  案内棒
８２  デファレンシャルケース
８３  リングギヤ
８５  ピニオンシャフト
８６  ピニオンギヤ
８７、８８  サイドギヤ
８９  ドライブシャフト
９１  ドライブギヤ
９２  回転センサ
１０１  出力軸
１０２、１０３  ギヤ
１０５  軸
１０６、１０７、１０８、１０９、１１１  ギヤ
１１２  出力軸
１１３、１１５  ギヤ
１２６  トーチ縦動移動機構
１２７  トーチ遠近移動機構
１２８  ワイヤ送給機構
１３１  正転ギヤ系列
１３２  逆転ギヤ系列
１３１ａ  第一段ギヤ
１３２ａ  第一段ギヤ
１３１ｂ  正転系列最終段ギヤ
１３２ｂ  逆転系列最終段ギヤ
１３３  伝達機構
１３５  軸
１３６  第一ワンウェイクラッチ
１３７  第二ワンウェイクラッチ
１３８  ダブルクラッチ機構
１４６  ワイヤ送給ローラー
１４７  ローラー
１４８  スプリング
１４９  ポケット
１５１  パージガス供給経路
１５２  ガス供給口
１５３  ガス導入管
１５５  ガス溜部
１５６  ガス流出口
１５７  弁座体
１５８  弁体
１５９  ガス流路
１６１  ガス中継体
１６２  バルブ駆動機構
１６３  シール板
１６５  弁座
１６６  弁体保持枠体
１６７  弁軸
１６８  ガイドブッシュ
１６９  コイルバネ
１７０  締結部材
１７１  締結部材
１７２  ホルダー
１７３  ガス室
１７５  カム
１７６  摺動ブッシュ
１７７  バルブ開閉棒
１７８  スイングアーム
１７９  スイングガイド
１８１  電源供給系統
１８２  縦断電路
１８３  シース
１８５  コイルバネ
２００ａ、２００ｂ  被溶接物
【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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【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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