(57)【要約】  アーク溶接部の溶融池を囲むシールドガス領域（７１）から離間した位置において、少なくとも第１の金属母材（１１）に沿って、前記溶融池に向かわない方向に前記気体を噴流させる噴流手段（２）を備えている。好適には、アークが発生される前に、噴流手段（２）により噴流が発生されているとよい。噴流手段は、幅広い扁平な形状となる吹き出し口（４２）を有する吹き出し部材（４９）と、それに略相似の形状の吸い込み口（５２）を有する吸い込み部材（５６）とを備え、吸い込み口の気体の吸い込み量が吹き出し口からの吹き出し量よりも多いとよい。これにより、溶接箇所の近傍の表面が平坦でない場合であっても、シールドガスのシールド領域から離間した位置において、母材の表面の広い範囲にスパッタの付着を抑制することが可能となる。
2014125598.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク溶接される複数の金属母材へのスパッタの付着を抑制させるスパッタ付着抑制構造であって、
スパッタの付着を抑制させる第１の金属母材の表面に沿って気体を噴流させる噴流手段を含み、
前記噴流手段が、アーク溶接部の溶融池を囲むシールドガス領域から離間した位置において、少なくとも第１の金属母材に沿って、前記溶融池に向かわない方向に前記気体を噴流させる、
ことを特徴とするスパッタ付着抑制構造。
【請求項２】
前記アーク溶接によりアークが発生される前に、前記噴流手段により噴流が発生されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のスパッタ付着抑制構造。
【請求項３】
前記噴流手段が、吹き出し手段と吸い込み手段を含み、前記吹き出し手段は前記気体を吹き出させる吹き出し口を有する吹き出し部材を備え、前記吸い込み手段は前記気体及びその周辺の気体を吸い込ませる吸い込み口を有する吸い込み部材を備え、前記吸い込み口の気体の吸い込み量が前記吹き出し口からの気体の吹き出し量よりも多い、
ことを特徴としている請求項１又は請求項２に記載のスパッタ付着抑制構造。
【請求項４】
前記吹き出し口の形状が幅広い扁平な形状とされ、幅広い側が第１の金属母材近傍に沿って配設されている、
ことを特徴とする請求項３に記載のスパッタ付着抑制構造。
【請求項５】
前記吹き出し口の形状と、前記吸い込み口の形状とが略相似な形状とされ、向い合った位置に配置されている、
ことを特徴とする請求項３又は請求項４に記載のスパッタ付着抑制構造。
【請求項６】
前記吹き出し口が複数の小孔が列をなして形成された吹き出し部材に備えられ、前記吹き出し手段には取替可能とされた薄板の金属板が含まれ、前記吹き出し部材の上方が、前記金属板で覆われている、
ことを特徴とする請求項３乃至請求項５のいずれか一項に記載のスパッタ付着抑制構造。
【請求項７】
前記シールドガス領域と噴流される前記気体との離間距離を調整させる離間距離調整手段が備えられている、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のスパッタ付着抑制構造。
【請求項８】
前記吹き出し部材及び前記吸い込み部材の少なくともいずれか一方が、その先方の向きが自在に変えられるように可撓管の先方に固定されている、
ことを特徴とする請求項２乃至請求項６のいずれか一項に記載のスパッタ付着抑制構造。
【請求項９】
溶接される複数のワークを固定するクランプ装置であって、
請求項１乃至請求項８のいずれか一項に記載のスパッタ付着抑制構造を備えている、
ことを特徴とするクランプ装置。
【請求項１０】
アーク溶接する複数の金属母材へのスパッタ付着を抑制させるスパッタ付着抑制溶接方法であって、
前記スパッタ付着抑制方法は、前記アーク溶接の溶融池を囲むシールドガス領域となる位置から離間した領域において、スパッタの付着を抑制させる第１の金属母材の表面に沿って、前記溶融池に向かわない方向に気体を噴流させた後にアーク放電させ、アーク放電中は前記気体の噴流を継続させ、アーク放電を完了してから、前記気体の噴流を停止させる、
ことを特徴とするスパッタ付着抑制溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの溶接箇所の近傍の表面が平坦でない場合であっても、その表面の広い範囲にスパッタが付着するのを抑制し、スパッタが付着してもその剥離を容易にするスパッタ付着抑制構造、スパッタ付着抑制溶接方法およびクランプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の金属材料を一体化させる方法として、金属材料の母材の一部を加熱し溶融させて一体化する溶接がある。その主な加熱方法には、アーク放電によるもの、レーザ照射によるものがある。アーク放電による場合には、水素、一酸化炭素、窒素等が泡状態のまま、溶融金属中にそのまま残留して固まり、ブローホールという欠陥を生じさせることがある。この欠陥の発生を防止するために、母材が溶けた状態にある溶融池とその周囲の空気とは、二酸化炭素、アルゴン、ヘリウム等を主成分としたシールドガスによりシールドされて、遮断されている。【０００３】
一方、レーザ溶接では、レーザ光を熱源として主として金属に集光した状態で照射し、金属を局部的に溶融・凝固させることによって溶接が行われている。そして、材料に照射されたレーザにより溶融された溶接金属部の酸化等を防ぐために、アルゴン、ヘリウム、窒素等の不活性ガスがシールドガスとして溶接金属部へ吹き付けられている。【０００４】
いずれの溶接の場合にも、金属が溶融する際に、その一部が微細な粒子となってスパッタとして飛散して、溶接部の周囲にこびり付いて、溶接の外観を悪くする現象が発生する。スパッタが付着する部位がボルト接合部である場合には、付着したスパッタを削り落として平滑な面に仕上げる必要があり、スパッタ除去のための作業が必要とされる。スパッタ粒子が大きく、母材が薄い場合には、母材に熱による影響を残留させる可能性もある。また、スパッタが飛散する部位に電気基盤がある場合には、スパッタの付着により機能障害を発生させる可能性もある。更に、母材とそれを押えるクランプ部材とが繋がるようにスパッタが付着して、クランプ部材が母材から外れなくなる可能性もある。このようにスパッタの付着により、さまざまな影響があるため、その付着を防止するため、従来各種の技術が開発されている。【０００５】
アーク溶接の分野においては、気流を発生させてスパッタの付着を抑制させる以下の技術が開示されている。特許文献１では、使用済のイナートガスを吸入することにより、溶接ヒューム（スパッタ、粗粉塵等）およびイナートガスを周囲に拡散させることなく回収することを課題とした技術が開示されている。この技術においては、溶接シールドをなすイナートガスの噴射ノズルの外側に薄肉環状の外管を備えさせている。【０００６】
そして、溶接トーチを、噴射ノズル周囲開口の流体抵抗を可及的に低減させて、噴射ノズルと前記外管との間において、どの箇所でも同じ条件で吸気可能なヒューム捕集フードを付設させた溶接トーチとしている。しかし、母材と前記外管の周囲の距離が均一でない場合には、外管周囲の吸気条件を同一とすることは困難となる。そして、溶接時にシールド効果を損なわせたり、溶接ヒュームを周囲に拡散させる可能性があった。【０００７】
また、特許文献２では、アークスポット溶接装置において、溶接品質を安定的に確保し、アークスポット溶接装置の稼動率を向上させること等を課題とした技術が開示されている。この技術は、溶接ワイヤに沿ってその周りに筒状に形成されていたトーチノズルからシールドガスを送り出していた従来の溶接技術により、発生していたトーチノズル内へのスパッタ付着を抑制することを課題としていた。この技術によれば、アークスポット溶接装置のトーチノズルが電極の側方に配置されたので、トーチノズル内へのスパッタの付着が抑制されていた。反面、トーチノズルから吹き出されるシールドガスの風下側における母材表面へのスパッタは増大し、スパッタが風下側の母材に付着するという課題があった。【０００８】
また、特許文献３では、スパッタ粒子の飛散を減少させることを課題として、アーク溶接装置において、溶接棒の周囲に管体を形成して、又は溶接棒を筒状にして、前記管体内部でらせん状のガス流等を生成させる技術が開示されている。この文献では、そのガス流によりスパッタ粒子に回転を与え、該スパッタ粒子が前記らせん状のガス流の回転円の径方向外側に飛散しようとする力を弱めている。それによりスパッタ粒子の飛散を遮蔽して、更にそのガス流が外部に流出する前に、前記管体を二重管として外管から吸引する技術も開示されている。【０００９】
この技術による場合には、管体端部において、らせん状のガス流を乱れさせないようにするためには、管体下端と溶接母材との距離を均一な状態にする必要があり、平坦な板面における溶接には適用可能であった。しかし、安定したガス流を発生させるため管体の太さを太くした場合、溶接部に凸凹がある場合、又は、平板の母材と立設された母材との接線を溶接する場合に、管体端部と母材との距離が不均一となる。そのため先行技術文献１と同様に、管体端部からのガス流が乱れスパッタの飛散を遮蔽することが困難になるという課題があった。一方、管体を細く形成した場合には、管体の環状空間にスパッタが付着した場合には、そのスパッタによりガス流が乱れ、所望の効果が得られにくくなる可能性もあった。【００１０】
また、レーザ溶接の分野においては、スパッタが周囲に飛散するのを防止するため、以下の技術が開示されている。特許文献４では、溶接スパッタが周囲の電子機器などに飛散するのを防止できるレーザ溶接装置の技術が開示されている。具体的には、吸引ノズルと溶接部を挟んで対向する位置にシールドガスの吹付けノズルを設置して、この吹付けノズルから放出される気体を溶接スパッタに吹付け、溶接スパッタを吸引ノズルで吸引することにより、溶接スパッタの周囲への飛散を防止する技術である。【００１１】
この技術によれば、狭い箇所で吸引ノズルが入り込みにくい場所でも、溶接部を挟んで反対側に吹き付けノズルが形成されるため、周囲へスパッタが飛散することを防止することが可能とされている。しかし、この技術による場合には、加圧治具に押さえられ、遮蔽板で側方とは隔てられた狭い箇所では好適であるが、周囲が開放された溶接箇所には適用しにくいという課題があった。また、レーザ溶接箇所へ直接ガス体を吹き付けた場合、レーザ溶接領域で発生された溶融した金属が飛散し、新たなスパッタの原因となる可能性があった。【００１２】
また、特許文献５では、レーザ溶接箇所に直接ガス体を吹き付けることなく、ワークから生じたスパッタの排出を行う技術が開示されている。この文献で開示されているスパッタ付着防止機構付クランプ装置は、金属板からなる第１と第２のワークに対してレーザ溶接を行うためのものであって、開口部を備え、前記開口部を介してレーザを第１ワークの溶接箇所に照射するための装置本体を有し、前記装置本体には、照射されるレーザに交差する軸線に沿って形成された第１の流体導出部と、前記第１の流体導出部の導出口近傍に開口する第２の流体導出部とが備えられている。【００１３】
この技術は、スポットレーザ溶接に適用され、溶接部においてレーザと交差する方向に流体を導出させて、スパッタを外上方に拡散させる技術である。溶接部に直接ガス体を吹き付けないため、新たなスパッタを発生させる可能性が減少する半面、溶接部を横切って流体を導出させるものであるため、溶接部をシールドガスで覆うアーク溶接には適用できず、この技術によっても外上方に拡散されたスパッタが母材を汚損させるという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１０−１４６６７７号公報
【特許文献２】特開平１１−７７３１４号公報
【特許文献３】特開２００７−８３２８２号公報
【特許文献４】特開２００８−１６８３１８号公報
【特許文献５】特開２０１０−１４２８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記のように、溶接箇所に気体をふきだし、溶接箇所から気体を吸い込み、又は溶接箇所において気体を吹き出すと共に吸い込むことにより、溶接トーチ近傍の溶接箇所からのスパッタの飛散を抑制する技術が開示されている。しかし、いずれの技術も母材にスパッタを付着することが防止できる範囲は狭く、溶接箇所の近傍の表面が平坦でない場合や、溶接部周辺の表面の広い範囲にスパッタの飛散や付着を抑制することはできないという課題があった。一方、スパッタの付着が想定される母材の範囲にカバーをすると、その装着・除去に手間がかかり、位置によってはカバーすることが困難であった。更に、後に塗装する部位にはスパッタ付着防止材を塗布することはできず、仮に母材にスパッタ付着防止材を塗布すると、その剥離作業に手間がかかりコストアップの要因となった。【００１６】
そこで、本発明は、溶接箇所の近傍の表面が平坦でない場合等であっても、シールドガスのシールド領域から離間した位置における母材へのスパッタの付着を抑制可能とするスパッタ付着抑制構造、スパッタ付着抑制溶接方法、及びクランプ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１の発明は、アーク溶接される複数の金属母材へのスパッタの付着を抑制させるスパッタ付着抑制構造であって、スパッタの付着を抑制させる第１の金属母材の表面に沿って気体を噴流させる噴流手段を含み、前記噴流手段が、アーク溶接部の溶融池を囲むシールドガス領域から離間した位置において、少なくとも第１の金属母材に沿って、前記溶融池に向かわない方向に前記気体を噴流させることを特徴とするスパッタ付着抑制構造である。【００１８】
第１の発明では、シールドガス領域から離間した領域において、スパッタの付着を抑制させる第１の母材の表面に沿って気体が噴流されている。複数の母材のいずれを第１の母材としてもよく、また、複数の母材の表面に沿って、個別に気体が噴流されてもよい。ここで、気体はシールドガスをなす不活性ガスに限定されず、例えば空気や窒素などであってもよい。また、第１の金属母材は、一つに限定されず複数であってもよい。【００１９】
また、シールドガス領域との離間した距離は、シールドガス領域のシールド効果を妨げない位置まで接近させると好適である。これにより、アーク溶接による場合であっても、シールドガス領域を攪乱せず、噴流される気体によりシールドガス領域から離間した領域の第１の金属母材が冷却されると共に、前記領域に飛び散った溶融した状態の金属小粒も冷却され固化して、前記領域の第１の金属母材にスパッタが付着しにくくなる。固化されたスパッタは噴流により吹き飛ばされるため、溶接部の母材や溶接箇所の近傍の表面が平坦でない場合であっても、その表面の広い範囲にスパッタが付着しにくくなり、スパッタが付着してもその剥離が容易になる。【００２０】
本発明の第２の発明は、第１の発明のスパッタ付着抑制構造において、前記アーク溶接によりアークが発生される前に、前記噴流手段により噴流が発生されていることを特徴としている。第２の発明によれば、予めスパッタが発生する前に噴流が発生されている。これにより、同一の押え部材が、溶接対象のワークをワーク毎に押える固定装置において、その押え部材周辺でワーク毎に溶接が繰り返される場合でも、押え部材が冷却されスパッタが付着しにくくされ、固定装置の管理が容易になる。それと共に、アーク溶接により発生し周辺に飛散されるスパッタ粒子が母材に到達する前に冷却されて固形化され易く、第１の金属母材にスパッタが付着することが抑制されるという有利な効果がある。【００２１】
本発明の第３の発明は、第１又は第２のスパッタ付着抑制構造において、前記噴流手段が吹き出し手段と吸い込み手段を含み、前記吹き出し手段は前記気体を吹き出させる吹き出し口を有する吹き出し部材を備え、前記吸い込み手段は前記気体及びその周辺の気体を吸い込ませる吸い込み口を有する吸い込み部材を備え、前記吸い込み口の気体の吸い込み量が前記吹き出し口からの気体の吹き出し量よりも多いことを特徴としている。第３の発明においては、吹き出し口または吸い込み口の形状・大きさを変えて噴流する気体の量を加減してもよく、圧力・噴流速度で噴流する気体の量を加減してもよい。【００２２】
第３の発明では、気体を吹き出す吹き出し口と共に、吹き出した気体を吸い込む吸い込み口が備えられている。これにより、吹き出された気流によりスパッタを冷却させて付着しにくくするだけでなく、冷却させ粒子化したスパッタを吸い込み口に吸い込んで周辺に飛散しにくくする。また、吸い込み量の方が吹き出し量よりも大きいため、スパッタ混じりの吹き出された気体と共に、第１の金属母材表面の周辺にある空気をも吸い込む。これによりスパッタ混じりの気体が周辺に飛散されにくくなり、第１の金属母材を汚損させにくくなる。【００２３】
本発明の第４の発明は、第３の発明のスパッタ付着抑制構造において、前記吹き出し口の形状が幅広い扁平な形状とされ、幅広い側が第１の金属母材近傍に沿って配設されていることを特徴としている。第１の母材に沿って幅広い面で噴流が発生されるため、広い範囲についてスパッタの付着を抑制することが可能である。また、母材の一部に噴流の流れを遮る障害物があっても、それを回り込んで噴流が流れ、シールド領域に影響を及ぼしにくい。これにより同一の吹き出し能力の噴流手段であっても、スパッタ付着抑制範囲を広くすることができるという有利な効果がある。【００２４】
本発明の第５の発明は、第３又は第４の発明のスパッタ付着抑制構造において、前記吹き出し口の形状と、前記吸い込み口の形状とが略相似な形状とされ、向い合った位置に配置されていることを特徴としている。吹き出し口と吸い込み口が略相似な形状とされ、向い合った位置に配置されていることにより、噴流がスムーズによどみなく流れ、噴流によるスパッタ冷却による固形化と、飛散防止が円滑に行われる。【００２５】
本発明の第６の発明は、第３から第５の発明のスパッタ付着抑制構造において、前記吹き出し口が複数の小孔が列をなして形成された吹き出し部材に備えられ、前記吹き出し手段には取替可能とされた薄板の金属板が含まれ、前記吹き出し部材の上方が、前記金属板で覆われていることを特徴としている。【００２６】
本発明の第６の発明によれば、複数の小孔が列をなして形成されていることにより、第１の金属母材に沿って、均一で扁平な噴流が生成される。吹き出し口と吸い込み口との間においては、前記のようにスパッタが冷却されて母材に付着することが抑制されるが、前記吹き出し部材の上に飛び散ったスパッタは十分に冷却されずに付着する可能性がある。しかし、吹き出し部材の上方を覆う金属板に付着しても、吹き出し口の小孔が水平に配列された吹き出し部材はスパッタにより汚損されない。特に、吹き出し口が、吹き出し用の多孔を備えた樹脂材により形成されている場合には、吹き出し部材が溶けず、破損されることがないため好適である。また、金属板が取替可能な薄板とされているため、薄板がスパッタで汚損されることがあっても薄板を取替るだけで吹き出し手段の修復が容易である。【００２７】
本発明の第７の発明は、第１から第６の発明のスパッタ付着抑制構造において、前記シールドガス領域と噴流される前記気体との離間距離を調整させる離間距離調整手段が備えられていることを特徴としている。第７の発明によれば、前記シールドガス領域と噴流される前記気体との離間距離を、シールドガスのシールド効果を損なわせない最も近い距離まで調整することが可能である。これにより、溶接部にブローホールなどの欠陥を生じさせないようにして、かつ、シールドガス領域に近い位置までの広い範囲の第１の金属母材におけるスパッタの付着を抑制することが可能となる。【００２８】
本発明の第８の発明は、第２から第６の発明のスパッタ付着抑制構造において、前記吹き出し部材および前記吸い込み部材の少なくともいずれか一方が、その先方の向きが自在に変えられるように可撓管の先方に固定されていることを特徴としている。第８の発明によれば、溶接部の近傍に凸凹や障害物がある場合であっても、第１の金属母材に沿って、吹き出し口および吸い込み口のうちの少なくともいずれか一方を配置して、凸凹や他の障害物に影響されないようにして、他方を前記の一方に向けて配置することも可能である。これにより、溶接部の近傍に凸凹や障害物がある場合であっても、第１の金属母材にスパッタが付着することを抑制することが可能である。【００２９】
本発明の第９の発明は、溶接される複数のワークを固定するクランプ装置であって、第１から第８の発明のいずれかの前記スパッタ付着抑制構造を備えていることを特徴とするクランプ装置である。第９の発明によれば、熱された状態のままとなりやすい溶接箇所に近いクランプ部材の近くで溶接する場合や、第１の金属母材の表面が平坦でない場合であっても、押え部材周辺や第１の金属母材へのスパッタの付着、更には押え部材と第1の金属母材とが繋がるようになるスパッタの付着を抑制することができるクランプ装置とすることができる。【００３０】
本発明の第１０の発明は、アーク溶接する複数の金属母材へのスパッタ付着を抑制させるスパッタ付着抑制溶接方法であって、前記スパッタ付着抑制溶接方法は、前記アーク溶接の溶融池を囲むシールドガス領域となる位置から離間した領域において、スパッタの付着を抑制させる第１の金属母材の表面に沿って、前記溶融池に向かわない方向に気体を噴流させた後にアーク放電させ、アーク放電中は前記気体の噴流を継続させ、アーク放電を完了してから、前記気体の噴流を停止させることを特徴としている。【００３１】
第１０の発明によれば、アーク溶接による場合であっても、シールドガス領域を攪乱せず、シールドガス領域から離間した領域が噴流される気体により冷却されると共に、前記領域に飛び散る溶融した金属小粒も冷却され固化して、前記領域の第１の金属母材にスパッタが付着しにくくなる。また、固化されたスパッタは噴流により吹き飛ばされるため、溶接部の母材や溶接箇所の近傍の表面が平坦でない場合であっても、その表面の広い範囲にスパッタが付着しにくくなる。
【発明の効果】
【００３２】
本発明の第１の発明によれば、アーク溶接による場合であっても、シールドガス領域を攪乱せず、噴流される気体によりシールドガス領域から離間した領域の第１の金属母材が冷却されると共に、前記領域に飛び散った溶融した状態の金属小粒も冷却され固化して、前記領域の第１の金属母材にスパッタが付着しにくくなる。固化されたスパッタは噴流により吹き飛ばされるため、溶接箇所が平坦でない場合等であっても、その表面の広い範囲にスパッタが付着しにくくなり、スパッタが付着してもその剥離が容易になる。
本発明の第２の発明によれば、同一の押え部材が、溶接対象のワークをワーク毎に押える固定装置において、その押え部材周辺でワーク毎に溶接が繰り返される場合でも、押え部材が冷却されスパッタが付着しにくくされ、固定装置の管理が容易になる。それと共に、アーク溶接により発生し周辺に飛散されるスパッタ粒子が母材に到達する前に冷却されて固形化され易く、第１の金属母材にスパッタが付着することが抑制されるという有利な効果がある。
本発明の第３の発明によれば、スパッタ混じりの気体が周辺に飛散されにくくなり、第１の金属母材を汚損させにくくなる。【００３３】
本発明の第４の発明によれば、同一の吹き出し能力の噴流手段であっても、スパッタ付着抑制範囲を広くすることができるという有利な効果がある。
本発明の第５の発明によれば、噴流がスムーズによどみなく流れ、噴流によるスパッタ冷却による固形化と、飛散防止が円滑に行われる。
本発明の第６の発明によれば、吹き出し部材の上方を覆う金属板に付着しても、吹き出し口の小孔が水平に配列された吹き出し部材はスパッタにより汚損されない。特に、吹き出し口が、吹き出し用の多孔を備えた樹脂材により形成されている場合には、吹き出し部材が溶けず、破損されることがないため好適である。また、金属板が取替可能な薄板とされているため、薄板がスパッタで汚損されることがあっても薄板を取替るだけで吹き出し手段の修復が容易である。【００３４】
本発明の第７の発明によれば、溶接部にブローホールなどの欠陥を生じさせないようにして、かつ、シールドガス領域に近い位置までの広い範囲の第１の金属母材におけるスパッタの付着を抑制することが可能となる。
本発明の第８の発明によれば、溶接部の近傍に凸凹や障害物がある場合であっても、第１の金属母材にスパッタが付着することを抑制することが可能である。
本発明の第９の発明によれば、熱された状態のままとなりやすい溶接箇所に近いクランプ部材の近くで溶接する場合や、第１の金属母材の表面が平坦でない場合であっても、押え部材周辺や第１の金属母材へのスパッタの付着、更には押え部材と第1の金属母材とが繋がるようになるスパッタの付着を抑制することができるクランプ装置とすることができる。
本発明の第１０の発明によれば、アーク溶接による場合であっても、シールドガス領域を攪乱せず、シールドガス領域から離間した領域が噴流される気体により冷却されると共に、前記領域に飛び散る溶融した金属小粒も冷却され固化して、前記領域の第１の金属母材にスパッタが付着しにくくなる。また、固化されたスパッタは噴流により吹き飛ばされるため、溶接部の母材や溶接箇所近傍の表面が平坦でない場合であっても、その表面の広い範囲にスパッタが付着しにくくなる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】クランプ装置に含まれるスパッタ付着抑制構造の説明図である（実施例１）。
【図２】屈曲パイプと取付けプレートをクランプ装置による支承している説明図である（実施例１）。
【図３】噴流手段を覆う薄板の金属板を取り外した状態の説明図である（実施例１）。
【図４】クランプ装置の作用の説明図である（実施例１）。
【図５】屈曲パイプ製造装置の説明図である（実施例１）。
【図６】クランプ装置のフローの説明図である（実施例１）。
【図７】。複数の噴流手段を設けたスパッタ付着抑制構造の説明図である（実施例２）。
【図８】鉄骨柱のベースプレートと補強プレートの溶接におけるスパッタ付着抑制構造の説明図である（実施例３）。
【発明を実施するための形態】
【００３６】
アーク溶接において、アークのシールド領域に向かわないようにして、スパッタの付着を抑制させる第１の金属母材の表面に沿って気体を噴流させて、シールド領域に影響を与えないようにしてスパッタの付着を抑制させる構成としている。
【実施例１】
【００３７】
実施例１では、自動車用シートの骨組をなす屈曲パイプ１０と取付けプレート１１をクランプ装置１により支承して溶接する状態を図１から図４を参照して説明する。図１は、クランプ装置１に含まれるスパッタ付着抑制構造の説明図である。図１では、取付けプレート１１を挟んで位置決めする取付けプレートクランプアーム３１（図２参照）を省略している。図２は、屈曲パイプ１０と取付けプレート１１のクランプ装置１による支承状態の説明図である。図３は、噴流手段２を覆う金属製の薄板４１，５１を取り外した状態を説明する説明図である。図４は、クランプ装置１における溶接工程を説明する説明図である。【００３８】
図２を参照してクランプ装置１を説明する。図２は、クランプ装置１が屈曲パイプ１０と取付けプレート１１を挟んで支承している状態を説明する図である。クランプ装置１は、屈曲パイプクランプ機構２０と、取付けプレートクランプ機構３０と、噴流手段２を含んでいる。クランプ装置１は、図に示さない基台から、屈曲パイプ１０及び取付けプレート１１を下方から支承する上方に伸びた複数の立柱２１と、立柱の上方から屈曲パイプを押える屈曲パイプクランプアーム２２と、屈曲パイプクランプアームを駆動する図に示していない駆動機構とを備えている。【００３９】
駆動機構は、気体の圧力でプランジャを駆動させて屈曲パイプクランプアーム２２を軸動するように駆動させている。複数の立柱２１は、屈曲パイプ１０の屈曲部を挟んで両側を支承するように配置されている。また、屈曲パイプ１０は、その端部を位置固定部材２３に支承され、前記立柱２１と前記屈曲パイプクランプアーム２２とに挟まれて支承される。この屈曲パイプ１０には図上、右側と左側に各一か所ずつの取付けプレート１１，１１が溶接される。【００４０】
各々の取付けプレート１１は、略矩形をなす平坦な金属製の板体の一方の縁部１２が屈曲パイプ１０の外周に沿うように湾曲して形成される。取付けプレート１１には平坦部中央部に孔１３（図４参照）が形成されている。そして、取付けプレート１１を据え付ける据え付け架台３３から突出された凸部３４に、前記の孔１３が嵌められ、取付けプレート１１の位置が決定される。取付けプレート１１の湾曲した部分が、屈曲パイプ１０の所望の位置に接するように据えられ、プランジャに駆動され軸動された取付けプレートクランプアーム３１の先端部に設けられた円筒断面形状の押え部材３２により、取付けプレート１１の前記孔１３の周囲が挟まれて位置決めされる。そして、各々の取付けプレート１１の湾曲された側の縁部１２が、屈曲パイプ１０にアーク溶接される箇所となる（図１参照）。【００４１】
噴流手段２の詳細を、図１を参照して説明する。噴流手段２は、前記取付けプレート１１の平坦部の天面に沿うように、アーク溶接のシールド領域７１に影響が及ばない領域で、図上、下方から上方に噴流を発生させる。噴流手段２は吹き出し手段４０と吸い込み手段５０を含んで構成され、圧力発生手段６２により加圧された空気が圧力タンク６３から圧縮空気配管６４を介して送り込まれ（図５参照）、吹き出し部材４９先方に形成される吹き出し口４２（図３参照）から吹き出し、負圧発生手段５３により吸い込み口近傍が負圧とされて外部から気体を吸込むように構成される。吹き出し口４２から吸い込み口５２に向けて、図上、一点鎖線で示したように、前記押え部材３２の左右に分かれて噴流４３，４４が流れる。吸い込み口５２は外気より０．４ＭＰａ小さく、吹き出し口４２は外気より０．４ＭＰａ大きく、それぞれ外気との圧力差は０．４ＭＰａとされるが、適宜調整されればよい。ここでは気体は、空気とされているが、空気に限定されず不活性ガスとしてもよい。【００４２】
吹き出し部材４９及び吸い込み部材５６のいずれも、その上方が屈曲された金属製の薄板４１，５１に覆われている。アーク溶接によるスパッタ７２が、噴流４３，４４をなす吹き出し部材４９及び吸い込み部材５６の天部に飛び散って付着することがあっても、この薄板４１，５１のみを取り替えることにより、吹き出し部材４９及び吸い込み部材５６は容易に維持管理することができる。【００４３】
ここで、図３を参照して、吹き出し部材４９及び吸い込み部材５６の上方を覆う金属製の薄板４１，５１を取り除いた状態を説明する。図３（Ａ）図は噴流手段を見下げた斜視図であり、図３（Ｂ）図は吹き出し部材４９を先方から見下げた斜視図である。吹き出し部材４９は樹脂製からなり、その形状は扁平な形状とされ、吹き出し側の先端の高さがやや窄まって形成され、先端部分には多数の小孔４５が列をなして配列され吹き出し口４２が形成されている。小孔４５の直径は約１ｍｍとされ、この小孔４５から０．４ＭＰａの圧力で空気が勢いよく、扁平な噴流（図３では一点鎖線の矢印で説明している。）となって吹き出される。また、後方の端面には空気を流入させる給気ホース４６が接続される。【００４４】
一方、吸い込み部材５６は、金属製からなり、その垂直断面形状は略矩形をなし、一方の端部には内部に隅部が丸い略矩形形状の開放された吸い込み口５２が形成され、他方の端部には前記孔から繋がる孔５４が形成され、排出ホース５５に接続される。吸い込み口５２の幅は約２．５ｃｍ、高さは約１ｃｍとされている。排出ホース５５の端部は圧縮空気配管を介して負圧発生手段５３（図５参照）に接続され、吸い込み口５２近傍の空気と吹き出し口４２から流入される空気が勢いよく吸い出される。吹き出し口から吹き出された、図上、水平に扁平な噴流は、それに対応した略相似の形状とされた前記吸い込み口５２に滑らかに流入され、吹き出し口４２と吸い込み口５２の間にはよどみのない水平な噴流（図上、破線矢印で噴流を示している。）が発生される。【００４５】
次に、図４を参照してクランプ装置１の作用を説明する。図１と共通の構成の部分については、同一の符号を付して説明を省略する。図４は、図１Ａ−Ａ位置におけるクランプ装置１の要部の垂直断面図である。図４（Ａ）図は、据え付け架台３３に取り付けプレート１１を支承させる前の状態を示し、図４（Ｂ）図は、据え付け架台３３に取り付けプレート１１を支承させ取付けプレートクランプアーム３１で押さえた状態を示している。図４（Ｃ）図は、吸い込み口５２に向けて、図示していない吹き出し口４２から噴流を吹き出している状態を示している。図４（Ｄ）図は、アーク溶接により発生するスパッタ７２が噴流により吸い込み口に吸い込まれている状態を示している。【００４６】
まず、屈曲パイプ１０は、図１Ａ−Ａ位置とは異なる位置で、前記立柱２１と前記屈曲パイプクランプアーム２２とにより上下方向から挟まれて固定される。据え付け架台３３から上方に突出した凸部３４に取付けプレートの孔１３が整合するように位置合わせされ、据え付けられる（図４（Ａ）図）。次に、取付けプレートクランプアーム３１が駆動機構により軸動され、取付けプレートクランプアームの先端部の押え部材３２が取付けプレートの平坦部の孔１３の周りを囲うように押し付けられる（図４（Ｂ）図）。【００４７】
次に、取付けプレート１１の平坦面に沿って、図示していない噴流手段をなす吹き出し口４２から扁平な空気の流れが吹き出され、噴流とされる（図４（Ｃ）図）。吹き出された噴流は、その前面左方の前記押え部材３２にあたり左右に分割されて流れ、前記平坦部の天面近傍の空気と共に、押え部材３２の前方にある吸い込み口５２から吸い込まれる。噴流は、扁平な空気の流れとなって吹き出されていると共に、扁平な形状とされた吸い込み孔５２から吸い込まれるため、途中の押え部材３２で分流されても、その扁平な噴流の側方で流れが膨らみにくく、シールド領域７１（図１参照）に影響を及ぼしにくい。【００４８】
そして、繰り返し溶接作業がされても、その溶接ごとに押え部材３２を冷却させる作用をする。また、アーク溶接している間も押え部材３２が冷却されることにより、押え部材３２が熱された状態となりにくく、押え部材３２を介して取付けプレート１１が加熱されることを防ぐこともできる。【００４９】
次に、屈曲パイプ１０と取付けプレート１１の湾曲部側の縁部１２が溶接される（（図４（Ｄ）図），図１参照）。実施例１のアーク溶接は、炭酸ガスシールドアーク溶接であり、送り出される溶接棒７３の先端の周囲からは炭酸ガスが流出され、溶接池７４を覆うシールド領域７１が形成される。そして、シールド領域の範囲外にも、アークによる高熱により溶けた小さな金属粒子が飛散しスパッタ７２となる。しかしまだ固まっていない小さな金属粒子も、扁平な噴流の位置に至ると、噴流により冷却されて固形化される。固形化された小さな金属粒の大部分は噴流の流れに沿って吸い込み口５２に吸い込まれ、周辺に飛び散ることが抑制される。更に、押え部材と第1の金属母材とが繋がるようになるスパッタの付着も防止される。【００５０】
ここで、屈曲パイプ製造装置の全体構成を説明する図５を参照して、スパッタ付着抑制機構付のクランプ装置１を作動させる構成を説明する。クランプ装置１は、電源手段６０、制御手段６１、圧力発生手段６２、圧力タンク６３、圧縮空気配管６４、検知手段６５、アーク溶接機７０を含んで構成される屈曲パイプ製造装置に含まれ作動される。電源手段６０から供給される電力は、制御手段６１により圧力発生手段６２をなすコンプレッサー、アーク溶接機７０、クランプ装置１に供給され、それらを駆動させる。圧力発生手段６２は、空気を吸入し所定の圧力、例えば０．６ＭＰａまで上昇させ、圧力タンク６３に送り込み空気を貯蔵する。【００５１】
検知手段６５には、ワークが固定されたか否かを検知するリミットスイッチ６６（図１参照）と、吹き出し口４２の圧力を検知する図示していない圧力検知手段が含まれる。また、制御手段６１は、検知手段６５による検知結果が予め記録されている判定値に適合するか否かを判定し、クランプ装置１の作動を制御する。【００５２】
圧力タンク６３からは、図上破線で示している圧縮空気配管６４を通して、屈曲パイプクランプ機構２０、取付けプレートクランプ機構３０、吹き出し手段４０、負圧発生手段５３の各々の空気供給部に圧縮空気が送られる。各々の空気供給部においては、所望の圧力に維持されるようにレギュレータにより空気の流量が制御されている。負圧発生手段５３においては、供給された圧縮空気によりタービンを駆動させ、負圧を発生させ吸い込み口近傍の空気を吸入可能としている。一方、吹き出し手段４０に備えられる吹き出し口４２からは、圧縮空気が噴流として吹き出し可能とされる。【００５３】
次に、図６に示しているフロー図により、クランプ装置１における屈曲パイプ１０と取付プレート１１をワークとして、その固定からワークの溶接の完了までのフローを説明する。クランプ装置１でスパッタの付着を抑制させて溶接をするには、溶接に先立ちクランプ装置１に屈曲パイプ１０を立柱２１に支承させる（Ｓ１０、「ステップ」を「Ｓ」と略している、以下同じ）（図２参照）。【００５４】
次に、屈曲パイプクランプアーム２２を降下させる（Ｓ２０）。全ての立柱２１に屈曲パイプ１０を支承させたら、次に、取付けプレート１１を据え付け架台３３の凸部３４に取付けプレートの孔１３の位置をあわせて載置させる（Ｓ３０）。左右の据え付け架台に取付けプレートが載置されていることが確認されたら、取付けプレートクランプアーム３１を降下させる（図２参照）（Ｓ４０）。【００５５】
そして、取付けプレートクランプアーム３１がリミットスイッチ６６を降下させ（図１参照）、全てのワークが固定されたか否かが検知手段としてのリミットスイッチ６６により検知される（Ｓ５０）。ワークが固定されていることが検知されたらＳ６０に進む。一方、ワークが固定されていないと検知された場合には、Ｓ１０に戻りワークのセットが確認される。Ｓ６０では、噴流が発生される（図１，図４（Ｃ）図参照）。【００５６】
吹き出し口４２の圧力が所望の圧力、例えば０．３８ＭＰａ以上かつ０．４２ＭＰａより小さいか否かが圧力検知手段により検知され、当該範囲内と判定されれば、Ｓ８０に進みアーク溶接が可能とされる。ここで当該範囲内に前記圧力がない場合には、Ｓ６０に戻り、更に噴流が所定の圧力となるまでステップが繰り返され、所定の圧力となるまで待つ。【００５７】
Ｓ８０で溶接作業がされ、溶接作業後アーク溶接の電源がオフされたか否かがＳ９０で判定される。アーク溶接の電源がオフされたと判定された場合には、Ｓ１００に進み、各クランプアーム２２，３１が上昇される。アーク電源がオフされていない場合には、オフされるまでアーク溶接作業が可能な状態が維持される。各クランプアーム２２，３１が上昇されたら、次に噴流が停止される（Ｓ１１０）。噴流停止後、ワークが取り外され（Ｓ１２０）、スパッタ付着抑制構造付クランプ装置におけるワークの溶接が完了する。
【実施例２】
【００５８】
実施例２では、図７を参照してスパッタ付着抑制溶接方法について説明する。実施例２では、丸パイプ７８に、複数のボルト孔７６が形成された円形フランジプレート７７を、被覆アーク溶接棒７３で溶接する実施例である。丸パイプ７８は、図示していない溶接ベッドに横臥せられ載置される。円形フランジプレート７７は、丸パイプ７８の端部に仮付溶接され位置固定されている。丸パイプ７８と円形フランジプレート７７の接線外周がアーク溶接される溶接線とされる。被覆アーク溶接棒７３は、金属軸の周囲がフラックスで被覆された溶接棒である。【００５９】
被覆アーク溶接棒７３に電圧が印加され、丸パイプ及び円形フランジプレートとの間にアークが発生されると、フラックスが高温のアークにより分解されガスとなって、金属軸が溶けて溶滴となって落下する溶融池７４をシールドし、シールド領域７５が形成される。実施例２では噴流手段では、円形フランジプレート面に沿う扁平な噴流４７（図上、一点鎖線で示している）と、スチールパイプ軸方向に交差する方向に、柱面に沿って扁平な噴流４８（図上、一点鎖線で示している）が吹き出される。いずれの吹き出し口も、向い合う吸い込み口と略相似の矩形形状とされ、吸い込み口よりも小さな開放口とされる。実施例２では吹き出し口から吸い込み口に至るまで、障害物がないため扁平な噴流は滑らかに吸い込み口に吸い込まれる。【００６０】
噴流４７，４８は、図上左側に移動される被覆アーク溶接棒の移動とは反対に、図上左側から右側に向かって吹き出され、吹き出される空気はアークにより発生される溶接ガスとともに吸い込み口に吸い込まれ、溶接作業者が暴露される溶接ガスの濃度を低下させる。【００６１】
実施例２の溶接方法でも、予め噴流４７，４８を発生させてからアーク放電させ、アーク溶接を完了させてから、気体の噴流を停止させるようにする。これにより、最初のアーク発生時に発生しやすいスパッタの付着を抑制すると共に、溶接作業が進むにつれて高温化される円形フランジプレート７７を冷却させて、円形フランジプレート７７にスパッタが付着することを抑制する。これにより、スパッタが除去しにくいボルト孔７６内及びボルト孔周辺へのスパッタの付着が抑制され、溶接後の清掃処理作業が極めて容易となる。【００６２】
実施例１のクランプ装置1における溶接方法では、繰り返しワークを押える押え部材３２を、より長い時間の間、冷却させるためワークを取り外してから噴流を停止させている。しかし、実施例２のように押え部材がない場合では、アーク溶接の終了と同時に噴流を停止させればよい。
【実施例３】
【００６３】
実施例３では、噴流手段の離間距離調整手段が備えられたスパッタ付着抑制構造を、図８を参照して説明する。図８では、理解を容易にするために、一部の補強プレートを破線で示している。実施例３は、角鋼管柱８０の柱脚とベースプレート８１との接合部に、補強プレート８２を溶接する場合におけるスパッタ付着抑制構造を説明する。【００６４】
図８においては、角鋼管柱８０は、図示していない溶接ベッドに横臥させて載置される。図８は、角鋼管柱８０を、溶接ベッドに横臥させた状態の要部を示している。ベースプレート８１は、実施例２に示したスパッタ付着抑制溶接方法により、予めベースプレート８１と角鋼管柱８０にスパッタの付着が少ない状態に溶接されている。角鋼管柱８０の柱脚とベースプレート８１が溶接された状態で、補強プレート８２が溶接される。図８は、補強プレート８２がアーク溶接によりベースプレート８１との接線を溶接される状態を示している。【００６５】
実施例３では、噴流手段をなす吹き出し口８３及び吸い込み口８４のいずれも可撓管８５，８６に接続されている。可撓管８５，８６を屈曲させて、吸い込み口８３と吹き出し口８４の位置を変えることにより噴流の位置が変更可能であり、補強プレート８２の溶接箇所のシールド領域８７と噴流８８との離間距離が調整可能とされている。また、吸い込み口８４の先端は斜めに傾斜され、吸い込み口８４が向かうベースプレートの方向に対して側方から噴流が吸い込み可能とされている。【００６６】
これによりシールド領域８７に、図上一点鎖線で示している噴流８８が影響を及ぼさない近い位置に吹き出し口８３と吸い込み口８４をセットして、ベースプレートの孔８９の周囲にスパッタの付着を抑制させることが可能である。更に、既に溶接され、柱面から盛り上がった状態となっている柱脚とベースプレートとの溶接線９０に載せるように吸い込み口８４をセットして、既に溶接された溶接線９０にスパッタが付着しないようにすることも可能である。また、吹き出し口８３と吸い込み口８４の位置を転換すれば、柱面へのスパッタの付着を抑制することが可能である。【００６７】
（その他）
・前記の実施例では、吹き出し口と吸い込み口との双方を備えた噴流手段の実施例を説明したが、必ずしも双方が必要ではなく、アーク溶接のシールド領域から離間した領域に噴流を発生させるいずれかであってもよい。
・前記の実施例の吹き出し口、吸い込み口の形状、材質、圧力、フローは例示に過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更可能であることは勿論のことである。
・実施例１では負圧発生手段は、クランプ装置に含まれる構成としたが、クランプ装置が複数ある場合には負圧発生手段と各々の吸い込み口を圧縮空気配管で接続するようにしてもよいことは勿論のことである。
・前記の実施例３では、シールド領域と噴流との離間距離調整手段として、可撓管による位置調整の実施例を示したが、公知の駆動機構により第１の金属母材にスライドさせて離間距離調整してもよいことは勿論のことである。
・今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の技術的範囲は、上記した説明に限られず特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６８】
１…クランプ装置、２…噴流手段、
１０…屈曲パイプ、１１…取付けプレート、１２…縁部、１３…孔、
２０…屈曲パイプクランプ機構、２１…立柱、２２…屈曲パイプクランプアーム、２３…位置固定部材、
３０…取付けプレートクランプ機構、３１…取付けプレートクランプアーム、３２…押え部材、３３…据え付け架台、
３４…凸部、
４０…吹き出し手段、４１…薄板、４２…吹き出し口、４３，４４…噴流、４５…小孔、４６…給気ホース、
４７，４８…噴流、４９…吹き出し部材
５０…吸い込み手段、５１…薄板、５２…吸い込み口、５３…負圧発生手段、５４…孔、５５…排出ホース、
５６…吸い込み部材、
６０…電源手段、６１…制御手段、６２…圧力発生手段、６３…圧力タンク、６４…圧縮空気配管、
６５…検知手段、６６…リミットスイッチ、
７０…アーク溶接機、７１…シールド領域、７２…スパッタ、７３…被覆アーク溶接棒、７４…溶融池、
７５…シールド領域、７６…ボルト孔、７７…円形フランジプレート、７８…丸パイプ、
８０…角鋼管柱、８１…ベースプレート、８２…補強プレート、８３…吹き出し口、８４…吸い込み口、
８５，８６…可撓管、８７…シールド領域、８８…噴流、８９…孔
【図１】
2014125598.tif 000003
【図２】
2014125598.tif 000004
【図３】
2014125598.tif 000005
【図４】
2014125598.tif 000006
【図５】
2014125598.tif 000007
【図６】
2014125598.tif 000008
【図７】
2014125598.tif 000009
【図８】
2014125598.tif 000010
【手続補正書】
【提出日】平成25年4月22日(2013.4.22)
【手続補正１】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ワークの溶接箇所の近傍の表面が平坦でない場合であっても、その表面の広い範囲にスパッタが付着するのを抑制し、スパッタが付着してもその剥離を容易にするスパッタ付着抑制構造およびクランプ装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
複数の金属材料を一体化させる方法として、金属材料の母材の一部を加熱し溶融させて一体化する溶接がある。その主な加熱方法には、アーク放電によるもの、レーザ照射によるものがある。アーク放電による場合には、水素、一酸化炭素、窒素等が泡状態のまま、溶融金属中にそのまま残留して固まり、ブローホールという欠陥を生じさせることがある。この欠陥の発生を防止するために、母材が溶けた状態にある溶融池とその周囲の空気とは、二酸化炭素、アルゴン、ヘリウム等を主成分としたシールドガスによりシールドされて、遮断されている。
【０００３】
一方、レーザ溶接では、レーザ光を熱源として主として金属に集光した状態で照射し、金属を局部的に溶融・凝固させることによって溶接が行われている。そして、材料に照射されたレーザにより溶融された溶接金属部の酸化等を防ぐために、アルゴン、ヘリウム、窒素等の不活性ガスがシールドガスとして溶接金属部へ吹き付けられている。
【０００４】
いずれの溶接の場合にも、金属が溶融する際に、その一部が微細な粒子となってスパッタとして飛散して、溶接部の周囲にこびり付いて、溶接の外観を悪くする現象が発生する。スパッタが付着する部位がボルト接合部である場合には、付着したスパッタを削り落として平滑な面に仕上げる必要があり、スパッタ除去のための作業が必要とされる。スパッタ粒子が大きく、母材が薄い場合には、母材に熱による影響を残留させる可能性もある。また、スパッタが飛散する部位に電気基盤がある場合には、スパッタの付着により機能障害を発生させる可能性もある。更に、母材とそれを押えるクランプ部材とが繋がるようにスパッタが付着して、クランプ部材が母材から外れなくなる可能性もある。このようにスパッタの付着により、さまざまな影響があるため、その付着を防止するため、従来各種の技術が開発されている。
【０００５】
アーク溶接の分野においては、気流を発生させてスパッタの付着を抑制させる以下の技術が開示されている。特許文献１では、使用済のイナートガスを吸入することにより、溶接ヒューム（スパッタ、粗粉塵等）およびイナートガスを周囲に拡散させることなく回収することを課題とした技術が開示されている。この技術においては、溶接シールドをなすイナートガスの噴射ノズルの外側に薄肉環状の外管を備えさせている。
【０００６】
そして、溶接トーチを、噴射ノズル周囲開口の流体抵抗を可及的に低減させて、噴射ノズルと前記外管との間において、どの箇所でも同じ条件で吸気可能なヒューム捕集フードを付設させた溶接トーチとしている。しかし、母材と前記外管の周囲の距離が均一でない場合には、外管周囲の吸気条件を同一とすることは困難となる。そして、溶接時にシールド効果を損なわせたり、溶接ヒュームを周囲に拡散させる可能性があった。
【０００７】
また、特許文献２では、アークスポット溶接装置において、溶接品質を安定的に確保し、アークスポット溶接装置の稼動率を向上させること等を課題とした技術が開示されている。この技術は、溶接ワイヤに沿ってその周りに筒状に形成されていたトーチノズルからシールドガスを送り出していた従来の溶接技術により、発生していたトーチノズル内へのスパッタ付着を抑制することを課題としていた。この技術によれば、アークスポット溶接装置のトーチノズルが電極の側方に配置されたので、トーチノズル内へのスパッタの付着が抑制されていた。反面、トーチノズルから吹き出されるシールドガスの風下側における母材表面へのスパッタは増大し、スパッタが風下側の母材に付着するという課題があった。
【０００８】
また、特許文献３では、スパッタ粒子の飛散を減少させることを課題として、アーク溶接装置において、溶接棒の周囲に管体を形成して、又は溶接棒を筒状にして、前記管体内部でらせん状のガス流等を生成させる技術が開示されている。この文献では、そのガス流によりスパッタ粒子に回転を与え、該スパッタ粒子が前記らせん状のガス流の回転円の径方向外側に飛散しようとする力を弱めている。それによりスパッタ粒子の飛散を遮蔽して、更にそのガス流が外部に流出する前に、前記管体を二重管として外管から吸引する技術も開示されている。
【０００９】
この技術による場合には、管体端部において、らせん状のガス流を乱れさせないようにするためには、管体下端と溶接母材との距離を均一な状態にする必要があり、平坦な板面における溶接には適用可能であった。しかし、安定したガス流を発生させるため管体の太さを太くした場合、溶接部に凸凹がある場合、又は、平板の母材と立設された母材との接線を溶接する場合に、管体端部と母材との距離が不均一となる。そのため先行技術文献１と同様に、管体端部からのガス流が乱れスパッタの飛散を遮蔽することが困難になるという課題があった。一方、管体を細く形成した場合には、管体の環状空間にスパッタが付着した場合には、そのスパッタによりガス流が乱れ、所望の効果が得られにくくなる可能性もあった。
【００１０】
また、レーザ溶接の分野においては、スパッタが周囲に飛散するのを防止するため、以下の技術が開示されている。特許文献４では、溶接スパッタが周囲の電子機器などに飛散するのを防止できるレーザ溶接装置の技術が開示されている。具体的には、吸引ノズルと溶接部を挟んで対向する位置にシールドガスの吹付けノズルを設置して、この吹付けノズルから放出される気体を溶接スパッタに吹付け、溶接スパッタを吸引ノズルで吸引することにより、溶接スパッタの周囲への飛散を防止する技術である。
【００１１】
この技術によれば、狭い箇所で吸引ノズルが入り込みにくい場所でも、溶接部を挟んで反対側に吹き付けノズルが形成されるため、周囲へスパッタが飛散することを防止することが可能とされている。しかし、この技術による場合には、加圧治具に押さえられ、遮蔽板で側方とは隔てられた狭い箇所では好適であるが、周囲が開放された溶接箇所には適用しにくいという課題があった。また、レーザ溶接箇所へ直接ガス体を吹き付けた場合、レーザ溶接領域で発生された溶融した金属が飛散し、新たなスパッタの原因となる可能性があった。
【００１２】
また、特許文献５では、レーザ溶接箇所に直接ガス体を吹き付けることなく、ワークから生じたスパッタの排出を行う技術が開示されている。この文献で開示されているスパッタ付着防止機構付クランプ装置は、金属板からなる第１と第２のワークに対してレーザ溶接を行うためのものであって、開口部を備え、前記開口部を介してレーザを第１ワークの溶接箇所に照射するための装置本体を有し、前記装置本体には、照射されるレーザに交差する軸線に沿って形成された第１の流体導出部と、前記第１の流体導出部の導出口近傍に開口する第２の流体導出部とが備えられている。
【００１３】
この技術は、スポットレーザ溶接に適用され、溶接部においてレーザと交差する方向に流体を導出させて、スパッタを外上方に拡散させる技術である。溶接部に直接ガス体を吹き付けないため、新たなスパッタを発生させる可能性が減少する半面、溶接部を横切って流体を導出させるものであるため、溶接部をシールドガスで覆うアーク溶接には適用できず、この技術によっても外上方に拡散されたスパッタが母材を汚損させるという課題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１４】
【特許文献１】特開平１０−１４６６７７号公報
【特許文献２】特開平１１−７７３１４号公報
【特許文献３】特開２００７−８３２８２号公報
【特許文献４】特開２００８−１６８３１８号公報
【特許文献５】特開２０１０−１４２８２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１５】
上記のように、溶接箇所に気体をふきだし、溶接箇所から気体を吸い込み、又は溶接箇所において気体を吹き出すと共に吸い込むことにより、溶接トーチ近傍の溶接箇所からのスパッタの飛散を抑制する技術が開示されている。しかし、いずれの技術も母材にスパッタを付着することが防止できる範囲は狭く、溶接箇所の近傍の表面が平坦でない場合や、溶接部周辺の表面の広い範囲にスパッタの飛散や付着を抑制することはできないという課題があった。一方、スパッタの付着が想定される母材の範囲にカバーをすると、その装着・除去に手間がかかり、位置によってはカバーすることが困難であった。更に、後に塗装する部位にはスパッタ付着防止材を塗布することはできず、仮に母材にスパッタ付着防止材を塗布すると、その剥離作業に手間がかかりコストアップの要因となった。
【００１６】
そこで、本発明は、溶接箇所の近傍の表面が平坦でない場合等であっても、シールドガスのシールド領域から離間した位置における母材へのスパッタの付着を抑制可能とするスパッタ付着抑制構造およびクランプ装置を提供することを課題とする。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
本発明の第１の発明は、アーク溶接される複数の金属母材へのスパッタの付着を抑制させるスパッタ付着抑制構造であって、スパッタの付着を抑制させる第１の金属母材の表面に沿って気体を噴流させる噴流手段を含み、前記噴流手段は、アーク溶接部の溶融池を囲むシールドガス領域から離間した位置において、少なくとも第１の金属母材に沿って、前記溶融池に向かわない方向に前記気体を噴流させ、前記噴流手段が、吹き出し手段と吸い込み手段とを含み、前記吹き出し手段は前記気体を吹き出させる吹き出し口を有する吹き出し部材を備え、前記吸い込み手段は前記気体及びその周辺の気体を吸い込ませる吸い込み口を有する吸い込み部材を備え、前記吸い込み口の気体の吸い込み量が前記吹き出し口からの気体の吹き出し量よりも多いことを特徴とするスパッタ付着抑制構造である。
【００１８】
第１の発明では、シールドガス領域から離間した領域において、スパッタの付着を抑制させる第１の母材の表面に沿って気体が噴流されている。複数の母材のいずれを第１の母材としてもよく、また、複数の母材の表面に沿って、個別に気体が噴流されてもよい。ここで、気体はシールドガスをなす不活性ガスに限定されず、例えば空気や窒素などであってもよい。また、第１の金属母材は、一つに限定されず複数であってもよい。
【００１９】
また、シールドガス領域との離間した距離は、シールドガス領域のシールド効果を妨げない位置まで接近させると好適である。これにより、アーク溶接による場合であっても、シールドガス領域を攪乱せず、噴流される気体によりシールドガス領域から離間した領域の第１の金属母材が冷却されると共に、前記領域に飛び散った溶融した状態の金属小粒も冷却され固化して、前記領域の第１の金属母材にスパッタが付着しにくくなる。固化されたスパッタは噴流により吹き飛ばされるため、溶接部の母材や溶接箇所の近傍の表面が平坦でない場合であっても、その表面の広い範囲にスパッタが付着しにくくなり、スパッタが付着してもその剥離が容易になる。
【００２０】
また、気体を吹き出す吹き出し口と共に、吹き出した気体を吸い込む吸い込み口が備えられている。これにより、吹き出された気流によりスパッタを冷却させて付着しにくくするだけでなく、冷却させ粒子化したスパッタを吸い込み口に吸い込んで周辺に飛散しにくくする。また、吸い込み量の方が吹き出し量よりも大きいため、スパッタ混じりの吹き出された気体と共に、第１の金属母材表面の周辺にある空気をも吸い込む。これによりスパッタ混じりの気体が周辺に飛散されにくくなり、第１の金属母材を汚損させにくくなる。
【００２１】
本発明の第２の発明は、第１の発明のスパッタ付着抑制構造において、前記アーク溶接によりアークが発生される前に、前記噴流手段により噴流が発生されていることを特徴としている。第２の発明によれば、予めスパッタが発生する前に噴流が発生されている。これにより、同一の押え部材が、溶接対象のワークをワーク毎に押える固定装置において、その押え部材周辺でワーク毎に溶接が繰り返される場合でも、押え部材が冷却されスパッタが付着しにくくされ、固定装置の管理が容易になる。それと共に、アーク溶接により発生し周辺に飛散されるスパッタ粒子が母材に到達する前に冷却されて固形化され易く、第１の金属母材にスパッタが付着することが抑制されるという有利な効果がある。
【００２２】
本発明の第３の発明は、第１又は第２の発明のスパッタ付着抑制構造において、前記吹き出し口の形状が幅広い扁平な形状とされ、幅広い側が第１の金属母材近傍に沿って配設されていることを特徴としている。第１の母材に沿って幅広い面で噴流が発生されるため、広い範囲についてスパッタの付着を抑制することが可能である。また、母材の一部に噴流の流れを遮る障害物があっても、それを回り込んで噴流が流れ、シールド領域に影響を及ぼしにくい。これにより同一の吹き出し能力の噴流手段であっても、スパッタ付着抑制範囲を広くすることができるという有利な効果がある。
【００２３】
本発明の第４の発明は、第１から第３の発明のスパッタ付着抑制構造において、前記吹き出し口の形状と、前記吸い込み口の形状とが略相似な形状とされ、向い合った位置に配置されていることを特徴としている。吹き出し口と吸い込み口が略相似な形状とされ、向い合った位置に配置されていることにより、噴流がスムーズによどみなく流れ、噴流によるスパッタ冷却による固形化と、飛散防止が円滑に行われる。
【００２４】
本発明の第５の発明は、第１から第４の発明のスパッタ付着抑制構造において、前記吹き出し口が複数の小孔が列をなして形成された吹き出し部材に備えられ、前記吹き出し手段には取替可能とされた薄板の金属板が含まれ、前記吹き出し部材の上方が、前記金属板で覆われていることを特徴としている。
【００２５】
本発明の第５の発明によれば、複数の小孔が列をなして形成されていることにより、第１の金属母材に沿って、均一で扁平な噴流が生成される。吹き出し口と吸い込み口との間においては、前記のようにスパッタが冷却されて母材に付着することが抑制されるが、前記吹き出し部材の上に飛び散ったスパッタは十分に冷却されずに付着する可能性がある。しかし、吹き出し部材の上方を覆う金属板に付着しても、吹き出し口の小孔が水平に配列された吹き出し部材はスパッタにより汚損されない。特に、吹き出し口が、吹き出し用の多孔を備えた樹脂材により形成されている場合には、吹き出し部材が溶けず、破損されることがないため好適である。また、金属板が取替可能な薄板とされているため、薄板がスパッタで汚損されることがあっても薄板を取替るだけで吹き出し手段の修復が容易である。
【００２６】
本発明の第６の発明は、第１から第５の発明のスパッタ付着抑制構造において、前記シールドガス領域と噴流される前記気体との離間距離を調整させる離間距離調整手段が備えられていることを特徴としている。第６の発明によれば、前記シールドガス領域と噴流される前記気体との離間距離を、シールドガスのシールド効果を損なわせない最も近い距離まで調整することが可能である。これにより、溶接部にブローホールなどの欠陥を生じさせないようにして、かつ、シールドガス領域に近い位置までの広い範囲の第１の金属母材におけるスパッタの付着を抑制することが可能となる。
【００２７】
本発明の第７の発明は、第１から第６の発明のスパッタ付着抑制構造において、前記吹き出し部材および前記吸い込み部材の少なくともいずれか一方が、その先方の向きが自在に変えられるように可撓管の先方に固定されていることを特徴としている。第７の発明によれば、溶接部の近傍に凸凹や障害物がある場合であっても、第１の金属母材に沿って、吹き出し口および吸い込み口のうちの少なくともいずれか一方を配置して、凸凹や他の障害物に影響されないようにして、他方を前記の一方に向けて配置することも可能である。これにより、溶接部の近傍に凸凹や障害物がある場合であっても、第１の金属母材にスパッタが付着することを抑制することが可能である。
【００２８】
本発明の第８の発明は、溶接される複数のワークを固定するクランプ装置であって、第１から第７の発明のいずれかの前記スパッタ付着抑制構造を備えていることを特徴とするクランプ装置である。第８の発明によれば、熱された状態のままとなりやすい溶接箇所に近いクランプ部材の近くで溶接する場合や、第１の金属母材の表面が平坦でない場合であっても、押え部材周辺や第１の金属母材へのスパッタの付着、更には押え部材と第1の金属母材とが繋がるようになるスパッタの付着を抑制することができるクランプ装置とすることができる。
【発明の効果】
【００２９】
本発明の第１の発明によれば、アーク溶接による場合であっても、シールドガス領域を攪乱せず、噴流される気体によりシールドガス領域から離間した領域の第１の金属母材が冷却されると共に、前記領域に飛び散った溶融した状態の金属小粒も冷却され固化して、前記領域の第１の金属母材にスパッタが付着しにくくなる。固化されたスパッタは噴流により吹き飛ばされるため、溶接箇所が平坦でない場合等であっても、その表面の広い範囲にスパッタが付着しにくくなり、スパッタが付着してもその剥離が容易になる。また、スパッタ混じりの気体が周辺に飛散されにくくなり、第１の金属母材を汚損させにくくなる。
本発明の第２の発明によれば、同一の押え部材が、溶接対象のワークをワーク毎に押える固定装置において、その押え部材周辺でワーク毎に溶接が繰り返される場合でも、押え部材が冷却されスパッタが付着しにくくされ、固定装置の管理が容易になる。それと共に、アーク溶接により発生し周辺に飛散されるスパッタ粒子が母材に到達する前に冷却されて固形化され易く、第１の金属母材にスパッタが付着することが抑制されるという有利な効果がある。
【００３０】
本発明の第３の発明によれば、同一の吹き出し能力の噴流手段であっても、スパッタ付着抑制範囲を広くすることができるという有利な効果がある。
本発明の第４の発明によれば、噴流がスムーズによどみなく流れ、噴流によるスパッタ冷却による固形化と、飛散防止が円滑に行われる。
本発明の第５の発明によれば、吹き出し部材の上方を覆う金属板に付着しても、吹き出し口の小孔が水平に配列された吹き出し部材はスパッタにより汚損されない。特に、吹き出し口が、吹き出し用の多孔を備えた樹脂材により形成されている場合には、吹き出し部材が溶けず、破損されることがないため好適である。また、金属板が取替可能な薄板とされているため、薄板がスパッタで汚損されることがあっても薄板を取替るだけで吹き出し手段の修復が容易である。
【００３１】
本発明の第６の発明によれば、溶接部にブローホールなどの欠陥を生じさせないようにして、かつ、シールドガス領域に近い位置までの広い範囲の第１の金属母材におけるスパッタの付着を抑制することが可能となる。
本発明の第７の発明によれば、溶接部の近傍に凸凹や障害物がある場合であっても、第１の金属母材にスパッタが付着することを抑制することが可能である。
本発明の第８の発明によれば、熱された状態のままとなりやすい溶接箇所に近いクランプ部材の近くで溶接する場合や、第１の金属母材の表面が平坦でない場合であっても、押え部材周辺や第１の金属母材へのスパッタの付着、更には押え部材と第1の金属母材とが繋がるようになるスパッタの付着を抑制することができるクランプ装置とすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００３２】
【図１】クランプ装置に含まれるスパッタ付着抑制構造の説明図である（実施例１）。
【図２】屈曲パイプと取付けプレートをクランプ装置による支承している説明図である（実施例１）。
【図３】噴流手段を覆う薄板の金属板を取り外した状態の説明図である（実施例１）。
【図４】クランプ装置の作用の説明図である（実施例１）。
【図５】屈曲パイプ製造装置の説明図である（実施例１）。
【図６】クランプ装置のフローの説明図である（実施例１）。
【図７】複数の噴流手段を設けたスパッタ付着抑制構造の説明図である（実施例２）。
【図８】鉄骨柱のベースプレートと補強プレートの溶接におけるスパッタ付着抑制構造の説明図である（実施例３）。
【発明を実施するための形態】
【００３３】
アーク溶接において、アークのシールド領域に向かわないようにして、スパッタの付着を抑制させる第１の金属母材の表面に沿って気体を噴流させて、シールド領域に影響を与えないようにしてスパッタの付着を抑制させる構成としている。
【実施例１】
【００３４】
実施例１では、自動車用シートの骨組をなす屈曲パイプ１０と取付けプレート１１をクランプ装置１により支承して溶接する状態を図１から図４を参照して説明する。図１は、クランプ装置１に含まれるスパッタ付着抑制構造の説明図である。図１では、取付けプレート１１を挟んで位置決めする取付けプレートクランプアーム３１（図２参照）を省略している。図２は、屈曲パイプ１０と取付けプレート１１のクランプ装置１による支承状態の説明図である。図３は、噴流手段２を覆う金属製の薄板４１，５１を取り外した状態を説明する説明図である。図４は、クランプ装置１における溶接工程を説明する説明図である。
【００３５】
図２を参照してクランプ装置１を説明する。図２は、クランプ装置１が屈曲パイプ１０と取付けプレート１１を挟んで支承している状態を説明する図である。クランプ装置１は、屈曲パイプクランプ機構２０と、取付けプレートクランプ機構３０と、噴流手段２を含んでいる。クランプ装置１は、図に示さない基台から、屈曲パイプ１０及び取付けプレート１１を下方から支承する上方に伸びた複数の立柱２１と、立柱の上方から屈曲パイプを押える屈曲パイプクランプアーム２２と、屈曲パイプクランプアームを駆動する図に示していない駆動機構とを備えている。
【００３６】
駆動機構は、気体の圧力でプランジャを駆動させて屈曲パイプクランプアーム２２を軸動するように駆動させている。複数の立柱２１は、屈曲パイプ１０の屈曲部を挟んで両側を支承するように配置されている。また、屈曲パイプ１０は、その端部を位置固定部材２３に支承され、前記立柱２１と前記屈曲パイプクランプアーム２２とに挟まれて支承される。この屈曲パイプ１０には図上、右側と左側に各一か所ずつの取付けプレート１１，１１が溶接される。
【００３７】
各々の取付けプレート１１は、略矩形をなす平坦な金属製の板体の一方の縁部１２が屈曲パイプ１０の外周に沿うように湾曲して形成される。取付けプレート１１には平坦部中央部に孔１３（図４参照）が形成されている。そして、取付けプレート１１を据え付ける据え付け架台３３から突出された凸部３４に、前記の孔１３が嵌められ、取付けプレート１１の位置が決定される。取付けプレート１１の湾曲した部分が、屈曲パイプ１０の所望の位置に接するように据えられ、プランジャに駆動され軸動された取付けプレートクランプアーム３１の先端部に設けられた円筒断面形状の押え部材３２により、取付けプレート１１の前記孔１３の周囲が挟まれて位置決めされる。そして、各々の取付けプレート１１の湾曲された側の縁部１２が、屈曲パイプ１０にアーク溶接される箇所となる（図１参照）。
【００３８】
噴流手段２の詳細を、図１を参照して説明する。噴流手段２は、前記取付けプレート１１の平坦部の天面に沿うように、アーク溶接のシールド領域７１に影響が及ばない領域で、図上、下方から上方に噴流を発生させる。噴流手段２は吹き出し手段４０と吸い込み手段５０を含んで構成され、圧力発生手段６２により加圧された空気が圧力タンク６３から圧縮空気配管６４を介して送り込まれ（図５参照）、吹き出し部材４９先方に形成される吹き出し口４２（図３参照）から吹き出し、負圧発生手段５３により吸い込み口近傍が負圧とされて外部から気体を吸込むように構成される。吹き出し口４２から吸い込み口５２に向けて、図上、一点鎖線で示したように、前記押え部材３２の左右に分かれて噴流４３，４４が流れる。吸い込み口５２は外気より０．４ＭＰａ小さく、吹き出し口４２は外気より０．４ＭＰａ大きく、それぞれ外気との圧力差は０．４ＭＰａとされるが、適宜調整されればよい。ここでは気体は、空気とされているが、空気に限定されず不活性ガスとしてもよい。
【００３９】
吹き出し部材４９及び吸い込み部材５６のいずれも、その上方が屈曲された金属製の薄板４１，５１に覆われている。アーク溶接によるスパッタ７２が、噴流４３，４４をなす吹き出し部材４９及び吸い込み部材５６の天部に飛び散って付着することがあっても、この薄板４１，５１のみを取り替えることにより、吹き出し部材４９及び吸い込み部材５６は容易に維持管理することができる。
【００４０】
ここで、図３を参照して、吹き出し部材４９及び吸い込み部材５６の上方を覆う金属製の薄板４１，５１を取り除いた状態を説明する。図３（Ａ）図は噴流手段を見下げた斜視図であり、図３（Ｂ）図は吹き出し部材４９を先方から見下げた斜視図である。吹き出し部材４９は樹脂製からなり、その形状は扁平な形状とされ、吹き出し側の先端の高さがやや窄まって形成され、先端部分には多数の小孔４５が列をなして配列され吹き出し口４２が形成されている。小孔４５の直径は約１ｍｍとされ、この小孔４５から０．４ＭＰａの圧力で空気が勢いよく、扁平な噴流（図３では一点鎖線の矢印で説明している。）となって吹き出される。また、後方の端面には空気を流入させる給気ホース４６が接続される。
【００４１】
一方、吸い込み部材５６は、金属製からなり、その垂直断面形状は略矩形をなし、一方の端部には内部に隅部が丸い略矩形形状の開放された吸い込み口５２が形成され、他方の端部には前記孔から繋がる孔５４が形成され、排出ホース５５に接続される。吸い込み口５２の幅は約２．５ｃｍ、高さは約１ｃｍとされている。排出ホース５５の端部は圧縮空気配管を介して負圧発生手段５３（図５参照）に接続され、吸い込み口５２近傍の空気と吹き出し口４２から流入される空気が勢いよく吸い出される。吹き出し口から吹き出された、図上、水平に扁平な噴流は、それに対応した略相似の形状とされた前記吸い込み口５２に滑らかに流入され、吹き出し口４２と吸い込み口５２の間にはよどみのない水平な噴流（図上、破線矢印で噴流を示している。）が発生される。
【００４２】
次に、図４を参照してクランプ装置１の作用を説明する。図１と共通の構成の部分については、同一の符号を付して説明を省略する。図４は、図１Ａ−Ａ位置におけるクランプ装置１の要部の垂直断面図である。図４（Ａ）図は、据え付け架台３３に取り付けプレート１１を支承させる前の状態を示し、図４（Ｂ）図は、据え付け架台３３に取り付けプレート１１を支承させ取付けプレートクランプアーム３１で押さえた状態を示している。図４（Ｃ）図は、吸い込み口５２に向けて、図示していない吹き出し口４２から噴流を吹き出している状態を示している。図４（Ｄ）図は、アーク溶接により発生するスパッタ７２が噴流により吸い込み口に吸い込まれている状態を示している。
【００４３】
まず、屈曲パイプ１０は、図１Ａ−Ａ位置とは異なる位置で、前記立柱２１と前記屈曲パイプクランプアーム２２とにより上下方向から挟まれて固定される。据え付け架台３３から上方に突出した凸部３４に取付けプレートの孔１３が整合するように位置合わせされ、据え付けられる（図４（Ａ）図）。次に、取付けプレートクランプアーム３１が駆動機構により軸動され、取付けプレートクランプアームの先端部の押え部材３２が取付けプレートの平坦部の孔１３の周りを囲うように押し付けられる（図４（Ｂ）図）。
【００４４】
次に、取付けプレート１１の平坦面に沿って、図示していない噴流手段をなす吹き出し口４２から扁平な空気の流れが吹き出され、噴流とされる（図４（Ｃ）図）。吹き出された噴流は、その前面左方の前記押え部材３２にあたり左右に分割されて流れ、前記平坦部の天面近傍の空気と共に、押え部材３２の前方にある吸い込み口５２から吸い込まれる。噴流は、扁平な空気の流れとなって吹き出されていると共に、扁平な形状とされた吸い込み孔５２から吸い込まれるため、途中の押え部材３２で分流されても、その扁平な噴流の側方で流れが膨らみにくく、シールド領域７１（図１参照）に影響を及ぼしにくい。
【００４５】
そして、繰り返し溶接作業がされても、その溶接ごとに押え部材３２を冷却させる作用をする。また、アーク溶接している間も押え部材３２が冷却されることにより、押え部材３２が熱された状態となりにくく、押え部材３２を介して取付けプレート１１が加熱されることを防ぐこともできる。
【００４６】
次に、屈曲パイプ１０と取付けプレート１１の湾曲部側の縁部１２が溶接される（（図４（Ｄ）図），図１参照）。実施例１のアーク溶接は、炭酸ガスシールドアーク溶接であり、送り出される溶接棒７３の先端の周囲からは炭酸ガスが流出され、溶接池７４を覆うシールド領域７１が形成される。そして、シールド領域の範囲外にも、アークによる高熱により溶けた小さな金属粒子が飛散しスパッタ７２となる。しかしまだ固まっていない小さな金属粒子も、扁平な噴流の位置に至ると、噴流により冷却されて固形化される。固形化された小さな金属粒の大部分は噴流の流れに沿って吸い込み口５２に吸い込まれ、周辺に飛び散ることが抑制される。更に、押え部材と第1の金属母材とが繋がるようになるスパッタの付着も防止される。
【００４７】
ここで、屈曲パイプ製造装置の全体構成を説明する図５を参照して、スパッタ付着抑制機構付のクランプ装置１を作動させる構成を説明する。クランプ装置１は、電源手段６０、制御手段６１、圧力発生手段６２、圧力タンク６３、圧縮空気配管６４、検知手段６５、アーク溶接機７０を含んで構成される屈曲パイプ製造装置に含まれ作動される。電源手段６０から供給される電力は、制御手段６１により圧力発生手段６２をなすコンプレッサー、アーク溶接機７０、クランプ装置１に供給され、それらを駆動させる。圧力発生手段６２は、空気を吸入し所定の圧力、例えば０．６ＭＰａまで上昇させ、圧力タンク６３に送り込み空気を貯蔵する。
【００４８】
検知手段６５には、ワークが固定されたか否かを検知するリミットスイッチ６６（図１参照）と、吹き出し口４２の圧力を検知する図示していない圧力検知手段が含まれる。また、制御手段６１は、検知手段６５による検知結果が予め記録されている判定値に適合するか否かを判定し、クランプ装置１の作動を制御する。
【００４９】
圧力タンク６３からは、図上破線で示している圧縮空気配管６４を通して、屈曲パイプクランプ機構２０、取付けプレートクランプ機構３０、吹き出し手段４０、負圧発生手段５３の各々の空気供給部に圧縮空気が送られる。各々の空気供給部においては、所望の圧力に維持されるようにレギュレータにより空気の流量が制御されている。負圧発生手段５３においては、供給された圧縮空気によりタービンを駆動させ、負圧を発生させ吸い込み口近傍の空気を吸入可能としている。一方、吹き出し手段４０に備えられる吹き出し口４２からは、圧縮空気が噴流として吹き出し可能とされる。
【００５０】
次に、図６に示しているフロー図により、クランプ装置１における屈曲パイプ１０と取付プレート１１をワークとして、その固定からワークの溶接の完了までのフローを説明する。クランプ装置１でスパッタの付着を抑制させて溶接をするには、溶接に先立ちクランプ装置１に屈曲パイプ１０を立柱２１に支承させる（Ｓ１０、「ステップ」を「Ｓ」と略している、以下同じ）（図２参照）。
【００５１】
次に、屈曲パイプクランプアーム２２を降下させる（Ｓ２０）。全ての立柱２１に屈曲パイプ１０を支承させたら、次に、取付けプレート１１を据え付け架台３３の凸部３４に取付けプレートの孔１３の位置をあわせて載置させる（Ｓ３０）。左右の据え付け架台に取付けプレートが載置されていることが確認されたら、取付けプレートクランプアーム３１を降下させる（図２参照）（Ｓ４０）。
【００５２】
そして、取付けプレートクランプアーム３１がリミットスイッチ６６を降下させ（図１参照）、全てのワークが固定されたか否かが検知手段としてのリミットスイッチ６６により検知される（Ｓ５０）。ワークが固定されていることが検知されたらＳ６０に進む。一方、ワークが固定されていないと検知された場合には、Ｓ１０に戻りワークのセットが確認される。Ｓ６０では、噴流が発生される（図１，図４（Ｃ）図参照）。
【００５３】
吹き出し口４２の圧力が所望の圧力、例えば０．３８ＭＰａ以上かつ０．４２ＭＰａより小さいか否かが圧力検知手段により検知され、当該範囲内と判定されれば、Ｓ８０に進みアーク溶接が可能とされる。ここで当該範囲内に前記圧力がない場合には、Ｓ６０に戻り、更に噴流が所定の圧力となるまでステップが繰り返され、所定の圧力となるまで待つ。
【００５４】
Ｓ８０で溶接作業がされ、溶接作業後アーク溶接の電源がオフされたか否かがＳ９０で判定される。アーク溶接の電源がオフされたと判定された場合には、Ｓ１００に進み、各クランプアーム２２，３１が上昇される。アーク電源がオフされていない場合には、オフされるまでアーク溶接作業が可能な状態が維持される。各クランプアーム２２，３１が上昇されたら、次に噴流が停止される（Ｓ１１０）。噴流停止後、ワークが取り外され（Ｓ１２０）、スパッタ付着抑制構造付クランプ装置におけるワークの溶接が完了する。
【実施例２】
【００５５】
実施例２では、図７を参照してスパッタ付着抑制溶接方法について説明する。実施例２では、丸パイプ７８に、複数のボルト孔７６が形成された円形フランジプレート７７を、被覆アーク溶接棒７３で溶接する実施例である。丸パイプ７８は、図示していない溶接ベッドに横臥せられ載置される。円形フランジプレート７７は、丸パイプ７８の端部に仮付溶接され位置固定されている。丸パイプ７８と円形フランジプレート７７の接線外周がアーク溶接される溶接線とされる。被覆アーク溶接棒７３は、金属軸の周囲がフラックスで被覆された溶接棒である。
【００５６】
被覆アーク溶接棒７３に電圧が印加され、丸パイプ及び円形フランジプレートとの間にアークが発生されると、フラックスが高温のアークにより分解されガスとなって、金属軸が溶けて溶滴となって落下する溶融池７４をシールドし、シールド領域７５が形成される。実施例２では噴流手段では、円形フランジプレート面に沿う扁平な噴流４７（図上、一点鎖線で示している）と、スチールパイプ軸方向に交差する方向に、柱面に沿って扁平な噴流４８（図上、一点鎖線で示している）が吹き出される。いずれの吹き出し口も、向い合う吸い込み口と略相似の矩形形状とされ、吸い込み口よりも小さな開放口とされる。実施例２では吹き出し口から吸い込み口に至るまで、障害物がないため扁平な噴流は滑らかに吸い込み口に吸い込まれる。
【００５７】
噴流４７，４８は、図上左側に移動される被覆アーク溶接棒の移動とは反対に、図上左側から右側に向かって吹き出され、吹き出される空気はアークにより発生される溶接ガスとともに吸い込み口に吸い込まれ、溶接作業者が暴露される溶接ガスの濃度を低下させる。
【００５８】
実施例２の溶接方法でも、予め噴流４７，４８を発生させてからアーク放電させ、アーク溶接を完了させてから、気体の噴流を停止させるようにする。これにより、最初のアーク発生時に発生しやすいスパッタの付着を抑制すると共に、溶接作業が進むにつれて高温化される円形フランジプレート７７を冷却させて、円形フランジプレート７７にスパッタが付着することを抑制する。これにより、スパッタが除去しにくいボルト孔７６内及びボルト孔周辺へのスパッタの付着が抑制され、溶接後の清掃処理作業が極めて容易となる。
【００５９】
実施例１のクランプ装置1における溶接方法では、繰り返しワークを押える押え部材３２を、より長い時間の間、冷却させるためワークを取り外してから噴流を停止させている。しかし、実施例２のように押え部材がない場合では、アーク溶接の終了と同時に噴流を停止させればよい。
【実施例３】
【００６０】
実施例３では、噴流手段の離間距離調整手段が備えられたスパッタ付着抑制構造を、図８を参照して説明する。図８では、理解を容易にするために、一部の補強プレートを破線で示している。実施例３は、角鋼管柱８０の柱脚とベースプレート８１との接合部に、補強プレート８２を溶接する場合におけるスパッタ付着抑制構造を説明する。
【００６１】
図８においては、角鋼管柱８０は、図示していない溶接ベッドに横臥させて載置される。図８は、角鋼管柱８０を、溶接ベッドに横臥させた状態の要部を示している。ベースプレート８１は、実施例２に示したスパッタ付着抑制溶接方法により、予めベースプレート８１と角鋼管柱８０にスパッタの付着が少ない状態に溶接されている。角鋼管柱８０の柱脚とベースプレート８１が溶接された状態で、補強プレート８２が溶接される。図８は、補強プレート８２がアーク溶接によりベースプレート８１との接線を溶接される状態を示している。
【００６２】
実施例３では、噴流手段をなす吹き出し口８３及び吸い込み口８４のいずれも可撓管８５，８６に接続されている。可撓管８５，８６を屈曲させて、吸い込み口８３と吹き出し口８４の位置を変えることにより噴流の位置が変更可能であり、補強プレート８２の溶接箇所のシールド領域８７と噴流８８との離間距離が調整可能とされている。また、吸い込み口８４の先端は斜めに傾斜され、吸い込み口８４が向かうベースプレートの方向に対して側方から噴流が吸い込み可能とされている。
【００６３】
これによりシールド領域８７に、図上一点鎖線で示している噴流８８が影響を及ぼさない近い位置に吹き出し口８３と吸い込み口８４をセットして、ベースプレートの孔８９の周囲にスパッタの付着を抑制させることが可能である。更に、既に溶接され、柱面から盛り上がった状態となっている柱脚とベースプレートとの溶接線９０に載せるように吸い込み口８４をセットして、既に溶接された溶接線９０にスパッタが付着しないようにすることも可能である。また、吹き出し口８３と吸い込み口８４の位置を転換すれば、柱面へのスパッタの付着を抑制することが可能である。
【００６４】
（その他）
・前記の実施例では、吹き出し口と吸い込み口との双方を備えた噴流手段の実施例を説明したが、必ずしも双方が必要ではなく、アーク溶接のシールド領域から離間した領域に噴流を発生させるいずれかであってもよい。
・前記の実施例の吹き出し口、吸い込み口の形状、材質、圧力、フローは例示に過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で、変更可能であることは勿論のことである。
・実施例１では負圧発生手段は、クランプ装置に含まれる構成としたが、クランプ装置が複数ある場合には負圧発生手段と各々の吸い込み口を圧縮空気配管で接続するようにしてもよいことは勿論のことである。
・前記の実施例３では、シールド領域と噴流との離間距離調整手段として、可撓管による位置調整の実施例を示したが、公知の駆動機構により第１の金属母材にスライドさせて離間距離調整してもよいことは勿論のことである。
・今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって、制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の技術的範囲は、上記した説明に限られず特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。
【符号の説明】
【００６５】
１…クランプ装置、２…噴流手段、
１０…屈曲パイプ、１１…取付けプレート、１２…縁部、１３…孔、
２０…屈曲パイプクランプ機構、２１…立柱、２２…屈曲パイプクランプアーム、２３…位置固定部材、
３０…取付けプレートクランプ機構、３１…取付けプレートクランプアーム、３２…押え部材、３３…据え付け架台、
３４…凸部、
４０…吹き出し手段、４１…薄板、４２…吹き出し口、４３，４４…噴流、４５…小孔、４６…給気ホース、
４７，４８…噴流、４９…吹き出し部材
５０…吸い込み手段、５１…薄板、５２…吸い込み口、５３…負圧発生手段、５４…孔、５５…排出ホース、
５６…吸い込み部材、
６０…電源手段、６１…制御手段、６２…圧力発生手段、６３…圧力タンク、６４…圧縮空気配管、
６５…検知手段、６６…リミットスイッチ、
７０…アーク溶接機、７１…シールド領域、７２…スパッタ、７３…被覆アーク溶接棒、７４…溶融池、
７５…シールド領域、７６…ボルト孔、７７…円形フランジプレート、７８…丸パイプ、
８０…角鋼管柱、８１…ベースプレート、８２…補強プレート、８３…吹き出し口、８４…吸い込み口、
８５，８６…可撓管、８７…シールド領域、８８…噴流、８９…孔
【手続補正２】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
アーク溶接される複数の金属母材へのスパッタの付着を抑制させるスパッタ付着抑制構造であって、
スパッタの付着を抑制させる第１の金属母材の表面に沿って気体を噴流させる噴流手段を含み、
前記噴流手段が、アーク溶接部の溶融池を囲むシールドガス領域から離間した位置において、少なくとも第１の金属母材に沿って、前記溶融池に向かわない方向に前記気体を噴流させ、
前記噴流手段が、吹き出し手段と吸い込み手段とを含み、前記吹き出し手段は前記気体を吹き出させる吹き出し口を有する吹き出し部材を備え、前記吸い込み手段は前記気体及びその周辺の気体を吸い込ませる吸い込み口を有する吸い込み部材を備え、前記吸い込み口の気体の吸い込み量が前記吹き出し口からの気体の吹き出し量よりも多い、
ことを特徴とするスパッタ付着抑制構造。
【請求項２】
前記アーク溶接によりアークが発生される前に、前記噴流手段により噴流が発生されている、
ことを特徴とする請求項１に記載のスパッタ付着抑制構造。
【請求項３】
前記吹き出し口の形状が幅広い扁平な形状とされ、幅広い側が第１の金属母材近傍に沿って配設されている、
ことを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のスパッタ付着抑制構造。
【請求項４】
前記吹き出し口の形状と、前記吸い込み口の形状とが略相似な形状とされ、向い合った位置に配置されている、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれか一項に記載のスパッタ付着抑制構造。
【請求項５】
前記吹き出し口が複数の小孔が列をなして形成された吹き出し部材に備えられ、前記吹き出し手段には取替可能とされた薄板の金属板が含まれ、前記吹き出し部材の上方が、前記金属板で覆われている、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項４のいずれか一項に記載のスパッタ付着抑制構造。
【請求項６】
前記シールドガス領域と噴流される前記気体との離間距離を調整させる離間距離調整手段が備えられている、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項５のいずれか一項に記載のスパッタ付着抑制構造。
【請求項７】
前記吹き出し部材及び前記吸い込み部材の少なくともいずれか一方が、その先方の向きが自在に変えられるように可撓管の先方に固定されている、
ことを特徴とする請求項１乃至請求項６のいずれか一項に記載のスパッタ付着抑制構造。
【請求項８】
溶接される複数のワークを固定するクランプ装置であって、
請求項１乃至請求項７のいずれか一項に記載のスパッタ付着抑制構造を備えている、
ことを特徴とするクランプ装置。
【手続補正３】
【補正対象書類名】要約書
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【要約】
【要約】
【課題】溶接箇所の近傍の表面が平坦でない場合であっても、シールドガスのシールド領域から離間した位置において、母材の表面の広い範囲にスパッタの付着を抑制することが可能なスパッタ付着抑制構造およびクランプ装置を提供する。
【解決手段】
アーク溶接部の溶融池を囲むシールドガス領域（７１）から離間した位置において、少なくとも第１の金属母材（１１）に沿って、前記溶融池に向かわない方向に前記気体を噴流させる噴流手段（２）を備えている。好適には、アークが発生される前に、噴流手段（２）により噴流が発生されているとよい。噴流手段は、幅広い扁平な形状となる吹き出し口（４２）を有する吹き出し部材（４９）と、それに略相似の形状の吸い込み口（５２）を有する吸い込み部材（５６）とを備え、吸い込み口の気体の吸い込み量が吹き出し口からの吹き出し量よりも多いとよい。
【選択図】図１
【国際調査報告】
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