(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接対象材であるワークの溶接線を形成する突合せ両端部のそれぞれを支持する各部位が溶接線と直交する方向に開いた、溶接線が延びる方向すなわち溶接方向に延びるワーク支持アーム;
該ワーク支持アームの前記各部位の下方の空間にあって、前記溶接方向に往復動可能な裏当台車;
前記ワーク支持アームの前記各部位で支持されたワークを押す方向に反発力がある弾力部材を介して前記裏当台車に装着された裏当部材;
該裏当部材に給,排水する給,排水ホースおよびシールドガスを送給するガスホース;
前記ワーク支持アームと平行に装備したトーチ台車支持アーム;
該トーチ台車支持アームで支持され前記溶接方向に往復動可能なトーチ台車;
該トーチ台車で支持され、前記ワーク支持アームで支持されたワークの溶接線を狙う溶接トーチ;および、
前記裏当台車およびトーチ台車を、前記溶接トーチに前記裏当部材が常に対向するように、同時に同方向に同一速度で同期駆動する同期駆動手段;を備え、
前記裏当部材は、大略では溶接線に直交する方向である横方向より溶接線が延びる方向である縦方向に長い直方体であって、該横方向の中央部には該縦方向全長に渡って溶接線に対向する溝があり、該溝の内部に向けたシールドガス噴き出し口があり、該溝の両側の側壁部の内部には給,排水ホースに連通する冷却水流路があって、弾力部材のワークを押す方向の反発力でワークに密着するシャトル型の裏当部材である;シャトル型裏当部材を用いる溶接装置。
【請求項２】
前記ワーク支持アームは、大略で４角筒形状であるが、上向き辺が長手方向に渡って開いており、該上向き辺の開口の両縁が、ワークを支持する部位である、上記請求項１に記載の、シャトル型裏当部材を用いる溶接装置。
【請求項３】
前記４角筒形状のワーク支持アームの内部にレールがあって、前記裏当台車が該レールで支持された、請求項２に記載の、シャトル型裏当部材を用いる溶接装置。
【請求項４】
昇降装置および該昇降装置で支持された昇降台を備え、前記ワーク支持アームおよび前記トーチ台車支持アームが該昇降台に搭載された、請求項１に記載の、シャトル型裏当部材を用いる溶接装置。
【請求項５】
前記同期駆動手段は、前記ワーク支持アームの先端部と後端部に装備した第１の１対のスプール,これらのスプールにエンドレスに張架され前記裏当台車が連結された裏当台車駆動チェーン,前記トーチ台車支持アームの先端部と後端部に装備した第２の１対のスプール,これらのスプールにエンドレスに張架され前記トーチ台車が連結されたトーチ台車駆動チェーン、および、前記裏当台車と前記トーチ台車を同時に同方向に同一速度で同期駆動すべく第１および第２のスプールを回転駆動する駆動手段を含む、請求項１乃至４のいずれか一つに記載の、シャトル型裏当部材を用いる溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接対象材の表裏の一方側に裏当部材を配置し、他方側から、該裏当部材が位置する箇所の溶接線を溶接トーチで溶接する溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
溶接対象材の溶接線例えば板継突合せ線の溶接では、溶接線が延びる方向に長い裏当部材を溶接線の裏側に配置固定し、溶接対象材の表面側から裏当部材上の溶接線を、該溶接線に沿って溶接トーチを走行駆動しながら溶接する。これが一般的な板継溶接である。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特開平６−３１２２８５
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
裏当部材を使用する長い溶接線の溶接では、溶接対象材を固定支持する設備および裏当部材を固定支持する設備が複雑になって、設備コストが高くしかも広い設置空間が必要になる。また、円錐状のワークの溶接では、溶接線方向に向かって直径が連続的に変化するため、全溶接線に渡って完全にバックシールドすることが困難であった。
【０００５】
特許文献１には、連続操業により生産される先行鋼板と後行鋼板を板継溶接する際に用いる、先行鋼板尾端と後行鋼板先端を同時に予熱するインダクタ(電気コイル)を備える板継溶接装置が記載されている。特許文献１には、該インダクタと、溝付きローラ型のロータリー式裏当部材とを搭載した、突合せ線(溶接線)に沿って移動する台車が記載されている。該ロータリー式裏当部材に対向して溶接トーチが示されており、この溶接トーチは、ロータリー式裏当部材の溶接線に沿う方向の移動に同期して同方向に移動するものと見受けられる。
【０００６】
ロータリー式裏当部材は、溶接線となる板継箇所の鋼板に接触するが、回転ローラであるので冷却が困難もしくは複雑な冷却構造が必要であって、溶接熱によって簡単に損傷し寿命が短いと見受けられる。また、溶接箇所直下をガスシールドするシールドガスの配管も困難である。
【０００７】
本発明は、１つの裏当部材でそれよりも長い様々な長さの溶接線を溶接できる溶接装置を提供することを第１の目的とし、加えて、冷却が容易な裏当部材を備える溶接装置を提供することを第２の目的とし、さらに加えてバックガスシールドの効果が最良になるように常に直径が連続的に変化するワークに密着するよう押し付け可動するガスシールドが容易な裏当部材を備える溶接装置を提供することを第３の目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
（１）溶接対象材であるワーク(W)の溶接線を形成する突合せ両端部のそれぞれを支持する各部位(1a,1b)が溶接線と直交する方向(x)に開いた、溶接線が延びる方向すなわち溶接方向(y)に延びるワーク支持アーム(1);
該ワーク支持アーム(1)の前記各部位(1a,1b)の下方の空間にあって、前記溶接方向(y)に往復動可能な裏当台車(2);
前記ワーク支持アーム(1)の前記各部位(1a,1b)で支持されたワーク(W)を押す方向(z)に反発力がある弾力部材(3a,3b)を介して前記裏当台車(2)に装着された裏当部材(4);
該裏当部材(4)に給,排水する給,排水ホースおよびシールドガスを送給するガスホース;
前記ワーク支持アーム(1)と平行に装備したトーチ台車支持アーム(5);
該トーチ台車支持アーム(5)で支持され前記溶接方向(y)に往復動可能なトーチ台車(6);
該トーチ台車(6)で支持され、前記ワーク支持アーム(1)で支持されたワーク(W)の溶接線を狙う溶接トーチ(7);および、
前記裏当台車(2)およびトーチ台車(6)を、前記溶接トーチ(7)に前記裏当部材(4)が常に対向するように、同時に同方向に同一速度で同期駆動する同期駆動手段(8);を備え、
前記裏当部材(4)は、大略では溶接線に直交する方向である横方向(x)より溶接線が延びる方向(y)である縦方向(y)に長い直方体であって、該横方向(x)の中央部には該縦方向(y)全長に渡って溶接線に対向する溝(9)があり、該溝(9)の内部に向けたシールドガス噴き出し口があり、該溝(9)の両側の側壁部(4a,4b)の内部には給,排水ホースに連通する冷却水流路があって、弾力部材のワークを押す方向の反発力でワークに密着するシャトル型の裏当部材である;シャトル型裏当部材を用いる溶接装置。
【０００９】
なお、理解を容易にするために括弧内には、図面に示し後述する実施例の対応又は相当要素の記号もしくは対応事項を、例示として参考までに付記した。以下も同様である。
【発明の効果】
【００１０】
裏当部材(4)は、大略では溶接線に直交する方向である横方向(x)より溶接線が延びる方向(y)である縦方向(y)に長い直方体、通常の溶接使用態様では溶接線の長さよりも短い長さ、であるので、従来の、溶接線全長に渡って長い又は複数の裏当部材をワークに装着する作業が不要になる。裏当部材(4)がワーク支持アーム(1)の長さ範囲内で溶接線に沿って往復移動可能であるので、該長さ範囲内の短い溶接線から長い溶接線まで溶接可能であり汎用性が高い。また、常に全溶接線に渡ってバックシールドガスを流す必要がないのでガス使用量を抑えることができる。
【００１１】
給,排水ホース(5a,5b)により裏当部材(4)に冷却水が給,排水されるので、溶接熱による裏当部材(4)の過熱が抑止され損傷しないので、裏当部材(4)の使用寿命が長い。ガスホースからシールドガスが裏当部材(4)に送給されて溶接線に対向する溝(9)に噴き出すので、溶接中の高熱裏ビードがシールドガスで包まれ酸化が防がれる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のシャトル型裏当を用いる溶接装置の一実施例の概要を示す正面図である。図１上のy方向が溶接線が延びる方向,x方向が溶接線に直交する水平方向およびz方向は垂直方向である。
【図２】図１に示す溶接装置の右側面である。
【図３】図１に示す溶接装置のワーク支持アーム(1)およびトーチ台支持アーム(5)と、それらに組付けた裏当部材(4)およびトーチ台車(6)を示す正面図である。
【図４】図１に示す溶接装置のワーク支持アーム(1)を支持する部材を示す左側面図である。
【図５】図１に示す溶接装置の裏当部材(4)を支持する部材を示す右側面図である。
【図６】図５に示す裏当部材(4)の平面図である。
【図７】図６に示す裏当部材(4)の正面図である。
【図８】図１のトーチ台車(6)に装備した溶接トーチ(7)等を示す正面図である。
【図９】図８に示すトーチ台車(6)の右側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
（２）ワーク支持アーム(1)は、大略で４角筒形状であるが、上向き辺が長手方向(y)に渡って開いており、該上向き辺の開口の両縁が、ワーク(W)を支持する部位(1a,1b)である、上記(１)に記載の、シャトル型裏当部材を用いる溶接装置。
【００１４】
（３）４角筒形状のワーク支持アーム(1)の内部にレール(27a,27b)があって、裏当台車(2)が該レール(27a,27b)で支持された、上記(２)に記載の、シャトル型裏当部材を用いる溶接装置。
【００１５】
（４）昇降装置(11)および該昇降装置(11)で支持された昇降台(12)を備え、前記ワーク支持アーム(1)および前記トーチ台車支持アーム(5)が該昇降台(12)に搭載された、上記（１）に記載の、シャトル型裏当部材を用いる溶接装置。
【００１６】
（５）前記同期駆動手段(8)は、前記ワーク支持アーム(1)の先端部と後端部に装備した第１の１対のスプール(19a,19b),これらのスプールにエンドレスに張架され前記裏当台車(2)が連結された裏当台車駆動チェーン(24),前記トーチ台車支持アーム(5)の先端部と後端部に装備した第２の１対のスプール(21a,21b),これらのスプールにエンドレスに張架され前記トーチ台車(6)が連結されたトーチ台車駆動チェーン(25)、および、前記裏当台車(2)と前記トーチ台車(6)を同時に同方向に同一速度で同期駆動すべく第１および第２のスプールを回転駆動する駆動手段(18,45,23a,20,46,23b,22)を含む、上記（１）〜（４）のいずれか一つに記載の、シャトル型裏当部材を用いる溶接装置。
【００１７】
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。
【実施例】
【００１８】
本発明の一実施例の溶接装置の正面概要を示す図１およびその右側面概要を示す図２を参照すると、溶接ヤードの床面に置かれた台座１０には、油圧昇降装置１１があり、この油圧昇降装置１１で昇降台１２が支持されており、ワークＷが円筒形又は楕円筒形の場合はその径長に対応して上下方向zに駆動され高さが調整される。油圧昇降装置１２の裏側には垂直ガイド柱１３(図２)があり、それにガイドレール１４が垂直姿勢で固定されている。このガイドレール１４に、垂直方向zには倣い移動可かつ溶接方向yおよびそれに直交する横方向ｘには移動不可の倣いシューが結合している。該倣いシューは昇降台１２と一体である。すなわち昇降台１２は昇降は可能であるが、溶接線方向yおよび横方向xには移動不可である。
【００１９】
昇降台１２には溶接トーチ支持用のアーム支持柱１５および裏当部材支持用のアーム支持柱１６が垂直に立っている。アーム支持柱１５は溶接方向ｙに延びるトーチ支持台アーム５を水平に支持し、アーム支持柱１６は溶接方向ｙに延びるパイプ状の補助アーム１７を水平に支持する。補助アーム１７には、それと平行にしてワーク支持アーム１が固着されている。すなわち、ワーク支持アーム１およびトーチ台車支持アーム５は溶接線が延びる方向yに延び互いに平行である。
【００２０】
図３には、図１に示すワーク支持アーム１およびトーチ台車支持アーム５の部分を摘出して示す。詳細は後述するが、ワーク支持アーム１には裏当部材４がアーム１の延びる方向すなわち溶接方向(溶接線が延びる方向)ｙに往復動可に装着されており（図４，図５）、トーチ台車支持アーム５には、トーチ台車６が溶接方向ｙに往復動可に装着されている。
【００２１】
ワーク支持アーム１の先端部と後端部には、スプロケット(鎖歯車)１９ａ，１９ｂが、横方向xに延びる軸を中心に回転自在に装着されており、両スプロケット１９ａ，１９ｂにチェーン２４が張架(張り渡し)されている。チェーン２４の一端は裏当台車２の先端に、後端は裏当台車２の後端に連結されている。チェーン２４の、スプール１９ａ，１９ｂの上側に位置する連なりは、ワーク支持アーム１の内空間を通り、下側に位置する連なりはパイプ状補助アーム１７の内部を通る。すなわちチェーン２４は、スプロケット１９ａ，１９ｂにエンドレスに結合し、スプロケット１９ａ，１９ｂの図３上での時計方向の回転によりチェーン２４を介して裏当台車２は往移動する。すなわち図３上では左方から右方に移動する。
【００２２】
トーチ台車支持アーム５の先端部と後端部には、スプロケット２１ａ，２１ｂが、横方向xに延びる軸を中心に回転自在に装着されており、両スプロケット２１ａ，２１ｂにチェーン２５が張架されている。チェーン２５の一端はトーチ台車６の先端に、後端はトーチ台車６の後端に連結されている。チェーン２５の、スプール２１ａ，２１ｂの上側に位置する連なりは、トーチ台車６の下方にある倣いレール２６の上方かつトーチ台車６の移動空間の下(図９)を通り、スプール２１ａ，２１ｂの下側に位置する連なりは、トーチ台車支持アーム５の下方を通る。すなわちチェーン２５は、スプロケット２１ａ，２１ｂにエンドレスに結合し、スプロケット２１ａ，２１ｂの図３上での時計方向の回転によりチェーン２５を介してトーチ台車６は往移動する。すなわち図３上では左方から右方に移動する。
【００２３】
トーチ台車支持アーム５の後端には、減速機付電気モータ２２が備わっており、その出力軸に２個のスプロケット２３ａ，２３ｂが固定されている。一方のスプロケット２３ａと、前述のワーク支持アーム１の後端部のスプロケット１９ｂと同軸のスプロケット１８に、一本の駆動チェーン４５がエンドレスに張架され、他方のスプロケット２３bと、前述のトーチ台車支持アーム５の後端部のスプロケット２１bと同軸のスプロケット２０に、もう一本の駆動チェーン４６がエンドレスに張架されている。
【００２４】
減速機付電気モータ８が正転して出力軸が時計方向(図３上)に回転すると、スプロケット２３bおよび駆動チェーン４６を介してスプロケット２０が時計方向に回転駆動されて、スプロケット２０と同軸のスプロケット２１bとトーチ台車支持アーム５の先端部にあるスプロケット２１aに張架されたチェーン２５が、時計周りに移動してトーチ台車６が図３上で左から右に移動する。このとき、スプロケット２３aおよび駆動チェーン４５を介してスプロケット１８が時計方向に回転駆動されて、スプロケット１８と同軸のスプロケット１９bとワーク支持アーム１の先端部にあるスプロケット１９bに張架されたチェーン２４が、時計廻りに移動して裏当台車２が図３上で左から右にトーチ台車６の移動速度と同速度で移動する。つまり裏当台車２は、トーチ台車６と同一速度で同方向に同期移動する。本実施例では、スプロケット18,19a,19b,20,21a,21b,23a,23b,エンドレスチェーン24,25,駆動チェーン45,46および減速機付電気モータ２２が、同期駆動手段８を構成している。
【００２５】
図４および図５に示すように、ワーク支持アーム１は、大略で４角筒形状であるが、上向き辺は長手方向yに渡って開いており、該上向き辺の開口の両縁が、ワークＷ(図２)を支持する部位１ａ，１ｂであって、溶接対象材であるワークＷの、溶接線を形成する突合せ両端部のそれぞれを支持する。すなわち、溶接線が延びる方向すなわち溶接方向ｙに延びるワーク支持アーム(1)の、溶接対象材であるワークＷの溶接線を形成する突合せ両端部のそれぞれを支持する各部位１ａ，１ｂが溶接線と直交する幅方向ｘに開いている。この実施例は、最大径長の円筒形または楕円筒形のワークＷmaxから最小径長の円筒形または楕円筒形のワークＷminまでの円筒形の突合せ溶接,４角筒である箱型の突合せ溶接,円錐形の突合せ溶接および平板の突合せ溶接などに用いられる。
【００２６】
ワーク支持アーム１の底辺には、溶接方向yに延びるレール２７ａ，２７ｂが固定されており、それらの上に裏当台車２の車輪が乗っている。４本のピン２８ａ〜２８ｄが裏当ホルダ２９を垂直方向に貫通しそして下端部が裏当台車２に固定されている。裏当ホルダ２９は、ピン２８ａ〜２８ｄで溶接方向yおよび横方向xの移動は抑止されるが垂直方向zには昇降自在である。裏当台車２と裏当ホルダ２９の間にはクッション部材である圧縮コイルスプリング３ａ〜３ｄが介挿されており、それらの反発力によって、裏当台車2に対して裏当ホルダ２９は、上方に離れるように押されている。
【００２７】
裏当部材４の上端部は、裏当ホルダ２９に固定され、圧縮コイルスプリング３ａ〜３ｄの反発力によって、ワーク支持アーム１の、ワークＷを支持する部位１ａ，１ｂ間の開口より上方に突出しているが、ワークＷが部位１ａ，１ｂで下支持されたときには、ワークＷ（図２）によって裏当部材４が下方に押されて圧縮コイルスプリング３ａ〜３ｄが縮む。ワークＷがワーク支持アーム１で支持されている間は、圧縮コイルスプリング３ａ〜３ｄの反発力によって、裏当部材４は常時ワークＷに圧接している。
【００２８】
図６および図７に、裏当部材４の平面および正面を示す。裏当部材４は、大略では溶接線に直交する方向である横方向ｘより溶接線が延びる方向ｙである縦方向ｙに長い直方体のシャトル型であって、先端部は、嘴状に突出している。裏当部材４は、横方向ｘの中央部に縦方向ｙ全長に渡って溶接線に対向する溝９があって横方向断面が凹形であり、溝９の内部に向けたシールドガス噴き出し口があり、溝９の両側の側壁部４ａ，４ｂの内部には給，排水ホース(図示略)に連通する冷却水流路がある。
【００２９】
裏当部材４の後端面には、上記冷却水流路に連通する給,排水口３０ａ，３０ｂがあってそこに給,排水ホースが接続され、また、ガス注入口３１があってそこにガスホース(図示略)が接続されている。給水ホースから給水口３０aに入った冷却水は、側壁部４ａ，４ｂの冷却水流路を通って排水口３０bに至り排水ホースに流出する。ガスホースからガス注入口３１に送り込まれるシールドガスは、溝９の底部の下方にあるガス流路を通って溝壁面のガス噴出口から溝９内に噴出する。
【００３０】
図８および図９にトーチ台車６の正面および右側面を示す。トーチ台車支持アーム５には倣いレール２６が固定されており、溶接方向ｙに延びている。倣いレール２６の側面は山形(３角形の頂点形状)であり、この山形に、円周面がＶ溝となった倣い車輪３２ａ〜３２ｄが結合している。これらの倣い車輪の車軸はトーチ台車６に固定であるので、トーチ台車６は、チェーン２５で引かれると倣いレール２６に沿って走行する。
【００３１】
トーチ台車６にはトーチ支持柱３３が立っており、トーチ支持柱３３には電動昇降機構３４があって、該機構３４によって手動高さ調整機構３５が支持されている。該高さ調整機構３５の昇降アーム３６によってトーチホルダ３７が支持され、該トーチホルダ３７で、幅方向x位置およびトーチ姿勢の調整機構３８を介して溶接トーチ7が支持されている。電動昇降機構３４乃至調整機構３８によって、溶接トーチ7は、裏当部材４の溝９の真上に位置する溶接線(ワークＷの板継線)の真上から溶接線を狙う姿勢および高さに設定される。溶接トーチ７の先端直下には、ワイヤ送給装置３９が、溶接ワイヤコイル４０から溶接ワイヤ４１を引き出して送給する(図８)。図８上の４２は溶接電源、４３は制御箱である。溶接電源４２には、ケーブルベア（登録商標）４４(図１)が接続されている。
【符号の説明】
【００３２】
1:ワーク支持アーム              1a,1b:ワークを支持する部位
2:裏当台車                      3a〜3d:圧縮コイルスプリング(弾力部材)
4:裏当部材                      4a,4b:側壁部
5:トーチ台車支持アーム          6:トーチ台車
7:溶接トーチ                    8:同期駆動手段
9:溝                            10:台座
11:油圧昇降装置                 12:昇降台
13:垂直ガイド柱                 14:ガイドレール
15:アーム支持柱(トーチ支持)     16:アーム支持柱(裏当部材支持)
17:補助アーム                   18,19a,19b,20,21a,21b,23a,23b:スプロケット
22:減速機付電気モータ           24,25:チェーン
26:倣いレール                   27a,27b:レール
28a〜28d:ガイドピン             29:裏当
30a,30b:給,排水口               31:ガス注入口
32a〜32d:倣い車輪               33:トーチ支持柱
34:電動昇降機構                 35:手動高さ調整機構
36:昇降アーム                   37:トーチホルダ
38:幅方向x位置およびシート姿勢の調整機構
39:ワイヤ送給装置               40:溶接ワイヤコイル
41:溶接ワイヤ                   42:溶接電源
43:制御箱                       44:ケーブルベア（登録商標）
45:駆動チェーン                 46:駆動チェーン
【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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