(57)【要約】【課題】  溶接用トーチの先端と、溶接をする溶接物どうしの接合部分との間の距離を、常に一定に保つことにより、溶接部全体にわたって均一な溶接結果を得ることができ、溶接部の品位を向上させることが可能な溶接用トーチの倣い装置を実現する。【解決手段】  溶接機のトーチを支持して回動可能である可動部材と、可動部材を回動可能に支持するとともに可動部材との間でコイルばねが介装された支持具とにより、溶接機のトーチを支持するトーチ支持部１０を構成する。可動部材に支持された溶接機のトーチに、溶接物の表面を倣う倣いローラを装着する。【選択図】        図１
2005081383.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接機のトーチ（１００）を支持して回動可能な可動部材（１１）と、
前記可動部材を回動可能に支持するための支持具（１２）と、
前記可動部材と前記支持具との間に介装された弾性体（１５）と、
前記可動部材に支持された前記溶接機のトーチに装着する、溶接物（２００ａ，２００ｂ）の表面を倣うための倣い手段（２１）とを
具備した溶接用トーチの倣い装置。
【請求項２】
前記溶接物を保持するための保持手段（４０）と、
その中空部（Ｓ２）が前記保持手段における中空部（Ｓ１）と連通する、前記保持手段に固定された筒状体（５１）とを
有する請求項１記載の溶接用トーチの倣い装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は溶接用トーチの倣い装置に関する。より詳しくは、溶接用トーチの先端と、溶接をする溶接物どうしの接合部分との間の距離を常に一定に保つことにより、溶接部全体にわたって均一な溶接結果を実現することができる溶接用トーチの倣い装置を、低コストで提供せんとするものである。
【背景技術】
【０００２】
例えば、溶接部を空気から遮断するためのアルゴン・ガスを使用するアーク溶接機を用いて、２つのパイプの端面どうしを突き合わせて、その接合部分を溶接する場合は、つぎのようにして行われる。まず、２つのパイプの接合部分に所定の間隔をおいて点状に仮付け溶接を施す。そのうえで、図１０（ａ）に示すように、アルゴン・ガスを噴出するトーチ１００のノズル１０１より僅かに突き出た、アークを発生させるためのタングステン製の電極棒１０２の先端と、接合部分Ｊとの間の距離が、１〜１．５mm程度となり、かつ、トーチ１００がパイプ２００ａ，２００ｂの長さ方向に対して直角となるようにする。
【０００３】
そこで、この位置および角度にトーチ１００を保ちつつ、仮付け溶接されたパイプ２００ａ，２００ｂを、その円周方向に沿って所定の速度で回転させながら、溶接機を作動させてアークを接合部分Ｊに当てることにより、２つのパイプ２００ａ，２００ｂの本溶接を行う。
【０００４】
その場合、操作者が手で溶接操作を行う手溶接によるとすると、操作が完了するまでトーチ１００を所望の位置および角度に保持し続けるのは容易ではなく、それには相当の熟練を要する。他方、人手を介さずにトーチ１００を支持具により一定の位置および角度に固定すると、つぎのような問題点がある。
【０００５】
すなわち、パイプ２００ａ，２００ｂの直径方向の断面形状は、真円に製造されていることは殆どなく、多少の歪みを有している。例えば、各パイプ２００ａ，２００ｂの断面形状が、図１０（ｂ）（平面図）に示すように、楕円状に歪んでいるとする（歪みは、誇張して図示している）。この場合、トーチ１００の支持位置が固定されていると、パイプ２００ａ（ｂ）の回転に伴って、トーチ１００の電極棒１０２先端と、パイプ２００ａ（ｂ）の接合部分Ｊとの間の距離が変化する。図１０（ｂ）は、パイプ２００ａ（ｂ）の接合部分Ｊが電極棒１０２先端に最も近づいたときの状態を示しており、図１０（ｃ）は、最も離れたときの状態を示している。
【０００６】
このように、パイプ２００ａ（ｂ）の回転に伴って、トーチ１００の電極棒１０２先端と、パイプ２００ａ（ｂ）の接合部分Ｊとの間の距離が変化すると、接合部分Ｊへの加熱温度は一定ではなくなってしまう。加熱温度が一定でなくなれば、溶接部における均一の溶接結果を得ることはできず、溶接部の品位を悪化させることになる。
【０００７】
そこで、従来より、溶接物の近傍に画像撮影手段を配置し、その撮影画像から溶接アークと適正な溶接位置との位置ずれ量を検出することが行われている。すなわち、トーチ１００は一定の位置に固定せずに、駆動機構により移動させることができる構成とする。そして、画像撮影手段により検出された、パイプ２００ａ（ｂ）の回転に伴って生ずる当該位置ずれ量に応じて、画像撮影手段からの出力を受けた制御部は、駆動機構に制御信号を与える。これを受けた駆動機構では、制御部により指示された距離だけトーチ１００を移動させる。これにより、トーチ１００の電極棒１０２先端と、パイプ２００ａ（ｂ）の接合部分Ｊとの間の距離は、常に一定に保たれることになる。
【特許文献１】特開平０７−０６０４４５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかしながら、溶接アークと適正な溶接位置との位置ずれ量を、画像撮影手段により検出して、パイプ２００ａ（ｂ）の回転に伴って生ずる位置ずれ量に応じて、トーチ１００を移動させる構成を用いる従来例によると、画像撮影手段と画像撮影手段からの出力を受けて処理する制御部、そして制御部からの信号によって制御される駆動機構が必要であるため、装置の構成が複雑となリ、コスト高になってしまう。とくに、駆動機構には高価格であるモータを必要とするため、装置全体のコスト・アップを招くという解決すべき課題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題に照らし、本発明はなされたものである。そのために、本発明では、つぎのような手段を用いるようにした。すなわち、溶接機のトーチを支持する回動可能な可動部材と、この可動部材を回動可能に支持する支持具との間に弾性体（例えば、コイルばね）を介装する。そして、可動部材に支持された溶接機のトーチに、溶接物の表面を倣うための倣い手段（例えば、倣いローラ）を装着する。以上のような手段を用いるようにした。
【発明の効果】
【００１０】
本発明によるならば、溶接物の表面に歪みがあっても、その歪みを倣いローラが忠実に倣って前進後退をし、これに伴ってトーチの電極棒も前進後退をする。その結果、あらかじめ設定された、電極棒の先端と溶接物の表面との間の距離は、常に一定に保たれる。したがって、トーチの電極棒先端と溶接物表面との間の距離の変化に応じて、トーチの配置位置を調整するための駆動機構を配設することなく、溶接部全体にわたっての均一な溶接結果、溶接部の品位の向上を、簡易な構成により低コストで実現することが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
本発明を実施するための最良の形態を図１ないし図６に示し説明する。ここで、図１は、本発明による溶接用トーチの倣い装置の構成を示す正面図、図２は、一部を切り欠いた側面図、図３ないし図６は、図１および図２に示した装置各部の構成を示すものである。
【００１２】
図１において、１０は、本装置と並置されたアーク溶接機のトーチを取り付けて支持するためのトーチ支持部であり、その構成の詳細は、図３に示されている。
【００１３】
図３（ａ）（平面図）において、１１は、破線で示すトーチのアーム１０３を支持して回動可能な方形体状の可動部材である。この可動部材１１は、図３（ｂ）（図３（ａ）のＡ−Ａ線に沿う断面図）に示すように、それぞれ断面半円状の溝部を有する２つの板材を重ね合わせてなり、トーチのアーム１０３は、各溝部により形成される中空部内に部分的に収容されたうえで、２つの板材により挟持されるようにして支持される。２つの板材による挟持状態は、図示されてはいない止めねじにより保持される。
【００１４】
図３（ａ）において、トーチのアーム１０３を支持する可動部材１１は、連結板１４を介して平面形状が五角形の支持具１２と回動可能に連結している。すなわち、連結板１４は、可動部材１１に固定されるとともに、支持具１２に配設された支軸１３により回動可能に支持されている。また、可動部材１１と支持具１２との間には、連結板１４と平行するようにして、圧縮に作用するコイルばね１５が介装されている。
【００１５】
このようにして可動部材１１を回動可能に支持する支持具１２は、横設された支軸１６に支持されて、傾斜角度が調整可能に支持されている。所望の傾斜角度に調整されたときには、図示されてはいない止めねじにより、その傾斜角度に固定される。ここにおける支軸１６は、方形体状の軸支具１７により支持されており、軸支具１７は、支柱１９（図１，図２参照）の上面に立設された支軸１８により回動可能に支持されている。すなわち、可動部材１１と連結した支持具１２は、図３（ａ）上で時計方向または反時計方向に回動可能となっている。所望の配置位置まで回動させたときには、止めねじ（図示せず）により、その位置に固定される。
【００１６】
このように傾斜角度の調整およびな回動が可能な支持具１２は、これにより支持されたトーチのアーム１０３が直立（紙面に垂直）可能な構成とするならば、溶接物をセットする際に、取り付けられたトーチを直立させることにより、作業の妨げとはならなくすることができる。
【００１７】
なお、トーチのアーム１０３は、円筒状の中空構造となっており、中空部内には、トーチのノズルにアルゴン・ガスを送るためのホース、および電極棒１０２に電流を供給するためのケーブルが通っている。これらのホースおよびケーブルは、トーチのアーム１０３後端とアーク溶接機との間では、まとめて被覆材によりカバーされて１本のケーブル１１０（図３（ａ）の破線）となっている。
【００１８】
以上のように構成されたトーチ支持部１０を搭載して支持する支柱１９は、図２（本装置の一部を切り欠いた側面図）に示すように、各送りねじ３１，３２を含む移動機構により、装置の奥行き方向および上下方向における位置調整のための移動が可能となっている。
【００１９】
ここで、本装置を使用するに際しては、まず、アーク溶接機のトーチのアーム１０３をトーチ支持部１０に取り付けて支持する。その場合、図４（ａ）（側面図）に示すように、トーチ１００のノズル１０１に、板状のステイ２５を介して、溶接物の表面を倣うための、セラミック製の倣いローラ２１を装着する。
【００２０】
この倣いローラ２１は、その直径方向が溶接物の表面に対して直角となるように、ヨーク状の軸支具２２により軸支され、軸支具２２は、ステイ２５を貫通する円柱状の支持棒２３により支持されている。また、倣いローラ２１は前進後退が可能であり、止めねじ２４により所望の位置に固定することができる。
【００２１】
ステイ２５の形状は、ここではフラットな板状のものを示したが、例えば、フランジ溶接において、ノズル１００を傾斜させて２面接合部（かど）を溶接する場合は、図５（側面図）に示すように、断面く字状のステイ２５Ｂを用い、狭小な許容スペースを考慮して、より小さいサイズの倣いローラ２１Ｂを、ノズル１０１の直上近傍となるように装着してもよい。
【００２２】
なお、トーチ１００は、アーム１０３先端のリング状の支持環１０４により支持されているが、この支持環１０４は、図４（ｂ）（平面図）に示すように、アーム１０３の長さ方向に対して直角ではなく若干の角度をもっている。
【００２３】
図１において、４０は、溶接物をクランプして保持するための三爪チャックである。この三爪チャック４０は、図６（ａ）（平面図）に示すように、中央部に円孔の中空部Ｓ１を有し平面形状が円環状に形成されたテーブル４１に、等間隔に配設された３つのクランプ爪４２ａ〜ｃを有している。そして、これらのクランプ爪４２ａ〜ｃの底部には、それぞれ歯が刻設されており、テーブル４１の下面側に添設された旋回板４３（図１）の上面に刻設された渦巻き溝と歯合している。したがって、旋回板４３に取り付けられた板状の各把手４４ａ，４４ｂを用いて旋回板４３を旋回させれば、各クランプ爪４２ａ〜ｃは、中空部Ｓ１側に向けて前進またはテーブル４１の外周側に向けて後退することになる。
【００２４】
このような構成の三爪チャック４０のテーブル４１の下面には、図６（ｂ）（縦断面図）に示すように、図示されてはいない駆動機構の駆動により回転する、中空部Ｓ２がテーブル４１の中空部Ｓ１と同一径の回転円筒５１が、各中空部Ｓ１，Ｓ２が連通するようにして固定されている。すなわち、回転円筒５１およびテーブル４１は、一体となって回転するようになっている。この回転円筒５１下端部の外周面には歯車５３が固定されており、駆動機構の駆動により回転する他の歯車と歯合している。
【００２５】
なお、回転円筒５１は、その中空部Ｓ２が、テーブル４１の中空部Ｓ１と必ずしも同一径である必要はなく、テーブル４１の中空部Ｓ１よりも大きい径の中空部Ｓ２の回転円筒５１を用いてもよい。また、円筒状のものに限定されるものではなく、筒状体であればよい。
【００２６】
図１において、回転円筒５１は、各ローラ・ベアリング５２ａ，５２ｂを介して、角筒状の可動体６１に取り付けられている。この可動体６１は、支軸６２を介して、基台７１上面の両端部に固定された２つの垂設板６３ａ，６３ｂにより支持されており、駆動機構（図示せず）の駆動により、傾斜角度を調整できるようになっている。
【００２７】
つぎに、本装置により、端面どうしを突き合わせた２つのパイプの接合部分を溶接する方法について説明する。
【００２８】
まず、本装置と並置されたアーク溶接機のトーチを、トーチ支持部１０（図１）の可動部材１１（図３）に取り付けて支持する。ついで、ステイ２５（図４）を介して倣いローラ１５をトーチに装着する。その場合、倣いローラ２１がトーチの電極棒の直下となるように装着する。トーチおよび倣いローラ２１の取り付け・装着が完了したならば、あらかじめ接合部分に仮付け溶接を施したパイプを、三爪チャック４０によりクランプする。このとき、倣いローラ２１が装着されたトーチは、パイプをクランプする際の妨げとはならない位置に離しておく。
【００２９】
また、パイプのクランプに当たっては、図７（ａ）に示すように、下方のパイプ２００ｂを回転円筒５１内に挿入して、接合部分Ｊが、三爪チャック４０のクランプ爪４２ａ，４２ｃよりも上方に位置するようにする。
【００３０】
このように、本装置では、下方のパイプ２００ｂを回転円筒５１内に挿入して、パイプ２００ｂにおける接合部分Ｊに比較的近い部位を、三爪チャック４０によりクランプする。したがって、三爪チャック４０による安定した保持状態を確保することができる。ただし、パイプ２００ｂが長尺であるため、パイプ２００ｂの下端を基台７１（図１）の上面に当接させても、なお接合部分Ｊの位置が、各クランプ爪４２ａ，４２ｃよりも極めて高くなる場合もあり得る。そのような場合は、テーブル４１が垂直となるように可動体６１を回転させたうえで、パイプ２００ｂを水平方向に回転円筒５１内を通し、かつ、接合部分Ｊが各クランプ爪４２ａ，４２ｃに近い位置となるように、パイプ２００ｂをクランプすればよい。
【００３１】
三爪チャック４０によりパイプ２００ｂをクランプしたならば、トーチをパイプ２００ａ，２００ｂに近接する位置（電極棒の先端と、パイプ２００ａ，２００ｂの接合部分Ｊとの間の距離が１〜１．５mmとなる位置）まで近づける。そして、トーチがパイプ２００ａ，２００ｂの長さ方向に対して直角となるように、トーチ支持部１０の支持具１２の傾斜角度を調整したうえで、止めねじで支持具１２を固定する。
【００３２】
ついで、図７（ｂ）に示すように、倣いローラ２１の周面が下方のパイプ２００ｂの外周面に触接する位置まで、倣いローラ２１を前進させたうえで、倣いローラ２１の軸支具２２を支持する支持棒２３を、止めねじ２４により固定する。
【００３３】
これらの調整がなされたならば、トーチ１００のアームを支持する可動部材１１（図３）と連結した支持具１２が回動しないように、これを止めねじで固定する。その際、図８（ａ）に示すように、可動部材１１と支持具１２との間に介装されたコイルばね１５を、可動部材１１が若干圧縮して、コイルばね１５に反発による付勢力が生ずるように、支持具１２を図８（ａ）上で反時計方向に僅かに回動させたうえで、その位置で支持具１２を止めねじにより固定する。
【００３４】
以上の作業が完了したならば、アーク溶接機を作動させて、アーク発生用の電流およびアルゴン・ガスをトーチ１００に供給する。同時に、本装置を作動させて、回転円筒５１およびこれに固定された三爪チャック４０のテーブル４１を回転させることにより、三爪チャック４０にクランプされたパイプ２００ａ，２００ｂを回転させる。
【００３５】
そこで、クランプされたパイプ２００ｂの直径方向の断面形状に歪みがあり、パイプ２００ｂの外周面が、例えば、トーチ１００の電極棒１０２側に向けてせり出してくる場合は、パイプ２００ａの外周面に触接している倣いローラ２１は、パイプ２００ｂの外周面がせり出す方向（図７（ｂ）上で左側）に押圧される。このとき、トーチ１００のアーム１０３を支持する可動部材１１は、図８（ｂ）に示すように、コイルばね１５を圧縮する方向（図８（ｂ）上で時計方向）に回動するので、パイプ２００ｂの外周面のせり出しに伴って倣いローラ２１は後退する。したがって、電極棒１０２も後退する。すなわち、装置の始動に先立って設定された、電極棒１０２と各パイプ２００ａ，２００ｂの接合部分Ｊとの間の距離に変化は生じないことになる。
【００３６】
他方、パイプ２００ａの外周面が、トーチ１００の電極棒１０２より退く場合は、図８（ｃ）に示すように、コイルばね１５の反発による付勢力により、可動部材１１は、コイルばね１５が付勢する方向（図８（ｃ）上で反時計方向）に回動する。その結果、倣いローラ２１は前進するので、この場合も、電極棒１０２と各パイプ２００ａ，２００ｂの接合部分Ｊとの間の距離に変化は生じないことになる。
【００３７】
このように、パイプ２００ａ，２００ｂの直径方向の断面形状に歪みがあっても、倣いローラ２１がパイプ２００ａの表面部を倣って前進後退をすることから、これに伴ってトーチ１００の電極棒１０２も前進後退をする。その結果、あらかじめ設定された、電極棒１０２と各パイプ２００ａ，２００ｂの接合部分Ｊとの間の距離は、変化することなく常に一定に保たれることになる。すなわち、本発明によるならば、簡易な構成により、したがって低コストで、溶接部全体にわたって均一な溶接結果を得ることができ、溶接部の品位を向上させることが可能となる。
【００３８】
以上においては、アーク溶接機のトーチ１００を本装置に装着する場合について説明した。しかし、本発明は、これに限定されるものではなく、ガス溶接機のトーチを装着する場合にも、本発明は適用され得るものである。
【００３９】
また、２つのパイプの端面どうしの接合部分を溶接する場合について説明したが、本発明は、これに限られるものではない。その他にも、図９（ａ）に示すように、トーチ１００を支持するトーチ支持部１０を、ガイド・レール８２と嵌合したスライダ８１により直線移動させて、図９（ｂ）に示す、表面うねりがあり得る板材３００ａ，３００ｂの端面どうしの接合部分Ｊを溶接する場合にも、本発明は適用し得るものである。
【００４０】
さらに、溶接物の表面を倣う手段として、ローラを用いる場合を例に挙げて説明したが、本発明は、これに限定されるものではない。その他にも、例えば、先端部を半球状に形成した棒材、あるいは、先端部に小球を部分的に露出するようにして収容した棒材などを用いる場合にも、本発明は適用することができるものである。
【００４１】
また、トーチ１００のアーム１０３を支持する可動部材１１（図３）と、これと連結板１４を介して連結される支持具１２との間に、コイルばね１５を介装する場合について説明した。しかし、本発明は、これに限定されるのではなく、例えば、板ばねあるいはゴムなどの弾性体を用いる場合にも、本発明は適用され得るものである。
【図面の簡単な説明】
【００４２】
【図１】本発明による溶接用トーチの倣い装置の構成を示す正面図である。
【図２】図１に示した溶接用トーチの倣い装置の、一部を切り欠いた側面図である。
【図３】図１に示したトーチ支持部の構成を示す構成図である。
【図４】トーチに倣いローラを取り付けるための構成を示す構成図である。
【図５】トーチに倣いローラを取り付けるための他の構成例を示す構成図である。
【図６】図１に示した三爪チャックおよび回転円筒の構成を示す構成図である。
【図７】図１に示した溶接用トーチの倣い装置を用いての溶接方法を説明するための説明図である。
【図８】図７とともに図１に示した溶接用トーチの倣い装置を用いての溶接方法を説明するための説明図である。
【図９】本発明による溶接用トーチの倣い装置の他の適用例を説明するための説明図である。
【図１０】２つのパイプの端面どうしの接合部分を溶接する場合の様子を説明するための説明図である。
【符号の説明】
【００４３】
１０  トーチ支持部
１１  可動部材
１２  支持具
１３  支軸
１４  連結板
１５  コイルばね
１６  支軸
１７  軸支具
１８  支軸
１９  支柱
２１，２１Ｂ  倣いローラ
２２  軸支具
２３  支持棒
２４  止めねじ
２５，２５Ｂ  ステイ
３１，３２  送りねじ
４０  三爪チャック
４１  テーブル
４２ａ〜４２ｃ  クランプ爪
４３  旋回板
４４ａ，４４ｂ  把手
５１  回転円筒
５２ａ，５２ｂ  ローラ・ベアリング
５３  歯車
６１  可動体
６２  支軸
６３ａ，６３ｂ  垂直板
７１  基台
８１  スライダ
８２  ガイド・レール
１００  トーチ
１０１  ノズル
１０２  電極棒
１０３  アーム
１０４  支持環
１１０  ケーブル
２００ａ，２００ｂ  パイプ
３００ａ，３００ｂ  板材
Ｊ  接合部分
Ｓ１，Ｓ２  中空部
【図１】
2005081383.tif 000003
【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】
2005081383.tif 000009
【図８】
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【図９】
2005081383.tif 000011
【図１０】
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