(57)【要約】【課題】熱交換器の管板における伝熱管端部の溶接のような多数の溶接箇所を有する面での溶接を簡易な操作で正確に行える溶接装置を提供する。【解決手段】被溶接物を保持する保持装置（１００）と、該保持装置が被溶接物を回転する中心の回転軸線に隣接した位置に設定可能なトーチ（２３０）を備える溶接部（２００）とを有する。保持装置（１００）は、溶接する箇所を通り上記面に直交するよう延びる軸線を回転軸線と一致するように被加工物を変位するとともに同被溶接物を回転軸線の周りで回転させることにより、該軸線の周りの一定半径の円に沿うトーチによる溶接を行う。溶接を行う前に、１つの溶接する箇所を通る上記軸線の位置をプローブ（２６１）により特定し、それに基づき、他の溶接する箇所を通る軸線の位置を特定し溶接を行う。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
多数の溶接する箇所を有する面を有する被溶接物において、各溶接する箇所を通り該面に対して直交する方向に延びる各軸線を中心とする一定半径の円に沿って該箇所への溶接を行う、溶接装置であって、
該被溶接物を、当該溶接装置内の所定位置で該面に直交するように延びる回転軸線の周りで回転可能に保持するとともに、該被溶接物を該溶接する箇所のうちの任意の箇所を通る該軸線が該回転軸線と一致するように該平面に対して平行に変位可能とした被溶接物保持装置と、
該回転軸線に隣接した位置に設定可能なトーチを備える溶接部と
を有し、
該任意の箇所を通る該軸線が該回転軸線と一致した状態で、該被溶接物を該回転軸線の周りで回転させることにより、該トーチによる該任意の箇所を通る該軸線の周りの一定半径の円に沿った溶接を行うようにした、多数の溶接箇所を有する被溶接物の溶接装置。
【請求項２】
該被溶接物保持装置が、
該回転軸線を中心に回転可能にされた回転支持体と、
該回転支持体に設けられ、該被溶接物を保持すると共に該回転軸線に直交する平面に平行に変位可能とされて、該溶接する箇所を通る該軸線を該回転軸線に整合することを可能とした被溶接物保持手段と、
を有する請求項１に記載の多数の溶接箇所を有する被溶接物の溶接装置。
【請求項３】
該被溶接物保持手段は、該回転支持体に取り付けられて該回転軸線に直交する平面内で該回転軸線に対して直交する１つの方向に変位可能とした第１直線変位部材と、該第１直線変位部材に取り付けられ該平面内で該第１直線変位部材の変位方向に対して直交する方向に変位可能とした第２直線変位部材と、該第２直線変位部材に取り付けられ該被溶接物を把持するするクランプ部材とを有する請求項２に記載の多数の溶接箇所を有する被溶接物の溶接装置。
【請求項４】
当該溶接装置内の基準位置に設定されて、該回転支持体の回転軸線に直交する平面に平行に変位可能とされ、該基準位置から該溶接する箇所を通る該軸線の位置まで変位することにより該基準位置から該溶接する箇所の該軸線までの距離を決定するプローブを有し、
該被溶接物保持手段は、該決定された距離から求められる該溶接する箇所を通る該軸線の該回転支持体の回転軸線に対する位置に基づき、該溶接する箇所を通る該軸線を該回転軸線に整合させるように該被溶接物を動かすようにされている請求項２又は３に記載の多数の溶接箇所を有する被溶接物の溶接装置。
【請求項５】
該該被溶接物が、該面に設けられた多数の管穴に挿入された伝熱管の端部を備える熱交換器の管板とされ、
被溶接物保持手段は該管板を端部に有する筒状胴体を保持するようにされており、
該プローブは該管板の該面に向けられて延びる先細りの先端部分を有し、該先端部分を溶接する該伝熱管の端部内に挿入することにより、該プローブの中心軸線が該溶接する伝熱管の中心軸線に一致するように変位し、一致するように変位することにより該基準位置から該溶接する伝熱管の中心軸線までの距離を決定するようにされている請求項４に記載の多数の溶接箇所を有する被溶接物の溶接装置。
【請求項６】
該被溶接物保持手段は、該決定された距離に基づき算出される、該回転支持体の回転軸線に対する他の管の中心軸線の位置に基づき、該他の管の中心軸線を該回転支持体の回転軸線に順次整合させるようにされている請求項４又は５に記載の多数の溶接箇所を有する被溶接物の溶接装置。
【請求項７】
請求項５に記載の多数の溶接箇所を有する被溶接物の溶接装置を使用する方法であって、
該基準位置におけるプローブの中心軸線を該回転支持体の回転軸線に一致させ、
溶接する伝熱管の端部を、管板の基準図面上における当該管板の中心軸線を通る垂直線上にある１つの管穴に挿入されたものとし、
被溶接物保持手段に保持された筒状胴体の中心軸線とプローブの中心軸線との間の該回転支持体の回転軸線に対して直交する面内での水平方向での距離だけ筒状胴体を同面に平行に水平方向に動かして筒状胴体の中心軸線を通る垂直線がプローブの中心軸線を通るようにし、
該基準図面上での溶接する伝熱管の端部の中心軸線とプローブの中心軸線と垂直方向での距離だけ筒状胴体を垂直方向で動かすことにより、該基準図面上での溶接する伝熱管の端部の中心軸線がプローブの中心軸線と一致するようにし、
このときの被溶接物保持手段によって保持された筒状胴体の端板における溶接する伝熱管の端部の実際の位置の基準図面上での位置からズレを特定し、このズレに基づき被溶接物保持手段により保持されていている筒状胴体の、当該筒状胴体の中心軸線に対する傾きを特定し、
これにより回転支持体の回転軸線に対する他の伝熱管の端部の位置を特定して該他の伝熱管の端部の溶接を順次行うようにした溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多管円筒式熱交換器の管板と伝熱管端部との溶接など、多数の溶接箇所を有する被溶接物の溶接を行うための装置及びその使用方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
産業空調設備、電子産業、製薬、食品工業のプラント等で使用される多管円筒式熱交換器では、筒状胴体内に多数の伝熱管を配置し、円筒胴体の両端に設けられた管板の管穴に伝熱管の端部を通して該端部の周囲を管板に溶接する。その溶接を手動で行うことは煩雑であり、自動化が図られている。
【０００３】
溶接作業の自動化は様々な方法で実現されており、例えば、特許文献１に記載の装置では、あらかじめ準備された管板面の基準画像と、管板面を撮影可能な位置に固定されたＣＣＤカメラと、トーチ回転機構、トーチ位置を補正するためのＸ，Ｙ方向の移動機構を設けられている。この装置で溶接作業を行うためには、まず、溶接対象の熱交換器の胴体を当該装置に把持させ、ＣＣＤカメラを狭視野に設定して管板面の画像を撮影する。基準画像と比較し、管板の管穴とマスター画像の管穴との位置ずれ量を求め、トーチの移動機構によりトーチ位置を補正した上で管穴内に挿入されている伝熱管の端部の周囲を管板に溶接するものである。また、１箇所の管穴の溶接が完了すると、ＣＣＤカメラを広視野に切り換えて複数の管穴を撮影し、近接の管穴の位置を割り出し、所定の位置だけトーチを移動させて溶接を行う。この操作を繰り返して複数の管穴を順次溶接する。
【０００４】
しかし、この方法では固定位置された管板に設けられた多数の管穴位置へトーチを移動し、各管穴の周りを周回して溶接を行うため、トーチケーブル、溶接ワイヤーが複雑に曲折し、安定した溶接ワイヤーの供給が行えない場合が生じ、溶接品質に影響することがある。熱交換器においては、熱膨張収縮を繰り返すため、溶接が不均一であった場合、部分的に応力集中が発生し、破損に至ることもある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−９４２７号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は以上のような従来の伝熱管端部の管板に対する溶接のように多数の被溶接箇所を有する被溶接物に対して溶接を行う溶接装置における問題を解消することを可能とする溶接装置及びその使用方法を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
すなわち、本発明は、
多数の溶接する箇所を有する面を有する被溶接物において、各溶接する箇所を通り該面に対して直交する方向に延びる各軸線を中心とする一定半径の円に沿って該箇所への溶接を行う、溶接装置であって、
該被溶接物を、当該溶接装置内の所定位置で該面に直交するように延びる回転軸線の周りで回転可能に保持するとともに、該被溶接物を該溶接する箇所のうちの任意の箇所を通る該軸線が該回転軸線と一致するように該平面に対して平行に変位可能とした被溶接物保持装置と、
該回転軸線に隣接した位置に設定可能なトーチを備える溶接部と
を有し、
該任意の箇所を通る該軸線が該回転軸線と一致した状態で、該被溶接物を該回転軸線の周りで回転させることにより、該トーチによる該任意の箇所を通る該軸線の周りの一定半径の円に沿った溶接を行うようにした、多数の溶接箇所を有する被溶接物の溶接装置を提供する。
この溶接装置では、トーチは一定位置に保持した状態で、被溶接物を回転するようにしたので、前述のような従来の溶接装置が有していた問題を解消することを可能とする。
【０００８】
具体的には、
該被溶接物保持装置は、
該回転軸線を中心に回転可能にされた回転支持体と、
該回転支持体に設けられ、該被溶接物を保持すると共に該回転軸線に直交する平面に平行に変位可能とされて、該溶接する箇所を通る該軸線を該回転軸線に整合することを可能とした被溶接物保持手段と、
を有するようにすることができる。
【０００９】
より具体的には、
該被溶接物保持手段は、該回転支持体に取り付けられて該回転軸線に直交する平面内で該回転軸線に対して直交する１つの方向に変位可能とした第１直線変位部材と、該第１直線変位部材に取り付けられ該平面内で該第１直線変位部材の変位方向に対して直交する方向に変位可能とした第２直線変位部材と、該第２直線変位部材に取り付けられ該被溶接物を把持するするクランプ部材とを有するようにすることができる。
【００１０】
上記の溶接装置は、更に、当該溶接装置内の基準位置に設定されて、該回転支持体の回転軸線に直交する平面に平行に変位可能とされ、該基準位置から該溶接する箇所を通る該軸線の位置まで変位することにより該基準位置から該溶接する箇所の該軸線までの距離を決定するプローブを有するようにし、
該被溶接物保持手段が、該決定された距離から求められる該溶接する箇所を通る該軸線の該回転支持体の回転軸線に対する位置に基づき、該溶接する箇所を通る該軸線を該回転軸線に整合させるように該被溶接物を動かすようにすることができる。
【００１１】
具体的には、
該該被溶接物が、該面に設けられた多数の管穴に挿入された伝熱管の端部を備える熱交換器の管板とされ、
被溶接物保持手段は該管板を端部に有する筒状胴体を保持するようにされており、
該プローブは該管板の該面に向けられて延びる先細りの先端部分を有し、該先端部分を溶接する該伝熱管の端部内に挿入することにより、該プローブの中心軸線が該溶接する伝熱管の中心軸線に一致するように変位し、一致するように変位することにより該基準位置から該溶接する伝熱管の中心軸線までの距離を決定するようにした熱交換器の管板の溶接装置とすることが出来る。
【００１２】
また、該被溶接物保持手段は、該決定された距離に基づき算出される、該回転支持体の回転軸線に対する他の管の中心軸線の位置に基づき、該他の管の中心軸線を該回転支持体の回転軸線に順次整合させるようにすることができる。
【００１３】
本発明ではまた、上記熱交換器の管板の溶接装置として用いる場合、
該基準位置におけるプローブの中心軸線を該回転支持体の回転軸線に一致させ、
溶接する伝熱管の端部を、管板の基準図面（管板に設けられた多数の管穴の位置及び距離を示す図面）上における当該管板の中心軸線を通る垂直線上にある１つの管穴に挿入されたものとし、
被溶接物保持手段に保持された筒状胴体の中心軸線とプローブの中心軸線との間の該回転支持体の回転軸線に対して直交する面内での水平方向での距離だけ筒状胴体を同面に平行に水平方向に動かして筒状胴体の中心軸線を通る垂直線がプローブの中心軸線を通るようにし、
該基準図面上での溶接する伝熱管の端部の中心軸線とプローブの中心軸線と垂直方向での距離だけ筒状胴体を垂直方向で動かすことにより、該基準図面上での溶接する伝熱管の端部の中心軸線がプローブの中心軸線と一致するようにし、
このときの被溶接物保持手段によって保持された筒状胴体の端板における溶接する伝熱管の端部の実際の位置の基準図面上での位置からズレを特定し、このズレに基づき被溶接物保持手段により把持されていている筒状胴体の、当該筒状胴体の中心軸線に対する傾きを特定し、
これにより回転支持体の回転軸線に対する他の伝熱管の端部の位置を特定して該他の伝熱管の端部の溶接を順次行うようにした溶接方法を提供する。
本発明のこの方法では、プローブによる、溶接をする１つの伝熱管端部の位置を特定することにより他の全ての伝熱管端部の位置を特定でき、それら端部の溶接を行うことが可能となる。従って、この方法によれば、上述した従来の溶接において必要とされていた、１箇所の管穴の溶接が完了するごとに、ＣＣＤカメラを広視野に切り換えて複数の管穴を撮影し、近接の管穴の位置を割り出し、所定の位置だけトーチを移動させて溶接を行うといった煩わしい作業を行う必要が無く、かつ、各溶接を正確に行うことが可能となる。
【００１４】
以下、本発明に係る多数の溶接箇所を有する被溶接物の溶接装置を、その一実施形態としての熱交換器の管板における伝熱管端部の溶接を行う溶接装置として示した添付図面に基づき本発明を説明する。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明に係る溶接装置の一実施形態としての熱交換器の管板における伝熱管端部の溶接を行うための伝熱管端部溶接装置の平面図である。
【図２】図１に示す伝熱管端部溶接装置の左側面図である。
【図３】図１に示す伝熱管端部溶接装置の把持装置の正面図である。
【図４】図３に示す把持装置の背面図である。
【図５】図１に示す伝熱管端部溶接装置の溶接部の平面図である。
【図６】図５に示す溶接部の正面図である。
【図７】図６に示す溶接部におけるトーチユニットの拡大正面図である。
【図８】図７に示すトーチユニットの左側面図である。
【図９】図５に示す溶接部におけるトーチユニットの拡大平面図である。
【図１０】図１に示す伝熱管端部溶接装置における溶接操作におけるトーチユニットと溶接がされる熱交換器との関係を示す図である。
【図１１】図６に示す伝熱管端部溶接部におけるプローブユニットの拡大正面図である。
【図１２】図１１に示すプローブユニットの左側面図である。
【図１３】図１１に示すプローブユニットの平面図である。
【図１４】図１に示す伝熱管端部溶接装置において溶接を行う伝熱管の芯だしを行う場合のプローブユニットと熱交換器との関係を示す図である。
【図１５】伝熱管の芯だしを行うための位置補正量検出を説明するための図である。
【図１６】図1の伝熱管端部溶接装置の斜視図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
図示のように、本発明の一実施形態に係る伝熱管端部溶接装置１は、熱交換器の筒状胴体２の両端を保持し、当該筒状胴体２を回転させる左右の保持装置１００と、左側の保持装置１００に隣接して設けられた溶接部２００とを備えており、溶接部２００が筒状胴体２の左側端部の管板３に設けられている管穴３ａ（図１０）に通された伝熱管４の端部４ａを管板３に溶接するようになっている。
[保持装置１００]
【００１７】
左右の保持装置１００は基本的には同じ構造とされており、以下においては図１で見て左側の保持装置１００を参照しながら説明する。図３及び図４に示すように、保持装置１００は当該伝熱管端部溶接装置１の設置場所に設置されるベース１１０上に設定された図３及び図４で見て全体として矩形状とされた本体１１１と、本体１１１に大きく開口するように設けられた貫通開口１１１ａ内に回転可能に設けられたリング状で内周に沿って歯車歯１１２ａ(図４)が設けられた回転支持体１１２と、回転支持体１１２に固定された全体として矩形の支持基体１１３と、支持基体１１３にガイドレール１１４を介して図で見て鉛直方向に移動可能に設けられた第１直線変位部材１１５と、第１直線変位部材１１５にガイドレール１１８を介して図で見て水平方向に移動可能に設けられた第２直線変位部材１１９と、を有する。第１直線変位部材１１５は、矩形の支持基体１１３に固定されたサーボモータ１１７に連結されており、サーボモータ１１７を駆動させることにより、鉛直方向に移動可能とされており、第２直線変位部材１１９はサーボモータ１２２により水平方向に移動可能とされている。第２直線変位部材１１９は、クランプ部材１２１ａ、１２１ｂを備えており、ハンドル１２０を回転させることにより、熱交換器の筒状胴体２をクランプ部材１２１ａ、１２１ｂにより把持したり解放したりできるようになっている。従って、保持装置１００は筒状胴体２の端部を保持した状態で、サーボモータ１１７およびサーボモータ１２２により、筒状胴体２をその中心軸線と直角に交差する平面内で変位することができるようになっている。
【００１８】
図４に示すように、保持装置１００の本体１１１の背面には、モーターベース１２３が固定され、モーターベース１２３にはサーボモータ１２４と、サーボモータ１２４の出力軸に連結されたベベルギヤボックス１２５とが設けられている。ベベルギヤボックス１２５の出力軸は水平に回転支持体１１２内に延び、その先端に回転支持体１１２の歯車歯１１２ａに係合する図示しないピニオンを有しており、サーボモータ１２４を駆動することにより、回転支持体１１２を回転させるようになっている。
[溶接部２００]
【００１９】
図５及び図６に示すように、溶接部２００は、架台２０１、トーチユニット２１０、プローブユニット２５０を備えており、トーチユニット２１０、プローブユニット２５０は、架台２０１上のガイドレール２０２に沿って可動とされた溶接部ベース２０４上に固定されている。トーチユニット２１０はＴＩＧ溶接を行い、プローブユニット２５０はＴＩＧ溶接を行う前に溶接しようとする伝熱管４の位置を特定するためのものである。溶接部ベース２０４はエアシリンダ２０３により、図示のようにトーチユニット２１０がストッパー２０５ｂによって係止されてトーチユニット２１０が管板３に対向する位置と、ストッパー２０５ａによって係止されてプローブユニット２５０が管板３に対向する位置との間で変位されるようになっている。
[トーチユニット２１０]
【００２０】
トーチユニット２１０は、溶接ベース２０４上に固定された溶接基部フレーム２１１と、溶接基部フレーム２１１に前後方向で摺動可能に取り付けられた前後基準位置設定摺動体２１４と、溶接基部フレーム２１１に前後方向で摺動可能に取り付けられた下部支持体２１８と、下部支持体２１８上に垂直方向で変位可能に取り付けられた中間支持体２２０と、該中間支持体２２０に前後方向で摺動可能に取り付けられた上部支持体２２２と、該上部支持体２２２に取り付けられトーチ２３０を支持するトーチ支持部２１０Ａと、を有する。以下、詳細に説明する。
【００２１】
図７及び図８に示すように、トーチ支持部２１０Ａは、トーチ２３０を支持する略垂直に設定された板状の垂直支持部材２２９と、垂直支持部材２２９を支持する略水平に設定された水平支持部材２２８と、水平支持部材２２８にＬ形ブラケット２２７を介して連結された上下調整ユニット２２６とを有しており、上下調整ユニット２２６は前後調整ユニット２２５によって支持されている。トーチ２３０は、垂直支持部材２２９に設けられた円弧状の孔２２９ａに沿って変位可能に接続され、垂直支持部材２２９は、水平支持部材２２８に設けられた円弧状の孔２２８ａに沿って変位可能に接続されており、トーチ２３０の取り付け角度が調節可能にされている。上下調整ユニット２２６は調整ねじ２２６ＡによりＬ形ブラケット２２７を上下方向で変位させ、前後調整ユニット２２５は調整ねじ２２５Ａにより上下調整ユニット２２６を前後方向で変位させるようになっており、トーチ２３０の取り替えなどのときに当該トーチを上下及び前後方向で変位させるのに使用される。上部支持体２２２は、中間支持体２２０に設けられた水平エアシリンダ２２４によりトーチ２３０を、フィラーを用いないＴＩＧ溶接のための前方トーチ位置と、フィラーを用いる場合の後方トーチ位置との間を変位可能とされている。中間支持体２２０は、垂直エアシリンダ２２１を介して下部支持体２１８に取り付けられており、溶接する伝熱管４の直径の大小により、垂直エアシリンダ２２１を駆動して上下方向で変位され、トーチ２３０の先端を適正な溶接高さに調整することができるようになっている。前後基準位置設定摺動体２１４は、垂直エアシリンダ２１６及びストッパー２１５を有し、溶接基部フレーム２１１に固定された水平エアシリンダ２１３により、前後方向で変位されるようになっている。また、下部支持体２１８は、溶接基部フレーム２１１に固定された水平エアシリンダ２１９により、前後方向で変位されるようになっている。下部支持体２１８の底面にはストッパー２１７が設けられており、垂直エアシリンダ２１６のロッドが上方に伸張された状態において当該下部支持体２１８が水平エアシリンダ２１９により前進されたときに該ロッドにストッパー２１７が係合し、その前進が止められるようになっている。
［プローブユニット２５０］
【００２２】
プローブユニット２５０は溶接部ベース２０４上に固定されたプローブ基部２５１と、プローブ基部２５１に前後方向で延びるように設けられた水平ガイドレール２５２と、水平ガイドレール２５２によって案内される前後摺動体２５３と、前後摺動体２５３を水平ガイドレール２５２に沿って前後に動かす水平エアシリンダ２５４とを有する。
【００２３】
前後摺動体２５３は、その前面（管板３に面する面）に固定された水平ガイドレール２５６と、水平ガイドレール２５６の両側に隣接して設けられたストッパー２５５ａ、２５５ｂと、水平ガイドレール２５６によって管板３に平行に水平に移動自在とされた水平摺動体２５７とを有している。水平摺動体２５７は、図示しないスプリングにより、外力が働かない場合、ストッパー２５５ａと２５５ｂの中間点に位置するようになっている。
【００２４】
水平摺動体２５７は、その前面に固定された垂直ガイドレール２５９と、垂直ガイドレール２５９の両端に隣接した位置で水平摺動体２５７の前面に固定された、ストッパー２５８ａ、ストッパー２５８ｂと、垂直ガイドレール２５９によって管板３に平行に垂直に移動自在とされた垂直摺動体２６０とを有しており、該垂直摺動体２６０の中心位置からプローブ２６１が前方に突出するように設けられている。プローブ２６０の先端部分２６０ａは先細りとされており、その先端中心は当該プローブ２６０の中心軸線上にあるようにされている。垂直摺動体２６０は、図示しないスプリングにより、外力が働かない場合、ストッパー２５８ａと２５８ｂの中間点に位置するようになっている。
【００２５】
また、前後摺動体２５３は、センサー２６２を有し、垂直摺動体２６０の左側面との間の水平方向での距離を測定できるようになっている。また、水平摺動体２５７は、センサー２６３を有し、プレート２６０の上面との間の垂直方向での距離を測定できるようになっている。
[プローブ操作]
【００２６】
プローブユニット２５０は以下のように操作される。
先ず、プローブユニット２５０が保持装置１００により保持されている管板３に対向する位置となるように溶接部ベース２０４を位置決めする。このときプローブ２６１の中心軸線が、回転支持体１１２の回転中心軸線と一致するようにするのが好ましい。
溶接しようとする伝熱管４の端部４ａの中心軸線がプローブ２６１の先端中心とほぼ同じ位置となるようにサーボモータ１１７及びサーボモータ１２２を駆動する。
その後、水平エアシリンダ２５４により前後摺動体２５３を前進させ、プローブ２６１の先細りとされた先端部分２６１ａを当該伝熱管４に挿入する。挿入される前の伝熱管４の中心軸線とプローブ２６１の先端中心（中心軸線）とが一致していない場合、プローブ２６１は先細りの先端部分２６１ａの作用によりその中心軸線が伝熱管４の中心軸線に一致するように変位し、それに従って水平摺動体２５７及び垂直摺動体２６０がそれぞれ水平及び垂直方向に動く。
水平摺動体２５７及び垂直摺動体２６０の移動距離は、センサー２６２及びセンサー２６３により測定され、それによりプローブ２６１の先端中心の水平方向変位ｘ及び垂直方向変位ｙがわかる。このとき、伝熱管４の中に挿入する前のプローブ２６１の中心軸線の回転支持体１１２の回転軸線に対する位置を特定しておけば、そのプローブ２６１の中心軸線の位置と上記ｘ及びｙの変位とから伝熱管４の中心軸線と回転支持体１１２の回転軸線との位置関係が分かり、従った、保持装置１００のサーボモータ１１７及びサーボモータ１２２を駆動することにより伝熱管４の中心軸線を回転支持体１１２の回転軸線と一致するようにすることができる。具体的な例としては、伝熱管４の中に挿入する前のプローブ２６１の中心軸線を回転支持体１１２の回転軸線を回転支持体１１２の回転軸線に一致させておけば、保持装置１００のサーボモータ１１７及びサーボモータ１２２を駆動して上記変位ｘ、ｙ分がゼロとなるようにすることにより、上記中心軸線と回転軸線との一致を行うことが出来る。従って、そのようにした後にトーチ２３０を該伝熱管４の端部に隣接した位置として回転支持体１１２を回転すれば当該伝熱管４の端部は支持体１１２の回転軸線を中心に回転され、該端部周りを管板３に溶接することが可能となる。
【００２７】
また、図１５に示すような、保持装置１００により保持された筒状胴体２の中心軸線ｃと、回転支持体１１２の回転軸上に設定されるプローブ２６１の位置と、保持装置１００によって保持された筒状胴部２の管板３における溶接しようとする伝熱管４の端部４ｃ’との関係を特定することにより、回転支持体１１２の回転軸線からの他の伝熱管の位置を特定することができ、従って、それら他の伝熱管を順次、この回転軸線に一致させて溶接を行うことが出来る。
上記位置の特定は以下のようにして行う。
先ず、伝熱管４の中に挿入する前のプローブ２６１の中心軸線を回転支持体１１２の回転軸線に一致させておき、溶接しようとする伝熱管４の端部４ａを、管板３の基準図面（管板３に設けられた多数の管穴３ａの位置及び距離を示す図面）上における当該管板３の中心軸線（従って筒状胴体２の中心軸線）を通る垂直線上にある管穴に挿入されたものであるとする。保持装置１００に保持された筒状胴体２の中心軸線ｃ（図１５）とプローブ２６１の中心軸線との間の回転支持体１１２の回転軸線に対して直交する面内でのＸ方向（水平方向）での距離だけ筒状胴体２を同直交する面に平行にＸ方向に動かして筒状胴体２の中心軸線ｃを通る垂直線がプローブ２６１の中心軸線（従って、回転支持体１１２の回転軸線）を通るようにする。次に基準図面上での溶接しようとする伝熱管４の端部４ｃの中心軸線と筒状胴体２（管板３）の中心軸線との間の距離、及び、プローブ２６１の中心軸線と保持装置１００により保持された筒状胴体２の中心軸線ｃとの間の距離分だけ筒状胴体をＹ方向（垂直方向）で動かすことにより、基準図面上での溶接しようとする伝熱管４の端部４ｃの中心軸線がプローブ２６１の中心軸線と一致するにする。このとき保持装置１００によって保持された筒状胴体２の端板３における溶接しようとする伝熱管４の端部の実際の位置４ｃ’が基準図面上での位置４ｃからずれていたとすると、筒状胴体２の中心軸線ｃ、基準図面上の溶接しようとする伝熱管の端部４ｃ、実際の溶接しようとする伝熱管４の端部４ｃ’の位置関係は図１５に示すようになる。この状態から上述のようにプローブ２６１を伝熱管４に差し込むことにより変位ｘ、ｙが得られれば保持装置１００により保持されていている筒状胴体の、該筒状胴体の中心軸線ｃに対する傾きθが分かり、これにより回転支持体１１２の回転軸線からの他の伝熱管の位置が分かり、従って、それら他の伝熱管を順次、プローブ２６１の中心軸線（回転支持体１１２の回転軸線）に一致させるようにして、順次溶接を行うことが出来る。
【００２８】
回転支持体１１２の回転軸線からの他の伝熱管の位置の割り出しは次のようにしても行うことが出来る。
伝熱管４の中に挿入する前のプローブ２６１の中心軸線を回転支持体１１２の回転軸線に一致させておき、溶接しようとする伝熱管４の端部４ａを、管板３の基準図面上における当該管板３の中心軸線（従って筒状胴体２の中心軸線）を通る垂直線上にある管穴に挿入されたものであるとする。
[トーチユニット２１０による溶接操作]
【００２９】
トーチユニット２１０による溶接操作を行うには、先ず、トーチユニット２１０が管板３に対向する位置となるように溶接部ベース２０４を位置決めする。
次に、水平シリンダ２１３により前後基準位置設定摺動体２１４を前進させストッパー２１５が筒状胴体２の管板３に当接した位置で停止し、垂直エアシリンダ２１６を動作させ、ロッドを上方に突出させる。次に、水平エアシリンダ２１９により下部支持体２１８を前進させ、ストッパー２１７が垂直エアシリンダ２１６のロッドに当接した位置（基準位置）で停止し保持する。その後、垂直エアシリンダ２１６を動作させてロッドを収納し、水平エアシリンダ２１３により前後基準位置設定摺動体２１４を後退させる。
また、溶接しようとする筒状胴体２の直径に応じて、垂直エアシリンダ２２１によりトーチ２３０の高さを調整する。フィラーの使用、未使用により水平エアシリンダ２２４を動作させてトーチ２３０の前後位置を調整する。
また必要に応じ、トーチ２３０の溶接個所に対する角度、高さ、距離等は、前記のとおり、前後調整ユニット２２５、上下調整ユニット２２６、水平支持部材２２８、垂直支持部材２２９により微調整が行われる。
その後、保持装置１００を上述のごとくして回転支持体１１２の回転軸線に一致させられた溶接しようとする伝熱管４の中心軸線を中心に回転させながらトーチ２３０によるアーク溶接を行う。
【産業上の利用可能性】
【００３０】
本発明は、熱交換器の伝熱管の溶接に限らず、例えば、車両のハブにボルトを溶接するなど、同形状の部材を複数溶接する装置などに適用可能である。
【符号の説明】
【００３１】
伝熱管端部溶接装置１（特許請求の範囲の記載における「多数の溶接箇所を有する被溶接物の溶接装置」）；熱交換器の筒状胴体２；管板３（被溶接物）；管穴３ａ；伝熱管４；端部４ａ；保持装置１００（被溶接物保持装置）；ベース１１０；本体１１１；貫通開口１１１ａ；歯車歯１１２ａ；回転支持体１１２；支持基体１１３；ガイドレール１１４；第１直線変位部材１１５（第２直線変位部材１１９，クランプ部材１２１ａ，１２１ｂとともに「被溶接物保持手段」を構成）；サーボモータ１１７；ガイドレール１１８；第２直線変位部材１１９；ハンドル１２０；回転支持体１１２；クランプ部材１２１ａ、１２１ｂ；サーボモータ１２２；モーターベース１２３；サーボモータ１２４；ベベルギヤボックス１２５；溶接部２００；架台２０１；溶接部ベース２０４；トーチユニット２１０；トーチ支持部２１０Ａ；溶接基部フレーム２１１；前後基準位置設定摺動体２１４；下部支持体２１８；中間支持体２２０；上部支持体２２２；前後調整ユニット２２５；Ｌ形ブラケット２２７；垂直支持部材２２９；水平支持部材２２８；円弧状の孔２２８ａ；上下調整ユニット２２６；円弧状の孔２２９ａ；トーチ２３０；垂直エアシリンダ２２１；垂直エアシリンダ２１６；ストッパー２１５；水平エアシリンダ２１３；水平エアシリンダ２１９；ストッパー２１７；プローブユニット２５０；プローブ基部２５１；水平ガイドレール２５２；水平ガイドレール２５２；前後摺動体２５３；水平エアシリンダ２５４；水平ガイドレール２５６；ストッパー２５５ａ、２５５ｂ；水平摺動体２５７；ストッパー２５８ａ、ストッパー２５８ｂ；垂直ガイドレール２５９；垂直摺動体２６０；先端部分２６０ａ；センサー２６２；センサー２６３
【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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【手続補正書】
【提出日】平成29年2月27日(2017.2.27)
【手続補正１】
【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】
多数の溶接する箇所を有する面を有する被溶接物において、各溶接する箇所を通り該面に対して直交する方向に延びる各軸線を中心とする一定半径の円に沿って該箇所への溶接を行う、溶接装置であって、
該被溶接物を、当該溶接装置内の所定位置で該面に直交するように延びる回転軸線の周りで回転可能に保持するとともに、該被溶接物を該溶接する箇所のうちの任意の箇所を通る該軸線が該回転軸線と一致するように該面に対して平行に変位可能とした被溶接物保持装置と、
該回転軸線に隣接した位置に設定可能なトーチを備える溶接部と
を有し、 
該被溶接物保持装置が、
該回転軸線を中心に回転可能にされた回転支持体と、
該回転支持体に設けられ、該被溶接物を保持すると共に該回転軸線に直交する平面に平行に変位可能とされて、該溶接する箇所を通る該軸線を該回転軸線に整合することを可能とした被溶接物保持手段と、
当該溶接装置内の基準位置に設定されて、該回転支持体の回転軸線に直交する平面に平行に変位可能とされ、該基準位置から該溶接する箇所を通る該軸線の位置まで変位することにより該基準位置から該溶接する箇所の該軸線までの距離を決定するプローブと
を有し、
該被溶接物保持手段は、該決定された距離から求められる該溶接する箇所を通る該軸線の該回転支持体の回転軸線に対する位置に基づき、該溶接する箇所を通る該軸線を該回転軸線に整合させるように該被溶接物を動かすようにされており、
該任意の箇所を通る該軸線が該回転軸線と一致した状態で、該被溶接物を該回転軸線の周りで回転させることにより、該トーチによる該任意の箇所を通る該軸線の周りの一定半径の円に沿った溶接を行うようにされている、多数の溶接箇所を有する被溶接物の溶接装置。
【請求項２】
該被溶接物保持手段は、該回転支持体に取り付けられて該回転軸線に直交する平面内で該回転軸線に対して直交する１つの方向に変位可能とした第１直線変位部材と、該第１直線変位部材に取り付けられ該平面内で該第１直線変位部材の変位方向に対して直交する方向に変位可能とした第２直線変位部材と、該第２直線変位部材に取り付けられ該被溶接物を把持するするクランプ部材とを有する請求項１に記載の多数の溶接箇所を有する被溶接物の溶接装置。
【請求項３】
該被溶接物が、該面に設けられた多数の管穴に挿入された伝熱管の端部を備える熱交換器の管板とされ、
被溶接物保持手段は該管板を端部に有する筒状胴体を保持するようにされており、
該プローブは該管板の該面に向けられて延びる先細りの先端部分を有し、該先端部分を溶接する該伝熱管の端部内に挿入することにより、該プローブの中心軸線が該溶接する伝熱管の中心軸線に一致するように変位し、一致するように変位することにより該基準位置から該溶接する伝熱管の中心軸線までの距離を決定するようにされている請求項1又は２に記載の多数の溶接箇所を有する被溶接物の溶接装置。
【請求項４】
該被溶接物保持手段は、該決定された距離に基づき算出される、該回転支持体の回転軸線に対する他の管の中心軸線の位置に基づき、該他の管の中心軸線を該回転支持体の回転軸線に順次整合させるようにされている請求項1乃至３のいずれか一項に記載の多数の溶接箇所を有する被溶接物の溶接装置。
【請求項５】
請求項３に記載の多数の溶接箇所を有する被溶接物の溶接装置を使用する方法であって、
該基準位置におけるプローブの中心軸線を該回転支持体の回転軸線に一致させ、
溶接する伝熱管の端部を、管板の基準図面上における当該管板の中心軸線を通る垂直線上にある１つの管穴に挿入されたものとし、
被溶接物保持手段に保持された筒状胴体の中心軸線とプローブの中心軸線との間の該回転支持体の回転軸線に対して直交する面内での水平方向での距離だけ筒状胴体を同面に平行に水平方向に動かして筒状胴体の中心軸線を通る垂直線がプローブの中心軸線を通るようにし、
該基準図面上での溶接する伝熱管の端部の中心軸線とプローブの中心軸線と垂直方向での距離だけ筒状胴体を垂直方向で動かすことにより、該基準図面上での溶接する伝熱管の端部の中心軸線がプローブの中心軸線と一致するようにし、
このときの被溶接物保持手段によって保持された筒状胴体の端板における溶接する伝熱管の端部の実際の位置の基準図面上での位置からズレを特定し、このズレに基づき被溶接物保持手段により保持されていている筒状胴体の、当該筒状胴体の中心軸線に対する傾きを特定し、
これにより回転支持体の回転軸線に対する他の伝熱管の端部の位置を特定して該他の伝熱管の端部の溶接を順次行うようにした溶接方法。