(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接電極と、
溶接されるチューブを通過する軸線（６２２）を中心として該溶接電極を回転させ、そして電源から該溶接電極に電流を伝導するための回転制御装置と、
該軸線に対して長手方向に該溶接電極を移動させるための並進制御装置、とを有している、軌道溶接機。
【請求項２】
前記並進制御装置が、前記軸線に対して長手方向に移動するように滑動自在に配置された回転子を有し、前記溶接電極が該回転子に固定されている、請求項１に記載の軌道溶接機。
【請求項３】
前記回転制御装置が、前記軸線を中心として回転するように配置された回転子を有しており、
前記並進制御装置が該回転子に滑動自在に装着されたキャリアを有しており、前記溶接部電極が該キャリアに固定されている、請求項１に記載の軌道溶接機。
【請求項４】
前記並進制御装置がカムブロックを更に有しており、前記回転子が前記軸線を中心として回転すると、前記キャリアの一部がカムブロックの表面を押圧して付勢される、請求項３に記載の軌道溶接機。
【請求項５】
前記カムブロックの前記表面が特定の溶接パターンに従った輪郭を取る、請求項４に記載の軌道溶接機。
【請求項６】
前記特定の溶接パターンが切欠きを設けたＴ字型溶接パターンである、請求項５に記載の軌道溶接機。
【請求項７】
前記特定の溶接パターンが斜めの端部対端部の溶接パターンである、請求項５に記載の軌道溶接機。
【請求項８】
前記カムブロックの前記表面が、
稜線部と、
該稜線部から延びている第１の平面部と、
該稜線部から延びている第２の平面部とを有し、該第２の平面部が第１の平面部に対して非平行である、請求項５に記載の軌道溶接機。
【請求項９】
前記カムブロックが、前記軸線に対して長手方向に可動となるように前記軌道溶接機に取付けられる、請求項４に記載の軌道溶接機。
【請求項１０】
前記並進制御装置が、前記軸線に対して長手方向に前記カムブロックを変位させる機械的手段を有している、請求項９に記載の軌道溶接機。
【請求項１１】
前記並進制御装置が、前記軸線に対して長手方向に前記カムブロックを変位させる電子機械的手段を有している、請求項９に記載の軌道溶接機。
【請求項１２】
前記並進制御装置が、前記軸線に対して長手方向に前記カムブロックを変位させる空気式手段を有している、請求項９に記載の軌道溶接機。
【請求項１３】
前記カムブロックの前記表面を押圧して付勢される前記キャリアの前記一部がホイールを有している、請求項４に記載の軌道溶接機。
【請求項１４】
前記並進制御装置が該ガイド溝を規定している壁を更に有しており、
前記キャリアが、ガイド溝内へと延びるガイドピンを有している、請求項３に記載の軌道溶接機。
【請求項１５】
溶接電極と、
該溶接電極を、溶接されるチューブを通過する軸線（６２２）を中心として回転させ、そして電源から該溶接電極に電流を伝導するための回転制御装置と、
該溶接電極を該軸線に対して長手方向に移動させる並進制御装置と、
第２の溶接電極と、
第２の回転制御装置と、
第２の並進制御装置と、
を備える軌道溶接機。
【請求項１６】
前記並進制御装置が、前記軸線に対して長手方向に移動するように滑動自在に配置された第１の回転子を有しており、前記溶接電極が該第１の回転子に固定されており、
前記第２の並進制御装置が、該軸線に対して長手方向に移動するように滑動自在に配置された第２の回転子を有しており、前記第２の溶接電極が該第２の回転子に固定されている、請求項１５に記載の軌道溶接機。
【請求項１７】
前記回転制御装置が、前記軸線を中心として回転するように配置された第１の回転子を有しており、
前記第２の回転制御装置が、該軸線を中心として回転するように配置された第２の回転子を有しており、
前記並進制御装置が、該第１の回転子に滑動自在に装着された第１のキャリアを有しており、前記溶接電極が該第１のキャリアに固定されており、
前記第２の並進制御装置が、該第２の回転子に滑動自在に装着された第２のキャリアを有しており、前記第２の溶接電極が該第２のキャリアに固定されている、請求項１５に記載の軌道溶接機。
【請求項１８】
前記並進制御装置が第１のカムブロックを更に有しており、前記第１の回転子が前記軸線を中心として回転すると、前記第１のキャリアの一部が該第１のカムブロックの表面を押圧して付勢され、
前記第２の並進制御装置が第２のカムブロックを更に有しており、前記第２の回転子が該軸線を中心として回転すると、前記第２のキャリアの一部が該第２のカムブロックの表面を押圧して付勢される、請求項１７に記載の軌道溶接機。
【請求項１９】
前記第１のカムブロックの前記表面が第１の特定の溶接パターンに従って輪郭が取られ、
前記第２のカムブロックの前記表面が第２の特定の溶接パターンに従って輪郭が取られる、請求項１８に記載の軌道溶接機。
【請求項２０】
前記第１の特定の溶接パターンおよび前記第２の特定の溶接パターンが共に、切欠きを設けた交差溶接パターンを形成している、請求項１９に記載の軌道溶接機。
【請求項２１】
前記第１のカムブロックの前記表面が稜線部と、該稜線部から延びる第１の平面部と、該稜線部から延びる第２の平面部とを有し、該第２の平面部が該第１の平面部に対して非平行であり、
前記第２のカムブロックの前記表面が稜線部と、該稜線部から延びる第１の平面部と、該稜線部から延びる第２の平面部とを有し、該第２の平面部が該第１の平面部に対して非平行である、請求項１９に記載の軌道溶接機。
【請求項２２】
前記第１のカムブロックおよび前記第２のカムブロックが、前記軸線に対して長手方向に可動となるように前記軌道溶接機に取りつけられている、請求項１８に記載の軌道溶接機。
【請求項２３】
前記カムブロックの前記表面を押圧して付勢される前記キャリアの一部が各々、ホイールを有している、請求項１８に記載の軌道溶接機。
【請求項２４】
前記並進制御装置が第１のガイド溝を規定している壁を更に有しており、
前記第１のキャリアが、該第１のガイド溝内へと延びているガイドピンを有しており、
前記第２の並進制御装置が、第２のガイド溝を規定している壁を更に有しており、
前記第２のキャリアが、該第２のガイド溝内へと延びているガイドピンを有している、請求項１７に記載の軌道溶接機。
【請求項２５】
軌道溶接機であって、以下：
該軌道溶接機の内部チャンバを規定する本体部と、
該内部チャンバを照射するために光を放出するための、該本体部に固定された光源と、
該照射された内部チャンバの視覚検査を容易にするための、該本体部を通るウィンドウとを備え、
ここで該本体部が、該光源から該内部チャンバへ光を伝達するための固体光伝達部を含み、そして
ここで、該光伝達部が該本体部の層を構成する、軌道溶接機。
【請求項２６】
前記光伝達部が前記本体部の層中に開口を備え、そして、
前記光源が、該開口に配置される、請求項２５に記載の軌道溶接機。
【請求項２７】
前記光伝達部が、前記本体部の層の外部端縁を更に含み、
前記光源が、該端縁に隣接して配置されて、該端縁を通して該光伝達部へ光を放射する、請求項２５に記載の軌道溶接機。
【請求項２８】
環状の回転子に取付けられた溶接電極と、
該溶接電極を、溶接されるチューブを通過する軸線（６２２）を中心として回転させるために該溶接電極に電気的に結合された該回転子であって、該回転子は、電源から該溶接電極へ溶接電流を送達するのに適合している、回転子と、
該軸線に対して長手方向に該溶接電極を移動させるための並進制御装置、
とを備える軸道溶接機。
【請求項２９】
前記並進制御装置が、前記軸線に対して長手方向に移動するように滑動自在に配置された前記回転子を備え、前記溶接電極が、該回転子に固定されている、請求項２８に記載の軌道溶接機。
【請求項３０】
前記並進制御装置が、前記回転子に滑動自在に取り付けられたキャリアを備え、前記溶接電極は、該キャリアに固定されている、請求項２８に記載の軌道溶接機。
【請求項３１】
前記並進制御装置がカムブロックを更に備え、前記第回転子が前記軸線を中心として回転すると、前記キャリアの一部が該カムブロックの表面を押圧して付勢される、請求項３０に記載の軌道溶接機。
【請求項３２】
前記カムブロックの前記表面が、特定の溶接パターンに従った輪郭を取る、請求項３１に記載の軌道溶接機。
【請求項３３】
前記特定の溶接パターンが、切欠きを設けたＴ字型溶接パターンである、請求項３２に記載の軌道溶接機。
【請求項３４】
前記特定の溶接パターンが、斜めの端部対端部の溶接パターンである、請求項３２に記載の軌道溶接機。
【請求項３５】
前記カムブロックの前記表面が、
稜線部と、
該稜線部から延びている第１の平面部と、
該稜線部から延びている第２の平面部とを有し、該第２の平面部が該第１の平面部に対して非平行である、請求項３２に記載の軌道溶接機。
【請求項３６】
前記カムブロックが、前記軸線に対して長手方向に可動となるように前記軌道溶接機に取付けられる、請求項３１に記載の軌道溶接機。
【請求項３７】
前記並進制御装置が、前記軸線に対して長手方向に前記カムブロックを変位させる機械的手段を有している、請求項３６に記載の軌道溶接機。
【請求項３８】
前記並進制御装置が、前記軸線に対して長手方向に前記カムブロックを変位させる電子機械的手段を有している、請求項３６に記載の軌道溶接機。
【請求項３９】
前記並進制御装置が、前記軸線に対して長手方向に前記カムブロックを変位させる空気式手段を有している、請求項３６に記載の軌道溶接機。
【請求項４０】
前記カムブロックの前記表面を押圧して付勢される前記キャリアの前記一部がホイールを有している、請求項３１に記載の軌道溶接機。
【請求項４１】
前記カムブロックが、前記キャリアから前記カムブロックへの電流の流れを妨げるための電気的絶縁部を有している、請求項３１に記載の軌道溶接機。
【請求項４２】
前記並進制御装置が、前記軸線に対して長手方向に移動するように滑動自在に配置された導電性回転子を有しており、前記溶接電極が該回転子に固定されている、請求項１に記載の軌道溶接機。
【請求項４３】
前記回転制御装置が、前記軸線を中心として回転するように配置された導電性回転子を有しており、
前記並進制御装置が、該回転子に滑動自在に取付けられた導電性キャリアを有しており、前記溶接電極が該キャリアに固定されている、請求項１の軌道溶接機。
【請求項４４】
前記並進制御装置が、電気的絶縁カムブロックを更に備え、前記第１の回転子が前記軸線を中心として回転すると、前記第１のキャリアの一部が該第１のカムブロックの表面を押圧して付勢される、請求項４３に記載の軌道溶接機。
【請求項４５】
溶接電極と、
溶接されるチューブを通過する軸線（６２２）を中心として該溶接電極を回転させるための、そして電源から該溶接電極へ電流を伝導するための回転手段と、
該軸線に対して長手方向に該溶接電極を移動させるための並進手段とを備える、軌道溶接機。
【請求項４６】
前記並進手段が、前記溶接電極を前記回転手段へ滑動自在に取付けるための、そして該回転手段から該溶接電極へ電流を伝導するためのキャリア手段を更に有している、請求項４５に記載の軌道溶接機。
【請求項４７】
前記軌道溶接機の内部チャンバーを規定している本体部と、
該本体部に固定されて、該内部チャンバーを照射するために光を放出するための光源とを備える、軌道溶接機であって、
ここで該光源が、光ファイバーと、
該照射された内部チャンバーの視覚検査を容易にするための、該本体部を通るウィンドウとを更に備える、請求項１〜２４または２８〜４６のいずれか１項に記載の軌道溶接機。
【請求項４８】
請求項１〜２４または２８〜４６のいずれか１項に記載の軌道溶接機であって、以下：
該軌道溶接機の内部チャンバを規定する本体部と；
該内部チャンバを照射するために光を放出するための、該本体部に固定され、発光ダイオードを備える光源と、
該照射された内部チャンバの視覚検査を容易にするための、該本体部を通るウィンドウとを更に備える、軌道溶接機。
【請求項４９】
請求項１〜２４または２８〜４６のいずれか１項に記載の軌道溶接機であって、以下：
該軌道溶接機の内部チャンバを規定する本体部と、
該内部チャンバを照射するために光を放出するための、該本体部に固定された複数の光源と、
該照射された内部チャンバの視覚検査を容易にするための、該本体を通るウィンドウとを更に備える、軌道溶接機。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
発明者：トマス・アンドリュー・ロリンクツ（Ｔｈｏｍａｓ  Ａｎｄｒｅｗ  Ｌｏｒｉｎｃｚ）
（発明の背景）
（発明の分野）
本発明は一般に軌道溶接機に関するものであり、特に、チューブの整列をより容易にするとともに非平面溶接を形成する能力がある、新規な軌道溶接機に関連する。
【０００２】
（背景技術の説明）
軌道溶接機は、半導体処理器具などのような流体を扱うシステムの構築において広く利用されている。公知の起動用溶接機は、チューブの開放端の周囲付近に平坦な円形溶接部を設けることにより、端部対端部の様式で２つのチューブを接合する。従来型軌道溶接機が遭遇する１つの問題点として、接合されるべきチューブの両端が溶接作業を実施する前に、注意深く整列されなければならないことがある。更に、公知の軌道溶接機は、平坦な円形溶接部（すなわち、単一平面に存在する円形溶接部）を設けることに制約されているため、交差接合部またはＴ字型接合部を溶接するのには、特殊なチューブの準備を必要としている。
【０００３】
図１は典型的な軌道溶接機１００の頂面平面図であり、この溶接機は絶縁ハウジング１０２、チューブクランプ１０４および１０６、回転子１０８、溶接チップ１１０、および、回転および電圧の制御装置１１２を備えている。クランプ１０４および１０６は溶接のために適所にチューブ１１４およびチューブ１１６をそれぞれに保持しており、共通電圧（すなわち、接地）に保たれると同時に、チューブ１１４およびチューブ１１６と電気接触状態に維持されている。回転子１０８はハウジング１０２の内部に配置されて、チューブ１１４およびチューブ１１６のそれぞれの開放端の中心を通る軸線１１８を中心として回転可能となるようにしている。ハウジング１０２は、回転子１０８とクランプ１０４および１０６との間に電気絶縁を設けている。回転および電圧の制御装置１１２はハウジング１０２の内部で回転子１０８を回転させるように機能するとともに、回転子１０８を介して、取り付けられた溶接部先端１１０に電圧を印加する。
【０００４】
図２は軌道溶接機１００の断面図を示している。制御装置１１２が軸線１１８を中心として回転子１０８を回転させ、かつ、溶接部先端１１０に高電圧を印加すると、アーク溶接部２０２がチューブ１１４およびチューブ１１６のそれぞれの開放端の間に設けられる。クランプ１０４および１０６は、共通電圧に保持されるので、溶接部先端１１０から安全な距離分、変位されて、互いの間にアークを生成するようにしなければならない。クランプ１０４とクランプ１０６の間の距離と、チューブ１１４およびチューブ１１６のそれぞれの開放端とは、チューブ１１４およびチューブ１１６のそれぞれの開放端の整列をより困難にする。更に、公知の軌道溶接機の内部チャンバーは暗く、それゆえに、適切な整列を目で確認することは困難である。
【０００５】
図３は平坦なＴ字型溶接部を設ける能力のある軌道溶接機３００の断面図である。軌道溶接機３００は絶縁ハウジング３０２、チューブクランプ３０４、Ｔ字型取り付け具クランプ３０６、回転子３０８、溶接部先端３１０、および、回転および電圧の制御装置３１２を有している。
【０００６】
軌道溶接機３００は軌道溶接機１００と同様の機能を果たす。クランプ３０４およびクランプ３０６はチューブ３１４およびＴ字型取り付け具３１６を適所に、共通電圧で保持する。回転および電圧の制御装置３１２は、回転子３１２を軸線３１８を中心として回転させ、回転子３０８を介して溶接部先端３１０に高電圧を印加する。回転子３０８が軸線３１８を中心として回転すると、溶接部３２０がチューブ３１４およびＴ字型取り付け具３１６のそれぞれの開放端の間に形成される。
【０００７】
図４はＴ字型取り付け具３１６の斜視図である。チューブストック４０２の標準片からＴ字型取り付け具３１６を作成するためには、開口部４０４がまず、チューブストック４０２に切開され、或いは、研削穿孔される。次いで、開口部４０４を包囲しているチューブの材料を、平坦な円形開口４０８を規定している延長部４０６内に引っ張るために、押出し成形プロセスが必要がある。押出し成形プロセスは比較的複雑であるので、作業員が仕事場で標準的なチューブストックからＴ接合部を迅速かつ容易に溶接することは不可能である。これに加えて、広く使用されている０．２５インチ外径のチューブについては、押出し成形プロセスは０．０２８インチ以下の壁圧を備えているチューブに限定されるのが普通であり、それゆえ、好ましい０．０３５インチの壁を巡らせたチューブには利用できない。
【０００８】
ここで必要なのは、標準的なチューブストックからＴ字型接合部および交差接合部を溶接する能力のある軌道溶接機である。溶接されるべきチューブ片同士を容易に整列させる軌道溶接機も必要である。適切な整列を目で容易に確認できるようにする軌道溶接機も必要である。
【０００９】
（要旨）
非平面軌道溶接機を形成する能力がある新規な軌道溶接機が記載されている。当該分野の従業員による非平面軌道溶接機の使用により、Ｔ字型接合部、交差接合部、端部対端部の接合部のような多様なチューブの接合部の構築を容易にし、標準チューブストックを形成する。
【００１０】
１実施態様は、溶接部先端、回転制御装置、および、並進制御装置を有している。回転制御装置は、溶接されるべきチューブを通過する軸線を中心として溶接部先端を回転させる。溶接部先端が軸線を中心として回転すると、並進制御装置が軸線に対して長手方向に溶接部先端を移動させる。従って、非平面軌道溶接部を形成することができる。
【００１１】
特定の実施態様では、並進制御装置は、絶縁本体に滑動自在に配置された回転子を有しており、溶接部先端が回転子に直接的に固定されている。回転子が軸線を中心として回転すると、並進制御装置が回転の軸線に対して長手方向に回転子を移動させた結果、溶接部先端が非平面溶接部パターンを追従する。
【００１２】
別な特定の実施態様では、回転制御装置は軸線を中心として回転するように配置された回転子を有しているが、回転の平面の範囲内に留まっている。並進制御装置は、回転子に滑動自在に装着されたキャリアを有しており、溶接部先端はキャリアに固定されている。回転子が軸線を中心として回転すると、キャリアが軸線に対して長手方向に移動した結果、溶接部先端が非平面溶接パターンを追従する。より特定の実施態様では、キャリアの一部がカムブロックの表面を押圧して付勢され、任意で、キャリアとカムブロックとの間の摩擦を低減するためのホイールを有している。カムブロックの表面は、回転子が軸線を中心として回転するにつれて、回転の軸線に対して長手方向にキャリアを変位させるような輪郭にされている。代替例として、カムブロックの表面は平坦で、回転子が回転の軸線を中心として回転するにつれて、カムブロックは長手方向に変位される。
【００１３】
代替の実施態様では、並進制御装置は、所望の溶接パターンを規定する溝を備えた壁を有している。ガイドピンがキャリアから溝の中へと延びている。回転子が回転の軸線を中心として回転すると、ピンは、回転の軸線に対して長手方向にキャリアを移動させながら、溝を辿る。
【００１４】
交差接合部を溶接するのに特に好適な別な実施態様は、２つの溶接部先端、２つの回転制御装置、および、２つの並進制御装置を有している。特定の実施態様では、各並進制御装置は、回転の軸線を中心として回転し、かつ、軸線に対して長手方向に移動する回転子を有している。各溶接部先端は回転子のうちの１個に固定されており、それゆえに、非平面円形経路に沿って移動する。代替の実施態様では、各並進制御装置は、軸線を中心として回転するが、同時に、回転の平面で固定的である回転子を有している。各溶接部先端は、回転子のそれぞれの１個に滑動自在に装着されている別個のキャリアに固定されている。キャリアの各々は、２個のカムブロックのうちの関連する１個を押圧して付勢される。回転子が回転の軸線を中心として回転するにつれて、カムブロックがキャリアを長手方向に変位させる。装着された溶接部先端が非平面軌道溶接パターンを追従する。任意で、一個の回転制御装置が両方の回転子を制御する。
【００１５】
記載された実施態様のいずれもが、軌道溶接機の内部チャンバーを照射するための任意の光源を有し得る。１実施態様では、軌道溶接機の本体が、光源から内部チャンバーへ光を伝達する光伝導部を有している。より特定の実施態様では、光伝導部は軌道溶接機の本体の層として形成され、また、光源は光伝導層の開口部に配置されるか、或いは、光伝導層の端縁に沿って配置される。任意で、光源は溶接機の内部チャンバーの内部に配置される。使用される光源のタイプとしては、発光ダイオード、白熱バルブ、遠隔光源から光を伝達する光ファイバが挙げられるが、これらに限定されない。スイッチは、本体の外部表面に配置され、或いは、外部制御装置に配置されて、光源の動作を制御する。
【００１６】
本発明を添付の図面を参照しながら説明してゆくが、図面では同一参照番号は実質的に類似する要素を指す。
【００１７】
（詳細な説明）
本発明は、非平面溶接部を設ける能力のある軌道溶接機を提供することにより、先行技術に関与する問題点を克服している。特に、本発明は、単一平面に限定されない軌道溶接部を利用して、標準床からチューブ接合部を作成する能力のある軌道溶接機を説明している。更に、本発明に従って溶接することのできる非平面チューブ端部は、チューブの端部の単純な整列を容易にする。下記の説明では、本発明の十分な理解を提供するために、無数の特定の詳細が明示されている（例えば、特定の溶接パターンや制御アルゴリズムなど）。しかし、本発明がそれら特定の詳細とは別個に実施され得ることを、当業者なら理解するだろう。別な例では、本発明を不必要に不明確にしないように、軌道溶接機設計の周知の詳細は省かれている。
【００１８】
図５は、切欠きを入れたＴ字型接合部を設けるように成形された２片の標準チューブストック５０２および５０４を示している。特に、チューブ５０２は角度を付した切欠き５０６が横壁に切開され、或いは、切削穿孔され、また、チューブ５０４は端部５０８がある点まで切除され、或いは、切削されている。切欠き５０６および端部５０８は、ガイドを用いて研削加工するといったような、当業者には周知の方法を利用して、当該技術分野の作業者が容易に形成することができる。
【００１９】
切欠き５０６および端部５０８は組になった対として形成され、端部５０８が切欠き５０６に挿入され、平滑な接合部が形成される。切欠き５０６および端部５０８からなる嵌合組の特性は、溶接を目的としたチューブ５０２およびチューブ５０４の整列を容易にする。特定の実施態様では、切欠き５０６および端部５０８は両方が４５度の角度で形成されている。しかし、両方のチューブが良好に嵌合した接合部を形成している限りは、他のどのような有用または有利なパターンでも採用することが可能であることを、当業者なら理解するだろう。
【００２０】
図６は、本発明に従って、図５のチューブ５０２とチューブ５０４の間に形成された接合部に沿って溶接部を形成することが可能な、軌道溶接機６００の部分切り取り斜視図である。軌道溶接機６００は、絶縁本体部６０２、運転チューブ６０６（仮想線で示す）をクランプするための運転チューブクランプ６０４、分岐チューブ６１０（仮想線で示す）をクランプするための分岐チューブクランプ６０８、蝶番式ウィンドウ６１２、回転子６１４、キャリア６１６、溶接部先端６１８、および、カムブロック６２０を有している。
【００２１】
蝶番式ウィンドウ６１２は軌道溶接機６００の内部に接近できるようにするために開放され、閉鎖時には、溶接プロセスおよびチューブ整列状態を監視するために視認できるようにする。回転子６１４は絶縁本体部６０２の内部に形成された環状チャネルに配置されて、分岐チューブ６１０の長軸線６２２を中心とした回転を容易にする。図６には示されていないが、絶縁本体部６０２が幾つかの取り外し自在な層から形成されて、回転子６１４の取り付けと取り外しとを容易にし、或いは、軌道溶接機６００の他の構成要素の取り付けおよび取り外しを容易にする。キャリア６１６は、保持部材６２４により回転子６１４に滑動自在に搭載され、カムブロック６２０を押圧して付勢される。回転子６１４が軸線６２２を中心として回転するにつれて、キャリア６１６がカムブロック６２０の頂部表面６２６に沿って載置され、軸線６２２に対して長手方向に（上下に）移動する。溶接部先端６１８はキャリア６１６に固定され、運転チューブ６０６と分岐チューブ６１０との間に形成された接合部に向けて伸張する。カムブロック６２０の表面６２６の輪郭は所望の溶接パターンに（すなわち、運転チューブ６０６と分岐チューブ６１０の間の接合部）に一致している。従って、回転子６１４が軸線６２２を中心として回転するにつれて、溶接部先端６１８が運転チューブ６０６と分岐チューブ６１０との間の接合部を辿る。
【００２２】
運転チューブクランプ６０４は基部プレート６２８、カバープレート６３０、および、ラッチレバー６３２を有している。基部プレート６２８は、運転チューブ６０６を受容および位置決めするための溝６３４を有している。カバープレート６３０も、クランプ６０４が閉鎖されると、運転チューブ６０６を収容する溝を有している。更に、カバープレート６３０は、キャリア６１６と溶接部先端６１８との長手方向運動に適合するように陥凹部６３８を有している。
【００２３】
図７は、運転チューブクランプ６０４および蝶番ウィンドウ６１２が閉位置にある状態の軌道溶接機６００の斜視図である。閉位置では、クランプ６０４および６０８は、溶接を目的として運転チューブ６０６および分岐チューブ６１０をそれぞれに保持している。更に、クランプ６０４および６０８は導電性材料（ステンレス鋼など）から構築され、共通電圧源（例えば、接地）に接続されて、運転チューブ６０６および分岐チューブ６１０を共通電圧に維持する。
【００２４】
図８は、図７の線Ａ−Ａに沿って破断された軌道溶接機６００の断面図であり、軌道溶接機６００の内部構成要素をより詳細に示している。キャリア６１６は切欠きを設けられて圧縮スプリング８０２を受容するが、このスプリングはキャリア６１６の底面部８０４を押圧するとともに、保持部材６２４のタブ部８０６を押圧する圧縮スプリング８０２を受容し、従って、キャリア６１６をカムブロック６２０に抗して付勢させる。キャリア６１６は、回転子６１４が軸線６２２を中心として回転するにつれて、キャリア６１６とカムブロック６２０との間の摩擦を低減するためのホイール８０８を更に有している。他の摩擦低減手段がホイールの代わりに採用することができるものと、当業者なら理解するだろう。例えば、カムブロック６２０とキャリア６１６との間の摩擦は、キャリア６１６の下部に研磨したスキッドプレートを形成し、かつ、ＴＥＦＬＯＮ（登録商標）などの下部摩擦材からカムブロックを形成することにより、容認可能なレベルまで低下させることができる。
【００２５】
電圧制御装置８１０は、ブラシ接点８１２、回転子６１４、および、キャリア６１６を介して溶接部先端６１８上に高電圧の存在を明らかにすることにより、溶接部先端６１８に電力を供与する。溶接部先端６１８とチューブ６０６およびチューブ６１０との間の電気アークが、チューブ６０６とチューブ６１０との間で切欠きを設けた接合部に溶接部を設ける。
【００２６】
軌道溶接機６００は、絶縁本体部６０２の透明環状層８１６の開口に配置された光源８１４を更に有している。外部制御スイッチ８１８に応答して、光源８１４が層８１６に光を発射している。任意で、光源８１４に類似している複数の光源が透明な層８１６における開口内に配置され得る。層８１６の外部端縁は反射材料で被膜されており、層８１６の内部端縁が透明である結果、層８１６が発射光を溶接機６００の内部に透過する。使用者に接近できるようにスイッチ８１８が溶接機６００の外側に配置されて、電力（電源は図示せず）を光源８１４に選択的に付与している。必要に応じて、制御スイッチ８１８が遠隔に配置される（例えば、外部制御ユニットに配置される）。
【００２７】
特定の実施態様では、光源８１４は白熱バルブである。しかし、他のタイプの光源（例えば、発光ダイオード、光ファイバーなど）を採用することができることを、当業者ならば理解するだろう。代替の実施態様では、１つ以上の光源８２０が溶接機６００の内壁に配置されて、溶接機６００の内部に直接的に光を発射する。代替の実施態様では、光源８１４は層８１６の外部端縁に隣接して配置されて、外部端縁を通して層８１６内へと光を発射している。
【００２８】
図９は回転子６１４、保持部材６２４、および、電圧制御装置８１０（図示せず）を含む電圧および回転の制御装置９０２の頂面平面図である。回転子６１４はキャリア受容ノッチ９０４および１対の搭載穴９０６を有している。キャリア６１６（図９には図示せず）は保持部材６２４によりキャリア受容切欠き９０４において保持されるが、この保持部材は１対のタップ付き穴９０８を有している。保持部材６２４が、搭載穴９０６を通過してタップ付き穴９０８に係合する１対のボルト（図示せず）により回転子６１４に保持されている。取り付けられると、キャリア６１６はキャリア受容ノッチ９０４内で上下に自由に滑動し、保持部材６２４のタブ部８０６を押圧するスプリング８０２（図示せず）のせいで下方向に付勢される。
【００２９】
電圧および回転の制御装置９０２は回転子６１４の回転と、回転子６１４およびキャリア６１６を介して溶接部先端６１８に印加された電圧とを制御する。電圧および回転の制御装置９０２が図９に１個のブロックとして図示されているが、これは、軌道溶接機における電圧および回転の制御の詳細が当業者には周知であるからである．例えば、一実施態様では、電圧および回転の制御装置９０２は、軌道溶接ヘッドモデル９ＡＦ−７５０および電源モデル２０７の制御機構および駆動機構と均等であり、これら両方のモデルがカリフォルニア州パコイマのＡＲＣマシーンズ社が販売している。この特定の実施態様では、電圧および回転の制御装置９０２は図９の１個のブロックとして示されているにもかかわらず、電圧および回転の制御装置９０２の一部（たとえばギアトレイン）は軌道溶接ヘッドで具体化されており、電圧および回転の制御装置９０２の第２の部分（たとえば電圧制御装置８１０）遠隔電源で具体化されている。
【００３０】
図１０Ａはカムブロック６２０の斜視図である。この特定の実施態様では、カムブロック６２０はファイバーガラスのような２片の絶縁材料から作製されているが、単一片として形成することができることを当業者なら理解するだろう。カムブロック６２０はその中心を通る穴１００２を規定しており、溶接位置にある時には、分岐チューブ６１０がそこを通る。カムブロック６２０の表面６２６の輪郭は、キャリア６１６が表面６２６上の円形経路１００４を横断する時に溶接部先端６１８により追従される溶接パターンを規定している。この特定の実施態様では、表面６２６の輪郭は切欠きを設けたＴ字型溶接パターンに一致している。特に、表面６２６は、稜線１０１０で互いに交差する第１の平面部１００６および第２の平面部１００８を有している。表面６２６は所望の溶接パターンを生成するような形状にすることができることを当業者なら理解するだろう。例えば、１個の傾斜平坦表面を有しているカムブロックは、斜めの端部対端部溶接パターンを生成するために使用することができる。
【００３１】
図１０Ｂはカムブロック６２０の頂面平面図である。複数の均等に間隔を設けた水平線は隆起線であり、表面１００６および表面１００８は稜線１０１０で合流する平坦表面である。
【００３２】
図１１は分岐チューブクランプ６０８の底面平面図を示しており、このクランプは静止部１１０２、可動部１１０４、および、ロック部１１０６を有している。静止部１１０２は４つの６角形ヘッドボルト１１０８で絶縁本体部６０２に固定されており、蝶番部１１１０を有している。可動部１１０４は蝶番部１１１２も有しており、蝶番ピン１１１４により静止部１１０２に旋回自在に接続されている。
【００３３】
静止部１１０２および可動部１１０４は半円形端縁１１１６および１１１８をそれぞれに有しており、これらが一緒になって、分岐チューブ６１０を受容するための円形開口１１２０を形成している。ロック部１１０６は雄ねじボルト１１２２および雌ねじハンドル１１２４を有している。ボルト１１２２のヘッド１１２６は静止部１１０２に固定されたブラケット１１３０に抗して載置され、ハンドル１１２４は可動部１１０４に固定されたブラケット１１２８に抗して載置される。ハンドル１１２４は、一方向に回転すると、静止部１１０２に対して可動部１１０４をきつく締めて、開口１１２０の分岐チューブ６１０を堅固にクランプする。ハンドル１１２４が反対方向に回転すると、可動部１１０４は静止部１１０２から離れる方向に移動して、分岐チューブ６１０のクランプグリップを解放することができる。
【００３４】
本発明の一実施態様は、図６から図１１に従って、カリフォルニア州パコイマのＡＲＣ  ＭＡＣＨＩＮＥＳ，ＩＮＣ．が販売している軌道ヘッドモデル９ＡＦ−７５０を修正することにより、構築された。Ｔ字型接合部は、下記の駆動概要に従って、カリフォルニア州パコイマのＡＲＣ  ＭＡＣＨＩＮＥＳ，ＩＮＣ．が販売している電源モデル２０７を備えた修正型軌道溶接ヘッドを駆動することにより０．２５インチのステンレス鋼チューブストックからうまく溶接された。
【００３５】
【表１】
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図１２は３片の標準チューブストック１２０２、１２０４、および、１２０６を示しており、これら全てが、一緒に溶接されると、切欠きを設けた交差接合部を設けるように成形されている。特に、チューブ１２０２は第１の角度を付した切欠き１２０８および第２の角度を付した切欠き１２１０がその横壁内に切開され、或いは、研削成形され、チューブ１２０４およびチューブ１２０６は端部１２１２および端部１２１４が各点までそれぞれに切断され、或いは、研削成形される。切欠き１２０８および切欠き１２１０と端部１２１２および端部１２１４とは、当業者には周知の方法を利用して、当該分野の作業者により容易に形成することが可能である。
【００３６】
切欠き１２０８および切欠き１２１０と端部１２１２および１２１４とは嵌合対として形成された結果、端部１２１２および端部１２１４が切欠き１２０８および１２１０に挿入されると、平滑な接合部が形成される。切欠き１２０８および１２１０と端部１２１２および１２１４の組になった特性は、溶接を目的として、チューブ１２０２、１２０４、および、１２０６の整列を容易にしている。特定の実施態様では、切欠き１２０８および切欠き１２１０と端部１２１２および１２１４は全て、４５度の角度に形成される。しかし、これらのチューブが良好に組接合部を形成する限りにおいては、他の有用または有利なパターン（例えば、曲線パターン）を採用することができることを、当業者ならば理解するだろう。
【００３７】
図１３は、図１２に示されたチューブ片から切欠きを設けた交差接合部を溶接する能力のある代替の軌道溶接機１３００の断面図である。溶接機１３００は下部溶接機１３０２および上部溶接機１３０４を有しており、それらの各々が溶接機６００と実質的に同一であるが、但し、運転チューブクランプ６０４の代わりに、下部溶接機１３０２および上部溶接機１３０４は運転チューブ受容部１３０６および１３０８をそれぞれに有している。下部溶接機１３０２および上部溶接機１３０４が一緒にクランプされると（図示しない蝶番およびクランプにより）、運転チューブ１２０２が溶接を目的として適所にクランプされる。上部溶接機１３０４に固定された分岐チューブクランプ１３１０と、下部溶接機１３０２に固定された分岐チューブクランプ１３１２とは、溶接を目的として分岐チューブ１２０４および１２０６をそれぞれに適所に保持する。
【００３８】
電圧制御装置１３１０は溶接に必要な電力を提供する。電圧制御装置１３１０は回転および電圧の制御装置（図示せず）に含まれていると、当業者ならば認識するだろう。更に、１個の回転および電圧の制御装置が下部溶接機１３０２と上部溶接機１３０４の両方を駆動するために採用することができること、或いは、下部溶接機１３０２および上部溶接機１３０４を独立して制御するために、別個の制御装置を必要に応じて設けることができることを、当業者ならば理解するだろう。１個の制御装置の場合は、下部溶接機１３０２の溶接部先端１３１４とは直接対向する上部溶接機１３０４の溶接部先端１３１２を配置して、各溶接部が互いに干渉し合うことを回避するのが有利である。
【００３９】
図１４は、切欠きを設けた端部対端部の接合部を設けるように成形された２片の標準チューブストック１４０２および１４０４を示している。特に、チューブ１４０２は角度を設けた切欠き１４０６がその端部内へと切開され、或いは、研削穿孔され、チューブ１４０４は点１４０８がその端部内へと切開され、或いは、研削穿孔される。切欠き１４０６および点１４０８は、当業者には周知の方法を利用して、当該分野の作業者により容易に形成することが可能である。
【００４０】
切欠き１４０６および点１４０８は嵌合対として形成された結果、点１４０８が切欠き１４０６に挿入されると、平滑な接合部が形成される。切欠き１４０６および端部１４０８の組になった特性は、溶接を目的としてチューブ１４０２およびチューブ１４０４の整列を容易にしている。特定の実施態様では、切欠き１４０６および端部１４０８は両方が４５度の角度で設けられる。しかしながら、各チューブが良好な組接合部を形成する限りは、どのような他の有用または有利なパターンでも採用することができることを、当業者なら認識するだろう。
【００４１】
図１５は、図１４のチューブ片１４０２および１４０４から切欠きを設けた端部対端部の接合部を溶接する能力がある代替の軌道溶接機１５００の断面図である。溶接機１５００は実質的に溶接機６００と同一であるが、但し、運転チューブクランプ６０４が第２の分岐チューブクランプ１５０２と置換される点を例外とする。分岐チューブクランプ１５０２および６０８はチューブ１４０２およびチューブ１４０４をそれぞれに、溶接を目的として適所に保持している。
【００４２】
本発明の上述の実施態様の各々では、輪郭を取ったカムブロック６２０は並進制御装置として機能するが、この並進制御装置は溶接部先端６１８の垂直方向配置を（すなわち、軸線６２２に対して長手方向に）制御する。しかしながら、多くの代替の並進制御装置をカムブロック６２０の代用とすることができることを、当業者なら認識するだろう。
【００４３】
図１６は、２つの別個の並進制御装置の具体例を例示する、軌道溶接機１６００の断面図である。第１の並進制御装置は平坦なカムブロック１６０２を有しており、垂直方向位置制御装置１６０４により軸線６２２に対して長手方向に可動である。垂直方向位置制御装置１６０４は、機械的に、空気式に、または、電子工学的にといった、多数の代替の手段により駆動することができる。垂直方向位置制御装置１６０４は図１６における単一ブロックとして示されているが、垂直方向位置制御装置１６０４の或る構成要素（ステッパモータなど）は溶接ヘッド内部に配置することができる一方で、他の構成要素（ステッパモータ用の電子制御器など）は外部に配置することができることを、当業者ならば理解するだろう。
【００４４】
第２の並進制御装置（点線で示す）は、絶縁本体部６０２の内壁に形成された溝１６０６と、キャリア６１６から溝１６０６の内部へと延びているピン１６０８とを有している。回転子６１４が軸線６２２を中心として回転すると、ピン１６０８は溝１６０６を辿り、キャリア６１６および溶接部先端６１８を上昇および下降させる。溝１６０６の経路が溶接部先端６１８により辿られた溶接パターンを規定する。並進制御装置の２つの具体例が図１６に示されているが、本発明に従って非平面軌道溶接部を生成するには、並進制御装置だけが必要であることを、当業者ならば認識するであろう。
【００４５】
図１７は、別な代替の軌道溶接機１７００の断面図であり、この溶接機は絶縁本体１７０２、回転子１７０４、溶接部先端１７０６、および、垂直方向位置制御装置１７０８を有している。回転子１７０４は、溶接部先端１７０６が回転子１７０４に直接的に固定されているという点を例外として、回転子６１４（図９）に類似している。キャリア６１６および保持部材６２４は、それ故、不必要である。回転子１７０４は絶縁本体部１７０２に形成された環状陥凹１７１０に滑動自在に配置されて、軸線１７１２を中心として回転し、かつ、環状陥凹１７１０の内部で軸線１７１２に対して長手方向に移動する。
【００４６】
回転子１７０４が軸線１７１２を中心として回転すると、垂直方向位置制御装置１７０８が陥凹１７１０内部で回転子１７０４を上昇および下降させ、その結果、溶接部先端１７０６が非平面軌道溶接経路を横断する。従って、回転子１７０４および垂直方向位置制御装置１７０８が共に、並進制御装置として機能し、同時に、溶接部先端を１７０６を軸線１７１２に対して長手方向に移動させる。垂直位置制御装置１７０８は、機械的に、空気式に、或いは、電子工学的になど、多数の代替の手段により駆動することができる。
【００４７】
図１８Ａおよび図１８Ｂは、下降位置および上昇位置のそれぞれに位置する、並進制御装置１８００の特に簡略な実施態様の側面立面図である。並進制御装置１８００は回転子１８０２およびカムブロック１８０４を有している。回転子１８０２は輪郭が取られた底面表面１８０６を有しており、これが中央ピーク１８０８を有している。カムブロック１８０４は輪郭が取られた頂面表面１８１０を有しており、これは中央谷部１８１２を有している。溶接部先端１８１４は回転子１８０２に固定されて、回転子１８０２の中心を通って円筒状開口内へと延びる。
【００４８】
回転子１８０２およびカムブロック１８０４は図１８Ａに示されるように互いに対して配向され、表面１８０６および表面１８１０が互いに整列して、ピーク１８０８が谷部１８１２に載置される。回転子１８０２およびカムブロック１８０４はこのように配向されると、溶接部先端１８１４は、溶接パターンの低い点に対応して、カムブロック１８０４から最小距離に配置される。回転子１８０２が軸線１８１６を中心として回転し、カムブロック１８０４が静止状態のままである時には、表面１８０６および表面１８１０は互いに非整列状態となり、溶接部先端１８１４とカムブロック１８０４との間の距離は増大し、終には、９０度回転した後で、図１８Ｂに示されるように、ピーク１８０８はカムブロック１８０４の最高端縁上に載置され、溶接部先端１８１４とカムブロック１８０４との間の距離を最大にする。溶接部先端１８１４のこの位置は溶接パターンにおける高い点に一致する。更に９０度回転した後で（合計１８０度）、溶接部先端１８１４が溶接パターンの別な低い点に達すると、表面１８０６および表面１８１０が再度、互いに整列する。更にもう９０度回転した後で（合計２７０度）、溶接部先端１８１４が溶接パターンの別な高い点に達すると、表面１８０６および表面１８１０が再度、不整列状態となる。最後に、更に９０度回転した後で（合計３６０度）、回転子１８０２および溶接部先端１８１４がそれぞれの下の位置に戻り、非平面軌道溶接パターンを完了する。
【００４９】
表面１８０６および表面１８１０は図１８Ａおよび図１８Ｂには互いに間隔をあけて示されているが、動作期間中はこれら表面は滑り接触状態にあるものと、当業者なら理解するだろう。更に、スプリング（図示せず）などの或る付勢部材は付勢表面１８０６および１８１０を一緒に付勢させるために使用することができる。方面１８０６および表面１８１０はそれぞれに１個のピーク１８０８と１個の谷部１８１２とを有して示されているが、より複雑な非平面溶接パターンを生成するために、複数の半径方向ピークおよび谷部を採用することが可能である。
【００５０】
本発明の特定の実施態様の説明がここに完了した。説明された特性の大半は、本発明の範囲から逸脱せずに代用し、変更し、或いは、省くことができる。例えば、代替の並進制御装置が端部対端部溶接部を設けることが可能な溶接機についてのみ例示されているが、代替の制御装置は、Ｔ字型接合部および交差接合部を形成するためのものを含めて、記載された軌道溶接機のいずれについても採用することができる。別な具体例として、溶接機６００（図６）のカバープレート６３０を修正して分岐チューブの通路のための開口を設けるようにすることによって、第１に、先に説明したようなＴ字型接合部を溶接した後に、Ｔ字型接合部を反転させて（溶接された分岐チューブ６１０がカバープレート６３０の開口を通して配置された状態で）、別な分岐チューブを運転チューブ６０６の反対側に溶接すれば、溶接機６００が交差接合部を溶接するために使用することができる。本件開示に鑑みれば、上記修正およびそれ以外の修正が当業者には明白となるだろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】  先行技術の軌道溶接の頂面平面図である。
【図２】  図１の軌道溶接機の、線Ａ−Ａに沿って破断された断面図である。
【図３】  平坦なＴ字型溶接部を設けるための、先行技術の軌道溶接機の断面図である。
【図４】  平坦なＴ字型溶接部に適合させるための押出し成形部を備えたチューブを示す図である。
【図５】  切欠きを入れたＴ字型溶接部により接合されるように成形された２つのチューブを示す図である。
【図６】  本発明に従った軌道溶接機（開状態）の斜視図である。
【図７】  図６の軌道溶接機（閉状態）の斜視図である。
【図８】  図７の軌道溶接機の、線Ａ−Ａに沿って破断された断面図である。
【図９】  図６に示された回転子の頂面平面図である。
【図１０Ａ】  図６に示されたカムブロックの斜視図である。
【図１０Ｂ】  図１０Ａに示されたカムブロックの頂面平面図である。
【図１１】  図６に示されたチューブクランプの底面平面図である。
【図１２】  切欠きを入れた交差溶接部により接合されるように成形された３つのチューブを示す図である。
【図１３】  本発明に従った、切欠きを入れた交差溶接部を設けるための代替の軌道溶接機の断面図である。
【図１４】  切欠きを入れた端部対端部溶接部により接合されるように成形された２つのチューブを示す図である。
【図１５】  本発明に従って、切欠きを入れた端部対端部溶接部を設けるための代替の軌道溶接機の断面図である。
【図１６】  本発明に従った、代替の垂直方向位置制御装置を有している代替の軌道溶接機の断面図である。
【図１７】  垂直方向に可動であるカムブロックを有している代替の軌道溶接機の断面図である。
【図１８Ａ】  代替の並進制御装置が第１の位置にあるのを示す、側面立面図である。
【図１８Ｂ】  図１８Ａの並進制御装置が第２の位置にあるのを示す、側面立面図である。
【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１０Ａ】
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【図１０Ｂ】
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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１８Ａ】
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【図１８Ｂ】
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