JPH1024392A - 円周溶接ユニット - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 補強ブロックやリブ付きの材料など、トーチ
の退避動作が必要な場合にも手間取らず、また、何周も
重ねて溶接作業を行う場合にも作業の中断やトーチ位置
の再調整などに手間取らないようにする。 【解決手段】 動力による回転機構を有するベース盤Ａ
と、ベース盤の回転中心軸Ａ１に対し略直角な平面内で
の動力による前後進機構を有する送り装置Ｃと、送り装
置に固定されたトーチＢとにより構成され、前記回転機
構および前記前後進機構とが、別に構成される電気的、
機械的、または組合せによる一連の制御を受けて同調し
て作動することによりなる。また、前記回転機構がパル
スによる回転角度制御機構を利用したものであると同時
に、前記前後進機構が油圧または空圧シリンダを利用し
たものか又はパルスによる移動距離制御機構であること
によりなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は回転可能なベース盤と、
ベース盤の軸心に対し略直角な方向にトーチを配置する
ことにより構成された円周溶接機の改良に関するもので
ある。

【０００２】

【従来の技術】従来の円周溶接機を図７〜図９に示し、
以下、図に従って説明する。まず図７において、Ａはベ
ース盤、Ｂはトーチ、Ｆはローリングセンター、１はシ
ャフト状の一方の材料、２はフランジ状の他方の材料に
して、材料１と材料２の嵌合部分を溶接している状態を
示している。

【０００３】もともと円周溶接機は、シャフト状の丸管
や丸棒の端部に板状のフランジを固着するために用いら
れることが最も多いため、ベース盤Ａとローリングセン
ターＦとの間に、長いシャフト状の材料を固定できる構
造になっている。そのため、ローリングセンターＦの軸
心は、ベース盤Ａの回転軸Ａ１と一致している。

【０００４】また、トーチＢは、丸棒体Ｇ１および丸棒
体Ｇ１を固定するためのねじ締め機構Ｇ２からなるねじ
締め式ホルダーＧに固定されている。トーチＢは、ホル
ダーＧにより、その先端の角度および位置を自由に調節
することができる。従って、トーチから放出される溶接
材料の火粒の量が調節できるため、ベース盤Ａの回転速
度の調節と組合せることで、溶接の深さや肉盛りの状態
を一定に管理することができる。

【０００５】通常、円周溶接作業は、単純な１周の円周
溶接ばかりではなく、一部だけを溶接する場合や、逆に
何回も同じ部分を重ねて溶接する場合もある。従来の円
周溶接機により一部だけを溶接する場合には、材料の回
転に応じて、決められた角度で溶接を開始し、また、終
了することによって可能となる。このとき、ベース盤の
回転は一定にした上、回転角度を電気的または機械的に
検出して、トーチに対し溶接に必要な電源、ガス、およ
び溶接用ワイヤーの供給を行ったり、停止させれば間欠
的な部分溶接が自由に行える。

【０００６】また、何回も重ねて溶接する場合には、開
始後何回回転したかを電気的または機械的に検出して、
必要に応じて作業を停止すればよい。

【０００７】以上のように、従来の円周溶接機における
作業では、あらかじめ作業員がトーチ先端の角度や位置
を固定し、ごく単純な円周溶接をするには使用方法が非
常に簡便であることが言える。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】ところが、前記した従
来の円周溶接機は一方で次のような問題点も生じてき
た。第１に、図７および図８で示すように、シャフト状
の材料１が細長いなど剛性が小さい場合、ベース盤Ａと
ローリングセンターＦの間だけの固定では、溶接時の熱
応力によって容易に変形を生じる。従って、ベース盤Ａ
に固定した添木状の補強ブロックＥにシャフト状の材料
１を固定して変形を抑える必要がある。しかも、補強ブ
ロックＥは１箇所で済まず、複数必要な場合が多い。

【０００９】しかし、このときベース盤Ａの回転ととも
に、補強ブロックＥが障害となり、円周溶接を続行する
ことができなくなる。つまり、補強ブロックＥが取付ら
れている部分を通過する度に、溶接作業を中断した上、
トーチＢをいったん退避させる必要がある。溶接作業の
中止は前述の電気的または機械的な検出により可能であ
ろうが、トーチＢの退避動作として必要な後退と前進、
および溶接作業の再開は、作業員が操作する必要があっ
た。

【００１０】第２に、図９に示すように、シャフト状の
材料１とフランジ状の材料２の接合強度を高めるため
に、リブ３を取り付けることがある。リブ３を使用する
場合、円周溶接を行う前にあらかじめリブ３を溶接して
おいた方が熱変形を防ぎ易い。このリブ３は、構造的に
は、前記した第１の課題における補強ブロックＥと同じ
働きをすることになる。しかも、このリブ３はやはり複
数取付られることが多い。つまり前記した第１の課題と
同様の状況において、同様の問題が発生する。

【００１１】第３に、同じ部分を重ねて溶接作業を行う
場合に、溶融深さや肉盛りの調節を行うために、トーチ
Ｂの先端と材料との間隔を微妙に調節する必要がある。
しかし、トーチＢの先端と溶接部の距離が一定のままで
は、２周目以降において溶接深さの調節ができないこと
から数々の問題点を生じる。一つ目には、適正な肉盛り
作業が行えないため、接合部に十分な強度を確保するこ
とができない。二つ目には、余分な溶融スパッタの飛散
や裏面への溶接塊の突出により、外面や管内への異物の
侵入などの外観、その他の面で品質上の劣化を生じる。
三つ目には、冷えきらない溶接部をさらに熱することに
なるため、溶融深さが大きくなりすぎることがあり、材
料の熱変形を生じ易い。

【００１２】以上のように、従来の円周溶接機は、補強
ブロックの使用や補強リブがあるとき、または何周も重
ねて作業を行うなど単純な円周溶接ではない場合には、
トーチ先端の位置調整を何度も行う必要が生じて、煩雑
な作業となる。また、トーチ先端の位置調整を行わず、
継続的に何周も重ねて溶接作業を行う場合は、時間を要
した割りに理想的でない低品質の作業を行っているのが
現状であった。

【００１３】本発明は前記した問題点を解決せんとする
もので、その目的とするところは、補強ブロックを使用
したり補強リブがあるなど、途中でトーチの退避作業を
必要とする場合にも手間取らず、また、何周も重ねて作
業を行う場合もトーチ先端の位置調整に手間取らず、し
かも、適正な状態で溶接作業が続行できるようトーチの
退避や、トーチ先端の位置の調整を可能とするものであ
る。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明の円周溶接ユニッ
トは、前記した目的を達成せんとするもので、その手段
は、第１に、動力による回転機構を有するベース盤と、
ベース盤の回転中心軸に対し略直角な平面内で作動する
動力による前後進機構を有する送り装置と、送り装置に
固定されたトーチとにより構成され、前記回転機構およ
び前記前後進機構とが、別に構成される電気的、機械
的、または組合せによる一連の制御を受けて同調して作
動することによりなる。（請求項１）

【００１５】第２に、前記回転機構がパルスによる回転
角度制御機構を利用したものであると同時に、前記前後
進機構が油圧または空圧シリンダを利用したものである
ことによりなる。（請求項２）

【００１６】第３に、前記回転機構がパルスによる回転
角度制御機構を利用したものであると同時に、前記前後
進機構がパルスによる移動距離制御機構を利用したもの
であることによりなる。（請求項３）

【００１７】

【作用】

（１） 動力による回転機構を有するベース盤により、
円周溶接をするための材料の回転が可能となる。（請求
項１） （２） ベース盤の回転中心軸に対し略直角な平面内で
作動する動力による前後進機構を有する送り装置と、送
り装置に固定されたトーチとにより、障害物からの退避
および溶接深さの調節のためのトーチの前後進が可能と
なる。（請求項１） （３） 前記回転機構および前記前後進機構とが別に構
成される電気的、機械的、または組合せによる一連の制
御を受けて同調して作動することにより、前記（１）お
よび（２）の作用を組み合わせた動作が可能となる。
（請求項１）

【００１８】（４） 前記回転機構がパルスによる回転
角度制御機構を利用したものであると同時に、前記前後
進機構が油圧または空圧シリンダを利用したものである
ことにより、ベース盤の回転動作およびトーチの前後進
動作が、材料の回転角度に応じてきめ細かく同調可能と
なる。（請求項２）。

【００１９】（５） 前記回転機構がパルスによる回転
角度制御機構を利用したものであると同時に、前記前後
進機構がパルスによる移動距離制御機構を利用したもの
であることにより、ベース盤の回転動作、トーチの前後
進動作が、材料の回転角度に応じてきめ細かく同調可能
となる。（請求項３）

【００２０】

【実施例１】本発明の請求項１に係る円周溶接ユニット
の実施例について図１〜図２と共に説明する。まず図１
および図２に示すように、ベース盤Ａは回転軸Ａ１を中
心に回転する。ベース盤Ａ１のわきには回転軸Ａ１と略
直角方向に前後進可能な送り装置Ｃがあり、送り装置Ｃ
にはトーチＢが固定されている。トーチＢは、先端の角
度や位置があらかじめ調節できるような調整機構Ｄを介
して取付られている。また、ベース盤Ａの上方には、従
来と同様、シャフト状の材料を回転軸Ａ１と同心に固定
するために、回転軸Ａ１と同軸心を有するローリングセ
ンターＦを併用しても構わない。

【００２１】本実施例での材料は、剛性の小さなシャフ
ト状のもの１と、フランジ状のもの２を溶接する状態を
示す。材料１は、溶接時の熱変形を抑えるために補強ブ
ロックＥが冶具として添えられている。従って、溶接部
分は補強ブロックＥが邪魔をしている部分を除く箇所と
なる。

【００２２】このとき、送り装置Ｃの動作範囲は、トー
チＢの先端部が最も材料に近付いた適正な位置Ｂ１と、
補強ブロックＥが回避できる位置Ｂ２との距離となる。

【００２３】本実施例の各動力機構としては、次のよう
な方法を採る。まず、ベース盤Ａの回転機構として、モ
ータＡ３と、回転を伝導するプーリーＡ３１およびベル
トＡ３２を使用する。このとき、モータＡ３の回転には
作業方法により加減速の制御を加えてもよい。

【００２４】また、送り装置Ｃの前後進機構として、モ
ータＣ１と、回転を直動に変換して伝導するギヤＣ１１
とラックＣ１２を使用する。

【００２５】本実施例では、さらに、トーチＢが補強ブ
ロックＥのような障害物を退避したり、あるいは、何周
も重ねて肉盛り溶接を行うなどトーチＢの位置をずらす
必要が生じたとき、そのタイミングを検出する方法とし
て、次のような方法を採る。まず、補強ブロックＥに対
する退避については、ベース盤Ａの回転とともに補強ブ
ロックＥの外周部面Ｅ１が通過するのをセンサーＥ１１
で検出する。

【００２６】また、２周目、さらには３周目と、周回点
でのトーチＢの位置の再調整については、溶接始めの位
置（原点）を決めるドッグピンＡ４をベース盤Ａに取り
付け、ベース盤Ａの回転とともに通過するドッグピンＡ
４をセンサーＡ４１で検出する。

【００２７】以上の構成により本実施例では、別途設置
したシーケンス等を利用した制御機器と上記のような検
出機構の利用により、トーチＢの位置や、溶接作業の制
御をベース盤Ａの回転に応じて同調させ、複雑な溶接作
業も段取り替えすることなく１工程で自動処理すること
が可能となる。

【００２８】

【実施例２】本発明の請求項２に係る円周溶接ユニット
の実施例について図３〜図４と共に説明する。本実施例
は、全体として実施例１と同様の構造、構成をなすが、
次のような相違点を有する。まず、モータＡ３に回転角
パルスを検出する機能を有するステッピングモータを使
用する。これにより、実施例１で使用した各センサＡ４
１、Ｅ１１は必ずしも必要なく、また、ベース盤Ａの回
転角制御は飛躍的に正確に行うことが可能となる。

【００２９】また、送り装置Ｃの前後進機構には油圧ま
たは空圧で動作するシリンダＣ２を使用する。これによ
り、実施例１で使用したモータＣ１や伝導機構を利用す
るのに比べ、油圧の場合は正確に、また空圧の場合は敏
速にトーチＢの前後進動作を制御することが可能とな
る。

【００３０】例えばシリンダＣ２を油圧式にした場合、
正確なトーチＢの位置制御が可能となるため、溶接深さ
の調節が必要な場合に有効となる。更に、トーチＢの先
端付近にセンサーＢ１を設置して、材料の形状を検出し
ながらトーチＢの位置を細かく調節する方法を採用する
と、倣い機構を構成することができる。この倣い処理
は、本実施例の場合、もともと回転角度の制御も正確に
できることから、制御機器に演算処理機能を用いれば、
あらかじめ入力した材料形状に倣ってベース盤Ａの回転
角度に応じたトーチＢの位置を調節することも可能とな
る。いずれにしても、複雑な形状の円周溶接が可能とな
る。

【００３１】また、シリンダＣ２を空圧式にした場合、
正確さは要求しにくいが、トーチＢの前後進動作が敏速
に行えるため、補強ブロックＥを使用したりリブ付きの
材料の場合などのトーチＢの退避動作が、ベース盤Ａの
回転速度が早い場合でも同調可能となり、作業時聞の短
縮につながる。

【００３２】

【実施例３】本発明の請求項３に係る円周溶接ユニット
の実施例について図５〜図６と共に説明する。本実施例
では、送り装置Ｃの前後進機構に移動距離パルスを検出
する機能を有するステッピングリニアモータＣ３を使用
する。これにより、実施例１および２より、正確で敏速
なトーチＢの前後進動作を制御することができる。パル
スによる移動距離の制御は、必ずしもステッピングリニ
アモータである必要はなく、ステッピングモータの回転
をベルトおよびプーリーにより伝導して直動に変換する
方式を採用しても構わない。

【００３３】

【発明の効果】以上のように本発明の円周溶接ユニット
は、第１に、補強ブロックやリブ付きの材料など、トー
チの退避動作が必要な場合に、作業の中断やトーチ位置
の再調整などの段取り替えをすることなく、連続して溶
接作業を行うことができ、作業時間や労力が軽減でき
る。

【００３４】第２に、同じ部分を重ねて溶接作業を行う
場合において、溶融深さや肉盛りの調節を行うために、
作業の中断やトーチ位置の再調整などの段取り替えをす
ることなく、ベース盤の回転に同調してトーチの位置を
調節することができ、品質を劣化させることがなく、ま
た、作業時間や労力も余分にかからない。

【００３５】第３に、従来の円周溶接機にはなかった倣
い機構を簡単に付加することができ、複雑な形状の円周
溶接が可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明実施例１の円周溶接ユニットにおいて、
側面（一部断面）図を示す。

【図２】図１の円周溶接ユニットの平面図を示す。

【図３】本発明実施例２の円周溶接ユニットにおいて、
側面（一部断面）図を示す。

【図４】図３の円周溶接ユニットの平面図を示す。

【図５】本発明実施例３の円周溶接ユニットにおいて、
側面（一部断面）図を示す。

【図６】図５の円周溶接ユニットの平面図を示す。

【図７】従来の円周溶接機において、側面（一部断面）
図を示す。

【図８】図７の円周溶接機の平面図を示す。

【図９】従来の円周溶接機において、材料１、２の接合
にリブ３も併用されているときの側面（一部断面）図を
示す。

【符号の説明】

Ａ ベース盤 Ｂ トーチ Ｃ 送り装置 Ｄ 調整機構 Ｅ 補強ブロック Ｆ ローリングセンター １、２ 材料 ３ リブ

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 動力による回転機構を有するベース盤
   と、該ベース盤の回転中心軸に対し略直角な平面内で作
   動する動力による前後進機構を有する送り装置と、該送
   り装置に固定されたトーチとにより構成され、前記回転
   機構および前記前後進機構とが、別に構成される電気
   的、機械的、または組合せによる一連の制御を受けて同
   調して作動することを特徴とする円周溶接ユニット。
2. 【請求項２】 前記回転機構がパルスによる回転角度制
   御機構を利用したものであると同時に、前記前後進機構
   が油圧または空圧シリンダを利用したものであることを
   特徴とする請求項１の円周溶接ユニット。
3. 【請求項３】 前記回転機構がパルスによる回転角度制
   御機構を利用したものであると同時に、前記前後進機構
   がパルスによる移動距離制御機構を利用したものである
   ことを特徴とする請求項１の円周溶接ユニット。