JP2004017108A - 板材溶接用クランプ治具 - Google Patents
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Abstract
【課題】熱伝導率の高い高価な金属素材を無駄にすることなく常に適切なギャップ条件で溶接作業を行うことのできる板材溶接用クランプ治具を提供する。
【解決手段】矩形断面を有する長尺裏当部材２，２を第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４によって軸周りに回転可能に支持し、溶接対象となる２枚の板材１４，１５の突き合わせ部分を長尺裏当部材２，２間の間隙に形成されるギャップＹ上に位置させて溶接作業を行う。長尺裏当部材２，２のエッジ部分２ｃ，２ｃに溶接作業の繰り返しによる縁ダレ等の形状変化や組成変化が生じた場合であっても、長尺裏当部材２，２を９０度ピッチで回転させることにより、その時点で未使用の状態にある他の外周面（４面のうちの１面）を溶接対象板材１４，１５の載置面として新たに利用することができるので、板状の一体型裏当部材を利用した従来型の板材溶接用クランプ治具と比べ、裏当部材２，２の実質的な耐用期間を４倍程度に引き延ばすことができ、この間、適切なギャップ条件で確実な溶接作業を行うことができる。
【選択図】 図４
【解決手段】矩形断面を有する長尺裏当部材２，２を第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４によって軸周りに回転可能に支持し、溶接対象となる２枚の板材１４，１５の突き合わせ部分を長尺裏当部材２，２間の間隙に形成されるギャップＹ上に位置させて溶接作業を行う。長尺裏当部材２，２のエッジ部分２ｃ，２ｃに溶接作業の繰り返しによる縁ダレ等の形状変化や組成変化が生じた場合であっても、長尺裏当部材２，２を９０度ピッチで回転させることにより、その時点で未使用の状態にある他の外周面（４面のうちの１面）を溶接対象板材１４，１５の載置面として新たに利用することができるので、板状の一体型裏当部材を利用した従来型の板材溶接用クランプ治具と比べ、裏当部材２，２の実質的な耐用期間を４倍程度に引き延ばすことができ、この間、適切なギャップ条件で確実な溶接作業を行うことができる。
【選択図】 図４
Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、２枚の板材を突き合わせて溶接する際に熱歪みを低減したり過剰な熱エネルギーを吸収するために使用される板材溶接用クランプ治具の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の板材溶接用クランプ治具としては、例えば、特開平５−１０４２５０号に開示されるように、板状の一体型裏当部材を利用した板材溶接用クランプ治具が公知である。
【０００３】
板状の一体型裏当部材を利用した板材溶接用クランプ治具の一般的な構成例を図７に示す。
【０００４】
この板材溶接用クランプ治具１００は、銅等によって形成される熱伝導率の高い板状の裏当部材１０１に矩形状の溝からなるギャップ１０２を刻設し、溶接対象となる板材１０３，１０４を裏当部材１０１の上に載置し、ギャップ１０２上で板材１０３，１０４の溶接側端部１０３ａ，１０４ａを突き合わせた状態で当金１０５，１０６によって板材１０３，１０４を固定し、板材１０３，１０４の溶接側端部１０３ａ，１０４ａの突き合わせ部に沿って溶接トーチ１０７を移動させることで溶接作業を行うように構成したものである。
【０００５】
ギャップ１０２は板材１０３，１０４の溶接側端部１０３ａ，１０４ａを局所的に加熱するために設けられたもので、この箇所を除く裏当部材１０１の部分には、板材１０３，１０４と密着して過剰な熱を除去する機能、つまり、熱歪みを低減したり過剰な熱エネルギーを吸収する機能が要求される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
こういった要求を満たすためには、熱伝導率の高い銅等の金属によって裏当部材１０１を形成する必要があり、材料費が割高となる問題がある。
【０００７】
しかも、同じ裏当部材１０１を何度も反復して使用していると、ギャップ１０２のエッジ部分１０２ａ，１０２ａに溶融あるいは腐食が発生して縁ダレ等の形状変化や組成変化を起こす場合があり、初期のギャップ幅が失われて適切な溶接作業が困難となる場合もあり、裏当部材１０１は、その素材が高価であるにも関わらず、実質的な耐用期間は極めて短いものであった。
【０００８】
また、溶接対象となる板材１０３，１０４の材質や板厚等に応じて適切な溶接作業を行うためにはギャップ１０２の幅を最適化する必要があるが、図７の従来例のようにギャップ１０２を裏当部材１０１と一体化した構成では、ギャップ幅の調整は困難であり、溶接対象となる板材１０３，１０４の材質や板厚および他の溶接条件等に応じて多数の裏当部材１０１を準備しておかなければならないといった問題がある。
【０００９】
【発明の目的】
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の不都合を解消し、熱伝導率の高い高価な金属素材を無駄にすることなく有効に利用して常に適切なギャップ条件で確実な溶接作業を行うことのできる板材溶接用クランプ治具を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、裏当部材に形成されたギャップ上で２枚の板材の溶接側端部を突き合わせて保持する板材溶接用クランプ治具であり、前記目的を達成するため、特に、
矩形断面を有する２本の長尺裏当部材と、前記各々の長尺裏当部材の一端部に嵌合して前記各々の長尺裏当部材を軸周りに回転可能に支持する２つの係合部を所定の間隔を空けて配備した第一の裏当部材支持ブロックと、前記各々の長尺裏当部材の他端部に嵌合して前記各々の長尺裏当部材を軸周りに回転可能に支持する２つの係合部を前記所定の間隔を空けて配備した第二の裏当部材支持ブロックと、前記２本の長尺裏当部材の両端部に装着された前記第一，第二の裏当部材支持ブロックを着脱可能に固定するベースプレートと、前記第一，第二の裏当部材支持ブロックの間に掛け渡され前記２本の長尺裏当部材の各々と並行して各々の長尺裏当部材の上面側に位置し前記２本の長尺裏当部材の各々に載置された２枚の板材の溶接側端部をクランプする一対の当金と、前記各々の当金の両端部に配備され前記各々の当金の両端部を前記第一，第二の裏当部材支持ブロックの上面に押し付けるようにして着脱可能に締結する締結手段とを備えたことを特徴とする構成を有する。
【００１１】
以上の構成により、矩形断面を有する２本の長尺裏当部材が其の両端部を第一の裏当部材支持ブロックと第二の裏当部材支持ブロックとによって支持され、ベースプレート上に着脱可能に固定される。
溶接対象となる２枚の板材は、溶接側端部を相互に突き合わされ、この部分を２本の長尺裏当部材間の間隙で形成されるギャップ上に位置させた状態で、２本の長尺裏当部材上に載置され、更に、溶接対象となる２枚の板材の各々が、第一，第二の裏当部材支持ブロックの間に掛け渡された各々の当金によって上方から把持され、これらの当金の両端部に配備された締結手段によってクランプされることで、長尺裏当部材と当金との間で強力に挾持される。
矩形断面を有する２本の長尺裏当部材の各々は、第一，第二の裏当部材支持ブロックの各々に配備された係合部によって回転可能に支持されているので、長尺裏当部材の矩形状の外周部の四面のうち、任意の一面を溶接対象となる板材の載置面として利用することができる。
２本の長尺裏当部材間の間隙によって形成されるギャップの両端、つまり、長尺裏当部材の外周部のエッジ部分には、溶接作業の繰り返しによって縁ダレ等の形状変化や組成変化が生じる場合があるが、２本の長尺裏当部材を９０度ピッチで回転させることにより長尺裏当部材の矩形状の外周部の四面の全てを溶接対象となる板材の載置面として利用することができるため、板状の一体型裏当部材を利用した従来型の板材溶接用クランプ治具と比べ、裏当部材の実質的な耐用期間を４倍程度に引き延ばすことが可能となり、しかも、この間、長尺裏当部材を交換することなく適切なギャップ条件で確実な溶接作業を行うことができる。
また、独立した２本の長尺裏当部材を離間させてギャップを形成する構成であるため、板状の一体型裏当部材を利用した従来型の板材溶接用クランプ治具と比べ、熱伝導率の高い金属素材の使用量を少なめに抑制することが可能であり、治具全体の製造コストを引き下げるとができる。
以上の理由により、熱伝導率の高い高価な金属素材を無駄にすることなく有効に利用して常に適切なギャップ条件で確実な溶接作業を行うといった所期の目的が達成される。
【００１２】
また、前記構成において、２つの係合部の間隔が異なる第一，第二の裏当部材支持ブロックを選択可能に複数組配備するようにしてもよい。
【００１３】
このような構成によれば、第一，第二の裏当部材支持ブロックの組を選択することにより、２本の長尺裏当部材間の間隙によって形成されるギャップの大きさを自由に選ぶことができる。つまり、素材自体が高価な多種の長尺裏当部材を予め準備する必要はなく、同一仕様の長尺裏当部材を使用して自由にギャップを調整することが可能となる。
【００１４】
更に、第一，第二の裏当部材支持ブロックの上面と前記当金の下面との間に、各当金の対向する端部を下方に向けて傾斜させる板状のスペーサ部材を配備することも可能である。
【００１５】
溶接対象となる２枚の板材の溶接側端部を当金の先端で集中的に押圧することができるので、長尺裏当部材および当金による熱の吸収作用を利用した熱歪みの低減効果が向上する。
【００１６】
また、第一，第二の裏当部材支持ブロックを下面側から固定するようにベースプレートを構成すると共に、前記第一，第二の裏当部材支持ブロックに、２本の長尺裏当部材の下面がベースプレートの上面と密着するようにして前記２つの係合部を配備するようにしてもよい。
【００１７】
２本の長尺裏当部材の下面をベースプレートの上面と密着させる構成により、板材を支える長尺裏当部材の実質的な剛性を高めることが可能であり、同時に、ベースプレートを放熱手段として利用して熱歪みの低減および過剰な熱エネルギーの吸収効果を向上させることができる。
【００１８】
更に、第一，第二の裏当部材支持ブロックにおける２つの係合部の間には、これら第一，第二の裏当部材支持ブロックを表裏に貫通するガス通し穴を形成することも可能である。
【００１９】
このガス通し穴を介して２本の長尺裏当部材間の間隙に形成されたギャップに不活性ガスを流通させることにより、ギャップの両側に位置する溶接対象の２枚の板材の溶接側端部に生じる酸化や凹凸状の荒れの発生を効果的に抑制することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明を適用した一実施形態の板材溶接用クランプ治具１の外観を示した斜視図、図２は板材溶接用クランプ治具１の構成要素を具体的に示した組立図である。
【００２１】
図１および図２に示される通り、この実施形態の板材溶接用クランプ治具１の主要部は、概略において、矩形断面を有する２本の長尺裏当部材２，２と、長尺裏当部材２，２を支持する第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４、および、長尺裏当部材２，２の両端部に装着された第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４を着脱可能に固定するベースプレート５、ならびに、第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４の間に掛け渡されて長尺裏当部材２，２の上面側に位置する一対の当金６，６と、この当金６，６の両端部に配備されて当金６，６を第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４に着脱可能に締結するボルト７（締結手段）とによって構成される。
【００２２】
また、第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４の上面と当金６，６の下面との間には、板状のスペーサ部材８，８が介装されるようになっている。
【００２３】
次に、板材溶接用クランプ治具１の構成要素の具体的な構造について詳細に説明する。
【００２４】
まず、長尺裏当部材２，２は、図２に示される通りの長尺の角柱体であり、その断面形状は正方形である。長尺裏当部材２，２は熱伝導率の高い銅等を素材として形成され、その両端部の各々には、第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４と嵌合するための円柱突起２ａ，２ｂが一体に突設されている。
【００２５】
第一の裏当部材支持ブロック３には、図２に示されるように、長尺裏当部材２，２の一端に突設された円柱突起２ａ，２ａの各々と嵌合して長尺裏当部材２，２を軸周りに回転可能に支持する２つの丸穴状の係合部９，９が所定の間隔を空けて穿設され、また、第二の裏当部材支持ブロック４には、長尺裏当部材２，２の他端に突設された円柱突起２ｂ，２ｂの各々と嵌合して長尺裏当部材２，２を軸周りに回転可能に支持する２つの丸穴状の係合部１０，１０が前記と同様の所定の間隔を空けて穿設されている。
【００２６】
この実施形態においては、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示されるように、形状が同一で丸穴状の係合部９，９および１０，１０の間の離間距離Ｘのみが異なる第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４の組が予め幾つか準備されており、これらの中から板材溶接用クランプ治具１の組み立てに使用する第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４の組を選択することにより、長尺裏当部材２，２の間に形成されるギャップＹの幅を自由に選ぶことができるようになっている。
【００２７】
図２に示される通り、第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４における２つの係合部９，９および１０，１０の間には、これらの裏当部材支持ブロック３，４を表裏に貫通するガス通し穴１１，１２が形成され、一方の裏当部材支持ブロック３のガス通し穴１１には、不活性ガス供給用のチューブ（図示せず）を接続するためのニップル１３が設けられている。
【００２８】
第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４と当金６，６との間に介装されるスペーサ部材８，８は、図２に示される通り、両端部８ａ，８ａの厚みが中央部８ｂの厚みよりも厚く形成された板状の部材であり、図１に示されるようにしてスペーサ部材８，８上に当金６，６を掛け渡して載置した状態で、当金６，６の対向する端部６ａ，６ａを下方に向けて傾斜させるようになっている。
【００２９】
また、溶接対象となる様々な厚みの板材１４，１５に対処するため、図２に示されるように、中央部８ｂと両端部８ａ，８ａの厚みの差Ｚｓ０を一定とし、中央部８ｂの肉厚Ｚｓ１を変えたスペーサ部材８，８の組を幾つか設けるようにしてもよい。
【００３０】
このような構成を適用した場合、溶接対象となる板材１４，１５が厚い場合には、中央部８ｂの肉厚Ｚｓ１の厚いスペーサ部材８，８を使用し、これとは逆に、溶接対象となる板材１４，１５が薄い場合には、中央部８ｂの肉厚Ｚｓ１の薄いスペーサ部材８，８を使用するようにする。
【００３１】
これと同様の目的を達成するため、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示されるように、係合部９，９および１０，１０の中心からブロック下面までの寸法Ｚｂ０を一定とし、係合部９，９および１０，１０の中心からブロック上面までの寸法Ｚｂ１を変えた第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４の組を幾つか設けるようにすることも可能である。
【００３２】
このような構成を適用した場合は、溶接対象となる板材１４，１５が厚い場合には、例えば図３（ｃ）のように、係合部９，９および１０，１０の中心からブロック上面までの寸法Ｚｂ１が大きい第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４を使用し、これとは逆に、溶接対象となる板材１４，１５が薄い場合には、例えば図３（ａ）のように、係合部９，９および１０，１０の中心からブロック上面までの寸法Ｚｂ１が小さい第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４を使用することになる。
【００３３】
この実施形態では、係合部９，９および１０，１０の中心からブロック下面までの寸法Ｚｂ０を共通とし、この寸法Ｚｂ０は、断面を正方形に形成された長尺裏当部材２，２の外周面の一片の長さの１／２に相当する長さに設定しているので、係合部９，９および１０，１０の中心からブロック上面までの寸法Ｚｂ１の異なる何れの第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４の組を選択して板材溶接用クランプ治具１の組み立てに使用した場合であっても、長尺裏当部材２，２の形状および寸法が同一の規格である限り、長尺裏当部材２，２の下面をベースプレート５の上面に確実に密着させることができる。
【００３４】
図２に示されるように、当金６，６の両端部と、スペーサ部材８，８の両端部、および、第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４の両端部には、締結手段としてのボルト７の雄ネジ部を通すための貫通孔１６，１７，１８が穿設される一方、ベースプレート５の四隅には、ボルト７の先端部を螺合させるための雌ネジ部１９が、タッピングによって一体に刻設されている。
【００３５】
そして、係合部９，９と円柱突起２ａ，２ａおよび係合部１０，１０と円柱突起２ｂ，２ｂとの凹凸嵌合によって長尺裏当部材２，２の両端部に装着された第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４と、第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４上に設置されたスペーサ部材８，８、および、２本の長尺裏当部材２，２と並行してスペーサ部材８，８の上面に掛け渡された当金６，６の各々が、これらの貫通孔１８，１７，１６に通されたボルト７を介してベースプレート５の四隅の雌ネジ部１９に共締めされて、図１に示されるような板材溶接用クランプ治具１が組み立てられる。
【００３６】
図２に示される通り、スペーサ部材８，８の貫通孔１７，１７は、肉厚の両端部８ａ，８ａよりも中央に寄った位置に穿設されている。従って、ボルト７を締め付けることにより、当金６，６は、スペーサ部材８，８の肉厚の両端部８ａ，８ａと当金６，６の下面との接触点を支点とし、また、ボルト７のボルトヘッドの下面と当金６，６の上面との接触点を力点として、更に、当金６，６の対向する端部６ａ，６ａを作用点として、図１に示されるように、対向する端部６ａ，６ａを下方に向けて傾斜させた状態となる。
【００３７】
また、既に述べた通り、第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４における係合部９，９および１０，１０の中心からブロック下面までの寸法Ｚｂ０は、寸法Ｚｂ１の違いとは無関係に常に一定であり、この寸法Ｚｂ０が長尺裏当部材２，２の外周面の一片の長さの１／２に相当する長さに決められているので、板材溶接用クランプ治具１を図１のように組み立てて第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４を下面側からベースプレート５上に固定した状態では、長尺裏当部材２，２の下面をベースプレート５の上面に確実に密着させることができる。
【００３８】
このような構成を有する板材溶接用クランプ治具１に溶接対象となる板材１４，１５をクランプする際には、まず、第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４とスペーサ部材８，８および当金６，６をベースプレート５に共締めしているボルト７を十分に緩めるか或いは完全に外し、図４に示されるように、溶接対象となる２枚の板材１４，１５の溶接側端部１４ａ，１４ｂを相互に突き合わせ、この突き合せ部分を２本の長尺裏当部材２，２間の間隙で形成されるギャップＹ上に位置させて、長尺裏当部材２，２の上面と当金６，６の下面との間で板材１４，１５を挟み込み、締結手段としてのボルト７の先端をベースプレート５の雌ネジ部１９に螺合させて、長尺裏当部材２，２と当金６，６との間で板材１４，１５をクランプする。
【００３９】
図３を参照して説明した通り、係合部９，９および１０，１０の離間距離Ｘが適切な第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４の組を選択することによって、溶接条件に適したギャップ幅Ｙ、つまり、長尺裏当部材２，２の対向面間の離間距離Ｙを設定することが可能である。
【００４０】
また、板材１４，１５の板厚ｔに関しては、図２を参照して説明したようにスペーサ部材８，８における薄肉部の肉厚Ｚｓ１の選択を最適化すること、或いは、図３を参照して説明したように第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４における係合部９，９および１０，１０の中心からブロック上面までの寸法Ｚｂ１の選択を最適化することによって対処することが可能である。
【００４１】
つまり、板厚ｔが厚い板材１４，１５に対しては肉厚Ｚｓ１の厚いスペーサ部材８，８、或いは、寸法Ｚｂ１の大きな第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４を使用する一方、板厚ｔが薄い板材１４，１５に対しては、肉厚Ｚｓ１の薄いスペーサ部材８，８、または、寸法Ｚｂ１の小さな第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４を使用することにより、図４および図５に示されるように、スペーサ部材８，８の両端部８ａ，８ａを板材１４，１５の上面よりも上方に突出させ、かつ、スペーサ部材８，８の中央部８ｂを板材１４，１５の上面よりも下方に位置させることが可能となる。
【００４２】
これにより、板厚ｔの大小に関わりなく、前述したように、スペーサ部材８の両端部８ａ，８ａと当金６，６の下面との接触点を支点とし、また、ボルト７のボルトヘッドの下面と当金６，６の上面との接触点を力点として、更に、当金６，６の対向する端部６ａ，６ａを作用点として、図４に示されるように、ボルト７，７の締め付けにより当金６，６の端部６ａ，６ａを板材１４，１５の溶接側端部１４ａ，１５ａに強力に突き当てて板材１４，１５をクランプすることができるようになる。
【００４３】
従って、溶接条件の相違や板材１４，１５の厚みｔの違い等に応じて様々な寸法の長尺裏当部材２，２の組を幾つも準備しておく必要はなく、同一規格の長尺裏当部材２，２で様々な溶接条件や板厚に対処することが可能であり、高価な銅等の素材を浪費することなく経済的な溶接作業を行うことができるようになる。
【００４４】
また、２枚の板材１４，１５の溶接側端部１４ａ，１５ａを当金６，６の先端側の端部６ａ，６ａで集中的に押圧することができるので、長尺裏当部材２，２および当金６，６による熱の吸収作用を利用した熱歪みの低減効果が向上する。
【００４５】
更に、長尺裏当部材２，２の下面側がベースプレート５の上面と密着することから、長尺裏当部材２，２の外径を小さ目にして材料費を節約したような場合であっても、小径の長尺裏当部材２，２の実質的な剛性を確保することができ、また、ベースプレート５を放熱手段として利用して熱歪みの低減および過剰な熱エネルギーの吸収効果を向上させることが可能となる。
【００４６】
更に、第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４における各々の係合部９，９および１０，１０の間には、これら第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４を表裏に貫通するガス通し穴１１，１２が穿設され、ガス通し穴１１にはニップル１３が取り付けられているので、このニップル１３にチューブを接続して不活性ガスを流通させることができる。
【００４７】
ニップル１３から導入された不活性ガスは、長尺裏当部材２，２の対向面の間に形成さるたギャップからなるガス流通経路２０を通って図６（ａ）および図６（ｂ）に示される矢印の方向に流れるバックシールドガスとなるため、板材１４，１５の付き合わせ部分に生じる酸化や凹凸状の荒れの発生を効果的に抑制することができる。
【００４８】
なお、図６（ａ）および図６（ｂ）に示される例では、板材１４，１５の幅が長尺裏当部材２，２のスパンに比べて相対的に短い場合について示しているが、板材１４，１５の幅が長尺裏当部材２，２のスパンと同程度の場合、つまり、板材１４，１５によって長尺裏当部材２，２の上面が殆ど覆われてしまうような場合においては、ガス流通経路２０を通って流れたバックシールドガスの大半が第二の裏当部材支持ブロック４のガス通し穴１２を通って外部に放出されることになる。
【００４９】
また、板材１４，１５の幅が長尺裏当部材２，２のスパンに比べて相対的に短い場合においては、バックシールドガスの効果を有効に引き出すため、図６（ａ）および図６（ｂ）に示されるように、板材１４，１５の側面のうち溶接終了点の側を第一の裏当部材支持ブロック３の側、つまり、バックシールドガスの供給側に寄せて取り付けるようにする。この際、バックシールドガスの漏れが生じたり第一の裏当部材支持ブロック３に溶接終了点の熱が影響したりするのを防止するため、板材１４，１５の側面と第一の裏当部材支持ブロック３との間に使い捨てのダミーブロック２１を介装するとよい。
【００５０】
また、このようにしてバックシールドガスを流通させた場合であっても、ギャップの両端、つまり、長尺裏当部材２，２の外周部のエッジ部分２ｃ，２ｃに、溶接作業の繰り返しによる縁ダレ等の形状変化や組成変化が生じる場合があるが、このような場合には、再びボルト７を緩め、第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４間に回転可能に支持された長尺裏当部材２，２を軸周りに９０度だけ回転させることにより、改めて縁ダレ等の形状変化や組成変化のない部分を板材１４，１５の付き合わせ部分の載置面とすることができる。
【００５１】
つまり、長尺裏当部材２，２の矩形状の外周部の四面の全てを溶接対象となる板材１４，１５の載置面として繰り返し利用することができるため、板状の一体型裏当部材１０１を利用した図７のような従来型の板材溶接用クランプ治具１００と比べ、長尺裏当部材２，２の実質的な耐用期間を少なくとも４倍程度に引き延ばすことが可能となり、しかも、この間、長尺裏当部材２，２を交換することなく、適切なギャップ条件で確実な溶接作業を行うことができる。
【００５２】
また、独立した２本の長尺裏当部材２，２を離間させてギャップＹを形成する構成であるため、板状の一体型裏当部材１０１を利用した図７のような従来型の板材溶接用クランプ治具１００と比べ、熱伝導率の高い高価な金属素材の使用量を少なめに抑制することが可能であり、板材溶接用クランプ治具１全体の製造コストの低廉化が可能となる。
【００５３】
以上の実施形態は、プラズマ溶接を始めとして、Ｔｉｇ溶接，Ｍｉｇ溶接（Ｓｉｇｍａ溶接），炭酸ガスアーク溶接等の各種の溶接作業にそのまま適用することが可能である。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の板材溶接用クランプ治具は、矩形断面を有する２本の長尺裏当部材を第一，第二の裏当部材支持ブロックによって軸周りに回転可能に支持し、溶接対象となる２枚の板材の突き合わせ部分を２本の長尺裏当部材間の間隙に形成されるギャップ上に位置させて溶接作業を行うようにしているので、ギャップの両端に位置する長尺裏当部材のエッジ部分に溶接作業の繰り返しによる縁ダレ等の形状変化や組成変化が生じた場合であっても、２本の長尺裏当部材を９０度ピッチで回転させることにより、その時点で未使用の状態にある他の外周面を溶接対象板材の載置面として新たに利用することができる。この結果、板状の一体型裏当部材を利用した従来型の板材溶接用クランプ治具と比べ、裏当部材の実質的な耐用期間を４倍程度に引き延ばすことが可能となり、しかも、この間、長尺裏当部材を交換することなく適切なギャップ条件で確実な溶接作業を行うことができる。
また、独立した２本の長尺裏当部材を離間させてギャップを形成する構成であるため、ギャップを刻設した板状の一体型裏当部材を利用した従来型の板材溶接用クランプ治具と比べ、熱伝導率の高い金属素材の使用量を少なめに抑制することが可能であり、熱伝導率の高い高価な金属素材を無駄にすることなく有効に利用して常に適切なギャップ条件で確実な溶接作業を行うことが可能となる。
【００５５】
更に、２本の長尺裏当部材を支持する２つの係合部の間隔が異なる第一，第二の裏当部材支持ブロックの組を選択可能に複数組配備しているため、第一，第二の裏当部材支持ブロックの組を選択することで２本の長尺裏当部材間の間隙によって形成されるギャップの大きさを自由に選ぶことが可能となり、同一仕様の長尺裏当部材を使用して自由にギャップを調整することができる。
【００５６】
また、第一，第二の裏当部材支持ブロックの上面と当金の下面との間には各当金の対向する端部を下方に向けて傾斜させる板状のスペーサ部材を配備しているので、溶接対象となる２枚の板材の溶接側端部を当金の先端で集中的に押圧することが可能となり、長尺裏当部材および当金による熱の吸収作用を利用した熱歪みの低減効果を向上させることができる。
【００５７】
しかも、第一，第二の裏当部材支持ブロックをベースプレートによって下面側から固定することによって２本の長尺裏当部材の下面をベースプレートの上面と密着させるようにしているため、溶接対象となる板材を支える長尺裏当部材の実質的な剛性を高めることが可能であり、同時に、ベースプレートを放熱手段として利用して熱歪みの低減および過剰な熱エネルギーの吸収効果を向上させることもできるようになった。
【００５８】
また、第一，第二の裏当部材支持ブロックにおける２つの係合部の間に第一，第二の裏当部材支持ブロックを表裏に貫通するガス通し穴を形成し、２本の長尺裏当部材間の間隙に形成されるギャップに沿って不活性ガスを流通させるようにしているので、ギャップの両側に位置する溶接対象の２枚の板材の溶接側端部に生じる酸化や凹凸状の荒れの発生を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した一実施形態の板材溶接用クランプ治具の外観を示した斜視図である。
【図２】同実施形態の板材溶接用クランプ治具の構成要素を具体的に示した組立図である。
【図３】第一，第二の裏当部材支持ブロックにおける係合部の配設間隔の一例を示した概念図である。
【図４】溶接対象となる板材を板材溶接用クランプ治具でクランプした時の状態を示した断面図である。
【図５】溶接対象となる板材を板材溶接用クランプ治具でクランプした時の状態を示した斜視図である。
【図６】溶接対象となる板材をクランプした状態でバックシールドガスの流れを示した断面図である。
【図７】板状の一体型裏当部材を利用した従来の板材溶接用クランプ治具の一般的な構成例を示した概念図である。
【符号の説明】
１ 板材溶接用クランプ治具
２ 長尺裏当部材
２ａ，２ｂ 円柱突起
２ｃ エッジ部分
３ 第一の裏当部材支持ブロック
４ 第二の裏当部材支持ブロック
５ ベースプレート
６ 当金
６ａ 当金の対向する端部
７ ボルト（締結手段）
８ スペーサ部材
８ａ スペーサ部材の両端部
８ｂ スペーサ部材の中央部
９，１０ 係合部
１１，１２ ガス通し穴
１３ ニップル
１４，１５ 溶接対象となる板材
１４ａ，１５ａ 溶接側端部
１６，１７，１８ 貫通孔
１９ 雌ネジ部
２０ ガス流通経路
２１ ダミーブロック
１００ 板材溶接用クランプ治具（従来例）
１０１ 裏当部材
１０２ ギャップ
１０２ａ エッジ部分
１０３，１０４ 板材
１０３ａ，１０４ａ 溶接側端部
１０５，１０６ 当金
１０７ 溶接トーチ
【発明の属する技術分野】
本発明は、２枚の板材を突き合わせて溶接する際に熱歪みを低減したり過剰な熱エネルギーを吸収するために使用される板材溶接用クランプ治具の改良に関する。
【０００２】
【従来の技術】
この種の板材溶接用クランプ治具としては、例えば、特開平５−１０４２５０号に開示されるように、板状の一体型裏当部材を利用した板材溶接用クランプ治具が公知である。
【０００３】
板状の一体型裏当部材を利用した板材溶接用クランプ治具の一般的な構成例を図７に示す。
【０００４】
この板材溶接用クランプ治具１００は、銅等によって形成される熱伝導率の高い板状の裏当部材１０１に矩形状の溝からなるギャップ１０２を刻設し、溶接対象となる板材１０３，１０４を裏当部材１０１の上に載置し、ギャップ１０２上で板材１０３，１０４の溶接側端部１０３ａ，１０４ａを突き合わせた状態で当金１０５，１０６によって板材１０３，１０４を固定し、板材１０３，１０４の溶接側端部１０３ａ，１０４ａの突き合わせ部に沿って溶接トーチ１０７を移動させることで溶接作業を行うように構成したものである。
【０００５】
ギャップ１０２は板材１０３，１０４の溶接側端部１０３ａ，１０４ａを局所的に加熱するために設けられたもので、この箇所を除く裏当部材１０１の部分には、板材１０３，１０４と密着して過剰な熱を除去する機能、つまり、熱歪みを低減したり過剰な熱エネルギーを吸収する機能が要求される。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
こういった要求を満たすためには、熱伝導率の高い銅等の金属によって裏当部材１０１を形成する必要があり、材料費が割高となる問題がある。
【０００７】
しかも、同じ裏当部材１０１を何度も反復して使用していると、ギャップ１０２のエッジ部分１０２ａ，１０２ａに溶融あるいは腐食が発生して縁ダレ等の形状変化や組成変化を起こす場合があり、初期のギャップ幅が失われて適切な溶接作業が困難となる場合もあり、裏当部材１０１は、その素材が高価であるにも関わらず、実質的な耐用期間は極めて短いものであった。
【０００８】
また、溶接対象となる板材１０３，１０４の材質や板厚等に応じて適切な溶接作業を行うためにはギャップ１０２の幅を最適化する必要があるが、図７の従来例のようにギャップ１０２を裏当部材１０１と一体化した構成では、ギャップ幅の調整は困難であり、溶接対象となる板材１０３，１０４の材質や板厚および他の溶接条件等に応じて多数の裏当部材１０１を準備しておかなければならないといった問題がある。
【０００９】
【発明の目的】
そこで、本発明の目的は、前記従来技術の不都合を解消し、熱伝導率の高い高価な金属素材を無駄にすることなく有効に利用して常に適切なギャップ条件で確実な溶接作業を行うことのできる板材溶接用クランプ治具を提供することにある。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
本発明は、裏当部材に形成されたギャップ上で２枚の板材の溶接側端部を突き合わせて保持する板材溶接用クランプ治具であり、前記目的を達成するため、特に、
矩形断面を有する２本の長尺裏当部材と、前記各々の長尺裏当部材の一端部に嵌合して前記各々の長尺裏当部材を軸周りに回転可能に支持する２つの係合部を所定の間隔を空けて配備した第一の裏当部材支持ブロックと、前記各々の長尺裏当部材の他端部に嵌合して前記各々の長尺裏当部材を軸周りに回転可能に支持する２つの係合部を前記所定の間隔を空けて配備した第二の裏当部材支持ブロックと、前記２本の長尺裏当部材の両端部に装着された前記第一，第二の裏当部材支持ブロックを着脱可能に固定するベースプレートと、前記第一，第二の裏当部材支持ブロックの間に掛け渡され前記２本の長尺裏当部材の各々と並行して各々の長尺裏当部材の上面側に位置し前記２本の長尺裏当部材の各々に載置された２枚の板材の溶接側端部をクランプする一対の当金と、前記各々の当金の両端部に配備され前記各々の当金の両端部を前記第一，第二の裏当部材支持ブロックの上面に押し付けるようにして着脱可能に締結する締結手段とを備えたことを特徴とする構成を有する。
【００１１】
以上の構成により、矩形断面を有する２本の長尺裏当部材が其の両端部を第一の裏当部材支持ブロックと第二の裏当部材支持ブロックとによって支持され、ベースプレート上に着脱可能に固定される。
溶接対象となる２枚の板材は、溶接側端部を相互に突き合わされ、この部分を２本の長尺裏当部材間の間隙で形成されるギャップ上に位置させた状態で、２本の長尺裏当部材上に載置され、更に、溶接対象となる２枚の板材の各々が、第一，第二の裏当部材支持ブロックの間に掛け渡された各々の当金によって上方から把持され、これらの当金の両端部に配備された締結手段によってクランプされることで、長尺裏当部材と当金との間で強力に挾持される。
矩形断面を有する２本の長尺裏当部材の各々は、第一，第二の裏当部材支持ブロックの各々に配備された係合部によって回転可能に支持されているので、長尺裏当部材の矩形状の外周部の四面のうち、任意の一面を溶接対象となる板材の載置面として利用することができる。
２本の長尺裏当部材間の間隙によって形成されるギャップの両端、つまり、長尺裏当部材の外周部のエッジ部分には、溶接作業の繰り返しによって縁ダレ等の形状変化や組成変化が生じる場合があるが、２本の長尺裏当部材を９０度ピッチで回転させることにより長尺裏当部材の矩形状の外周部の四面の全てを溶接対象となる板材の載置面として利用することができるため、板状の一体型裏当部材を利用した従来型の板材溶接用クランプ治具と比べ、裏当部材の実質的な耐用期間を４倍程度に引き延ばすことが可能となり、しかも、この間、長尺裏当部材を交換することなく適切なギャップ条件で確実な溶接作業を行うことができる。
また、独立した２本の長尺裏当部材を離間させてギャップを形成する構成であるため、板状の一体型裏当部材を利用した従来型の板材溶接用クランプ治具と比べ、熱伝導率の高い金属素材の使用量を少なめに抑制することが可能であり、治具全体の製造コストを引き下げるとができる。
以上の理由により、熱伝導率の高い高価な金属素材を無駄にすることなく有効に利用して常に適切なギャップ条件で確実な溶接作業を行うといった所期の目的が達成される。
【００１２】
また、前記構成において、２つの係合部の間隔が異なる第一，第二の裏当部材支持ブロックを選択可能に複数組配備するようにしてもよい。
【００１３】
このような構成によれば、第一，第二の裏当部材支持ブロックの組を選択することにより、２本の長尺裏当部材間の間隙によって形成されるギャップの大きさを自由に選ぶことができる。つまり、素材自体が高価な多種の長尺裏当部材を予め準備する必要はなく、同一仕様の長尺裏当部材を使用して自由にギャップを調整することが可能となる。
【００１４】
更に、第一，第二の裏当部材支持ブロックの上面と前記当金の下面との間に、各当金の対向する端部を下方に向けて傾斜させる板状のスペーサ部材を配備することも可能である。
【００１５】
溶接対象となる２枚の板材の溶接側端部を当金の先端で集中的に押圧することができるので、長尺裏当部材および当金による熱の吸収作用を利用した熱歪みの低減効果が向上する。
【００１６】
また、第一，第二の裏当部材支持ブロックを下面側から固定するようにベースプレートを構成すると共に、前記第一，第二の裏当部材支持ブロックに、２本の長尺裏当部材の下面がベースプレートの上面と密着するようにして前記２つの係合部を配備するようにしてもよい。
【００１７】
２本の長尺裏当部材の下面をベースプレートの上面と密着させる構成により、板材を支える長尺裏当部材の実質的な剛性を高めることが可能であり、同時に、ベースプレートを放熱手段として利用して熱歪みの低減および過剰な熱エネルギーの吸収効果を向上させることができる。
【００１８】
更に、第一，第二の裏当部材支持ブロックにおける２つの係合部の間には、これら第一，第二の裏当部材支持ブロックを表裏に貫通するガス通し穴を形成することも可能である。
【００１９】
このガス通し穴を介して２本の長尺裏当部材間の間隙に形成されたギャップに不活性ガスを流通させることにより、ギャップの両側に位置する溶接対象の２枚の板材の溶接側端部に生じる酸化や凹凸状の荒れの発生を効果的に抑制することが可能となる。
【００２０】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明の実施形態について説明する。図１は本発明を適用した一実施形態の板材溶接用クランプ治具１の外観を示した斜視図、図２は板材溶接用クランプ治具１の構成要素を具体的に示した組立図である。
【００２１】
図１および図２に示される通り、この実施形態の板材溶接用クランプ治具１の主要部は、概略において、矩形断面を有する２本の長尺裏当部材２，２と、長尺裏当部材２，２を支持する第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４、および、長尺裏当部材２，２の両端部に装着された第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４を着脱可能に固定するベースプレート５、ならびに、第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４の間に掛け渡されて長尺裏当部材２，２の上面側に位置する一対の当金６，６と、この当金６，６の両端部に配備されて当金６，６を第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４に着脱可能に締結するボルト７（締結手段）とによって構成される。
【００２２】
また、第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４の上面と当金６，６の下面との間には、板状のスペーサ部材８，８が介装されるようになっている。
【００２３】
次に、板材溶接用クランプ治具１の構成要素の具体的な構造について詳細に説明する。
【００２４】
まず、長尺裏当部材２，２は、図２に示される通りの長尺の角柱体であり、その断面形状は正方形である。長尺裏当部材２，２は熱伝導率の高い銅等を素材として形成され、その両端部の各々には、第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４と嵌合するための円柱突起２ａ，２ｂが一体に突設されている。
【００２５】
第一の裏当部材支持ブロック３には、図２に示されるように、長尺裏当部材２，２の一端に突設された円柱突起２ａ，２ａの各々と嵌合して長尺裏当部材２，２を軸周りに回転可能に支持する２つの丸穴状の係合部９，９が所定の間隔を空けて穿設され、また、第二の裏当部材支持ブロック４には、長尺裏当部材２，２の他端に突設された円柱突起２ｂ，２ｂの各々と嵌合して長尺裏当部材２，２を軸周りに回転可能に支持する２つの丸穴状の係合部１０，１０が前記と同様の所定の間隔を空けて穿設されている。
【００２６】
この実施形態においては、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示されるように、形状が同一で丸穴状の係合部９，９および１０，１０の間の離間距離Ｘのみが異なる第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４の組が予め幾つか準備されており、これらの中から板材溶接用クランプ治具１の組み立てに使用する第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４の組を選択することにより、長尺裏当部材２，２の間に形成されるギャップＹの幅を自由に選ぶことができるようになっている。
【００２７】
図２に示される通り、第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４における２つの係合部９，９および１０，１０の間には、これらの裏当部材支持ブロック３，４を表裏に貫通するガス通し穴１１，１２が形成され、一方の裏当部材支持ブロック３のガス通し穴１１には、不活性ガス供給用のチューブ（図示せず）を接続するためのニップル１３が設けられている。
【００２８】
第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４と当金６，６との間に介装されるスペーサ部材８，８は、図２に示される通り、両端部８ａ，８ａの厚みが中央部８ｂの厚みよりも厚く形成された板状の部材であり、図１に示されるようにしてスペーサ部材８，８上に当金６，６を掛け渡して載置した状態で、当金６，６の対向する端部６ａ，６ａを下方に向けて傾斜させるようになっている。
【００２９】
また、溶接対象となる様々な厚みの板材１４，１５に対処するため、図２に示されるように、中央部８ｂと両端部８ａ，８ａの厚みの差Ｚｓ０を一定とし、中央部８ｂの肉厚Ｚｓ１を変えたスペーサ部材８，８の組を幾つか設けるようにしてもよい。
【００３０】
このような構成を適用した場合、溶接対象となる板材１４，１５が厚い場合には、中央部８ｂの肉厚Ｚｓ１の厚いスペーサ部材８，８を使用し、これとは逆に、溶接対象となる板材１４，１５が薄い場合には、中央部８ｂの肉厚Ｚｓ１の薄いスペーサ部材８，８を使用するようにする。
【００３１】
これと同様の目的を達成するため、図３（ａ）〜図３（ｃ）に示されるように、係合部９，９および１０，１０の中心からブロック下面までの寸法Ｚｂ０を一定とし、係合部９，９および１０，１０の中心からブロック上面までの寸法Ｚｂ１を変えた第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４の組を幾つか設けるようにすることも可能である。
【００３２】
このような構成を適用した場合は、溶接対象となる板材１４，１５が厚い場合には、例えば図３（ｃ）のように、係合部９，９および１０，１０の中心からブロック上面までの寸法Ｚｂ１が大きい第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４を使用し、これとは逆に、溶接対象となる板材１４，１５が薄い場合には、例えば図３（ａ）のように、係合部９，９および１０，１０の中心からブロック上面までの寸法Ｚｂ１が小さい第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４を使用することになる。
【００３３】
この実施形態では、係合部９，９および１０，１０の中心からブロック下面までの寸法Ｚｂ０を共通とし、この寸法Ｚｂ０は、断面を正方形に形成された長尺裏当部材２，２の外周面の一片の長さの１／２に相当する長さに設定しているので、係合部９，９および１０，１０の中心からブロック上面までの寸法Ｚｂ１の異なる何れの第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４の組を選択して板材溶接用クランプ治具１の組み立てに使用した場合であっても、長尺裏当部材２，２の形状および寸法が同一の規格である限り、長尺裏当部材２，２の下面をベースプレート５の上面に確実に密着させることができる。
【００３４】
図２に示されるように、当金６，６の両端部と、スペーサ部材８，８の両端部、および、第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４の両端部には、締結手段としてのボルト７の雄ネジ部を通すための貫通孔１６，１７，１８が穿設される一方、ベースプレート５の四隅には、ボルト７の先端部を螺合させるための雌ネジ部１９が、タッピングによって一体に刻設されている。
【００３５】
そして、係合部９，９と円柱突起２ａ，２ａおよび係合部１０，１０と円柱突起２ｂ，２ｂとの凹凸嵌合によって長尺裏当部材２，２の両端部に装着された第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４と、第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４上に設置されたスペーサ部材８，８、および、２本の長尺裏当部材２，２と並行してスペーサ部材８，８の上面に掛け渡された当金６，６の各々が、これらの貫通孔１８，１７，１６に通されたボルト７を介してベースプレート５の四隅の雌ネジ部１９に共締めされて、図１に示されるような板材溶接用クランプ治具１が組み立てられる。
【００３６】
図２に示される通り、スペーサ部材８，８の貫通孔１７，１７は、肉厚の両端部８ａ，８ａよりも中央に寄った位置に穿設されている。従って、ボルト７を締め付けることにより、当金６，６は、スペーサ部材８，８の肉厚の両端部８ａ，８ａと当金６，６の下面との接触点を支点とし、また、ボルト７のボルトヘッドの下面と当金６，６の上面との接触点を力点として、更に、当金６，６の対向する端部６ａ，６ａを作用点として、図１に示されるように、対向する端部６ａ，６ａを下方に向けて傾斜させた状態となる。
【００３７】
また、既に述べた通り、第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４における係合部９，９および１０，１０の中心からブロック下面までの寸法Ｚｂ０は、寸法Ｚｂ１の違いとは無関係に常に一定であり、この寸法Ｚｂ０が長尺裏当部材２，２の外周面の一片の長さの１／２に相当する長さに決められているので、板材溶接用クランプ治具１を図１のように組み立てて第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４を下面側からベースプレート５上に固定した状態では、長尺裏当部材２，２の下面をベースプレート５の上面に確実に密着させることができる。
【００３８】
このような構成を有する板材溶接用クランプ治具１に溶接対象となる板材１４，１５をクランプする際には、まず、第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４とスペーサ部材８，８および当金６，６をベースプレート５に共締めしているボルト７を十分に緩めるか或いは完全に外し、図４に示されるように、溶接対象となる２枚の板材１４，１５の溶接側端部１４ａ，１４ｂを相互に突き合わせ、この突き合せ部分を２本の長尺裏当部材２，２間の間隙で形成されるギャップＹ上に位置させて、長尺裏当部材２，２の上面と当金６，６の下面との間で板材１４，１５を挟み込み、締結手段としてのボルト７の先端をベースプレート５の雌ネジ部１９に螺合させて、長尺裏当部材２，２と当金６，６との間で板材１４，１５をクランプする。
【００３９】
図３を参照して説明した通り、係合部９，９および１０，１０の離間距離Ｘが適切な第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４の組を選択することによって、溶接条件に適したギャップ幅Ｙ、つまり、長尺裏当部材２，２の対向面間の離間距離Ｙを設定することが可能である。
【００４０】
また、板材１４，１５の板厚ｔに関しては、図２を参照して説明したようにスペーサ部材８，８における薄肉部の肉厚Ｚｓ１の選択を最適化すること、或いは、図３を参照して説明したように第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４における係合部９，９および１０，１０の中心からブロック上面までの寸法Ｚｂ１の選択を最適化することによって対処することが可能である。
【００４１】
つまり、板厚ｔが厚い板材１４，１５に対しては肉厚Ｚｓ１の厚いスペーサ部材８，８、或いは、寸法Ｚｂ１の大きな第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４を使用する一方、板厚ｔが薄い板材１４，１５に対しては、肉厚Ｚｓ１の薄いスペーサ部材８，８、または、寸法Ｚｂ１の小さな第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４を使用することにより、図４および図５に示されるように、スペーサ部材８，８の両端部８ａ，８ａを板材１４，１５の上面よりも上方に突出させ、かつ、スペーサ部材８，８の中央部８ｂを板材１４，１５の上面よりも下方に位置させることが可能となる。
【００４２】
これにより、板厚ｔの大小に関わりなく、前述したように、スペーサ部材８の両端部８ａ，８ａと当金６，６の下面との接触点を支点とし、また、ボルト７のボルトヘッドの下面と当金６，６の上面との接触点を力点として、更に、当金６，６の対向する端部６ａ，６ａを作用点として、図４に示されるように、ボルト７，７の締め付けにより当金６，６の端部６ａ，６ａを板材１４，１５の溶接側端部１４ａ，１５ａに強力に突き当てて板材１４，１５をクランプすることができるようになる。
【００４３】
従って、溶接条件の相違や板材１４，１５の厚みｔの違い等に応じて様々な寸法の長尺裏当部材２，２の組を幾つも準備しておく必要はなく、同一規格の長尺裏当部材２，２で様々な溶接条件や板厚に対処することが可能であり、高価な銅等の素材を浪費することなく経済的な溶接作業を行うことができるようになる。
【００４４】
また、２枚の板材１４，１５の溶接側端部１４ａ，１５ａを当金６，６の先端側の端部６ａ，６ａで集中的に押圧することができるので、長尺裏当部材２，２および当金６，６による熱の吸収作用を利用した熱歪みの低減効果が向上する。
【００４５】
更に、長尺裏当部材２，２の下面側がベースプレート５の上面と密着することから、長尺裏当部材２，２の外径を小さ目にして材料費を節約したような場合であっても、小径の長尺裏当部材２，２の実質的な剛性を確保することができ、また、ベースプレート５を放熱手段として利用して熱歪みの低減および過剰な熱エネルギーの吸収効果を向上させることが可能となる。
【００４６】
更に、第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４における各々の係合部９，９および１０，１０の間には、これら第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４を表裏に貫通するガス通し穴１１，１２が穿設され、ガス通し穴１１にはニップル１３が取り付けられているので、このニップル１３にチューブを接続して不活性ガスを流通させることができる。
【００４７】
ニップル１３から導入された不活性ガスは、長尺裏当部材２，２の対向面の間に形成さるたギャップからなるガス流通経路２０を通って図６（ａ）および図６（ｂ）に示される矢印の方向に流れるバックシールドガスとなるため、板材１４，１５の付き合わせ部分に生じる酸化や凹凸状の荒れの発生を効果的に抑制することができる。
【００４８】
なお、図６（ａ）および図６（ｂ）に示される例では、板材１４，１５の幅が長尺裏当部材２，２のスパンに比べて相対的に短い場合について示しているが、板材１４，１５の幅が長尺裏当部材２，２のスパンと同程度の場合、つまり、板材１４，１５によって長尺裏当部材２，２の上面が殆ど覆われてしまうような場合においては、ガス流通経路２０を通って流れたバックシールドガスの大半が第二の裏当部材支持ブロック４のガス通し穴１２を通って外部に放出されることになる。
【００４９】
また、板材１４，１５の幅が長尺裏当部材２，２のスパンに比べて相対的に短い場合においては、バックシールドガスの効果を有効に引き出すため、図６（ａ）および図６（ｂ）に示されるように、板材１４，１５の側面のうち溶接終了点の側を第一の裏当部材支持ブロック３の側、つまり、バックシールドガスの供給側に寄せて取り付けるようにする。この際、バックシールドガスの漏れが生じたり第一の裏当部材支持ブロック３に溶接終了点の熱が影響したりするのを防止するため、板材１４，１５の側面と第一の裏当部材支持ブロック３との間に使い捨てのダミーブロック２１を介装するとよい。
【００５０】
また、このようにしてバックシールドガスを流通させた場合であっても、ギャップの両端、つまり、長尺裏当部材２，２の外周部のエッジ部分２ｃ，２ｃに、溶接作業の繰り返しによる縁ダレ等の形状変化や組成変化が生じる場合があるが、このような場合には、再びボルト７を緩め、第一，第二の裏当部材支持ブロック３，４間に回転可能に支持された長尺裏当部材２，２を軸周りに９０度だけ回転させることにより、改めて縁ダレ等の形状変化や組成変化のない部分を板材１４，１５の付き合わせ部分の載置面とすることができる。
【００５１】
つまり、長尺裏当部材２，２の矩形状の外周部の四面の全てを溶接対象となる板材１４，１５の載置面として繰り返し利用することができるため、板状の一体型裏当部材１０１を利用した図７のような従来型の板材溶接用クランプ治具１００と比べ、長尺裏当部材２，２の実質的な耐用期間を少なくとも４倍程度に引き延ばすことが可能となり、しかも、この間、長尺裏当部材２，２を交換することなく、適切なギャップ条件で確実な溶接作業を行うことができる。
【００５２】
また、独立した２本の長尺裏当部材２，２を離間させてギャップＹを形成する構成であるため、板状の一体型裏当部材１０１を利用した図７のような従来型の板材溶接用クランプ治具１００と比べ、熱伝導率の高い高価な金属素材の使用量を少なめに抑制することが可能であり、板材溶接用クランプ治具１全体の製造コストの低廉化が可能となる。
【００５３】
以上の実施形態は、プラズマ溶接を始めとして、Ｔｉｇ溶接，Ｍｉｇ溶接（Ｓｉｇｍａ溶接），炭酸ガスアーク溶接等の各種の溶接作業にそのまま適用することが可能である。
【００５４】
【発明の効果】
本発明の板材溶接用クランプ治具は、矩形断面を有する２本の長尺裏当部材を第一，第二の裏当部材支持ブロックによって軸周りに回転可能に支持し、溶接対象となる２枚の板材の突き合わせ部分を２本の長尺裏当部材間の間隙に形成されるギャップ上に位置させて溶接作業を行うようにしているので、ギャップの両端に位置する長尺裏当部材のエッジ部分に溶接作業の繰り返しによる縁ダレ等の形状変化や組成変化が生じた場合であっても、２本の長尺裏当部材を９０度ピッチで回転させることにより、その時点で未使用の状態にある他の外周面を溶接対象板材の載置面として新たに利用することができる。この結果、板状の一体型裏当部材を利用した従来型の板材溶接用クランプ治具と比べ、裏当部材の実質的な耐用期間を４倍程度に引き延ばすことが可能となり、しかも、この間、長尺裏当部材を交換することなく適切なギャップ条件で確実な溶接作業を行うことができる。
また、独立した２本の長尺裏当部材を離間させてギャップを形成する構成であるため、ギャップを刻設した板状の一体型裏当部材を利用した従来型の板材溶接用クランプ治具と比べ、熱伝導率の高い金属素材の使用量を少なめに抑制することが可能であり、熱伝導率の高い高価な金属素材を無駄にすることなく有効に利用して常に適切なギャップ条件で確実な溶接作業を行うことが可能となる。
【００５５】
更に、２本の長尺裏当部材を支持する２つの係合部の間隔が異なる第一，第二の裏当部材支持ブロックの組を選択可能に複数組配備しているため、第一，第二の裏当部材支持ブロックの組を選択することで２本の長尺裏当部材間の間隙によって形成されるギャップの大きさを自由に選ぶことが可能となり、同一仕様の長尺裏当部材を使用して自由にギャップを調整することができる。
【００５６】
また、第一，第二の裏当部材支持ブロックの上面と当金の下面との間には各当金の対向する端部を下方に向けて傾斜させる板状のスペーサ部材を配備しているので、溶接対象となる２枚の板材の溶接側端部を当金の先端で集中的に押圧することが可能となり、長尺裏当部材および当金による熱の吸収作用を利用した熱歪みの低減効果を向上させることができる。
【００５７】
しかも、第一，第二の裏当部材支持ブロックをベースプレートによって下面側から固定することによって２本の長尺裏当部材の下面をベースプレートの上面と密着させるようにしているため、溶接対象となる板材を支える長尺裏当部材の実質的な剛性を高めることが可能であり、同時に、ベースプレートを放熱手段として利用して熱歪みの低減および過剰な熱エネルギーの吸収効果を向上させることもできるようになった。
【００５８】
また、第一，第二の裏当部材支持ブロックにおける２つの係合部の間に第一，第二の裏当部材支持ブロックを表裏に貫通するガス通し穴を形成し、２本の長尺裏当部材間の間隙に形成されるギャップに沿って不活性ガスを流通させるようにしているので、ギャップの両側に位置する溶接対象の２枚の板材の溶接側端部に生じる酸化や凹凸状の荒れの発生を効果的に抑制することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明を適用した一実施形態の板材溶接用クランプ治具の外観を示した斜視図である。
【図２】同実施形態の板材溶接用クランプ治具の構成要素を具体的に示した組立図である。
【図３】第一，第二の裏当部材支持ブロックにおける係合部の配設間隔の一例を示した概念図である。
【図４】溶接対象となる板材を板材溶接用クランプ治具でクランプした時の状態を示した断面図である。
【図５】溶接対象となる板材を板材溶接用クランプ治具でクランプした時の状態を示した斜視図である。
【図６】溶接対象となる板材をクランプした状態でバックシールドガスの流れを示した断面図である。
【図７】板状の一体型裏当部材を利用した従来の板材溶接用クランプ治具の一般的な構成例を示した概念図である。
【符号の説明】
１ 板材溶接用クランプ治具
２ 長尺裏当部材
２ａ，２ｂ 円柱突起
２ｃ エッジ部分
３ 第一の裏当部材支持ブロック
４ 第二の裏当部材支持ブロック
５ ベースプレート
６ 当金
６ａ 当金の対向する端部
７ ボルト（締結手段）
８ スペーサ部材
８ａ スペーサ部材の両端部
８ｂ スペーサ部材の中央部
９，１０ 係合部
１１，１２ ガス通し穴
１３ ニップル
１４，１５ 溶接対象となる板材
１４ａ，１５ａ 溶接側端部
１６，１７，１８ 貫通孔
１９ 雌ネジ部
２０ ガス流通経路
２１ ダミーブロック
１００ 板材溶接用クランプ治具（従来例）
１０１ 裏当部材
１０２ ギャップ
１０２ａ エッジ部分
１０３，１０４ 板材
１０３ａ，１０４ａ 溶接側端部
１０５，１０６ 当金
１０７ 溶接トーチ
Claims (5)
- 裏当部材に形成されたギャップ上で２枚の板材の溶接側端部を突き合わせて保持する板材溶接用クランプ治具であって、
矩形断面を有する２本の長尺裏当部材と、前記各々の長尺裏当部材の一端部に嵌合して前記各々の長尺裏当部材を軸周りに回転可能に支持する２つの係合部を所定の間隔を空けて配備した第一の裏当部材支持ブロックと、前記各々の長尺裏当部材の他端部に嵌合して前記各々の長尺裏当部材を軸周りに回転可能に支持する２つの係合部を前記所定の間隔を空けて配備した第二の裏当部材支持ブロックと、前記２本の長尺裏当部材の両端部に装着された前記第一，第二の裏当部材支持ブロックを着脱可能に固定するベースプレートと、前記第一，第二の裏当部材支持ブロックの間に掛け渡され前記２本の長尺裏当部材の各々と並行して各々の長尺裏当部材の上面側に位置し前記２本の長尺裏当部材の各々に載置された２枚の板材の溶接側端部をクランプする一対の当金と、前記各々の当金の両端部に配備され前記各々の当金の両端部を前記第一，第二の裏当部材支持ブロックの上面に押し付けるようにして着脱可能に締結する締結手段とを備えたことを特徴とする板材溶接用クランプ治具。 - 前記２つの係合部の間隔が異なる第一，第二の裏当部材支持ブロックの組が選択可能に複数組配備されていることを特徴とする請求項１記載の板材溶接用クランプ治具。
- 前記第一，第二の裏当部材支持ブロックの上面と前記当金の下面との間に、前記一対の当金の対向する端部を下方に向けて傾斜させる板状のスペーサ部材が配備されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載の板材溶接用クランプ治具。
- 前記ベースプレートは前記第一，第二の裏当部材支持ブロックを下面側から固定するように構成され、前記第一，第二の裏当部材支持ブロックには、前記２本の長尺裏当部材の下面が前記ベースプレートの上面と密着する位置に前記２つの係合部が配備されていることを特徴とする請求項１，請求項２または請求項３記載の板材溶接用クランプ治具。
- 前記第一，第二の裏当部材支持ブロックにおける２つの係合部の間に、該第一，第二の裏当部材支持ブロックを表裏に貫通するガス通し穴が形成されていることを特徴とする請求項１，請求項２，請求項３または請求項４記載の板材溶接用クランプ治具。
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| JP2002176886A JP2004017108A (ja) | 2002-06-18 | 2002-06-18 | 板材溶接用クランプ治具 |
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|---|---|
| JP2004017108A true JP2004017108A (ja) | 2004-01-22 |
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ID=31175068
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| JP (1) | JP2004017108A (ja) |
Cited By (7)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2009082929A (ja) * | 2007-09-27 | 2009-04-23 | Jfe Container Co Ltd | 円周溶接用内治具装置及びこれを用いた円周溶接方法 |
| KR101360628B1 (ko) | 2012-05-03 | 2014-02-10 | 주식회사 포스코 | 소재 접합용 지그 장치 |
| CN105499882A (zh) * | 2016-01-19 | 2016-04-20 | 天津大学 | 基于平面位置的电子束焊接夹具及其应用 |
| CN107662069A (zh) * | 2017-11-01 | 2018-02-06 | 上海和达汽车配件有限公司 | 一种用于薄板铝合金焊接工装的散热装置 |
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| CN114559197A (zh) * | 2021-12-24 | 2022-05-31 | 杭州大和热磁电子有限公司 | 一种石英板焊接夹具及其使用方法 |
-
2002
- 2002-06-18 JP JP2002176886A patent/JP2004017108A/ja not_active Withdrawn
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