JP2009195920A - 自動溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】杭頭定着筋（ひげ筋）方式の溶接においては、例え熟練した溶接作業者であっても劣悪な作業環境下において極めて複雑な作業を長時間に亘って溶接の質を落とすことなく行うことは困難であることを解消する。
【解決手段】本発明の自動溶接装置１は、鉄筋Ｉを把持して鋼管杭Ｐに装着するための固定部２（固定手段）と、溶接トーチＴを溶接すべき箇所に対して位置調整可能に支持する支持部４（支持手段）と、溶接トーチＴを振幅させる振幅部５（振幅手段）と、昇降させる昇降部３（昇降手段）と、この昇降部３と振幅部５を連動制御する制御部６（制御手段）と、を備えた。
【効果】溶接トーチを溶接すべき箇所に対して適切な位置とした状態で昇降手段及び振幅手段が連動するから溶接は確実なものとなる。また、溶接作業が、経験から全て定量化されるから、溶接後の仕上げ形状やビードの内部性状について予測が可能となる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、杭頭定着筋方式（以下、ひげ筋方式という）における鋼管杭の杭頭に鉄筋を縦向きに均質かつ高効率で溶接することができる自動溶接装置に関する。

基礎フーチングと、この基礎フーチングのさらに土中に埋設される鋼管杭における杭頭部との接合方法としては、土中から突出した杭頭部の鋼管外周に鉄筋を直接溶接するいわゆるひげ筋方式が主として採用されている。

上記ひげ筋方式は、大別すると、土中に埋設する前に予め工場で鋼管杭に鉄筋を溶接しておく手法と、土中に埋設された後の鋼管杭における杭頭部に鉄筋を現場で溶接する手法と、の２種類があり、ひげ筋溶接施工後の配筋が容易であることから後者の現場にて溶接する手法が主流となっている。

上記後者の現場にてひげ筋方式を実施する場合、前者の工場における実施環境に較べて、劣悪な状況下での作業であること、及び溶接者の技量の差もあって、溶接品質にかなりのばらつきがあり、高い溶接品質を均一的に維持することは困難であった。

そこで、従来、特許文献１，２に開示されるような自動溶接装置が提案されている。
特開平５−２６９５７８号公報 特開平６−１７０５３５号公報

特許文献１，２は、鋼管杭の杭頭外周に鉄筋を縦に溶接する作業が特殊かつ困難で、非能率的であり、また、不均一な仕上がりになりがちである点を解消すべく、溶接箇所に対する、溶接トーチの、水平角度及び垂直角度並びに距離を調整可能で、かつ鉄筋の軸方向へ昇降可能に、該溶接トーチを鋼管杭に対して支持する構成とされている。

しかしながら、上記特許文献１，２は、溶接トーチの水平及び垂直角度や溶接箇所からの距離を調整して固定した後、その状態で鉄筋の軸方向に昇降するだけの構成であったため、接合強度が指定され、そのために鉄筋径に対してビード幅や盛肉厚が厳密に要求されるひげ筋方式には適用することができなかった。

特許文献１，２をひげ筋方式に適用できない理由は次のとおりである。特許文献１，２の構成では、溶接トーチが水平振幅動をしないから、所定ビード幅で（維持しつつ）溶接するには、結局、作業者が該溶接トーチを操作する必要があり、そうすると作業者の熟練度により溶接仕上がりのばらつきが生じる。

また、仮に特許文献１，２において自動で溶接トーチが水平振幅動を行うような機構を設けたとしても、上昇又は下降しながら振幅するということは、昇降しないときの１回の振幅（ビード幅）にはならない可能性があり、また、１回の振幅後に昇降する場合は該昇降の量によって盛肉厚が設定した状態とはならない可能性がある。

つまり、特許文献１，２に溶接トーチを水平振幅動を行う機構を付加しただけでは、結局のところ、昇降動作と水平振幅動とが何の関連も持たずに独立して動作する構成であるため、ひげ筋方式における溶接手法、すなわち鉄筋の軸方向へ移動させながら水平振幅移動をさせるという特殊な溶接トーチの軌道を必要とする装置としては何の意味も持たないのである。

こうした理由から、従来、ひげ筋方式においては、特許文献１，２を含めた従来、有効な自動に溶接を行う装置が現れておらず、未だ、専ら溶接作業者の手により行われているのが現状であった。したがって、溶接作業者の経験の差がそのまま溶接の質に反映され、ばらつきが生じていた。さらに、例え熟練した溶接作業者であっても、劣悪な作業環境下において極めて複雑な作業を長時間に亘って溶接の質を落とすことなく行うことは困難であった。

本発明が解決しようとする問題点は、従来では、例え熟練した溶接作業者であっても劣悪な作業環境下において極めて複雑な作業を長時間に亘って溶接の質を落とすことなく行うことは困難であること、また、ひげ筋方式において熟練した溶接作業者による溶接を再現できる自動溶接装置が存在しなかったこと、である。

上記課題を解決するために、本発明は、鉄筋を把持して鋼管杭に装着するための固定手段と、前記固定手段により装着した状態で溶接トーチを溶接すべき箇所に対して位置調整可能に支持する支持手段と、この支持手段において位置調整した状態で該溶接トーチを振幅させる振幅手段と、支持手段を振幅手段ごと昇降させる昇降手段と、この昇降手段と前記振幅手段を連動制御する制御手段と、を備えることとした。

本発明に係る自動溶接装置は、少なくとも鉄筋径及び鋼管杭の板厚に基づき、求められる溶接形状（ビード幅、脚長）となる入力を制御手段に与えることで、熟練した溶接作業者が行う溶接を再現することができる。すなわち、溶接の質とは、溶接後のビードの仕上げ形状、鋼管杭と鉄筋とビードの内部性状、とが均一的であることを意味するが、ビードの仕上げ形状はある程度外観検査にて目視できるが、内部性状は目視では簡単に判断することができない。

熟練した溶接作業者は、経験から、鉄筋径と求められる接合強度とからどのような溶接を行えばよいかが推測できるという。また、熟練した溶接作業者は、そうした適切な溶接をある程度の時間、継続して行うことができるという。こうした熟練した溶接作業者の溶接を再現することができれば、均質な溶接を高効率で行うことができるようになる。

ここで、熟練溶接作業者による溶接の再現するには、特に溶接トーチの動きが重要となる。本発明に係る自動溶接装置では、固定手段により鋼管杭の外周面に仮止めされた鉄筋を把持し、これにより自動溶接装置全体が鋼管杭と鉄筋に固定されるから、鋼管杭に対する鉄筋が溶接中に不要に移動することが防止される。

そして、支持手段によって溶接すべき箇所に対する溶接トーチの位置を調整し、この調整した状態のまま、昇降手段及び振幅手段により該溶接トーチが連動して溶接トーチを昇降及び振幅させるから、溶接は確実なものとなる。つまり、手作業で行った場合の、手のぶれや溶接トーチの移動ミスといった誤差のような要素が含まれない溶接を行うことができるのである。

さらに、制御手段により、今まで経験に基づいて行われていた（手作業の）溶接が、鉄筋径を含む各条件に基づく、定量化された目に見える数値等として決定でき、その定量化した数値等の設定に基づいて、溶接トーチの昇降手段による昇降及び振幅手段による振幅を連動させるよう制御できるから、未熟な溶接作業者や溶接未経験者であっても、溶接後のビードの仕上げ性状、鋼管杭と鉄筋とビードの内部性状についての溶接結果の予測が可能で、かつ一定かつ均質な溶接を、長時間に亘り行うことができる。

本発明の自動溶接装置は、以下の形態により実施可能である。図１〜図１０には第１形態を示す。図１１〜図１３は第２形態を示す。なお、図１１〜図１３の第２形態においては、第１形態と異なる構成についてのみ説明する（参照符合が同一な部材については同一構成）

まず、本発明の自動溶接装置を用いる状況について説明する。鋼管杭の杭頭に鉄筋を溶接するには、施工前準備工程、本溶接施工工程の順に進められる。施工前準備工程では、鋼管杭表面（外周）と鉄筋の清掃を行って双方の不純物を除去しておき、次いで、溶接すべき鉄筋の本数、鋼管杭における溶接箇所、鉄筋の溶接すべき長さ、の確認を行い、鋼管杭における溶接箇所と、鉄筋の溶接すべき長さについては、各々にマーキングしておく。

その後、上記鉄筋をマーキングした長さ分だけ、鋼管杭の外周における溶接箇所に溶接されるよう、鋼管杭の軸に対して平行に該鉄筋を仮溶接する。この仮溶接は鋼管杭外周に鉄筋が単純に接合されればよいので溶接の質はそれほど厳密には要求されない。以上が、施工前準備工程である。

そして、本溶接施工工程では、上記仮溶接された鉄筋と鋼管杭の溶接部（フレア溶接部分）が求められた強度となるよう、厳密に溶接の質が要求された溶接が行われる。ここで、本発明の自動溶接装置１が用いられる。自動溶接装置１は、以下の構成とされている。

（第１形態）
図１〜図１０に示す第１形態における自動溶接装置１は、全体が、後述する固定部２（固定手段）と、昇降部３（昇降手段）と、支持部４（支持手段）及び振幅部５（振幅手段）並びに溶接トーチＴと、制御部６（制御手段）と、供給設備７とから構成されており、以下、各部の詳細について説明する。

なお、以降の第１形態においては、支持部４及び振幅部５並びに溶接トーチＴを総称するときは「溶接ユニット」と称することとし、第１形態においては、固定部２に対して、昇降部３と溶接ユニットが分割されており、各々、別個に移動可能とされている。特に昇降部３に取り付けた溶接ユニットを、固定部２と別体に移動可能とする理由とその作用効果については、後述する。

固定部２（固定手段）は、図２及び図３に示すように、鋼管杭Ｐと鉄筋Ｉに自動溶接装置１を取り付けるためのものであると共に、第１形態においては、溶接ユニットを設けた昇降部３を取り付けるためのものである。

固定部２は、基板２Ａの例えば上部と下部にクランプ２Ｂ，２Ｃを有している。また、基板２Ａには、上端部に昇降部３を載置するための谷状の係止部２Ａａが形成されており、下端に向かう途中に該昇降部３を水平方向から把持する把持レバー２Ａｂ，２Ａｂが設けられている。

基板２Ａのクランプ２Ｂ，２Ｃは、基板２Ａに固定され、該基板２Ａと固定される側と反対の面に鉄筋Ｉを位置決めする凹部２ａが形成された壁面２ｂと、この壁面２ｂの両端に連続した一方の固定壁面２ｃ及び他方の支持壁面２ｄと、該固定壁面２ｃに支点を有して他端が水平方向へ回動可能に設けられた包囲部２ｅと、該支持壁面２ｄに支点を有して他端が垂直方向へ回動可能に設けられた固定部２ｆと、により構成されている。

また、前記包囲部２ｅには、その支持壁面２ｄ方向へ向かう長さの途中部位に固定レバー２ｇが設けられている。この固定レバー２ｇは、包囲部２ｅにおける凹部２ａに面する内外を貫通する押部２ｈが形成されており、この押部２ｈの先端で該凹部２ａに位置する鉄筋Ｉを押圧する。また、固定レバー２ｇの指示壁面２ｄ側の端部には、固定部２ｆが係合する係合溝２ｉが形成されている。固定部２ｆは、前記係合溝２ｉと係合する部位よりさらに先端部に取手２ｊが設けられている。

さらに、下部のクランプ２Ｃには、鋼管杭Ｐの周端面に当接して高さ方向の固定を行う脚部２ｋが固定壁面２ｃと支持壁面２ｄの下部において対向して設けられている。脚部２ｋ，２ｋは、互いの長さが等しくされ、よって、鉄筋Ｉが上記のとおり鋼管杭Ｐの軸と平行に仮付けされ、クランプ２Ｂ，２Ｃにより正しく把持している場合は、鋼管杭Ｐの周端面に該脚部２ｋ，２ｋの両者が当接する。

上記脚部２ｋ，２ｋのうち、一方が不適正な状態であると、他方が鋼管杭Ｐの周端面に当接しないので、該脚部２ｋ，２ｋの鋼管杭Ｐに対する当接具合により、本溶接に入る前に鉄筋Ｉが正しく仮溶接されているかのチェックを行うことができる。

鉄筋Ｉをこのクランプ２Ｂ，２Ｃにより把持するには、上記のように脚部２ｋ，２ｋを鋼管杭Ｐの周端面に当接するように配置する際に、固定部２ｆを包囲部２ｅの係合溝２ｉから外すよう垂直方向に回転させ、この隙間から鉄筋Ｉが挿入可能であればここから、そうでなければ、包囲部２ｅを水平方向に回転させ、壁面２ｂの凹部２ａを露出させて、鉄筋Ｉが挿入されるよう、固定部２を移動させる。

そして、鉄筋Ｉを凹部２ａに位置させた後、包囲部２ｅと固定部２ｆを前記と逆に回転させて元の状態に戻し、固定レバー２ｇを回転させる。この固定レバー２ｇを回転させると、凹部２ａに面した包囲部２ｅにおける内面に突出した押部２ｈが鉄筋Ｉを凹部２ａに押しつけ、該鉄筋Ｉを固定する。

基板２Ａのクランプ２Ｂ，２Ｃを設けた側とは反対面には、図４及び図５に示す上記昇降部３が設けられている。この昇降部３は、モータ３Ａの回転駆動をベルトにより不図示のスクリュー軸に伝達し、該スクリュー軸の螺進退動作に伴って定められた垂直方向の上限と下限との間においてミリ単位で支持部４を昇降させる構成とされている。

また、昇降部３は、昇降の上下限を検知する例えばリミットスイッチ３Ｂ，３Ｃを有しており、これらリミットスイッチ３Ｂ，３Ｃのオンの信号は後述する制御部６に入力される。リミットスイッチ３Ｂは鋼管杭Ｐの天部位置で固定され、リミットスイッチ３Ｃは本溶接で必要となる溶接長となるべく位置を調整する。

さらに、昇降部３においては、モータ３Ａなどを取り付けて支持する支持板３Ｄの上記スクリュー軸配置側と反対側の面に、固定部２の基板２Ａの上端に設けられた係合溝２Ａａに係合する係合部３Ｄａが設けられている。また、支持板３Ｄにおける側壁部には、垂直（昇降）方向に延びた溝が形成されたレール３Ｄｂが後述垂直ブラケット３Ｅと共に設けられている。このレール３Ｄｂの該溝には、支持板３Ｄにおけるスクリュー軸配置側の面に設けられた垂直ブラケット３Ｅの一部が嵌入されている。

前記垂直ブラケット３Ｅは、側壁部位において、昇降の上限又は下限のいずれか一方位置に、リミットスイッチ３Ｂ又はリミットスイッチ３Ｃと当接する接点が設けられている。また、垂直ブラケット３Ｅは、その一部に上記スクリュー軸が螺入されており、このスクリュー軸の回転に伴って該垂直ブラケット３Ｅが昇降移動する。

さらに、垂直ブラケット３Ｅの下端部には、平面視コ字状とされた水平ブラケット３Ｆが設けられている。この水平ブラケット３Ｆの水平方向両端部の各々には、後述する支持部４を固定支持するための孔３Ｆａが形成されている

昇降部３は、モータ３Ａを駆動させてスクリュー軸が回転すると、軸回転しない垂直ブラケット３Ｅが、レール３Ｄｂにその一部が案内されて該スクリュー軸と相対して螺進退（昇降移動）する。水平ブラケット３Ｆと（後述する「溶接ユニット」）は、垂直ブラケット３Ｅと共に昇降移動する。そして、垂直ブラケット３Ｅの接点がリミットスイッチ３Ｂに当接すれば上昇が停止し、リミットスイッチ３Ｃに当接すれば下降が停止する。

図６及び図７には、支持部４及び振幅部５並びに溶接トーチＴ４で構成される「溶接ユニット」を示す。支持部４は、本第１形態では、昇降部３における水平ブラケット３Ｆの水平方向両端の孔３Ｆａを介して左右対称に２基取り付けられている。

以下、一方の支持部４で代表して説明すると、本第１形態における支持部４は、溶接トーチＴ（及び振幅部５）の溶接箇所からの、水平位置を調整する左右調整機構４Ａと、前後距離を調整する前後調整機構４Ｂとを備える。また、支持部４は、前記各機構水平ブラケット３Ｆの孔３Ｆａに挿入されて、該孔３Ｆａから突出した部分にボルトが取り付けられる取付ねじ４ａが形成された基台４ｂを有している。

基台４ｂの下部には、溶接箇所からの水平方向（左右）位置を変更する左右調整機構４Ａが設けられている。左右調整機構４Ａは、基台４ｂの下面に設けられたベース４Ａａの下面に露出してこの内部に設けられたスクリュー軸（不図示）と、このスクリュー軸が螺入された固定作動片４Ａｂからなる。前記スクリュー軸の先端は、ベース４Ａａから突出し、この突出部位にノブ４Ａｃが設けられている。

上記固定作動片４Ａｂは、左右調整機構４Ａのベース４Ａａの下面に設けられた前後調整機構４Ｂのベース４Ｂａに取り付けられている。前後調整機構４Ｂは、前記ベース４Ｂａと、このベース４Ｂａの下面に露出してこの内部に設けられたスクリュー軸（不図示）と、このスクリュー軸が螺入された固定作動片４Ｂｂからなる。前記スクリュー軸の先端は、ベース４Ｂａから突出し、この突出位置にノブ４Ｂｃが設けられている。

これら左右調整機構４Ａ及び前後調整機構４Ｂは、ノブ４Ａｃ、ノブ４Ｂｃを回動させると、各々のスクリュー軸が回動する。これら各々のスクリュー軸が回動することで、固定作動片４Ａｂ、固定作動片４Ｂｂが、スクリュー軸の軸方向長さの範囲で送り又は戻り移動し、これにより、左右、前後の位置の微調整を行う。

上記前後調整機構４Ｂの固定作動片４Ａｂは、振幅部５（及び溶接トーチＴ）を一時的に退避させる退避機構４Ｃにおけるベース４Ｃａに取り付けられている。退避機構４Ｃは、前後調整機構４Ｂのように前後位置を調整するものではなく、昇降部３を固定部２から取り外したり取り付ける際に鉄筋Ｉに溶接トーチＴが干渉しないように、また、溶接トーチＴの汚れを清掃するときなどに、一定のストロークだけ振幅部５（及び溶接トーチＴ）を進退させるものである。

退避機構４Ｃは、ベース４Ｃａが上下に分割されており、これら上下に分割されたベース４Ｃａの対向面に、互いに嵌合して把持しすると共に上記前後方向に延びるレールが形成されている。これらレールの移動ストロークの先後端部には、孔が形成されている。また、退避機構４Ｃは、例えば上部ベース４Ｃａの側面からピン４Ｃｂが設けられている。

退避機構４Ｃは、上記ピン４Ｃｂを抜き、下部ベース４Ｃａが上部ベース４Ｃａに対して前後移動し、レールの前端部の孔にピン４Ｃｂを挿入すれば使用位置で固定され、レールの後端部の孔にピン４Ｃｂを挿入すれば退避位置で固定され、前後移動を禁止する。

退避機構４Ｃの下部ベース４Ｃａの下面には、振幅部５（振幅手段）が設けられている。この振幅部５は、第１形態では、溶接トーチＴを垂直角度調整機構５Ａにより調整可能に支持して、該支持した部位を中心に先端を水平方向に所定ビード幅で振幅させるものである。また、振幅部５においては、前記振幅動作させる構成を用いて溶接トーチＴの水平角度の微調整を行うようになっている。振幅部５による溶接トーチＴの振幅制御については後述する。

振幅部５は、該振幅部５の筐体下面に、回動する出力軸５ａが露出し、この出力軸５ａに、該出力軸５ａの回動運動を振幅運動に変換する可動杆５ｂが水平に設けられ、この可動杆５ｂに垂直角度調整機構５Ａが設けられている。可動杆５ｂは、出力軸５ａの周縁部に、その支持途中が連結されている。また、筐体における溶接トーチＴ先端が位置する側と反対面（筐体背面）には、後述する制御部６のパネル６Ａで各種設定を行う際に、この振幅部５による溶接トーチＴの振幅量（幅）を設定するための振幅ダイヤル５ｃが設けられている。

さらに、振幅部５の筐体背面における側部には、後述の制御部６と電気的接続を行うための接続部５ｄが設けられている。なお、制御線は図示していない。

垂直角度調整機構５Ａは、上記可動杆５ｂの先端部において、把持部５Ａａによって取り付けられている。把持部５Ａａには、溶接トーチＴを挿通させる部位が形成されたヒンジ部５Ａｂを設けたアーム５Ａｄが軸により枢着されており、この軸を中心にアーム５Ａｄを動かすことで、垂直角度を微調整するように構成されている。

また、ヒンジ部５Ａｂでは、溶接トーチＴの把持部分を挟んだ可動部分の一方に対して、他方からノブ付のボルト５Ａｃを螺入するようになっている。ヒンジ部５Ａｂは、溶接トーチＴを挿通させてボルト５Ａｃ螺入させることでかしめられて固定され、螺出させることでかしめられた状態が緩んで溶接トーチＴを抜き出し可能となる。

以上が、固定部２、昇降部３、溶接ユニットについての説明であり、続いて、制御部６（制御手段）と、供給設備７について説明する。制御部６は、昇降部３と溶接トーチＴを含む振幅部５及び供給設備７を制御し、第１形態においては、２基の昇降部３及び溶接ユニットを同時に制御する。また、第１形態では、制御部６は、固定部２、昇降部３、溶接ユニットとは別体、つまり溶接作業現場から離れた位置に電力線、信号線で接続された状態で設けられている。

制御部６は、図８に示すパネル６Ａに、スイッチや可動／非可動を示す点灯器、並びに調節ダイヤル等が集中的に配置されており、このパネル６Ａにおいて後述の制御となるよう各種設定を行う。パネル６Ａには、電源表示灯６ａ、ヒューズ６ｂ、電源スイッチ６ｃ、クレータースイッチ６ｄ、トーチスイッチ６ｅ、昇降スイッチ６ｆ、昇降速度ダイヤル６ｇ、振幅部電源スイッチ６ｈ、運転スイッチ６ｉ、振幅速度ダイヤル６ｊ、停止スイッチ６ｋ、停止ダイヤル６ｍ，６ｎ，６ｏが配置されている。

電源表示灯６ａは、自動溶接装置１全体の電源供給状態を表示するためのものであり、電源が供給されているときに点灯する。ヒューズ６ｂは、過負荷が生じたときに短絡して回路を保護するためのものである。電源スイッチ６ｃは、自動溶接装置１全体の電源のオン・オフを切り替えるためのものである。

クレータースイッチ６ｄは、溶接終了時にくぼみ（クレーター）を形成するか否かを選択するスイッチである。トーチスイッチ６ｅは、実際の溶接を行わないで溶接トーチＴの運行をテストする場合に「切」を、実際に溶接を行う場合に「入」を、切り替えるためのスイッチである。昇降スイッチ６ｆは、昇降部３のモータ３Ａの正転（上昇）と逆転（下降）を切り替えるスイッチである。昇降速度ダイヤル６ｇは、昇降部３によるモータ３Ａの回転速度（つまり昇降速度）を設定するダイヤルである。

振幅部電源スイッチ６ｈは、振幅部５の電源のオン・オフを切り替えるためのものである。運転スイッチ６ｉは、振幅部５の可動・非可動を切り替えるためのものである。振幅速度ダイヤル６ｊは、振幅部５の出力軸５ａの１ストロークの振幅速度を設定するダイヤルである。停止スイッチ６ｋは、溶接トーチＴの左・中央・右の位置における停止のオン・オフを切り替えるためのものであり、「切」でどの位置においても停止せず、「入」で停止ダイヤル６ｍ，６ｎ，６ｏの設定時間だけ停止する。停止ダイヤル６ｍ，６ｎ，６ｏは、振幅ストローク中の左、中央、右における停止時間を設定するためのものである。

供給設備７（図１参照）は、自動溶接装置１へ、電源、本例では炭酸ガス、溶接ワイヤを供給するためのものであり、図示において、７Ａは電源装置、７Ｂは電流供給装置、７Ｃは溶接ワイヤ送給装置、７Ｄは炭酸ガス供給用のガスボンベである。第１形態においては、ワイヤ送給装置７Ｃが２基の溶接ユニット分だけ用意されている。

以上の構成とされた本第１形態における自動溶接装置１は、施工前準備工程後、仮溶接された鉄筋Ｉと鋼管杭Ｐの杭頭外周との接合強度が適正かつ均質となるような溶接が行われる。

第１形態では、次のように本溶接が行われる。すなわち、第１形態では、固定部２、昇降部３、溶接ユニットが分割されているから、少なくとも固定部２を複数用意する。そして、仮溶接された鉄筋Ｉに対して用意した数だけの固定部２だけを全て取り付ける。

溶接ユニットを設けた昇降部３は、順次本溶接すべき鉄筋Ｉにおける固定部２に対して取り付けるが、第１形態では、本溶接が終わった鉄筋Ｉからはまず溶接ユニットを設けた昇降部３を取り外し、次の本溶接すべき鉄筋Ｉの固定部２に取り付け、当該鉄筋Ｉの本溶接中に、先の本溶接済みの鉄筋Ｉから固定部２を外し、さらに後の仮溶接した鉄筋Ｉに固定部２を取り付けるのである。

このようにすれば、本溶接すべき鉄筋Ｉに対する自動溶接装置１の取り付け作業性が、固定部２と溶接ユニットを設けた昇降部３とで別々で、かつ制御部６も固定部２や溶接ユニット及び昇降部３とは別体なので、軽量となり、よって容易かつ迅速となり、また、固定部２を複数用意すれば、鉄筋Ｉから取り外したり鉄筋Ｉに取り付けたりする作業に時間を要したとしても、先の鉄筋Ｉの本溶接中に取り付け取り外しの作業を行うことで、効率が大幅に改善される。

本溶接すべき鉄筋Ｉにおいては、把持部５Ａａに溶接トーチＴを把持させた後、今、初期位置として例えば昇降部３が下端に下降しているとして説明すると、この下端位置において、溶接トーチＴの初期位置設定を行う。溶接箇所からの左右位置は、左右調整機構４Ａのノブ４Ａｃを回動操作して行う。溶接箇所からの前後位置は、前後調整機構４Ｂのノブ４Ｂｃを回動操作して行う。さらに、溶接箇所に対する垂直角度は、垂直角度調整機構５Ａのアーム５Ａｄを操作して行う。

その後、昇降部３におけるリミットスイッチ３Ｃを溶接長（昇降高さ）となるように位置設定を行い、この溶接長に応じて、鉄筋Ｉの径、鋼管杭Ｐの板厚、に基づいて制御部６のパネル６Ａにおいて、所定の接合強度を発揮できる溶接となる設定を行う。

制御部６における設定は、予め与えられる条件としては、鋼管杭Ｐの肉厚、使用ワイヤ径、炭酸ガス流量、溶接ワイヤ突出長、溶接長、鉄筋Ｉの径において、鋼管杭Ｐの肉厚と鉄筋Ｉの径、及び溶接長さ、に応じて必要となる強度を発揮する溶接が決定する。

例えば使用ワイヤ径がＳＦ１Ｖ１．２ｍｍ、炭酸ガス流量が２０Ｌ／分、溶接ワイヤ突出長が溶接トーチＴから２０ｍｍとされた自動溶接装置１を用いて、例えば板厚が１２ｍｍの鋼管杭Ｐに対して径が２９ｍｍの鉄筋Ｉを、溶接長が１８０ｍｍ、ビード幅１２ｍｍで脚長が８．５ｍｍで本溶接する場合、パネル６Ａ及び振幅部５における振幅ダイヤル５ｇにおいて以下のように各操作を行う。

まず、振幅部５による溶接トーチＴの振り幅（ビード幅）を、鋼管杭Ｐの径と肉厚、及び鉄筋Ｉの径により決定し、振幅ダイヤル５ｃの目盛りを設定する。例えばビード幅を１２ｍｍとする場合は振幅ダイヤル５ｃの目盛りを「３」に設定する。

また、パネル６Ａにおいては、停止スイッチ６ｋのオン・オフを選択する。今、ここでは、後述するように溶接トーチＴを振幅左と右で停止させるので、「入」を選択する。その後、停止ダイヤル６ｍ，６ｎ，６ｏにより溶接トーチＴの振幅における左、中央、右における停止時間を設定する。例えば上記条件でビード幅１２ｍｍの溶接を行う場合、停止ダイヤル６ｍを「３」、停止ダイヤル６ｎを「０」、停止ダイヤル６ｏを「３」、の各目盛りに合わせる。

停止ダイヤル６ｍ，６ｎ，６ｏにおける目盛りの「３」とは、その位置で３秒停止することを意味し、「０」とは停止しないことを意味する。つまり、上記条件での溶接の場合、ビード幅の左右両端では３秒停止し、中央では停止しないことになる。

さらに、溶接トーチＴの振幅部５による振幅速度を入力すべく、振幅速度ダイヤル６ｊを設定する。例えば上記条件で本溶接を行う場合は、振幅速度ダイヤル６ｊを「４」の目盛りに合わせる。以上の設定により溶接トーチＴの振幅に関する設定が完了したこととなり、この後、振幅部電源スイッチ６ｈ及び運転スイッチ６ｉをオンにしておく。

次に、昇降部３による支持部４の昇降設定を行うべく、パネル６Ａにおける昇降スイッチ６ｆを操作する。いま、例えば本例では、最下端に下降した状態を初期位置として説明しているので、昇降スイッチ６ｆを「上昇」がオンとなるようにしておく。なお、昇降部３のリミットスイッチ３Ｂ，３Ｃの位置調整は、自動溶接装置１を鉄筋Ｉに取り付けた後に既に設定している。

続いて、昇降（上昇）の速度を設定すべく、昇降速度ダイヤル６ｇを操作する。例えば本例では、上記条件でビード幅１２ｍｍ、脚長８．５ｍｍの本溶接を行う場合、「９０」の目盛りに合わせる。そして、求められる溶接の質に応じてクレータースイッチ６ｄのオン・オフを選択する。例えば本例の場合、クレータースイッチ６ｄは「無」（オフ）としておく。

そして、シミュレーションで、溶接しないで（アークを発生させずに）溶接トーチＴの振幅運行及び支持部４昇降運行の確認を行う場合には、トーチスイッチ６ｅを「切」（オフ）にした状態で電源スイッチ６ｃを「入」（オン）にする。もちろん、本溶接を実際に行う場合には、トーチスイッチ６ｅを「入」（オン）にして、電源スイッチ６ｃを「入」（オン）にする。

電源スイッチ６ｃを「入」（オン）にすると、供給設備７の、電源装置７Ａから電力が、電流供給装置７Ｂから定格電流が、溶接ワイヤ送給装置７Ｃから溶接ワイヤが、ガスボンベ７Ｄから炭酸ガスが、それぞれ制御されて供給され、本溶接が開始される。

なお、現状、制御部６が、上記構成のため、昇降速度ダイヤル６ｇや、振幅速度スイッチ６ｊ、停止ダイヤル６ｍ，６ｎ，６ｏを操作するが、これら一切を、図９の関係に基づいて演算させて、昇降速度ダイヤル６ｇや、振幅速度スイッチ６ｊ、停止ダイヤル６ｍ，６ｎ，６ｏの操作をしないで、行うことも将来的には可能である。

すなわち、図９（ａ）には、ビードの脚長と溶接トーチＴの振幅時の左、中央、右の総停止時間との関係を示す。この関係からは、ビード脚長を大きくするならば各停止時間の停止時間は比例して長くする設定とすれば良いことが判る。

一方、図９（ｂ）には、ビード幅と昇降速度の関係を示す。この関係からは、ビード幅が小さい場合は昇降速度を早い設定に、ビード幅を大きくする場合は昇降速度を遅い設定にすれば良いことが判る。本自動溶接装置１は、図１０に示すように振幅しながら昇降するため、溶接トーチＴの軌道は、左右直線軌道とも上下直線軌道ともならない斜行状となり、よって例えば、昇降速度を早くすれば斜行角度は大きくなりその分左右幅が小さくなる、つまりビード幅が小さくなるのである。

例えば図１０（ａ）では、溶接トーチＴの、中央の停止ダイヤル６ｎを「０」、つまり停止しない設定とすると共に、左、右の停止ダイヤル６ｍ，６ｏも「０」としたときの溶接軌道を示す。図１０（ｂ）では、中央の停止ダイヤル６ｎを「０」より大きく、つまり停止する設定とされると共に、左、右の停止ダイヤル６ｍ，６ｏが「０」としたときの溶接軌道を示す。

例えば図１０（ｃ）では、中央の停止ダイヤル６ｎを「０」に設定すると共に、左、右の停止ダイヤル６ｍ，６ｏを「０」より大きく設定したときの溶接軌道を示す。例えば図１０（ｄ）では、中央の停止ダイヤル６ｎ、左、右の停止ダイヤル６ｍ，６ｏを共に「０」より大きく設定したときの溶接軌道を示す。

図１０に示す軌道となる本自動溶接装置１において、図９（ａ）（ｂ）の関係に基づいて演算させるようにすれば、入力条件さえ誤りがなく、溶接トーチＴの位置や角度の狂いがなければ、特段の設定を行うことなく、瞬時に最適な昇降速度及び振幅の設定を行うことが可能となる。

そして、本溶接が開始されると、溶接トーチＴは、リミットスイッチ３Ｂに支持部４が接触するまで、設定された溶接の質を一定に保ちながら、上記したように先の溶接ビードとオーバーラップしながら斜行状に上昇する。

リミットスイッチ３Ｂに支持部４が当接して、鉄筋Ｉと鋼管杭Ｐとの当接点を中心とした片側一方の溶接が完了すると、支持部４は昇降部３により下降し、初期位置に戻る。本第１形態の場合、支持部４が左右２基設けられているので、１回の上昇動作で、１本の鉄筋Ｉを左右同時に鋼管杭Ｐに本溶接できる。

そして、当該鉄筋Ｉの本溶接の後、溶接ユニットを設けた昇降部３を固定部２から外して、次の鉄筋Ｉの固定部２に対して溶接ユニットを設けた昇降部３を取り付ける。そして、次の鉄筋Ｉの本溶接中に、先の鉄筋Ｉの固定部２を外して、さらに後の鉄筋Ｉに固定部２を取り付ける。

このように、本発明の自動溶接装置１は、溶接トーチＴの昇降と振幅とを連動させた動作を設定通りに確実かつ連続的に行えるので、本溶接を均一的に行うことができる。また、第１形態においては、固定部２と溶接ユニット及び昇降部３とを別体とし、さらに制御部６を別体としているので、鉄筋Ｉへの取り付け、取り外し作業性も容易となる。

（第２形態）
図１１〜図１３に示す自動溶接装置１１は、第１形態における、固定部２に昇降部３、支持部４、振幅部５、及び制御部６が一体的に設けられていると共に、支持部４及び振幅部５並びに溶接トーチＴで構成される溶接ユニットが１基とされている点が、構成上大きく異なる点である。以下、細部の相違について説明する。

鉄筋Ｉを把持して鋼管杭Ｐに装着するための固定部１２（固定手段）は、基板１２Ａの例えば上部と下部にクランプ１２Ｂ，１２Ｃを有している。これらクランプ１２Ｂ，１２Ｃは、凹状部材１２ａの谷部１２ｂに鉄筋Ｉを挿入して、該凹状部材１２ａの対向面のうち一方面に螺貫通した締付螺子１２ｃを締め付けるよう螺入させて把持する構成とされている。

また、下部のクランプ１２Ｃには、鋼管杭Ｐの周端面に当接して高さ方向の固定を行う脚部１２ｄが凹状部材１２ａの対向面に対応して設けられている。脚部１２ｄ，１２ｄは、互いの長さが等しくされ、よって、鉄筋Ｉが上記のとおり鋼管杭Ｐの軸と平行に仮付けされ、クランプ１２Ｂ，１２Ｃにより正しく把持している場合は、鋼管杭Ｐの周端面に該脚部１２ｄ，１２ｄの両者が当接する。この脚部１２ｄの作用効果は、上記第１形態と同様であるため、説明を省略する。

昇降部１３は、基板１２Ａのクランプ１２Ｂ，１２Ｃを設けた側とは反対面に設けられ、後述する支持部（支持手段）１４を昇降させる。この昇降部１３は、少なくともクランプ１２Ｂの上端、クランプ１２Ｃの下端の間をミリ単位で昇降させることが可能とすべく、モータ１３Ａの回転駆動をベルトにより不図示のスクリュー軸に伝達し、該スクリュー軸の螺進退動作に伴って、支持部１４が昇降する構成とされている。

また、昇降部１３には、上下限の昇降動作を検知する例えばリミットスイッチ１３Ｂ，１３Ｃを有しており、これらリミットスイッチ１３Ｂ，１３Ｃのオンの信号は制御部６に入力される。

支持部１４は、昇降部１３にａ特に溶接トーチＴの水平・垂直方向の角度及び溶接箇所からの距離を調整可能に支持する。この支持部１４は、昇降部１３における例えば本例では上記スクリュー軸に螺合した移動部に設けられている。なお、前記移動部は該スクリュー軸の回転に対しては固定されている。

そして、支持部１４は、本第２形態では、前記移動部に、平面視コ字状とされた支持フレーム１４ａが昇降方向に対して直交するように固定的に設けられている。この支持フレーム１４は、平面視コ字状の対向部と谷部のそれぞれの幅中央においてレール１４ｂが形成されている。

レール１４ｂには、該レール１４ｂに沿って移動可能な支持軸１４ｃが嵌められている。この支持軸１４ｃにおいてレール１４ｂから突出した端部には、該レール１４ｂに支持軸４ｃを係合するための係合部１４ｄが形成されている。支持軸１４ｃは、係合部１４ｄによりレール１４ｂに係合した状態で該レール１４ｂに沿って移動可能とされると共に回動自在とされている。

レール１４ｂの端部、すなわち平面視コ字状の対向部の谷部と連続しない端部における縁部には、上記支持軸１４ｃの係合部１４ｄを固定する固定ねじ１４ｅが設けられている。これら係合部１４ｄと、固定ねじ１４ｅによって、溶接箇所に対する支持部１４全体の水平角度を調整するための水平角度調整機構１４Ａが構成される。

すなわち、水平角度調整機構１４Ａは、固定ねじ１４ｅを緩めておき、レール１４ｂにおいて支持軸１４ｃを軸回動させて溶接箇所に対する支持部１４全体の水平角度を調整し、固定ねじ１４ｅを締めることで、該係合部１４ｄの係合面を、レール１４ｂの縁部と該固定ねじ１４ｅの操作つまみの裏面とでかしめて該支持軸１４ｃのレール１４ｂに沿った移動と該支持軸１４ｃ（支持部１４全体）の回動を固定する。

支持軸１４ｃにおける係合部１４ｄが形成された側の反対側には、溶接箇所に対して支持部４を前後に移動調整するための前後調整機構１４Ｂが設けられている。この前後調整機構１４Ｂは、例えば支持軸１４ｃに固定された基台１４ｆと、基台１４ｆの下面の移動台１４ｇとが、調整ねじ１４ｈの回動により該移動台１４ｇ側が螺進退移動する構成とされている。

前後調整機構１４Ｂは、調整ねじ１４ｈを回動させることで、該調整ねじ１４ｈが移動台１４ｇに対して回動するのみで該移動台１４ｇと該調整ねじ１４ｈの相対的な螺進退移動はしない一方、該調整ねじ１４ｈが基台１４ｆの半筒螺子溝に対しては相対的に螺進退移動を行う。したがって、基台１４ｆが固定側であるため、調整ねじ１４ｈを回動させると、基台１４ｆに対して移動台１４ｇが前後移動することになる。

振幅部５は、及び垂直角度調整機構５Ａは、第１形態と同様であるため説明を省略する。また、制御部６は、本第２形態の場合、昇降部１３のモータ１３Ａを設けた部位における基板１２Ａに固定配置されている他は第１形態と同様であるため説明を省略する。なお、振幅部５と制御部６とは不図示の配線により制御信号の送受が可能とされている。また、供給設備７は、第２形態では、溶接ユニットが１基とされている関係で、電源装置７Ａ、電流供給装置７Ｂ、溶接ワイヤ送給装置７Ｃ、ガスボンベ７Ｄがそれぞれ１基とされている以外は同じ構成であるため説明を省略する。

以上の構成とされた第２形態における自動溶接装置１１は、第１形態と同様、施工前準備工程後、仮溶接された鉄筋Ｉと鋼管杭Ｐの杭頭外周との接合強度が適正かつ均質となるような溶接を行う際に使用する。まず、固定部１２のクランプ１２Ｂ，１２Ｃにより鋼管杭Ｐに仮溶接された鉄筋Ｉに自動溶接装置１１全体を取り付ける。

この取り付けは、調整螺子１２ｃを緩めたクランプ１２Ｂ，１２Ｃの凹状部材２ａの谷部１２ｂに鉄筋Ｉを挿入し、この後調整螺子１２ｃを締めることで行う。このとき、下部のクランプ１２Ｃの両脚部１２ｄが鋼管杭Ｐの周端面に当接していることを確認する。続いて、把持部５Ａａに溶接トーチＴを把持させる。

その後、今、初期位置として例えば昇降部３が下端に下降しているとして説明すると、この下端位置において、溶接トーチＴの初期位置設定を行う。溶接箇所からの前後間隔は、前後調整機構１４Ｂの調整ねじ１４ｈを回動操作して行う。

溶接箇所に対する水平角度は、水平角度調整機構１４Ａの固定ねじ１４ｅを緩めたうえレール１４ｂにおける支持軸１４ｃの角度を調整して該固定ねじ１４ｅを締めて行う。この水平角度は、ビード幅の中央に位置させるよう調整する。さらに、溶接トーチＴの垂直角度は、垂直角度調整機構５Ａのアーム５Ａａを操作して行う。

さらに、昇降部１３におけるリミットスイッチ１３Ｃを溶接長（昇降高さ）となるように位置設定を行う。その後、制御部６のパネル６Ａにおいて、上記第１形態と同様の設定を行って、本溶接を行う。

リミットスイッチ１３Ｂに支持部１４が当接して、鉄筋Ｉと鋼管杭Ｐとの当接点を中心とした片側一方の溶接が完了すると、支持部１４は昇降部１３により下降し、初期位置に戻る。この後、第２形態の場合、支持部１４における移動台１４ｇをレール１４ｂに沿って片側他方に移動させ、移動位置において上記のとおり水平角度調整機構１４Ａにより水平角度を固定し、必要に応じて前後調整機構１４Ｂや垂直角度調整機構１５Ａによって溶接トーチＴの位置を調整し、片側他方の溶接も行う。

第２形態では、鉄筋Ｉの１本づつの順次の取り付け、溶接、取り外しとなるが、現場のスペースが限られている場合においては、このようにコンパクトでかつ分割した部材が少ない構成の方が有利である。また、分割されていない点と、鉄筋Ｉの片側ずつの溶接である以外は、上記第１形態と同様の作用効果を得られるから、したがって、第２形態においても従来に較べて均質かつ安定した高品位のひげ筋溶接を行うことができる。

本発明の自動溶接装置における第１形態の概略構成と、設備構成を示す図である。 第１形態における固定部（固定手段）を示す斜視図である。 第１形態における固定部（固定手段）を示す別角度からの斜視図である。 第１形態における昇降部（昇降手段）を示す斜視図である。 第１形態における昇降部（昇降手段）を示す別角度からの斜視図である。 第１形態における支持部（支持手段）、振幅部（振幅手段）を示す斜視図である。 第１形態における支持部（支持手段）、振幅部（振幅手段）を示す別角度からの斜視図である。 本発明の自動溶接装置における制御部（制御手段）の操作パネルを示す図である。 （ａ）は溶接トーチの振幅停止時間と脚長との関係を、（ｂ）は昇降速度とビード幅との関係を、各々示す図である。 （ａ）〜（ｄ）は、本発明の自動溶接装置による溶接軌道を各々示す図である。 （ａ）（ｂ）は、本発明の自動溶接装置における第２形態の全体概略構成を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第２形態における固定部（固定手段）、昇降部（昇降手段）、支持部（支持手段）、振幅部（振幅手段）を示す図である。 （ａ）〜（ｃ）は、第２形態における支持部（支持手段）、振幅部（振幅手段）を示す図である。

符号の説明

１ 自動溶接装置
２ 固定部（固定手段）
３ 昇降部（昇降手段）
４ 支持部（支持手段）
５ 振幅部（振幅手段）
６ 制御部（制御手段）
７ 供給設備
１１ 自動溶接装置
１２ 固定部（固定手段）
１３ 昇降部（昇降手段）
１４ 支持部（支持手段）
Ｉ 鉄筋
Ｐ 鋼管杭
Ｔ 溶接トーチ

Claims (3)

1. 杭頭定着筋方式の溶接を行うために、鉄筋を把持して鋼管杭に装着するための固定手段と、前記固定手段により装着した状態で溶接トーチを溶接すべき箇所に対して位置調整可能に支持する支持手段と、この支持手段において位置調整した状態で該溶接トーチを振幅させる振幅手段と、支持手段を振幅手段ごと昇降させる昇降手段と、この昇降手段と前記振幅手段を連動制御する制御手段と、を備えたことを特徴とする自動溶接装置。
2. 支持手段、振幅手段、溶接トーチからなる溶接ユニットと、昇降手段とが、固定手段に対してそれぞれ分割され、それぞれ別個に移動可能とされたことを特徴とする請求項１記載の自動溶接装置。
3. 制御手段が、振幅手段の、溶接トーチの振幅の左端、中央、右端における停止時間を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の自動溶接装置。

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