JP2013013931A

JP2013013931A - 磁気式鋼板クランプ装置およびそれを用いた片面溶接装置

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Publication number: JP2013013931A
Application number: JP2011150079A
Authority: JP
Inventors: Takuya Yasuhara; 拓也安原; Tetsuya Nakao; 哲也中尾
Original assignee: Kobe Steel Ltd
Current assignee: Kobe Steel Ltd
Priority date: 2011-07-06
Filing date: 2011-07-06
Publication date: 2013-01-24

Abstract

【課題】鋼板間の板厚差に関わらず、鋼板の裏面への磁気吸着部材の吸着がさらに確実となり、鋼板のクランプが単純、かつさらに確実なものとなる磁気式鋼板クランプ装置およびそれを用いた片面溶接装置を提供する。
【解決手段】磁気式鋼板クランプ装置１は、磁気吸着部材２と、磁気吸着部材の昇降をガイドするガイド部１８と、一端部に磁気吸着部材２と係合する係合部１４が形成され、他端部にガイド部１８と当接する当接部が形成されたクランプレバー５と、クランプレバー５の全体を昇降させる押上板６と、磁気吸着部材２を鋼板の裏面に当接するまで上昇させる昇降機構部７とを備え、鋼板に磁気吸着部材２が吸着した後に、磁気吸着部材２が上方向に引っ張られると、クランプレバー５の当接部に引張力よりも大きな摩擦力が生じて磁気吸着部材２を固定する。
【選択図】図１

Description

本発明は、磁気式鋼板クランプ装置およびそれを用いた片面溶接装置に関するものである。

従来の片面溶接装置では、特許文献１に記載されているように、鋼板の側端同士を突き合わせて仮付けされた溶接線の裏側にフラックスを押し当てる裏当装置を配置し、この溶接線に沿って走行する溶接機により、溶接金属の垂れを防止しつつ、溶接線の表側から鋼板を溶接する。また、この溶接装置においては、磁気式鋼板クランプ装置を備え、この磁気式鋼板クランプ装置の磁力で鋼板をクランプする。そして、この鋼板のクランプにより、裏当装置の押し当てによる鋼板の持ち上がりが抑制される。また、溶接中の鋼板の曲がり、および、移動が防止され、鋼板の溶接品質が向上する。

具体的には、図１２（ａ）に示すように、磁気式鋼板クランプ装置２１は、架台フレーム２４に立設されたガイド軸２３を、電磁マグネット等の磁気吸着部材２２の側面に形成された突起部２５に挿通することによって、架台フレーム２４上に磁気吸着部材２２を支持したものである。そして、図１２（ｂ）に示すように、磁気式鋼板クランプ装置２１は、図示しないエアシリンダ等の昇降機構部により、磁気吸着部材２２の上面と鋼板Ｗの裏面との間隔がＴ_２となる位置に、磁気吸着部材２２を上昇させる（Ｓ：シリンダストローク量）。次いで、この状態で磁気吸着部材２２に通電することによって、図１２（ｃ）に示すように、磁気吸着部材２２が励磁して飛び上がり、鋼板Ｗの裏面に吸着して鋼板Ｗをクランプする。

このとき、磁気吸着部材２２の飛び上がり量Ｔ_２は、架台フレーム２４に磁気吸着部材２２を支持した際の、磁気吸着部材２２の上面から鋼板Ｗの裏面までの間隔Ｓ_１からシリンダによる上昇距離Ｓを差し引いた距離Ｓ_１−Ｓに等しくなる。そして、鋼板Ｗの裏面に板厚差がある溶接継手においては、前記間隔Ｓ_１が、厚板Ｗａ側の裏面に対して薄板Ｗｂ側の裏面では板厚差Ｓ_２分大きくなる。また、板厚差は一定ではないため、薄板Ｗｂ側での間隔Ｓ_１は都度変化する。そのため、図１２（ａ）に示すように、飛び上り量Ｔ_２を決定する突起部２５からのガイド軸２３の突出量Ｔ_１は、予め設定されたクランプ制御幅αを考慮して、Ｔ_１＝Ｔ_２＋α＋Ｓに設定される。

特許第４４０１３２４号公報

従来の磁気式鋼板クランプ装置２１では、鋼板Ｗのクランプ状態および溶接品質も良好なものである。しかしながら、従来の磁気式鋼板クランプ装置２１では、鋼板Ｗの板厚差Ｓ_２が前記クランプ制御幅αを超える場合には、鋼板Ｗ（薄板Ｗｂ側）の裏面と磁気吸着部材２２との間に隙間が空き、磁気吸着部材２２の吸着力が低下して、近年の鋼板の溶接品質のさらなる向上を目的とした鋼板Ｗの確実なクランプ状態を達成できない恐れがあるという問題がある。

鋼板Ｗ（薄板Ｗｂ側）の裏面と磁気吸着部材２２との間に隙間が空くという問題は、ガイド軸２３の突出量Ｔ_１を大きくして磁気吸着部材２２が薄板Ｗｂ側の裏面に到達できるようにすることによって解決が可能であるが、厚板Ｗａ側では持ち上がりが大きくなり、鋼板Ｗをクランプしたこととならない。また、ガイド軸２３の突出量Ｔ_１を板厚差Ｓ_２に応じて都度調整することも可能であるが、装置長２０ｍを超えることが多い片面溶接装置では、磁気式鋼板クランプ装置２１は１列２０個を超え、磁気式鋼板クランプ装置１台あたり４本のガイド軸２３を使用しているため、全てのガイド軸２３を板厚差Ｓ_２に応じて都度調製することは多大な時間と労力を要し、現実的ではない。

そこで、本発明は、このような問題を解決すべく創案されたもので、その課題は、鋼板の溶接品質のさらなる向上を目的として、鋼板間の板厚差に関わらず、鋼板の裏面への磁気吸着部材の吸着がさらに確実となり、鋼板のクランプが単純、かつさらに確実なものとなる磁気式鋼板クランプ装置およびそれを用いた片面溶接装置を提供することにある。

前記課題を解決するために、本発明に係る磁気式鋼板クランプ装置は、仮付けされた溶接線を有する鋼板の裏面に磁力によって吸着する磁気吸着部材と、前記磁気吸着部材の昇降をガイドするガイド部と、一端部に前記磁気吸着部材と係合する係合部が形成されると共に、他端部に前記ガイド部と当接する当接部が形成され、前記ガイド部に沿って昇降するクランプレバーと、前記ガイド部に沿って昇降し、前記クランプレバーの全体を昇降させる押上板と、前記クランプレバーおよび前記押上板を介して前記磁気吸着部材を前記鋼板の裏面に当接するまで上昇させ、その後、下降させる昇降機構部と、を備え、前記鋼板に前記磁気吸着部材が吸着した後に、前記磁気吸着部材が上方向に引っ張られると、前記クランプレバーの前記当接部に引張力よりも大きな摩擦力が生じて前記磁気吸着部材を固定することを特徴とする。

前記構成によれば、昇降機構部が押上板およびクランプレバーを介して磁気吸着部材を鋼板の裏面に当接するまで上昇させるため、鋼板と磁気吸着部材との間に隙間がある状態で磁気吸着部材が励磁されることがない。その結果、磁気吸着部材が弱い磁力で鋼板を吸着するような現象が生じない。その結果、磁気吸着部材による鋼板の吸着が安定化し、低下することがない。

また、磁気吸着部材が吸着した状態で、昇降機構部を下降させると押上板が下降する。そして、クランプレバーは、一端部が磁気吸着部材に支持され、他端部の当接部がガイド部に当接する。この状態で、裏当装置が鋼板の裏面を押し付ける力や、溶接中の鋼板の歪みにより、磁気吸着部材が上方向に引っ張られると、その引張力により、クランプレバーの当接部にガイド部を横方向に押す押力が生じる。この押力によって当接部に摩擦力が生じ、引張力＜摩擦力となるように設定することで、クランプレバーがガイド部に固定され、鋼板の裏面に吸着した磁気吸着部材の上方向への動きが拘束されるように固定され、鋼板のクランプが確実なものとなる。その結果、鋼板の板厚差による磁気吸着部材の位置制御が不要となると共に、ブレーキ等の拘束機構部も不要となる。

さらに、押上板がクランプレバー全体、すなわち、クランプレバーを水平状態にして昇降させるため、クランプレバーのガイド部を押す押力が解放され、クランプレバーの固定が解除される。また、クランプレバーが水平状態で昇降するため、磁気吸着部材の昇降時に、クランプレバーがガイド部に引っかかることが防止される。

本発明に係る磁気式鋼板クランプ装置は、前記ガイド部が、前記磁気吸着部材の昇降をガイドするガイド軸を備え、前記クランプレバーの前記当接部が、前記ガイド軸が挿通するガイド穴であって、前記クランプレバーが、前記鋼板に前記磁気吸着部材が吸着した際に、前記ガイド穴の内壁面の上端および下端で前記ガイド軸に当接することが好ましい。また、磁気式鋼板クランプ装置は、前記クランプレバーが、前記鋼板に前記磁気吸着部材が吸着した際に、前記磁気吸着部材に支持された前記係合部の支持点Ｐ_１と前記内壁面の下端と前記ガイド軸とが当接する下部当接点Ｐ_３との距離ｂと、前記内壁面の上端と前記ガイド軸とが当接する上部当接点Ｐ_２と前記下部当接点Ｐ_３との水平距離ａと、前記内壁面と前記ガイド軸との摩擦係数μとが、（ａ／ｂ）≦μを満足するように構成されていることが好ましい。

前記構成によれば、ガイド部がガイド軸を備え、クランプレバーの当接部が、ガイド軸が挿通するガイド穴であって、鋼板に磁気吸着部材が吸着した際に、クランプレバーがガイド穴の内壁面の上端および下端でガイド軸に当接する、また、クランプレバーの支持点Ｐ_１、上部当接点Ｐ_２および下部当接点Ｐ_３が所定の関係を満足するように、クランプレバーがガイド軸に固定されるため、クランプレバーで生じる摩擦力が、磁気吸着部材の引張力よりもさらに大きくなり、鋼板の裏面に吸着した磁気吸着部材がさらに強固に固定され、鋼板のクランプもさらに確実なものとなる。

本発明に係る片面溶接装置は、前記磁気式鋼板クランプ装置と、前記磁気式鋼板クランプ装置を支持する土台フレームと、前記土台フレームに支持されると共に、前記土台フレームの長手方向に沿って延設して、前記鋼板の溶接線の裏側にフラックスを押し当てる裏当装置と、前記土台フレームに支持されると共に、前記裏当装置の両側に配置されて、前記裏当装置の上方で前記鋼板を水平移動させる搬送機構部と、前記裏当装置の上方に配置され、前記溶接線の表側から前記鋼板を溶接する溶接機とを備え、前記磁気式鋼板クランプ装置が、前記鋼板の溶接線に対して少なくとも片側に配置されることを特徴とする。

前記構成によれば、所定の構成を有する磁気式鋼板クランプ装置を備えることによって、鋼板の裏面に吸着した磁気吸着部材がクランプレバーで確実に固定されるため、鋼板のクランプも確実なものとなる。

本発明に係る磁気式鋼板クランプ装置およびそれを用いた片面溶接装置によれば、鋼板間の板厚差に関わらず、鋼板の裏面への磁気吸着部材の吸着がさらに確実となり、従来と同等の設置スペースで、鋼板のクランプが単純、かつさらに確実なものとなる。それにより、溶接品質がさらに向上した鋼板を得ることができる。

本発明に係る磁気式鋼板クランプ装置の構成を示す正面図である。図１の平面図である。押上板の構成を示す図１のＡ−Ａ線断面図である。クランプレバーの構成を示す図１のＢ−Ｂ線断面図である。本発明に係る磁気式鋼板クランプ装置の吸着動作の一状態を図２のＣ−Ｃ線方向の断面で示す断面図である。本発明に係る磁気式鋼板クランプ装置の吸着動作の一状態を図２のＣ−Ｃ線方向の断面で示す断面図である。図６のクランプレバーの固定状態を示す部分拡大断面図である。本発明に係る磁気式鋼板クランプ装置の吸着動作の一状態を図２のＣ−Ｃ線方向の断面で示す断面図である。本発明に係る磁気式鋼板クランプ装置の吸着動作の一状態を図２のＣ−Ｃ線方向の断面で示す断面図である。本発明に係る片面溶接装置の構成を示す斜視図である。図１０の側面図である。従来の磁気式鋼板クランプ装置の吸着動作を示し、（ａ）は吸着前の状態、（ｂ）はシリンダ上昇時の状態、（ｃ）は吸着後の状態を表す断面図である。

本発明に係る磁気式鋼板クランプ装置（以下、クランプ装置と称する）の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。
図１〜図４に示すように、クランプ装置１は、磁気吸着部材２と、ガイド部１８と、クランプレバー５と、押上板６と、昇降機構部７とを備える。以下、各構成について説明する。

磁気吸着部材２は、仮付けされた溶接線を有する鋼板Ｗの裏面に磁力によって吸着するもので（図５参照）、通電によって励磁する電磁マグネットである。そして、磁気吸着部材２の磁力は、鋼板Ｗの裏面方向の一方向のみに働く。本願発明の説明では、磁気吸着部材２は、円筒体で構成されているが、鋼板Ｗの裏面に吸着して鋼板Ｗをクランプできれば、円以外の矩形等の横断面形状を持った多角筒体であってもよい。

磁気吸着部材２は、その側面には突起部８を備えると共に通電端子９が接続され、その底面には係止部１０が形成されている。なお、磁気吸着部材２は、その側面に突起部８を接続したものでも、側面に突起部８を一体に形成したものでもよい。

突起部８は、横断面形状が円形または矩形の筒状体からなり、その筒状体の中心部に挿通穴８ａ（図５参照）が形成され、その挿通穴８ａに後記するガイド部１８のガイド軸４が挿通される。また、突起部８は、ガイド軸４に対応する個数と位置に形成され、図面では磁気吸着部材２の側面に４つ形成されている（図２参照）。そして、磁気吸着部材２は、この突起部８（挿通穴８ａ）にガイド軸４を挿通することによって、ガイド軸４に沿って昇降する（図５〜図９参照）。

通電端子９は、励磁のための通電ケーブルを接続する端子であって、接続されるケーブルが磁気吸着部材２の昇降の妨げにならない位置に配置される。

係止部１０は、後記するクランプレバー５の一端部に形成される段差状の係合部１４を係止して支持するもので、周縁の一部を段差状に切欠いた板状部材（図２、図４参照）で構成され、磁気吸着部材２の底面の中央部にボルト等で取り付けられる。もしくは、係止部１０は、磁気吸着部材２と一体で形成されていてもよい。なお、係止部１０の形状は、段差状に限定されるものではなく、クランプレバー５の係合部１４に対応した、係合部１４を係止できる形状に形成される。

ガイド部１８は、磁気吸着部材２の昇降をガイドするもので、ガイド軸４を備え、また、ガイド軸４は、架台フレーム３から立設されたものである。
架台フレーム３は、磁気吸着部材２を搭載し、磁気吸着部材２の直下に配置されるもので、底板１１と、その両側に立設された側板１２と、両側板１２、１２の間に連結された天板１３とから構成される。そして、天板１３には、後記する昇降機構部７が挿通する挿通穴１３ａ（図５参照）が形成されると共に、後記するガイド軸４が立設され、そのガイド軸４沿って昇降する磁気吸着部材２が後記するクランプレバー５および押上板６を介して搭載されている。また、底板１１には、磁気吸着部材２をクランプレバー５および押上板６を介して昇降させる後記する昇降機構部７が搭載されている。また、架台フレーム３は、鋼板Ｗの移動をガイドするガイドローラ１６を搭載する一組の補助板１７、１７を天板１３から立設させたものでもよい。なお、各板は鋼製板材で構成されていることが好ましい。

ガイド軸４は、架台フレーム３（天板１３）から磁気吸着部材２側に立設し、その一端部が架台フレーム３の天板１３に固定され、他端部が磁気吸着部材２の突起部８を挿通して磁気吸着部材２の鋼板Ｗの裏面側への昇降をガイドするものである。また、ガイド軸４は、その本数は特に限定されないが、磁気吸着部材２を傾きなく昇降させるために、架台フレーム３から複数本で立設されることが好ましい。図面では、ガイド軸４は、天板１３（架台フレーム３）の互いに対向する位置に４本立設されている（図２〜図４参照）。なお、ガイド軸４は、図面では、鋼製ボルトで記載されているが、ボルトに限定されるものではない。

クランプレバー５は、磁気吸着部材２とガイド部１８（架台フレーム３）との間に配置された略矩形の横断面形状を有する板状部材である。また、クランプレバー５は、その一端部には磁気吸着部材２の底面に形成された係止部１０と係合する係合部１４が形成されると共に、その他端部に当接部１５が形成され、その当接部１５はガイド部１８（ガイド軸４）が挿通するガイド穴１５である。そして、クランプレバー５は、ガイド軸４に沿って昇降して、磁気吸着部材２を昇降させる（図５〜図９参照）。なお、クランプレバー５は、鋼製板材で構成されていることが好ましい。また、クランプレバー５は、板厚よりも板幅が狭くなるような形状であってもよく、板状に限定されるものではない。

クランプレバー５は、図面では一端部から他端部にわたる長さ方向において直線状に延びた平板部材が記載されているが、係合部１４および当接部（ガイド穴）１５が形成できれば、平板部材に限定されず、長さ方向において屈曲または湾曲したクランク形状の板状部材であってもよい（図示せず）。また、クランプレバー５の個数は、ガイド部１８が備えるガイド軸４と同数であることが好ましく、図面では４つのクランプレバー５が記載されている。これによって、磁気吸着部材２を傾きなく昇降させることが可能となる。

クランプレバー５の係合部１４は、板状部材の一端部を段差状に切欠いて形成したものであるが、係止部１０（磁気吸着部材２）と係合できれば段差状以外の形状であってもよく、係止部１０の形状に対応した形状で形成される。また、ガイド穴１５は、その内径ａがガイド軸４の外径よりも大きく形成され、かつ、後記するように、クランプレバー５のガイド軸４への固定を確実なものとするために、クランプレバー５の長さに対応する距離ｂとの関係で決定される（図７参照）。

クランプレバー５は、図６、図７に示すように、鋼板Ｗに磁気吸着部材２が吸着した際には、後記する昇降機構部７によって押上板６が下降すると、一端部側の係合部１４で磁気吸着部材２（係止部１０）に支持されると共に、他端部側が自重によってガイド軸４に沿って架台フレーム３側に下降し、ガイド穴１５の内壁面の上端１５ａおよび下端１５ｂでガイド軸４に当接する。この状態で、裏当装置５０（図１１参照）が鋼板Ｗの裏面を押し付ける力や、溶接中の鋼板Ｗの歪みにより、磁気吸着部材２が上方向に引っ張られると、その引張力Ｆ_１により、上端１５ａおよび下端１５ｂにガイド軸４を押す押力Ｆ_２１、Ｆ_２２が生じる。この押力Ｆ_２１、Ｆ_２２によって上端１５ａおよび下端１５ｂに摩擦力Ｆ_３１、Ｆ_３２が生じ、引張力（Ｆ_１）＜摩擦力（Ｆ_３１＋Ｆ_３２）となるように設定することで、クランプレバー５がガイド軸４に固定される。その結果、鋼板Ｗの裏面に吸着した磁気吸着部材２の上方向への動きが拘束されるように固定され、鋼板Ｗのクランプが確実なものとなる。

クランプレバー５において、図７に示すように、引張力（Ｆ_１）＜摩擦力（Ｆ_３１＋Ｆ_３２）となるように設定するためには、磁気吸着部材２に支持された係合部１４の支持点Ｐ_１と、ガイド穴１５の内壁面の下端１５ｂとガイド軸４とが当接する下部当接点Ｐ_３との距離ｂと、ガイド穴１５の内壁面の上端１５ａとガイド軸４とが当接する上部当接点Ｐ_２と下部当接点Ｐ_３との水平距離ａと、ガイド穴１５の内壁面とガイド軸４との摩擦係数μとが、（ａ／ｂ）≦μを満足するように構成されていることが好ましい。以下に、このような関係であることの理由について説明する。

クランプレバー５がガイド軸４に固定する条件を検討すると、以下のようになる。ここで、支持点Ｐ_１での引張力を（Ｆ_１）とし、上部当接点Ｐ_２でのＦ_１によるモーメント円周力を（Ｆ_２０）、ガイド軸４への垂直押力を（Ｆ_２１）、摩擦力を（Ｆ_３１）とし、下部当接点Ｐ_３を中心とするモーメントを（Ｍ）、（Ｆ_２１）の反力である押力を（Ｆ_２２）、摩擦力を（Ｆ_３２）とする。また、クランプレバー５の長さに対応する支持点Ｐ_１と下部当接点Ｐ_３との距離を（ｂ）、ガイド軸４の外径に相当する上部当接点Ｐ_２と下部当接点Ｐ_３との水平距離を（ａ）、クランプレバー５の上部当接点Ｐ_２と下部当接点Ｐ_３との垂直距離を（Ｔ）とする。さらに、上部当接点Ｐ_２の摩擦係数、下部当接点Ｐ_３での摩擦係数は同じで（μ）とする。

Ｍ＝Ｆ_１ｂ
Ｆ_２０＝Ｍ／ｒ＝Ｆ_１ｂ／ｒ
Ｆ_２１＝Ｆ_２０ｃｏｓθ＝（Ｆ_１ｂ／ｒ）（Ｔ／ｒ）＝Ｆ_１ｂＴ／ｒ^２
押力Ｆ_２１による抗力である摩擦力Ｆ_３１は、
Ｆ_３１＝μＦ_２１
同様に、Ｆ_２１の反力Ｆ_２２による抗力である摩擦力Ｆ_３２は、Ｆ_２１＝Ｆ_２２より
Ｆ_３２＝μＦ_２２＝μＦ_２１

従って、クランプレバー５がガイド軸４に固定される条件は、
Ｆ_１＜Ｆ_３１＋Ｆ_３２＝μＦ_２１＋μＦ_２１＝（２μＦ_１ｂＴ）／ｒ^２、（Ｆ_１＞０）で、
１＜（２μｂＴ）／ｒ^２
すなわち、
ｒ^２＜２μｂＴ・・・（１）
式（１）から、ｒ^２＝ａ^２＋Ｔ^２なので、Ｔに関する２次方程式で表すと、
Ｔ^２−２μｂＴ＋ａ^２＜０・・・（２）
式（２）＝０とおいて、Ｔについて解くと、
Ｔ＝〔２μｂ±（４μ^２ｂ^２−４ａ^２）^１／２〕／２
＝μｂ±（μ^２ｂ^２−ａ^２）^１／２・・・（３）
式（３）に実数による解が存在する為には、
μｂ≧ａ、すなわち、（ａ／ｂ）≦μ・・・（４）でなければならない。

そして、以下のように、ａ、ｂおよびμの値から、Ｔの範囲を設定できる。なお、摩擦係数（μ）は、クランプレバー５およびガイド軸４の両者を鋼材で構成した場合には、μ＝０．１〜０．２となる。

ｂ＝６０（ｍｍ）、μ＝０．２とすると、式（４）よりａ≦１２（ｍｍ）となる。
ａ＝１０（ｍｍ）とすると、式（３）より、
Ｔ＝０．２×６０±（０．２^２×６０^２−１０^２）^１／２となり、
５．３＜Ｔ＜１８．６（ｍｍ）となる。
逆に、ａ＝２０（ｍｍ）、ｂ＝１１０（ｍｍ）とすると、
Ｔ＝０．２×１１０±（０．２^２×１１０^２−２０^２）^１／２となり、
１２．８＜Ｔ＜３１．２（ｍｍ）となる。

押上板６は、図１〜図４に示すように、クランプレバー５とガイド部１８（架台フレーム３）との間に配置された板状部材であって、ガイド部１８（ガイド軸４）に沿って昇降し、クランプレバー５の全体を昇降させる（図５〜図９参照）。なお、押上板６は、鋼製板材で構成されていることが好ましい。

押上板６は、その端部にガイド軸４が挿通される挿通穴６ｂが形成されている。また、架台フレーム３（天板１３）から複数のガイド軸４が立設されている場合には、押上板６は、中心部から端部に形成された各ガイド軸４が挿通される挿通穴６ｂに向って延出する延出部６ａが形成されることが好ましい。図３では、放射状に延出した４つの延出部６ａ、６ａ、６ａ、６ａが形成された、横断面形状が十字形の押上板６が記載されている。押上板６がこのような形状（十字形状）であることにより、押上板６の収容スペースを減少させることが可能となると共に、磁気吸着部材２を傾きなく昇降させることが可能となる。なお、押上板６は、収容スペースが十分確保できれば、延出部６ａが形成されない横断面形状が矩形の押上板６であってもよい（図示せず）。

押上板６は、その昇降の際にクランプレバー５の全体を昇降させるため、クランプレバー５が水平状態となり、その他端部に形成されたガイド穴１５とガイド軸４との間に隙間が生じる。その結果、ガイド軸４に対するクランプレバー５の固定が解除され、クランプレバー５による磁気吸着部材２の固定も解除されることとなる。また、磁気吸着部材２の昇降の際に、固定が解除された状態でクランプレバー５が昇降するため、クランプレバー５がガイド軸４に引っかかることがなく、磁気吸着部材２がスムーズに昇降することとなる。

昇降機構部７は、ガイド部１８（架台フレーム３）内に配置され、クランプレバー５および押上板６を介して磁気吸着部材２を鋼板Ｗの裏面に当接するまで上昇させ、その後、下降させるもので、エアシリンダ等である。昇降機構部７は、磁気吸着部材２を鋼板Ｗの裏面に当接するまで上昇させるため、板厚差のある鋼板Ｗであっても、通電による励磁で鋼板Ｗを磁気吸着部材２で確実に吸着することが可能となる。

次に、本発明のクランプ装置１の吸着動作について、図５〜図９を参照して説明する。
（１）図５に示すように、初期状態にあったクランプ装置１の昇降機構部７（エアシリンダ等）を上昇させ、押上板６および水平状態のクランプレバー５を介して、磁気吸着部材２（電磁マグネット）を鋼板Ｗの裏面に当接するまでガイド軸４に沿って上昇させる。

（２）図６、図７に示すように、磁気吸着部材２に通電して励磁し、磁気吸着部材２を鋼板Ｗの裏面に吸着させる。この状態で、昇降機構部７を下降させると、押上板６も下降する。押上板６の下降によって、クランプレバー５は、一端部側の係合部１４は磁気吸着部材２の係止部１０に支持されるが、他端部側はガイド軸４に沿って下降するため、傾斜状態となる。傾斜状態のクランプレバー５は、他端部側のガイド穴１５が傾斜して内壁面の上端１５ａおよび下端１５ｂがガイド軸４に当接する。その結果、前記したように、内壁面の上端１５ａおよび下端１５ｂで摩擦力（Ｆ_３１、Ｆ_３２）が生じる。この摩擦力でクランプレバー５がガイド軸４に固定された状態となるため、クランプレバー５を支持している磁気吸着部材２の上方向への移動が抑制され、磁気吸着部材２が吸着している鋼板Ｗがクランプされた状態となる。

（３）図８に示すように、昇降機構部７を上昇させ、下降していた押上板６を上昇させる。押上板６の上昇によって、傾斜状態であったクランプレバー５の他端部側が上昇して、クランプレバー５が水平状態となり、クランプレバー５の固定が解除される。

（４）図９に示すように、磁気吸着部材２の通電を止めて消磁し、鋼板Ｗの裏面への磁気吸着部材２の吸着を解除する。この状態で、昇降機構部７を下降すると、磁気吸着部材２がクランプレバー５および押上板６の上に搭載された状態で、ガイド軸４に沿って下降してクランプ装置１が初期状態に戻る。

次に、本発明に係る片面溶接装置について、図面を参照して説明する。
図１０、図１１に示すように、片面溶接装置１００は、クランプ装置１と、土台フレーム１０４と、裏当装置５０と、搬送機構部１０５と、溶接機３０とを備える。以下、各構成について説明する。なお、クランプ装置１については前記のとおりであるので、説明を省略する。

土台フレーム１０４は、クランプ装置１を支持するもので、鋼製の角材を枠組みして断面視凹状を呈するように形成され、上方が開放され内部に後記する裏当装置５０が支持され、裏当装置５０の長手方向に沿って延設されるフレームである。土台フレーム１０４は、長手方向に沿って並設された２本の主梁１０４ａと、主梁１０４ａ、１０４ａの間に直角に連結された連結梁１０４ｂと、主梁１０４ａに垂直に立設された２本の連結梁１０４ｃ、１０４ｃと、主梁１０４ａ、１０４ａの上方において、それぞれ平行に設置された補助梁１０４ｄ、１０４ｄと、補助梁１０４ｄ、１０４ｄから裏当装置５０の反対側に向かって張出した片持梁１０４ｅ、１０４ｅとを備える。また、土台フレーム１０４は、連結梁１０４ｂの下方に回転台車部１０８が設置され、片面溶接装置１００の長手方向に所定の間隔をあけて並設された複数のレール１０７の上を回転台車部１０８が移動することによって、幅方向に移動する。

裏当装置５０は、土台フレーム１０４に支持されると共に、土台フレーム１０４の長手方向に沿って延設して、鋼板Ｗの溶接線Ｍの裏側にフラックスを押し当てるものである。裏当装置５０は、フラックスを押し当てるフラックスカッパーバッキング式第１裏当部５１ａおよびフラックスバッキング式第２裏当部５１ｂと、第１裏当部５１ａおよび第２裏当部５１ｂを搭載する水平移動可能な裏当フレーム５４と、裏当フレーム５４の直下に配置された架台フレーム５５とを備える。また、架台フレーム５５の内部には、第１裏当部５１ａから落下させるフラックスを回収する第１裏当部用フラックス回収手段５６と、第２裏当部５１ｂから落下させるフラックスを回収する第２裏当部用フラックス回収手段５７とを備える。そして、第１裏当部５１ａでは、フラックスを保持する銅板５２ａを第１エアホース５３ａで上昇させることで溶接線Ｍの裏側にフラックスを押し当てて供給する。また、第２裏当部５１ｂでは、フラックスを保持する樋状のフラックス容器５２ｂを第２エアホース５３ｂで上昇させることで溶接線Ｍの裏側にフラックスを押し当てて供給する。

搬送機構部１０５は、土台フレーム１０４の上部（補助梁１０４ｄ）に支持されると共に、裏当装置５０の両側に配置されて、裏当装置５０の上方で鋼板Ｗを水平移動させるパネル移動ローラ１０５ａで構成される。また、搬送機構部１０５は、パネル移動ローラ１０５ａと、鋼板Ｗの搬送を補助するために、土台フレーム１０４の上部（片持梁１０４ｅ）に支持される補助ローラ１０５ｂとで構成されてもよい。

溶接機３０は、裏当装置５０の上方に配置され、溶接線Ｍの表側から鋼板Ｗを溶接するものである。溶接機３０は、裏当装置５０の第１裏当部５１ａおよび第２裏当部５１ｂの長手方向に沿って延設される溶接機ビーム１０１を走行する走行台車３１と、走行台車３１に移動可能に取り付けられた溶接トーチ３２とを備える。

片面溶接装置１００では、クランプ装置１は、鋼板Ｗの溶接線Ｍに対して少なくとも片側に配置される。図面では、溶接線Ｍに対して両側にクランプ装置１を配置した例を記載した。クランプ装置１は、裏当装置５０の長手方向に所定の間隔をおいて３列配置され、すなわち、第１裏当部５１ａと第２裏当部５１ｂとの間の位置に配置され、搬送機構部１０５（パネル移動ローラ１０５ａ）の前後の位置にも配置されている。

次に、片面溶接装置を用いた溶接方法について説明する。なお、片面溶接装置１００の各構成については、図１０、図１１を参照する。
（１）フラックス供給手段６０から、第１裏当部５１ａ（銅板５２ａ）にフラックスを供給する。そして、パネル移動ローラ１０５ａおよび補助ローラ１０５ｂにより、仮付けされた鋼板Ｗを移動させ、裏当装置５０の上方に鋼板Ｗの溶接線Ｍを配置させる。そして、クランプ装置１を起動して、クランプ装置１で鋼板Ｗを磁力によって吸着してクランプする。

（２）図示しない駆動装置を作動させて溶接線Ｍの直下に銅板５２ａが位置するように第１裏当部５１ａの幅方向の微調整を行う。具体的には、第１裏当部５１ａを搭載した裏当フレーム５４を、移動ローラ５８を用いて架台フレーム５５の上部で幅方向に水平移動させる。

（３）第１エアホース５３ａに空気を導入し、第１エアホース５３ａを膨張させる。第１エアホース５３ａの膨張によって、銅板５２ａが溶接線Ｍの裏側に当接し、フラックスが供給される。そして、溶接機３０を溶接機ビーム１０１の上を所定速度で移動させながら、溶接線Ｍの表側から溶接トーチ３２によって片面サブマージアーク溶接を施して、鋼板Ｗを溶接する。

（４）次に、溶接線Ｍが複数ある場合には、第１エアホース５３ａ内の空気を排出して、銅板５２ａを鋼板Ｗの裏側から押し下げる、そして、昇降手段５９で架台フレーム５５を降下させ、第１裏当部５１ａを鋼板Ｗの裏側からさらに押し下げる。そして、クランプ装置１を解除し、前記（１）〜（３）を行う。このような動作を、溶接線Ｍがなくなるまで行う。

また、裏当方式をフラックスカッパーバッキング式からフラックスバッキング式に切り替える場合には、溶接機３０の走行台車３１を介して、第１裏当部５１ａ（銅板５２ａ）の上から第２裏当部５１ｂ（フラックス容器５２ｂ）の上に、溶接トーチ３２を移動する。そして、前記（１）〜（４）にしたがって溶接を行なう。

１磁気式鋼板クランプ装置（クランプ装置）
２磁気吸着部材
４ガイド軸
５クランプレバー
６押上板
７昇降機構部
１４係合部
１５当接部（ガイド穴）
１５ａ上端
１５ｂ下端
１８ガイド部
３０溶接機
５０裏当装置
１００片面溶接装置
１０４土台フレーム
１０５搬送機構部
Ｍ溶接線
Ｗ鋼板

Claims

仮付けされた溶接線を有する鋼板の裏面に磁力によって吸着する磁気吸着部材と、
前記磁気吸着部材の昇降をガイドするガイド部と、
一端部に前記磁気吸着部材と係合する係合部が形成されると共に、他端部に前記ガイド部と当接する当接部が形成され、前記ガイド部に沿って昇降するクランプレバーと、
前記ガイド部に沿って昇降し、前記クランプレバーの全体を昇降させる押上板と、
前記クランプレバーおよび前記押上板を介して前記磁気吸着部材を前記鋼板の裏面に当接するまで上昇させ、その後、下降させる昇降機構部と、を備え、
前記鋼板に前記磁気吸着部材が吸着した後に、前記磁気吸着部材が上方向に引っ張られると、前記クランプレバーの前記当接部に引張力よりも大きな摩擦力が生じて前記磁気吸着部材を固定することを特徴とする磁気式鋼板クランプ装置。
前記ガイド部は、前記磁気吸着部材の昇降をガイドするガイド軸を備え、前記クランプレバーの前記当接部は、前記ガイド軸が挿通するガイド穴であって、
前記クランプレバーは、前記鋼板に前記吸着部材が吸着した際に、前記ガイド穴の内壁面の上端および下端で前記ガイド軸と当接することを特徴とする請求項１に記載の磁気式鋼板クランプ装置。
前記クランプレバーは、前記鋼板に前記磁気吸着部材が吸着した際に、前記磁気吸着部材に支持された前記係合部の支持点Ｐ_１と前記内壁面の下端と前記ガイド軸とが当接する下部当接点Ｐ_３との距離ｂと、前記内壁面の上端と前記ガイド軸とが当接する上部当接点Ｐ_２と前記下部当接点Ｐ_３との水平距離ａと、前記内壁面と前記ガイド軸との摩擦係数μとが、（ａ／ｂ）≦μを満足するように構成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載の磁気式鋼板クランプ装置。
請求項１ないし請求項３のいずれか一項に記載された磁気式鋼板クランプ装置と、
前記磁気式鋼板クランプ装置を支持する土台フレームと、
前記土台フレームに支持されると共に、前記土台フレームの長手方向に沿って延設して、前記鋼板の溶接線の裏側にフラックスを押し当てる裏当装置と、
前記土台フレームに支持されると共に、前記裏当装置の両側に配置されて、前記裏当装置の上方で前記鋼板を水平移動させる搬送機構部と、
前記裏当装置の上方に配置され、前記溶接線の表側から前記鋼板を溶接する溶接機とを備え、
前記磁気式鋼板クランプ装置が、前記鋼板の溶接線に対して少なくとも片側に配置されることを特徴とする片面溶接装置。