JP2013184176A

JP2013184176A - 溶接装置

Info

Publication number: JP2013184176A
Application number: JP2012049726A
Authority: JP
Inventors: Takeshi Oe; 武大江; Takao Kitani; 孝雄木谷; Kenichi Mori; 健一森
Original assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp; Cutland Japan Co Ltd
Current assignee: Toshiba Plant Systems and Services Corp; Cutland Japan Co Ltd
Priority date: 2012-03-06
Filing date: 2012-03-06
Publication date: 2013-09-19
Anticipated expiration: 2032-03-06
Also published as: JP5823319B2

Abstract

【課題】本発明は、溶接トーチを旋回させて筒形状の被溶接物の継手を接合する際に、電力供給線を被溶接物に巻き付ける必要のない溶接装置を提供する。
【解決手段】溶接装置１は、回転自在な面板歯車１３と、溶接トーチ１５を保持するトーチホルダ１６と、面板歯車１３と同一線上で回転自在な環状のワイヤ用歯車１７と、ワイヤ用軸受５７によって回転自在に支持されるワイヤ用動力伝達軸５８と、ワイヤ用動力伝達軸５８に固定されてワイヤ内歯５３に噛み合わされるワイヤ従動ピニオン５９と、ワイヤ用動力伝達軸５８が伝達する駆動力によってワイヤＷを被溶接物２００の継手へ送給するワイヤ送給装置１８と、面板歯車１３に設けられる環状電極２７、ハウジング１２に設けられて環状電極２７に接する弧状の電極２８を通じて溶接トーチ１５に電力を供給する給電系統２９と、を備える。
【選択図】図２

Description

本発明に係る実施形態は溶接装置に関する。

筒形状の被溶接物（一般には配管）の継手に溶接トーチを倣わせ、被溶接物の周方向へ向かって溶接トーチを旋回させて、被溶接物を接合する溶接装置が知られている。

特開２００６−１１０５７１号公報

従来の溶接装置は、筒形状の被溶接物の周方向へ溶接トーチを旋回させるため、溶接トーチに接続する電力供給用電線を、あらかじめ溶接トーチ旋回方向の逆方向へ向けて被溶接物の周囲に巻き付けてから溶接を開始する。従来の溶接装置は、溶接トーチを旋回させている最中、被溶接物に巻き付けられた電力供給線の監視や、弛んでくる電力供給線の引き込みなどの取り回しを必要とする。この電力供給線の監視や取り回しは、作業者にとって煩雑であったり、溶接作業コストの低減を妨げたり、溶接作業の効率的な進行を妨げたり、取り回しの拙さから溶接品質を低下させたりする。

そこで、本発明は、溶接トーチを旋回させて筒形状の被溶接物の継手を接合する際に、電力供給線を被溶接物に巻き付ける必要のない溶接装置を提案する。

前記の課題を解決するため本発明の実施形態に係る溶接装置は、筒形状の被溶接物の外周に固定される基部と、前記基部に支持されるハウジングと、前記ハウジングによって回転自在に支持される環形状の面板歯車と、前記面板歯車の外周にある面板外歯と、前記面板歯車に設けられて前記被溶接物を溶接する溶接トーチを保持するトーチホルダと、前記面板歯車の回転中心線と同一線上の回転中心線まわりに回転自在な環状のワイヤ用歯車と、前記ワイヤ用歯車の外周にあるワイヤ外歯と、前記ワイヤ用歯車の内周にあるワイヤ内歯と、前記面板歯車に設けられるワイヤ用軸受と、前記ワイヤ用軸受によって回転自在に支持されるワイヤ用動力伝達軸と、ワイヤ用動力伝達軸に固定されて前記ワイヤ内歯に噛み合わされるワイヤ従動ピニオンと、前記面板歯車に設けられて前記ワイヤ用動力伝達軸が伝達する駆動力によってワイヤを前記被溶接物の継手へ送給するワイヤ送給装置と、前記面板外歯に噛み合い前記面板歯車を回転させる面板歯車駆動装置と、前記ワイヤ外歯に噛み合い前記ワイヤ用歯車を回転させるワイヤ用歯車駆動装置と、前記ハウジングおよび前記面板歯車のいずれか一方に設けられる環状電極、前記ハウジングおよび前記面板歯車のいずれか他方に設けられて前記環状電極に接する弧状または環状の電極を通じて前記溶接トーチに電力を供給する給電系統と、を備えることを特徴とする。

本発明の実施形態に係る溶接装置を示す正面図。本発明の実施形態に係る溶接装置を示す左側面図。本発明の実施形態に係る溶接装置を示す平面図。本発明の実施形態に係る溶接装置を示す背面図。本発明の実施形態に係る溶接装置の歯車群を示す概念図。本発明の実施形態に係る溶接装置の歯車群を示す断面図。本発明の実施形態に係る溶接装置の歯車群を示す断面図。本発明の実施形態に係る溶接装置の給電系統の一部を示す断面図。本発明の実施形態に係る溶接装置の給電系統を示す正面図。本発明の実施形態に係る溶接装置の給電系統を示す側面図。本発明の実施形態に係る溶接装置の給電系統を示す背面図。本発明の実施形態に係る溶接装置の給電系統の連結部分を示す正面図。本発明の実施形態に係る溶接装置の給電系統の連結部分を示す正面図。本発明の実施形態に係る溶接装置の給電系統の連結部分を示す側面図。本発明の実施形態に係る溶接装置のシールドガス供給路の一部を示す断面図。本発明の実施形態に係る溶接装置のホーチホルダおよびホルダ駆動機構を示す正面図。本発明の実施形態に係る溶接装置のホーチホルダおよびホルダ駆動機構を示す側面図。

本発明に係る溶接装置の実施形態について図１から図１７を参照して説明する。

図１は、本発明の実施形態に係る溶接装置を示す正面図である。

図２は、本発明の実施形態に係る溶接装置を示す左側面図である。

図３は、本発明の実施形態に係る溶接装置を示す平面図である。

図４は、本発明の実施形態に係る溶接装置を示す背面図である。

図１から図４に示す本実施形態に係る溶接装置１は、筒形状の被溶接物２００、具体的には配管の突合せ継手を溶接する。被溶接物２００は、一対の筒形状の被溶接材間に突合せ継手を有する。溶接装置１はこの継手を溶接して被溶接物２００を一体化する。

溶接装置１は、被溶接物２００の外周に固定される基部２と、基部２に支持される溶接ヘッド３と、を備える。

基部２は被溶接物２００の外周に溶接装置１全体を固定して支える。基部２の形状は環形状である。基部２の内径寸法は被溶接物２００の外径寸法より大きく、基部２はその内側に被溶接物２００を配置できる。

また、基部２は、背面の内縁に径方向へ滑動自在な複数（具体的には４つ）のクランプ５を備える。クランプ５は、内径よりも内側へ移動して、内径よりも小径な被溶接物２００を保持して溶接装置１全体を支える。複数のクランプ５はそれぞれ一対ずつ内径の中心線に対して線対称に位置する。

さらに、基部２は、溶接ヘッド３へ電力を供給する電源供給導体６ａが挿し通される電源用貫通孔７と、電源供給導体６ｂを被溶接物２００に接地する接地電極片９と、を備える。

ガス管８は、基部２と溶接ヘッド３とを隔てる隙間から溶接ヘッド３の背面に接続してシールドガスを供給する。

複数の連結柱１１は基部２と溶接ヘッド３との間に架かり溶接装置１を一体化する。

溶接ヘッド３は被溶接物２００を囲むように配置される。溶接ヘッド３の形状は環形状である。溶接ヘッド３の内径寸法は被溶接物２００の外径寸法より大きく、溶接ヘッド３はその内側に被溶接物２００を配置できる。

溶接ヘッド３は、基部２に支持されるハウジング１２と、ハウジング１２によって回転自在に支持される環形状の面板歯車１３と、面板歯車１３に設けられて被溶接物２００を溶接する溶接トーチ１５を保持するトーチホルダ１６と、を備える。

また、溶接ヘッド３は、面板歯車１３の回転中心線Ｃと同一線上の回転中心線Ｃまわりに回転自在な環状のワイヤ用歯車１７と、面板歯車１３に設けられてワイヤＷを被溶接物２００の継手へ送給するワイヤ送給装置１８と、を備える。

さらに、溶接ヘッド３は、面板歯車１３の回転中心線Ｃと同一線上の回転中心線Ｃまわりに回転自在な環状のトーチ用歯車２１と、溶接トーチ１５を面板歯車１３の径方向へ移動させて被溶接物２００へ近づけたり、遠ざけたりするホルダ駆動機構２２と、を備える。

さらにまた、溶接ヘッド３は、面板歯車１３を回転させる面板歯車駆動装置２３と、ワイヤ用歯車１７を回転させるワイヤ用歯車駆動装置２５と、トーチ用歯車２１を回転させるトーチ用歯車駆動装置２６と、を備える。

また、溶接ヘッド３は、面板歯車１３に設けられる環状電極２７、ハウジング１２に設けられて環状電極２７に接する弧状の電極２８を通じて溶接トーチ１５に電力を供給する給電系統２９を備える。電極２８は電源供給導体６ａに接続する。

さらに、溶接装置１は、基部２および溶接ヘッド３（より詳しくはハウジング１２）に渡り両者を近づけたり、遠ざけたりするねじ軸（図示省略）を有するボールねじ３１と、ハウジング１２に固定されてボールねじ３１を駆動するボールねじ駆動装置３２と、を備える。

さらにまた、溶接ヘッド３は、面板歯車１３に設けられて送給前のワイヤＷを巻き付けておくリール３３を備える。

また、溶接装置１は、面板歯車１３、ワイヤ用歯車１７およびトーチ用歯車２１それぞれの回転角度を測定する回転角度センサ３５、３６、３７を備える。

さらに、溶接装置１は、ガス管８を通過するシールドガスを面板歯車１３の正面から溶接トーチ１５へ導くガスチューブ３８と、環状電極２７に接続して溶接トーチ１５へ給電するケーブル３９と、ワイヤＷを被溶接物２００の継手へ導くワイヤガイド４１と、を備える。

溶接トーチ１５は、被溶接物２００の継手をアーク溶接で接合する。具体的には、ティグ溶接（ＴＩＧ溶接：ＴｕｎｇｓｔｅｎＩｎｅｒｔＧａｓｗｅｌｄｉｎｇ）、マグ溶接（ＭＡＧ溶接：ＭｅｔａｌＡｃｔｉｖｅＧａｓｗｅｌｄｉｎｇ）、ミグ溶接（ＭＩＧ溶接：ＭｅｔａｌＩｎｅｒｔＧａｓｗｅｌｄｉｎｇ）など各種のアーク溶接に好適な溶接トーチ１５が適宜選択されて、装着される。

面板歯車駆動装置２３、ワイヤ用歯車駆動装置２５、トーチ用歯車駆動装置２６およびボールねじ駆動装置３２は溶接ヘッド３側に集中的に配置されている。

環状電極２７および電極２８は、面板歯車１３およびハウジング１２の何れにあっても良く、具体的には電極２８が面板歯車１３に設けられ、環状電極２７がハウジング１２に設けられていても良い。つまり、環状電極２７はハウジング１２および面板歯車１３のいずれか一方に設けられ、電極２８はハウジング１２および面板歯車１３のいずれか他方に設けられる。また、電極２８は半円弧状の他に弧状または環状であれば良い。

回転角度センサ３５、３６、３７は、ロータリーポテンショメータやロータリーエンコーダ、レゾルバである。

基部２、溶接ヘッド３（具体的には、ハウジング１２、面板歯車１３、ワイヤ用歯車１７および環状電極２７は、面板歯車１３の回転中心線Ｃを通る平面Ｐで分割できる。この分割によって溶接装置１は被溶接物２００へ容易に装着できる。

そして、基部２および溶接ヘッド３のそれぞれは、分割された半円弧部分を連結する蝶番４５、４６を備える。それぞれの蝶番４５、４６は、基部２および溶接ヘッド３それぞれの半円弧部分を開いて基部２の内側および溶接ヘッド３の内側へ被溶接物２００を配置可能にする。また、基部２および溶接ヘッド３のそれぞれは、分割された半円弧部分が環形状に組み合わされた半円弧部分どうしを連結して固定する固定機構４７、４８、４９を備える。

蝶番４５は、基部２の一方の側部、具体的には右側部に位置する。他方、基部２を環形状に固定する固定機構４７は、蝶番４５の反対側、つまり基部２の他方の側部、具体的には左側部に位置する。

蝶番４６は、溶接ヘッド３の一方の側部、具体的には右側部に位置する。他方、固定機構４８は、蝶番４６の反対側、つまり溶接ヘッド３の他方の側部、具体的には左側部に位置してハウジング１２の半円弧部分どうしを連結して固定する。また、固定機構４９は、面板歯車１３の正面側、かつ分割面の近傍に位置して面板歯車１３の半円弧部分どうしを連結して固定する。

次に、溶接装置１の歯車群について詳細に説明する。

図５は、本発明の実施形態に係る溶接装置の歯車群を示す概念図である。

図５に示すように、本実施形態に係る溶接装置１は、面板歯車１３の外周にある面板外歯５１と、ワイヤ用歯車１７の外周にあるワイヤ外歯５２と、ワイヤ用歯車１７の内周にあるワイヤ内歯５３と、トーチ用歯車２１の外周にあるトーチ外歯５５と、トーチ用歯車２１の内周にあるトーチ内歯５６と、を備える。

また、溶接装置１は、面板歯車１３に設けられるワイヤ用軸受５７と、ワイヤ用軸受５７によって回転自在に支持されるワイヤ用動力伝達軸５８と、ワイヤ用動力伝達軸５８に固定されてワイヤ内歯５３に噛み合わされるワイヤ従動ピニオン５９と、を備える。

さらに、溶接装置１は、面板歯車１３に設けられるトーチ用軸受６１と、トーチ用軸受６１によって回転自在に支持されるトーチ用動力伝達軸６２と、トーチ用動力伝達軸６２に固定されてトーチ内歯５６に噛み合わされるトーチ従動ピニオン６３と、を備える。

面板歯車駆動装置２３は、面板外歯５１に噛み合う面板駆動ピニオン６５を備える。ワイヤ用歯車駆動装置２５は、ワイヤ外歯５２に噛み合うワイヤ駆動ピニオン６６を備える。トーチ用歯車駆動装置２６は、トーチ外歯５５に噛み合うトーチ駆動ピニオン６７を備える。面板歯車駆動装置２３、ワイヤ用歯車駆動装置２５、トーチ用歯車駆動装置２６は、それぞれの面板駆動ピニオン６５、ワイヤ駆動ピニオン６６、トーチ駆動ピニオン６７を駆動させる電動機である。

先ず、ワイヤ用歯車１７は面板歯車１３と協働してワイヤ用動力伝達軸５８を回転駆動または駆動停止させる。つまり、ワイヤ用歯車１７と面板歯車１３との相対的な回転速度の違いによって、ワイヤ用動力伝達軸５８が自転したり、自転停止したりする。

具体的には、面板歯車駆動装置２３およびワイヤ用歯車駆動装置２５のそれぞれが面板歯車１３およびワイヤ用歯車１７を同じ速度で回転させれば、ワイヤ用軸受５７とワイヤ内歯５３との相対的な位置関係が変わらず保たれるので、ワイヤ従動ピニオン５９はワイヤ用軸受５７に対して回転することなく、ひいてはワイヤ用動力伝達軸５８が自転停止状態になる。このとき、面板歯車１３およびワイヤ用歯車１７は回転しているので、ワイヤ用動力伝達軸５８は自転停止の状態で被溶接物２００の周囲を旋回することになる。

また、これとは逆に、面板歯車駆動装置２３およびワイヤ用歯車駆動装置２５のそれぞれが面板歯車１３およびワイヤ用歯車１７を異なる速度で回転させれば、ワイヤ用軸受５７とワイヤ内歯５３との相対的な位置関係が変わるので、ワイヤ従動ピニオン５９はワイヤ用軸受５７に対して回転し、ひいてはワイヤ用動力伝達軸５８が自転する。このワイヤ用動力伝達軸５８の自転はワイヤ送給装置１８の駆動力であり、ワイヤ送給装置１８に作用してワイヤＷの供給または供給停止を行う。なお、面板歯車１３およびワイヤ用歯車１７を異なる速度で回転させることには、一方の歯車を回転させず（つまり停止させ）、他方の歯車のみ回転させることを含む。

他方、トーチ用歯車２１は面板歯車１３と協働してトーチ用動力伝達軸６２を回転駆動または駆動停止させる。つまり、トーチ用歯車２１と面板歯車１３との相対的な回転速度の違いによって、トーチ用動力伝達軸６２が自転したり、自転停止したりする。

具体的には、面板歯車駆動装置２３およびトーチ用歯車駆動装置２６のそれぞれが面板歯車１３およびトーチ用歯車２１を同じ速度で回転させれば、トーチ用軸受６１とトーチ内歯５６との相対的な位置関係が変わらず保たれるので、トーチ従動ピニオン６３はトーチ用軸受６１に対して回転することなく、ひいてはトーチ用動力伝達軸６２が自転停止状態になる。このとき、面板歯車１３およびトーチ用歯車２１は回転しているので、トーチ用動力伝達軸６２は自転停止の状態で被溶接物２００の周囲を旋回することになる。

また、これとは逆に、面板歯車駆動装置２３およびトーチ用歯車駆動装置２６のそれぞれが面板歯車１３およびトーチ用歯車２１を異なる速度で回転させれば、トーチ用軸受６１とトーチ内歯５６との相対的な位置関係が変わるので、トーチ従動ピニオン６３はトーチ用軸受６１に対して回転し、ひいてはトーチ用動力伝達軸６２が自転する。このトーチ用動力伝達軸６２の自転はホルダ駆動機構２２の駆動力あり、ホルダ駆動機構２２に作用して溶接トーチ１５を被溶接物２００に近づけたり、遠ざけたりする。なお、面板歯車１３およびトーチ用歯車２１を異なる速度で回転させることには、一方の歯車を回転させず（つまり停止させ）、他方の歯車のみ回転させることを含む。

さらに、溶接装置１は、面板歯車駆動装置２３が面板歯車１３を回転させれば、溶接トーチ１５を被溶接物２００の周囲に旋回させることができる。

そして、溶接装置１は、面板歯車駆動装置２３、ワイヤ用歯車駆動装置２５、トーチ用歯車駆動装置２６のそれぞれを適宜に制御して被溶接物２００を溶接する。つまり、先ず、溶接装置１は、面板歯車駆動装置２３およびトーチ用歯車駆動装置２６のそれぞれで面板歯車１３およびトーチ用歯車２１を異なる速度で回転させて溶接トーチ１５をアーク放電可能な距離まで被溶接物２００の継手近傍へ近づける。次いで、溶接装置１は、面板歯車駆動装置２３およびトーチ用歯車駆動装置２６のそれぞれで面板歯車１３およびトーチ用歯車２１を同じ速度で回転させて溶接トーチ１５を継手に倣わせて被溶接物２００の周囲で旋回させる。このとき同時に、溶接装置１は、面板歯車駆動装置２３およびワイヤ用歯車駆動装置２５のそれぞれで面板歯車１３およびワイヤ用歯車１７を異なる速度で回転させてワイヤ送給装置１８を駆動させ、継手へワイヤＷを供給する。

なお、溶接装置１は、面板歯車１３に対するワイヤ用歯車１７やトーチ用歯車２１のように、面板歯車１３の回転中心線Ｃと同一線上の回転中心線まわりに回転自在な環状の歯車（図示省略）と、動力伝達軸（図示省略）および従動ピニオン（図示省略）とを適宜に追加して溶接トーチ１５やワイヤ送給装置１８の駆動を多軸で行ったり、溶接トーチ１５やワイヤ送給装置１８以外の装置の駆動を行ったりすることができる。

また、この溶接装置１は、ボールねじ駆動装置３２を駆動させて基部２と溶接ヘッド３とを近づけたり、遠ざけたりすることによって、被溶接物２００の長手方向に見て異なる位置へ溶接を施すことができる。このことから、溶接装置１は、基部２の固定箇所を変更することなく、複数パスの溶接を行うことができる。そして、この基部２と溶接ヘッド３との遠近動作と、溶接トーチ１５と被溶接物２００との遠近動作とを組み合わせることで、大きく開いた開先に対して多層肉盛り溶接を容易に行うこともできる。なお、溶接装置１は、ボールねじ駆動装置３２に代えてラックとピニオンとを組み合わせて基部２と溶接ヘッド３とを近づけたり、遠ざけたりしても良い。

なお、回転角度センサ３５、３６、３７は、面板歯車１３、ワイヤ用歯車１７およびトーチ用歯車２１のそれぞれの回転角度を直接的に測定しても良いし、面板駆動ピニオン６５、ワイヤ駆動ピニオン６６およびトーチ駆動ピニオン６７のそれぞれの回転角度から面板歯車１３、ワイヤ用歯車１７およびトーチ用歯車２１のそれぞれの回転角度を間接的に測定しても良い。また、回転角度センサ３５、３６、３７は、面板歯車駆動装置２３、ワイヤ用歯車駆動装置２５、トーチ用歯車駆動装置２６それぞれの電動機の出力軸に直結されていても良い。

図６は、本発明の実施形態に係る溶接装置の歯車群を示す断面図である。

なお、図６は、ワイヤ用動力伝達軸５８の周囲を示す断面図である。

図６に示すように、本実施形態に係る溶接装置１は、ワイヤ用歯車１７、トーチ用歯車２１、環状電極２７および電極２８をハウジング１２内に収容し、面板歯車１３を蓋のようにしてこれらを収納する。面板歯車１３、トーチ用歯車２１およびワイヤ用歯車１７は、この順番にハウジング１２の奥側へ並ぶ。面板外歯５１はハウジング１２の内側に収容される。トーチ内歯５６は面板外歯５１からみて径方向内側にある。トーチ外歯５５は面板外歯５１に隣り合わせてハウジング１２の奥側にある。ワイヤ内歯５３はトーチ外歯５５からみて径方向内側にある。ワイヤ従動ピニオン５９はワイヤ内歯５３の内側にある。ワイヤ外歯５２はトーチ外歯５５から隙間を隔てて隣り合う。環状電極２７はワイヤ外歯５２からみて径方向内側にある。

これら内歯、外歯の配置の都合から、面板歯車１３、トーチ用歯車２１およびワイヤ用歯車１７は内周側と外周側とが回転中心線Ｃ方向（図６中の実線矢の方向）に見て異なる平面に位置する段形状の環である。

ハウジング１２は、面板歯車１３を回転自在に支持する複数のころ６８を備える。ころ６８は面板歯車１３の内周面に接してこれを支える。ころ６８の形状は回転中心線方向における中央部分が拡大するそろばん玉状である。他方、面板歯車１３は内周にころ６８が嵌まるＶ文字状の溝を有する。

溶接ヘッド３は、ハウジング１２に設けられた複数のプランジャ６９と、面板歯車１３に設けられた複数のプランジャ７１と、を備える。プランジャ６９、７１は互いに協働してワイヤ用歯車１７とトーチ用歯車２１とを挟み込んで回転中心線方向における各歯車の相対的な位置関係を調整する。

ころ６８、プランジャ６９、７１は、いずれも溶接ヘッド３の周方向へ適宜の間隔毎に配置される。

また、溶接ヘッド３は、面板歯車１３に対して環状電極２７を絶縁して保持する第一絶縁保持体７２と、ハウジング１２に対して電極２８を絶縁して保持する第二絶縁保持体７３と、を備える。

第一絶縁保持体７２は、環状電極２７を納める環状溝７５を有し、面板歯車１３に固定されて面板歯車１３とともに回転する。

第二絶縁保持体７３は、電極２８を納める環状溝７６を有し、ハウジング１２に支持される。第二絶縁保持体７３は、環状電極２７と電極２８との接触を確実にするために電極２８を環状電極２７に押し付ける板バネ７７を備える。

第一絶縁保持体７２および第二絶縁保持体７３は、両環状溝７５、７６を向かい合わせて環状電極２７と電極２８の周囲にシールドガスを流通可能な環状流路７８を仕切る。この環状流路７８を流れるシールドガスは、環状電極２７および電極２８を冷却する冷媒でもある。第一絶縁保持体７２および第二絶縁保持体７３は、相互に嵌合し合う凹凸７９を備える。凹凸７９は環状に巡り面板歯車１３とハウジング１２との相対的な回転にともなって滑動する。板バネ８０は第二絶縁保持体７３を第一絶縁保持体７２に押し付けて両者の接触を安定させる。凹凸７９は、環状流路７８の気密性を高め、面板歯車１３とハウジング１２との回転を安定化させ、溶接ヘッド３を組み立てる際の第一絶縁保持体７２および第二絶縁保持体７３の位置決め、ひいては面板歯車１３、ワイヤ用歯車１７、トーチ用歯車２１の位置決めにもなる。

環状電極２７および電極２８は、面板歯車１３とハウジング１２とが相対的に回転する最中も相互に接し合って導通を保つ。すなわち、環状電極２７および電極２８は、被溶接物２００に対して静止状態にあるハウジング１２側から被溶接物２００に対して回転する面板歯車１３側、ひいては溶接トーチ１５へ電力を伝える。

ワイヤ送給装置１８は、面板歯車１３に支持されてワイヤ用動力伝達軸５８が伝達する駆動力によってワイヤＷを被溶接物２００の継手へ送給する。

図７は、本発明の実施形態に係る溶接装置の歯車群を示す断面図である。

なお、図７は、トーチ用動力伝達軸６２の周囲を示す断面図である。

図７に示すように、本実施形態に係る溶接装置１の溶接ヘッド３は、ハウジング１２に設けられてワイヤ用歯車１７に接する複数のころ８１と、トーチ用歯車２１に設けられてワイヤ用歯車１７に接する複数のころ８２と、トーチ用歯車２１に設けられて面板歯車１３に接する複数のころ８３と、を備える。ころ８１、８２、８３は、ハウジング１２、ワイヤ用歯車１７、トーチ用歯車２１および面板歯車１３のそれぞれの隣接部分に介在してワイヤ用歯車１７、トーチ用歯車２１および面板歯車１３の回転中心線Ｃを同一線上に安定化させる。ころ８１は、ワイヤ外歯５２から見て径方向内側にある段差部８５に接する。ころ８２は、ワイヤ内歯５３から見て径方向外側にある環状溝８６に接する。ころ８３は、面板外歯５１から見て径方向内側にある段差部８７に接する。

トーチ従動ピニオン６３は、トーチ内歯５６の内側にある。

図８は、本発明の実施形態に係る溶接装置の給電系統の一部を示す断面図である。

図８に示すように、本実施形態に係る溶接装置１の給電系統２９は、ハウジング１２を貫いて電極２８に電気的に接続する固定側給導体８８と、面板歯車１３を貫いて環状電極２７に電気的に接続する旋回側給導体８９と、を備える。

ハウジング１２は、固定側給導体８８を電気的に絶縁して保持する絶縁ポート９１を備える。他方、面板歯車１３も、旋回側給導体８９を電気的に絶縁して保持する絶縁ポート９２を備える。なお、固定側給導体８８および旋回側給導体８９は電源供給導体６ａの一部である。

図９は、本発明の実施形態に係る溶接装置の給電系統を示す正面図である。

図１０は、本発明の実施形態に係る溶接装置の給電系統を示す側面図である。

図１１は、本発明の実施形態に係る溶接装置の給電系統を示す背面図である。

図９から図１１に示すように、本実施形態に係る溶接装置１の給電系統２９は、電極２８を環状電極２７へ押し付けてハウジング１２側にある電極２８と面板歯車１３側にある環状電極２７とを導通させる。面板歯車１３とハウジング１２との相対的な回転にともなって環状電極２７と電極２８とは接触状態を保ちつつ位相関係を変化させる。

電極２８から延びる固定側給導体８８は、基部２に達し、その途中に基部２と溶接ヘッド３との相対的な接近および離間に追従するスライド機構９３を備える。スライド機構９３は環状電極２７へ押し付けられる電極２８の移動しろでもある。スライド機構９３は半円柱形状を弦部分で電気的に接続させたものである。なお、固定側給導体８８に可撓な線材を適用できる場合、スライド機構９３に代えて基部２と溶接ヘッド３との相対的な接近および離間を許容する撓みを有していれば良い。

電極２８は半円弧形状であり、溶接ヘッド３全体の分割面Ｐに対して一方の半円に位置する。なお、電極２８は中心角が１８０度以下の円弧形状であることが好ましい。

他方、環状電極２７は、溶接ヘッド３全体の分割面Ｐに対して２つの半円弧に分割される。環状電極２７は、それぞれの円弧部分の一方の端部から円周方向へ滑動して隣り合う円弧部分間を導通させる電極片９５を備える。

図１２および図１３は、本発明の実施形態に係る溶接装置の給電系統の連結部分を示す正面図である。

図１４は、本発明の実施形態に係る溶接装置の給電系統の連結部分を示す側面図である。

図１２から図１４に示すように、本実施形態に係る溶接装置１の電極片９５は、環状電極２７の周方向へ向かって滑動できる。スプリング９６は電極片９５を隣り合う円弧部分の端部に押し付ける。隣り合う円弧部分は電極片９５を受ける座部９７を備える。電極片９５と座部９７との接触箇所には相互に嵌まり合う半円弧形状の凹凸９８がある。凹凸９８は両円弧部分間の導通を確実化する。

図１５は、本発明の実施形態に係る溶接装置のシールドガス供給路の一部を示す断面図である。

図１５に示すように、本実施形態に係る溶接装置１は、基部２側から環状流路７８を経て溶接トーチ１５へシールドガスを供給するシールドガス供給路９９を備える。

シールドガス供給路９９は、ガス管８に接続するハウジング１２側のシールドガス流路１０１と、溶接トーチ１５へシールドガスを案内するガスチューブ３８に接続する面板歯車１３側のシールドガス流路１０２と、を備える。

シールドガス流路１０１はハウジング１２を貫いて第一絶縁保持体７２の環状溝７５に接続する。

シールドガス流路１０２は面板歯車１３を貫いて第二絶縁保持体７３の環状溝７６に接続する。

シールドガス供給路９９は、ハウジング１２と面板歯車１３とが相対的に回転し、シールドガス流路１０１とシールドガス流路１０２との相対的な位置関係が変化しても、環状流路７８を経ることによって、溶接トーチ１５へシールドガスを安定的に供給できる。

また、シールドガス供給路９９が導くシールドガスは、シールドガス流路１０１、１０２を通過して溶接トーチ１５の周囲に吹き出すだけでなく、それ以前に環状流路７８（環状溝７５、７６）を巡って環状電極２７および電極２８を冷却する。特に、ハウジング１２と面板歯車１３とが相対的に回転するため、シールドガス流路１０１、１０２は面板歯車１３の回転とともに離れたり近づいたりして、環状溝７５、７６内にシールドガスを満遍なく流通させる。

図１６は、本発明の実施形態に係る溶接装置のホーチホルダおよびホルダ駆動機構を示す正面図である。

図１７は、本発明の実施形態に係る溶接装置のホーチホルダおよびホルダ駆動機構を示す側面図である。

図１６および図１７に示すように、本実施形態に係る溶接装置１のトーチホルダ１６は、溶接トーチ１５の他にワイヤガイド４１を備える。

ホルダ駆動機構２２は、トーチホルダ１６に設けられてトーチ用動力伝達軸６２が伝達する駆動力によってトーチホルダ１６を面板歯車１３の径方向へ移動させて被溶接物２００へ溶接トーチ１５を遠近移動させる。ホルダ駆動機構２２は、トーチ用動力伝達軸６２を介してトーチ従動ピニオン６３に接続する。ホルダ駆動機構２２は、トーチ用動力伝達軸６２が伝達する駆動力をピニオン１０５、１０６、１０７、１０８とかさ歯車１１１、１１２を適宜に組み合わせてねじ軸１１３に伝え、ねじ軸１１３の回転によって溶接トーチ１５およびワイヤガイド４１を一体的に被溶接物２００へ近づけ、また遠ざける。ピニオン１０５、１０６、１０７、１０８の数量およびギア比の組合せは、溶接トーチ１５の移動範囲や移動速度に応じて適宜に設定できる。

本実施形態に係る溶接装置１は、基部２に支えられるハウジング１２と被溶接物２００の周囲で回転する面板歯車１３とを備え、面板歯車１３側に設けられる溶接トーチ１５へ環状電極２７、電極２８を介して給電することが可能である。すなわち、本実施形態に係る溶接装置１は、従来の溶接装置のように、溶接トーチ１５に接続する給電系統２９をあらかじめ溶接トーチ１５の旋回方向の逆方向へ向けて被溶接物２００の周囲に巻き付けておく必要がない。つまり、本実施形態に係る溶接装置１は、従来の溶接装置のように溶接トーチ１５を旋回させている最中、被溶接物２００に巻き付けられた電力供給線の監視や、弛んでくる電力供給線の引き込みなどの取り回しが不要になる。したがって、本実施形態に係る溶接装置１は、電力供給線の監視や取り回しが作業者にとって煩雑になることがなく、この取り回しに係わる作業が不要になることで溶接作業コストの低減を促し、溶接作業の効率的な進行に寄与し、溶接品質に対する電力供給線の取り回しの影響を排除できる。

また、本実施形態に係る溶接装置１は、面板歯車１３にワイヤ送給装置１８を配置し、面板歯車１３およびワイヤ用歯車１７によってワイヤ送給装置１８を駆動できるので、被溶接物２００の継手に倣って移動する溶接トーチ１５にワイヤの送給を同期しやすく、溶接品質を安定させやすい。しかも、溶接装置１は、ワイヤＷのリール３３を面板歯車１３に配置し、溶接トーチ１５とともに旋回させるので、溶接トーチ１５への給電系統２９と同様に、ワイヤ送給装置１８へ供給されるワイヤＷについても被溶接物２００に予め巻き付けておいたり、取り回したりする必要がなく、ワイヤＷを円滑に供給することが可能であり、溶接の品質を安定させ易い。

さらに、本実施形態に係る溶接装置１は、溶接ヘッド３および基部２を分割し、展開することができるため、被溶接物２００に装着しやすく、溶接作業をさらに効率的に進行させることができる。

さらにまた、本実施形態に係る溶接装置１は、溶接ヘッド３の分割にともなって環状電極２７も分割構造になるが、環状電極２７に電極片９５を設けることによって給電系統２９の導通を確実に保つことができる。

また、本実施形態に係る溶接装置１は、面板歯車駆動装置２３およびワイヤ用歯車駆動装置２５をハウジング１２に固定していることによって、これら駆動装置２３、２５へ電力を供給する電路を面板歯車１３の回転、ひいては溶接トーチ１５の旋回とは無関係に配置できる。つまり、本実施形態に係る溶接装置１は、溶接トーチ１５への給電系統２９と同様に、面板歯車駆動装置２３およびワイヤ用歯車駆動装置２５へ電力を給電する電路についても被溶接物２００に予め巻き付けておく必要がない。このことは、電路の断線による駆動装置３７、３８の動作不良の発生を抑制する。

さらに、本実施形態に係る溶接装置１は、面板歯車１３にホルダ駆動機構２２を配置し、面板歯車１３およびトーチ用歯車２１によって溶接トーチ１５を被溶接物２００へ近づけたり、遠ざけたりできるので、被溶接物２００と溶接トーチ１５との間隔調整や、ワイヤＷの送給にともなうアーク長の制御を行うことが容易になる。これによって、溶接装置１は、被溶接物２００の肉厚が厚く肉盛りが必要な場合であっても容易に溶接することができる。

さらにまた、本実施形態に係る溶接装置１は、トーチ用歯車駆動装置２６もハウジング１２に固定していることによって、これらトーチ用歯車駆動装置２６へ電力を供給する電路を面板歯車１３の回転、ひいては溶接トーチ１５の旋回とは無関係に配置できる。つまり、本実施形態に係る溶接装置１は、溶接トーチ１５への給電系統２９と同様に、トーチ用歯車駆動装置２６へ電力を給電する電路についても被溶接物２００に予め巻き付けておく必要がない。このことは、電路の断線によるトーチ用歯車駆動装置２６の動作不良の発生を抑制する。

また、本実施形態に係る溶接装置１は、半円弧状（あるいは中心角が１８０度以下の円弧形状）の電極２８を備えることによって、溶接ヘッド３の分割の容易化を図りつつ、ハウジング１２と面板歯車１３との相対的な回転に対して給電系統２９の導通を確実に確保できる。

さらに、本実施形態に係る溶接装置１は、第一絶縁保持体７２および第二絶縁保持体７３の環状流路７８やシールドガス供給路９９を通じて溶接トーチ１５へシールドガスを供給できる。すなわち、本実施形態に係る溶接装置１は、従来の溶接装置のように、溶接トーチ１５に接続する給電系統２９をあらかじめ溶接トーチ１５の旋回方向の逆方向へ向けて被溶接物２００の周囲に巻き付けておく必要がない。つまり、本実施形態に係る溶接装置１は、従来の溶接装置のように溶接トーチ１５を旋回させている最中、被溶接物２００に巻き付けられた電力供給線に加えてシールドガス供給チューブの監視や、弛んでくるシールドガス供給チューブの引き込みなどの取り回しも不要になる。

さらにまた、本実施形態に係る溶接装置１は、回転角度センサ３５、３６、３７をハウジング１２に固定していることによって、これら回転角度センサ３５、３６、３７へ接続される信号線（図示省略）を面板歯車１３の回転、ひいては溶接トーチ１５の旋回とは無関係に配置できる。つまり、溶接装置１は、溶接トーチ１５への給電系統２９と同様に、回転角度センサ３５、３６、３７へ接続される信号線についても被溶接物２００に予め巻き付けておく必要がない。このことは、信号線の断線による回転角度センサ３５、３６、３７の動作不良の発生を抑制する。

したがって、本実施形態に係る溶接装置１によれば、溶接トーチ１５を旋回させて筒形状の被溶接物２００の継手を接合する際に、電力供給線を被溶接物２００に巻き付けることなく効率的に溶接できる。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１溶接装置
２基部
３溶接ヘッド
５クランプ
６ａ、６ｂ電源供給導体
７電源用貫通孔
８ガス管
９接地電極片
１１連結柱
１２ハウジング
１３面板歯車
１５溶接トーチ
１６トーチホルダ
１７ワイヤ用歯車
１８ワイヤ送給装置
２１トーチ用歯車
２２ホルダ駆動機構
２３面板歯車駆動装置
２５ワイヤ用歯車駆動装置
２６トーチ用歯車駆動装置
２７環状電極
２８電極
２９給電系統
３１ボールねじ
３２ボールねじ駆動装置
３３リール
３５、３６、３７回転角度センサ
３８ガスチューブ
３９ケーブル
４１ワイヤガイド
４５、４６蝶番
４７、４８、４９固定機構
５１面板外歯
５２ワイヤ外歯
５３ワイヤ内歯
５５トーチ外歯
５６トーチ内歯
５７ワイヤ用軸受
５８ワイヤ用動力伝達軸
５９ワイヤ従動ピニオン
６１トーチ用軸受
６２トーチ用動力伝達軸
６３トーチ従動ピニオン
６５面板駆動ピニオン
６６ワイヤ駆動ピニオン
６７トーチ駆動ピニオン
６８ころ
６９、７１プランジャ
７２第一絶縁保持体
７３第二絶縁保持体
７５、７６環状溝
７７板バネ
７８環状流路
７９凹凸
８０板バネ
８１、８２、８３ころ
８５段差部
８６環状溝
８７段差部
８８固定側給導体
８９旋回側給導体
９１、９２絶縁ポート
９３スライド機構
９５電極片
９６スプリング
９７座部
９８凹凸
９９シールドガス供給路
１０１、１０２シールドガス流路
１０５、１０６、１０７、１０８ピニオン
１１１、１１２かさ歯車
１１３ねじ軸
２００被溶接物

Claims

筒形状の被溶接物の外周に固定される基部と、
前記基部に支持されるハウジングと、
前記ハウジングによって回転自在に支持される環形状の面板歯車と、
前記面板歯車の外周にある面板外歯と、
前記面板歯車に設けられて前記被溶接物を溶接する溶接トーチを保持するトーチホルダと、
前記面板歯車の回転中心線と同一線上の回転中心線まわりに回転自在な環状のワイヤ用歯車と、
前記ワイヤ用歯車の外周にあるワイヤ外歯と、
前記ワイヤ用歯車の内周にあるワイヤ内歯と、
前記面板歯車に設けられるワイヤ用軸受と、
前記ワイヤ用軸受によって回転自在に支持されるワイヤ用動力伝達軸と、
ワイヤ用動力伝達軸に固定されて前記ワイヤ内歯に噛み合わされるワイヤ従動ピニオンと、
前記面板歯車に設けられて前記ワイヤ用動力伝達軸が伝達する駆動力によってワイヤを前記被溶接物の継手へ送給するワイヤ送給装置と、
前記面板外歯に噛み合い前記面板歯車を回転させる面板歯車駆動装置と、
前記ワイヤ外歯に噛み合い前記ワイヤ用歯車を回転させるワイヤ用歯車駆動装置と、
前記ハウジングおよび前記面板歯車のいずれか一方に設けられる環状電極、前記ハウジングおよび前記面板歯車のいずれか他方に設けられて前記環状電極に接する弧状または環状の電極を通じて前記溶接トーチに電力を供給する給電系統と、を備えることを特徴とする溶接装置。
前記基部、前記ハウジング、前記面板歯車、前記ワイヤ用歯車および前記環状電極は、前記面板歯車の回転中心線を通る平面で分割できることを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
前記環状電極は、それぞれの円弧部分の一方の端部から円周方向へ滑動して隣り合う円弧部分間を導通させる電極片を備えることを特徴とする請求項２に記載の溶接装置。
前記面板歯車駆動装置および前記ワイヤ用歯車駆動装置は前記ハウジングに固定されていることを特徴とする請求項１から３のいずれか１項に記載の溶接装置。
前記面板歯車の回転中心線と同一線上の回転中心線まわりに回転自在な環状のトーチ用歯車と、
前記トーチ用歯車の外周にあるトーチ外歯と、
前記トーチ用歯車の内周にあるトーチ内歯と、
前記面板歯車に設けられるトーチ用軸受と、
前記トーチ用軸受によって回転自在に支持されるトーチ用動力伝達軸と、
前記トーチ用動力伝達軸に固定されて前記トーチ内歯に噛み合わされるトーチ従動ピニオンと、
前記トーチホルダに設けられて前記トーチ用動力伝達軸が伝達する駆動力によって前記トーチを前記面板歯車の径方向へ移動させて前記被溶接物へ近づけたり、遠ざけたりするホルダ駆動機構と、
前記トーチ外歯に噛み合い前記トーチ用歯車を回転させるトーチ用歯車駆動装置と、を備えることを特徴とする請求項１から４のいずれか１項に記載の溶接装置。
前記トーチ用歯車は前記面板歯車の回転中心線を通る平面で分割できることを特徴とする請求項５に記載の溶接装置。
前記トーチ用歯車駆動装置は前記ハウジングに固定されていることを特徴とする請求項５または６に記載の溶接装置。
前記基部および前記ハウジングに渡り両者を近づけたり、遠ざけたりするねじ軸を有するボールねじと、
前記ハウジングに固定されて前記ボールねじを駆動するボールねじ駆動装置と、を備えることを特徴とする請求項１から７のいずれか１項に記載の溶接装置。
前記電極は半円弧形状であることを特徴とする請求項１から８のいずれか１項に記載の溶接装置。
前記ハウジングおよび前記面板歯車のいずれか一方に対して前記環状電極を絶縁して保持するとともに、前記環状電極を納める環状溝を有する環状の第一絶縁保持体と、
前記ハウジングおよび前記面板歯車のいずれか他方に対して前記電極を絶縁して保持するとともに、前記電極を納める環状溝を有する環状の第二絶縁保持体と、を備え、
前記第一絶縁保持体および前記第二絶縁保持体は、前記両環状溝を向かい合わせて前記環状電極と前記電極の周囲にシールドガスを流通可能な環状流路を仕切ることを特徴とする請求項１から９のいずれか１項に記載の溶接装置。
前記基部側から前記環状流路を経て前記溶接トーチへ前記シールドガスを供給するシールドガス供給路を備えることを特徴とする請求項１０に記載の溶接装置。
前記面板歯車に設けられて送給前の前記ワイヤを巻き付けておくリールを備えることを特徴とする請求項１から１１に記載の溶接装置。