JP2015166104A - 溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】小中大口径配管を精度よく正確に溶接でき、取り扱いの利便性が良好な溶接装置を提供する。
【解決手段】溶接装置は、筒形状の被溶接物の外周に固定される環状の基部２と、基部２に沿って環状に並んで交互に噛み合う複数の第一ギヤ２１および複数の第二ギヤ２２を有する環状ギヤ列２３を複数列有する歯車列機構２５と、いずれかの環状ギヤ列の第一ギヤに噛み合わされる内歯を有する弧状の旋回ギヤと、旋回ギヤに固定されて基部２の周方向へ移動自在であって溶接ヘッドを支える旋回台５と、旋回台に往復動自在に保持されて他のいずれかの環状ギヤ列の第一ギヤに噛み合わされる内歯３１、および外歯３２を有する弧状の往復動ギヤ３３と、旋回台に支持されて往復動ギヤの外歯に噛み合わされて溶接ヘッドへ動力を伝達する動力伝達ギヤ３５と、環状ギヤ列それぞれの第一ギヤへ伝達される駆動力をそれぞれ個別に発生させる複数の電動機とを備えている。
【選択図】図４

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）を囲む環状ギヤを備えて、被溶接物の継手に溶接ヘッドを倣わせ、被溶接物の周方向へ向かって溶接ヘッドを旋回させて、被溶接物を接合する溶接装置が知られている。

特開２０１３−０４８６２２号公報

従来の溶接装置は、例えば直径２５０ｍｍを超える中大口径配管へ適用する場合には、溶接ヘッドを移動させる環状のトーチ用歯車や、溶接ヘッドへワイヤを送給する環状のワイヤ用歯車を少なくとも配管の外径よりも大口径化する必要が有る。

ところが、従来の溶接装置は、トーチ用歯車やワイヤ用歯車を単純に大口径化すると、加工精度を確保することが困難になったり、トーチ用歯車やワイヤ用歯車の重量が増加しすぎて被溶接物への装着が困難になったりして取り扱いの利便性を著しく損なう。

そこで、本発明は、小口径配管においては無論、中大口径においては格別に十分な加工精度による溶接の正確性を確保できるとともに、取り扱いの利便性も良好な溶接装置を提供することを目的とする。

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環状の基部と、前記基部に沿って環状に並んで交互に噛み合う複数の第一ギヤおよび複数の第二ギヤを有する環状ギヤ列を複数列有する歯車列機構と、いずれかの前記環状ギヤ列の前記第一ギヤに噛み合わされる内歯を有する弧状の旋回ギヤと、前記旋回ギヤに固定されて前記基部の周方向へ移動自在であって溶接ヘッドを支える旋回台と、前記旋回台に往復動自在に保持されて他のいずれかの前記環状ギヤ列の前記第一ギヤに噛み合わされる内歯、および外歯を有する弧状の往復動ギヤと、前記旋回台に支持されて前記往復動ギヤの前記外歯に噛み合わされて前記溶接ヘッドへ動力を伝達する動力伝達ギヤと、前記環状ギヤ列それぞれの前記第一ギヤへ伝達される駆動力をそれぞれ個別に発生させる複数の電動機と、を備えている。

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側面図。 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駆動機構を示す断面図。 本発明の実施形態に係る溶接装置の旋回台と駆動機構との関係を示す概念図。 本発明の実施形態に係る溶接装置の旋回台と駆動機構との関係を示す概念図。 本発明の実施形態に係る溶接装置の旋回台と駆動機構との関係を示す概念図。 本発明の実施形態に係る溶接装置の差動歯車機構を示す断面図。 本発明の実施形態に係る溶接装置の差動歯車機構を示す断面図。 本実施形態に係る溶接装置のパージガス供給経路を示す断面図。 本実施形態に係る溶接装置のパージガス供給経路の他の例を示す断面図。

本発明に係る溶接装置の実施形態について図１から図１２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背面図である。

図１から図３に示す本実施形態に係る溶接装置１は、筒形状の一対の被溶接物２００ａ、２００ｂを溶接して一体化させる。一対の筒形状の被溶接物２００ａ、２００ｂは、例えば配管であり、端部に突合せ継手を備えている。溶接装置１は、この継手を溶接して一対の被溶接物２００ａ、２００ｂを一体化させる。なお、説明を容易にするために溶接装置１は、被溶接物２００ａ側に固定されて被溶接物２００ａ、２００ｂ間の継手を溶接する態様とするが、被溶接物２００ｂ側に固定されて被溶接物２００ａ、２００ｂ間の継手を溶接することもできる。

溶接装置１は、被溶接物２００ａの外周に固定される環状の基部２と、基部２の周方向へ移動自在であって溶接ヘッド３を支える旋回台５と、旋回台５の駆動力を発生させる複数の電動機６と、複数の電動機６を支持するモータハウジング７と、を備えている。

基部２は、被溶接物２００ａの外周に固定されて溶接装置１全体を支えている。基部２の内径寸法は、被溶接物２００ａの外径寸法より大きく、被溶接物２００ａは、基部２の内側であって円形の空間に配置されている。

また、基部２は、正面および背面の内縁に径方向へ滑動自在な複数（例えば５つ）のクランプ８を備えている。クランプ８は、基部２の周方向へ略等間隔に並んでいる。クランプ８は、基部２の内径よりも被溶接物２００ａ側へ移動して、基部２の内径よりも小径な被溶接物２００ａに接して溶接装置１全体を支えている。複数のクランプ８は、基部２の周方向へ略等間隔に配置されている。

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９が挿し通される電源用貫通孔１１と、電源供給導体９を被溶接物２００ａに接地する接地電極片（図示省略）と、を備えている。

基部２は、周方向において複数の部分、例えば２つの半円弧部２ａ、２ｂに分割して被溶接物２００ａの外周に配置自在である。溶接装置１は、この分割構造によって被溶接物２００ａへ容易に着脱できる。

また、基部２は、半円弧部２ａ、２ｂを連結して固定する固定機構１２を備えている。固定機構１２は、基部２の正面および背面、かつ半円弧部２ａ、２ｂの分割面の近傍に配置されている。

旋回台５は、溶接ヘッド３を支えるトーチホルダ１３を備えている。旋回台５は、基部２の外周縁部に沿って被溶接物２００ａおよび被溶接物２００ｂの周囲を旋回し、溶接ヘッド３を移動させる。トーチホルダ１３は、被溶接物２００ａ、２００ｂの口径や溶接ヘッド３の寸法にもよるが、基部２の円周長さに比べて極めて小さく、溶接装置１の重量軽減に寄与している。

複数の電動機６は、例えば、旋回台５の駆動力を発生させる旋回用電動機１５と、溶接ヘッド３を被溶接物２００ａ、２００ｂの長手方向（配管の延び方向）へ移動させる駆動力を発生させるトーチ縦動電動機１６と、溶接ヘッド３を被溶接物２００ａ、２００ｂへ近づけたり、遠ざけたりする駆動力を発生させるトーチ遠近電動機１７と、溶接ヘッド３へワイヤを送給するワイヤ送給電動機１８と、を含んでいる。なお、溶接ヘッド３の被溶接物２００ａ、２００ｂの長手方向（配管の延び方向）への移動を、溶接ヘッド３の縦動移動と呼ぶ。

モータハウジング７は、基部２の背面のいずれかの箇所に配置されている。

なお、溶接装置１は、溶接ヘッド３とともに旋回台５に支持されて送給前のワイヤを巻き付けておくリール（図示省略）と、ワイヤを被溶接物２００ａ、２００ｂの継手へ導くワイヤガイド（図示省略）と、を備えている。

溶接ヘッド３は、被溶接物２００ａ、２００ｂ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：Ｔｕｎｇｓｔｅｎ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ ｗｅｌｄｉｎｇ）、マグ溶接（ＭＡＧ溶接：Ｍｅｔａｌ Ａｃｔｉｖｅ Ｇａｓ ｗｅｌｄｉｎｇ）、ミグ溶接（ＭＩＧ溶接：Ｍｅｔａｌ Ｉｎｅｒｔ Ｇａｓ ｗｅｌｄｉｎｇ）など各種のアーク溶接に好適な溶接トーチ１９が適宜選択されて、溶接ヘッド３に装着される。

次に、溶接装置１の駆動機構について詳細に説明する。

図４は、本発明の実施形態に係る溶接装置の駆動機構を示す正面図である。

図５は、図４のＶ−Ｖ線において、本発明の実施形態に係る溶接装置の駆動機構を示す断面図である。

図４および図５に示すように、本実施形態に係る溶接装置１は、筒形状の被溶接物２００ａの外周に固定される環状の基部２と、基部２に沿って環状に並んで交互に噛み合う複数の第一ギヤ２１および複数の第二ギヤ２２を有する環状ギヤ列２３を複数列有する歯車列機構２５と、いずれかの環状ギヤ列２３の第一ギヤ２１に噛み合わされる内歯２７を有する弧状の旋回ギヤ２８と、旋回ギヤ２８に固定されて基部２の周方向へ移動自在であって溶接ヘッド３を支える旋回台５と、旋回台５に往復動自在に保持されて他のいずれかの環状ギヤ列２３の第一ギヤ２１に噛み合わされる内歯３１、および外歯３２を有する弧状の往復動ギヤ３３と、旋回台５に支持されて往復動ギヤ３３の外歯３２に噛み合わされて溶接ヘッド３へ動力を伝達する動力伝達ギヤ３５と、環状ギヤ列２３それぞれの第一ギヤ２１へ伝達される駆動力をそれぞれ個別に発生させる複数の電動機６と、を備えている。

また、溶接装置１は、複数の電動機６それぞれと複数の環状ギヤ列２３それぞれの第一ギヤ２１との間に介在する差動歯車機構３６を備えている。

基部２は、正面に配置される環状の正面面板３７と、背面側に配置される環状の背面面板３８と、を備えている。正面面板３７および背面面板３８は、略同じ内外径形状を有して、環状ギヤ列２３が配置される隙間を隔てて対向している。正面面板３７および背面面板３８には、それぞれの内面（相互に対向し合う面）側に旋回台５を案内する環状の案内溝３９を有している。

歯車列機構２５は、複数の電動機６が発生させる動力をそれぞれの環状ギヤ列２３によって旋回ギヤ２８または往復動ギヤ３３へ伝達して旋回台５の移動、被溶接物２００ａ、２００ｂに対する溶接ヘッド３の遠近移動、溶接ヘッド３の縦動移動、およびワイヤの送給を行う。そこで、環状ギヤ列２３は、旋回用電動機１５から旋回ギヤ２８へ動力を伝達する旋回用ギヤ列４５と、トーチ縦動電動機１６からトーチ縦動用往復動ギヤ５６へ動力を伝達するトーチ縦動用ギヤ列４６と、トーチ遠近電動機１７からトーチ遠近用往復動ギヤ５７へ動力を伝達するトーチ遠近用ギヤ列４７と、ワイヤ送給電動機１８からワイヤ送給用往復動ギヤ５８へ動力を伝達するワイヤ用ギヤ列４８と、を含んでいる。

環状ギヤ列２３、つまり、旋回用ギヤ列４５、トーチ縦動用ギヤ列４６、トーチ遠近用ギヤ列４７、およびワイヤ用ギヤ列４８のそれぞれは、交互に噛み合う複数の第一ギヤ２１および複数の第二ギヤ２２によって駆動力を伝える。それぞれの環状ギヤ列２３の第一ギヤ２１および第二ギヤ２２は、同一回転軸線上に配置されて、基部２の正面面板３７および背面面板３８に挟み込まれている。旋回用ギヤ列４５は、最も背面面板３８よりに配置され、次いでトーチ縦動用ギヤ列４６、トーチ遠近用ギヤ列４７の順に正面面板３７に近づき、ワイヤ用ギヤ列４８は、最も正面面板３７よりに配置されている。

それぞれの環状ギヤ列２３は、基部２の全周に渡って旋回台５を駆動自在な好適な間隔で第一ギヤ２１を配置している。第二ギヤ２２は、第一ギヤ２１よりも小径である。第二ギヤ２２は、隣り合う第一ギヤ２１の間に配置されて動力を伝達する。なお、第二ギヤ２２は、全ての第一ギヤ２１間にあっても良いし、本実施形態のように円周上の１箇所を間引かれていても良い。

旋回台５は、基部２の案内溝３９に嵌め込まれるころ部５９を備えている。ころ部５９は、第一ギヤ２１の回転によって移動する旋回ギヤ２８に生じる径方向外側の力に抗して旋回台５を支えている。

また、旋回台５は、基部２の接線方向へ延びて広がるトーチ設置面６１を有している。

動力伝達ギヤ３５は、トーチ縦動用往復動ギヤ５６の外歯３２に噛み合わされるトーチ縦動用動力伝達ギヤ６６、トーチ遠近用往復動ギヤ５７の外歯３２に噛み合わされるトーチ遠近用動力伝達ギヤ６７、およびワイヤ送給用往復動ギヤ５８の外歯３２に噛み合わされるワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８を含んでいる。

差動歯車機構３６は、旋回用電動機１５およびトーチ縦動電動機１６の駆動力をトーチ縦動用ギヤ列４６へ伝達するトーチ縦動用差動歯車機構７６と、旋回用電動機１５およびトーチ遠近電動機１７の駆動力をトーチ遠近用ギヤ列４７へ伝達するトーチ遠近用差動歯車機構７７と、旋回用電動機１５およびワイヤ送給電動機１８の駆動力をワイヤ用ギヤ列４８へ伝達するワイヤ用差動歯車機構７８と、を含んでいる。

図６は、本発明の実施形態に係る溶接装置の旋回台と駆動機構との関係を示す概念図である。

図６に示すように、本実施形態に係る溶接装置１の旋回ギヤ２８は、環状ギヤ列２３、具体的には旋回用ギヤ列４５の第一ギヤ２１の外周に噛み合わされている。旋回ギヤ２８は、旋回用ギヤ列４５の第一ギヤ２１の回転によって基部２の円周方向へ移動して旋回台５の推進力を発生させる。旋回ギヤ２８は、少なくとも１つの第一ギヤ２１に噛み合っていれば良い。

図７および図８は、本発明の実施形態に係る溶接装置の旋回台と駆動機構との関係を示す概念図である。

図７および図８に示すように、本実施形態に係る溶接装置１のトーチ縦動用往復動ギヤ５６は、旋回台５によって移動範囲を規制される一方で、トーチ縦動用ギヤ列４６の第一ギヤ２１に噛み合わされる内歯３１によって基部２の円周方向へ移動すると同時に、旋回台５に対しても移動する。

トーチ縦動用往復動ギヤ５６は、円弧形状に沿って延びる案内穴７９を有している。トーチ縦動用往復動ギヤ５６は、案内穴７９を貫き通る案内棒８１によって、旋回台５に支持されている。案内棒８１は、第一ギヤ２１の回転によって移動するトーチ縦動用往復動ギヤ５６に生じる径方向外側の力に抗してトーチ縦動用往復動ギヤ５６を支えている。

そして、トーチ縦動用往復動ギヤ５６の移動は、内歯３１もろとも外歯３２を移動させ、外歯３２に噛み合わされるトーチ縦動用動力伝達ギヤ６６を回転させる。

トーチ縦動用動力伝達ギヤ６６は、トーチ縦動用往復動ギヤ５６、つまり往復動ギヤ３３の往動および復動にしたがって二方向へ回転される。

なお、トーチ遠近用ギヤ列４７の第一ギヤ２１に噛み合わされるトーチ遠近用往復動ギヤ５７およびワイヤ用ギヤ列４８の第一ギヤ２１に噛み合わされるワイヤ送給用往復動ギヤ５８は、トーチ縦動用ギヤ列４６の第一ギヤ２１に噛み合わされるトーチ縦動用往復動ギヤ５６と同じ構造を採用しているので説明を省略する。同様にトーチ遠近用動力伝達ギヤ６７およびワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８についてもトーチ縦動用動力伝達ギヤ６６と同じ構造を採用しているので説明を省略する。

溶接装置１は、旋回用ギヤ列４５、トーチ縦動用ギヤ列４６、トーチ遠近用ギヤ列４７およびワイヤ用ギヤ列４８の回転を連携させることによって、旋回台５の移動、溶接ヘッド３の縦動移動、溶接ヘッド３の遠近移動およびワイヤの送給を行う。

具体的には、旋回用ギヤ列４５、トーチ縦動用ギヤ列４６、トーチ遠近用ギヤ列４７およびワイヤ用ギヤ列４８の第一ギヤ２１が同速度で同方向へ回転すると、旋回台５は移動する一方、溶接ヘッド３の縦動移動、溶接ヘッド３の遠近移動およびワイヤの送給は停止する。これは、旋回用ギヤ列４５、トーチ縦動用ギヤ列４６、トーチ遠近用ギヤ列４７およびワイヤ用ギヤ列４８の第一ギヤ２１が同速度で同方向へ回転することによって、旋回ギヤ２８と往復動ギヤ３３との移動が同期し、ひいては動力伝達ギヤ３５が旋回台５に対して相対的に停止するためである。

ここで、旋回用ギヤ列４５およびトーチ縦動用ギヤ列４６に着目する。

旋回用ギヤ列４５およびトーチ縦動用ギヤ列４６が相対的に異なる速度で回転すると、相互の回転速度差によってトーチ縦動用往復動ギヤ５６が移動し、ひいてはトーチ縦動用動力伝達ギヤ６６が回転して溶接ヘッド３を縦動移動させる。なお、溶接ヘッド３が縦動移動するか否かは、旋回用ギヤ列４５およびトーチ縦動用ギヤ列４６の相対的な回転速度差が生じているか否かによるものであって、旋回台５が移動しているか否かにはよらない。旋回用ギヤ列４５およびトーチ遠近用ギヤ列４７の組合せであっても、旋回用ギヤ列４５およびワイヤ用ギヤ列４８の組合せであっても、同様に作用する。

図９は、本発明の実施形態に係る溶接装置の差動歯車機構を示す断面図である。

図９に示すように、本実施形態に係る溶接装置１のトーチ縦動用差動歯車機構７６は、デファレンシャルケース８２（ケーシング）と、デファレンシャルケース８２に回転一体のリングギヤ８３（入力ギヤ）と、デファレンシャルケース８２内に収容されてリングギヤ８３の回転中心線に直交する方向へ延びるピニオンシャフト８５と、ピニオンシャフト８５に回転自在に支持される一対のピニオンギヤ８６と、ピニオンギヤ８６に噛み合わされてリングギヤ８３の回転中心線上で回転する一対のサイドギヤ８７、８８と、サイドギヤ８７に連結されるドライブシャフト８９と、サイドギヤ８８に回転一体のドライブギヤ９１と、を備えている。

トーチ縦動用差動歯車機構７６は、リングギヤ８３から入力されるトーチ縦動電動機１６の駆動力をドライブギヤ９１からトーチ縦動用ギヤ列４６へ伝達する一方、ドライブシャフト８９から入力される旋回用電動機１５の駆動力をドライブギヤ９１からトーチ縦動用ギヤ列４６へ伝達する。

一対のピニオンギヤ８６および一対のサイドギヤ８７、８８は、いずれも傘歯車であり、一対のピニオンギヤ８６それぞれは同一の回転中心線上を回転し、一対のサイドギヤ８７、８８それぞれも同一の回転中心線上を回転する。ギヤ対間では回転中心が直交している。なお、トーチ縦動用差動歯車機構７６は、傘歯車以外の形式の歯車やねじを組み合わせた差動装置であっても良い。トーチ縦動用差動歯車機構７６を含む差動歯車機構３６のそれぞれも、同様である。

トーチ縦動用往復動ギヤ５６の内歯３１の有効歯数は、トーチ縦動用差動歯車機構７６のリングギヤ８３の歯数以下である。

また、溶接装置１は、トーチ縦動用差動歯車機構７６のデファレンシャルケース８２の回転を検知する回転センサ９２を備えている。回転センサ９２は、デファレンシャルケース８２の回転角度を測定可能なものであっても良いが、本実施形態に係る溶接装置１は、トーチ縦動用往復動ギヤ５６の内歯３１の有効歯数は、トーチ縦動用差動歯車機構７６のリングギヤ８３の歯数以下にしておくことによって、トーチ縦動用往復動ギヤ５６のいずれか一方の端部位置におけるデファレンシャルケース８２の回転位相をマイクロスイッチで検出し、この検出位置を基準にしてトーチ縦動電動機１６の回転量からトーチ縦動用ギヤ列４６の第一ギヤ２１の回転量を定め、ひいてはトーチ縦動用動力伝達ギヤ６６の回転量を算出できる。

ここで先ず、旋回用電動機１５と旋回用ギヤ列４５との関係について説明する。

旋回用電動機１５は、出力軸１０１に回転一体のギヤ１０２から、ギヤ１０２に噛み合わされるギヤ１０３を経て軸１０５へ駆動力を伝達する。軸１０５は、軸１０５に回転一体のギヤ１０６に噛み合わされるギヤ１０７を経て旋回用ギヤ列４５の第一ギヤ２１へ旋回用電動機１５の駆動力を伝達する。

次いで、旋回用電動機１５とトーチ縦動用ギヤ列４６との関係について説明する。トーチ縦動電動機１６は停止しているものとして、図９中に停止部分を破線で描いている。

軸１０５は、ギヤ１０６に噛み合わされるギヤ１０８、ギヤ１０８に噛み合わされるギヤ１０９を経て、ドライブシャフト８９に回転一体のギヤ１１１からトーチ縦動用差動歯車機構７６へ旋回用電動機１５の駆動力を伝達する。

トーチ縦動用差動歯車機構７６は、トーチ縦動電動機１６が停止しているためトーチ縦動電動機１６の出力軸１１２に回転一体のギヤ１１３に噛み合わされるリングギヤ８３を介してデファレンシャルケース８２の回転を阻止されている。デファレンシャルケース８２の回転を阻止されるトーチ縦動用差動歯車機構７６は、ドライブシャフト８９の駆動力によってサイドギヤ８７を回転させ、サイドギヤ８７に噛み合わされる一対のピニオンギヤ８６の回転を通じてサイドギヤ８８へ駆動力を伝達する。サイドギヤ８８は、ドライブギヤ９１に噛み合わされるギヤ１１５を経てトーチ縦動用ギヤ列４６の第一ギヤ２１へ旋回用電動機１５の駆動力を伝達する。

このような動力伝達経路を経て、旋回用電動機１５の駆動力は、旋回用ギヤ列４５およびトーチ縦動用ギヤ列４６へ分配される。そして、それぞれの経路におけるギヤ比を同一に設定することによって、旋回用電動機１５を駆動させるのみで、旋回ギヤ２８とトーチ縦動用往復動ギヤ５６とを同じ角速度で同期して移動させ、ひいてはトーチ縦動用動力伝達ギヤ６６を回転させることなく、溶接ヘッド３の遠近移動を阻止しながら旋回台５を移動させる。

他方、トーチ縦動電動機１６とトーチ縦動用ギヤ列４６との関係について説明する。

図１０は、本発明の実施形態に係る溶接装置の差動歯車機構を示す断面図である。

旋回用電動機１５は停止しているものとして、図１０中に停止部分を破線で描いている。

図１０に示すように、トーチ縦動電動機１６は、出力軸１１２に回転一体のギヤ１１３から、ギヤ１１３に噛み合わされるトーチ縦動用差動歯車機構７６のリングギヤ８３を経てデファレンシャルケース８２へ駆動力を伝達する。デファレンシャルケース８２は、回転中心線の直交する一対のピニオンギヤ８６をピニオンシャフト８５ごと一体的に回転させる。

このとき、トーチ縦動用差動歯車機構７６は、旋回用電動機１５が停止しているため出力軸１０１、ギヤ１０２、１０３、軸１０５、ギヤ１０６、１０８、１０９、１１１を介してドライブシャフト８９の回転を阻止されている。ドライブシャフト８９の回転を阻止されるトーチ縦動用差動歯車機構７６は、サイドギヤ８７の回転も阻止される一方で、非回転のサイドギヤ８７によって一対のピニオンギヤ８６を回転させ、一対のピニオンギヤ８６に噛み合わされるサイドギヤ８８へ駆動力を伝達する。サイドギヤ８８は、ドライブギヤ９１に噛み合わされるギヤ１１５を経てトーチ縦動用ギヤ列４６の第一ギヤ２１へ旋回用電動機１５の駆動力を伝達する。

次いで、トーチ縦動電動機１６と旋回用ギヤ列４５との関係について説明する。

先の説明の通り、トーチ縦動用差動歯車機構７６は、旋回用電動機１５が停止しているため出力軸１０１、ギヤ１０２、１０３、軸１０５、ギヤ１０６、１０８、１０９、１１１を介してドライブシャフト８９の回転を阻止されている。したがって、トーチ縦動電動機１６の駆動力は、旋回用ギヤ列４５へ伝達されない。

このような動力伝達経路を経て、トーチ縦動電動機１６の駆動力は、トーチ縦動用ギヤ列４６へ伝達される。

そして、溶接装置１は、旋回用電動機１５およびトーチ縦動電動機１６を適宜の出力で同時に回転させることによって、旋回用ギヤ列４５の第一ギヤ２１とトーチ縦動用ギヤ列４６の第一ギヤ２１との間に各速度差を生じさせて、溶接ヘッド３の縦動移動と同時に旋回台５の移動、つまり溶接ヘッド３の旋回を両立させる。

なお、トーチ遠近用差動歯車機構７７およびワイヤ用差動歯車機構７８についても、トーチ縦動用差動歯車機構７６と同じ構造を採用しているので説明を省略する。つまり、溶接装置１は、旋回用電動機１５およびトーチ遠近電動機１７を適宜の出力で同時に回転させることによって、旋回用ギヤ列４５の第一ギヤ２１とトーチ遠近用ギヤ列４７の第一ギヤ２１との間に各速度差を生じさせて、溶接ヘッド３の遠近移動と同時に旋回台５の移動、つまり溶接ヘッド３の旋回を両立させる。また、溶接装置１は、旋回用電動機１５およびワイヤ送給電動機１８を適宜の出力で同時に回転させることによって、旋回用ギヤ列４５の第一ギヤ２１とワイヤ用ギヤ列４８の第一ギヤ２１との間に各速度差を生じさせて、ワイヤの送給と同時に旋回台５の移動、つまり溶接ヘッド３の旋回を両立させる。

次に、本実施形態に係る溶接装置１のパージガス供給経路について説明する。

図１１は、本実施形態に係る溶接装置のパージガス供給経路を示す断面図である。

図１１に示すように、本実施形態に係る溶接装置１は、電源供給導体９に接続されて溶接ヘッド３へ電力を供給する環状電極１２１と、基部２の背面に接続されてシールドガスを供給するガス管１２２と、ガス管１２２から基部２内を経て環状電極１２１の周囲にシールドガスを導くパージガス供給経路１２３と、環状電極１２１の周囲に流通されるシールドガスを溶接ヘッド３へ導くガスチューブ（図示省略）と、を備えている。

環状電極１２１は、絶縁体枠１２５を介して旋回台５のトーチホルダ１３に固定されている。つまり、環状電極１２１は、旋回台５の一部であって基部２に対してトーチホルダ１３とともに回転する。環状電極１２１、基部２と旋回台５とが相対的に回転する最中も電源供給導体９に電気的に接続されて導通を保つ。すなわち、環状電極１２１は、被溶接物２００ａ、２００ｂに対して静止状態にある基部２側から被溶接物２００ａ、２００ｂに対して回転する溶接ヘッド３へ電力を供給する。

パージガス供給経路１２３は、環状ギヤ列２３の第一ギヤ２１のいずれかの中心軸を貫通して基部２の背面面板３８から正面面板３７のガス溜部１２６へ到達する。ガス溜部１２６は、旋回台５を臨む方向へ開放される溝状の空間であって、第一シールゴム板１２７によって塞がれている。正面面板３７は、ガス溜部１２６の開口縁部に第一シールゴム板１２７に接する段差部１２８を有している。段差部１２８の開口縁は、第二シールゴム板１２９によって塞がれ、ガス溜部１２６を二重に塞いでいる。

第一シールゴム板１２７および第二シールゴム板１２９は、環状電極１２１を保持する絶縁体枠１２５に固定されており、環状電極１２１や旋回台５とともに回転する。つまり、第一シールゴム板１２７はガス溜部１２６の開口縁部との面接触部分でシールドガスの漏洩を防ぎ、第二シールゴム板１２９は段差部１２８の開口縁との面接触部分でシールドガスの漏洩を防いでいる。第一シールゴム板１２７および第二シールゴム板１２９には、環状電極１２１の周囲へシールドガスを導く開口（図示省略）が設けられている。この開口を通じてパージガス供給経路１２３のガス溜部１２６から環状電極１２１の周囲へシールドガスが導かれる。

図１２は、本実施形態に係る溶接装置のパージガス供給経路の他の例を示す断面図である。

図１２に示すように、本実施形態に係る溶接装置１のパージガス供給経路１２３Ａは、環状ギヤ列２３の第一ギヤ２１を貫通するパージガス供給経路１２３とは異なり、環状ギヤ列２３の第二ギヤ２２よりも基部２の外周縁側を背面面板３８から正面面板３７へ延びる中継管１３１を備えている。

中継管１３１は、第一ギヤ２１に貫通口を穿つパージガス供給経路１２３に比べてより簡便で安価である。第二ギヤ２２を基部２の外周縁側に配置する場合には、中継管１３１を内周縁側（旋回台５に近い側）に設けても良い。

本実施形態に係る溶接装置１は、環状に並んで交互に噛み合う複数の第一ギヤ２１および複数の第二ギヤ２２を有する環状ギヤ列２３を複数列有する歯車列機構２５を備えることによって、被溶接物２００ａ、２００ｂを囲む環状ギヤ備える従来の溶接装置に比べて、極めて小径な第一ギヤ２１、第二ギヤ２２を適用可能になり、ギヤの加工精度を容易に確保できる。

また、本実施形態に係る溶接装置１は、環状に並んで交互に噛み合う複数の第一ギヤ２１および複数の第二ギヤ２２を有する環状ギヤ列２３を複数列有する歯車列機構２５を備えることによって、被溶接物２００ａ、２００ｂを囲む環状ギヤ備える従来の溶接装置に比べて、同口径の被溶接物２００ａ、２００ｂに適用可能な寸法であっても溶接ヘッド３の駆動機構をより軽量にして、取り扱いの利便性を高めることができる。溶接ヘッド３の駆動機構の軽量化は、電動機６の必要出力を抑制して溶接装置１のさらなる軽量化および低コスト化に寄与する。

さらに、被溶接物２００ａ、２００ｂを囲む環状ギヤを備える従来の溶接装置では、環状歯車を多段階化して溶接ヘッド３の自由度を高める（つまり、多軸化する）ためには、単に環状ギヤを複数並べるだけでは成立せず、動力伝達軸を環状ギヤへ付加的に搭載せねばならなかったが、本実施形態に係る溶接装置１は、例えば４列の環状ギヤ列２３のように、多段化が極めて容易になる。

さらにまた、本実施形態に係る溶接装置１は、周方向において複数の部分に分割して被溶接物２００ａの外周に配置自在な基部２を備えることによって、被溶接物２００ａへ装着する際に更なる軽量化を図ることができる。

また、本実施形態に係る溶接装置１は、往復動ギヤ３３の往動および復動にしたがって二方向へ回転される動力伝達ギヤ３５を備えることによって、旋回用ギヤ列４５を基準として環状ギヤ列２３、つまりトーチ縦動用ギヤ列４６、トーチ遠近用ギヤ列４７およびワイヤ用ギヤ列４８から容易に溶接ヘッド３の多軸化を実現できる。

さらに、本実施形態に係る溶接装置１は、差動歯車機構３６のデファレンシャルケース８２の回転を検知する回転センサ９２によって、往復動ギヤ３３の往動および復動の移動量を算出し、動力伝達ギヤ３５の回転量、ひいては溶接ヘッド３の移動量を定めることができる。

さらにまた、本実施形態に係る溶接装置１は、往復動ギヤ３３の内歯の有効歯数を差動歯車機構３６のリングギヤ８３の歯数以下にすることによって、マイクロスイッチを回転センサ９２として採用し、装置の簡素化と低コスト化を図ることができる。

したがって、本実施形態に係る溶接装置１によれば、小口径配管においては無論、中大口径においては格別に十分な加工精度による溶接の正確性を確保できるとともに、取り扱いの利便性も良好である。

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
２ａ、２ｂ 半円弧部
３ 溶接ヘッド
５ 旋回台
６ 電動機
７ モータハウジング
８ クランプ
９ 電源供給導体
１１ 電源用貫通孔
１２ 固定機構
１３ トーチホルダ
１５ 旋回用電動機
１６ トーチ縦動電動機
１７ トーチ遠近電動機
１８ ワイヤ送給電動機
１９ 溶接トーチ
２１ 第一ギヤ
２２ 第二ギヤ
２３ 環状ギヤ列
２５ 歯車列機構
２７ 内歯
２８ 旋回ギヤ
３１ 内歯
３２ 外歯
３３ 往復動ギヤ
３５ 動力伝達ギヤ
３６ 差動歯車機構
３７ 正面面板
３８ 背面面板
３９ 案内溝
４５ 旋回用ギヤ列
４６ トーチ縦動用ギヤ列
４７ トーチ遠近用ギヤ列
４８ ワイヤ用ギヤ列
５６ トーチ縦動用往復動ギヤ
５７ トーチ遠近用往復動ギヤ
５８ ワイヤ送給用往復動ギヤ
５９ ころ部
６１ トーチ設置面
６６ トーチ縦動用動力伝達ギヤ
６７ トーチ遠近用動力伝達ギヤ
６８ ワイヤ送給用動力伝達ギヤ
７６ トーチ縦動用差動歯車機構
７７ トーチ遠近用差動歯車機構
７８ ワイヤ用差動歯車機構
７９ 案内穴
８１ 案内棒
８２ デファレンシャルケース
８３ リングギヤ
８５ ピニオンシャフト
８６ ピニオンギヤ
８７、８８ サイドギヤ
８９ ドライブシャフト
９１ ドライブギヤ
９２ 回転センサ
１０１ 出力軸
１０２、１０３ ギヤ
１０５ 軸
１０６、１０７、１０８、１０９、１１１ ギヤ
１１２ 出力軸
１１３、１１５ ギヤ
１２１ 環状電極
１２２ ガス管
１２３、１２３Ａ パージガス供給経路
１２５ 絶縁体枠
１２６ ガス溜部
１２７ 第一シールゴム板
１２８ 段差部
１２９ 第二シールゴム板
１３１ 中継管
２００ａ、２００ｂ 被溶接物

Claims (5)

1. 筒形状の被溶接物の外周に固定される環状の基部と、
   前記基部に沿って環状に並んで交互に噛み合う複数の第一ギヤおよび複数の第二ギヤを有する環状ギヤ列を複数列有する歯車列機構と、
   いずれかの前記環状ギヤ列の前記第一ギヤに噛み合わされる内歯を有する弧状の旋回ギヤと、
   前記旋回ギヤに固定されて前記基部の周方向へ移動自在であって溶接ヘッドを支える旋回台と、
   前記旋回台に往復動自在に保持されて他のいずれかの前記環状ギヤ列の前記第一ギヤに噛み合わされる内歯、および外歯を有する弧状の往復動ギヤと、
   前記旋回台に支持されて前記往復動ギヤの前記外歯に噛み合わされて前記溶接ヘッドへ動力を伝達する動力伝達ギヤと、
   前記環状ギヤ列それぞれの前記第一ギヤへ伝達される駆動力をそれぞれ個別に発生させる複数の電動機と、を備える溶接装置。
2. 前記基部は、周方向において複数の部分に分割して前記被溶接物の外周に配置自在である請求項１に記載の溶接装置。
3. 前記動力伝達ギヤは、前記往復動ギヤの往動および復動にしたがって二方向へ回転される請求項１または２に記載の溶接装置。
4. 前記電動機と前記第一ギヤとの間に介在する差動歯車機構と、
   前記差動歯車機構のケーシングの回転を検知する回転センサと、を備える請求項１から３のいずれか１項に記載の溶接装置。
5. 前記往復動ギヤの内歯の有効歯数は、前記差動歯車機構の入力ギヤの歯数以下である請求項４に記載の溶接装置。

Images