JP2015199099A - 溶接板材位置決め固定治具 - Google Patents

Abstract

【課題】位置決めが容易で位置決め固定状態で溶接が可能で作業性を改善した溶接板材位置決め固定治具を得る。【解決手段】１）第一板材端部位置決め面４１と、第二板材における第一板材との重合予定部を除く部分を支持する第二板材固定座面４２と、第二板材固定座面に直角方向に壁状に形成された第二板材位置決め面４３と、がクランク状に形成された位置決めブロック４０、 ２）第二板材を第二板材位置決め面に当接させた状態で該第二板材の重合予定部を除く部分を第二板材固定座面に固定する第二板材固定部材６０、並びに ３）位置決めブロックに設けられ、第一板材端部位置決め面に当接され、かつ端部の表面部が第二板材固定部材によって固定された第二板材の重合予定部に重合するように挿入された第一板材に対して、先端部が進退可能に対向されその延長線が第一板材端部位置決め面に対して傾斜された板材固定部材５０、を具備した。【選択図】図２

Description

この発明は、例えば２枚の板材を突き合わせ溶接する際に突き合わせ部裏側に当てる裏当て板の位置決め固定や、２枚の板材の端部同士を重ねて溶接する際に板材相互を位置決め・固定する場合などに用いられる溶接板材位置決め固定治具に関する。

従来の裏当て部材などを位置決め固定するものとして、治具本体に取り付けられたボルト１３Ａで板材（鋼管の開先部）を固定させ、裏当て板押付の受け面をボルト４０Ａで移動させ、裏当て板をボルト２０Ａでボルト４０Ａ方向に押し付けて固定するようにしたものがある（例えば特許文献１参照）。

特開平９−２５３８９２号公報（第３〜４頁、図１〜７）

上記のような先行技術においては、板材と裏当て板は作業者が治具に位置決め面に押し付けたまま位置決めするが、ボルトを締める際に位置がずれる可能性があり、ずれた場合治具による補正ができず、ボルトを緩め取付け直す必要がある。また、継ぎ手パターンが重ね溶接の場合でも使用可能と考えられる。しかし、２つの板材を溶接するとき、治具本体が邪魔で治具の奥行幅分が溶接できず、周囲を溶接後、治具をずらして溶接する必要があり手間がかかる。また気密を要する場合は、漏れが発生しやすい溶接継ぎ目が増え、不良発生確率が高くなるという課題があった。

この発明は、上記のような課題を解消するためになされたものであり、板材の位置決めが容易で、しかも位置決め固定した状態で溶接が可能であり、作業性や不良発生率を改善できる溶接板材位置決め固定治具を提供することを目的としている。

この発明に係る溶接板材位置決め固定治具は、重合された第一板材と第二板材の端部を溶接する際に、前記第一板材と前記第二板材を予め所定位置に固定する溶接板材位置決め固定治具であって、 １）前記第一板材の端面を当接させる第一板材端部位置決め面と、この第一板材端部位置決め面の端部から直角に連なるように形成され、前記第二板材における前記第一板材との重合予定部を除く部分を支持する第二板材固定座面と、この第二板材固定座面における前記第一板材端部位置決め面とは反対側端部に直角方向に壁状に形成され、前記第二板材の前記重合予定部とは反対側の端部を当接させる第二板材位置決め面と、が側面視クランク状に形成された位置決めブロック。 ２）前記位置決めブロックに対して係合するように設けられ、前記第二板材を前記第二板材位置決め面に当接させた状態で前記第二板材固定座面に固定する第二板材固定部材。 ３）前記位置決めブロックに設けられ、前記第一板材端部位置決め面に当接されると共に、前記第二板材固定部材によって固定された前記第二板材の前記重合予定部に重合されるように挿入された前記第一板材に対して、先端部が進退可能に対向されその延長線が前記第一板材端部位置決め面の端部側の延長面と交差するように傾斜された板材固定部材。
を備えるようにした。

この発明によれば、１）第一板材端部位置決め面と、第二板材固定座面と、第二板材位置決め面と、が側面視クランク状に形成された位置決めブロック、及び、２）第二板材を第二板材位置決め面に当接させた状態で該第二板材の重合予定部を除く部分を第二板材固定座面に固定する第二板材固定部材、及び、３）第二板材の前記重合予定部に重合されるように挿入された第一板材に対して先端部が進退可能に対向されその延長線が第一板材端部位置決め面の端部の側の延長面と交差するように傾斜された板材固定部材、を用いて構成したことにより、板材の位置決めが容易で、しかも位置決め固定した状態で溶接が可能であり、作業性や不良発生率を改善できる。

本発明の実施の形態１による溶接板材位置決め固定治具を概念的に示す斜視図である。 図１に示す溶接板材位置決め固定治具をＺ軸方向から見た側面断面図に第一板材と第二板材を固定する位置を示した説明図である。 図１に示す溶接板材位置決め固定治具の使用手順の説明図である。 本発明の実施の形態１による溶接板材位置決め固定治具を使った溶接手順の説明図である。 本発明の実施の形態１による溶接板材位置決め固定治具の位置決めブロックを２部品化した変形例を示す断面図である。 本発明の実施の形態２による溶接板材位置決め固定治具を概念的に示す図であり、（ａ）は分解状態を示す斜視図、（ｂ）は組立状態を示す側面断面図である。 本発明の実施の形態３による溶接板材位置決め固定治具を概念的に示す側面断面図である。

実施の形態１．
図１は本発明の実施の形態１による溶接板材位置決め固定治具を概念的に示す斜視図、図２は図１に示す溶接板材位置決め固定治具をＺ軸方向から見た側面断面図に第一板材と第二板材を固定する位置を示した説明図、図３は図１に示す溶接板材位置決め固定治具の使用手順の説明図である。なお、ここでは、第一板材と第三板材との突合せ溶接部に第二板材を裏当て板として用いるときに、先ず第一板材に裏当て板としての第二板材を溶接する際に双方の板材を位置決め固定する場合を例に説明する。図において、溶接板材位置決め固定治具の本体となる位置決めブロック４０は、第一板材１０の重合予定端部１１の端面１１ａを当接させる第一板材端部位置決め面４１と、この第一板材端部位置決め面４１の端部４１ａから直角に連なるように形成され、第二板材２０における第一板材１０との重合予定部Ａを除く部分を支持する第二板材固定座面４２と、この第二板材固定座面４２における第一板材端部位置決め面４１とは反対側端部に直角方向に壁状に形成され、第二板材２０の重合予定部Ａとは反対側の端面２０ａを当接させる第二板材位置決め面４３と、が側面視クランク状に形成されている。

溶接板材位置決め固定治具は、前述の位置決めブロック４０と、この位置決めブロック４０の第二辺部４５に設けられたネジ穴４５ａに螺合するように設けられ、第二板材２０を第二板材位置決め面４３に当接させた状態でその第二板材２０の重合予定部Ａを除く部分を第二板材固定座面４２に固定する第二板材固定ボルト６０と、位置決めブロック４０の第一辺部４４に設けられたネジ穴４４ａに螺合するように設けられ、前述の第二板材固定ボルト６０によって固定された第二板材２０の重合予定部Ａに重合するように挿入された第一板材１０の重合予定端部１１に対して、先端部が進退可能に対向され、図２に示すように、その延長線が第一板材端部位置決め面４１の端部４１ａ（図１に図示）の側の延長面と交差するように傾斜された板材固定ボルト５０と、を用いて構成されている。

なお、前述の第一辺部４４は位置決めブロック４０における、第一板材端部位置決め面４１の端部４１ａとは反対側の端部から直角に延出されて、内角側の面が、第二板材固定ボルト６０によって固定された第二板材２０の重合予定部Ａに対向するように形成されている。そして、第二辺部４５は第二板材位置決め面４３が第二板材固定座面４２から図における上部方向に所定距離延在した位置から直角に折曲される如く延出されて第二板材固定座面４２に対して平行に対向されるように形成されている。なお、この例では、第二板材固定ボルト６０を螺合させるネジ穴４５ａは、図２に示すように、第二板材固定ボルト６０の先端部側が第二板材位置決め面４３に近づくように傾斜されている。また、第二板材固定座面４２と第二板材位置決め面４３とが形成する隅部Ｂは、第二板材２０の角部Ｃに面取り加工がない場合でも干渉しないようにＲのない直角に加工されていることが望ましい。

次に、第一板材端部位置決め面４１、第二板材固定座面４２、及び第二板材位置決め面４３を構成する各面と、ネジ穴４４ａ、及びネジ穴４５ａの位置関係について説明する。第二板材位置決め面４３と第一板材端部位置決め面４１のＸ方向の段差距離（第二板材固定座面４２のＸ方向の寸法）は、裏当て板からなる第二板材２０のＸ方向の幅の半分の距離となる。第二板材位置決め面４３のＹ方向の寸法は第二板材２０の板厚（Ｙ方向の寸法）よりも広くなっている。第一板材端部位置決め面４１のＹ方向の寸法は、第一板材１０の板厚（Ｙ方向の寸法）よりも広くなっている。ネジ穴４５ａはＺ方向から見た側面視反時計回り方向に傾いており、中心線を伸ばすと、第二板材位置決め面４３と第一板材端部位置決め面４１との間にあり、第一板材端部位置決め面４１側に寄った配置となる。

ネジ穴４４ａは、第一板材端部位置決め面４１からＸ軸負方向で時計回り方向に傾いて配置されている。ネジ穴４５ａには、ボルト先端がＹ軸負方向側に向いた第二板材固定ボルト６０が取り付けられている。ネジ穴４４ａには、ボルト先端がＹ軸正方向側に向いた板材固定ボルト５０が取り付けられている。第二板材固定ボルト６０及び板材固定ボルト５０の先端は、第二板材２０と第一板材１０が傷つかないように、球面形状が望ましい。また、作業性を考慮する場合は、第二板材固定ボルト６０及び板材固定ボルト５０のボルト頭部は工具を使用せず、手で回せるようにローレット加工（図示省略）されていると良い。

次に、図３を用いて溶接板材位置決め固定治具の使用方法を説明する。
なお、第二板材固定ボルト６０については、その先端と第二板材固定座面４２との隙間が、第二板材２０の板厚より広くなるように、第二板材固定ボルト６０を回してＹ正方向に移動させておく。板材固定ボルト５０については、板材固定ボルト５０と第二板材固定座面４２の延長面との隙間が、第一板材１０の板厚より広くなるように、板材固定ボルト５０を回してＹ負方向に移動させておく。そして、第二板材２０を位置決めブロック４０の第二板材位置決め面４３にＸ正方向に押し当て、第二板材固定ボルト６０を回して第二板材２０を第二板材固定座面４２に押付けて固定する。次に、第一板材１０を第二板材２０のＹ負方向側の面と板材固定ボルト５０の隙間にＸ正方向に入れ、第一板材端部位置決め面４１に第一板材１０を押し当て、板材固定ボルト５０を回して第一板材１０を第二板材２０に押付けて固定する。これで、第二板材２０と第一板材１０の位置決め固定ができる。

次に、図４を用いて、実施の形態１による溶接板材位置決め固定治具を用いた場合の溶接手法を説明する。なお、図４は本発明の実施の形態１による溶接板材位置決め固定治具を使った溶接手順の説明図である。なお、図１に示す溶接板材位置決め固定治具は最低２個準備する。そして、上述の方法により図４（ａ）に示すように、１個目の溶接板材位置決め固定治具で第一板材１０に第二板材２０の１箇所を位置決め固定し、そこから所定間隔（例えば１００ｍｍ）を開けた箇所に２個目の溶接板材位置決め固定治具で同様に第二板材２０を第一板材１０に位置決め固定する。そして２個の溶接板材位置決め固定治具で固定された板材相互を図４（ｂ）のＷ１に示すようにＺ軸方向に溶接する。これにより、第二板材２０が第一板材１０に固定される。

その後、２個の溶接板材位置決め固定治具とも、第二板材固定ボルト６０と板材固定ボルト５０をそれぞれ緩め、溶接板材位置決め固定治具を第二板材２０と第一板材１０から取り外すことで、図４（ｃ）に示す溶接体を得る。そして、図４（ｄ）に示すように、第一板材１０に対して突合せ溶接する第三板材３０の図における左端部を第一板材１０の端面１１ａに押し付けつつ、第二板材２０に押し当てて位置決めした後、図４（ｅ）に示すように、第一板材１０との当接部をＷ２のように溶接することで、突合せ溶接された第一板材１０と第三板材３０部の裏側に第二板材２０が溶接固定された溶接体を得ることができる。

なお、位置決めブロック４０の加工は一般的にフライス盤のエンドミルでの機械加工が考えられ、第二板材位置決め面４３と第二板材固定座面４２間の隅部Ｂ（図２に図示）はエンドミルの刃先曲面分の曲面が残るため、第二板材２０の角部Ｃに面取り加工が無い場合は、この曲面が第二板材２０角と干渉し、第二板材２０が正しく位置決めされない。図５はその対策として考案されたものであり、本発明の実施の形態１による溶接板材位置決め固定治具の位置決めブロックを２部品化した変形例を示す断面図である。図５において位置決めブロック４０Ａは、第二辺部４５及び第二板材位置決め面４３を含むように一体形成された第１ブロック部材４０Ａａと、第一辺部４４、第一板材端部位置決め面４１、及び第二板材固定座面４２を含むように一体形成された第２ブロック部材４０Ａｂと、から構成され、双方は締結ボルト４６で固定される。この場合、図１に示す位置決めブロック４０の第二板材固定座面４２をＸ正方向に伸ばしたラインでカットしたものに相当し、図２に示す隅部ＢをＲのない直角にできるので、第二板材２０の角部Ｃに面取り加工が無い場合でも位置決めできる。

上記のように、実施の形態１においては、第一板材１０の固定部材である板材固定ボルト５０の先端部側は、第一板材端部位置決め面４１に向かって傾けて設置され、第二板材２０の固定部材である第二板材固定ボルト６０の先端部側は、第二板材位置決め面４３に近づくように傾けて設置されているため、各ボルトを締めると各板材を図の右方向の位置決め部に押し付ける方向の力が加わり、それぞれの板材を目的の位置に確実に固定することが可能である。
また、第二板材２０を上述の裏当て板に代えて、第三板材３０を用いるようにした、溶接継ぎ手パターンがいわゆる重ね溶接の場合においては、溶接板材位置決め固定治具を取り付けても図４（ｂ）に示すように、その固定治具が溶接箇所を邪魔することがない。そのため、例えばワークが図４のＺ軸方向に長尺な場合、Ｚ軸方向の一端部側から他端部側に一気に溶接することが可能となるため、治具の付け替え作業が不要であり、例えば漏れが発生しやすい溶接の継ぎ目数を従来の技術よりも減らすことができ、不良発生確率を低くすることができる。

実施の形態２．
図６は本発明の実施の形態２による溶接板材位置決め固定治具を概念的に示す図であり、（ａ）は分解状態を示す斜視図、（ｂ）は組立状態を示す側面断面図である。なお、この実施の形態２は、実施の形態１の構成に、押付力分散金具５１、６１を、板材固定ボルト５０側の第一辺部４４と第二板材固定ボルト６０側の第二辺部４５にそれぞれ１個ずつ追加したものである。押付力分散金具５１、６１は互いに同様の構造であるので、ここでは第二板材固定ボルト６０側で説明する。押付力分散金具６１の外観は立方体状または直方体状のブロックを断面口字型状に開口した形状となっている。図のＸ方向の幅は第二板材２０のＸ方向の幅と同じか、第一板材１０と第二板材２０を溶接する際に支障がないように若干狭くした寸法で、開口部のＹ方向長は位置決めブロック４０の第二辺部４５の厚さＤよりも長く、該厚さＤより２〜３倍の長さが望ましい。

開口部のＺ方向長は、位置決めブロック４０の第二辺部４５のＺ方向長さよりも広く、第二辺部４５との嵌め合いがすき間嵌め程度であることが望ましい。押付力分散金具６１のＹ負方向の下面から開口部までの厚さＥは第二板材２０の厚さ（Ｙ方向）よりも厚く、最低３倍ほど厚くするのが望ましい。押付力分散金具６１の上面には、傾斜した第二板材固定ボルト６０を容易に挿通させるために、そのネジ径よりも大きな内径の穴６１ａが空けられている。なお、押付力分散金具５１の下面には、同様の穴５１ａが空けられている。その他の構成は実施の形態１と同様である。

上記のように構成された実施の形態２においては、第一板材１０と第二板材２０を固定する際、板材固定ボルト５０と第二板材固定ボルト６０を回すと、それぞれに介在された押付力分散金具５１、６１を介して対応する板材を押し付けるため、板材固定ボルト５０と第二板材固定ボルト６０の点接触分の押付圧力が、押付力分散金具５１、６１のＸＺ平面の面積分だけ押付力が分散され、第一板材１０と第二板材２０の表面が凹むなどの変形を防ぐことができる。第二板材固定ボルト６０による第二板材２０に対する第二板材位置決め面４３方向への付勢力は無くなるものの、第二板材固定ボルト６０の締め付け時に押付力分散金具６１に対しては同方向の力が働いているので、第二板材２０が反対の図６（ｂ）の左方向に移動することは防止できる。

また、先行技術文献のような技術では、板材厚が例えば１ｍｍのアルミ板などのように薄い場合、裏当て部材を押し付ける力の方向に板材が曲がり、板材端面同士の距離が離れ、溶接不良が発生し易くなるだけでなく、たとえ溶接出来たとしても門形部材を板材から外すと板材が裏当て部材を押し付ける力の反対方向に変形する恐れがある。しかし本発明の実施の形態２においては、第一板材１０を固定する際、板材固定ボルト５０で押し付けるが、第二板材固定ボルト６０側の押付力分散金具６１が押付力の受けとなるため、第一板材１０の板厚が薄くても第一板材１０の変形が抑制される。

実施の形態３．
図７は本発明の実施の形態３による溶接板材位置決め固定治具を概念的に示す側面断面図である。なお、この実施の形態３は上記実施の形態２の構成に、圧縮バネ５２と圧縮バネ６２を板材固定ボルト５０側と第二板材固定ボルト６０側にそれぞれ追加したものである。図において、圧縮バネ５２は圧縮コイルバネであり、位置決めブロック４０の第一辺部４４の外側（図の下側）の表面と押付力分散金具５１の内周面との間に設置され、押付力分散金具５１の穴５１ａから挿入された板材固定ボルト５０を圧縮バネ５２の中心を貫いて第一辺部４４のネジ穴４４ａに螺合させることで、押付力分散金具５１が第一辺部４４から外れず、かつ、押付力分散金具５１が常時図の下方向に付勢されて、押付力分散金具５１の穴５１ａとは反対側の内周面が板材固定ボルト５０の先端に当接するように構成されている。第二板材固定ボルト６０側の圧縮バネ６２も同様に構成されている。

上記のように構成された実施の形態３においては、第二板材２０もしくは第一板材１０を本治具に位置決め固定する際、圧縮バネ５２、６２によって押付力分散金具５１、６１が、常時待機位置に存在するように外側に広がるため、第二板材２０及び第一板材１０の装着作業が容易になるという更なる効果が得られる。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態の一部または全部を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略することが可能である。例えば、位置決めブロック４０の形状や寸法は適宜変形や変更ができ、板材固定ボルト５０及び第二板材固定ボルト６０は一つの位置決めブロック４０に対してＺ軸方向に複数設けても良く、また、第二板材固定ボルト６０をクランプなどの固定部材にしても良い。また、押付力分散金具５１などの形状や、第一辺部４４または板材固定ボルト５０に対する係合手法なども適宜変更が可能である。例えば、押付力分散金具５１を椀状に形成し、その椀状の底部を、板材固定ボルト５０の先端部に対して、回転自在で、しかも板材固定ボルト５０の軸線に対して一定の角度範囲で揺動自在に枢着させるように構成してもよい。

１０ 第一板材、１１ 重合予定端部、１１ａ 端面、２０ 第二板材、２０ａ 端面、３０ 第三板材、４０ 位置決めブロック、４０Ａ 位置決めブロック、４０Ａａ 第１ブロック部材、４０Ａｂ 第２ブロック部材、４１ 第一板材端部位置決め面、４１ａ 端部、４２ 第二板材固定座面、４３ 第二板材位置決め面、４４ 第一辺部、４４ａ ネジ穴、４５ 第二辺部、４５ａ ネジ穴、４６ 締結ボルト、５０ 板材固定ボルト、５１ 押付力分散金具、５１ａ 穴、５２ 圧縮バネ、６０ 第二板材固定ボルト、６１ 押付力分散金具、６１ａ 穴、６２ 圧縮バネ、Ａ 重合予定部、Ｂ 隅部、Ｃ 角部、Ｄ 厚さ、Ｅ 厚さ。

Claims (7)

1. 重合された第一板材と第二板材の端部を溶接する際に、前記第一板材と前記第二板材を予め所定位置に固定する溶接板材位置決め固定治具であって、次の、１）、２）、及び３）を備えたことを特徴とする溶接板材位置決め固定治具。
   １）前記第一板材の端面を当接させる第一板材端部位置決め面と、この第一板材端部位置決め面の端部から直角に連なるように形成され、前記第二板材における前記第一板材との重合予定部を除く部分を支持する第二板材固定座面と、この第二板材固定座面における前記第一板材端部位置決め面とは反対側端部に直角方向に壁状に形成され、前記第二板材の前記重合予定部とは反対側の端部を当接させる第二板材位置決め面と、が側面視クランク状に形成された位置決めブロック。
   ２）前記位置決めブロックに対して係合するように設けられ、前記第二板材を前記第二板材位置決め面に当接させた状態で前記第二板材固定座面に固定する第二板材固定部材。
   ３）前記位置決めブロックに設けられ、前記第一板材端部位置決め面に当接されると共に、前記第二板材固定部材によって固定された前記第二板材の前記重合予定部に重合されるように挿入された前記第一板材に対して、先端部が進退可能に対向されその延長線が前記第一板材端部位置決め面の端部側の延長面と交差するように傾斜された板材固定部材。
2. 前記位置決めブロックは、前記第一板材端部位置決め面の前記端部とは反対側の端部から直角に延出されて、内角側の延出面が、前記第二板材固定部材によって固定された前記第二板材の前記重合予定部に対向するように形成された第一辺部と、前記第二板材位置決め面がその第二板材固定座面から所定距離延在した位置から直角に折曲される如く延出されて前記第二板材固定座面に対して平行に対向された第二辺部と、を有するように形成されてなり、前記第二板材固定部材は、前記第二辺部に螺設されたネジ穴に螺合された第二板材固定ボルトを用いたものであり、前記板材固定部材は、前記第一辺部に螺設されたネジ穴に螺合された板材固定ボルトを用いたものであることを特徴とする請求項１記載の溶接板材位置決め固定治具。
3. 前記第二辺部に螺設されたネジ穴は、前記第二板材固定ボルトの先端部側が前記第二板材位置決め面に近づくように傾斜されていることを特徴とする請求項２記載の溶接板材位置決め固定治具。
4. 前記位置決めブロックは、前記第二辺部、及び前記第二板材位置決め面を含むように一体形成された第１ブロック部材と、前記第一辺部、前記第一板材端部位置決め面、及び前記第二板材固定座面を含むように一体形成された第２ブロック部材と、からなることを特徴とする請求項２または請求項３記載の溶接板材位置決め固定治具。
5. 前記第二板材固定ボルトの先端部と前記第二板材固定座面との間、または前記板材固定ボルトの先端部と前記第一板材の重合予定端部との間に、押付力分散金具を介在させるようにしたことを特徴とする請求項２から請求項４の何れかに記載の溶接板材位置決め固定治具。
6. 前記押付力分散金具は、前記位置決めブロックに対して常時係合を保持するように形成されていることを特徴とする請求項５記載の溶接板材位置決め固定治具。
7. 前記押付力分散金具は、対応する前記第二板材固定ボルトの先端部または前記板材固定ボルトの先端部に対して常時当接するように弾性部材によって両固定ボルトの後退方向に付勢されていることを特徴とする請求項６記載の溶接板材位置決め固定治具。

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