JP2016209904A

JP2016209904A - 円周溶接装置

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Publication number: JP2016209904A
Application number: JP2015095033A
Authority: JP
Inventors: 浩隆菅; Hirotaka Suga
Original assignee: DAIICHI MEKATETSUKU KK
Current assignee: DAIICHI MEKATETSUKU KK
Priority date: 2015-05-07
Filing date: 2015-05-07
Publication date: 2016-12-15
Anticipated expiration: 2035-05-07
Also published as: JP6537881B2

Abstract

【課題】管部材内に挿入されるエアシリンダ駆動の芯出し治具と、この芯出し治具と同軸に回動自在に支持されたモータ駆動の回転体と、この回転体に支持された溶接トーチとを備えた円周溶接装置において、エアシリンダ装置のピストンロッドの芯出し治具とは反対側の端部が回転体を貫通することがなく、軸方向長の短縮が可能な円周溶接装置を得る。
【解決手段】エアシリンダ装置を、回転体と一緒に回動するように該回転体に設けた円周溶接装置。
【選択図】図３

Description

本発明は、例えば円形部材の外周と、この円形部材を挿入した板材の円形孔の周縁部とを、円周状に溶接するための円周溶接装置に関する。

例えば熱交換器においては、熱交換を目的とする液体を流通させる多数本の液体流通管（管部材、円形部材）の外周と、これら多数本の管を支持して熱交換室を構成するための管支持板（管板）の円形孔の周縁部とを円周状に溶接することが行われている。

特許文献１は、このような目的で用いられる管端自動溶接装置（円周溶接装置）を開示している。この装置は、管部材内に挿入されるエアシリンダ駆動の芯出し治具と、この芯出し治具と同軸に回動自在に支持されたモータ駆動の回転体と、この回転体に支持された溶接トーチとを備えており、芯出し治具を管部材（芯出し開口）内に挿入固定した状態で、回転体を回転させることにより、溶接トーチによって円周部の溶接を行う。芯出し治具は、進退軸と、進退軸の軸方向への進退で径を拡縮する拡縮スリーブとを有しており、この進退軸をエアシリンダ装置で駆動することにより、管部材への挿入時には拡縮スリーブを縮径させ、挿入後に拡縮スリーブを拡径して管部材へ固定している。

特許第３２８０２３５号公報

特許文献１の管端自動溶接装置（円周溶接装置）では、芯出し治具の進退軸を作動させるピストンロッドの端部が回転体を軸方向に貫通しており、該回転体からの突出部に、該回転体に対する相対回転を自在にして、ピストンロッドに結合されたエアシリンダ装置が支持されていた。このため、特に軸方向長が大きくなるという問題点があった。また、溶接トーチに対して溶接ワイヤを供給するワイヤ送給装置あるいはワイヤリールの設置位置に制約があった。

本発明は、以上の問題意識に基づき、ピストンロッドの芯出し治具とは反対側の端部が回転体を貫通することがなく、軸方向長の短縮が可能な円周溶接装置を得ることを目的とする。また、本発明は、ワイヤ送給装置あるいはワイヤリールの設置位置に対する制約の少ない円周溶接装置を得ることを目的とする。

本発明による円周溶接装置は、ハウジングと；該ハウジングに回転自在に支持され回転駆動される回転体と；該回転体に支持された溶接トーチと；上記回転体の軸心に位置する進退軸と、該進退軸の軸方向への進退により外径を拡縮する拡縮スリーブとを有し、上記回転体から伸びる芯出し治具と；上記芯出し治具の上記進退軸を進退させるピストンロッドを有するエアシリンダ装置と；を有する円周溶接装置において、上記エアシリンダ装置を、上記回転体と一緒に回動するように該回転体に設けたことを特徴としている。

上記エアシリンダ装置は、一実施形態では、上記回転体と一体に回転する回転シリンダと、この回転シリンダのピストン室に軸方向に摺動自在に嵌められた、上記ピストンロッドを有するピストンを有していて、該ピストンは上記回転シリンダと一体に回転するように結合されている。

上記ピストンロッドは、中空のピストンパイプから構成することができ、このピストンパイプには、該ピストンパイプ内に信号線または動力線を導入するための複数の径方向貫通孔を形成することができる。

上記エアシリンダ装置は、別の実施形態では、上記回転体と一体に回転する回転シリンダと、この回転シリンダのピストン室に摺動自在に嵌められた、上記ピストンロッドを有するピストンを有し、該ピストンは上記回転シリンダに対して相対回動可能である。

上記回転シリンダは、一実施形態では、上記ハウジングに直接摺接しており、該ハウジングの回転シリンダとの摺接面には、リング状の空気通路が形成され、上記回転シリンダには、該回転シリンダの回転位置に拘わらず、このリング状空気通路に連通してピストン室に圧縮空気を導く空気流路が形成されている。

上記エアシリンダ装置のピストンロッドと、上記芯出し治具の進退軸とは別部材とし、両者を常時は離間させることができる。

上記回転体と上記芯出し治具は相対回転自在に結合し、あるいは相対回転不能に結合することができる。

本発明の円周溶接装置は、芯出し治具の進退軸を動作させるピストンロッドを有するエアシリンダ装置を、溶接トーチを有する回転体と一緒に回動するように該回転体に設けたので、ピストンロッドが回転体を貫通することがない。このため、装置の軸方向長を短縮することができる。また、ピストンロッドが回転体を貫通することがないので、ワイヤ送給装置及びワイヤリールの設置位置に自由度が生まれ、装置構成の多様化が可能である。

本発明による円周溶接装置を管端自動溶接装置に適用した一実施形態を示す部分断面正面図である。同平面図である。図１の部分拡大断面図である。図１の管端自動溶接装置の芯出し治具部分の拡大部分断面図である。

本実施形態は、図１及び図２に示すように、管部材Ｐの外周を管支持板Ｗの管支持孔Ｈの内周縁に溶接する管端自動溶接装置（円周溶接装置）１００に本発明を適用した実施形態である。管端自動溶接装置１００は、メインハウジング１１と、このメインハウジング１１の図１、図３の右端に結合ピン１２を介して結合したマニホルド（サブハウジング）１３とを有している。メインハウジング１１の内部には、モータ１４（図１）によって回転される回転体２０がベアリング１６（図１、図３）を介して回転自在に支持されている。モータ１４の回転は、ウォームホイル機構を含む周知の減速ギヤ列（図示せず）を介して回転体２０に伝達される。以上のメインハウジング１１及びマニホルド１３（ベアリング１６）は、固定側部材である。

円筒形状のマニホルド１３内には、同軸に、回転シリンダ２１がベアリング１６によって回転自在に支持されている。この回転シリンダ２１は、図１、図３の左端に固定ボルト２０ｂ（図３）により回転体２０を一体に結合し、右端にシリンダカバー２２を一体に結合している。回転シリンダ２１とシリンダカバー２２の間には、回転シリンダ２１と同軸のピストン室２３が形成されており、このピストン室２３内にピストン２４が摺動自在に嵌まっている。回転シリンダ２１には、偏心位置に軸平行ピン２５が固定されており、この軸平行ピン２５は、ピストン２４に形成した軸平行孔２４ａに摺動可能に嵌まっている。すなわち、回転シリンダ２１に対してピストン２４は軸方向に移動可能であり、かつ回転シリンダ２１（回転体２０）とピストン２４は常時一体に回転する関係にある。

マニホルド１３に形成した内方フランジ１３ａと、シリンダカバー２２との間には、一対のパッキン２６に挟まれてリングスペーサ２７が気密に挟着保持（固定）されている。リングスペーサ２７は、回転シリンダ２１の外周に臨むリング状通路（空気通路）２７ａを有している。マニホルド１３には、リングスペーサ２７のリング状通路２７ａに対して圧縮空気を供給するホース接続口１３ｂが固定されており、このホース接続口１３ｂに接続された管路１７は、制御弁Ｖ及びレギュレータＲを介して圧縮空気源Ｃに接続されている。

一方、回転シリンダ２１には、該回転シリンダ２１の回転位置に拘わらず、リングスペーサ２７のリング状通路２７ａに連通する径方向通路（空気通路）２１ａと軸平行通路（空気通路）２１ｂが形成されており、シリンダカバー２２には、この軸平行通路２１ｂとピストン室２３とを連通させる連通路２２ａが形成されている。ピストン室２３には、これら通路を介して、圧縮空気源Ｃからの圧縮空気が導入される。図３は、ピストン室２３に圧縮空気源Ｃからの圧縮空気を導入してピストン２４を圧縮ばね２８の力に抗して左行させた状態を示している。ピストン室２３への圧縮空気の導入を絶った状態では、ピストン２４は圧縮ばね２８の力により右行する。

ピストン２４には、その軸心に固定ねじ２９を介してピストンパイプ（ピストンロッド）３０が固定されている。このピストンパイプ３０は、回転シリンダ２１に形成した軸孔２１ｃ（及びすべり軸受２１ｄ）を通って回転体２０内に延びている。ピストンパイプ３０の先端部には、軸長調整ボルト３１が螺合されており、この軸長調整ボルト３１の螺合位置を調整した後ロックナット３１ａを締めると、ピストンパイプ３０の有効長が調整後の長さに固定される。ピストンパイプ３０は、中空であり、その長さ方向の異なる位置には、該ピストンパイプ３０内に信号線あるいは動力線を挿入するための複数の貫通孔３０ａが形成されている。

回転体２０には、メインハウジング１１からの図の左方の突出位置に、回転筒（回転体）２０Ｐが固定されており、ピストンパイプ３０は、この回転筒２０Ｐ内に延びている（図４、図１参照）。

回転筒２０Ｐには、ベアリング３２を介して相対回転自在に同軸に芯出し治具４０が支持されている。この芯出し治具４０は、ベアリング３２に基端部を支持した支持筒４１の軸部に進退軸４２を移動可能に挿通支持しており、この進退軸４２の先端には、テーパ面４３ａを有する可動側コーン４３が取付ねじ４４によって固定されている。またこの進退軸４２の後端部４２ａと、支持筒４１との間には、進退軸４２を引込み方向（図４の右方）へ移動付勢する圧縮ばね４５が介在している。

支持筒４１の外周には、テーパ面４６ａを有する固定側コーン４６が固定されている。この固定側コーン４６と可動側コーン４３との間には、管体の両端縁よりその母線方向に沿って形成される複数個のスリット４７ａによって、その両端部のテーパコーンの外径が弾性的に変化し得る筒形に形成された拡縮スリーブ４７が支持されている。圧縮ばね４５は、進退軸４２を支持筒４１内に引き込む方向の力を作用させて、可動側コーン４３と固定側コーン４６との間隔を狭めるため、拡縮スリーブ４７の両端部のテーパコーンは、テーパ面４３ａと４６ａの作用により、常時は（進退軸４２に外力を加えない状態では）該スリーブ自体の弾圧力に抗してその直径が拡径している。

回転筒２０Ｐには、ブラケット５１を介して溶接トーチ５０が固定されており、回転シリンダ２１（シリンダカバー２２）には、メインハウジング１１の図３の右側外部に位置させて固定したワイヤ送給固定板５２を介して、溶接トーチ５０に溶接ワイヤ５３を供給するワイヤ送給装置５４及び溶接ワイヤ５３を保持するワイヤリール５５が支持されている。ワイヤ送給装置５４は、ワイヤリール５５に保持されている溶接ワイヤ５３をモータ駆動力で送り出し、ワイヤ送給固定板５２、シリンダカバー２２及び回転シリンダ２１に形成したワイヤ挿通孔５６（図３）及び回転体２０内を通過させて、溶接トーチ５０のガイドチューブ５０Ｇに供給するものであり、この種の管端自動溶接装置に広く用いられている。回転筒２０Ｐと回転シリンダ２１は、一体に回転するものであるから、これらに支持されている溶接トーチ５０、ワイヤ送給装置５４及びワイヤリール５５も一体に回転する。従って、回転筒２０Ｐと回転シリンダ２１の回転によって、溶接ワイヤ５３（及び該溶接ワイヤ５３を挿通したコンジットチューブ）が捻れたり絡まったりするおそれはない。

従って、以上の管端自動溶接装置１００は次のように作動する。回転シリンダ２１のピストン室２３に圧縮空気を供給しない状態では、ピストン２４は、圧縮ばね２８の力により図３の右端に位置し、芯出し治具４０の進退軸４２は、圧縮ばね４５の力により図４の右端に位置する。このとき、軸長調整ボルト３１の先端部と進退軸４２の後端部４２ａとは離間しており（図４）、ピストンパイプ３０が進退軸４２に力を及ぼすことはない。従って、拡縮スリーブ４７の両端部のテーパコーンは、圧縮ばね４５の力により拡径した状態にある。

この状態において、制御弁Ｖを操作して圧縮空気源Ｃの圧縮空気をピストン室２３内に導くと、ピストン２４が図３に示すように左行し、軸長調整ボルト３１が進退軸４２を押す。このため、進退軸４２の先端に固定されている可動側コーン４３と固定側コーン４６との間隔が広まり、拡縮スリーブ４７は、自身の弾性により縮径して、管部材Ｐ（芯出し開口）内に挿入可能となる。この状態において、芯出し治具４０を図１、図３のように、管部材Ｐ内に挿入し、その後、ピストン室２３に対する圧縮空気の供給を停止すると、圧縮ばね２８の力により、ピストン２４（ピストンパイプ３０）が右行し、圧縮ばね４５の力により、進退軸４２が右行する。このため、拡縮スリーブ４７は再び拡径し、芯出し治具４０が管部材Ｐに固定される。なお、図４は、図示の便宜上、拡縮スリーブ４７の両端部外周面が管部材Ｐの内周面から離間している状態を描いている。

このように芯出し治具４０を管部材Ｐに固定した状態において、溶接トーチ５０に保持された溶接ワイヤ５３と管部材Ｐと管支持孔Ｈの管端溶接部（円周溶接部）の距離を適切に保ちながら、モータ１４及びワイヤ送給装置５４を駆動すると、円周溶接が実行される。すなわち、溶接トーチ５０からアークを発生させながらモータ１４を駆動して、回転体２０及び回転筒２０Ｐを回転させれば、回転筒２０Ｐの回転力に伴なって、溶接トーチ５０は、管部材Ｐの端部周囲に沿って適宜速度で回動し、さらにこのときワイヤリール５５より溶接ワイヤ５３を送り出すことにより、溶接トーチ５０による発生アークにより管部材Ｐと管支持板Ｗの接合部周囲を円周溶接することができる。

この円周溶接時に、本実施形態では、回転シリンダ２１とピストン２４が回転体２０と一緒に回動する。一方、管部材Ｐに挿入されている芯出し治具４０は、ベアリング３２によって回転筒２０Ｐとの相対回転が自在であるので、回動しない。ピストンパイプ３０は、ピストン２４に固定されていて、回転体２０を貫通することがないので、装置全体の軸方向長を短縮することができる。また、回転シリンダ２１は、シリンダカバー２２によって閉じられており、ピストンパイプ３０は、シリンダカバー２２より突出することがないので、該シリンダカバー２２に、実施形態のように、ワイヤ送給装置５４やワイヤリール５５を自由に配置することができ、装置構成の自由度が高まる。

以上の実施形態では、軸平行ピン２５と軸平行孔２４ａにより、回転シリンダ２１（ピストンパイプ３０）とピストン２４を一体に回動するように結合している。このため、貫通孔３０ａからピストンパイプ３０内に信号線あるいは動力線を導入することができるという利点がある。具体的には、溶接トーチ５０を前後左右に微調整するためのモータ用動力線をこの中空ピストンパイプ３０に挿通することができる。しかし、信号線あるいは動力線をピストンパイプ３０内に導入しない場合には、ピストンパイプ３０をロッドとし、回転シリンダ２１に対してピストン２４（ピストンパイプ３０）が相対回動する態様も可能である。このとき、ピストンパイプ３０と芯出し治具４０の進退軸４２を直結することも可能である。

以上は、管支持板Ｗの管支持孔Ｈに挿入した管部材Ｐを該管支持板Ｗに溶接する管端溶接装置に本発明を適用した実施形態であるが、本発明は、芯出し開口と、該芯出し開口を中心とする円周溶接部を溶接する円周溶接装置一般に適用可能である。

Ｐ管部材（芯出し開口）
Ｗ管支持板
Ｈ管支持孔
１００管端自動溶接装置（円周溶接装置）
１１メインハウジング（ハウジング）
１２結合ピン
１３マニホルド（ハウジング）
１３ａ内方フランジ
１３ｂホース接続口
１４モータ
１６ベアリング
１７管路
２０回転体
２０Ｐ回転筒（回転体）
２１回転シリンダ
２１ａ径方向通路（空気通路）
２１ｂ軸平行通路（空気通路）
２１ｃ軸孔
２１ｄすべり軸受
２２シリンダカバー
２２ａ連通路
２３ピストン室
２４ピストン
２４ａ軸平行孔
２５軸平行ピン
２６パッキン
２７リングスペーサ
２７ａリング状通路（空気通路）
２８圧縮ばね
２９固定ねじ
３０ピストンパイプ（ピストンロッド）
３０ａ貫通孔
３１軸長調整ボルト
３１ａロックナット
３２ベアリング
４０芯出し治具
４１支持筒
４２進退軸
４３可動側コーン
４５圧縮ばね
４６固定側コーン
４３ａ４６ａテーパ面
４７拡縮スリーブ
４７ａスリット
５０溶接トーチ
５１ブラケット
５２ワイヤ送給固定板
５３溶接ワイヤ
５４ワイヤ送給装置
５５ワイヤリール
５６ワイヤ挿通孔
Ｖ制御弁
Ｒレギュレータ
Ｃ圧縮空気源

Claims

ハウジングと；
該ハウジングに回転自在に支持され回転駆動される回転体と；
該回転体に支持された溶接トーチと；
上記回転体の軸心に位置する進退軸と、該進退軸の軸方向への進退により外径を拡縮する拡縮スリーブとを有し、上記回転体から伸びる芯出し治具と；
上記芯出し治具の上記進退軸を進退させるピストンロッドを有するエアシリンダ装置と；
を有する円周溶接装置において、
上記エアシリンダ装置を、上記回転体と一緒に回動するように該回転体に設けたことを特徴とする円周溶接装置。
請求項１記載の円周溶接装置において、上記エアシリンダ装置は、上記回転体と一体に回転する回転シリンダと、この回転シリンダのピストン室に軸方向に摺動自在に嵌められた、上記ピストンロッドを有するピストンを有し、該ピストンは上記回転シリンダと一体に回転するように結合されている円周溶接装置。
請求項２記載の円周溶接装置において、上記ピストンロッドは、中空のピストンパイプからなり、該ピストンパイプには、該ピストンパイプ内に信号線または動力線を導入するための複数の径方向貫通孔が形成されている円周溶接装置。
請求項１記載の円周溶接装置において、上記エアシリンダ装置は、上記回転体と一体に回転する回転シリンダと、この回転シリンダのピストン室に摺動自在に嵌められた、上記ピストンロッドを有するピストンを有し、該ピストンは上記回転シリンダに対して相対回動可能である円周溶接装置。
請求項２ないし４のいずれか１項記載の円周溶接装置において、上記回転シリンダは、上記ハウジングに直接摺接しており、該ハウジングの回転シリンダとの摺接面には、リング状の空気通路が形成され、上記回転シリンダには、該回転シリンダの回転位置に拘わらず、このリング状空気通路に連通してピストン室に圧縮空気を導く空気流路が形成されている円周溶接装置。
請求項１ないし５のいずれか１項記載の円周溶接装置において、上記エアシリンダ装置のピストンロッドと、上記芯出し治具の進退軸とは別部材であり、常時は離間している円周溶接装置。
請求項１ないし６のいずれか１項記載の円周溶接装置において、
上記回転体と上記芯出し治具は相対回転自在に結合されている円周溶接装置。
請求項１ないし６のいずれか１項記載の円周溶接装置において、
上記回転体と上記芯出し治具は相対回転不能に結合されている円周溶接装置。