JP2017209721A - 水平型自動溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ワークをマンドレルに正確且つ迅速にセットし易くなると共に、直径の大きなワークであってもテーブルリフターユニットで支持することができ、また、テーブルリフターユニットのメンテナンスを行い易くする。
【解決手段】フレーム、マンドレル、バックバー、センター位置決め機構、クランプ機構、溶接装置及びテーブルリフターユニット７備え、前記テーブルリフターユニットは、リフターベース２８とテーブル２９と一対の下部リニアガイド３０と一対の上部リニアガイド３１と一対の伸縮アーム３２とボールネジ機構３３と、ボールネジ機構３３を作動させる正逆回転可能なモータ３４と、テーブルの上面に設けられ、ワークＷを水平姿勢で支持するワーク受けローラ３５とを備えている。
【選択図】図６

Description

本発明は、ステンレス板や鋼板、銅板、アルミ板等の金属板を円筒状に曲げ加工して成るワークを水平姿勢のマンドレルで支持し、マンドレルに設けたバックバー上でワークの円周方向両端をＴＩＧ溶接用トーチにより突合せ溶接してパイプやドラム、ベローズ等の筒体を作製するようにした水平型自動溶接装置の改良に係り、特に、ワークをマンドレルにセットする際に、マンドレルの下方位置に配設した昇降可能なテーブルリフターユニットによりワークを水平姿勢で支持するようにした水平型自動溶接装置に関するものである。

従来、円筒状に曲げ加工した金属板製のワークの円周方向両端を突合せ溶接してパイプやドラム、ベローズ等の筒体を作製する装置としては、例えば、本件出願人が先に開発した水平型自動溶接装置が知られている（例えば、特許文献１〜３参照）。

即ち、前記水平型自動溶接装置は、図示していないが、フレームと、フレームに水平姿勢で設けられ、円筒状に曲げ加工したワークを支持するマンドレルと、マンドレルに設けた長尺状のバックバーと、マンドレルに設けられ、ワークの円周方向両端の位置決めを行うセンター位置決め機構と、ワークの円周方向両端を突合せた状態でバックバー上へ押圧固定するクランプ機構と、ワークの突合せ部を突合せ溶接するＴＩＧ溶接用トーチを備えた溶接装置とを具備しており、マンドレルにセットしたワークの円周方向両端をセンター位置決め機構により位置決めすると共に、位置決めされたワークの円周方向両端部をクランプ機構によりバックバー上で突合せ固定し、ワークの突合せ部をＴＩＧ溶接用トーチにより突合せ溶接してパイプやドラム、ベローズ等の筒体を作製するようにしたものである。

ところで、前記水平型自動溶接装置においては、マンドレルに円筒状に曲げ加工したワークをセットする際に、ワークの直径が比較的小さい場合やワークの長さが短い場合には、一人の作業員でもワークをマンドレルにセットすることができる。

しかし、直径の大きなワークや長さの長いワークをマンドレルにセットする際には、一人の作業員でワークをマンドレルに正確にセットすることが困難であった。そのため、直径の大きなワークや長さの長いワークをマンドレルにセットする際には、二人の作業員がマンドレルの両サイドに立ってワークを円筒状に保持しながらマンドレルにセットしなければならず、極めて作業性に劣ると云う問題があった。

そこで、本件出願人は、上述した問題を解決するため、ワークをマンドレルにセットする際に、ワークを水平姿勢で昇降可能に支持するテーブルリフターユニットを設けた水平型自動溶接装置を開発した（例えば、特許文献４参照）。

即ち、前記水平型自動溶接装置のテーブルリフターユニット６０は、図１３に示す如く、フレームのベースフレーム６７上に固定されたリフターベース６１と、リフターベース６１の上方位置に配設されたテーブル６２と、リフターベース６１とテーブル６２との間に設けられ、テーブル６２を昇降可能に支持する上下方向へ伸縮可能な一対の伸縮アーム６３と、リフターベース６０と伸縮アーム６３との間に設けられ、伸縮アーム６３を上下方向へ伸縮動作させるシリンダ６４と、テーブル６２に設けられ、ワークを水平姿勢で支持するワーク受けローラ６５とを備えており、マンドレルの下方位置に配設されている。

また、前記一対の伸縮アーム６３は、内側アーム６３ａ及び外側アーム６３ｂを交差する状態で回動可能に連結して成り、内側アーム６３ａの上端部及び外側アーム６３ｂの下端部がテーブル６２及びリフターベース６１に回動可能に連結されていると共に、内側アーム６３ａの下端部及び外側アーム６３ｂの上端部がリフターベース６１及びテーブル６２に支持ローラ６６を介して移動可能に支持されている。

而して、特許文献４に記載された水平型自動溶接装置は、マンドレルの下方位置にワークを水平姿勢で昇降可能に支持するテーブルリフターユニット６０を配設しているため、直径の大きなワークや長さの長いワークをマンドレルにセットする際に、一人の作業員でも直径の大きなワークや長さの長いワークをマンドレルに簡単且つ容易にセットすることができる。

しかし、前記テーブルリフターユニット６０を設けた水平型自動溶接装置においても、未だ解決すべき問題点が残されている。

即ち、前記水平型自動溶接装置は、テーブルリフターユニット６０の伸縮アーム６３を構成する内側アーム６３ａの下端部及び外側アーム６３ｂの上端部にそれぞれ支持ローラ６６を回転可能に取り付け、内側アーム６３ａの下端部の支持ローラ６６をリフターベース６１の上面に転動可能に当接させ、また、外側アーム６３ｂの上端部の支持ローラ６６をテーブル６２の下面に転動可能に当接させているため、伸縮アーム６３とリフターベース６１との間及び伸縮アーム６３とテーブル６２との間にがたつきが生じ易くなり、ワークをマンドレルに正確にセットし難いと言う問題があった。

例えば、前記水平型自動溶接装置は、ワークをテーブルリフターユニット６０により水平姿勢で支持し、ワークをマンドレルにセットする際に、何らかの拍子に内側アーム６３ａの支持ローラ６６がリフターベース６１の上面から浮き上がったり、或いは、テーブル６２が外側アーム６３ｂの支持ローラ６６に対して浮き上がったりすることがあり、また、伸縮アーム６３の各支持ローラ６６が支持ローラ６６の走行方向に対して直交する方向へずれたりすると言うことがあった。

その結果、前記水平型自動溶接装置は、テーブルリフターユニット６０に水平姿勢で支持されたワークがマンドレルと平行にならず、ワークの円周方向両端がＴＩＧ溶接用トーチの走行軌跡と平行になるようにワークをマンドレルに正確にセットし難くなる。

また、前記水平型自動溶接装置は、テーブルリフターユニット６０をフレームのベースフレーム６７上面に配設しているため、テーブルリフターユニット６０とマンドレルとの間隔が狭くなり、直径の大きなワークをテーブルリフターユニット６０で支持できないと言う問題があった。

更に、前記水平型自動溶接装置は、作業者の安全性を高め、事故を未然に防止するためにリフターベースとテーブルとの間をジャバラ構造のカバー（図示省略）で覆っているため、テーブルリフターユニット６０のメンテナンス時には、カバーを外さなければならないが、カバーを外すのに手数がかかり、作業性に劣ると言う問題があった。

特開２００６−０５１５３１号公報 特開２００７−０２１５６６号公報 特開２０１５−１６０２３８号公報 特開２０１２−０６６２９４号公報

本発明は、このような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、昇降可能なテーブルリフターユニットにより支持されたワークをマンドレルにセットする際に、ワークをマンドレルに正確且つ迅速にセットし易くなると共に、直径の大きなワークであってもテーブルリフターユニットで支持することができ、また、テーブルリフターユニットのメンテナンスを行い易くした水平型自動溶接装置を提供することにある。

上記目的を達成するために、本発明に係る水平型自動溶接装置は、同じ方向へ水平姿勢で突出する上部フレーム及びベースフレームを備えたフレームと、フレームに水平姿勢で支持され、円筒状に曲げ加工した金属板製のワークを支持する上部フレームと平行なマンドレルと、マンドレルに設けたバックバーと、マンドレルに設けられ、ワークの円周方向の端面の位置決めを行うセンター位置決め機構と、上部フレームに設けられ、ワークの円周方向の両端部を突合せた状態でバックバー上へクランプするクランプ機構と、ワークの突合せ部を突合せ溶接する溶接装置と、ベースフレームに設けられ、マンドレルにセットされるワークを水平姿勢で昇降可能に支持するテーブルリフターユニットとを具備する水平型自動溶接装置において、前記テーブルリフターユニットは、リフターベースと、リフターベースの上方位置に配設したテーブルと、リフターベースの上面にマンドレルに沿って配設した一対の下部リニアガイドと、テーブルの下面にマンドレルに沿って配設した一対の上部リニアガイドと、内側アーム及び外側アームを交差する状態で回動可能に連結して成り、内側アーム及び外側アームの一端部がリフターベース及びテーブルに回動可能に連結されると共に、内側アーム及び外側アームの他端部が下部リニアガイド及び上部リニアガイドのスライダーに連結される上下方向へ伸縮可能な一対の伸縮アームと、リフターベースと一対の伸縮アームとの間に設けられ、内側アーム及び外側アームの他端部を下部リニアガイド及び上部リニアガイドのガイドレールに沿って往復移動させるボールネジ機構と、リフターベースに設けられ、ボールネジ機構を作動させる正逆回転可能なモータと、テーブルの上面に設けられ、ワークを水平姿勢で支持するワーク受けローラとを備えていることに特徴がある。

前記フレームのベースフレームを二股状に形成し、二股状のベースフレーム間にテーブルリフターユニットを配設することが好ましい。

前記リフターベース又はワーク受けローラの何れかにロールスクリーン装置を設け、リフターベースとワーク受けローラとの間の空間をロールスクリーン装置から引き出されたスクリーンにより覆う構成とすることが好ましい。

前記ロールスクリーン装置のスクリーンの先端部とワーク受けローラ又はリフターベースとの間に、スクリーンの先端部をワーク受けローラ又はリフターベースに対して着脱可能にする着脱手段を設けることが好ましい。

前記着脱手段は、スクリーンの先端部に設けられ、スクリーンの先端部とワーク受けローラ又はリフターベースとを磁力により吸着保持する永久磁石から成ることが好ましい。

本発明に係る水平型自動溶接装置は、マンドレルにセットされるワークを支持するテーブルリフターユニットのＸ状の伸縮アームの可動側の上端部及び下端部を、テーブルの下面及びリフターベースの上面に上部リニアガイド及び下部リニアガイドを介して移動可能に取り付け、前記伸縮アームをボールネジ機構及びモータにより上下方向へ伸縮動作させているため、伸縮アームとテーブルとの間及び伸縮アームとリフターベースとの間にがたつきが生じると言うことが皆無となる。
その結果、本発明に係る水平型自動溶接装置は、テーブルリフターユニットに支持されたワークをマンドレルにセットする際に、ワークがマンドレルに対して常に平行な状態でテーブルリフターユニットに支持されることになり、ワークの円周方向両端の突合せ部がＴＩＧ溶接用トーチの走行軌跡と平行になるようにワークをマンドレルに正確且つ迅速にセットし易くなる。延いては、ワークの突合せ部の両端に溶け落ちや穴あき等の溶接欠陥の無い安定した溶接を行えることになる。

また、本発明に係る水平型自動溶接装置は、フレームのベースフレームを二股状に形成し、二股状のベースフレーム間にテーブルリフターユニットを配設する構成としているため、テーブルリフターユニットをフレームのベースフレーム上面に配設した従来の水平型自動溶接装置に比較してテーブルリフターユニットとマンドレルとの間隔を広く取ることができ、直径の大きなワークであってもテーブルリフターユニットで支持することができる。

更に、本発明に係る水平型自動溶接装置は、テーブルリフターユニットのリフターベース又はワーク受けローラの何れかにロールスクリーン装置を設け、リフターベースとワーク受けローラとの間の空間をロールスクリーン装置から引き出されたスクリーンにより覆う構成とし、また、スクリーンの先端部とワーク受けローラ又はリフターベースとの間に、スクリーンの先端部をワーク受けローラ又はリフターベースに対して着脱可能にする着脱手段を設けているため、テーブルリフターユニットのメンテナンス時には、リフターベースとテーブルとの間の空間を覆っているスクリーンを簡単に巻き取ることができ、テーブルリフターユニットのメンテナンスを迅速に行えて作業性に優れたものとなる。しかも、着脱手段を永久磁石により構成しているため、スクリーン先端部のワーク受けローラ又はリフターベースへの取り付けやワーク受けローラル又はリフターベースからの取り外しをワンタッチで行え、至極便利である。

本発明の実施形態に係る水平型自動溶接装置の一部省略正面図である。 同じく水平型自動溶接装置の一部省略側面図である。 同じく水平型自動溶接装置の平面図である。 マンドレル、バックバー及びセンター位置決め機構の縦断正面図である。 クランプ機構及び溶接装置の正面図である。 テーブルリフターユニットの正面図である。 テーブルリフターユニットの側面図である。 テーブルリフターユニットの平面図である。 テーブルリフターユニットの一部省略斜視図である。 テーブルリフターユニットの要部の斜視図である。 テーブルリフターユニットの要部の縦断側面図である。 テーブルリフターユニットの要部の縦断正面図である。 従来の水平型自動溶接装置に用いるテーブルリフターユニットの概略側面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図３は本発明の実施形態に係る水平型自動溶接装置の一例を示し、当該水平型自動溶接装置は、ステンレス板や鋼板、銅板、アルミ板等の金属板を円筒状に曲げ加工して成るワークＷの円周方向両端を突合せ溶接してパイプやドラム、ベローズ等の筒体を作製するものである。

即ち、前記水平型自動溶接装置は、図１〜図３に示す如く、フレーム１と、フレーム１に片持ち状態で支持され、ワークＷを支持する水平姿勢の長尺状のマンドレル２と、マンドレル２に１８０度間隔で設けられ、薄板用のワークＷ（厚さが０．２ｍｍ〜０．４ｍｍのワークＷ）を溶接する際に用いる長尺状のバックバー３及び厚板用のワークＷ（厚さが０．５ｍｍ〜２．０ｍｍのワークＷ）を溶接する際に用いる長尺状のバックバー３と、マンドレル２に設けられ、ワークＷの円周方向両端が薄板用のバックバー３上及び厚板用のバックバー３上でそれぞれ突合されるようにワークＷの円周方向両端の位置決めを行う一対のセンター位置決め機構４と、マンドレル２の上方位置に配設され、ワークＷの円周方向の両端部を突合せた状態でバックバー３上へクランプするクランプ機構５と、マンドレル２の上方位置に配設され、ワークＷの突合せ部を突合せ溶接するＴＩＧ溶接用トーチ２７を備えた溶接装置６と、マンドレル２の下方位置に配設され、マンドレル２にセットされるワークＷを水平姿勢で昇降可能に支持するテーブルリフターユニット７とから構成されている。

前記フレーム１は、図１〜図３に示す如く、ボックス状の本体フレーム１ａと、本体フレーム１ａの上部に設けられ、本体フレーム１ａから前方（図２の左側方向）へ水平姿勢で突出する長尺状の上部フレーム１ｂと、本体フレーム１ａの下部に設けられ、上部フレーム１ｂと同じ方向へ水平姿勢で突出すると共に、床面へ設置される二股状のベースフレーム１ｃとを備えており、本体フレーム１ａの内部には、溶接電源、冷却ユニット、アルゴンガス等の溶接用ガスボンベ、コンプレッサ等の圧縮空気供給源（何れも図示省略）等がそれぞれ収容されている。
尚、図１〜図３において、８は操作パネル、９は圧力・流量パネル、１０はタングステン電極棒の研磨機、１１は踏み台、１２はキャスター、１３はアジャスターである。

前記マンドレル２は、アルミ合金等の金属材により形成されており、図２に示す如く、断面形状が略八角形の角柱状に形成されたマンドレル本体２ａと、マンドレル本体２ａの先端部に連結され、フレーム１の上部フレーム１ｂ先端部に設けたマンドレル受けユニット１４に支持されるマンドレル受け具２ｂと、マンドレル本体２ａの基端部に連結され、断面形状が円形のマンドレル軸（図示省略）とを備えている。

また、マンドレル２は、上部フレーム１ｂの直下位置に上部フレーム１ｂに沿って配置されており、本体フレーム１ａに片持ち状態で且つ軸線回りに回転可能に支持されていると共に、薄板用のバックバー３又は厚板用のバックバー３が真上を向く状態で位置決めされるようになっている。

そして、マンドレル２は、ワークＷの突合せ作業時や溶接作業時等にマンドレル受け具２ｂがマンドレル受けユニット１４により支持されており、本体フレーム１ａ及びマンドレル受けユニット１４により両持ち状態となっている。

前記マンドレル受けユニット１４は、図２に示す如く、ロータリーアクチュエータ１４ａにより水平位置から鉛直位置に亘って揺動するマンドレル受け１４ｂを備えており、マンドレル受け１４ｂを水平位置から鉛直位置へ回動させ、マンドレル受け１４ｂに形成した支持穴にマンドレル受け具２ｂの先端に設けたマンドレルピン２ｃを挿入することによって、マンドレル２の先端部を支持することができるようになっている。

前記薄板用のバックバー３及び厚板用のバックバー３は、図４に示す如く、何れも銅材により断面形状が略長方形の長尺な角柱状に形成されており、マンドレル２に１８０度間隔で形成した取り付け溝２ｄに嵌め込まれてボルトにより固定されている。これらのバックバー３は、ワークＷの円周方向の両端を突合せ溶接する際に余分な熱を吸収してビードの溶け落ちや穴あき、ワークＷの熱ひずみ等を防止すると共に、ワークＷの突合せ部の裏面側にシールドガスを流して溶接部の酸化を防止するものである。

また、薄板用のバックバー３及び厚板用のバックバー３の上面には、図４に示す如く、シールドガスが流れるガス溝３ａがバックバー３の長手方向に沿って形成されている。このガス溝３ａの底面には、センター位置決め機構４のセンタープレート１５が遊嵌状態で挿入されると共に、シールドガスを流す貫通状のスリット溝３ｂが形成されている。

前記一対のセンター位置決め機構４は、同じような構造に構成されており、図４に示す如く、バックバー３のスリット溝３ｂ内に遊嵌状態で上下動可能に挿入された薄鋼板製の長尺状のセンタープレート１５と、マンドレル２内に一定間隔ごとに設けられ、センタープレート１５を上下動させるシリンダ構造の複数の駆動部１６とを備えている。

また、駆動部１６は、図４に示す如く、マンドレル２に形成したピストン穴２ｅに上下方向へ摺動可能に嵌め込まれ、センタープレート１５を支持するセンターピストン１６ａと、バックバー３とセンターピストン１６ａとの間に介設され、センターピストン１６ａを下方へ付勢してセンタープレート１５の先端部をバックバー３のスリット溝３ｂ内に位置させる復帰用の圧縮スプリング１６ｂとから構成されており、圧縮空気をピストン穴２ｅへ供給すると、センターピストン１６ａ及びセンタープレート１５が圧縮スプリング１６ｂの弾性力に抗して上昇し、センタープレート１５の先端部がバックバー３の上面から外方へ突出し、また、圧縮空気の供給を停止すると、圧縮スプリング１６ｂの弾性力によりセンターピストン１６ａ及びセンタープレート１５が下降し、センタープレート１５の先端部がスリット溝３ｂ内に収納されるようになっている。

前記クランプ機構５は、マンドレル２に挿着されたワークＷの円周方向の両端部を突合せた状態でバックバー３上へクランプするものであり、ワークＷの円周方向両端の突合せ作業時にワークＷのクランプ加圧力を０．００１ＭＰａ〜０．００２ＭＰａ程度の微小圧力で増減させながらワークＷの円周方向両端の突合せを行い、ワークＷの円周方向両端が隙間無く突合され且つ確実にバックバー３上へ押え付けられている状態を確認した後、ワークＷのクランプ加圧力を溶接熱による変形に耐えられる加圧力（０．２ＭＰａ〜０．５ＭＰａ程度の高圧加圧力）で加圧し、ワークＷの円周方向両端部をバックバー３上へ確実且つ良好にクランプできるように駆動制御されている。

即ち、前記クランプ機構５は、図５に示す如く、上部フレーム１ｂの下面に固定したクランプベース１７と、クランプベース１７の下面に固定した左右一対の固定台１８と、クランプベース１７の下面に水平姿勢でマンドレル２側へ移動可能に配設され、マンドレル２に沿う長尺状の左右一対の可動台１９ａと、各可動台１９ａに蝶番２０を介して上下方向へ揺動可能に支持され、マンドレル２に沿う長尺状の左右一対の可動板１９ｂと、各可動板１９ｂの下面に上下方向へ若干量だけ揺動可能に設けられ、マンドレル２に沿う姿勢で対向状に配設されると共に、マンドレル２に支持されたワークＷの円周方向の両端部上面に当接し得る銅製の長尺状の左右一対のクランプ板２１と、一対の可動板１９ｂと一対のクランプ板２１との間に介設され、一対のクランプ板２１の先端部を下方へ付勢する緩衝用コイルスプリング（図示省略）と、一対の固定台１８と一対の可動台１９ａとの間に介設され、一対の可動台１９ａ、一対の可動板１９ｂ及び一対のクランプ板２１を水平移動させるスクリューネジ２２と、スクリューネジ２２に設けられ、スクリューネジ２２を回転操作して一対の可動台１９ａ及び一対の可動体を水平移動させ、一対のクランプ板２１間の間隔を調整するクランプ幅調整ノブ２３と、クランプベース１７と一対の可動板１９ｂとの間に介設され、圧縮空気の供給により膨張して一対の可動板１９ｂ及び一対のクランプ板２１を下方へ揺動させる左右一対のエアーチューブ２４と、各可動板１９ｂに内蔵され、可動板１９ｂを上方へ付勢して下方へ揺動した可動板１９ｂを水平姿勢に復帰させる復帰用コイルスプリング（図示省略）とを備えている。

前記溶接装置６は、図１〜図３、図５に示す如く、上部フレーム１ｂの上面に二本の平行なガイドレール２５を介してマンドレル２の長手方向へ往復移動可能に配設した走行台２６と、走行台２６に昇降可能に支持され、先端部からアルゴンガス等のシールドガスを流すと共に、タングステン電極棒２７ａを挿着した溶接用トーチ２７と、走行台２６に設けられ、溶接用トーチ２７を昇降動させるサーボモータ等から成るトーチ上下駆動装置（図示省略）と、走行台２６に設けられ、溶接開始前におけるタングステン電極棒２７ａとワークＷの間隙設定を容易にし、溶接中に於けるタングステン電極棒２７ａとワークＷの接触事故を直ちに検知する電極接触検知装置（図示省略）と、走行台２６をマンドレル２の長手方向へ往復走行させるモータ及び伝動機構からから成る走行駆動装置（図示省略）等から構成されており、ワークＷの突合せ部を突合せ溶接する際に溶接用トーチ２７の先端が自動的に高さ調整され且つ走行台及びこれに支持された溶接用トーチ２７が所定の速度でワークＷの突合せ部に沿って直線移動するようになっている。

また、前記溶接用トーチ２７には、タングステン電極棒２７ａとワークＷとの間に発生するアークの周囲にシールドガスの一部を高速整流ガスにして流す狭窄ノズル（図示省略）を挿着したＴＩＧ溶接用トーチが使用されている。

前記テーブルリフターユニット７は、直径の大きなワークＷや長さの長いワークＷを溶接する際にワークＷを水平姿勢で昇降可能に支持するものであり、図６〜図９に示す如く、ベースフレーム１ｃに設けたリフターベース２８と、リフターベース２８の上方位置に配設したテーブル２９と、リフターベース２８の上面に設けた一対の下部リニアガイド３０と、テーブル２９の下面に設けた一対の上部リニアガイド３１と、リフターベース２８とテーブル２９との間に設けられ、テーブル２９を昇降可能に支持する上下方向へ伸縮可能な一対の伸縮アーム３２と、一対の伸縮アーム３２を伸縮動作させるボールネジ機構３３と、ボールネジ機構３３を作動させる正逆回転可能なモータ３４と、テーブル２９に設けられ、ワークＷを水平姿勢で支持するワーク受けローラ３５と、リフターベース２８に設けられ、リフターベース２８とテーブル２９の間を覆うロールスクリーン装置３６とを備えている。

具体的には、前記リフターベース２８は、金属板により長方形状に形成されており、二股状に形成したベースフレーム１ｃ間に位置してベースフレーム１ｃの下面と略同じ高さになるようにベースフレーム１ｃに水平姿勢で固定支持されている。そのため、テーブルリフターユニット７は、図６に示す如く、テーブル２９及びワーク受けローラ３５を下降させたときに二股状のベースフレーム１ｃ間に配設された格好になり、テーブルリフターユニット７とマンドレル２との間隔を広く取ることができ、直径の大きなワークＷであってもテーブルリフターユニット７で支持することができる。

また、リフターベース２８の先端部側上面（図７のリフターベース２８の左側上面）には、一対の下部リニアガイド３０が一定の間隔を空けてマンドレル２に沿う姿勢で固定されている。この一対の下部リニアガイド３０は、ガイドレール３０ａと、ガイドレール３０ａに移動可能に取り付けたスライダー３０ｂと、ガイドレール３０ａとスライダー３０ｂとの間に介設した転動体（図示省略）とを備えている。

前記テーブル２９は、金属板により長方形状に形成されており、リフターベース２８の上方位置に水平姿勢で且つマンドレル２に沿って配設されている。

また、テーブル２９の先端部側下面（図７のテーブル２９の左側下面）には、一対の上部リニアガイド３１が一定の間隔を空けてマンドレル２に沿う姿勢で固定されている。この一対の上部リニアガイド３１は、ガイドレール３１ａと、ガイドレール３１ａに移動可能に取り付けたスライダー３１ｂと、ガイドレール３１ａとスライダー３１ｂとの間に介設した転動体（図示省略）とを備えている。

前記一対の伸縮アーム３２は、内側アーム３２ａ及び外側アーム３２ｂをＸ状に交差させてボルト３２ｃ及びナット３２ｄにより回動可能に連結したものであり、内側アーム３２ａ及び外側アーム３２ｂの一端部がリフターベース２８及びテーブル２９にそれぞれ回動可能に連結されていると共に、内側アーム３２ａ及び外側アーム３２ｂの他端部が下部リニアガイド３０及び上部リニアガイド３１のスライダー３０ｂ，３１ｂにそれぞれ回動可能に連結されている。

即ち、内側アーム３２ａの上端部は、図７に示す如く、テーブル２９の基端部側下面（図７のテーブル２９の右側下面）に設けた上部ブラケット３７に固定側上部連結軸３８を介して回動可能に連結され、内側アーム３２ａの下端部は、図６、図７及び図９に示す如く、下部リニアガイド３０のスライダー３０ｂに設けたボールネジ機構３３のボールネジ台３３ｃに固定した下部連結金具３９に可動側下部連結軸４０を介して回動可能に連結されている。

また、外側アーム３２ｂの下端部は、図７及び図９に示す如く、リフターベース２８の基端部側上面（図７のリフターベース２８の右側上面）に設けた下部ブラケット４１に固定側下部連結軸４２を介して回動可能に連結され、外側アーム３２ｂの上端部は、図６、図７、図１０及び図１１に示す如く、上部リニアガイド３１のスライダー３１ｂに固定した上部連結金具４３に可動側上部連結軸４４を介して回動可能に連結されている。

前記ボールネジ機構３３は、図９に示す如く、リフターベース２８と一対の伸縮アーム３２の内側アーム３２ａとの間に設けられており、リフターベース２８の先端部上面及び中間部上面に固定した一対のサポートユニット３３ａと、一対のサポートユニット３３ａに下部リニアガイド３０に沿う姿勢で回転可能且つ軸線方向へ移動不能に支持されたボールネジ軸３３ｂと、一対の下部リニアガイド３０のスライダー３０ｂに固定支持され、ボールネジ軸３３ｂが回転可能に挿通されると共に、内側アーム３２ａの下端部が下部連結金具３９及び可動側下部連結軸４０を介して回動可能に連結されるボールネジ台３３ｃとを備えている。

このボールネジ機構３３によれば、モータ３４によりボールネジ軸３３ｂを正逆回転させると、ボールネジ台３３ｃ及び一対の下部リニアガイド３０のスライダー３０ｂがボールネジ軸３３ｂ及びガイドレール３０ａに沿って往復移動し、これに伴ってボールネジ台３３ｃに連結された内側アーム３２ａの下端部が一対の下部リニアガイド３０のガイドレール３０ａに沿って往復移動することになり、一対の伸縮アーム３２が上下方向へ伸縮することになる。

前記モータ３４は、図９に示す如く、リフターベース２８の中間部上面に固定したモータブラケット４５に取り付けられており、その出力軸がカップリング４６を介してボールネジ軸３３ｂに連動連結されている。このモータ３４には、ステッピングモータが使用されている。

従って、モータ３４へ所定数のパルス入力信号が加えられると、モータ３４の出力軸が入力パルス数に応じたステッピング回転を行い、この回転運動がカップリング４６を介してボールネジ機構３３のボールネジ軸３３ｂに伝達され、これによってボールネジ軸３３ｂを所定の角度又は所定の回転数だけ正回転又は逆回転させる。

尚、この実施形態に於いては、図６〜図８に示す如く、モータ３４にステッピングモータを使用しているが、回転角度を制御できるモータであれば如何なる型式のモータであっても良く、例えばサーボモータ（ＤＣモータ＋エンコーダ）やＡＣサーボモータ（ＡＣモータ＋エンコーダ）、超音波モータを使用するようにしても良い。

前記ワーク受けローラ３５は、テーブルリフターユニット７のテーブル２９上面にマンドレル２に沿う姿勢で配置された長尺状のローラ受け台３５ａと、ローラ受け台３５ａにマンドレル２に沿って一定間隔ごとで且つ四列の状態で取り付けられ、３６０°回転可能なボールを備えた複数のボールローラ３５ｂとを備えており、マンドレル２に沿って四列に配置されたボールローラ３５ｂがワークＷの外周面下面へ当接してワークＷを下面側から支持するようになっている。

前記ロールスクリーン装置３６は、リフターベース２８の長手方向の二つの辺とリフターベース２８の先端側の辺にそれぞれ設けられており、リフターベース２８とテーブル２９との間の空間を開閉可能に覆って作業者の安全を確保するためのものである。

即ち、各ロールスクリーン装置３６は、図６、図７及び図９に示す如く、リフターベース２８に固定され、長尺状のベースプレート４７ａの両端にサイドプレート４７ｂを対向状に設けた支持プレート４７と、支持プレート４７のサイドプレート４７ｂに回転自在に支持された巻き取りパイプ４８と、基端部が巻き取りパイプ４８に連結され、巻き取りパイプ４８に巻き取り可能又は巻き取りパイプ４８から引き出し可能な不燃性又は難燃性のスクリーン４９と、巻き取りパイプ４８に内蔵され、巻き取りパイプ４８を常時スクリーン４９を巻き取る方向へ回転駆動する力を発揮する巻き取り用コイルスプリング（図示省略）と、スクリーン４９の先端部に取り付けられ、スクリーン４９の型崩れを防止する支持パイプ５０と、スクリーン４９の先端部に設けられ、スクリーン４９の先端部をワーク受けローラ３５のローラ受け台３５ａに対して着脱可能にする着脱手段５１とを備えている。

また、着脱手段５１は、図１１及び図１２に示す如く、スクリーン４９の先端部に取り付けた支持パイプ５０に所定間隔ごとに設けられ、スクリーン４９の先端部とワーク受けローラ３５のローラ受け台３５ａとを磁力により吸着保持する複数の永久磁石から成る。これらの永久磁石は、ローラ受け台３５に吸着保持されたときに、ローラ受け台３５の下面に形成した位置決め穴に挿入されてスクリーン４９の位置を位置決めする位置決めピン５２を備えている。

尚、上記の実施形態においては、リフターベース２８にロールスクリーン装置３６を設けたが、他の実施形態においては、ワーク受けローラ３５のローラ受け台３５ａにロールスクリーン装置３６を設け、スクリーン４９の先端部とリフターベース２８とを着脱手段５１より着脱自在としても良く、或いは、一部のロールスクリーン装置３６をリフターベース２８に設け、他のロールスクリーン装置３６をワーク受けローラ３５のローラ受け台３５ａに設けても良い。

次に、上述した水平型自動溶接装置を用いて円筒状に曲げ加工したワークＷの円周方向両端を突合せ溶接して直径の大きなパイプやドラム、ベローズ等の筒体を作製する場合について説明する。

先ず、突合せ溶接するワークＷの厚さに応じてマンドレル２を手動操作により回転操作し、ワークＷの厚さに対応するバックバー３が真上を向くようにマンドレル２を回転させる。

次に、マンドレル２の先端部をマンドレル受けユニット１４により支持して長尺状のマンドレル２の撓みを防止し、この状態でマンドレル２の上面側に位置するセンター位置決め機構４のセンタープレート１５を駆動部１６により上昇させてセンタープレート１５の上端部をバックバー３の上面から上方へ突出させる。

その後、円筒状に曲げ加工したワークＷをその円周方向両端が上を向く状態でテーブルリフターユニット７のワークＷ受けローラ３５に水平姿勢で載せ、ワーク受けローラ３５からマンドレル２にワークＷを挿着できるようにワークＷの直径に応じて伸縮アーム３２、ボールネジ機構３３及びモータによりワーク受けローラ３５の高さを調整し、ワーク受けローラ３５上のワークＷをマンドレル２に挿着する。

このように、ワークＷをテーブルリフターユニット７を用いてマンドレル２に挿着するようにしているため、直径の大きなワークＷや長さの長いワークＷでも一人の作業員でワークＷをマンドレル２に挿着することができる。

また、テーブルリフターユニット７のＸ状の伸縮アーム３２の可動側の上端部（外側アーム３２ｂの上端部）及び下端部（内側アーム３２ａの下端部）を、テーブル２９の下面及びリフターベース２８の上面に上部リニアガイド３１及び下部リニアガイド３０を介して移動可能に取り付け、前記伸縮アーム３２をボールネジ機構３３及びモータ３４により上下方向へ伸縮動作させているため、伸縮アーム３２とテーブル２９との間及び伸縮アーム３２とリフターベース２８との間にがたつきが生じると言うことが皆無となる。
その結果、ワークＷは、マンドレル２に対して常に平行な状態でテーブルリフターユニット７に支持されることになり、ワークＷをマンドレル２に正確且つ迅速にセットし易くなる。

ワークＷをマンドレル２に挿着したら、クランプ機構５の一対のクランプ板２１を下降させ、一対のクランプ板２１によりワークＷの円周方向両端部をバックバー３上へ軽く押圧し、ワークＷの円周方向両端部がバックバー３上で動ける程度にクランプする。

ワークＷの円周方向両端部をバックバー３上で動ける程度にクランプしたら、ワークＷの円周方向の一端をセンタープレート１５の上端部側面に当接させると共に、ワークＷの長手方向の一端をマンドレル２の基端部に設けたスタートタブ５３に押し当て、この状態で一方のクランプ板２１（センタープレート１５に当接させたワークＷの一端上方に位置するクランプ板２１）の加圧力を０．２ＭＰａ〜０．５ＭＰａ程度の高圧加圧力とし、ワークＷの円周方向の一端部をバックバー３上へ動かないように強固にクランプする。

尚、ワークＷの円周方向の一端をセンタープレート１５に当接させるとき、ワークＷの円周方向の一端部は、バックバー３と一方のクランプ板２１の先端部との間で動ける程度にクランプされているため、クランプ板２１の先端部とバックバー３にガイドされながらセンタープレート１５に突き当てられることになり、センタープレート１５への突合せを行い易くなる。

ワークＷの円周方向の一端をセンタープレート１５に当接させて強固にクランプしたら、センター位置決め機構４の駆動部１６に供給されている圧縮空気の供給を停止する。そうすると、復帰用の圧縮スプリング１６ｂの弾性力によりセンタープレート１５が下降し、センタープレート１５の上端部がバックバー３のスリット溝３ｂ内に収納される。

センタープレート１５が下降したら、クランプ機構５の他方のクランプ板２１の加圧力を微小圧力で変化させながら、ワークＷの円周方向の他端を目視により先にバックバー３上に加圧固定されたワークＷの円周方向の一端に突合せる。即ち、他方のクランプ板２１の加圧力を０．００１ＭＰａ〜０．００２ＭＰａ程度増減させつつ、ワークＷの円周方向の両端の突合せ作業を行う。

このとき、クランプ板２１の加圧力を微小圧力で微調整しながら、ワークＷの円周方向の両端の突合せ作業を行っているため、ワークＷの厚みや材質が変わった場合でも、ワークＷの円周方向の端部をクランプ板２１とバックバー３との間で動ける程度に確実且つ良好にクランプすることができる。その結果、ワークＷの厚みや材質に関係なく、ワークＷの円周方向の他端をワークＷの円周方向の一端に隙間を生じることなく、且つ重なることなく、確実且つ良好に突合せることができる。

そして、ワークＷの円周方向の他端がワークＷの円周方向の一端に隙間を生じることなく、且つ重なることなく突合されたことを確認した後、他方のクランプ板２１の加圧力を０．２ＭＰａ〜０．５ＭＰａ程度の高圧加圧力とし、ワークＷの円周方向の一端部をバックバー３上へ動かないように強固にクランプする。

ワークＷの円周方向の両端がバックバー３上で突合せ固定されたら、マンドレル２のガス供給口（図示省略）からバックバー３のスリット溝３ｂ内にアルゴンガス等のシールドガスを供給しつつ、溶接装置６によりワークＷの突合せ部を突合せ溶接する。

即ち、溶接用トーチ２７が下降してタングステン電極棒２７ａの先端をマンドレル２の基端部側にあるスタートタブ５３の表面に臨ませ、この状態でタングステン電極棒２７ａとスタートタブ５３との間にアークを発させ、このアークが安定した状態になってから走行台２６が駆動装置（図示省略）により前進して溶接用トーチ２７をワークＷの突合せ部に沿って所定の速度で走行させ、ワークＷの突合せ部を順次突合せ溶接して行く。

このとき、ワークＷの円周方向の両端が隙間無く突合され、且つクランプ機構５により０．２ＭＰａ〜０．５ＭＰａの高圧でバックバー３上に加圧されているため、溶接熱による変形を防止することができ、穴あき等の溶接不良を生じることが無い。

ワークＷの突合せ溶接が終了すると、バックバー３へのシールドガスの供給を停止すると共に、溶接装置６の溶接用トーチ２７が元の位置に復帰する。また、クランプ機構５によるバックバー３へのワークＷの押圧状態を解除すると共に、マンドレル受け１４ｂを鉛直位置から水平位置へ回動させてマンドレル２の先端を開放する。

これにより、突合せ溶接されたワークＷがフリーの状態になり、ワークＷをマンドレル２から引き抜くことができる。このようにして、円筒状に曲げ加工したワークＷからパイプやドラム、ベローズ等の筒体を作製する。

１はフレーム、１ｂは上部フレーム、１ｃはベースフレーム、２はマンドレル、３はバックバー、４はセンター位置決め機構、５はクランプ機構、６は溶接装置、７はテーブルリフターユニット、２８はリフターベース、２９はテーブル、３０は下部リニアガイド、３０ａはガイドレール、３０ｂはスライダー、３１は上部リニアガイド、３１ａはガイドレール、３１ｂはスライダー、３２は伸縮アーム、３２ａは内側アーム、３２ｂは外側アーム、３３はボールネジ機構、３４はモータ、３５はワーク受けローラ、３６はロールスクリーン装置、４９はスクリーン、５１は着脱手段。

Claims (5)

1. 同じ方向へ水平姿勢で突出する上部フレーム（１ｂ）及びベースフレーム（１ｃ）を備えたフレーム（１）と、フレーム（１）に水平姿勢で支持され、円筒状に曲げ加工した金属板製のワーク（Ｗ）を支持する上部フレーム（１ｂ）と平行なマンドレル（２）と、マンドレル（２）に設けたバックバー（３）と、マンドレル（２）に設けられ、ワーク（Ｗ）の円周方向の端面の位置決めを行うセンター位置決め機構（４）と、上部フレーム（１ｂ）に設けられ、ワーク（Ｗ）の円周方向の両端部を突合せた状態でバックバー（３）上へクランプするクランプ機構（５）と、ワーク（Ｗ）の突合せ部を突合せ溶接する溶接装置（６）と、ベースフレーム（１ｃ）に設けられ、マンドレル（２）にセットされるワーク（Ｗ）を水平姿勢で昇降可能に支持するテーブルリフターユニット（７）とを具備する水平型自動溶接装置において、前記テーブルリフターユニット（７）は、リフターベース（２８）と、リフターベース（２８）の上方位置に配設したテーブル（２９）と、リフターベース（２８）の上面にマンドレル（２）に沿って配設した一対の下部リニアガイド（３０）と、テーブル（２９）の下面にマンドレル（２）に沿って配設した一対の上部リニアガイド（３１）と、内側アーム（３２ａ）及び外側アーム（３２ｂ）を交差する状態で回動可能に連結して成り、内側アーム（３２ａ）及び外側アーム（３２ｂ）の一端部がリフターベース（２８）及びテーブル（２９）に回動可能に連結されると共に、内側アーム（３２ａ）及び外側アーム（３２ｂ）の他端部が下部リニアガイド（３０）及び上部リニアガイド（３１）のスライダー（３０ｂ），（３１ｂ）に連結される上下方向へ伸縮可能な一対の伸縮アーム（３２）と、リフターベース（２８）と一対の伸縮アーム（３２）との間に設けられ、内側アーム（３２ａ）及び外側アーム（３２ｂ）の他端部を下部リニアガイド（３０）及び上部リニアガイド（３１）のガイドレール（３０ａ），（３１ａ）に沿って往復移動させるボールネジ機構（３３）と、リフターベース（２８）に設けられ、ボールネジ機構（３３）を作動させる正逆回転可能なモータ（３４）と、テーブル（２９）の上面に設けられ、ワーク（Ｗ）を水平姿勢で支持するワーク受けローラ（３５）とを備えていることを特徴とする水平型自動溶接装置。
2. 前記フレーム（１）のベースフレーム（１ｃ）を二股状に形成し、二股状のベースフレーム（１ｃ）間にテーブルリフターユニット（７）を配設したことを特徴とする請求項１に記載の水平型自動溶接装置。
3. 前記リフターベース（２８）又はワーク受けローラ（３５）の何れかにロールスクリーン装置（３６）を設け、リフターベース（２８）とワーク受けローラ（３５）との間の空間をロールスクリーン装置（３６）から引き出されたスクリーン（４９）により覆う構成としたことを特徴とする請求項１に記載の水平型自動溶接装置。
4. 前記ロールスクリーン装置（３６）のスクリーン（４９）の先端部とワーク受けローラ（３５）又はリフターベース（２８）との間に、スクリーン（４９）の先端部をワーク受けローラ（３５）又はリフターベース（２８）に対して着脱可能にする着脱手段（５１）を設けたことを特徴とする請求項３に記載の水平型自動溶接装置。
5. 前記着脱手段（５１）は、スクリーン（４９）の先端部に設けられ、スクリーン（４９）の先端部とワーク受けローラ（３５）又はリフターベース（２８）とを磁力により吸着保持する永久磁石から成ることを特徴とする請求項４に記載の水平型自動溶接装置。

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