JP2019209341A - 溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】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、小型化、軽量化が図りやすく、ひいては取り扱いの利便性を向上可能な溶接装置を提供する。【解決手段】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３を支える旋回台５と、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、電動機の出力軸、回転角度を検出する回転センサと、回転センサが検出した回転角度に基づいて、複数の電動機の駆動または停止を制御して複数の環状ギヤ列を等速度に同期させて回転させ、または異なる速度で非同期に回転させる制御部と、を備えている。【選択図】図１

Description

本発明に係る実施形態は溶接装置に関する。

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含む環状ギヤ列を複数列有する歯車列機構と、それぞれの環状ギヤ列の第一ギヤに個別に噛み合わされる内歯を有する複数の弧状の被動ギヤと、複数の被動ギヤを同じ角速度で同期して移動させ、または複数の被動ギヤに角速度差を生じさせる差動歯車機構（いわゆるデファレンシャルギヤ）と、を備える溶接装置が知られている。

特開２０１６−１５９３５７号公報

複数の被動ギヤを同じ角速度で同期して移動させ、または複数の被動ギヤに角速度差を生じさせる差動歯車機構は、搭載するための相応の容積を要する。また、差動歯車機構は、相応の重量を有する。

そのため、従来の溶接装置は、装置の小型化が阻害されたり、装置の軽量化が阻害されたり、被溶接物への装着作業が困難になったりする。

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、小型化、軽量化が図りやすく、ひいては取り扱いの利便性を向上可能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含む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、前記環状ギヤ列毎に少なくとも１つ設けられて、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、前記環状ギヤ列毎に、前記電動機の出力軸、前記第一ギヤ、および前記第二ギヤのいずれかの回転角度を検出する回転角度検出器と、前記回転角度検出器が検出した回転角度に基づいて、前記複数の電動機の駆動または停止を制御して前記複数の環状ギヤ列を等速度に同期させて回転させ、または異なる速度で非同期に回転させる制御部と、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ウォームギヤ機構を示す断面図。 本実施形態に係る溶接装置の溶接ヘッドを示す平断面図。 本実施形態に係る溶接装置のワイヤ送給機構の一部を示す図。 本実施形態に係る溶接装置のワイヤ送給機構の一部を示す図。 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縦断面図。 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横断面図。 本実施形態に係る溶接装置のパージガス供給経路の動作を説明する断面図。 本実施形態に係る溶接装置のパージガス供給経路の動作を説明する断面図。 本実施形態に係る溶接装置の電力供給部を示す平断面図。

本発明に係る溶接装置の実施形態について図１から図１７を参照して説明する。なお、複数の図面中、同一または相当する構成には同一の符号が付されている。

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、基部２に並設されて、溶接ヘッド３へ電力を供給する環状の電力供給部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、正面および背面それぞれの内周縁部に配置されて、基部２の径方向へ出没自在な複数（例えば５つ）のクランプ８を備えている。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。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。

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に分割されている。溶接装置１は、この基部２の分割構造によって、被溶接物２００ａの外周に配置自在である。溶接装置１は、基部２を分割することによって、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の正面および背面のそれぞれであって、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、溶接トーチ１９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、溶接トーチ１９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、溶接トーチ１９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、溶接トーチ１９の被溶接物２００ａ、２００ｂの長手方向（配管の延び方向）への移動を、溶接トーチ１９の縦動移動と呼ぶ。また、これら旋回用電動機１５、トーチ縦動電動機１６、トーチ遠近電動機１７、およびワイヤ送給電動機１８は、それぞれ１つであっても良いし、複数あっても良い。

電力供給部７は、基部２と同様に環状である。電力供給部７は、環状の基部２の正面側に、同心状に配置されている。電力供給部７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に接地させる接地電極片（図示省略）と、を備えている。なお、図２では、電力供給部７は、省略されている。

また、電力供給部７は、基部２と同様に、周方向において複数の部分、例えば２つの半円弧部７ａ、７ｂに分割されている。電力供給部７は、少なくとも基部２の分割面の同一面上で分割されている。電力供給部７は、基部２の分割面の同一面上で分割されている限り、基部２の分割面とは異なる箇所でさらに分割されていても良い。溶接装置１は、この電力供給部７の分割構造によって、被溶接物２００ａの外周に配置自在である。溶接装置１は、電力供給部７を分割することによって、被溶接物２００ａへ容易に着脱できる。

固定機構１２は、基部２とともに電力供給部７の半円弧部７ａ、７ｂを連結して固定する。なお、固定機構１２は、基部２の固定機構１２とは別個の固定機構（図示省略）を備えていても良い。この固定機構は、基部２の固定機構１２と同じ構造を有していても良いし、異なる機構を有していても良い。

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に装着されている。

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を含む環状ギヤ列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との間に介在する減速機、例えばウォームギヤ機構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、アルミニウム製、アルミニウム合金製、または繊維強化プラスチック（Fiber-Reinforced Plastics、ＦＲＰ）製である。正面面板３７および背面面板３８は、炭素繊維強化プラスチック（Carbon Fiber Reinforced Plastic、ＣＦＲＰ）製であれば、なお良い。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に対する溶接トーチ１９の遠近移動、溶接トーチ１９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は複数ある。具体的には、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、アルミニウム製、アルミニウム合金製、または合成樹脂製である。第一ギヤ２１および第二ギヤ２２に合成樹脂を用いる場合には、耐熱性を有すれば、なお良い。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。また、第二ギヤ２２は、複数箇所で間引かれていても良い。

複数の大径な第一ギヤ２１の回転中心線は、環状の基部２の同心円を描いて配置されている。複数の小径な第二ギヤ２２の回転中心線は、環状の基部２の同心円を描いて配置されており、かつ、それぞれの回転中心線は、隣り合う一対の第一ギヤ２１の回転中心線を結ぶ線分上に配置されている。

第二ギヤ２２は、一つ置きに第一ギヤ２１と第二ギヤ２２とのバックラッシを実質的にゼロにする寸法を有している。また、第二ギヤ２２は、他の一つ置きに第一ギヤ２１と第二ギヤ２２との間にゼロより大きいバックラッシを有している。換言すると、第二ギヤ２２は、第一ギヤ２１と第二ギヤ２２とのバックラッシを実質的にゼロにする寸法を有するものと、第一ギヤ２１と第二ギヤ２２との間にゼロより大きいバックラッシを有するものとが交互に配置されている。他方、全ての第一ギヤ２１は、実質的に同じ寸法を有している。

なお、環状ギヤ列２３は、第二ギヤ２２と第一ギヤ２１との寸法関係を逆転させてもよい。すなわち、第一ギヤ２１は、一つ置きに第一ギヤ２１と第二ギヤ２２とのバックラッシを実質的にゼロにする寸法を有しており、他の一つ置きに第一ギヤ２１と第二ギヤ２２との間にゼロより大きいバックラッシを有していてもよい。換言すると、第一ギヤ２１は、第一ギヤ２１と第二ギヤ２２とのバックラッシを実質的にゼロにする寸法を有するものと、第一ギヤ２１と第二ギヤ２２との間にゼロより大きいバックラッシを有するものとが交互に配置されていても良い。この場合、全ての第二ギヤ２２は、実質的に同じ寸法を有することになる。

つまり、第一ギヤ２１および第二ギヤ２２のいずれか一方は、一つ置きに第一ギヤ２１と第二ギヤ２２とのバックラッシを実質的にゼロにする寸法を有し、他の一つ置きに第一ギヤ２１と第二ギヤ２２との間にゼロより大きいバックラッシを有している。換言すると、第一ギヤ２１および第二ギヤ２２のいずれか一方は、第一ギヤ２１と第二ギヤ２２とのバックラッシを実質的にゼロにする寸法を有するものと、第一ギヤ２１と第二ギヤ２２との間にゼロより大きいバックラッシを有するものとが交互に配置されている。そして、第一ギヤ２１および第二ギヤ２２のいずれか他方は、全て実質的に同じ寸法を有している。

そして、環状ギヤ列２３の第一ギヤ２１と旋回ギヤ２８の内歯２７とは、バックラッシを実質的にゼロにする寸法関係にある。また、環状ギヤ列２３の第一ギヤ２１と往復動ギヤ３３の内歯３１とも、バックラッシを実質的にゼロにする寸法関係にある。ただし、第一ギヤ２１と第二ギヤ２２とのバックラッシを実質的にゼロにするものとゼロより大きいバックラッシを有するものとを、第一ギヤ２１側に混在させる場合には、内歯２７と内歯３１とは転移量が大きい方の第一ギヤ２１に応じて寸法を調整され、かつ、転移量が大きい方の第一ギヤ２１が常時、少なくとも１つは噛み合わされていることが好ましい。

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。

複数の電動機６は、環状ギヤ列２３ごとに少なくとも１つずつ設けられて、環状ギヤ列２３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。つまり、少なくとも１つの旋回用電動機１５が旋回用ギヤ列４５に接続され、少なくとも１つのトーチ縦動電動機１６がトーチ縦動用ギヤ列４６に接続され、少なくとも１つのトーチ遠近電動機１７がトーチ遠近用ギヤ列４７に接続され、少なくとも１つのワイヤ送給電動機１８がワイヤ用ギヤ列４８に接続されている。複数の電動機６は、環状ギヤ列２３ごとに複数設けられていても良い。つまり、複数の旋回用電動機１５が旋回用ギヤ列４５に接続され、複数のトーチ縦動電動機１６がトーチ縦動用ギヤ列４６に接続され、複数のトーチ遠近電動機１７がトーチ遠近用ギヤ列４７に接続され、複数のワイヤ送給電動機１８がワイヤ用ギヤ列４８に接続されていていても良い。

また、環状ギヤ列２３の第二ギヤ２２が複数箇所で間引かれている場合、つまり、電動機６からある１つの第二ギヤ２２に駆動力を与えても第一ギヤ２１の全てを駆動させられない場合には、動力を伝え合うことが可能な第一ギヤ２１および第二ギヤ２２の組み合わせごとに、少なくとも１つの電動機６が設けられる。換言すると、複数の電動機６は、環状ギヤ列２３において、互いに噛み合わされる第一ギヤ２１および第二ギヤ２２の組み合わせごとに少なくとも１つずつ設けられていれば良い。

旋回用電動機１５は、ウォームギヤ機構３６を介して旋回用ギヤ列４５の第一ギヤ２１に接続されていても良いし、ウォームギヤ機構３６を介して旋回用ギヤ列４５の第二ギヤ２２に接続されていても良いし、ウォームギヤ機構３６を介して旋回用ギヤ列４５の第一ギヤ２１に接続されているものと旋回用ギヤ列４５の第二ギヤ２２に接続されていているものとが混在していても良い。トーチ縦動電動機１６、トーチ遠近電動機１７、およびワイヤ送給電動機１８についても旋回用電動機１５と同様である。

ウォームギヤ機構３６は、旋回用電動機１５の駆動力を旋回用ギヤ列４５へ伝達する旋回用ウォームギヤ機構７５と、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ウォームギヤ機構７６と、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ウォームギヤ機構７７と、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ウォームギヤ機構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。

なお、旋回ギヤ２８は、図４および図６に二点鎖線で示すように、環状にひと続きの環形ギヤであっても良い。旋回ギヤ２８は、基部２や電力供給部７と同様に、周方向において複数の部分、例えば２つの半円弧部（図示省略）に分割されている。つまり、旋回ギヤ２８は、中心角が１８０度以下の弧状ギヤ部材を複数有している。溶接装置１は、この旋回ギヤ２８の分割構造によって、被溶接物２００ａの外周に配置自在である。溶接装置１は、旋回ギヤ２８を分割することによって、被溶接物２００ａへ容易に着脱できる。

また、旋回ギヤ２８は、例えばアルミニウム製、アルミニウム合金製、繊維強化プラスチック（Fiber-Reinforced Plastics、ＦＲＰ）製、または炭素繊維強化プラスチック（Carbon Fiber Reinforced Plastic、ＣＦＲＰ）製の芯材に、芯材とは異なる素材、例えばアルミニウム製、アルミニウム合金製、繊維強化プラスチック（Fiber-Reinforced Plastics、ＦＲＰ）製、炭素繊維強化プラスチック（Carbon Fiber Reinforced Plastic、ＣＦＲＰ）製、またはポリアセタールコポリマー（PolyacetalｍPolyoxymethylene、ＰＯＭ）製の内歯２７を接着等で固定した部材である。往復動ギヤ３３も、旋回ギヤ２８と同様な構造を有している。なお、旋回ギヤ２８の内歯２７、および往復動ギヤ３３の内歯３３はいずれも、環状の芯材に対して飛び飛び（ひと続きではない、離散的な）に設けられていてもよい。換言すると、旋回ギヤ２８は、芯材の周方向へ分割された複数の内歯２７を備えていても良く、往復動ギヤ３３は、芯材の周方向へ分割された複数の内歯３３を備えていても良い。これら複数の内歯２７、３３のそれぞれは、芯材の周方向へ等間隔に並んでいることが好ましい。

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に配置される案内棒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、溶接トーチ１９の縦動移動、溶接トーチ１９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、溶接トーチ１９の縦動移動、溶接トーチ１９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、旋回ギヤ２８ひいては旋回台５に対し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、溶接トーチ１９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。

なお、往復動ギヤ３３（トーチ縦動用往復動ギヤ５６、トーチ遠近用往復動ギヤ５７、およびワイヤ送給用往復動ギヤ５８）の原点位置は、案内穴７９のいずれかの端部７９ａ、７９ｂに案内棒８１が突き当たり、電動機６の駆動が阻止された状態を基準として設定される。例えば、電動機６としてステッピングモーター(Stepper Motor)を採用する場合には、案内穴７９のいずれか一方の端部７９ａに案内棒８１が突き当たった状態から案内穴７９のいずれか他方の端部７９ｂに案内棒８１が突き当たった状態に到達するまで電動機６にパルス電力を入力し、このときのパルス電力のパルス数を計数し、案内穴７９のいずれかの端部７９ａ、７９ｂから計数値の２分の１に相当するパルス数を電動機６に入力した位置を往復動ギヤ３３の原点位置に設定する。また、案内穴７９のいずれかの端部７９ａ、７９ｂから予め定めるパルス数を電動機６に入力した位置を往復動ギヤ３３の原点位置に設定することもできる。なお、案内穴７９のいずれかの端部７９ａ、７９ｂに案内棒８１が突き当たり、電動機６の駆動が阻止された状態であるか否かは、電動機６の駆動回路側で検知することができる。

また、往復動ギヤ３３（トーチ縦動用往復動ギヤ５６、トーチ遠近用往復動ギヤ５７、およびワイヤ送給用往復動ギヤ５８）は、図４、図７、および図８に二点鎖線で示すように、旋回ギヤ２８と同様に、環状にひと続きの環形ギヤであっても良い。往復動ギヤ３３は、基部２、電力供給部７、および旋回ギヤ２８と同様に、周方向において複数の部分、例えば２つの半円弧部（図示省略）に分割されている。つまり、往復動ギヤ３３は、中心角が１８０度以下の弧状ギヤ部材を複数有している。溶接装置１は、この往復動ギヤ３３の分割構造によって、被溶接物２００ａの外周に配置自在である。溶接装置１は、往復動ギヤ３３を分割することによって、被溶接物２００ａへ容易に着脱できる。

また、往復動ギヤ３３が環形ギヤの場合には、溶接装置１は、案内穴７９および案内棒８１による往復動ギヤ３３の保持に代えて、往復動ギヤ３３が基部２の径方向外側へ移動することを規制し、かつ往復動ギヤ３３のそれぞれに噛み合わされる環状ギヤ列２３の第一ギヤ２１へ往復動ギヤ３３を一括して押さえ付けて、これらを保持する外殻バンド８２（保持枠体）を備えていることが好ましい。

外殻バンド８２は、旋回ギヤ２８、および往復動ギヤ３３を一括して環形ギヤの状態に束ねて保持している。外殻バンド８２は、正面面板３７および背面面板３８の外周部に巻き付けられるようにして正面面板３７と背面面板３８とを隔てる空間を閉ざし、かつこの空間の最も外側に配置されている往復動ギヤ３３を一括して、摺動可能に保持する。外殻バンド８２は、旋回台５に固定されて、旋回台５とともに移動する。外殻バンド８２は、往復動ギヤ３３を、基部２の周方向において一方向へ移動することを可能にする。つまり、往復動ギヤ３３は、基部２の周方向において往復移動可能（時計回りおよび反時計回りに移動可能）である一方で、時計回り、または反時計回りに連続して何周も回転することが可能になる。

外殻バンド８２は、基部２の周方向において旋回台５の一方の端部８２ａから他方の端部８２ｂへ連続するひと続きの帯状体である。外殻バンド８２は、基部２、および電力供給部７と同様に、周方向において複数の部分、例えば２つの半円弧部（図示省略）に分割されている。溶接装置１は、この外殻バンド８２の分割構造によって、被溶接物２００ａの外周に配置自在である。溶接装置１は、外殻バンド８２を分割することによって、被溶接物２００ａへ容易に着脱できる。外殻バンド８２は、旋回用ギヤ列４５の第一ギヤ２１に旋回ギヤ２８を押さえ付けていても良い。

図９は、本発明の実施形態に係る溶接装置のウォームギヤ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の旋回用ウォームギヤ機構７５は、旋回用電動機１５の出力軸１０１に回転一体のねじ歯車１０２（ウォーム１０３）と、旋回用ギヤ列４５の第一ギヤ２１に回転一体のギヤ１０７と、を備えている。旋回用ウォームギヤ機構７５は、ねじ歯車１０２へ入力される旋回用電動機１５の駆動力をギヤ１０７で旋回用ギヤ列４５へ伝達する。

トーチ縦動用ウォームギヤ機構７６は、トーチ縦動電動機１６の出力軸１１２に回転一体のねじ歯車１１３（ウォーム１１３）と、トーチ縦動用ギヤ列４６の第一ギヤ２１に回転一体のギヤ１１５と、を備えている。トーチ縦動用ウォームギヤ機構７６は、ねじ歯車１１３へ入力されるトーチ縦動電動機１６の駆動力をギヤ１１５でトーチ縦動用ギヤ列４６へ伝達する。

第一ギヤ２１に回転一体のギヤ１０７、１１５は、はす歯歯車であることが好ましい。

旋回用ウォームギヤ機構７５およびトーチ縦動用ウォームギヤ機構７６を含むウォームギヤ機構３６のそれぞれも、同様である。つまり、旋回用ウォームギヤ機構７５、トーチ遠近用ウォームギヤ機構７７、およびワイヤ用ウォームギヤ機構７８は、トーチ縦動用ウォームギヤ機構７６と同じ構成を備えている。

また、溶接装置１は、電動機６の出力軸１１２、環状ギヤ列２３の第一ギヤ２１、および環状ギヤ列２３の第二ギヤ２２のいずれかの回転角度を検出する回転センサ９２（回転角度検出器）を備えている。回転センサ９２は、環状ギヤ列２３毎に設けられている。つまり、回転センサ９２は、旋回用電動機１５の出力軸１０１、旋回用ギヤ列４５の第一ギヤ２１、および旋回用ギヤ列４５の第二ギヤ２２のいずれかの回転角度を検出する旋回用回転センサ９３と、トーチ縦動電動機１６の出力軸１１２、トーチ縦動用ギヤ列４６の第一ギヤ２１、およびトーチ縦動用ギヤ列４６の第二ギヤ２２のいずれかの回転角度を検出するトーチ縦動用回転センサ９５と、トーチ遠近電動機１７の出力軸（図示省略）、トーチ遠近用ギヤ列４７の第一ギヤ２１、およびトーチ遠近用ギヤ列４７の第二ギヤ２２のいずれかの回転角度を検出するトーチ遠近用回転センサ（図示省略）と、ワイヤ送給電動機１８の出力軸（図示省略）、ワイヤ用ギヤ列４８の第一ギヤ２１、およびワイヤ用ギヤ列４８の第二ギヤ２２のいずれかの回転角度を検出するワイヤ用回転センサ（図示省略）と、を含んでいる。

さらに、溶接装置１は、回転センサ９２（旋回用回転センサ９３、トーチ縦動用回転センサ９５、トーチ遠近用回転センサ、およびワイヤ用回転センサ）が検出した回転角度に基づいて、複数の電動機６の駆動または停止を制御して複数の環状ギヤ列２３を等速度に同期させて回転させ、または異なる速度で非同期に回転させる制御部９９を備えている。

制御部９９は、マイクロプロセッサ（図示省略）、およびマイクロプロセッサが実行する各種演算プログラム、パラメータなどを記憶する記憶装置（図示省略）を備えている。制御部９９は、それぞれの電動機６（旋回用電動機１５、トーチ縦動電動機１６、トーチ遠近電動機１７、およびワイヤ送給電動機１８）と、それぞれの回転センサ９２（旋回用回転センサ９３、トーチ縦動用回転センサ９５、トーチ遠近用回転センサ、およびワイヤ用回転センサ）とに電気的に接続されている。

制御部９９は、マイクロプロセッサで実行される自動溶接プログラムに従って電動機６および溶接トーチ１９を制御することによって一対の被溶接物２００ａ、２００ｂを溶接して一体化させる。

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が発生させる駆動力は、出力軸１０１に回転一体のねじ歯車１０２から、ねじ歯車１０２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へ伝達される。

次いで、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。

トーチ縦動電動機１６が発生させる駆動力は、出力軸１１２に回転一体のねじ歯車１１３から、ねじ歯車１１３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へ伝達される。

そして、制御部９９は、回転センサ９２（旋回用回転センサ９３、トーチ縦動用回転センサ９５）が出力する検出結果に基づいて電動機６（旋回用電動機１５、トーチ縦動電動機１６）を運転し、旋回用ギヤ列４５の第一ギヤ２１とトーチ従動用ギヤ列４６の第一ギヤ２１とを同じ角速度（回転数）で回転させる。同じ角速度で回転する旋回用ギヤ列４５の第一ギヤ２１およびトーチ従動用ギヤ列４６の第一ギヤ２１は、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、溶接トーチ１９の従動移動を阻止しながら旋回台５を移動させる。また、制御部９９は、回転センサ９２（旋回用回転センサ９３、トーチ縦動用回転センサ９５）が出力する検出結果に基づいて電動機６（旋回用電動機１５、トーチ縦動電動機１６）を運転し、旋回用ギヤ列４５の第一ギヤ２１とトーチ従動用ギヤ列４６の第一ギヤ２１とを異なる角速度（回転数）で回転させる。異なる角速度で回転する旋回用ギヤ列４５の第一ギヤ２１およびトーチ従動用ギヤ列４６の第一ギヤ２１は、旋回ギヤ２８とトーチ縦動用往復動ギヤ５６との間に角速度差を生じさせて、溶接トーチ１９の縦動移動と同時に旋回台５の移動、つまり溶接トーチ１９の旋回を両立させる。さらに、制御部９９は、回転センサ９２（旋回用回転センサ９３、トーチ縦動用回転センサ９５）が出力する検出結果に基づいて旋回用電動機１５を停止させた状態でトーチ縦動電動機１６を単独で運転し、旋回用ギヤ列４５の第一ギヤ２１を停止させたまま、トーチ従動用ギヤ列４６の第一ギヤ２１を回転させる。旋回用ギヤ列４５の第一ギヤ２１が停止したまま、回転するトーチ従動用ギヤ列４６の第一ギヤ２１は、旋回ギヤ２８とトーチ縦動用往復動ギヤ５６との間に角速度差を生じさせて、旋回台５の旋回を阻止した状態で溶接トーチ１９を縦動移動させる。

なお、トーチ遠近用ウォームギヤ機構７７およびワイヤ用ウォームギヤ機構７８については、トーチ縦動用ウォームギヤ機構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とを同じ角速度で回転させて、溶接トーチ１９の遠近移動を阻止しながら旋回台５を移動させる。また、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との間に角速度差を生じさせて、溶接トーチ１９の遠近移動と同時に旋回台５の移動、つまり溶接トーチ１９の旋回を両立させる。さらに、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とを同じ角速度で回転させて、ワイヤの送給を阻止しながら旋回台５を移動させる。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との間に角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、ひいては溶接トーチ１９の旋回を両立させる。

次に、本実施形態に係る溶接装置の溶接ヘッドについて説明する。

図１０は、本実施形態に係る溶接装置の溶接ヘッドを示す平断面図である。

図１１および図１２は、本実施形態に係る溶接装置のワイヤ送給機構の一部を示す図である。

図１０から図１２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、溶接トーチ１９を縦動移動させるトーチ縦動移動機構１２６と、溶接トーチ１９を遠近移動させるトーチ遠近移動機構１２７と、溶接トーチ１９へワイヤを供給するワイヤ送給機構１２８と、を備えている。

トーチ縦動移動機構１２６は、動力伝達ギヤ３５のうちトーチ縦動用動力伝達ギヤ６６から伝達される駆動力によって作動し、溶接トーチ１９を縦動移動させる。

トーチ遠近移動機構１２７は、動力伝達ギヤ３５のうちトーチ遠近用動力伝達ギヤ６７から伝達される駆動力によって作動し、溶接トーチ１９を遠近移動させる。

ワイヤ送給機構１２８は、動力伝達ギヤ３５のうちワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８から伝達される駆動力によって作動し、溶接トーチ１９へワイヤを供給する。

ところで、弧状の旋回ギヤ２８や、弧状の往復動ギヤ３３は、旋回台５、ひいては溶接ヘッド３に対して往復動する。つまり、ワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８へ動力を伝達するワイヤ送給用往復動ギヤ５８は、旋回台５、ひいては溶接ヘッド３に対して往復動する。そのため、ワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８は、正転と逆転とを周期的に繰り返すことになる。つまり、ワイヤを供給するためにはワイヤ送給用往復動ギヤ５８の往復動であって、ワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８の周期的な正転と逆転との繰り返しを、ワイヤを送給し続けるための一方向の回転、つまり正転および逆転のいずれかの回転に変換する必要がある。

そこで、ワイヤ送給機構１２８は、動力伝達ギヤ３５の回転方向を維持して伝達する正転ギヤ系列１３１、および動力伝達ギヤ３５の回転方向を逆転させて伝達する逆転ギヤ系列１３２を有する伝達機構１３３と、伝達機構１３３によって駆動される軸１３５と、正転ギヤ系列１３１の回転を一方向のみ軸１３５へ伝達する第一ワンウェイクラッチ１３６、および逆転ギヤ系列１３２の回転を第一ワンウェイクラッチ１３６が伝達する回転の逆方向のみ軸１３５へ伝達する第二ワンウェイクラッチ１３７を有して軸１３５を一方向へのみ回転させるダブルクラッチ機構１３８と、を備えている。ここで言う動力伝達ギヤ３５は、ワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８である。

なお、図１１は正転ギヤ系列１３１を示し、図１２は逆転ギヤ系列１３２を示している。ここで、正転ギヤ系列１３１および逆転ギヤ系列１３２の各ギヤについて、反時計回りを正転と表現し、時計回りを逆転と表現する。

正転ギヤ系列１３１の第一段ギヤ１３１ａと逆転ギヤ系列１３２の第一段ギヤ１３２ａとは回転一体化されている。したがって、正転ギヤ系列１３１の第一段ギヤ１３１ａおよび逆転ギヤ系列１３２の第一段ギヤ１３２ａは、いずれか一方が動力伝達ギヤ３５、つまりワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８に噛み合わされていれば良い。

正転ギヤ系列１３１は、第一ワンウェイクラッチ１３６を介して軸１３５に支持される正転系列最終段ギヤ１３１ｂを含む偶数個のギヤを含んでいる。したがって、正転ギヤ系列１３１は、動力伝達ギヤ３５、つまりワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８の回転方向を保って正転系列最終段ギヤ１３１ｂを回転させる。

逆転ギヤ系列１３２は、第二ワンウェイクラッチ１３７を介して軸１３５に支持される逆転系列最終段ギヤ１３２ｂを含む奇数個のギヤを含んでいる。したがって、逆転ギヤ系列１３２は、動力伝達ギヤ３５、つまりワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８の回転方向を反転させて逆転系列最終段ギヤ１３２ｂを回転させる。

換言すれば、ワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８が正転すれば正転系列最終段ギヤ１３１ｂは正転して逆転系列最終段ギヤ１３２ｂは逆転する一方、ワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８が逆転すれば正転系列最終段ギヤ１３１ｂは逆転して逆転系列最終段ギヤ１３２ｂは正転する関係にある。正転系列最終段ギヤ１３１ｂと逆転系列最終段ギヤ１３２ｂとは、互いに逆方向へ回転する。

そして、第一ワンウェイクラッチ１３６は、正転系列最終段ギヤ１３１ｂが正転している場合には正転系列最終段ギヤ１３１ｂと軸１３５とを接続して駆動力を伝達する一方（図１１中の実線矢）、正転系列最終段ギヤ１３１ｂが逆転している場合には正転系列最終段ギヤ１３１ｂと軸１３５との接続を解除して正転系列最終段ギヤ１３１ｂを空転させる（図１１中の二点鎖線矢）。同じく、第二ワンウェイクラッチ１３７は、逆転系列最終段ギヤ１３２ｂが正転している場合には逆転系列最終段ギヤ１３２ｂと軸１３５とを接続して駆動力を伝達する一方（図１２中の実線矢）、逆転系列最終段ギヤ１３２ｂが逆転している場合には逆転系列最終段ギヤ１３２ｂと軸１３５との接続を解除して逆転系列最終段ギヤ１３２ｂを空転させる（図１２中の二点鎖線矢）。

また、動力伝達ギヤ３５、つまりワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８の回転方向に着目して説明すると、ワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８が正転している場合には、第一ワンウェイクラッチ１３６は、正転している正転系列最終段ギヤ１３１ｂと軸１３５とを接続して駆動力を伝達する一方（図１１中の実線矢）、第二ワンウェイクラッチ１３７は、逆転している逆転系列最終段ギヤ１３２ｂと軸１３５との接続を解除して逆転系列最終段ギヤ１３２ｂを空転させる（図１２中の二点鎖線矢）。他方、ワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８が逆転している場合には、第一ワンウェイクラッチ１３６は、逆転している正転系列最終段ギヤ１３１ｂと軸１３５との接続を解除して正転系列最終段ギヤ１３１ｂを空転させる一方（図１１中の二点鎖線矢）、第二ワンウェイクラッチ１３７は、正転している逆転系列最終段ギヤ１３２ｂと軸１３５とを接続して駆動力を伝達する（図１２中の実線矢）。

このダブルクラッチ機構１３８の働きによって、軸１３５は、一方向、ここでは正転方向のみへ回転する。

第一ワンウェイクラッチ１３６および第二ワンウェイクラッチ１３７は、軸１３５の一方の端部に設けられている。第一ワンウェイクラッチ１３６および第二ワンウェイクラッチ１３７は、同様の構造を有している。第一ワンウェイクラッチ１３６および第二ワンウェイクラッチ１３７は、スプラグ式であっても良いし、カム式（あるいはローラー式）であっても良い。例えばローラー式の第一ワンウェイクラッチ１３６および第二ワンウェイクラッチ１３７は、アウターレース（外輪、図示省略）と、ローラー１４７と、スプリング１４８と、を含んでいる。アウターレースは、内側にカム面を有するポケット１４９を備えている。ポケット１４９にはローラー１４７が配置されている。スプリング１４８のばね力は、ローラー１４７を外輪のカム面と軸１３５の外周面に接触させている。軸１３５に対して外輪が一方向に回転（本実施形態においては正転）する場合には、軸１３５の外周面とカム面との間にローラー１４７が挟まり込んで接触面圧が高くなり、抵抗になって駆動力を伝達する。軸１３５に対して外輪が他方向に回転（本実施形態においては逆転）する場合には、ローラー１４７と軸１３５の外周面、およびローラー１４７とカム面との接触面圧が低くなり、滑って駆動力の伝達を遮断する。

軸１３５の他方の端部には、ワイヤ送給ローラー１４６が回転一体に設けられている。ワイヤ送給ローラー１４６は、軸１３５の回転によって駆動され、溶接トーチ１９へワイヤを供給する。軸１３５はワイヤ送給機構１２８の働きによって一方向に回転し、ひいてはワイヤ送給ローラー１４６も一方向に回転して溶接トーチ１９へワイヤを供給する。

なお、旋回ギヤ２８、および往復動ギヤ３３が環状にひと続きの環形ギヤの場合には、溶接装置１は、旋回ギヤ２８、および往復動ギヤ３３を一方向へ回転させ続けることができる。つまり、旋回ギヤ２８、および往復動ギヤ３３が環状にひと続きの環形ギヤの場合には、ワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８へ動力を伝達するワイヤ送給用往復動ギヤ５８は、旋回台５、ひいては溶接ヘッド３に対して一方向へ回転し続けることができる。そのため、ワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８は、正転または逆転を連続することができる。つまり、旋回ギヤ２８、および往復動ギヤ３３が環状にひと続きの環形ギヤの場合には、溶接装置１は、ダブルクラッチ機構１３８を用いることなく、ワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８から軸１３５へ直接的にワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８の回転を伝達して、ワイヤを送給し続けることができる。換言すると、旋回ギヤ２８、および往復動ギヤ３３が環状にひと続きの環形ギヤの場合には、軸１３５にダブルクラッチ機構１３８を介することなく、直接的に固定される最終段ギヤ（図示省略）へ直接的にワイヤ送給用動力伝達ギヤ６８の回転を伝達して、ワイヤを送給し続けることができる。

次に、本実施形態に係る溶接装置のパージガス供給経路について説明する。

図１３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縦断面図である。

図１４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横断面図である。

図１５および図１６は、本実施形態に係る溶接装置のパージガス供給経路の動作を説明する断面図である。

図１３に示すように、本実施形態に係る溶接装置１の電力供給部７は、基部２の正面面板３７に設けられている。電力供給部７および旋回台５は、パージガス供給経路１５１を備えている。

パージガス供給経路１５１は、電力供給部７のハウジング１５０に設けられるガス供給口１５２と、ハウジング１５０の内外を繋げるガス導入路１５３と、ハウジング１５０に設けられるガス溜部１５５と、を備えている。

ハウジング１５０は、環状の基部２に同心状に配置されている。ハウジング１５０は、少なくとも基部２の分割面の同一面上で分割されている。ハウジング１５０は、基部２の分割面の同一面上で分割されている限り、基部２の分割面とは異なる箇所でさらに分割されていても良い。なお、パージガス供給経路１５１は、分割されたハウジング１５０毎に独立している。つまり、ガス溜部１５５は、ハウジング１５０の端面に設けられる閉塞板（図示省略）で閉じられている。

ガス導入路１５３は、ガス供給口１５２に流れ込むパージガスをハウジング１５０へと導く流路である。ガス導入路１５３は、分割されたハウジング１５０毎に設けられている。

ガス溜部１５５は、旋回台５を臨む方向へ開放される溝状の空間である。ガス溜部１５５は、ハウジング１５０の全周に渡って環状に設けられている。

また、パージガス供給経路１５１は、全周に渡って配置される複数のガス流出口１５６を有する環状の弁座体１５７と、複数のガス流出口１５６のそれぞれを開閉させる複数の弁体１５８と、旋回台５が移動範囲のいずれの場所に移動しても、複数のガス流出口１５６のうち少なくとも一つに繋がるガス流路１５９を有して旋回台５に設けられる弧状のガス中継体１６１と、ガス中継体１６１に繋がるガス流出口１５６を閉ざす弁体１５８を開くバルブ駆動機構１６２と、を備えている。

弁座体１５７は、ハウジング１５０のガス溜部１５５を塞ぐ蓋の役割を担っている。弁座体１５７は、溶接トーチ１９へ電力を供給する電路の一部でもあり、導体である。弁座体１５７は、ハウジング１５０に固定されているが、弁座体１５７とハウジング１５０との隙間からパージガスが漏洩することを防ぎ、かつ弁座体１５７とハウジング１５０との電気的な絶縁を図るために、弁座体１５７とハウジング１５０との間には、絶縁体のシール板１６３が挟み込まれている。

弁座体１５７の内周面は、ハウジング１５０のガス溜部１５５を塞ぐ一方、ガス流出口１５６の弁座１６５を兼ねている。弁座１６５は、弁座体１５７の内周に設けられる円形の凹部である。

弁座体１５７の外周面は、旋回台５側に固定されるガス中継体１６１に接触している。

弁体１５８は、ハウジング１５０のガス溜部１５５内に配置されている。弁体１５８は、ウレタンゴム製であって円柱形状を有し、弁座１６５に対する接触部分である先端部に半球形状を有している。弁体１５８は、ガス溜部１５５内に設けられる弁体保持枠体１６６、弁体保持枠体１６６に固定される弁軸１６７、および弁軸１６７に摺動自在に設けられるガイドブッシュ１６８によって保持されている。また、弁体１５８は、コイルバネ１６９から作用するばね力によってガス流出口１５６を閉ざす方向に押さえ付けられている。

弁体保持枠体１６６は、ハウジング１５０に締結部材１７０で固定される一方で、弁座体１５７を締結部材１７１でハウジング１５０に固定する固定具の役割を果たしている。弁座体１５７と正面面板３７との電気的な絶縁を図るために、弁体保持枠体１６６も絶縁体である。弁体保持枠体１６６は、複数の弁体１５８を保持して弧状に延びている。弁体保持枠体１６６は、ガス流出口１５６ごとにハウジング１５０の全周に渡って配置される弁体１５８と同じく、ハウジング１５０の全周に渡って複数、設けられている。弁座体１５７は、ハウジング１５０の分割を阻害しないよう、ハウジング１５０の分割に応じて分割されており、ハウジング１５０ごと、周方向において複数の部分に分割して被溶接物の外周に配置自在である。

なお、弁体保持枠体１６６は、弁座体１５７の内周面に接してこれを支える一方で、弁体１５８の直径よりも幅狭でありガス流出口１５６へ流れ込むパージガスを阻害しない。

弁軸１６７は、弁体１５８の中心線に沿って弁体保持枠体１６６に締結されている。

ガイドブッシュ１６８は、弁体１５８に固定されている。ガイドブッシュ１６８は、バルブ駆動機構１６２に連動して弁体１５８を開閉させる。

コイルバネ１６９は、弁軸１６７およびガイドブッシュ１６８に差し込まれて弁体１５８と弁体保持枠体１６６との間に挟み込まれている。

ガス中継体１６１は、溶接トーチ１９へ電力を供給する電路の一部でもあり、導体である。弁座体１５７およびガス中継体１６１は、相互に接触し合う導体であって溶接トーチ１９へ電力を供給する電路の一部を担っている。弁座体１５７およびガス中継体１６１は、旋回台５が基部２の周囲を旋回する最中も電気的に接続されて導通を保っている。つまり、弁座体１５７およびガス中継体１６１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に対して旋回する溶接ヘッド３へ電力を供給する。

ガス中継体１６１は、絶縁体のホルダー１７２を介して旋回台５に固定されている。ガス中継体１６１は、旋回台５の一部であってホルダー１７２とともに基部２の周囲を旋回する。ガス中継体１６１の内周面は、弁座体１５７の外周面に臨み、旋回台５が移動範囲のいずれの場所に移動しても、複数のガス流出口１５６のうち少なくとも一つに覆い被さっている。

ガス流路１５９は、ガス中継体１６１の内周面から外周面へと延びており、ホルダー１７２および旋回台５内のガス室１７３、およびガス室１７３に接続されるガスチューブ（図示省略）を経て溶接トーチ１９へパージガスを供給する。

バルブ駆動機構１６２は、旋回台５の移動場所においてガス中継体１６１が覆い被さってガス流路１５９に繋がるガス流出口１５６を開放する。なお、旋回台５が移動してきておらず、ガス中継体１６１が覆い被さっていないガス流出口１５６は、コイルバネ１６９に押さえ付けられる弁体１５８によって閉じられている。

バルブ駆動機構１６２は、旋回台５の移動にともなってガス中継体１６１に接触して回転して弁体１５８を開くカム１７５を備えている。カム１７５は、弁座体１５７に摺動ブッシュ１７６を介して回転自在に支えられるバルブ開閉棒１７７に設けられており、バルブ開閉棒１７７の一部を切り欠いた半円形のカム面を有している。弁体１５８が弁座１６５を閉じている状態において、カム１７５は、半円形のカム面の弦部分をガイドブッシュ１６８の先端に当てている。他方、カム１７５は、バルブ開閉棒１７７の回転、ひいてはカム面の回転にともなって弁体１５８を弁座１６５から浮き上がらせる。

バルブ開閉棒１７７は、弁座体１５７の両側面を貫いて延びている。バルブ開閉棒１７７の両自由端部は、弁座体１５７の側面から突出している。バルブ開閉棒１７７の一方の自由端部には、スイングアーム１７８が設けられている。スイングアーム１７８は、バルブ開閉棒１７７の径方向、かつ基部２の径外方向に向いている。

また、バルブ駆動機構１６２は、旋回台５に設けられるスイングガイド１７９を備えている。スイングガイド１７９は、旋回台５の移動方向に傾いた傾斜面を有して旋回台から基部２側へ向かって突出する台形状または三角形状の山部である。スイングガイド１７９のうち傾斜面の一部、および山の頂上に相当する台形の上底または三角形の頂点は、旋回台５の旋回移動にともなって、スイングアーム１７８に干渉する軌道上を移動する干渉領域である。

つまり、バルブ駆動機構１６２は、旋回台５の移動に同期してスイングガイド１７９の傾斜面をスイングアーム１７８に接触させ、スイングガイド１７９の山の頂上に相当する台形の上底または三角形の頂点を含んだ干渉領域によってスイングアーム１７８を倒し込み、バルブ開閉棒１７７を回転させ、ひいてはカム１７５を回転させて弁体１５８を弁座１６５から浮き上がらせてパージガスを流通させる（図１５）。また、バルブ駆動機構１６２は、旋回台５が移動してスイングガイド１７９とスイングアーム１７８との干渉が解消されると、弁座１６５を弁体１５８で閉じてパージガスの流通を遮断させる。これは、スイングガイド１７９とスイングアーム１７８との干渉が解消されることによって、コイルバネ１６９のばね力が弁体１５８を弁座１６５に押し付ける作用によるものである。弁体１５８を弁座１６５へ押し付けるばね力は、カム１７５を回転させてバルブ開閉棒１７７およびスイングアーム１７８を復帰させる（図１３、図１４、図１６）。

次に、本実施形態に係る溶接装置の電力供給部について説明する。

図１７は、本実施形態に係る溶接装置の電力供給部を示す縦断面図である。

図１７に示すように、本実施形態に係る溶接装置１の電力供給部７は、ハウジング１５０の内外を貫通する電源供給導体９を備えている。電源供給導体９は、ハウジング１５０の電源用貫通孔１１を通じてハウジング１５０内の電路の一部を兼ねる弁座体１５７に電気的に接続されている。電源供給導体９は、複数、例えば３つに分割されて断面積を確保されている。それぞれの縦断電路１８２は、絶縁体のシース１８３に覆われている。

電路の一部を兼ねるガス中継体１６１は、旋回台５とガス中継体１６１との間に設けられるコイルバネ１８５によって、弁座体１５７に押し付けられている。コイルバネ１８５は、ガス中継体１６１と弁座体１５７との導通の安定を図っている。

なお、電力供給部７は、被溶接物２００ａ、２００ｂの長手方向に沿って、基部２の正面側（正面面板３７）に重ねて多段に配置することができる。例えば、ハウジング１５０を多段階に重ねて配置しても良く、またそれぞれの個別に弁座体１５７を収容する多数のパージガス供給経路１５１を有する一体型ハウジング（図示省略）を正面面板３７に設けても良い。また、パージガス供給経路１５１は、いずれか１つの電力供給部７に設けられていれば良く、パージガス供給経路１５１を備えていない電力供給部７があっても良い。パージガス供給経路１５１を備えていない電力供給部７は、パージガス供給経路１５１を備える電力供給部７に比べて極めて簡潔に構成される。

本実施形態に係る溶接装置１は、環状ギヤ列２３毎に、電動機６の出力軸、環状ギヤ列２３の第一ギヤ２１、および環状ギヤ列２３の第二ギヤ２２のいずれかの回転角度を検出する回転センサ９２と、回転センサ９２が検出した回転角度に基づいて、複数の電動機６の駆動または停止を制御して複数の環状ギヤ列２３を等速度に同期させて回転させ、または異なる速度で非同期に回転させる制御部９９と、を備えている。つまり、溶接装置１は、従来の溶接装置における差動歯車機構を用いることなく、環状ギヤ列２３を等速度に同期させて回転させ、または異なる速度で非同期に回転させる。そのため、溶接装置１は、従来の溶接装置に比べて小型化、軽量化が図られる。

また、本実施形態に係る溶接装置１は、環状ギヤ列２３毎に複数の電動機６を備えている。そのため、本実施形態に係る溶接装置１は、１つの電動機６で環状ギヤ列２３を駆動する場合に比べて、より小出力の電動機６を適用することができる。例えば、溶接装置１は、同口径の被溶接物２００ａ、２００ｂに対してより小出力の電動機６を適用することが可能であり、単一の電動機６での駆動が困難な大口径の被溶接物２００ａ、２００ｂに対して複数の電動機６で対応することが可能である。

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、小型化、軽量化が図りやすく、ひいては取り扱いの利便性を向上できる。

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
２ａ、２ｂ 基部の半円弧部
３ 溶接ヘッド
５ 旋回台
６ 電動機
７ 電力供給部
７ａ、７ｂ 電力供給部の半円弧部
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
７５ 旋回用ウォームギヤ機構
７６ トーチ縦動用ウォームギヤ機構
７７ トーチ遠近用ウォームギヤ機構
７８ ワイヤ用ウォームギヤ機構
７９ 案内穴
７９ａ、７９ｂ 案内穴の端部
８１ 案内棒
８２ 外殻バンド
８２ａ、８２ｂ 外殻バンドの端部
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
９９ 制御部
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
１２６ トーチ縦動移動機構
１２７ トーチ遠近移動機構
１２８ ワイヤ送給機構
１３１ 正転ギヤ系列
１３２ 逆転ギヤ系列
１３１ａ 第一段ギヤ
１３２ａ 第一段ギヤ
１３１ｂ 正転系列最終段ギヤ
１３２ｂ 逆転系列最終段ギヤ
１３３ 伝達機構
１３５ 軸
１３６ 第一ワンウェイクラッチ
１３７ 第二ワンウェイクラッチ
１３８ ダブルクラッチ機構
１４６ ワイヤ送給ローラー
１４７ ローラー
１４８ スプリング
１４９ ポケット
１５０ ハウジング
１５１ パージガス供給経路
１５２ ガス供給口
１５３ ガス導入路
１５５ ガス溜部
１５６ ガス流出口
１５７ 弁座体
１５８ 弁体
１５９ ガス流路
１６１ ガス中継体
１６２ バルブ駆動機構
１６３ シール板
１６５ 弁座
１６６ 弁体保持枠体
１６７ 弁軸
１６８ ガイドブッシュ
１６９ コイルバネ
１７０ 締結部材
１７１ 締結部材
１７２ ホルダー
１７３ ガス室
１７５ カム
１７６ 摺動ブッシュ
１７７ バルブ開閉棒
１７８ スイングアーム
１７９ スイングガイド
１８１ 電源供給系統
１８２ 縦断電路
１８３ シース
１８５ コイルバネ
２００ａ、２００ｂ 被溶接物

Claims (2)

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含む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、
   前記環状ギヤ列毎に少なくとも１つ設けられて、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、
   前記環状ギヤ列毎に、前記電動機の出力軸、前記第一ギヤ、および前記第二ギヤのいずれかの回転角度を検出する回転角度検出器と、
   前記回転角度検出器が検出した回転角度に基づいて、前記複数の電動機の駆動または停止を制御して前記複数の環状ギヤ列を等速度に同期させて回転させ、または異なる速度で非同期に回転させる制御部と、を備える溶接装置。
2. 前記複数の電動機は、前記環状ギヤ列毎に複数設けられている請求項１に記載の溶接装置。

Images