JP2020032445A - 液圧シリンダのレーザ溶接に用いられるカバー装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液圧シリンダのレーザ溶接に用いられるカバー装置において、液圧シリンダの内部の動作範囲に、スパッタ及びヒュームが付着するのを防止する。【解決手段】カバー装置２０は、シリンダ１の鏡板３とチューブ２とを突き合わせ溶接するときに用いられ、チューブ２の内側空間において、突き合わされた部分１ａの全周に亘って、突き合わされた部分１ａをチューブ２の中心軸Ｃ方向に跨ぐように、チューブ２の内周面２ｄに接して配置される樋状に形成されたカバー部材２３と、チューブ２の内側空間の突き合わされた部分１ａに対応する位置まで延びるサポート部材２１と、カバー部材２３に固定された一端が、内周面２ｄに接した接触状態と内周面２ｄから離した非接触状態とを切り替える伸縮シリンダ２２と、を備ええる。【選択図】図７

Description

本発明は、液圧シリンダのレーザ溶接に用いられるカバー装置に関する。

クレーンのブームを伸縮させたり、ブームやジブを起伏させたりするために、油圧シリンダが用いられている。油圧シリンダは、シリンダの内部に配置されたピストンを、油圧で往復動させる。

ここで、シリンダには、円筒状のチューブと、チューブの端板となる鏡板とが溶接によって一体化されるものがある。そして、チューブと鏡板とを溶接する場合、チューブの端面と鏡板の端縁とを突き合わせた突き合わせ溶接を行うことが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

また、近年、溶接の手法としてレーザ溶接が知られている（例えば、特許文献２参照）。レーザ溶接は、電子ビーム溶接と同様に出力のエネルギ密度が大きいため、突き合わせ溶接を行うと、ワークの背面（レーザビームが照射される面とは反対側の面）側に多くのスパッタやヒュームが飛散する。電子ビーム溶接では、このスパッタやヒュームの飛散を防止するために、ワークの背面側に配置される、飛散したスパッタやヒュームを捕集するスパッタ付着防止装置が提案されている（例えば、特許文献３参照）。

実公平４−１７８５１号公報 特許第５１４１０３４号公報 特開２００５−１５２９３９号公報

特許文献３に開示された技術は、突き合わせ溶接の一般的な態様でのスパッタ付着防止装置の配置を示しているが、突き合わせ溶接を行う部位が周方向に延びた油圧シリンダに適用する場合の態様については示されていない。

なお、上述した説明はレーザ溶接についてのものであるが、レーザ溶接とアーク溶接とを組み合わせたレーザアークハイブリッド溶接についても同様である。したがって、以下、本発明におけるレーザ溶接には、アーク溶接が組み合わされていない通常のレーザ溶接だけでなく、レーザ溶接にアーク溶接が組み合わされたレーザアークハイブリッド溶接も含むものとする。

また、油圧シリンダは油を作動媒体とするものであるが、上述した問題は、油以外の媒体を作動媒体とするものについても同様に生じ得る。したがって、本発明の対象となエうワークは、油をはじめとした液体を作動媒体とする液圧シリンダである。

本発明は上記事情に鑑みなされたものであって、液圧シリンダの内部の動作範囲に、スパッタ及びヒュームが付着するのを防止することができる液圧シリンダのレーザ溶接に用いられるカバー装置を提供することを目的とする。

本発明は、液圧シリンダのシリンダを構成する鏡板とチューブとを突き合わせて、その突き合わされた部分を、前記チューブの外側からレーザ溶接により突き合わせ溶接するときに用いられ、前記チューブの内側空間において、前記突き合わされた部分の全周に亘って、前記突き合わされた部分を前記チューブの軸方向に跨ぐように、前記チューブの内周面に接して配置される樋状に形成されたカバー部材と、前記チューブの、前記突き合わされた部分とは反対側の開口から、前記内側空間の前記突き合わされた部分に対応する位置まで、前記軸方向に延びるサポート部材と、前記サポート部材の外周面に、前記サポート部材の外周面の周方向に沿って複数設けられた、前記カバー部材に固定された一端が前記チューブの半径方向に変位して、前記カバー部材を、前記内周面に接した接触状態と前記内周面から離した非接触状態とを切り替える変位機構と、を備えた液圧シリンダのレーザ溶接に用いられるカバー装置である。

本発明に係る液圧シリンダのレーザ溶接に用いられるカバー装置によれば、液圧シリンダの内部の動作範囲に、スパッタ及びヒュームが付着するのを防止することができる。

クレーンのブーム及びジブの伸縮や起伏、アウトリガーの張り出し等に用いられる油圧シリンダにおけるシリンダの概略を示す外観斜視図である。 図１に示したシリンダのチューブと鏡板とを示す、接合前の状態を示す斜視図である。 図１に示したシリンダの中心軸を含む縦断面図である。 チューブと鏡板とが接合された後のシリンダを示す図３相当の縦断面図である。 図１−４に示した油圧シリンダのレーザ溶接用のカバー装置を示す図であり、突き合わされた部分よりも中心軸方向の手前の位置にあるときのカバー装置を示す図３相当の縦断面図である。 図１−４に示した油圧シリンダのレーザ溶接用のカバー装置を示す図であり、図５に示した状態での中心軸方向の手前側から見た状態のカバー装置を示す。 図１−４に示した油圧シリンダのレーザ溶接用のカバー装置を示す図であり、カバー装置のカバー部材が中心軸方向において突き合わされた部分の位置にあり、かつチューブの内周面及び鏡板の内周面に接していない状態を示す。 図１−４に示した油圧シリンダのレーザ溶接用のカバー装置を示す図であり、カバー装置のカバー部材が突き合わされた部分を中心軸方向に跨ぐように、チューブの内周面及び鏡板の内周面に接している状態を示す図である。 図１−４に示した油圧シリンダのレーザ溶接用のカバー装置を示す図であり、図８に示した状態での中心軸方向の手前側（鏡板とは反対側）から見た状態のカバー装置を示す図である。

以下、本発明に係る液圧シリンダのレーザ溶接に用いられるカバー装置の具体的な実施形態について、図面を用いて説明する。

＜油圧シリンダ＞
図１はクレーンのブーム及びジブの伸縮や起伏、アウトリガーの張り出し等に用いられる油圧シリンダ１０におけるシリンダ１の概略を示す外観斜視図、図２は図１に示したシリンダ１のチューブ２と鏡板３とを示す、接合前の状態を示す斜視図、図３は図１に示したシリンダ１の中心軸Ｃを含む縦断面図、図４はチューブ２と鏡板３とが接合された後のシリンダ１を示す図３相当の縦断面図である。なお、本発明に係るカバー装置が適用される液圧シリンダは、クレーンに用いられるものに限定されない。

図１に示した油圧シリンダ１０は、レーザ溶接（レーザアークハイブリッド溶接を含む。以下、同じ。）される際に用いられる本発明に係るカバー装置が適用される液圧シリンダの一例である。図示の油圧シリンダ１０は、内部に、図示しないピストンが配置されるシリンダ１を有する。シリンダ１は、円筒状のチューブ２とチューブ２の一方の端部を塞ぐ端板として機能する鏡板３とを備えている。

鏡板３は、図２に示すように、円板状の端板３ａと、端板３ａの外周部から、端板３ａの中心軸Ｃの方向に突出した円筒状の周壁３ｂとを有する形状である。周壁は３ｂは、チューブ２を形成する円筒の周壁と同じ外径で形成されている。これにより、鏡板３の周壁３ｂの端面３ｃと、チューブ２の周壁の端面２ｃとは、中心軸Ｃを同軸にした状態で対向する。

そして、図３に示すように、両端面３ｃ，２ｃが突き合された部分（突き合わされた部分１ａ）を、図１に示すレーザ溶接装置３０によって、中心軸Ｃ回りの周方向Ｒの全周に亘って溶接することで、図４に示すように、チューブ２と鏡板３とが溶接部４によって一体に接合されて、シリンダ１を形成する。

＜カバー装置の構成＞
図５，６，７，８，９は図１−４に示した油圧シリンダ１０のレーザ溶接用のカバー装置２０を示す図であり、図５は突き合わされた部分１ａよりも中心軸Ｃ方向の手前の位置にあるときのカバー装置２０を示す図３相当の縦断面図、図６は図５に示した状態での中心軸Ｃ方向の手前側から見た状態のカバー装置２０を示す。

図７はカバー装置２０のカバー部材２３が中心軸Ｃ方向において突き合わされた部分１ａの位置にあり、かつチューブ２の内周面２ｄ及び鏡板３の内周面３ｄに接していない状態を示し、図８はカバー装置２０のカバー部材２３が突き合わされた部分１ａを中心軸Ｃ方向に跨ぐように、チューブ２の内周面２ｄ及び鏡板３の内周面３ｄに接している状態を示す。図９は図８に示した状態での中心軸Ｃ方向の手前側（鏡板３とは反対側）から見た状態のカバー装置２０を示す。

カバー装置２０は、図１に示すように、シリンダ１をチューブ２及び鏡板３の外側から、これらの突き合わされた部分１ａをレーザ溶接装置３０でレーザ溶接する際に、チューブ２及び鏡板３の内側に配置される。カバー装置２０は、レーザ溶接の際に、チューブ２及び鏡板３の内側に飛散するスパッタやヒュームを一定範囲に制限するためのものであり、図８，９に示すように、シリンダ１の内側空間において、突き合わされた部分１ａの全周に亘って、突き合わされた部分１ａを中心軸Ｃ方向に跨ぐように、チューブ２の内周面２ｄ及び鏡板３の内周面３ｄに接して配置される。

カバー装置２０は、カバー部材２３と、サポート部材２１と、伸縮シリンダ２２と、を備えている。サポート部材２１は、図５に示すように、チューブ２の、突き合わされた部分１ａとは反対側（中心軸Ｃ方向の反対側）の開口から、図７，８に示す、チューブ２の内側空間の突き合わされた部分１ａに対応する位置まで、中心軸Ｃ方向に沿って延びる。サポート部材２１は、例えば図６，９に示すように、円筒状に形成されている。サポート部材２１は、中心軸Ｃに沿った長手方向に伸縮するものであってもよいし、長手方向の寸法が一定の、伸縮しないものであってもよい。

サポート部材２１の先端の近傍の外周面２１ｂには、図６，９に示すように、伸縮シリンダ２２（変位機構の一例）が設けられている。伸縮シリンダ２２は、中心軸Ｃ回りの角度間隔が例えば９０［度］の等角度間隔で４個設けられている。各伸縮シリンダ２２の一端にはカバー部材２３が固定されていて、他端はサポート部材２１の外周面２１ｂに固定されている。

各伸縮シリンダ２２は、サポート部材２１の内部の空間に配索されたエア配管２６を通じて供給されるエアにより伸び、エア配管２６を通じてエアが排出されることにより縮む。伸縮シリンダ２２の伸びにより、一端に固定されたカバー部材２３を、中心軸Ｃから半径方向に離れるように変位させ、伸縮シリンダ２２の縮みにより、一端に固定されたカバー部材２３を、中心軸Ｃに近づけるように方向に変位させる。

伸縮シリンダ２２が最も縮んだ状態のとき、カバー部材２３は、図６に示すように、チューブ２の内周面２ｄ及び鏡板３の内周面３ｄから離れた状態であり、伸縮シリンダ２２が最も伸びた状態に至る前に、カバー部材２３は、図９に示すように、チューブ２の内周面２ｄ及び鏡板３の内周面３ｄに接した状態となる。

なお、４つの伸縮シリンダ２２は、中心軸Ｃ回りに等角度間隔で配置されているものでなくてもよく、不等角度間隔で配置されていてもよい。また、伸縮シリンダ２２は、４つ配置されているものでなくてもよく、２つ以上であれば、３つでも、５つ以上であってもよい。

また、カバー部材２３を内周面２ｄ，３ｄに接した接触状態と、カバー部材２３を内周面２ｄ，３ｄから離した非接触状態とを切り替える変位機構であれば、伸縮シリンダ２２という形式のアクチュエータでなくてもよい。すなわち、伸縮シリンダ２２に代えて、複数のリンクを組み合わせたリンク機構であってもよい。

カバー部材２３は、図８に示すように、突き合わされた部分１ａを中心軸Ｃ方向に跨ぐように、チューブ２の内周面２ｄ及び鏡板３の内周面３ｄに接して配置される、樋状（断面が、Ｕ字状や角張ったＵ字状で長手方向に延びた形状）に形成されている。カバー部材２３は、図９に示すように、長手方向（周方向）の全長に亘って、外周縁２３ａがチューブ２の内周面２ｄ及び鏡板３の内周面３ｄに接するように、円弧形状に形成されている。

また、周方向に互いに隣り合う２つのカバー部材２３は、長手方向の端部の一部同士が重複（ラップ）している。この結果、隣接する２つのカバー部材２３は、樋の内側の深さに、カバー部材２３の板厚分の差が形成されている。これにより、カバー部材２３には、樋の深さが浅いカバー部材２４と樋の深さが深いカバー部材２５とがあり、図９に示すように、浅い深さのカバー部材２４の両隣には深い深さのカバー部材２５，２５が配置され、深い深さのカバー部材２５の両隣には浅い深さのカバー部材２４，２４が配置されている。

伸縮シリンダ２２が縮んでいるときは、カバー部材２３は、図６に示すように、外周縁２３ａ（カバー部材２４の外周縁２４ａ、カバー部材２５の外周縁２５ａ）は、図６に示すように、チューブ２の内周面２ｄ及び鏡板３の内周面３ｄから離れている。このとき、互いに隣接している２つのカバー部材２３，２３（カバー部材２４，２５）が周方向にラップしている長さＳは、伸縮シリンダ２２が伸びているとき（図９参照）のラップしている長さＳよりも長い。

したがって、伸縮シリンダ２２が縮んでいる状態では、４つのカバー部材２３で形成される周方向の長さが、チューブ２の内周面２ｄの周長よりも短くなり、カバー部材２３は全周に亘って、チューブ２の内周面２ｄから離れた状態となる。

＜カバー装置の作用＞
次に、本実施形態のカバー装置２０の作用について説明する。

シリンダ１のチューブ２と鏡板３とがレーザ溶接装置３０によりレーザ溶接される場合、まず、図３に示すように、チューブ２と鏡板３とが、端面２ｃ，３ｃが突き合わされた状態に保持される。この状態で、図５に示すように、チューブ２の、突き合わされた部分１ａとは反対側の開口から、カバー装置２０が、チューブ２の内側空間に挿入される。このとき、伸縮シリンダ２２は縮んだ状態に保持されていて、カバー部材２３はチューブ２の内周面２ｄや鏡板３の内周面３ｄに接触せず、内周面２ｄ，３ｄが接触によって損傷するのを防止している。

シリンダ１のチューブ２と鏡板３とがレーザ溶接装置３０によりレーザ溶接される場合、まず、図３に示すように、チューブ２と鏡板３とが、端面２ｃ，３ｃが突き合わされた状態に保持される。この状態で、図５に示すように、チューブ２の、突き合わされた部分１ａとは反対側の開口から、カバー装置２０が、チューブ２の内側空間に挿入される。

このとき、サポート部材２１の先端の近傍に設けられた伸縮シリンダ２２は縮んだ状態に保持されている。このため、図６に示すように、カバー部材２３はチューブ２の内周面２ｄや鏡板３の内周面３ｄに接触しない。したがって、カバー部材２３が内周面２ｄ，３ｄに接触することによって損傷するのを防止している。

カバー装置２０のサポート部材２１が中心軸Ｃに沿って、鏡板３に向かってされに進み、やがて、図７に示すように、サポート部材２１の先端２１ｃが鏡板３の内面３ｅに突き当たる。サポート部材２１の先端から、中心軸Ｃ方向に沿った伸縮シリンダ２２が固定されている部分までの寸法は、鏡板３の内面３ｅから突き合わされた部分１ａまでの、中心軸Ｃ方向に沿った長さに設定されている。したがって、サポート部材２１の先端２１ｃが鏡板３の内面３ｅに突き当たった状態で、伸縮シリンダ２２の他端に固定されたカバー部材２３は、中心軸Ｃ方向において、突き合わされた部分１ａから半径方向に離れているが、対向した位置となる。

この状態で、エア配管２６から空気が伸縮シリンダ２２に供給されて伸縮シリンダ２２が伸びると、図８，９に示すように、カバー部材２３が、突き合わされた部分１ａを全周に亘って、中心軸Ｃ方向に跨いだ状態で、内周面２ｄ，３ｄに接する。

このとき、突き合わされた部分１ａの、シリンダ１の内側空間の臨んだ部分は、カバー部材２３の樋状の内側空間２３ｂ内に制限される。この結果、図１，８に示すように、突き合わされた部分１ａをシリンダ１の外側からレーザ溶接装置３０により、突き合わせ溶接を行うと、突き合わされた部分１ａの、シリンダ１の内側空間の臨んだ部分から飛散するレーザ溶接によって発生したスパッタやヒュームは、カバー部材２３の樋状の内側空間２３ｂ内に閉じ込められる。

レーザ溶接装置３０による、突き合わされた部分１ａの全周に亘るレーザ溶接が終了した後は、エア配管２６を通じて、伸縮シリンダ２２の空気が排出されて伸縮シリンダ２２は縮む。これにより、カバー部材２３が内周面２ｄ，３ｄから離れ、その状態で、サポート部材２１がシリンダ１の内側空間から引き抜かれる。このときも、カバー部材２３は内周面２ｄ，３ｄから離れているため、チューブ２の内周面２ｄは、カバー部材２３との接触による損傷を起こすことが無い。

シリンダ１の内側空間に飛散したスパッタやヒュームは、チューブ２の内周面２ｄ等に付着すると、チューブ２の内周面２ｄとの間で摺動するピストンの動きを阻害したり、作動油の漏れを発生したりするおそれがある。

しかし、本実施形態のカバー装置２０は、カバー部材２３により、突き合わされた部分１ａが臨む範囲を、狭い内側空間２３ｂ内に制限しているため、スパッタやヒュームが、その狭い内側空間２３ｂの外側に飛散するのを防止することができる。

このように、本実施形態のカバー装置２０を用いたレーザ溶接によれば、シリンダ１の内側空間のうち油圧シリンダ１０の動作範囲にスパッタやヒュームが付着しないため、内部に設けられるピストンとの摺動を良好な状態にすることができる。

また、本実施形態のカバー装置２０は、カバー部材２３が単一のものではなく、周方向に複数に分割されたもので構成され、かつ分割されたカバー部材２３ごとに設けられた伸縮シリンダ２２でカバー部材２３を変位させているため、カバー装置２０を、シリンダ１の内側空間で中心軸Ｃ方向に移動させる際に、カバー部材２３を内周面２ｄから簡単に離すことができる。

なお、本発明に係る液圧シリンダのレーザ溶接に用いられるカバー装置は、上述した実施形態のカバー装置２０のように、カバー部材２３が周方向に複数個に分割しているものではなく、単一のものであってもよい。この場合、例えば、カバー部材が、チューブ２の内周面２ｄ及び鏡板３の内周面３ｄの全周に対応して１周が繋がった一体形状のものとし、周方向の１か所又は２か所以上の一部分を、例えば蛇腹状に形成して、周方向の長さを変化できる構造とすればよい。

そして、蛇腹状に形成された部分を縮めた状態とすることで、カバー部材の周方向の長さを短くすることができ、複数個に分割した場合と同様の効果を得ることができる。

本実施形態のカバー装置２０は、カバー部材２３を樋状に形成して、その樋状の狭い内側空間２３ｂにスパッタやヒュームが飛散する範囲を制限したものであるが、カバー部材２３を、中心軸Ｃを中心とし、内周面２ｄを周縁とする円板状に形成して、突き合わされた部分１ａの、中心軸Ｃ方向の手前側のチューブ２の内周面２ｄにのみ接するものとしてもよい。

この場合、突き合わされた部分１ａからシリンダ１の内側空間に発生したスパッタやヒュームは、カバー部材２３で塞がれた部分よりも中心軸Ｃ方向の手前側（鏡板３とは反対側）には飛散しないが、カバー部材２３よりも鏡板３側の空間には広く飛散する。

しかし、スパッタやヒュームが飛散する空間は、ピストンと摺動する部分ではない。一方、ピストンが摺動する範囲は、カバー部材２３で塞がれた部分よりも中心軸Ｃ方向の手前側の範囲であるが、カバー部材２３で塞がれた範囲には、スパッタやヒュームが飛散しないため、油圧シリンダ１０の性能上、実質的に問題は生じない。

なお、カバー部材２３は単一の円板状でもよいが、上述した実施形態のカバー装置２０と同様に、円板を、周方向に複数個の扇形状の部分に分割し、変位機構により、各扇形状の部分であるカバー部材２３を、中心軸Ｃに対して傾斜するように変位させるようにすればよい。このように各扇形状のカバー部材２３を中心軸Ｃに対して傾けることで、カバー装置２０を中心軸Ｃ方向に変位させる際に、扇形状の外周縁が内周面２ｄに接触しないようにすることができ、内周面２ｄが損傷するのを防止又は抑制することができる。

１ シリンダ
１ａ 突き合わされた部分
２ チューブ
２ｄ 内周面
３ 鏡板
１０ 油圧シリンダ
２０ カバー装置
２１ サポート部材
２２ 伸縮シリンダ
２３ カバー部材
３０ レーザ溶接装置
Ｃ 中心軸
Ｒ 周方向

Claims (3)

1. 液圧シリンダのシリンダを構成する鏡板とチューブとを突き合わせて、その突き合わされた部分を、前記チューブの外側からレーザ溶接により突き合わせ溶接するときに用いられ、
   前記チューブの内側空間において、前記突き合わされた部分の全周に亘って、前記突き合わされた部分を前記チューブの軸方向に跨ぐように、前記チューブの内周面に接して配置される樋状に形成されたカバー部材と、
   前記チューブの、前記突き合わされた部分とは反対側の開口から、前記内側空間の前記突き合わされた部分に対応する位置まで、前記軸方向に延びるサポート部材と、
   前記サポート部材の外周面に、前記サポート部材の外周面の周方向に沿って複数設けられた、前記カバー部材に固定された一端が前記チューブの半径方向に変位して、前記カバー部材を、前記内周面に接した接触状態と前記内周面から離した非接触状態とを切り替える変位機構と、を備えた液圧シリンダのレーザ溶接に用いられるカバー装置。
2. 前記カバー部材は、前記内周面の断面輪郭形状に対応した複数個の円弧状のものに分割され、
   前記複数個のカバー部材が前記周方向に配列された状態で、前記突き合わされた部分の全周に亘って配置され、
   前記変位機構は、前記複数の前記カバー部材にそれぞれ対応して設けられている請求項１に記載の液圧シリンダのレーザ溶接に用いられるカバー装置。
3. 前記カバー部材は、前記非接触状態で、前記周方向に隣接する他のカバー部材と、前記円弧状の端部同士が重なっている請求項２に記載の液圧シリンダのレーザ溶接に用いられるカバー装置。