JP2020104118A - 溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接トーチがハウジングに対する軸方向及び径方向に円滑に進退動する溶接装置を提供すること。【解決手段】溶接装置１０は、駆動手段Ｍ１〜Ｍ４のトルクによって、旋回台車旋回ギア４０が回転することにより、旋回台車４４がハウジング１２の周りを旋回し、リングギア５０，６０が旋回台車旋回ギア４０に対し回動することにより、トーチ軸方向移動機構２６とトーチ径方向移動機構２８が作動するように構成されている。旋回台車４４が、ハウジング１２に対し、溶接手段２０の自重で旋回台車旋回ギア４０が回転しない程度の抵抗手段８０を具えているので、溶接トーチ２２をハウジング１２に対する軸方向及び径方向に円滑に進退動させることができる。【選択図】図６

Description

本発明は、筒状の被溶接物、具体的には、配管（パイプ）を溶接するための装置（以下、単に、「溶接装置」という。）に関する。

従来、パイプの周方向へ溶接トーチを旋回させてパイプを溶接する溶接装置が知られている。一般的な溶接装置は、溶接トーチをパイプの周方向へ旋回させると、パイプの外周面上に溶接トーチに接続されている電力供給用電線が巻付くので、電力供給用電線をパイプの外周面上に溶接トーチの旋回方向と逆方向に予め巻付けておく必要がある。この種の溶接装置に見られる、電力供給用電線の巻付け作業は煩雑であり、効率的な溶接作業実現の障壁となっていた。

そこで、出願人は、以下に示す、電力供給用電線をパイプに予め巻付ける必要のない溶接装置を開発してきている。

特開２０１７−０４７４５８号公報 特開２０１８−１２２３６２号公報

特許文献１及び２の溶接装置は、基本的に同様の構成を具えている。具体的には、環状のハウジングが、軸方向に対向する面の周方向に連続する案内面をそれぞれ有し、溶接ヘッド旋回ギア及びリングギアが、その案内面に対する案内部材によってハウジングに対し回転可能に支えられている。そして、駆動手段から溶接ヘッド旋回ギア及びリングギアにトルクを伝達し、そのトルクを利用することにより、溶接トーチを具える溶接ヘッドを被溶接物の周りに旋回させ、溶接トーチをハウジングの軸方向及び径方向に進退動させ、溶接用ワイヤを送給させることができる。

しかしながら、特許文献１及び２の溶接装置においては、特に、旋回台車が垂下方向に旋回しているときであって、リングギアを回動させてトルク利用手段を作動させ、溶接トーチをハウジングに対して軸方向及び径方向に進退動させるとき、溶接トーチが円滑に動かないという現象が生じ得る。

そこで、本発明は、前述した従来技術の問題点に鑑み、溶接トーチがハウジングに対する軸方向及び径方向に円滑に進退動する溶接装置を提供することを目的とする。

本発明は、駆動手段、環状のハウジング、旋回台車、及び前記旋回台車に連結された、トルク利用手段及び溶接トーチを有する溶接手段を具え、
前記旋回台車に連結され、前記ハウジングに対し回転可能に設けられている旋回台車旋回ギアと、前記旋回台車旋回ギアに対し所定の角度以上回動可能に設けられる、少なくとも１枚のリングギアが配設され、
前記駆動手段のトルクによって、前記旋回台車旋回ギアが回転することにより、前記旋回台車がハウジングの周りを旋回するように構成され、
前記トルク利用手段が、前記溶接トーチを前記ハウジングの軸方向に進退動させるトーチ軸方向移動機構又は径方向に進退動させるトーチ径方向移動機構を含み、
前記駆動手段のトルクによって、前記リングギアが前記旋回台車旋回ギアに対し回動することにより、前記トーチ軸方向移動機構又はトーチ径方向移動機構が作動する溶接装置において、
前記旋回台車が、前記ハウジングに対し、前記溶接手段の自重で前記旋回台車旋回ギアが回転しない程度の抵抗手段を具えたことを特徴とする溶接装置によって前記課題を解決した。

従前の溶接装置では、特に、旋回台車が垂下方向に旋回しているとき、溶接手段の自重により、旋回台車と連結されている旋回台車旋回ギアが、同速で回転すべきリングギアに先んじて僅かに回転してしまい、トーチ軸方向移動機構又はトーチ径方向移動機構を作動させたときに溶接トーチが円滑に動かないという現象を生じさせることが判明した。本発明によれば、旋回台車が、ハウジングに対し、溶接手段の自重で旋回台車旋回ギアが回転しない程度の抵抗手段を具えているので、ハウジングの全周に亘って旋回台車を一定の速度で旋回させることができる。よって、旋回台車が垂下方向に旋回しているときであっても、溶接手段の自重により、旋回台車と連結されている旋回台車旋回ギアが、同速で回転すべきリングギアに先んじて僅かに回転してしまうことを防止することができるので、トーチ軸方向移動機構又はトーチ径方向移動機構を作動させたとき、溶接トーチを軸方向又は径方向に円滑に進退動させることができる。

また、ハウジングが、周方向に亘って配設されている環状電極を具え、抵抗手段が環状電極と摩擦する摩擦部材である構成とすれば、電極は、銅や真鍮というような硬度の高い物質で形成されているので、溶接装置の製品寿命を比較的延ばすことができる。

また、抵抗手段がハウジングと摩擦する摩擦部材である構成とすれば、様々なタイプの溶接装置に事後的に適用することもできる。

また、ハウジングが周方向に分割可能に構成されている場合、旋回台車旋回ギアが、分割されたハウジングのそれぞれに対する抵抗手段を具えている構成とすれば、旋回台車がハウジングの周方向のどの位置にあっても、旋回台車旋回ギアの溶接手段の自重による回転を防止することができる。

本発明の第一実施形態の正面図。 本発明の第一実施形態の側面図。 本発明の第一実施形態の背面図。 本発明の第一実施形態の軸方向一方のハウジングを取り外した状態の正面図。 本発明の第一実施形態の軸方向一方のハウジング及び溶接ヘッド旋回ギアを取り外した状態の正面図。 図４の６−６線断面図。 本発明の第一実施形態の抵抗手段の縦断面図。

本発明の実施例を図１〜７を参照して説明する。但し、本発明はこの実施形態に限定されるものではない。

まず、本発明の第一実施形態の溶接装置１０の基本的な構成について説明する。図１〜３は、それぞれ、溶接装置１０を示す正面図、側面図、背面図である。これらの図に示されているように、溶接装置１０は、環状のハウジング１２を具える。ハウジング１２は、周方向に複数設けられている固定部材１６によって、被溶接物の例であるパイプＰ１の外周面上に固定されている。また、ハウジング１２は、軸方向の対向面１３，１３（図６参照）を有するように構成されている。ハウジング１２は、連続した環状のものであってもよいが、溶接装置１０のハウジング１２は、図中の上下で２つに分割可能である（図では、連結具１４によって連結されている状態を示す。）。なお、ハウジングをさらに分割した構成とすることも可能である。

図２に示すように、パイプＰ１とＰ２を溶接する場合、溶接装置１０は、パイプＰ１とＰ２のいずれかに装着される（図では、Ｐ１に装着されている。）。ハウジング１２の軸方向の一方の側（図中右側）には、駆動手段である複数の電動機Ｍ１〜Ｍ４（図３も参照）が差動装置３０を介してハウジング１２に連結されている。一方、ハウジング１２の外径側には、溶接手段２０が位置し、ハウジング１２の軸方向の他方の側（図中左側）には、溶接手段２０に連結されている溶接トーチ２２が設けられている。溶接手段２０及び溶接トーチ２２は、パイプＰ１，Ｐ２などの被溶接物をアーク溶接するためのものである。なお、図２において、溶接装置１０の周方向にはカバーＣが取付けられている。

図３に示すように、ハウジング１２の電動機Ｍ１〜Ｍ４が装着される側の面には、溶接手段２０延いては溶接トーチ２２に電力を供給する電源供給導体（図示省略）が挿し込まれる電源供給体１８を具える。電力の供給方法としては、例えば、環状電極Ｅ（図６参照）を使用する方法が挙げられる。環状電極Ｅの素材としては、電気伝導性が高く、硬度の高い銅や真鍮等の物質を使用するのがよい。

図４に示すように、ハウジング１２の内側、すなわち、対向面１３，１３の間には、旋回台車旋回ギア４０が設けられている。なお、図４では、説明の便宜上、後述する第１乃至第３入力ギア５２，６２，７２の図示は省略している。旋回台車旋回ギア４０の内周面の全周には、内歯４８が形成されている。また、旋回台車旋回ギア４０の外周側には、溶接手段２０に連結される旋回台車４４が連結されている（図１，３も参照）。旋回台車旋回ギア４０は、後に説明するように、ハウジング１２に対して回転可能に設けられており、内歯４８と噛合う旋回入力ギア４２からトルクが伝達される。よって、旋回入力ギア４２を通じて旋回台車旋回ギア４０にトルクが伝達されると、旋回台車旋回ギア４０は回転し、旋回台車４４も旋回台車旋回ギア４０に連動して回転し、ハウジング１２の周りを旋回する。

図５，６に示すように、溶接装置１０は、第１乃至第３リングギア５０，６０，７０を具える。なお、図５では、説明の便宜上、前述した旋回入力ギア４２の図示は省略している。第１乃至第３リングギア５０，６０，７０の内周面の全周には、それぞれ、内歯５８，６８，７８が形成されている。第１乃至第３リングギア５０，６０，７０も、後述するように、ハウジング１２に対して回転可能であり、内歯５８，６８，７８とそれぞれ噛合うリング第１乃至第３入力ギア５２，６２，７２からトルクが伝達される。よって、第１乃至第３リング入力ギア５２，６２，７２を通じて第１乃至第３リングギア５０，６０，７０にトルクが伝達されると、第１乃至第３リングギア５０，６０，７０は回転する。また、後に説明するが、第１乃至第３リングギア５０，６０，７０は、旋回台車旋回ギア４０に対して、それぞれ、所定の角度のみ回動可能に設けられている。なお、リングギアは、トルク利用手段の個数に合わせて２枚以下又は４枚以上であってもよい。

図６に示すように、旋回台車旋回ギア４０の外周側に取付けられている旋回台車４４は、第１乃至第３リング出力ギア５４，６４，７４を軸支している。これにより、第１乃至第３リング出力ギア５４，６４，７４は、旋回台車旋回ギア４０と連動するように、旋回台車旋回ギア４０に連結されていることになる。第１乃至第３リング出力ギア５４，６４，７４は、それぞれ、第１乃至第３リングギア５０，６０，７０の外周面に形成される外歯５９，６９，７９と噛合っている。このため、旋回台車旋回ギア４０に対して異なる回転数でリングギア５０，６０，７０が回転又は回動したとき、第１乃至第３リング出力ギア５４，６４，７４にそれぞれトルクが出力される。なお、外歯５９，６９，７９は、第１乃至第３リングギア５０，６０，７０の外周面の全周に形成されていてもよいが、旋回台車旋回ギア４０に対して第１乃至第３リングギア５０，６０，７０が回動可能な角度の範囲内で、当該外周面の一部のみに形成した構成としてもよい。これにより、加工コストを低減させることができる。

第１乃至第３リング出力ギア５４，６４，７４に伝達されたトルクは、図１，２に示すように、溶接手段２０に設けられるトルク利用手段である、ワイヤ送給機構２４、トーチ軸方向移動機構２６、及びトーチ径方向移動機構２８にそれぞれ伝達される。

ワイヤ送給機構２４は、第１リング出力ギア５４の回転又は回動方向のトルクによって、ワイヤホルダ２４ａに巻き付けられた溶接用ワイヤ（図示省略）がワイヤガイド２４ｂへ送給されるように構成されている。

トーチ軸方向移動機構２６は、既知の直線運動変換機構（図示省略）を通じて、第２リング出力ギア６４から伝達されたトルクを直線運動に変換する。これにより、第２リング出力ギア６４の回転又は回動方向に応じて、溶接トーチ２２をハウジング１２の軸方向に進退動させる。

トーチ径方向移動機構２８は、既知の直線運動変換機構（図示省略）を通じて、第３リング出力ギア７４から伝達されたトルクを直線運動に変換する。これにより、第３リング出力ギア７４の回転又は回動方向に応じて、溶接トーチ２２をハウジング１２の径方向に進退動させる。

図６に示されているように、ハウジング１２は、軸方向の対向面１３，１３を有し、対向面１３，１３には、それぞれ、案内溝１１，１１が形成されている。図示は省略するが、案内溝１１，１１はハウジング１２の周方向の全周に連続して設けられている。ここで、旋回台車４４に、案内溝１１，１１内に嵌め込まれ、案内溝１１，１１の面上を転動するローラＲ（図４参照）を設ければ、旋回台車４４の、ハウジング１２に対する周方向の回転を案内することができる。なお、場合によっては、案内溝１１，１１を設けずに、ハウジング１２の外周面又は内周面を案内面として利用することもできる。

また、旋回台車４４は、抵抗手段８０を具えている。抵抗手段８０は、環状電極Ｅと摩擦する摩擦部材である。具体的には、図７に示すように、旋回台車４４に取付けられる基部８２と、基部８２に対して、ボルト等の連結部材８６を介して揺動可能に取付けられている摩擦部８４で構成されている。基部８２と摩擦部８４の間には、コイルばね等の付勢手段８８が設けられ、付勢手段８８により、摩擦部８４は環状電極Ｅに押付けられる。これにより、旋回台車４４が、ハウジング１２に対し、溶接手段２０の自重で旋回台車旋回ギア４０が回転しない程度の抵抗が付与される。かくして、旋回台車４４をハウジング１２の全周に亘って一定の速度で旋回させることができる。前述したように、環状電極Ｅは、銅や真鍮というような硬度の高い物質で形成されているので、抵抗手段８０を環状電極Ｅと摩擦する摩擦部材とすることにより、溶接装置１０の製品寿命を比較的延ばすことができる。なお、摩擦部８４と環状電極Ｅの間に、摩擦材を介在させることもできる。

このようにして、本発明の溶接装置１０では、旋回台車４４が垂下方向に旋回しているときであっても、溶接手段２０の自重により、旋回台車４４と連結されている旋回台車旋回ギア４０が、同速で回転すべきリングギア５０，６０，７０に先んじて僅かに回転してしまうことを防止することができる。よって、特に、トーチ軸方向移動機構２６又はトーチ径方向移動機構２８を作動させたとき、溶接トーチ２２を軸方向又は径方向に円滑に進退動させることができる。

抵抗手段８０の構成は、上述したものに限られるものではなく、また、抵抗手段８０がハウジング１２と摩擦する摩擦部材である構成とすることもできる。具体的には、例えば、案内溝１１，１１に摺動するゴム等の抵抗部材を設けることができる。本構成とすれば、溶接装置１０と同様の構成を有する溶接装置に対し、事後的に、抵抗手段を追加することができる。

また、溶接装置１０のように、ハウジング１２が周方向に分割可能に構成されている場合、旋回台車旋回ギア４０が、分割されたハウジング１２のそれぞれに対する抵抗手段を具えている構成とするのがよい。図示しての説明は省略するが、具体的には、旋回台車旋回ギア４０に、抵抗手段８０を具える他の旋回台車を追加するという構成とし得る。このような構成とすることで、溶接手段２０を具える旋回台車４４がハウジング１２の周方向のどの位置にあっても、旋回台車旋回ギア４０の溶接手段２０の自重による回転を防止することができる。

また、本発明の溶接装置は、上記に説明した溶接装置１０と対称の構成であってもよい。すなわち、第一に、旋回台車旋回ギアとリングギアがそれぞれの外周面の全周に外歯を具え、リングギアの内周面の少なくとも一部に内歯を具える。第二に、旋回入力ギアとリング入力ギアが旋回台車旋回ギアとリングギアの外歯に噛合うように設けられ、リング出力ギアがリングギアの内歯に噛合うように設けられる。第三に、溶接手段が旋回台車旋回ギアの内径側に設けられている、という構成であってもよい。また、本発明の溶接装置は、被溶接物のパイプの外周面上に固定されるものに限らず、固定部材を介してパイプの内側に固定されるものであってもよい。

なお、本発明の溶接装置は、被溶接物のパイプの外周面上に固定されるものに限らず、固定部材を介してパイプの内側に固定されるものであってもよい。また、本発明は、溶接トーチの替わりにバイトを取付けることにより、加工装置としても使用することができる。

以上に説明したように、本発明によれば、溶接トーチがハウジングに対する軸方向及び径方向に円滑に進退動する溶接装置を提供することができる。

１０ 溶接装置
１２ ハウジング
２０ 溶接手段
２２ 溶接トーチ
２６ トルク利用手段（トーチ軸方向移動機構）
２８ トルク利用手段（トーチ径方向移動機構）
４０ 旋回台車旋回ギア
４４ 旋回台車
５０，６０，７０ リングギア
８０ 抵抗手段
８４ 摩擦部材
Ｅ 環状電極
Ｍ１〜Ｍ４ 駆動手段

Claims (4)

1. 駆動手段、環状のハウジング、旋回台車、及び前記旋回台車に連結された、トルク利用手段及び溶接トーチを有する溶接手段を具え、
   前記旋回台車に連結され、前記ハウジングに対し回転可能に設けられている旋回台車旋回ギアと、前記旋回台車旋回ギアに対し所定の角度以上回動可能に設けられる、少なくとも１枚のリングギアが配設され、
   前記駆動手段のトルクによって、前記旋回台車旋回ギアが回転することにより、前記旋回台車がハウジングの周りを旋回するように構成され、
   前記トルク利用手段が、前記溶接トーチを前記ハウジングの軸方向に進退動させるトーチ軸方向移動機構又は径方向に進退動させるトーチ径方向移動機構を含み、
   前記駆動手段のトルクによって、前記リングギアが前記旋回台車旋回ギアに対し回動することにより、前記トーチ軸方向移動機構又はトーチ径方向移動機構が作動する溶接装置において、
   前記旋回台車が、前記ハウジングに対し、前記溶接手段の自重で前記旋回台車旋回ギアが回転しない程度の抵抗手段を具えたことを特徴とする、
   溶接装置。
2. 前記ハウジングが、周方向に亘って配設されている環状電極を具え、
   前記抵抗手段が前記環状電極と摩擦する摩擦部材である、請求項１の溶接装置。
3. 前記抵抗手段が前記ハウジングと摩擦する摩擦部材である、請求項１の溶接装置。
4. 前記ハウジングが周方向に分割可能に構成され、
   前記旋回台車旋回ギアが分割された前記ハウジングのそれぞれに対する抵抗手段を具えた、請求項１から３のいずれかの溶接装置。

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