JP2021133409A - 溶接ガン、スタッド溶接セット及びスタッド溶接方法 - Google Patents

Abstract

【課題】溶接ガンを握る作業者が溶接ガンの姿勢を操作して橋梁の鋼床版の下面に対してスタッドを溶接する場合に好適な溶接ガンを提供する。【解決手段】スタッド保持用のチャック２を軸方向に往復移動させるガン本体３と、フェルール保持用のフェルールグリップ４とを備える溶接ガン１において、ガン本体３が母材の溶接面ＭＰに対して垂直な向きとなるようにフェルール３０の周囲で溶接面ＭＰに軸方向に接触させられる垂直ガイド５と、垂直ガイド５と溶接面ＭＰが軸方向に接触させられた状態のときにフェルール３０の軸方向一端側の端面３０ａを溶接面ＭＰに押し付けた状態に保つプッシャー機構６とを採用する。【選択図】図１

Description

この発明は、アークスタッド溶接に用いる溶接ガン、この溶接ガンを備えるスタッド溶接セット、及びこのスタッド溶接セットを用いるスタッド溶接方法に関する。

橋梁に用いられる床版として、鋼製のフラットなデッキプレートの下面に、同じく鋼製の縦リブや横リブを配設して補強した鋼床版が知られている。このような鋼床版は、コンクリートの打設が不要なことや軽量であること等の理由から鉄筋コンクリート床版等に比べて現場施工が簡便であり、汎用されている。

鋼床版が疲労損傷し、デッキプレートと縦リブとの溶接部などがひび割れ、その亀裂がデッキプレートや溶接ビード内に進展する現象が生じる場合、これを補強する必要がある。例えば、鋼床版の下面にあるデッキプレートおよび縦リブにスタッドを溶接し、デッキプレートの下面および縦リブの側面に当てた補強板をこのスタッドにねじ込まれたナットにより固定する補強方法がある。

この補強方法においてスタッドの溶接作業を一般的なスタッド溶接方法で行う場合、作業者は、溶接ガンのハンドルグリップを片手で握りながら上向きの姿勢のままで作業を行う。このため、溶接ガンを鋼床版に対して垂直に接触させることが困難であり、ひいては精度の高い溶接が困難であって溶接不良の原因ともなる。特に鋼床版が縦断方向（車両進行方向）および横断方向（幅方向）に勾配をもつ場合、溶接ガンをこの勾配に対応させて片手で微妙に傾けながら作業をおこなうことになり、一層の困難をともなう。

このような困難に対応するため、ジャッキと複数のチルト機構とを備える溶接装置が提案されている。この溶接装置は、チルト機構やジャッキを操作して溶接ガンの姿勢や高さを調整することができる（特許文献１）。

特開２０１６−６８０８９号公報

しかしながら、水平又は水平に対して勾配をもった鋼床版の下面にスタッドを溶接する場合、特許文献１の溶接装置を用いると、１本のスタッドを溶接するごとに溶接装置のチルト機構やジャッキを操作することになるため、溶接ガンを握る作業者が溶接ガンの姿勢を操作するときに比して、溶接作業時間を要してしまう。

一方、水平又は水平に対して勾配をもった鋼床版の下面にスタッドを溶接する場合、溶接ガンを握る作業者が溶接ガンの姿勢を操作すると、溶接ガンの重量をフェルールと鋼床版の下面の接触部に作用させて当該接触を安定させることができない。この接触が安定しないと、溶接時のガスや溶融金属の不正漏洩が生じて溶接不良に至る可能性がある。

上述の背景に鑑み、この発明が解決しようとする課題は、溶接ガンを握る作業者が溶接ガンの姿勢を操作して橋梁の鋼床版の下面に対してスタッドを溶接する場合に好適な溶接ガンを提供することである。

上記の課題を達成するため、この発明は、スタッド保持用のチャックを軸方向に往復移動させるガン本体と、フェルール保持用のフェルールグリップとを備える溶接ガンにおいて、前記ガン本体が母材の溶接面に対して垂直な向きとなるように前記フェルールの周囲で当該溶接面に軸方向に接触させられる垂直ガイドと、前記垂直ガイドと前記溶接面が軸方向に接触させられた状態のときに前記フェルールの軸方向一端側の端面を当該溶接面に押し付けた状態に保つプッシャー機構と、をさらに備える構成を採用した。

上記構成によれば、溶接ガンがフェルールの周囲で溶接面に軸方向に接触させる垂直ガイドを備えるので、溶接ガンを握る作業者が溶接ガンを母材の溶接面に向けて動かしてフェルール及びスタッドを溶接面に押し付けると、ガン本体が溶接面に対して傾くことが溶接面と垂直ガイドの接触で防止される。このため、水平又は水平に対して勾配をもった母材の下面である溶接面にスタッドを溶接する場合でも、溶接ガンを握る作業者が溶接ガンの姿勢を適切にし易くなる。その垂直ガイドと溶接面が軸方向に接触させられた状態のとき、その溶接ガンのプッシャー機構がフェルールの軸方向一端側の端面を溶接面に押し付けた状態に保つため、溶接ガンの重量をフェルールと溶接面の接触部に作用させることができない場合でも、その接触が安定する。

このように、この発明は、上記構成の採用により、溶接ガンを握る作業者が溶接ガンの姿勢を操作して橋梁の鋼床版の下面に対してスタッドを溶接する場合に好適な溶接ガンを提供することである。

この発明の実施形態に係る溶接ガンの正面図 図１に示す溶接ガンの平面図 図１に示す溶接ガンの部分左側面図 図１に示す溶接ガンに用いる固定板の斜視図 図４に示す固定板の左側面図 図１に示す溶接ガンに用いるフェルールグリップの斜視図 図６のフェルールグリップの左側面図 図１に示す溶接ガンにフェルールを保持させた状態を示す左側面図 図８のＩＸ−ＩＸ線の切断面で図８のフェルールを溶接面に押し付けた状態を示す部分断面図 図１に示す溶接ガンと共に使用するテンプレートを示す斜視図 図１０に示すテンプレートを溶接面に取り付けた状態を示す部分断面図 図１１の状態からフェルートとスタッドと溶接ガンの固定板を溶接面に押し付けた状態を示す部分断面図 図１２の状態から溶接ガンを作動させてスタッド溶接する状態を示す部分断面図 テンプレートの変更例を示す斜視図 図１４に示すテンプレートの使用例を示す断面図

以下、この発明の一例としての実施形態に係る溶接ガンを図１〜図９に基づいて説明する。

図１、図２に示す溶接ガン１は、スタッド保持用のチャック２を軸方向に往復移動させるガン本体３と、フェルール保持用のフェルールグリップ４と、ガン本体３を母材の溶接面ＭＰに対して垂直な向きに配置するための垂直ガイド５と、フェルールグリップ４を溶接面ＭＰに向けて付勢するためのプッシャー機構６と、を備える。

溶接面ＭＰは、例えば、水平又は水平に対して勾配をもった鋼床版の下面からなる。

ガン本体３は、チャック２を着脱可能なシャフト７と、ハンドルグリップ８とを有する。ガン本体３のハウジング内には、シャフト７を軸方向に進退させるためのソレノイド、制御回路等（図示省略）が収容されている。

シャフト７とチャック２は所定の同心性をもって連結されるので、これらの軸線（図示省略。以下、同じ。）は、同一の直線上にあると考えてよい。ここで、軸方向は、その軸線に沿った方向のことをいう。図１において左右方向が軸方向に相当し、以下では、その左側を軸方向一端側とし、その右側を軸方向他端側とする。また、シャフト７の軸線に対して垂直な方向のことを径方向といい、その軸線回りの円周方向のことを周方向という。

ガン本体３のハンドルグリップ８は、作業者（図示省略。以下、同じ。）が片手で握る部位となる。ハンドルグリップ８は、シャフト７の軸線に対して交差する方向に突出している。

ハンドルグリップ８の突出端面にケーブルホルダ９が接続されている。ケーブルホルダ９は、ガン本体３に接続するケーブル１０、１１を保持する。ケーブル１０は、アーク放電用の電気を流すための溶接ケーブルになっている。ケーブル１１は、ハンドルグリップ８からガン本体３内に導入された制御ケーブルになっている。

ケーブルホルダ９は、その内部にケーブル１０、１１を通すため、二分割可能なケース状になっている。ケーブルホルダ９の軸方向他端側には、ケーブル１０、１１を軸方向他端側に向けて取り出すホルダ口部９ａが設けられている。溶接ガン１を水平に対して上向き又は傾けた姿勢にしたとき、ケーブルホルダ９から軸方向他端側に取り出されたケーブル１０、１１が大きく垂れさがらず、ハンドルグリップ８を握る作業者（以下、ガン操作員という。）の邪魔になり難い。

ハンドルグリップ８には、ガン本体３を作動させるためのスイッチ１２が配置されている。ガン操作員がスイッチ１２を押すと、ガン本体３は、ケーブル１０、１１から供給される電力及び制御信号に基づいてシャフト７を所定時間だけ軸方向他端側に後退させ、その後、軸方向一端側へ復帰させるようになっている。その後退に際し、ケーブル１０にアーク放電用の電気が流れることになる。

ガン本体３のブラケット１３に一対のレグ１４が固定されている。レグ１４は、軸方向に延びる棒材からなる。一対のレグ１４は、シャフト７の両側に配置されている。一対のレグ１４の軸方向一端に絶縁板１５が接続されている。絶縁板１５は、レグ１４の雌ねじ部（図示省略）にねじ込むボルト１６によって、レグ１４と締結されている。

絶縁板１５は、チャック２を取り囲む内周部を有する絶縁材からなる。絶縁板１５は、四角を丸めた略矩形板状になっている。絶縁板１５の軸方向両端の各端面は、径方向に沿っている。

絶縁板１５の外周に補助グリップ１７が接続されている。補助グリップ１７は、絶縁板１５からハンドルグリップ８と同方向に突出している。補助グリップ１７は、絶縁板１５によって絶縁されている。ガン操作員は、補助グリップ１７とハンドルグリップ８を握って溶接ガン１を両手で操作することができ、片手操作に比して溶接ガン１の姿勢を操作し易い。

絶縁板１５の軸方向一端側の端面に一対の延長部材１８が接続されている。延長部材１８は、例えば、軸方向に延びるパイプから構成して、軽量化を図ることが好ましい。延長部材１８の軸方向両端の各端面は、径方向に沿っている。

これら一対の延長部材１８の軸方向一端に固定板１９が接続されている。絶縁板１５と一対の延長部材１８と固定板１９は、図３に示す一対の雄ねじ部材２０によって締結されている。雄ねじ部材２０は、絶縁板１５の雌ねじ部（図示省略）にねじ込まれている。

図１に示すように、固定板１９から軸方向他端側に向かって一対の直動ガイド２１が延びている。固定板１９は、フェルールグリップ４に対して軸方向一端側に配置されている。フェルールグリップ４は、一対の直動ガイド２１によって軸方向に移動可能に支持されている。フェルールグリップ４を軸方向一端側に向けて付勢する弾性部２２が配置されている。

固定板１９は、図１、４、５に示すように、内周１９ａを有する板状になっている。フェルールグリップ４は、図１、６、７に示すように、内周４ａを有する板状になっている。図１、３に示すフェルールグリップ４の内周４ａと固定板１９の内周１９ａの各中心軸は、チャック２の軸線と同一直線上に設定されている。フェルールグリップ４の内周４ａは、図８、９に示すように、筒状のフェルール３０の軸方向位置を保ちつつ、フェルールグリップ４に対して所定の同軸度に保つ。

フェルール３０の内側にスタッド４０が通される。スタッド４０は、溶接面ＭＰに溶接される棒状の金属部材であり、例えば、頭付きスタッド、異形スタッド、ねじ付きスタッド（いわゆるスタッドボルト）が挙げられる。

フェルール３０は、アーク発生中に空気を遮断して溶融金属と空気の反応を防ぎ、同時に発生熱を集中し、冷却速度を緩やかにする役目と、スタッド４０を溶接面ＭＰの溶融池に押し込んだとき、溶融金属をフェルール３０の内側に閉じ込め、スタッド４０の溶接部の周りにできるカラーの鋳型の役目とを果たす。フェルール３０は、一般には、耐熱性の磁器からなり、溶接後、軽く衝撃を与えて除去される。

フェルール３０の外周は、軸方向一端側を大径部とし、軸方向他端側を小径部とした段付き丸筒状になっている。フェルール３０の軸方向一端側の端面３０ａは、フェルール３０を平坦面状の溶接面ＭＰに対して垂直な向きに立てることができるように周方向に一定ピッチで形成されている。周方向に隣り合う端面３０ａ間は溝部３０ｂになっている。溝部３０ｂは、アーク放電時にフェルール３０の内側の圧力を逃がすための通路になる。溝部３０ｂは、フェルール３０の軸線上に放射中心を定めた放射状に延びている。

フェルールグリップ４の内周４ａは、図６〜９に示すように、周方向に一定ピッチで形成された凹面４ａ１と、周方向に隣り合う掴み面４ａ２とで形成されている。

フェルールグリップ４の内径ｄ_４は、周方向に一定ピッチの掴み面４ａ２に対する内接円の直径に相当し、フェルール３０の外周小径部に対して締め代をもった寸法に設定されている。これら掴み面４ａ２と、フェルール３０の外周小径部との間の摩擦によってフェルール３０の軸方向移動が防止され、特に、フェルール３０の段部と各掴み面４ａ２との接触でフェルール３０の軸方向他端側への移動が阻止される。掴み面４ａ２の周方向の両端面は、面取り状になっている。これは、フェルール３０を押し込む際の損傷を防止するためである。

フェルールグリップ４の凹面４ａ１は、掴み面４ａ２に保持されたフェルール３０との間に隙間を形成する。凹面４ａ１とフェルール３０間の隙間は、溝部３０ｂから逃がす圧力で生じる噴流を大気に放散し易くするためのものである。凹面４ａ１は、円孤面状になっている。これは、凹面４ａ１の形状を回転工具によって簡単に形成するためであって、他の面形状にしてもよい。

フェルールグリップ４の軸方向一端側の端面４ｂは、径方向に沿っている。フェルールグリップ４は、その端面４ｂと固定板１９の軸方向接触によって軸方向一端側への移動が阻止される。

フェルールグリップ４の外周は、対向する一対の短辺部と、対向する二対の長辺部と、周方向に隣り合う長辺部同士の間に連続する一対の面取り部とで形成された略六角形状になっている。フェルールグリップ４は、一対の短辺部を一対の延長部材１８間に位置させる向きに配置されている。

フェルールグリップ４に一対のガイド孔部４ｃが形成されている。ガイド孔部４ｃは、直動ガイド２１に対して摺動する被案内面となる。ガイド孔部４ｃは、軸方向に沿った円筒面状になっている。ガイド孔部４ｃは、フェルールグリップ４の外周の面取り部と掴み面４ａ２との間に配置されている。

図８、９に示すように、固定板１９の内周１９ａは、フェルールグリップ４に保持されたフェルール３０の外周全周との間に隙間を形成する。この隙間は、溝部３０ｂから逃がす圧力で生じる噴流を固定板１９とフェルールグリップ４間の空間へ逃がすためのものである。

固定板１９の内周１９ａは、フェルール３０の外周との隙間の大きさを周方向に一定ピッチで変化させた形状である。固定板１９の内周１９ａとフェルール３０の外周間の隙間が径方向に比較的小さなところでは、フェルール３０の溝部３０ｂからの噴流が比較的流れにくくなる。

水平又は水平に対して勾配をもった鋼床版の下面にスタッド４０を溶接する場合、フェルール３０の内側で生じる溶融金属が重力の作用で流下し、フェルール３０の周囲への漏洩が多くなって溶融池が良好に形成されず、溶接不良を招く懸念がある。このような場合でも、固定板１９の内周１９ａの形状によってフェルール３０の周囲での圧力拡散を抑制すれば、溶融金属の漏洩を抑えることができ、良好な溶融池を得易くすることができる。

固定板１９の内周１９ａは、図５、８、９に示すように、周方向に一定ピッチで形成された円孤面１９ａ１と、周方向に隣り合う円孤面１９ａ１間に連なる中間面１９ａ２とで形成されている。固定板１９の内周１９ａの内径ｄ_１９は、各中間面１９ａ２に内接する円筒面の直径で規定されている。したがって、中間面１９ａ２とフェルール３０の外周間の径方向距離は、円孤面１９ａ１とフェルール３０の外周間の径方向距離よりも小さい。円孤面１９ａ１は、回転工具によって簡単に形成することができる。なお、フェルール３０の外周との隙間の大きさを変化させるための凹形状は、円孤面以外の他の面形状にしてもよい。

図４、５、９に示すように、固定板１９の軸方向両端の端面は、径方向に沿った平坦面状であって、内周１９ａの軸方向両端に連続している。固定板１９の軸方向一端側の端面１９ｂは、図１に示すように、溶接ガン１の軸方向一端に位置しており、図９に示すように、フェルール３０の周囲で溶接面ＭＰに軸方向に接触させられる。

図１、２、９に示すように、垂直ガイド５は、ガン本体３に固定された一対のレグ１４と、一対のレグ１４に固定された絶縁板１５と、絶縁板１５に固定された一対の延長部材１８と、一対の延長部材１８に固定された固定板１９とで構成されている。垂直ガイド５は、その固定板１９の軸方向一端側の端面１９ｂがフェルール３０の端面３０ａを取り込む全周に亘って径方向に幅広い領域で溶接面ＭＰに軸方向に接触させられるので、ガン本体３が溶接面ＭＰに対してどの方向に傾こうとしても、ガン本体３が溶接面ＭＰに対して垂直な向きとなるようにガン本体３の傾きを規制することができる。

固定板１９の外周は、図４、５、９に示すように、四角部を丸めた略矩形状になっている。固定板１９は、その略矩形状の第１の対角線上の位置に一対のザグリ穴部１９ｃを有し、第２の対角線上の位置に一対の雌ねじ部１９ｄを有する。

固定板１９のザグリ穴部１９ｃは、固定板１９の軸方向一端側の端面１９ｂから軸方向他端側に深さをもっている。一対のザグリ穴部１９ｃは、端面１９ｂから図３に示す雄ねじ部材２０を突出させないためのものである。

固定板１９の雌ねじ部１９ｄは、図２、３、９に示すように、直動ガイド２１を固定板１９に接続するためのものである。直動ガイド２１は、円筒部及び頭部を有する雄ねじ部材からなる。直動ガイド２１の円筒部は、フェルールグリップ４のガイド孔部４ｃに通されている。一対の直動ガイド２１の円筒部は、一対のガイド孔部４ｃとの接触によってフェルールグリップ４を固定板１９と所定の同軸度に保ち、また、フェルールグリップ４の移動を軸方向に案内する。

直動ガイド２１の頭部は、フェルールグリップ４の軸方向他端側の端面と軸方向に対向する。弾性部２２は、直動ガイド２１の頭部とフェルールグリップ４の軸方向他端側の端面との間に挟まれている。弾性部２２は、直動ガイド２１の円筒部に通されたコイルばねからなる。

図１、２に示すプッシャー機構６は、一対の直動ガイド２１と、一対の弾性部２２とで構成されている。プッシャー機構６は、一対の直動ガイド２１において固定板１９に取り付けられる。フェルールグリップ４は、プッシャー機構６と固定板１９によって軸方向に往復移動可能に保持される。

フェルールグリップ４の軸方向の往復ストロークの一端は、フェルールグリップ４が固定板１９と接触するときの位置である。一対の弾性部２２は、その往復ストロークの一端から軸方向他端側に変位したフェルールグリップ４を軸方向一端側に向けて付勢して、往復ストロークの一端の位置まで復帰させることができる。

また、フェルールグリップ４の軸方向の往復ストロークの他端は、図９に示すように固定板１９の軸方向一端側の端面１９ｂとフェルール３０の軸方向一端側の端面３０ａが溶接面ＭＰに軸方向に接触するときの位置である。溶接面ＭＰが水平に対して下向き（すなわち重力方向）又は水平に対して傾いた方向に向いた面であるとき、一対の弾性部２２は、図９に示すフェルール３０及びフェルールグリップ４の重量及びアーク放電時の圧力に抗してフェルール３０の軸方向一端側の端面３０ａを溶接面ＭＰに対して軸方向に押し付けた状態に保てる大きさの付勢力をフェルールグリップ４に与えることができる。

上述のように、図１〜９に示す溶接ガン１は、スタッド４０保持用のチャック２を軸方向に往復移動させるガン本体３と、フェルール３０保持用のフェルールグリップ４と、ガン本体３が母材の溶接面ＭＰに対して垂直な向きとなるようにフェルール３０の周囲で当該溶接面ＭＰに軸方向に接触させられる垂直ガイド５と、垂直ガイド５と溶接面ＭＰが軸方向に接触させられた状態のときにフェルール３０の軸方向一端側の端面３０ａを溶接面ＭＰに押し付けた状態に保つプッシャー機構６とを備えるものである。

ガン操作員が、溶接ガン１を溶接面ＭＰに向けて動かしてフェルール３０及びスタッド４０を溶接面ＭＰに押し付けると、溶接面ＭＰと垂直ガイド５の接触により、溶接面ＭＰに対するガン本体３の傾きが防止される。このため、水平又は水平に対して勾配をもった母材の下面である溶接面ＭＰにスタッド４０を溶接する場合でも、ガン操作員が溶接ガン１の姿勢を適切にし易くなる。その垂直ガイド５と溶接面ＭＰが軸方向に接触させられた状態のとき、プッシャー機構６がフェルールグリップ４を付勢してフェルール３０の軸方向一端側の端面３０ａを溶接面ＭＰに押し付けた状態に保つため、溶接ガン１の重量をフェルール３０と溶接面ＭＰの接触部に作用させることができない場合でも、その接触が安定する。

このような溶接ガン１を使用すれば、水平又は水平に対して勾配をもった母材の下面（溶接面ＭＰ）にスタッド４０を溶接する場合でも、ガン操作員が溶接ガン１の姿勢を操作して適切にし易く、しかも、フェルール３０と溶接面ＭＰの接触が安定するため、溶接精度の低下や溶接不良を防止することができる。したがって、溶接ガン１は、ガン操作員が溶接ガン１の姿勢を操作して橋梁の鋼床版の下面に対してスタッド４０を溶接する場合に好適なものといえる。

例えば、プッシャー機構６が、フェルールグリップ４を軸方向に移動可能に支持する直動ガイド２１と、軸方向他端側に変位したフェルールグリップ４を軸方向一端側に向けて付勢する弾性部２２とを有することにより、溶接ガン１の重量をフェルール３０と溶接面ＭＰの接触部に作用させることができない場合でも、フェルールグリップ４を付勢してフェルール３０の軸方向一端側の端面３０ａを溶接面ＭＰに押し付けた状態に保つことができる。

また、ガン本体３のハンドルグリップ８にケーブルホルダ９が接続されており、ケーブルホルダ９は、ガン本体３に接続するケーブル１０、１１を軸方向他端側に向けて取り出すものであることにより、溶接ガン１を水平に対して上向き又は傾けた姿勢にしたとき、ケーブルホルダ９から軸方向他端側に取り出されたケーブル１０、１１が大きく垂れさがらず、作業の邪魔になりにくい。このため、溶接ガン１は、橋梁の鋼床版の下面に対してスタッド４０を溶接する場合に良好な操作性を得ることができる。

また、垂直ガイド５が、フェルールグリップ４に対して軸方向一端側に配置された固定板１９を有し、固定板１９が、フェルールグリップ４に保持されたフェルール３０の外周全周との間に隙間を形成する内周１９ａを有し、固定板１９の内周１９ａが、フェルール３０の外周との隙間の大きさを周方向に一定ピッチで変化させた形状になっていることにより、水平又は水平に対して勾配をもった母材の下面（溶接面ＭＰ）にスタッド４０を溶接する場合でも、アーク放電時にフェルール３０の周囲で適切な圧力を確保し、フェルール３０の内側で発生した溶融金属の漏出を抑えて、良好な溶融池を得易くすることができる。したがって、溶接ガン１は、橋梁の鋼床版の下面に対してスタッド４０を溶接するのにより好適なものといえる。

また、固定板１９の内周１９ａが、周方向に一定ピッチで形成された円孤面１９ａ１と、周方向に隣り合う円孤面１９ａ１間に連なる中間面１９ａ２とで形成されており、固定板１９の内周１９ａの内径ｄ_１９が中間面１９ａ２で規定されていることにより、フェルール３０の外周との隙間の大きさを変化させるための凹形状加工を簡単な円孤面１９ａ１の加工で済む。このため、溶接ガン１は、固定板１９の調達コストを抑えることができる。

また、プッシャー機構６が、固定板１９に取り付けられており、フェルールグリップ４が、プッシャー機構６と固定板１９によって軸方向に往復移動可能に保持されていることにより、絶縁板１５側に保持させる場合に比して、フェルールグリップ４とプッシャー機構６と固定板１９をユニット化し、フェルールグリップ４と固定板１９の同軸性を確保することが容易である。したがって、溶接ガン１は、比較的にフェルールグリップ４を溶接面ＭＰに対して垂直な向きに保ち易くすることができる。

上述のような垂直ガイド５の固定板１９を備える溶接ガン１は、溶接面ＭＰに取り付けられるテンプレートを利用すれば、適切な配置を容易に実現することが可能である。

図１０に例示するテンプレート５０は、平板部５１と、平板部５１から軸方向他端側となる方に立てられた把持部５２と、平板部５１の軸方向一端側となる方の板面に固定された複数の永久磁石部５３と、永久磁石部５３と平板部５１を締結するねじ具５４とで構成されている。

平板部５１は、溶接ガン１の固定板１９を軸方向に嵌め込み可能な嵌合口部５１ａと、嵌合口部５１ａの軸方向他端側の縁から周囲に延びる板面部５１ｂと、ねじ具５４を通すための多数の貫通孔部５１ｃとを有する。

複数の永久磁石部５３が母材の溶接面ＭＰに磁気的に吸着することによって、テンプレート５０が着脱可能に溶接面ＭＰに取り付けられる。この取り付けによって、板面部５１ｂが平坦面状の溶接面ＭＰに対して平行に配置される。永久磁石部５３の数や配置を調整可能とするため、多数の貫通孔部５１ｃが分散配置されている。永久磁石部５３及び貫通孔部５１ｃの分散配置は、平板部５１の姿勢を板面部５１ｂと溶接面ＭＰが平行な状態に安定させられるように適宜に決定すればよい。

永久磁石部５３の軸方向一端側の端面から板面部５１ｂまでの軸方向幅は、固定板１９の軸方向幅と同一に設定されている。したがって、図１１のテンプレート５０が溶接面ＭＰに取り付けられた状態から、図１２中に実線で描くように、垂直ガイド５の固定板１９がテンプレート５０の嵌合口部５１ａに軸方向に嵌め込まれ、溶接面ＭＰに対して垂直な向きで接触させられた状態になると、固定板１９の外周１９ｆのうち、固定板１９の軸方向他端側の端面１９ｅと交わる軸方向他端縁の全周は、テンプレート５０の板面部５１ｂと径方向に対向し、これら固定板１９の外周１９ｆの軸方向他端縁全周と板面部５１ｂが溶接面ＭＰから同一高さに位置することになる。

一方、図１２中に一点鎖線で固定板１９の傾き姿勢を例示したように、固定板１９が溶接面ＭＰに対して傾いた接触状態の場合、固定板１９がテンプレート５０の板面部５１ｂに対して傾き、固定板１９の外周１９ｆが部分的にテンプレート５０の嵌合口部５１ａから軸方向他端側に食み出た状態となる。このような食み出た部分の有無によって固定板１９が溶接面ＭＰに対して垂直に接触させられているか否かを判別することができる。

その判別を目視で容易に行えるようにするため、固定板１９の外周１９ｆとテンプレート５０の板面部５１ｂは、互いに異なる色になっている。例えば、固定板１９の外周１９ｆは、明瞭な視認性を得るため、ＪＩＳ Ｚ ９１０３：２０１８ 「図記号?安全色及び安全標識? 安全色の色度座標の範囲及び測定方法」に準拠して着色してもよい。

図１０に示すように、溶接面ＭＰにけがき線ＭＬ１〜ＭＬ４が表示されている。けがき線ＭＬ１〜ＭＬ４は、図１１に示すスタッド４０を溶接すべき位置の中心点を示すためのものである。図１０に示すように、テンプレート５０は、複数の嵌合口部５１ａを有し、これら嵌合口部５１ａは、けがき線ＭＬ１〜ＭＬ４に対応した間隔で並んでいる。

また、テンプレート５０の板面部５１ｂには、けがき線ＭＬ１〜ＭＬ４に対応した方向及び間隔で複数のけがき線５１ｄ〜５１ｇが表示されている。けがき線５１ｄ〜５１ｇは、けがき針で引いてもよいし、インクで描いてもよい。

テンプレート５０の第１のけがき線５１ｄと第２のけがき線５１ｅは、互いに異なる方向であって嵌合口部５１ａの中心（図示省略。以下、同じ。）に対して交差する方向に延びている。

テンプレート５０の第１のけがき線５１ｄを溶接面ＭＰのけがき線ＭＬ１に合わせ、テンプレート５０の第２のけがき線５１ｅを溶接面ＭＰのけがき線ＭＬ２に合わせることにより、テンプレート５０の嵌合口部５１ａの中心がスタッド４０を溶接すべき位置の中心と対向するようにテンプレート５０の位置を定めることができる。

テンプレート５０の第３のけがき線５１ｆ、５１ｇは、第１のけがき線５１ｄ又は第２のけがき線５１ｅと平行な方向に延びている。平板部５１は、嵌合口部５１ａから離れた位置かつ第３のけがき線５１ｆ、５１ｇの延長上の位置に溶接面ＭＰを露出させる覗き窓部５１ｈを有する。第１のけがき線５１ｄを溶接面ＭＰのけがき線ＭＬ１に合わせ、テンプレート５０の第２のけがき線５１ｅを溶接面ＭＰのけがき線ＭＬ２に合わせる際、覗き窓部５１ｈを通して第３のけがき線５１ｆ、５１ｇを溶接面ＭＰの対応のけがき線ＭＬ３、ＭＬ４に合わせることにより、テンプレート５０の外周により近いところでも溶接面ＭＰに対するテンプレート５０の位置定めを行うことができる。

テンプレート５０の嵌合口部５１ａは、固定板１９の外周１９ｆを周方向に異なる複数の向きで嵌め込み可能な形状である。このため、固定板１９の向き（つまり溶接ガンの向き）を複数の中から選択して嵌合口部５１ａに嵌め込むことが可能なため、ガン操作員は、作業空間の都合に応じて溶接ガンの向きを選んで安定した姿勢を取り易い。また、テンプレート５０は、作業空間の都合に応じてテンプレート５０の向きを選んで溶接面ＭＰに取り付け易いものとなる。

具体的には、図４、５に示すように、固定板１９の外周１９ｆは、軸線に関して回転対称形になっており、図示例では４回対称形になっている。一方、図１０に示すテンプレート５０の嵌合口部５１ａは、固定板１９の外周１９ｆの形状を周方向に異なる向きで同心に重ねて投影した形状になっている。図示例では、固定板１９の向きをテンプレート５０に対して周方向に４５°ピッチで選択することができる。

図１に示す溶接ガン１と図１０に示すテンプレート５０を備えるスタッド溶接セットを用いたスタッド溶接方法の一例について説明する。ここでは、水平に対して下向き又は傾斜した平坦面状の溶接面ＭＰを想定し、その溶接面ＭＰには予め、図１０に示すけがき線ＭＬ１〜ＭＬ４を表示したものとする。

先ず、テンプレート５０を取り扱う作業者は、上述のように平板部５１のけがき線５１ｄ〜５１ｇを活用し、図１１に示すように、テンプレート５０の永久磁石部５３に溶接面ＭＰを吸着させ、テンプレート５０を適切な位置で溶接面ＭＰに取り付け、板面部５１ｂを溶接面ＭＰに対して平行に配置する（テンプレート取り付け工程）。

そのテンプレート５０の嵌合口部５１ａ付近を径方向から目視観察するための作業者（以下、監視員と呼ぶ。）を一人以上配置する。ガン操作員は、図１１に示すように、チャック２にスタッド４０を保持させ、フェルールグリップ４にフェルール３０を保持させた状態で、垂直ガイド５の固定板１９をテンプレート５０の嵌合口部５１ａに軸方向に嵌め込む作業を開始する。この開始時点では、スタッド４０及びフェルール３０が固定板１９よりも溶接面ＭＰ側に突出した状態にある。

その嵌め込み作業が進行すると、スタッド４０が溶接面ＭＰに軸方向一端側に向かって押し付けられることにより、チャック２が軸方向他端側に変位していく。遅れて、フェルール３０の軸方向一端側の端面３０ａが溶接面ＭＰに軸方向一端側に向かって押し付けられることにより、フェルール３０を受けるフェルールグリップ４と一対の直動ガイド２１の頭部に挟まれた一対の弾性部２２が圧縮され、これに伴い、フェルールグリップ４が固定板１９に対して軸方向他端側に移動させられる。さらに遅れて、固定板１９の軸方向一端側の端面１９ｂが溶接面ＭＰに軸方向一端側に向かって押し付けられて、図１２に示す状態となる。この際、監視員がテンプレート５０の嵌合口部５１ａ周囲を径方向から目視観察し、固定板１９の外周１９ｆが嵌合口部５１ａから軸方向他端側に食み出た部分の有無によって固定板１９が溶接面ＭＰに対して垂直に接触させられているか否かを判別する。監視員は、固定板１９の外周１９ｆの食み出し部分を視認した場合、その食み出し部分の方位から傾き修正方向をガン操作員に指示することができ、一方、固定板１９の外周１９ｆの食み出し部分が無い状態であることを視認した場合、ガン操作員に溶接開始の合図を送る（目視確認工程）。

その後、ガン操作員は、その溶接面ＭＰに対する溶接ガンの姿勢と固定板１９の押し付けを保ちつつ、図１に示すスイッチ１２を押す。すると、チャック２が図１２に示す位置から軸方向他端側に移動させられて、スタッド４０がフェルール３０に対して軸方向他端側に移動し、図１３に示す位置となる。この際、フェルール３０と溶接面ＭＰの接触がプッシャー機構６（直動ガイド２１、弾性部２２）で安定させられた状態にあり、スタッド４０と溶接面ＭＰ間においては、アーク放電が発生して溶融池が形成される。ここで、フェルール３０の内側の高圧が溝部３０ｂから逃げるが、その噴流（図中に矢線で示す）は、固定板１９の内周１９ａにぶつかり、固定板１９の内周１９ａとフェルール３０の外周間の隙間が比較的狭いところで流れが滞り、流下しようとする溶融金属の漏洩が抑えられる。やがて所定時間が経過すると、チャック２がガン本体３によって軸方向一端側に移動させられて、スタッド４０が溶融池に突っ込まれ、スタッド４０と溶接面ＭＰが溶接される。その溶接部をフェルール３０の内側で緩やかに冷却・凝固させる（溶接工程）。

上述のように、溶接ガン１と、母材の溶接面ＭＰに取り付けられるテンプレート５０とを備え、溶接ガン１が、スタッド４０保持用のチャック２を軸方向に往復移動させるガン本体３と、フェルール３０保持用のフェルールグリップ４と、ガン本体３が母材の溶接面ＭＰに対して垂直な向きとなるようにフェルール３０の周囲で当該溶接面ＭＰに軸方向に接触させられる垂直ガイド５と、垂直ガイド５と溶接面ＭＰが軸方向に接触させられた状態のときにフェルール３０の軸方向一端側の端面３０ａを溶接面ＭＰに押し付けた状態に保つプッシャー機構６とを備え、垂直ガイド５が、フェルールグリップ４に対して軸方向一端側に配置された固定板１９を有し、固定板１９が、フェルールグリップ４に保持されたフェルール３０の外周全周との間に隙間を形成する内周１９ａを有し、テンプレート５０が、溶接ガン１の固定板１９を軸方向に嵌め込み可能な嵌合口部５１ａと、嵌合口部５１ａの軸方向他端側の縁から周囲に延びる板面部５１ｂと、溶接面ＭＰに吸着する永久磁石部５３とを有し、固定板１９の外周１９ｆと板面部５１ｂが互いに異なる色になっており、永久磁石部５３によってテンプレート５０が溶接面ＭＰに取り付けられて板面部５１ｂが溶接面ＭＰに対して平行に配置され、かつ固定板１９が嵌合口部５１ａに軸方向に嵌め込まれて溶接面ＭＰに対して垂直な向きで接触させられた状態のとき、固定板１９の外周１９ｆの軸方向他端縁全周と板面部５１ｂが溶接面ＭＰから同一高さに位置するスタッド溶接セットを採用することにより（図１、１２参照）、水平に対して下向き又は傾斜した平坦面状の溶接面ＭＰ、例えば橋梁の鋼床版の下面に対して、テンプレート５０の着脱を容易とし、また、ガン操作員が溶接ガン１を垂直な向きにすることを容易とし、さらにプッシャー機構６でフェルール３０と溶接面ＭＰの接触を安定させてスタッド４０を適切に溶接することができる。

すなわち、テンプレート５０の永久磁石部５３を、水平に対して下向き又は傾斜した平坦面状の溶接面ＭＰに吸着させることによって、板面部５１ｂを当該溶接面ＭＰに対して平行に配置するテンプレート取り付け工程と、チャック２にスタッド４０を保持させかつフェルールグリップ４にフェルール３０を保持させた状態で溶接ガン１の固定板１９を当該配置されたテンプレート５０の嵌合口部５１ａに軸方向に嵌め込み、当該固定板１９と当該フェルール３０の軸方向一端側の端面３０ａを当該溶接面ＭＰに接触させ、当該テンプレート５０の嵌合口部５１ａから当該固定板１９の外周１９ｆが軸方向他端側に食み出た部分の有無を判別する目視確認工程と、を備えるスタッド溶接方法を行うことにより、橋梁の鋼床版の下面のような溶接面ＭＰに対して適切なスタッド溶接を容易に実施することができる。

また、このスタッド溶接セットは、テンプレート５０の板面部５１ｂに第１のけがき線５１ｄと第２のけがき線５１ｅが表示されており、これら第１のけがき線５１ｄと第２のけがき線５１ｅが、互いに異なる方向であって嵌合口部５１ａの中心軸線に対して交差する方向に延びていることにより（図１０参照）、溶接面ＭＰのけがき線ＭＬ１〜ＭＬ２を利用して、テンプレート５０をスタッド溶接すべき適切な位置に合わせることができる。

また、このスタッド溶接セットは、第１のけがき線５１ｄ又は第２のけがき線５１ｅと平行な方向に延びる第３のけがき線５１ｆ、５１ｇがテンプレート５０の板面部５１ｂに表示されており、テンプレート５０が、嵌合口部５１ａから離れた位置かつ第３のけがき線５１ｆ、５１ｇの延長上の位置に溶接面ＭＰを露出させる覗き窓部５１ｈを有することにより、溶接面ＭＰのけがき線ＭＬ３、ＭＬ４を利用して、テンプレート５０の外周により近いところでも溶接面ＭＰに対するテンプレート５０の位置定めを行うことができる。

また、このスタッド溶接セットは、テンプレート５０の嵌合口部５１ａが、固定板１９の外周１９ｆを周方向に異なる複数の向きで嵌め込み可能な形状になっていることにより、ガン操作員が作業空間の都合に応じて溶接ガン１の向きを選んで安定した姿勢を取り易くすることができ、また、テンプレート５０が作業空間の都合に応じてテンプレート５０の向きを選んで溶接面ＭＰに取り付け易いものとなる。

なお、橋梁の鋼床版の下面にスタッド溶接する場合、溶接すべき個所の近くにリブが存在するときがある。このようなときは、リブを活用して位置定めを行い易いテンプレートを採用すればよい。その一例を図１４、１５に示す。

図１４、１５に示すテンプレート６０は、平板部６１の短手方向一端から立ち上がる側板部６２と、側板部６２の貫通孔の周囲に固定された一対のナット部６４と、ナット部６４に対応の雄ねじ部材６５とを有する。

平板部６１は、その全長を短くするため、図１０例に比して、嵌合口部６１ａを長手方向の一端で切欠いた形状とし、板面部６１ｂに表示するけがき線を第１のけがき線６１ｄ及び第２のけがき線６１ｅだけとし、永久磁石部６３の取り付けに使用する貫通孔部６１ｃを平板部６１の長手方向の中央部だけに分散配置で形成し、覗き窓部を無くした点で相違している。

一対のナット部６４にねじ込む雄ねじ部材６５を回せば、雄ねじ部材６５の軸部が側板部６２から短手方向に突出する長さを調整することができる。

例えば、図１５に示すように、母材の溶接面ＭＰの近くで真っすぐ延びるリブＭＲに平行な一直線上に複数のスタッドを並べて溶接する場合、その一直線上に第２のけがき線６１ｅが位置するように雄ねじ部材６５の軸部の突出長さを予め調整しておき、一対の雄ねじ部材６５の軸部をリブＭＲの側面に突き当てるようにテンプレート６０を溶接面ＭＰに取り付けるだけで、短手方向に関してテンプレート６０の位置を簡単に定めることができる。

なお、今回開示された実施形態はすべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。例えば、可動片を省略し、揺動脚部が係合子を直接に受けるようにしてもよい。したがって、本発明の範囲は特許請求の範囲によって示され、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれることが意図される。

１ 溶接ガン
２ チャック
３ ガン本体
４ フェルールグリップ
５ 垂直ガイド
６ プッシャー機構
９ ケーブルホルダ
１０、１１ ケーブル
１４ レグ
１５ 絶縁板
１８ 延長部材
１９ 固定板
１９ａ 固定板の内周
１９ａ１ 円孤面
１９ａ２ 中間面
１９ｂ 固定板の軸方向一端側の端面
１９ｆ 固定板の外周
２１ 直動ガイド
２２ 弾性部
３０ フェルール
３０ａ フェルールの軸方向一端側の端面
４０ スタッド
５０、６０ テンプレート
５１ａ、６１ａ 嵌合口部
５１ｂ、６１ｂ 板面部
５１ｄ、６１ｄ 第１のけがき線
５１ｅ、６１ｅ 第２のけがき線
５１ｆ、５１ｇ 第３のけがき線
５１ｈ 覗き窓部
５３、６３ 永久磁石部
ＭＰ 溶接面

Claims (11)

1. スタッド保持用のチャックを軸方向に往復移動させるガン本体と、
   フェルール保持用のフェルールグリップと、
   を備える溶接ガンにおいて、
   前記ガン本体が母材の溶接面に対して垂直な向きとなるように前記フェルールの周囲で当該溶接面に軸方向に接触させられる垂直ガイドと、
   前記垂直ガイドと前記溶接面が軸方向に接触させられた状態のときに前記フェルールの軸方向一端側の端面を当該溶接面に押し付けた状態に保つプッシャー機構と、
   をさらに備えることを特徴とする溶接ガン。
2. 前記プッシャー機構が、前記フェルールグリップを軸方向に移動可能に支持する直動ガイドと、軸方向他端側に変位した前記フェルールグリップを軸方向一端側に向けて付勢する弾性部とを有する請求項１に記載の溶接ガン。
3. 前記ガン本体のハンドルグリップにケーブルホルダが接続されており、前記ケーブルホルダは、前記ガン本体に接続するケーブルを軸方向他端側に向けて取り出すものである請求項１又は２に記載の溶接ガン。
4. 前記垂直ガイドが、前記フェルールグリップに対して軸方向一端側に配置された固定板を有し、前記固定板が、前記フェルールグリップに保持されたフェルールの外周全周との間に隙間を形成する内周を有し、前記固定板の内周が、フェルールの外周との隙間の大きさを周方向に一定ピッチで変化させた形状になっている請求項１から３のいずれか１項に記載の溶接ガン。
5. 前記固定板の内周が、周方向に一定ピッチで形成された円孤面と、周方向に隣り合う円孤面間に連なる中間面とで形成されており、前記固定板の内周の内径が、前記中間面で規定されている請求項４に記載の溶接ガン。
6. 前記プッシャー機構が、前記固定板に取り付けられており、前記フェルールグリップが、前記プッシャー機構と前記固定板によって軸方向に往復移動可能に保持されている請求項４又は５に記載の溶接ガン。
7. 溶接ガンと、母材の溶接面に取り付けられるテンプレートとを備え、
   前記溶接ガンが、スタッド保持用のチャックを軸方向に往復移動させるガン本体と、フェルール保持用のフェルールグリップと、前記ガン本体が母材の溶接面に対して垂直な向きとなるように前記フェルールの周囲で当該溶接面に軸方向に接触させられる垂直ガイドと、前記垂直ガイドと前記溶接面が軸方向に接触させられた状態のときに前記フェルールの軸方向一端側の端面を前記溶接面に押し付けた状態に保つプッシャー機構とを備え、
   前記垂直ガイドが、前記フェルールグリップに対して軸方向一端側に配置された固定板を有し、前記固定板が、前記フェルールグリップに保持されたフェルールの外周全周との間に隙間を形成する内周を有し、
   前記テンプレートが、前記溶接ガンの固定板を軸方向に嵌め込み可能な嵌合口部と、当該嵌合口部の軸方向他端側の縁から周囲に延びる板面部と、前記溶接面に吸着する永久磁石部とを有し、
   前記固定板の外周と前記板面部が互いに異なる色になっており、
   前記永久磁石部によって前記テンプレートが前記溶接面に取り付けられて前記板面部が当該溶接面に対して平行に配置され、かつ前記固定板が前記嵌合口部に軸方向に嵌め込まれて当該溶接面に対して垂直な向きで接触させられた状態のとき、当該固定板の外周の軸方向他端縁全周と当該板面部が当該溶接面から同一高さに位置するスタッド溶接セット。
8. 前記テンプレートの板面部に第１のけがき線と第２のけがき線が表示されており、これら第１のけがき線と第２のけがき線が、互いに異なる方向であって前記嵌合口部の中心軸線に対して交差する方向に延びている請求項７に記載のスタッド溶接セット。
9. 前記第１のけがき線又は第２のけがき線と平行な方向に延びる第３のけがき線が前記テンプレートの板面部に表示されており、
   前記テンプレートが、前記嵌合口部から離れた位置かつ前記第３のけがき線の延長上の位置に前記溶接面を露出させる覗き窓部を有する請求項８に記載のスタッド溶接セット。
10. 前記テンプレートの嵌合口部が、前記固定板の外周を周方向に異なる複数の向きで嵌め込み可能な形状になっている請求項７から９のいずれか１項に記載のスタッド溶接セット。
11. 請求項７から１０のいずれか１項に記載のスタッド溶接セットの前記テンプレートの永久磁石部を、水平に対して下向き又は傾斜した平坦面状の前記溶接面に吸着させることによって、前記板面部を当該溶接面に対して平行に配置するテンプレート取り付け工程と、
    前記チャックにスタッドを保持させかつ前記フェルールグリップにフェルールを保持させた状態で前記溶接ガンの固定板を前記配置されたテンプレートの嵌合口部に軸方向に嵌め込み、当該固定板と当該フェルールの軸方向一端側の端面を当該溶接面に接触させ、当該テンプレートの嵌合口部から当該固定板の外周が軸方向他端側に食み出た部分の有無を判別する目視確認工程と、を備えるスタッド溶接方法。

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