JP5312775B2 - 管体溶接装置 - Google Patents

Description

この発明は、金属製板状素材を円筒状に曲げ加工したワークの端面を周方向に突き合わせた状態で溶接する管体溶接装置に関する。

円筒状の金属製薄肉管体を形成する際には、金属製板状素材を略真円状に曲げ加工し、周方向に突き合わされた２端面を溶接する。２端面の溶接に使用する装置として、円筒状のワークが通過する貫通孔を備えた管体溶接装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。このような管体溶接装置では、貫通孔の一部に露出して溶接具を配置し、貫通孔をワークが通過する間に、所定の溶接位置でワークの突き合わせ部を溶接する。

貫通孔の内径はワークの外径に等しくされており、貫通孔の内周面はワークの外周面との接触によって磨耗する。これを放置すると貫通孔を通過する際にワークが回転又は半径方向に移動し、ワークが貫通孔をスムーズに通過できなくなるだけでなく、ワークと溶接具との位置関係に誤差を生じ、突き合わせ部を確実に溶接することができなくなる。

そこで、従来の管体溶接装置では、貫通孔を構成する溶接治具を貫通孔の軸方向に直交する平面内で右上側部材、左上側部材及び下側部材に分割し、貫通孔の内周面の磨耗状況に応じて右上側部材及び左上側部材を下側部材に近づけるようにしている。このため、従来の管体溶接装置は、右上側部材及び左上側部材を装置本体内で下側部材に対して移動自在に支持し、２本の調整ネジを備えている。２本の調整ネジは、それぞれ右上側部材及び左上側部材の移動方向に平行な方向に装置本体を貫通して右上側部材及び左上側部材に螺合している。調整ネジを回転させると、調整ネジと右上側部材及び左上側部材との螺合量が変化し、右上側部材及び左上側部材が下側部材に接近又は離間する。
特公平２−１５３１０号公報

しかしながら、従来の管体溶接装置では、貫通孔の内周面の磨耗量に応じた量だけ調整ネジを回転させて右上側部材及び左上側部材を下側部材に接近させる必要がある。このため、調整ネジの回転操作回数を少なくするためには磨耗量の測定が不可欠となるが、この測定は容易でない。一方、磨耗量の測定作業を不要とするためには貫通孔におけるワークの通過状態を検証しつつ調整ネジの回転操作を試行錯誤的に繰り返す必要がある。いずれにしても、従来の管体溶接装置では、右上側部材及び左上側部材を貫通孔の内周面の磨耗量に応じた適正な量だけ移動させる作業が煩雑になる。

この発明の目的は、貫通孔の内周面に磨耗を生じた場合にも煩雑な調整作業を必要とすることなく両部材の位置関係が常に適正になるようにし、ワークの突き合わせ部分を正確に溶接することができる管体溶接装置を提供することにある。

上記の課題を解決するために、この発明は、溶接治具、溶接具及び付勢手段を備えている。溶接治具は、互いに平行な２端面を周方向に突き合わせて筒状にしたワークが軸方向に通過する貫通孔を有し、互いの間に間隔を設けて配置される第１の部材と第２の部材とに上下方向に分割して構成されている。第１の部材及び第２の部材は、少なくとも一方を他方に対して接近及び離間する方向に移動自在にして互いの間に間隔を設けて配置されている。第１の部材は貫通孔の中心軸を含む第１の水平面を分割面とするとともに、第２の部材は第１の水平面との間に所定間隔を設けて第１の部材から離間した第２の水平面を分割面としている。所定間隔は、ワークの真円度が許容範囲を超えない長さである。溶接具は、貫通孔内の軸方向における所定の溶接位置で露出してワークの突き合わせ部に対向する。付勢手段は、貫通孔に前記ワークの一部が挿入された後に前記ワークの突き合わせ部が前記溶接位置を通過するまでの間にのみ、第１の部材及び第２の部材のうちの一方を他方に向けて付勢する。

この構成では、筒状のワークが貫通孔を通過する際に、貫通孔を構成する第１の部材と第２の部材とが付勢手段によって互いに接近する方向に付勢される。したがって、ワークとの接触によって貫通孔の内周面が磨耗した際に、磨耗量に応じた量だけ第１の部材と第２の部材とが接近し、ワークが回転又は半径方向に移動することがない。

この構成において、第１の部材又は第２の部材のいずれか一方を他方に向けて付勢する圧力を発生する圧力発生手段によって付勢手段を構成することができる。

この発明によれば、筒状のワークが貫通孔を通過する際に、貫通孔を構成する第１の部材と第２の部材とを互いに接近する方向に付勢することで、貫通孔の内周面の磨耗量に応じた量だけ第１の部材と第２の部材とを接近させることができる。貫通孔の通過時にワークが回転又は半径方向に移動することを防止でき、貫通孔の内周面に磨耗を生じた場合にも煩雑な調整作業を必要とすることなく、ワークの突き合わせ部分を常に正確に溶接することができる。

以下に、この発明の実施の形態について図面を参照して説明する。図１は、この発明の実施形態に係る管体溶接装置の斜視図である。この発明の実施形態に係る管体溶接装置１０は、金属製板材を素材とする筒状のワーク２０の突き合わせ部３０を軸方向に沿って溶接し、管体を製造する。ワーク２０は、予め矩形の板材を曲げ加工し、互いに平行な２端面を周方向に突き合わせた状態の筒状に形成されている。管体溶接装置１０は、本体１、溶接治具２、押圧部材３、溶接トーチ４、ガイド刃５を備えている。

本体１は、上側本体１Ａと下側本体１Ｂとに上下２分割にして形成された後に固定具７Ａ〜７Ｄ及び固定具８Ａ〜８Ｄを介して略直方体形状に一体化され、内部に溶接治具２を支持している。なお、固定具７Ｃ，７Ｄ，８Ｃ，８Ｄは図１には現れない。上側本体１Ａと下側本体１Ｂとの間には、空間が形成されている。

上側本体１Ａの上面１７には、貫通孔１１に貫通した凹部１８，１９が形成されている。凹部１８には、ガイド刃５が配置されている。凹部１９には、溶接トーチ４が配置されている。

ガイド刃５は、下端部に形成された貫通孔１１の軸方向に沿う刃部５１を、貫通孔１１内に露出させている。

溶接トーチ４は、この発明の溶接具であり、凹部１９に上方から挿入されて下端部が貫通孔１１の内周面に近接する位置に達している。溶接トーチ４は、貫通孔１１の周方向における下端部の位置がガイド刃５の刃部５１の位置に一致するように上側治具２Ａに保持されている。

押圧部材３は、一例として円形の板状を呈し、中心位置を貫通孔１１の中心に一致させて配置され、貫通孔１１の軸方向に沿って往復移動自在にされている。押圧部材３は、周面における等間隔の３箇所から半径方向に延出した腕部３１〜３３を備えている。腕部３１〜３３の外縁部を通る円弧の径は、ワーク２０の外径よりも大きい。腕部３１〜３３のそれぞれは、溝部１４〜１６に対向している。

図２（Ａ）及び（Ｂ）は、管体溶接装置に備えられる溶接治具の正面図及び側面断面図である。溶接治具２は、上側治具２Ａと下側治具２Ｂとに上下２分割にされている。上側治具２Ａ及び下側治具２Ｂは、それぞれこの発明の第１の部材及び第２の部材に相当する。上側治具２Ａ及び下側治具２Ｂの間に、貫通孔１１が形成される。

貫通孔１１は、内径がワーク２０の外径に略等しい。上側治具２Ａ及び下側治具２Ｂには、貫通孔１１の内周面の周方向における等間隔の３箇所に、軸方向の全長にわたる溝部１４〜１６が形成されている。なお、貫通孔１１の内径は、ワーク２０の挿入を容易にすべく、前面側から背面側に向かって徐々に小さくしてもよい。

上側治具２Ａは、貫通孔１１の径を内径とする円筒を上下方向に２等分した上側の部材に、溝部１４，１５、スリット２１、凹部２３、段部２４Ａ，２４Ｂを形成したものである。したがって、上側治具２Ａの下端面は、貫通孔１１の中心軸を通る水平面で構成されている。

下側治具２Ｂは、通孔１１の径を内径とする円筒を上下方向に２等分した下側の部材の上端面を上側治具２Ａとの間に形成すべき間隔だけ低下させ、溝部１６及び段部２５Ａ，２５Ｂを形成したものである。

上側治具２Ａ及び下側治具２Ｂの内周面の前端部には、前面側から背面側に向かって内径が小さくなる方向の傾斜面が形成されており、貫通孔１１へのワーク２０の挿入を容易にしている。

図１に示したように、スリット２１には、上方からガイド刃５が挿入される。凹部２３は凹部１９に連続するように形成されており、凹部２３には凹部１９に挿入された溶接トーチ４の先端部が配置される。

図３（Ａ）及び（Ｂ）は、管体溶接装置の正面断面図及び側面断面図である。上側本体１Ａには、貫通孔１１の軸方向に沿って半円弧状の内周面を有する凹部４１が、底面側に開放して形成されている。下側本体１Ｂには、貫通孔１１の軸方向に沿って略半円弧状の内周面を有する凹部４２が、上面側に開放して形成されている。凹部４１，４２のそれぞれの内径は、上側治具２Ａ及び下側治具２Ｂのそれぞれの外径に等しくされている。上側本体１Ａと下側本体１Ｂとは、凹部４１の内周面と凹部４２の内周面との中心が、貫通孔１１の中心軸に一致するように、互いの間に所定の間隔を設けて一体的に固定される。

凹部４１には、上側治具２Ａが収納される。上側治具２Ａを凹部４１内に収納した状態で、固定ボルト４３Ａ，４３Ｂを上側本体１Ａに底面側から螺合させる。固定ボルト４３Ａ，４３Ｂの頭部の高さは、段部２４Ａ，２４Ｂの高さに等しい。したがって、上側治具２Ａは、下端面の上下方向の位置が上側本体１Ａの底面に一致した状態で、固定ボルト４３Ａ，４３Ｂによって凹部４１内に固定される。

凹部４２には、下側治具２Ｂが収納される。下側治具２Ｂを凹部４２内に収納した状態で、固定ボルト４４Ａ，４４Ｂを下側本体１Ｂに上面側から螺合させる。固定ボルト４４Ａ，４４Ｂの頭部の高さは、段部２５Ａ，２５Ｂの高さよりも短い。したがって、下側治具２Ｂは、上端面の上下方向の位置が下側本体１Ｂの上面に一致した状態で、固定ボルト４４Ａ，４４Ｂの頭部の底面と段部２５Ａ，２５Ｂの底面との間に間隙Ｄが形成される。

なお、固定ボルト４３Ａ，４３Ｂ，４４Ａ，４４Ｂは、貫通孔１１の軸方向にそれぞれ複数ずつ配置される。

凹部４１内に上側治具２Ａを収納した上側本体１Ａと、凹部４２内に下側治具２Ｂを収納した下側本体１Ｂと、を固定具７Ａ〜７Ｄ（図３には、固定具７Ａ，７Ｂは現れない。）及び固定具８Ａ〜８Ｄ（図３には、固定具８Ａ，８Ｂは現れない。）を介して一体化すると、下側治具２Ｂは前面及び背面を固定具７Ａ〜７Ｄに案内されて間隙Ｄの範囲で上下方向に移動自在にされる。

下側本体１Ｂの凹部４２には、底部にプッシャ収納部５１及びシリンダ部５２，５３が上下方向に連続して形成されている。プッシャ収納部５１は、平面視において矩形を呈し、凹部４２内に開放している。シリンダ部５２，５３は、それぞれ平面視において円形を呈し、プッシャ収納部５１内に開放している。

プッシャ収納部５１内には、プッシャ９が下側本体１Ｂの上面側から嵌入する。プッシャ９の上面は、凹部４２の内周面に連続する円弧で形成されており、凹部４２内に収納された下側治具２Ｂの外周面に当接する。なお、プッシャ９の上面は、凹部４２の周方向に沿って凹部４２の内周面に外接する複数の傾斜面で形成することもできる。

プッシャ９の底面からは、ピストン９Ａ，９Ｂが貫通孔１１の軸方向に沿って突出している。プッシャ収納部５１内にプッシャ９を収納すると、ピストン９Ａ，９Ｂのそれぞれがシリンダ部５２，５３内に上方から嵌入する。このとき、ピストン９Ａ，９Ｂのそれぞれの底面とシリンダ部５２，５３の底面との間には空間が形成される。ピストン９Ａ，９Ｂのそれぞれには、上下方向の中間部に周方向に沿って溝部が形成されている。溝部には、一例として弾性体のＯリングが装着される。

シリンダ部５２，５３の底面には、下側本体１Ｂの背面に連通した空気流路５４が開放している。空気流路５４は、下側本体１Ｂの背面側でエアシリンダ５５に接続されている。エアシリンダ５５は、この発明の圧力発生手段であり、空気流路５４を経由してシリンダ５２，５３内に加圧空気を選択的に供給する。プッシャ９及びエアシリンダ５５は、この発明の付勢手段に相当する。

貫通孔１１内にワーク２０の一部が挿入された後に、溶接トーチ４によるワーク２０の突き合わせ部３０の溶接が完了するまでの間に、エアシリンダ５５から空気流路５４を経由してシリンダ５２，５３内に加圧空気が供給される。加圧空気からピストン９Ａ，９Ｂの底面に作用する圧力により、プッシャ９を介して下側治具２Ｂが上方の上側治具２Ａに向けて付勢される。

上側治具２Ａ及び下側治具２Ｂが形成する貫通孔１１の内径は、ワーク２０の外径に略等しくされている。突き合わせ部３０を溶接すべき複数のワーク２０が順次貫通孔１１を通過していくと、ワーク２０の外周面との接触によって貫通孔１１の内周面が磨耗する。このとき、エアシリンダ５５からシリンダ５２，５３に供給される加圧空気によって下側治具２Ｂが貫通孔１１の内周面の磨耗量に応じて上方に移動し、貫通孔１１の内周面は常にワーク２０の外周面に密着する。これによって、貫通孔１１内でワーク２０が回転したり軸方向に直交する面内で移動したりすることがなく、溶接トーチ４によって突き合わせ部３０を正確に溶接することができる。

貫通孔１１の内周面の磨耗が進行し、下側治具２Ｂの上方への移動量が間隙Ｄの長さに達すると、段部２５Ａ，２５Ｂが固定ボルト４４Ａ，４４Ｂの頭部に当接し、下側治具２Ｂの上方への移動は停止する。この状態で貫通孔１１の内周面の磨耗が所定量に達したと判断し、上側治具２Ａ及び下側部材２Ｂを交換する。したがって、間隙Ｄは、ワーク２０の真円度が許容できる範囲を超えることがない程度の長さに設定すべきである。

下側治具２Ｂの上方への移動は、段部２５Ａ，２５Ｂが固定ボルト４４Ａ，４４Ｂの頭部に当接するまでは、貫通孔１１内に位置するワーク２０との当接によって停止する。したがって、付勢手段による付勢力は、ワーク２０の強度に基づいて、下側治具２Ｂの上方への移動によってワーク２０が変形しない程度に設定すべきである。

管体溶接装置１０には、下側治具２Ｂの上方への移動量が間隙Ｄの長さに達したことを検出して報知する報知手段を設けてもよい。報知手段は、表示灯又はブザーによって構成することができる。

なお、管体溶接装置１０は、図１に示す状態から貫通孔１１の中心軸廻りに所定角度回転した状態で使用することもできる。

また、上側本体１Ａにもプッシャ収納部及びシリンダ部を設け、貫通孔１１の内周面の磨耗状態に応じて、上側治具２Ａ及び下側治具２Ｂの両方を互いに接近する方向に移動させるようにしてもよい。

上記の実施形態はいずれも一例であり、この発明はこれらに限定されるものではなく、この発明の範囲内で種々の変更を加えることが可能である。

例えば、上記の実施形態では、上側本体１Ａと下側本体１Ｂとを一体的に固定する固定具によって下側治具２Ｂの上下方向の移動を案内することとしたが、下側本体１Ｂと下側治具２Ｂとに互いに係合する凸部と溝部とを上下方向に形成してもよい。

また、圧力発生手段は、加圧した気体をシリンダ５２，５３に供給するエアシリンダ５５に限るものではなく、シリンダ５２，５３に加圧した液体を供給するものであってもよい。

この発明の実施形態に係る管体溶接装置の斜視図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、管体溶接装置に備えられる溶接治具の正面図及び側面断面図である。 （Ａ）及び（Ｂ）は、管体溶接装置の正面断面図及び側面断面図である。

符号の説明

１ 本体
１Ａ 上側本体
１Ｂ 下側本体
２ 溶接治具
２Ａ 上側治具
２Ｂ 下側治具
３ プッシャ
４ 溶接トーチ（溶接具）
１０ 管体溶接装置
１１ 貫通孔
２０ ワーク
３０ 突き合わせ部
５５ エアシリンダ（圧力発生手段）

Claims (2)

1. 互いに平行な２端面を周方向に突き合わせて筒状にしたワークが軸方向に通過する貫通孔を有する溶接治具と、前記貫通孔内の軸方向における所定の溶接位置に露出して前記ワークの突き合わせ部に対向する溶接具と、を備え、
   前記溶接治具は、前記貫通孔を含む範囲で上下に分割された第１の部材及び第２の部材で構成され、
   前記第１の部材及び前記第２の部材は、少なくとも一方を他方に対して接近及び離間する方向に移動自在にして互いの間に間隔を設けて配置され、前記第１の部材は前記貫通孔の中心軸を含む第１の水平面を分割面とするとともに、前記第２の部材は前記第１の水平面との間に所定間隔を設けて前記第１の部材から離間した第２の水平面を分割面とし、
   前記貫通孔に前記ワークの一部が挿入された後に前記ワークの突き合わせ部が前記溶接位置を通過するまでの間にのみ、前記第１の部材及び前記第２の部材が互いに接近するように付勢する付勢手段をさらに備え、
   前記所定間隔は、前記ワークの真円度が許容範囲を超えない長さである管体溶接装置。
2. 前記付勢手段は、前記第１の部材又は前記第２の部材のいずれか一方を他方に向けて付勢する圧力を発生する圧力発生手段である請求項１に記載の管体溶接装置。

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