JP5553462B1 - 帯状金属薄板の突合せ溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 ワーク両側端位置決め機構を帯状金属薄板の突合せ溶接装置に適用可能に小型化するとともに、細幅の帯状金属薄板であっても突合せセット時に曲がりを生じない、突合せ溶接装置を提供する。
【解決手段】 溶接トーチの移動方向と交差する方向に延びるバックバー１と、バックバー１の両側に沿って配設された一対のサイドガイドバー２，３と、バックバー１及びサイドガイドバー２，３を収容する凹溝を備えるベースブロック４と、を備え、バックバー１はベースブロック４に固定され、サイドガイドバー２及び３は上下動可能なように弾性部材により支持され、サイドガイドバー２，３の少なくとも一方が、バックバー１の側に弾性付勢されるとともに、ベースブロック４に螺入された雄螺子を遊嵌挿入する少なくとも２つのルーズホール３ａを備え、且つ、ベースブロック１の遊嵌収容されている。
【選択図】 図１

Description

本発明は、帯状金属薄板の両端部を突き合わせてＴＩＧ溶接する突合せ溶接装置に関する。

従来、帯状金属薄板の突合せ溶接装置は、図６に示すように、作業用のテーブル１００と、溶接トーチ１０１とを備えている。

溶接トーチ１０１は、装置本体１０２に水平方向に進退動可能に支持された可動フレーム１０３に支持されている。図６において、可動フレーム１０３が装置本体１０２から進出した状態を破線で示している。また、可動フレーム１０３には、図７に示すような押え金具１０４が、溶接すべき各々の帯状金属薄板Ｗ１、Ｗ２を同時に押圧できるように揺動可能に支持されている。溶接トーチ１０１もまた、可動フレーム１０３に可動フレーム１０３の長さ方向（水平方向）、及び上下方向に移動可能に支持されていて、帯状金属薄板Ｗ１，Ｗ２を幅方向に横切る方向に、溶接すべき一対の帯状金属薄板Ｗ１、Ｗ２の突合せ位置に沿って、所定高さ位置で移動しつつアーク放電してＴＩＧ溶接できるようになっている。テーブル１００には、バックバー１０５（裏当て金とも言う。）がボルト等によって取り外し可能に埋設されて固定されている（特許文献１〜５等）。

バックバー１０５の端部には、溶接トーチ１０１から発生する初期アークを受けてアークを安定させるとともに突合せ位置における一対の帯状金属薄板の位置合わせを行うスタートタブ１０６が、テーブル１００に埋設され、テーブル１００のテーブル面から僅かに突出するように設けられている。

帯状金属薄板の突合せ溶接装置に設けられているスタートタブ１０６は、一般的に上面が平坦面の円筒状をしていて、溶接すべき帯状金属薄板Ｗ１、Ｗ２の厚みより、僅かに（例えば０．２ｍｍ程度）高くなるように、テーブル１００に着脱可能に取り付けてある。そうすることで、極めて薄い（例えば５０μｍ）帯状金属薄板であっても、スタートタブ１０６に当接させて位置合わせし易くなっている。

しかしながら、例えば図８の拡大写真に見られるように、突合せ溶接された帯状金属薄板の突合せ溶接部分の幅方向端部において、ビードが形成されない未溶接部分が生じることがあった。

このような事象が生じる原因は、図９に誇張して示されるように、スタートタブ１０６の上面と溶接される帯状金属薄板Ｗの表面との間に高さＨの段差があるため、溶接トーチ１０１から発生するアークが、スタートタブ１０６から帯状薄板金属Ｗへ移行する際にスタートタブ１０６の方に引き寄せられ、帯状薄板金属Ｗへの移行が少し遅れることによると考えられる。すなわち、図９において、溶接トーチ１０１から発生させられるアークＡは、例えば、図９の（ａ）位置から（ｂ）位置へ移動している間はスタートタブ１０６上にあって、（ｂ）位置から図の右側に更に移動した時に瞬時に帯状薄板金属Ｗ上に移動すると考えられる。これは、溶接トーチ１０１から発生するアークＡがタングステン電極１０１ａから最短距離の位置で点孤するためと考えられる。

従って、帯状金属薄板Ｗの上面高さとスタートタブ１０６の上面高さとが一致していることが望まれる。

一方、本発明者は、ドラム缶や金属パイプを製作する水平型自動溶接装置において、突合せ溶接すべき金属板の上面高さとスタートタブの上面高さとを一致させるため、フレーム本体に支持された水平姿勢のマンドレルに金属板材製のワークを支持させ、ワークの両端を突き合せた状態でクランプ機構によりマンドレルの上面側に設けたバックバー上へ押圧固定し、その突合せ部を溶接装置により突合せ溶接するようにした水平型自動溶接装置に於いて、前記マンドレルに、ワークの両端がマンドレルの軸心方向へずれることなく、バックバー上で突き合されるようにワークの両側端の位置決めを行うワーク両側端位置決め機構を設け、前記ワーク両側端位置決め機構は、バックバーの一方の端部近傍位置でマンドレルの上面側に上下動自在に配設され、バックバー上のワークの上面よりも上方へ突出してワークの両端部の一方の側端が当接する溶接終点となるストッパータブと、バックバーの他方の端部近傍位置でマンドレルの上面側に上下動自在且つマンドレルの軸心方向へ移動自在に配設され、バックバー上のワークの上面よりも上方へ突出してワークの両端部の他方の側端が当接する溶接始点となるスライドタブと、ストッパータブ及びスライドタブをバックバー上のワークの上面よりも上方へ突出すべく附勢する弾性体と、スライドタブをストッパータブ側へ附勢する弾性体とを備えており、ストッパータブと弾性体によりストッパータブ側へ附勢されたスライドタブとの間でワークの両端部を両側方から挾持すると共に、ワークの端部をクランプ機構によりバックバー上へ押圧固定したときに、ストッパータブ及びスライドタブがクランプ機構によりマンドレル内に押し込まれ、ストッパータブ及びスライドタブの上面がワークの上面と面一になるように構成した水平型自動溶接装を提案している（特許文献６）。

特開平１１−３４７７９２号公報 特開２００１−４７２８１号公報 特開２００４−２８３８６６号公報 特開２００５−２６２３００号公報 特開２０１０−２０１４８８号公報 特許第４５３７９０２号公報

上記従来の水平型自動溶接装置のワーク両側端位置決め機構を帯状金属薄板の突合せ溶接装置に適用することも考えられるが、水平型自動溶接装置は溶接対象がドラム缶や金属パイプであって装置自体が大型であるため、前記ワーク両側端位置決め機構も部品点数が多く、帯状金属薄板の突合せ溶接装置の狭いテーブルに組み込むために小型化しようとしても、単に小型化しただけではワーク両側端位置決め機構を組み立てにくくなり、帯状金属薄板の突合せ溶接装置への適用が困難である。

また、従来のスタートタブやスライドタブは、溶接されるべく付き合わされた板材の突合せ部での両板材相互の位置ズレを調整するのみであるが、帯状金属薄板では、特にタブレット端末等の小型電子機器等に用いられる短幅の帯状金属薄板では、図１０に誇張して示すように、突き合わされた帯状金属薄板が相互に曲がり易く、突合せセット時に接合部に隙間が生じやすくなる。

そこで、本発明は、ワーク両側端位置決め機構を帯状金属薄板の突合せ溶接装置に適用可能に小型化するとともに、細幅の帯状金属薄板であっても突合せセット時に曲がりを生じない、突合せ溶接装置を提供することを主たる目的とする。

上記目的を達成するため、本発明は、一対の帯状金属薄板の端部同士を突き合わせ、突合せた一対の帯状金属薄板の其々を押え金具で押圧した状態で、前記帯状金属薄板を幅方向に横切る方向に溶接トーチを移動させて前記一対の帯状金属薄板の端部同士の突き合わせ部分をアーク溶接する、帯状金属薄板の突合せ溶接装置であって、前記溶接トーチの移動方向と交差する方向に延び、突合せ溶接すべき一対の帯状金属薄板を長さ方向に沿って載置するための帯状の載置面を備えるバックバーと、前記バックバーを挟んで該バックバーの両側に沿って並列状に延びるように配設された一対のサイドガイドバーと、前記バックバー及び前記一対のサイドガイドバーを収容する凹溝を備えるベースブロックと、を備え、前記バックバーは、前記ベースブロックの凹溝内に固定され、前記サイドガイドバーの各々は、前記ベースブロックに埋設された弾性部材により、其々の上面が前記バックバーの載置面より所定高さ高い所定高さ位置に支持されるとともに、前記押え金具により上から押えられることにより前記弾性部材を圧縮して前記バックバーの載置面上に載置された帯状金属薄板の上面と面一になるように沈下動可能に支持され、前記サイドガイドバーの少なくとも一方が、前記バックバーの側に弾性付勢されるとともに、前記ベースブロックに螺入された雄螺子を遊嵌挿入する少なくとも２つのルーズホールを備え、且つ、前記ベースブロックの凹溝内に遊嵌収容されていることを特徴とする。

前記バックバーの側に弾性付勢されたサイドガイドバーに、溶接すべき帯状金属薄板を仮押さえするための仮押さえ片が固定されていることが好ましい。

前記仮押さえ片は、該仮押さえ片を上から押える固定ブロックを介して固定螺子により固定されていることが好ましい。

前記バックバーの側に弾性付勢されたサイドガイドバーと前記凹溝の内壁との間に、０．１〜０．３ｍｍの微小間隙が設けられることにより、前記バックバーの側に弾性付勢されたサイドガイドバーが前記凹溝内に遊嵌状態で収容されていることが好ましい。

本発明に係る帯状金属薄板の突合せ溶接装置の一実施形態の要部を示す分解斜視図である。 図１の分解部品を組み立てた斜視図である。 図２の一部を正面から拡大して示す拡大図正面である。 本発明に係る帯状金属薄板の突合せ溶接装置により突き合わせ溶接した帯状金属薄板を示す拡大写真である。 本発明に係る帯状金属薄板の突合せ溶接装置の他の実施形態の要部を示す図２に対応する斜視図である。 従来の帯状金属薄板の突合せ溶接装置を示す斜視図である。 従来の帯状金属薄板の突合せ溶接装置の要部を拡大して示す正面図である。 従来の帯状金属薄板の突合せ溶接状態を示す拡大写真である。 従来の帯状金属薄板の突合せ溶接装置における溶接過程を拡大して示す部分断面図である。 突合せ溶接された従来の帯状金属薄板の要部を部分拡大図とともに示す平面図である。

本発明に係る帯状金属薄板の突合せ溶接装置の実施形態について、以下に図面を参照しつつ説明する。なお、従来技術を含めて、全図を通し、同一又は類似の構成部分には同符号を付している。

以下の説明において、従来と同様の構成部分、即ち、作業用のテーブル、水平進退動及び上下動自在に設けられた溶接トーチ、押え金具等につては、詳細な説明を省略する。

図１及び図２に示すように、帯状金属薄板の突合せ溶接装置は、突合せ溶接すべき一対の帯状金属薄板を長さ方向に載置するための帯状の載置面１ａを備えるバックバー１と、バックバー１を挟んでバックバー１の両側に並列状に延びるように配設される一対のサイドガイドバー２、３と、バックバー１及び一対のサイドガイドバー２、３を収容する凹溝４ａを備えるベースブロック４と、を備えている。

バックバー１は、螺子５…によりベースブロック４の凹溝４ａ内に固定されている。バックバー１は、断面方形の棒状（角柱状）とすることができ、無酸素銅等で形成され得る。

バックバー１の載置面１ａの幅寸法は、突合せ溶接すべき帯状金属薄板の幅寸法より僅かに、例えば、帯状金属薄板の厚みや幅寸法にも依るが、０．０５ｍｍ程度（例えば０．０５〜０．１ｍｍ）短くなっている。従って、バックバー１の載置面１ａに帯状金属薄板を載置した際に、帯状金属薄板がバックバーの載置面から幅方向に少しだけはみ出すようになっている。

ベースブロック４は、突合せ溶接装置の作業テーブル１００に取り外し可能に埋設される。図示例では、ベースブロック４は、ベースプレート６上に間隔をおいて固定された一対のサイドブロック７、８の間に埋設されている。ベースブロック４は、図示例のように一部品の金属で形成することもできるし、幾つかの金属板を螺子等で連結して形成することもできる。

サイドガイドバー２、３の各々は、其々の上面がバックバー１の載置面１ａより所定高さ高い所定高さ位置と該所定高さ位置より低い位置とを上下動可能なように、ベースブロック４に埋設された弾性部材９、１０により其々支持されている。この所定高さ位置は、バックバー１の載置面１ａに帯状金属薄板を載置した際に、サイドガイドバー２、３の其々の上面が帯状金属薄板の上面より高い位置となる高さ位置であり、突合せ溶接されるべき帯状金属薄板の厚みに応じて適宜設定され得る。

サイドガイドバー２、３は、バックバー１と同様の方形断面を有する棒状とすることができ、無酸素銅等で形成され得る。

一対のサイドガイドバー２、３のうちの一方のサイドガイドバー３は、上下方向に貫通する２つのルーズホール３ａを備え、ルーズホール３ａの各々に遊嵌された雄螺子１１がベースブロック４に螺入されている。ルーズホール３ａは、雄螺子１１の軸径より少し大きい内径を有するいわゆる馬鹿孔とすることがきるが、長円形等とすることもできる。

更に、サイドガイドバー３は、コイルバネ１２…によってバックバー１の側に弾性付勢されている。コイルバネ１２…は、ベースブロック４の凹溝４ａの側壁から水平方向に延びる孔４ｂに収容され、一端がサイドガイドバー３に当接し、他端がサイドブロック８に当接している。

ベースブロック４の凹溝４ａは、バックバー１と凹溝４ａの内壁面との間に、バックバー１の側に弾性付勢されたサイドガイドバー３を遊嵌状に収容できる寸法に形成されている。弾性付勢されてバックバー１に当接したサイドガイドバー３とバックバー１と凹溝４ａの内壁面との間に、微小間隙Ｇが形成される（図３参照）。この微小間隙Ｇは、好ましくは０．１〜０．３ｍｍである。

上記のようにルーズホール３ａ、凹溝４の微小間隙Ｇ、コイルバネ１０，１２を構成することにより、サイドガイドバー３は、図３に破線で示すように、サイドガイドバー３を幅方向に微動させて、バックバー１の載置面１ａ上の帯状金属薄板Ｗに当接させ、或いは、帯状金属薄板Ｗから微小距離だけ離反させることができる。サイドガイドバー３は、図３に破線で示すように、揺動的に微動させることができる。

コイルバネ１２がサイドガイドバー３をバックバー１の側に押圧する力は、コイルバネ１２の圧縮長さに比例する。突合せ溶接すべき帯状金属薄板Ｗの厚さが５０μｍ程度である場合には、幅方向に少しでも大きな力がかかると撓み変形を起こしやすいため、幅方向に押圧する力は非常に小さい力に制限される。そのため、サイドガイドバー３の幅方向への移動を微小距離に制限することにより、コイルバネ１２の圧縮距離を微小距離に制限している。

他方のサイドガイドバー２は、雄螺子１３の挿入孔１４がルーズホールではなく、雄螺子１３によりサイドガイドバー２はサイド方向へは移動不能とされ、上下方向にのみ移動可能とされている。なお、サイドガイドバー２も、サイドガイドバー３と同様に、サイド方向へ微動可能に構成することもできる。

上記構成を有する帯状金属薄板の突合せ溶接装置では、先ず、突合せ溶接すべき一対の帯状金属薄板Ｗ１、Ｗ２の一方の先端縁と他方の後端縁とを突き合わせて、バックバー１の載置面に一直線になるように載置する。

この時、並列するサイドガイドバー２、３間に帯状金属薄板Ｗ１、Ｗ２を入れ易くするために、サイド方向に可動のサイドガイドバー３を、コイルバネ１２の弾性力に抗して、バックバー１から離反する側に手の指などで押して、サイドガイドバー２、３間の間隔を微小間隙Ｇだけ押し広げておき、バックバー１の載置面１ａに帯状金属薄板Ｗ１、Ｗ２を載置する。

バックバー１を載置した後、サイドガイドバー３を押してサイドガイドバー２、３間の間隔を押し開いていた指等をサイドガイドバー３から離せば、サイドガイドバー３がコイルバネ１２の微小な弾性力を得て帯状金属薄板Ｗ１、Ｗ２の側縁を押し、他方のサイドガイドバー２とで微小な力で挟持する。

このようにして突き合わされた帯状金属薄板Ｗ１、Ｗ２を両側から挟持する一対のサイドガイドバー２，３は、バックバー１と並列状に延びるバー状であるため、突き合わされた一対の薄くて細長い帯状金属薄板Ｗ１、Ｗ２を、突合せ部の位置ずれを単に修正するだけでなく、長さ方向に渡ってガイドし、突き合わせ部分で曲がらずに長さ方向に真っ直ぐに配置するように配向させることができる。

サイドガイドバー３は、微小間隙Ｇの範囲でしかコイルバネ１２を押さないためコイルバネ１２の圧縮変位も微小となり、極薄（例えば３０μｍ〜８０μｍ）の帯状金属薄板であっても変形させる程の力を帯状金属薄板に及ぼさないようにすることができる。

こうして突き合わせ配置された一対の帯状金属薄板Ｗ１、Ｗ２の上から、サイドガイドバー２、３を横切るようにしてセッティングプレート１５、１６を載せ、図外の押え金具により、サイドガイドバー２、３を上から押える。サイドガイドバー２，３は、上から押えられることにより、コイルバネ９、１０の圧縮につれて、下方に沈み、サイドガイドバー２，３の上面が帯状金属薄板Ｗ１、Ｗ２の上面と面一になり、段差がなくなる。なお、セッティングプレート１５，１６は省略して、押え金具（不図示）のみで押圧してもよい。

セッティングプレート１５、１６は、それぞれ、両端縁に係止凹部１５ａ、１６ａが形成されており、サイドブロック７、８に突設された突起部７ａ、８ａに係合すると、セッティングプレート１５、１６間に隙間Ｓが形成され、その隙間Ｓを通して溶接トーチのアークが突き合わせ溶接部を溶接する。溶接時、サイドガイドバー２、３は、それぞれ、スタートタブとして、初期アークを安定させる機能も有している。

極薄の帯状金属薄板を突き合わせ溶接するには、本発明者が先に特開２０１２−１３９７０４号において提案している狭窄ノズルを備えたＴＩＧ溶接トーチを用いることが好ましい。

本発明装置により突き合わせ溶接した帯状金属薄板の溶接状態の拡大写真を図４に示す。図４は、厚さ８０μｍ、幅１０ｍｍのリン青銅製帯状薄板を突き合わせ溶接したものである。図４の写真から、帯状金属薄板の端部まで良好なビードが形成されていることが分かる。

本発明の他の実施形態では、図５に示すように、サイド方向に微動可能なサイドガイドバー３に、溶接すべき帯状金属薄板を仮押さえするための仮押さえ片１７が固定されている。セッティングプレート１５，１６には、仮押さえ片１７を通すための孔１５ｂ、１６ｂが形成されている。

図５に示す仮押さえ片１７は、仮押さえ片１７を上から押える固定ブロック１８を介して固定螺子１９によりサイドガイドバー３に固定されている。

仮押さえ片１７は、銅板等を曲げ加工して形成することができ、図示例の如く、固定ブロック１８で押えられている部分を平板とし、固定ブロック１８からバックバー１上に延びる部分を上に凸の湾曲状とすることができる。

仮押さえ片１７を設けることにより、細幅で極薄の帯状金属薄板の突合せ作業を行い易くなる。サイドガイドバー３は可動であるが、サイドガイドバー３に仮押さえ片１７を固定しておくことで、サイドガイドバー３と仮押さえ片１７が一緒に動くため、突合せ作業がよりいっそう行い易くなる。

また、固定ブロック１８を設けることにより、固定ブロック１８がサイドガイドバー３の上方に突出するので、サイドガイドバー３をバックバー１の上面から微動離反させる操作をする際に、固定ブロック１８を押せばよく、操作性が向上する。また、固定ブロック１８は、仮押さえ片１７との接触面積を大きくとることができるため、仮押さえ片１７をサイドガイドバー３にしっかり固定することができる。

ただし、図示しないが、固定ブロック１８を省略して雄螺子のみで仮押さえ片を固定することもでき、その場合、雄螺子の螺子頭に指等で押すことでサイドガイドバー３をバックバー１の上面から微小距離だけ離反操作することもできる。

本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更が可能である。

１ バックバー
２ サイドガイドバー
３ サイドガイドバー
３ａ ルーズホール
４ ベースブロック
４ａ 凹溝
５ 雄螺子
９，１０ コイルバネ
１１ 雄螺子
１２ コイルバネ
１７ 仮押さえ片
１８ 固定ブロック

Claims (4)

1. 一対の帯状金属薄板の端部同士を突き合わせ、突合せた一対の帯状金属薄板の其々を押え金具で押圧した状態で、前記帯状金属薄板を幅方向に横切る方向に溶接トーチを移動させて前記一対の帯状金属薄板の端部同士の突き合わせ部分をアーク溶接する、帯状金属薄板の突合せ溶接装置であって、
   前記溶接トーチの移動方向と交差する方向に延び、突合せ溶接すべき一対の帯状金属薄板を長さ方向に沿って載置するための帯状の載置面を備えるバックバーと、
   前記バックバーを挟んで該バックバーの両側に沿って並列状に延びるように配設された一対のサイドガイドバーと、
   前記バックバー及び前記一対のサイドガイドバーを収容する凹溝を備えるベースブロックと、を備え、
   前記バックバーは、前記ベースブロックの凹溝内に固定され、
   前記サイドガイドバーの各々は、前記ベースブロックに埋設された弾性部材により、其々の上面が前記バックバーの載置面より所定高さ高い所定高さ位置に支持されるとともに、前記押え金具により上から押えられることにより前記弾性部材を圧縮して前記バックバーの載置面上に載置された帯状金属薄板の上面と面一になるように沈下動可能に支持され、
   前記サイドガイドバーの少なくとも一方が、前記バックバーの側に弾性付勢されるとともに、前記ベースブロックに螺入された雄螺子を遊嵌挿入する少なくとも２つのルーズホールを備え、且つ、前記ベースブロックの凹溝内に遊嵌収容されていることを特徴とする、前記帯状金属薄板の突合せ溶接装置。
2. 前記バックバーの側に弾性付勢されたサイドガイドバーに、溶接すべき帯状金属薄板を仮押さえするための仮押さえ片が固定されていることを特徴とする請求項１に記載の帯状金属薄板の突合せ溶接装置。
3. 前記仮押さえ片は、該仮押さえ片を上から押える固定ブロックを介して固定螺子により固定されていることを特徴とする請求項２に記載の帯状金属薄板の突合せ溶接装置。
4. 前記バックバーの側に弾性付勢されたサイドガイドバーと前記凹溝の内壁との間に、０．１〜０．３ｍｍの微小間隙が設けられていることを特徴とする請求項１〜３の何れかに記載の帯状金属薄板の突合せ溶接装置。