JP6005931B2 - 溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、ワーク同士を接触させ又は相対させて溶接する際、溶込率が部分的に１００％を超えても溶接金属（溶融金属）の溶落や溶接ビードの欠肉等の不具合を回避でき、また必要に応じて溶込率１００％の完全溶込み溶接が可能な溶接装置に関する。

ワーク同士を接触させ又は隙間を設けて相対させて溶接する場合、予めワーク同士の接触部又は相対部の下面に裏当部材を配置しておき、その状態で、ワークの上方に配置した溶接トーチによって、要求される溶込率（例えば８０％）に応じた溶接条件で溶接することが行われている。ここで、種々の外乱要因等により、要求される溶込率を超えて溶込率が１００％以上の部分が生じたとしても、上述した裏当部材によって溶融金属の溶落が防止されるため、要求される溶込率の溶接条件で安心して溶接することができる。また、当初から溶込率１００％で溶接しようとする場合も、上述した裏当部材によって溶融金属の溶落を防止するようにしている。裏当部材は、溶接完了後、必要に応じて除去される。裏当部材の材質には、溶接後に裏当部材を除去しない場合には、主としてワーク（溶接物）と同種の金属が用いられ、溶接後に裏当部材を除去する場合には、銅やセラミック等の溶融金属との親和性が低いものが使用され、裏当部材のワークへの溶着を回避している。以下、裏当部材を除去するタイプについて説明する。

図１に示す板金製のアクスルケース１は、プレス成形された２つのワーク１ａ、１ａを筒状となるように左右から突き合わせ、それらワーク１ａ同士を接触部２に沿って溶接する工程を経て製造される。詳しくは、図２（ａ）〜図２（ｃ）に示すように、筒状に組み合わされたワーク１ａの内方に予めワーク１ａ同士の接触部２に沿って裏当部材３を配置しておき、ワーク１ａの外方に配置された溶接トーチ４によって、要求される溶込率（例えば８０％）に応じた溶接条件で溶接を行う。この際、種々の外乱要因（例えばワーク１ａの寸法誤差や温度条件等の種々のバラツキ）によって溶込率が部分的に１００％を超えても、裏当部材３によって溶融金属の溶落を防止できる。

図２（ａ）に示す裏当部材３は、筒状に組み合わされたワーク１ａの内方の接触部２に沿うように細長く成形された一体型裏当部材３ａである。一体型裏当部材３ａは、ワーク１ａの内方の接触部２に押し付けられ、図示しない治具で保持される。他方、図２（ｂ）に示す裏当部材３は、一体型裏当部材３ａを長手方向に大まかなブロック状に分割した分割型裏当部材３ｂ１である。分割型裏当部材３ｂ１の各ブロックは、夫々、ワーク１ａの内方の接触部２に押し付けられて図示しない治具で保持される。図２（ｃ）に示す裏当部材３は、一体型裏当部材３ａを長手方向に更に細かなブロック状に分割した分割型裏当部材３ｂ２である。分割型裏当部材３ｂ２の各ブロックは、ワーク１ａの内周面に接触部２を覆って金属テープ（アルミテープ等）で貼り付けられる。

実開平５−３３９８５号公報 実公昭６２−１７１７７号公報

図２（ａ）に示す一体型裏当部材３ａにおいては、異なった形状のワーク１ａを溶接する場合、そのワーク１ａの形状に合った一体型裏当部材３ａを用いる必要がある。すなわち、形状の異なった複数種類のワーク１ａを溶接する場合、ワーク１ａ毎に異なった形状の一体型裏当部材３ａを複数準備しておき、ワーク１ａの形状に合った一体型裏当部材３ａを選択して用いる必要があり、その交換作業（段取替え作業）が煩雑である。

また、一体型裏当部材３ａは、部分的にワーク１ａと密着せずにワーク１ａ下面との間に隙間が生じることがある。すなわち、ワーク１ａはプレス成形品であるため基準寸法に対して或る程度の製造誤差が避けられず、一体型裏当部材３ａを基準寸法に合わせて成形しても、一体型裏当部材３ａが部分的にワーク１ａと接触しないケースが生じ得る。その場合、一体型裏当部材３ａとワーク１ａとの隙間に溶接トーチ４の溶接点（アーク点）における溶融金属が流れ込み、溶接ビードに欠肉が発生してしまう。

また、ワーク１ａ下面と一体型裏当部材３ａの隙間に流れ込んだ溶融金属が一体型裏当部材３ａに溶着すると、それを剥離する際に一体型裏当部材３ａが消耗する。更に、隙間への溶融金属の流れ込み量が多くなると、溶接トーチ４の溶接点（アーク点）での溶融金属のプールが小さくなって、溶接トーチ４と一体型裏当部材３ａとの間でアークが発生し、一体型裏当部材３ａが部分的に損傷してしまう。こうなると、一部分の損傷によって一体型裏当部材３ａ全体を交換しなければならず、不経済である。

他方、図２（ｂ）に示す分割型裏当部材３ｂ１によれば、各ブロックをワーク１ａの下面（裏面）に、裏面形状にばらつき（基準寸法に対する誤差）があっても、一体型裏当部材３ａよりも小さい隙間で接触させることができ、また部分的に損傷した場合にはそのブロックのみを交換すれば足りる。しかし、各ブロックの取付作業や取外作業が煩雑になり、また自動化治具とする場合にはその構造が複雑になる。図２（ｃ）に示す分割型裏当部材３ｂ２においては、取付・取外に更に時間が掛かり、また自動化を行うことが非常に困難である。

また、特許文献１には、平板状のワークを水平に突き合わせ、ワーク同士の接触部の下方の床面に台車を配置し、台車を走行させて台車に取り付けた裏当部材をワーク同士の接触部に沿って移動させ、接触部の溶融金属を押えるようにした裏当装置が記載されている。しかし、この裏当装置は、床面を走行する台車に取り付けた裏当部材で溶融金属を押えているので、自由度及び汎用性が低く、高さ方向に大きく形状が変化する三次元形状のワークに対応できない。

特許文献２には、平板状のワークを水平に突き合わせた接触部の下方に、ワークの下面に磁石で吸着されたレールを配置し、そのレールに台車を走行させて台車に取り付けた裏当部材で接触部の溶融金属を押えるようにした裏当装置が記載されている。しかし、この裏当装置では、溶接前にレールを磁石でワーク下面に吸着させ、溶接後にレールをワーク下面から取り外す作業が必要であり、それらの作業が煩雑である。

以上の事情を考慮して創案された本発明の目的は、ワークにバラツキが有っても、要求される溶込率で、溶落やビードの欠肉等を発生させることなく健全に溶接でき、様々な形状のワークに対して裏当部材を交換せずに対応でき、裏当部材のワークへの接触性を向上でき、裏当部材の交換費用を低減でき、自動化を推進でき、自由度及び汎用性が高く、三次元形状のワークに対応できる溶接装置を提供することにある。

上述の目的を達成すべく創案された本発明に係る溶接装置は、ワーク同士の接触部又は相対部の上方に配置された溶接トーチを接触部又は相対部に沿って移動させるアームを有する溶接ロボットと、ワーク同士の接触部又は相対部の下方に配置され溶接トーチによる溶融金属の溶け落ちを押える裏当部材とを備え、裏当部材が、溶接トーチによって局所的に溶融された溶融金属の溶落領域を押える大きさの局所的裏当部材であり、局所的裏当部材を、溶接ロボットによる溶接トーチの移動に追従させて、接触部又は相対部に沿って移動させるアームを有するハンドリングロボットを備え、ワークが、筒状体を長手方向に沿って分割した形状の分割筒状体部を有し、分割筒状体部同士を接触又は相対させた筒状体の内周面側に、局所的裏当部材が配置され、その局所的裏当部材が、分割筒状体部同士の接触部又は相対部に対向する裏当面を有し、裏当面が、分割筒状体部同士の接触部又は相対部を挟んだ内周面の周方向に間隔を隔てた２箇所に接触して溶融金属を堰き止めるための堰止縁部を有し、局所的裏当部材は、裏当面の前後に分割筒状体部同士の接触部又は相対部の長手方向に沿って前後に傾斜する前後傾斜面を夫々有すると共に、裏当面の左右に接触部又は相対部の左右に傾斜する左右傾斜面を夫々有し、切頭四角錐状に形成され、かかる局所的裏当部材の左右傾斜面の上縁が、堰止縁部である、ことを特徴とする溶接装置である。

また、本発明に係る溶接装置は、ワーク同士の接触部又は相対部の上方に配置された溶接トーチを前記接触部又は相対部に沿って移動させるアームを有する溶接ロボットと、ワーク同士の接触部又は相対部の下方に配置され溶接トーチによる溶融金属の溶け落ちを押える裏当部材とを備え、裏当部材が、溶接トーチによって局所的に溶融された溶融金属の溶落領域を押える大きさの局所的裏当部材であり、局所的裏当部材を、溶接ロボットによる溶接トーチの移動に追従させて、接触部又は相対部に沿って移動させるアームを有するハンドリングロボットを備え、ワークが、筒状体を長手方向に沿って分割した形状の分割筒状体部を有し、分割筒状体部同士を接触又は相対させた筒状体の内周面側に、局所的裏当部材が配置され、その局所的裏当部材が、分割筒状体部同士の接触部又は相対部に対向する裏当面を有し、裏当面が、分割筒状体部同士の接触部又は相対部を挟んだ内周面の周方向に間隔を隔てた２箇所に接触して溶融金属を堰き止めるための堰止縁部を有し、ハンドリングロボットが、局所的裏当部材を分割筒状体部同士の接触部又は相対部に下方から弾性的に押し付ける押付機構を有する、ことを特徴とする溶接装置である。

また、本発明に係る溶接装置は、ワーク同士の接触部又は相対部の上方に配置された溶接トーチを前記接触部又は相対部に沿って移動させるアームを有する溶接ロボットと、ワーク同士の接触部又は相対部の下方に配置され溶接トーチによる溶融金属の溶け落ちを押える裏当部材とを備え、裏当部材が、溶接トーチによって局所的に溶融された溶融金属の溶落領域を押える大きさの局所的裏当部材であり、局所的裏当部材を、溶接ロボットによる溶接トーチの移動に追従させて、接触部又は相対部に沿って移動させるアームを有するハンドリングロボットを備え、ワークが、筒状体を長手方向に沿って分割した形状の分割筒状体部を有し、分割筒状体部同士を接触又は相対させた筒状体の内周面側に、局所的裏当部材が配置され、その局所的裏当部材が、分割筒状体部同士の接触部又は相対部に対向する裏当面を有し、裏当面が、分割筒状体部同士の接触部又は相対部を挟んだ内周面の周方向に間隔を隔てた２箇所に接触して溶融金属を堰き止めるための堰止縁部を有し、局所的裏当部材が、ハンドリングロボットのアームに取り付けられたホルダ部と、ホルダ部に着脱可能に設けられ分割筒状体部同士の接触部又は相対部に下方から接する本体部とを有する、ことを特徴とする溶接装置である。

上記局所的裏当部材に、冷却媒体が流れる通路を形成することが好ましい。

上記局所的裏当部材が、ハンドリングロボットのアームに取り付けられたホルダ部と、ホルダ部に着脱可能に設けられ分割筒状体部同士の接触部又は相対部に下方から接する本体部とを有することが好ましい。

上記本体部の材質が、セラミック又は銅であることが好ましい。

本発明に係る溶接装置によれば、次の如き効果を発揮できる。
（１）ワーク同士を溶接する際、ワークのバラツキ等の外乱要因により溶込率が部分的に１００％を超えても溶融金属の溶落や溶接ビードの欠肉等の不具合を回避でき、また必要に応じて溶込率１００％の完全溶込み溶接ができる。
（２）様々な形状のワークに対して裏当部材を交換することなく対応でき、自由度及び汎用性が高い。
（３）裏当部材のワークへの接触性を向上でき、溶融金属の溶落を的確に防止できる。
（４）裏当部材が劣化した場合、その交換費用を低減できる。
（５）溶接の自動化を推進でき、三次元形状のワークに容易に対応できる。

本発明に係る溶接装置及び溶接方法によって製造されるアクスルケースの部分斜視図である。 従来例を示す溶接装置及び溶接方法の説明図であり、（ａ）は第１従来例を示す一体型裏当部材及びアクスルケースの側断面図、（ｂ）は第２従来例を示す分割型裏当部材及びアクスルケースの側断面図、（ｃ）は第３従来例を示す分割型裏当部材及びアクスルケースの側断面図である。 本発明の一実施形態に係る溶接装置を示す概略図である。 本実施形態に係る溶接装置を用いた溶接方法を示す説明図であり、（ａ）はアクスルケースの大径部を溶接する様子、（ｂ）はアクスルケースの傾斜部を溶接する様子、（ｃ）はアクスルケースの小径部を溶接する様子を示す説明図である。 本実施形態に係る溶接装置を用いてアクスルケースを溶接する様子を示す拡大図であり、（ａ）は溶接トーチ、局所的裏当部材及びアクスルケースの部分側断面図、（ｂ）は（ａ）のｂ−ｂ線断面図である。 本実施形態に係る溶接装置の局所的裏当部材の本体部の斜視図である。 ワーク（アクスルケース）、トーチ（溶接トーチ）、裏当部材（局所的裏当部材）の関係を示す説明図である。 本発明の変形実施形態に係る溶接装置の概略図であり、（ａ）は第１変形実施形態に係る溶接装置の局所的裏当部材の近傍を示す側断面図、（ｂ）は第２変形実施形態に係る溶接装置の局所的裏当部材の近傍を示す側断面図である。

以下に添付図面を参照しながら、本発明の好適な実施形態について詳細に説明する。かかる実施形態に示す寸法、材料、その他具体的な数値等は、発明の理解を容易にするための例示に過ぎず、特に断る場合を除き、本発明を限定するものではない。なお、本明細書及び図面において、実質的に同一の機能、構成を有する要素については、同一の符号を付することにより重複説明を省略し、また本発明に直接関係のない要素は図示を省略する。

（溶接装置）
本発明の一実施形態に係る溶接装置５を図３を用いて説明する。図３に示す本実施形態に係る溶接装置５は、ワーク１ａ同士（図１参照）の接触部２を溶接するものである。なお、本実施形態では、ワーク１ａ同士を接触させた接触部２を溶接するものを説明するが、本発明は、ワーク１ａ同士を隙間を隔てて相対させその相対部を溶接するものも含まれる。この場合、以下に記載された「接触部２」は「相対部」と読み替えられることになる。

さて、溶接装置５は、ワーク１ａ同士の接触部２の上方に配置された溶接トーチ４を接触部２に沿って移動させるアームを有する溶接ロボット６と、ワーク１ａ同士の接触部２の下方に配置され溶接トーチ４による溶融金属の溶け落ちを押える裏当部材３とを備えている。裏当部材３は、溶接トーチ４によって局所的に溶融された溶融金属の溶落領域を押える大きさの局所的裏当部材３ｃとなっている。また、この溶接装置５は、局所的裏当部材３ｃを、溶接ロボット６による溶接トーチ４の移動に追従させて、接触部２に沿って移動させるアームを有するハンドリングロボット７を備えている。溶接装置５を構成要素ごとに説明する。

（溶接ロボット）
図３に示すように、溶接ロボット６は、６自由度ロボット等の多関節ロボットから成り、基板部８に取り付けられ鉛直軸Ａ回りに回動する基台９と、基台９に取り付けられ水平軸Ｂ回りに回動する第１アーム１０と、第１アーム１０に取り付けられ軸Ｂと平行な軸Ｃ回りに回動する第２アーム１１と、第２アーム１１に取り付けられその長手方向に沿った軸Ｄ回りに回動する第３アーム１２と、第３アーム１２に取り付けられ軸Ｄと直交する軸Ｅ回りに回動する第４アーム１３と、第４アーム１３に取り付けられ軸Ｅと直交する軸Ｆ回りに回動するトーチ保持部１４とを備えており、トーチ保持部１４には溶接トーチ４が取り付けられている。かかる溶接ロボット６は、各関節を作動させることで、溶接トーチ４を様々な姿勢に制御し、溶接トーチ４の先端を所望の場所に移動することができる。溶接ロボット６の各関節の作動、溶接トーチ４の作動等は、後述する制御部５０によって制御される。

（ハンドリングロボット）
図３に示すように、ハンドリングロボット７は、６自由度ロボット等の多関節ロボットから成り、基板１５に取り付けられ鉛直軸Ｇ回りに回動する基台１６と、基台１６に取り付けられ水平軸Ｈ回りに回動する第１アーム１７と、第１アーム１７に取り付けられ水平軸Ｉ回りに回動する第２アーム１８と、第２アーム１８に取り付けられ水平軸Ｊ回りに回動する第３アーム１９と、第３アーム１９に取り付けられ軸Ｊと直交する軸Ｋ回りに回動する第４アーム２０と、第４アーム２０に取り付けられ軸Ｋと直交する軸Ｌ回りに回動する裏当保持部２１とを備えており、裏当保持部２１には局所的裏当部材３ｃが取り付けられている。かかるハンドリングロボット７は、各関節を作動させることで、局所的裏当部材３ｃを様々な姿勢に制御し、局所的裏当部材３ｃを所望の場所に移動することができる。ハンドリングロボット７の各関節の作動等は、制御部５０によって制御される。

ハンドリングロボット７には、局所的裏当部材３ｃをワーク１ａ同士の接触部２に下方から弾性的に押し付けるための押付機構２２が備えられている。押付機構２２は、本実施形態では第３アーム１９と第４アーム２０との間に介設された弾性ブッシュ２２ａと、第４アーム２０の中程に設けられたスライド装置２２ｂとを有する。弾性ブッシュ２２ａは、ゴムやスプリング等から成り、第３アーム１９に対する第４アーム２０の軸Ｋ回りの回動を妨げることなく、第３アーム１９に対して第４アーム２０をあらゆる方向に弾性的に支持する。スライド装置２２ｂは、第４アーム２０の長手方向と直交する軸Ｍに沿ってスライドする一対のスライダーと、スライダー同士を弾性的に接続するゴムやスプリング等から成る。

（ワーク）
ワーク１ａは、本実施形態では、図１に示す如き板金製のアクスルケース１が対象となっている。このアクスルケース１は、プレス成形された２つのワーク１ａ、１ａを筒状となるように組み合わせ、それらワーク１ａ同士を接触部２に沿って溶接する工程を経て製造される。かかるアクスルケース１は、筒状体を長手方向に沿って二分割した形状の分割筒状体部を有し、分割筒状体部同士を左右から最中状に突き合わせ、接触部２が鉛直方向の上部及び下部に位置する姿勢で、図示しない治具によって保持される。そして、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、ワーク１ａの分割筒状体部同士を組み合わせた筒状体の上方（外周面側）に溶接ロボット６の溶接トーチ４が配置され、筒状体の下方（内周面側）にハンドリングロボット７の局所的裏当部材３ｃが配置される。

（局所的裏当部材）
局所的裏当部材３ｃは、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、ハンドリングロボット７の第４アーム２０に軸Ｌを介して取り付けられた裏当保持部２１としてのホルダ部３１ｃと、ホルダ部３１ｃに着脱可能に設けられワーク１ａ同士の接触部２に下方から接する本体部３２ｃとから構成されている。本体部３２ｃの材質には、銅やセラミック等の溶接金属（溶融金属）との親和性が低いものが用いられる。図５（ａ）、図５（ｂ）において、溶接トーチ４の下方には溶接金属のプール（溶接プール）Ｐが生じ、その後方には溶接プールＰの金属が固まった溶接ビード（表面ビード）ＦＢが形成され、その下方には溶接金属が局所的裏当部材３ｃで押えられることで裏波（裏波ビード）ＲＢが形成される。

局所的裏当部材３ｃの本体部３２ｃは、図６にも示すように、溶接トーチ４によって局所的に溶融された溶接金属（溶接プールＰ）の溶落領域（溶融金属露出面）を押える大きさの裏当面３２ｘを有する。裏当面３２ｘは、図５（ｂ）に示すように、筒状のワーク１ａ同士の接触部２を挟んだ内周面の２箇所に接触し、溶融金属を堰き止めるための堰止縁部３２ｗを有する。裏当面３２ｘは、本実施形態では平面となっているが、ワーク１ａ同士を組み合わせた筒状体の内周面の曲率よりも強い曲率の曲面であってもよい。

局所的裏当部材３ｃの本体部３２ｃは、図５（ａ）、図６に示すように、裏当面３２ｘの前後（第４アーム２０の長手方向に沿った前後）に前後傾斜面３２ｙを有し、図５（ｂ）、図６に示すように、左右に左右傾斜面３２ｚを有する。前後傾斜面３２ｙは、裏当面３２ｘの堰止縁部３２ｗをワーク１ａ同士の内周面に押し付けつつ接触部２に沿って前後に移動させる際、ワーク１ａ内周面に対する滑走性を高める橇の機能を発揮する。左右傾斜面３２ｚは、裏当面３２ｘの堰止縁部３２ｗをワーク１ａ同士の内周面に押し付けた際、ワーク１ａの内周面との干渉を避ける逃げ（リセス）としての機能を発揮する。

図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、局所的裏当部材３ｃには、冷却媒体が流れる通路２３が形成されている。通路２３は、往路２３ａと復路２３ｂとこれらを連通する接続路２３ｃとから成り、水等の冷却媒体が流れるようになっている。往路２３ａ、復路２３ｂには、夫々、金属製の蛇腹等からなる自在継手２４ａ、２４ｂを介し、第４アーム２０内に設けられた供給管２５ａ、排出管２５ｂが接続されている。なお、自在継手２４ｂ及び排出管２５ｂは、作図の都合上省略する。供給管２５ａ、排出管２５ｂは、ハンドリングロボット７の各アームや関節内を通って図３に示す基板１５から取り出され、夫々、冷却媒体を圧送する圧送装置、冷却媒体を回収する回収装置に接続されている。回収装置で回収された冷却媒体は、熱交換機で冷却されて圧送装置に導かれ、循環する。

（制御部）
溶接ロボット６及びハンドリングロボット７は、図３に示す制御部５０によって制御される。

制御部５０は、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、溶接ロボット６の溶接トーチ４が、ワーク１ａ同士の接触部２に対して、溶接に最適な姿勢及び間隔で接触部２に沿って移動するように、溶接ロボット６を制御する。例えば、溶接ロボット６の溶接トーチ４を、ワーク１ａを模して基準寸法で成形された基準模型に沿って予め溶接に最適な姿勢及び間隔となるように移動させてティーチングさせ、そのときの各関節の回動角度等のデータを制御部５０に記憶させておき、そのデータに基づいて溶接ロボット６を作動させる（図７参照）。

また、制御部５０は、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、ハンドリングロボット７の局所的裏当部材３ｃが、溶接ロボット６による溶接トーチ４の移動に追従するように、ハンドリングロボット７を制御する。この制御を協調制御又は同期制御という（図７参照）。かかる協調制御により、溶接トーチ４の移動に伴って移動する、溶融金属がワーク１ａの下面から溶け落ちる領域（溶落領域）を、溶接トーチ４に追従する局所的裏当部材３ｃによって連続的に押える。なお、溶落領域は、溶接トーチ４の姿勢（ワーク１ａに対する傾斜角度等）によっては溶接トーチ４の真下から多少離れた部分に生成される場合もあるので、図４（ｃ）に示すように、追従位相Ｗを設定することも考えられる。

以上纏めると、図７に示すように、溶接トーチ４を備えた溶接ロボット６は、ワーク１ａに対してティーチングによって、制御される。所的裏当部材３ｃを有するハンドリングロボット７は、溶接トーチ４を有する溶接ロボット６に対して、協調制御される。ハンドリングロボット７の局所的裏当部材３ｃは、上述した押付機構２２によって、ワーク１ａに押し付けられる。そして、制御部５０は、溶接トーチ４の姿勢及びワーク１ａとの間隔に応じて、溶接トーチ４の溶接条件（アークの強さ等の条件）を最適に制御する。

また、図４（ａ）〜図４（ｃ）に示すように、溶接トーチ４と局所的裏当部材３ｃとの間に、溶接ロボット６の制御目標であり且つハンドリングロボット７の制御目標でもある共通制御点２６を、ワーク１ａ同士の接触部２に沿って設定し、溶接トーチ４が共通制御点２６に対して最適な姿勢及び間隔を保つように溶接ロボット６を制御し、局所的裏当部材３ｃが溶接トーチ４と同調して共通制御点２６に対して最適な姿勢及び押圧状態となるようにハンドリングロボット７を制御してもよい。かかる制御も協調制御の一種と言える。この制御の場合も、溶落領域の発生点の状況に応じて、制御部５０が、溶接トーチ４の溶接条件を最適に調整し、局所的裏当部材３ｃの追従位相を最適に調整する。

（作用・効果）
図３に示すように、本実施形態に係る溶接装置５及びそれを用いた溶接方法によれば、裏当部材３を、溶接トーチ４で局所的に溶融された溶融金属の溶け落ちを押える大きさの局所的裏当部材３ｃとし、溶接トーチ４を溶接ロボット６で移動制御すると共に、局所的裏当部材３ｃをハンドリングロボット７により溶接トーチ４に追従するように移動制御している。そして、溶接トーチ４の移動に伴って移動する、溶融金属がワーク１ａの下面から溶け落ちる領域（溶落領域）を、溶接トーチ４に追従する局所的裏当部材３ｃによって連続的に押えるようにしている。

局所的裏当部材３ｃをハンドリングロボット７によって溶接トーチ４に追従するように移動させて、溶接トーチ４によって溶融された溶融金属を押えているので、様々な形状のワーク１ａに対して、裏当部材３を交換することなく、溶込率１００％を超える溶接が可能となる。具体的には、図１に示すアクスルケース１とは形状が異なったアクスルケースを溶接する場合、そのアクスルケースの形状に合ったデータを予めティーチング等によって図３に示す制御部５０に入力しておき、制御部５０での使用データを切り替えて溶接ロボット６及びハンドリングロボット７を作動させることで、そのアクスルケースの溶接を行うことができ、裏当部材３の交換（断取り替え）は不要である。ここで、溶込率１００％を超える溶接には、要求された溶込率（例えば８０％）となる溶接条件での溶接中に種々の外乱要因によって溶込率が部分的に１００％以上となってしまった場合の他、意識的に溶込率を１００％とする溶接条件で溶接する場合も含まれる。

局所的裏当部材３ｃをワーク１ａ同士の接触部２に沿って移動させて、溶接トーチ４により局所的に溶融された溶融金属の溶落領域を押えているので、局所的裏当部材３ｃの大きさを溶融金属の溶落領域を押える必要最低限の大きさにできる。このように小さな局所的裏当部材３ｃをワーク１ａ同士の接触部２に沿って移動させることで、図２（ａ）に示す一体型裏当部材３ａを用いた場合と比べると、裏当部材３のワーク１ａへの接触性が向上するため、溶融金属の溶け落ちを的確に防止できる。

図５（ｂ）、図６に示すように、局所的裏当部材３ｃの裏当面３２ｘには、ワーク１ａ同士の接触部２を挟んでワーク１ａ内周面に接触する堰止縁部３２ｗが設けられているので、溶融金属が堰止縁部３２ｗを乗り越えて左右から零れ落ちることが防止される。この結果、接触部２の下面に沿って平坦な裏波ビードＲＢが形成され、仕上がりの綺麗な溶接（完全溶込み溶接）が得られる。

図３に示す押付機構２２によって局所的裏当部材３ｃがワーク１ａ内周面に弾性的に押し付けられるので、ワーク１ａの多少の製造誤差は、押付機構２２の弾性ブッシュ２２ａの変形やスライド装置２２ｂのスライドによって吸収される。これにより、ワーク１ａに多少の製造誤差があっても、裏当面３２ｘの堰止縁部３２ｗが適切にワーク１ａ内周面に接触し、仕上がりの綺麗な裏波ビードＲＢの溶接が可能となる。

局所的裏当部材３ｃは、溶融金属の溶落領域を接触部２に沿って連続的に押えるため加熱が継続されるところ、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、水等の冷却媒体が流れる通路２３によって冷却されるため、熱による損傷を抑えることができる。仮に、局所的裏当部材３ｃが熱損傷した場合、局所的裏当部材３ｃは図２（ａ）に示す一体型裏当部材３ａよりも遙かに小さいため、一体型裏当部材３ａと比べて交換費用を大幅に低減できる。

局所的裏当部材３ｃは、図５（ａ）、図５（ｂ）に示すように、ハンドリングロボット７の第４アーム２０に取り付けられたホルダ部３１ｃと、ホルダ部３１ｃに着脱可能に装着された本体部３２ｃとから構成されており、本体部３２ｃが主として熱損傷する。よって、熱損傷した本体部３２ｃをホルダ部３１ｃから取り外し、本体部３２ｃのみを新品に交換すれば足り、交換費用を一層低減できる。

図３に示すように、溶接トーチ４の移動を溶接ロボット６のアームで制御し、局所的裏当部材３ｃの移動をハンドリングロボット７のアームで制御しているので、図２（ｂ）、図２（ｃ）に示す分割型裏当部材３ｂ１、３ｂ２では必要であった作業員による手作業が不要となり、溶接の自動化を推進できる。また、自由度及び汎用性が高く、三次元形状のワーク１ａにも容易に対応できる。

（変形実施形態）
本発明の変形実施形態に係る溶接装置を図８（ａ）、図８（ｂ）に示す。図８（ａ）は第１変形実施形態に係る溶接装置の局所的裏当部材１３ｃの近傍を示す側断面図、図８（ｂ）は第２変形実施形態に係る溶接装置の局所的裏当部材２３ｃの近傍を示す側断面図である。第１及び第２変形実施形態に係る溶接装置は、図３に示す前実施形態に係る溶接装置５と基本的な構成要素は同一であり、局所的裏当部材３ｃ及び押付機構２２の構成が相違する。よって、最初の実施形態と同一の構成要素については同一の符号を付して説明を省略する。

（第１変形実施形態）
図８（ａ）に示す第１変形実施形態に係る溶接装置においては、図３に示すハンドリングロボット７の第４アーム２０が基端アーム２０ａと先端アーム２０ｂとに分割され、先端アーム２０ｂが基端アーム２０ａに対して長手方向の軸回りに回動自在に接続され、ギヤ２７及びモーター２８等によって回動されるようになっている。先端アーム２０ｂには、局所的裏当部材１３ｃが、ピン２９で回動可能に取り付けられている。局所的裏当部材１３ｃは、先端アーム２０ｂ内に収容されたシリンダ３０によって、回動されるようになっている。シリンダ３０は、一端がピン３１で先端アーム２０ｂに取り付けられ、他端がピン３２で局所的裏当部材１３ｃに接続されている。

局所的裏当部材１３ｃは、シリンダ３０にピン３２で接続されたホルダ部１３１ｃと、ホルダ部１３１ｃに着脱可能に取り付けられた本体部１３２ｃとを有する。本体部１３２ｃは、実質的に溶融金属を押える部材であり、セラミック等の耐熱物から構成され、スプリング等の弾性部材３３を介して、ホルダ部１３１ｃに取り付けられている。このスプリング等の弾性部材３３が、図３に示す最初の実施形態の押付機構２２に相当する。このため、図３の押付機構２２（弾性ブッシュ２２ａ、スライド装置２２ｂ）は省略できる。かかる第１変形実施形態の基本的な作用効果は最初の実施形態と同様である。

（第２変形実施形態）
図８（ｂ）に示す第２変形実施形態に係る溶接装置においては、図３に示すハンドリングロボット７の第４アーム２０の先端に、局所的裏当部材２３ｃをスライド自在に収容する凹部３４が設けられており、その凹部３４に局所的裏当部材２３ｃが収容され、局所的裏当部材２３ｃの下面と凹部３４の底面との間に、スプリング等の弾性部材３５が介設されている。

局所的裏当部材２３ｃは、凹部３４にガイドされてスライドするホルダ部２３１ｃと、ホルダ部２３１ｃに半球状の自在継手３６を介して着脱可能且つ傾斜自在に取り付けられた本体部２３２ｃとを有する。本体部２３２ｃとホルダ部２３１ｃとの間には、スプリング等の弾性部材３７が介設されている。上述した弾性部材３５、３７及び自在継手３６が、図３に示す最初の実施形態の押付機構２２に相当する。このため、図３に示す押付機構２２（弾性ブッシュ２２ａ、スライド装置２２ｂ）は省略できる。かかる第２変形実施形態の基本的な作用効果は最初の実施形態と同様である。

（その他）
以上、添付図面を参照しつつ本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は上述した各実施形態に限定されないことは勿論であり、特許請求の範囲に記載された範疇における各種の変更例又は修正例についても、本発明の技術的範囲に属することは言うまでもない。例えば、本発明は、アクスルケース１の溶接に限定されることはなく、平板状のワークを突き合わせて溶接する突合継手溶接の他、Ｔ継手溶接、十字継手溶接、角継手溶接等に、適用することもできる。また、ワーク１ａを別のハンドリングロボットで把持し、その別のハンドリングロボットを、図３の溶接ロボット６及びハンドリングロボット７と協調させて制御するようにしてもよい。

本発明は、ワーク同士を接触させ又は相対させて溶接する際、溶込率が部分的に１００％を超えても溶融金属の溶落や溶接ビードの欠肉等の不具合を回避でき、また必要に応じて溶込率１００％の完全溶込み溶接が可能な溶接装置に利用できる。

１ａ ワーク
２ 接触部
３ 裏当部材
３ｃ 局所的裏当部材
３１ｃ ホルダ部
３２ｃ 本体部
３２ｘ 裏当面
３２ｙ 前後傾斜面
３２ｚ 左右傾斜面
３２ｗ 堰止縁部
４ 溶接トーチ
５ 溶接装置
６ 溶接ロボット
７ ハンドリングロボット
２２ 押付機構
２３ 通路

Claims (6)

1. ワーク同士の接触部又は相対部の上方に配置された溶接トーチを前記接触部又は相対部に沿って移動させるアームを有する溶接ロボットと、
   前記ワーク同士の接触部又は相対部の下方に配置され前記溶接トーチによる溶融金属の溶け落ちを押える裏当部材とを備え、
   該裏当部材が、前記溶接トーチによって局所的に溶融された溶融金属の溶落領域を押える大きさの局所的裏当部材であり、
   該局所的裏当部材を、前記溶接ロボットによる溶接トーチの移動に追従させて、前記接触部又は相対部に沿って移動させるアームを有するハンドリングロボットを備え、
   前記ワークが、筒状体を長手方向に沿って分割した形状の分割筒状体部を有し、
   該分割筒状体部同士を接触又は相対させた筒状体の内周面側に、前記局所的裏当部材が配置され、
   その局所的裏当部材が、前記分割筒状体部同士の接触部又は相対部に対向する裏当面を有し、
   該裏当面が、前記分割筒状体部同士の接触部又は相対部を挟んだ前記内周面の周方向に間隔を隔てた２箇所に接触して溶融金属を堰き止めるための堰止縁部を有し、
   前記局所的裏当部材は、前記裏当面の前後に分割筒状体部同士の接触部又は相対部の長手方向に沿って前後に傾斜する前後傾斜面を夫々有すると共に、前記裏当面の左右に前記接触部又は相対部の左右に傾斜する左右傾斜面を夫々有し、切頭四角錐状に形成され、
   かかる局所的裏当部材の左右傾斜面の上縁が、前記堰止縁部である、ことを特徴とする溶接装置。
2. ワーク同士の接触部又は相対部の上方に配置された溶接トーチを前記接触部又は相対部に沿って移動させるアームを有する溶接ロボットと、
   前記ワーク同士の接触部又は相対部の下方に配置され前記溶接トーチによる溶融金属の溶け落ちを押える裏当部材とを備え、
   該裏当部材が、前記溶接トーチによって局所的に溶融された溶融金属の溶落領域を押える大きさの局所的裏当部材であり、
   該局所的裏当部材を、前記溶接ロボットによる溶接トーチの移動に追従させて、前記接触部又は相対部に沿って移動させるアームを有するハンドリングロボットを備え、
   前記ワークが、筒状体を長手方向に沿って分割した形状の分割筒状体部を有し、
   該分割筒状体部同士を接触又は相対させた筒状体の内周面側に、前記局所的裏当部材が配置され、
   その局所的裏当部材が、前記分割筒状体部同士の接触部又は相対部に対向する裏当面を有し、
   該裏当面が、前記分割筒状体部同士の接触部又は相対部を挟んだ前記内周面の周方向に間隔を隔てた２箇所に接触して溶融金属を堰き止めるための堰止縁部を有し、
   前記ハンドリングロボットが、前記局所的裏当部材を前記分割筒状体部同士の接触部又は相対部に下方から弾性的に押し付ける押付機構を有する、ことを特徴とする溶接装置。
3. ワーク同士の接触部又は相対部の上方に配置された溶接トーチを前記接触部又は相対部に沿って移動させるアームを有する溶接ロボットと、
   前記ワーク同士の接触部又は相対部の下方に配置され前記溶接トーチによる溶融金属の溶け落ちを押える裏当部材とを備え、
   該裏当部材が、前記溶接トーチによって局所的に溶融された溶融金属の溶落領域を押える大きさの局所的裏当部材であり、
   該局所的裏当部材を、前記溶接ロボットによる溶接トーチの移動に追従させて、前記接触部又は相対部に沿って移動させるアームを有するハンドリングロボットを備え、
   前記ワークが、筒状体を長手方向に沿って分割した形状の分割筒状体部を有し、
   該分割筒状体部同士を接触又は相対させた筒状体の内周面側に、前記局所的裏当部材が配置され、
   その局所的裏当部材が、前記分割筒状体部同士の接触部又は相対部に対向する裏当面を有し、
   該裏当面が、前記分割筒状体部同士の接触部又は相対部を挟んだ前記内周面の周方向に間隔を隔てた２箇所に接触して溶融金属を堰き止めるための堰止縁部を有し、
   前記局所的裏当部材が、前記ハンドリングロボットのアームに取り付けられたホルダ部と、該ホルダ部に着脱可能に設けられ前記分割筒状体部同士の接触部又は相対部に下方から接する本体部とを有する、ことを特徴とする溶接装置。
4. 前記局所的裏当部材に、冷却媒体が流れる通路を形成した請求項１から３の何れか１項に記載の溶接装置。
5. 前記局所的裏当部材が、前記ハンドリングロボットのアームに取り付けられたホルダ部と、該ホルダ部に着脱可能に設けられ前記分割筒状体部同士の接触部又は相対部に下方から接する本体部とを有する請求項１又は２に記載の溶接装置。
6. 前記本体部の材質が、セラミック又は銅である請求項３又は５に記載の溶接装置。

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