JP6305583B2 - 伸縮装置と溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、自動車部品、建設・土木機械部品、その他各種の産業用機械部品等の溶接に用いる溶接装置に関し、特に、大型の溶接物（以下「ワーク」という）の溶接に適する溶接装置に関する。

ワークの溶接装置として、本件出願人が先に開発した自動溶接装置（特許文献１）などが知られている。

特開平８−１０９４８号公報

本件出願人が先に開発した溶接装置は、汎用の溶接ロボット（以下「ロボット」という）を搭載可能なものであり、ワークに接近することでロボットによる溶接範囲を大幅に拡大できる機構を備えている。ロボットの可動範囲（溶接範囲）を広くしたことから、大型ワークの溶接に広く利用されている。ワークの大型化が進む近年は、縦、横、高さが数ｍもの大型ワークもある。大型ワークのうち、特に、箱物の大型ワークの場合は、周壁内の深さが数ｍもあるため、従来の溶接ロボットやそれを搭載した溶接装置では、ロボットアームの先のトーチがワークの内側底面まで届かないこともあった。また、背丈の高いワークの場合は、従来の溶接装置でもワークの外側上面まで届かないこともある。このため、これまで以上に、大型ワークを溶接できる溶接装置を開発してほしいとの要請がある。この要請に応えるためには、従来の溶接装置を単純に大型化することも考えられるが、そのまま大型化すると溶接時の作業スペースや保管スペースが広くなり、工場の拡張が必要になってしまう。このため、新規溶接装置の開発に当たっては、単に大型化するだけでなく、可能な限り、作業スペースや保管スペースが狭くて済むものが望まれている。

本発明の解決課題は、従来困難であった大型ワークの溶接を可能にし、かつ、大型ワークの溶接を可能とするために既存の溶接装置をそのまま大型化した場合よりは、小型化できる溶接装置を提供することにある。

本発明の溶接装置は、ロボットを取り付け可能な溶接装置において、ベースと支柱と横方向伸縮体を備え、支柱はベースの長手方向に沿って往復走行可能な走行体の上に立設されて走行体の移動に伴って移動可能であり、横方向伸縮体は横方向に伸縮可能な二以上の横伸縮材を備え、二以上の横伸縮材は支柱の先方に伸長することができ、伸長前の元の位置に収縮可能なものである。

本発明の溶接装置は、ロボットを取り付け可能な溶接装置において、ベースと支柱と縦方向伸縮体を備え、支柱はベースの長手方向に沿って往復走行可能な走行体の上に立設されて走行体の移動に伴って移動可能であり、縦方向伸縮体は縦方向に伸縮可能な二以上の縦伸縮材を備え、二以上の縦伸縮材は下方に段階的に伸長することができ、伸長前の元の位置に段階的に収縮することができ、縦方向伸縮体の先端側にロボットを取り付け可能な取り付け部を備えたものである。

本発明の溶接装置は、ロボットを取り付け可能な溶接装置において、ベースと支柱と横方向伸縮体と縦方向伸縮体を備え、支柱はベースの長手方向に沿って往復走行可能な走行体の上に立設されて走行体の移動に伴って移動可能であり、横方向伸縮体は支柱の上端側に取り付けられて横方向に伸縮可能であり、横方向に伸縮可能な二以上の横伸縮材を備え、二以上の横伸縮材は支柱の先方に伸長することができ、伸長前の元の位置に収縮することができ、縦方向伸縮体は横方向伸縮体の先端側に取り付けられて縦方向に伸縮可能であり、縦方向に伸縮可能な二以上の縦伸縮材を備え、二以上の縦伸縮材は下方に段階的に伸長することができ、伸長前の元の位置に段階的に収縮することができ、縦方向伸縮体の下端側にロボットを取り付け可能な取り付け部を備えたものである。

前記いずれかの溶接装置において、横伸縮材として、支柱に固定された横固定フレームと、横固定フレームに横伸縮可能に設けられた横中間フレームと、横中間フレームに横伸縮可能に設けられた横スライダーを備え、伸長時は、横中間フレームが横固定フレームの先方に突出し、横スライダーが横中間フレームの先方に突出し、横中間フレームと横スライダーは所望の突出位置で停止可能とすることもできる。

前記溶接装置において、収納時に、横中間フレームが伸長前の元の箇所に戻って横固定フレームと重なり、横スライダーが伸長前の元の箇所に戻って横中間フレームと重なるようにすることもできる。

前記溶接装置において、横中間フレームは横駆動モータの動力によって横方向にスライドし、横スライダーは連動機構を介して伝達される前記横駆動モータの動力によって横方向にスライドするようにすることもできる。

前記溶接装置において、縦伸縮材として、横スライダーに固定された縦固定フレームと、縦固定フレームに縦伸縮可能に設けられた縦中間フレームと、縦中間フレームに縦伸縮可能に設けられた縦スライダーを備え、伸長時は、縦中間フレームが縦固定フレームの先方に突出し、縦スライダーが縦中間フレームの先方に突出し、縦中間フレームと縦スライダーは、所望の突出位置で停止可能であり、収縮時は、縦中間フレームが伸長前の元の箇所に戻って縦固定フレームと重なり、縦スライダーが伸長前の元の箇所に戻って縦中間フレームと重なるようにすることもできる。

前記溶接装置において、縦中間フレームが昇降フリーな状態で縦スライダーに支持され、前記支持状態で縦スライダーが降下すると、支持されている縦中間フレームも同時に降下し、降下途中で縦中間フレームは縦固定フレームに係止してそれ以上は降下せずに降下を停止し、縦スライダーだけが降下を続けて最下端まで降下し、縦スライダーが上昇すると、縦スライダーが停止している縦中間フレームを押し上げて、縦中間フレームが縦スライダーと共に上昇するようにすることもできる。

前記溶接装置において、縦スライダーが支持部を備え、縦中間フレームが降下ストッパーを備え、縦固定フレームが降下停止部を備え、縦中間フレームが支持部で支持されている状態で縦スライダーが降下すると縦中間フレームも降下し、降下中に前記降下ストッパーが降下停止部に係止して降下が停止して縦スライダーだけが降下を継続し、縦スライダーが上昇すると、縦スライダーの支持部で縦中間フレームを押し上げて、縦中間フレームが縦スライダーと共に上昇するようにすることもできる。

前記溶接装置において、横方向伸縮体と縦方向伸縮体を同じ構造又は異なる構造とし、横方向伸縮体と縦方向伸縮体を、前記いずれかの横方向伸縮体又は縦方向伸縮体とすることもできる。

前記溶接装置は、ロボット取付け部にロボットが取り付けられたものとすることもできる。

本発明の溶接装置は、次の効果を有する。
（１）伸縮可能な横方向伸縮体又は／及び縦方向伸縮体を備えているため、ワークの大きさに応じて横方向伸縮体や縦方向伸縮体を伸縮させることができる。
（２）横方向伸縮体が支柱の先方には突出するが、戻り移動時には伸長前の元の位置に戻るため、伸長前の元の位置を支柱の後方に突出しないように或いは突出長を短く設定しておけば、工場内の壁際に接近させて設置固定することができ、作業時も保管時も広い場所をとらない。
（３）横方向伸縮体の収縮時には横スライダーと横中間フレームが横固定フレームに重なるので横方向に広い場所を取らない。縦方向伸縮体の収縮時に縦スライダーと縦中間フレームが縦固定フレームに重なるので縦方向にも高いスペースを必要としない。
（４）支柱がベースの上を往復移動し、支柱がベースの上で回転し、横方向伸縮体が横に伸縮し、縦方向伸縮体が縦に伸縮するので、溶接ロボットの可動範囲が広がり、大型ワークの外面のみならず、深い内面の溶接も容易にできる。
（５）横駆動モータの動力によって横中間フレームがスライドし、連動機構を介して伝達される前記横駆動モータの動力によって横スライダーがスライドするようにすれば、横方向伸縮体の駆動体（モータ）が一つで済むため、コストの低減、装置の小型・軽量化に資する。
（６）縦中間フレームは、縦スライダーの支持を目的とする機構であるため、縦スライダーの動きに伴って昇降するようにした場合、縦中間フレームを駆動させるための駆動機構が不要となるため、構造が簡潔になる。

本発明の溶接装置の一例を示す斜視図。 本発明の溶接装置における横方向伸縮体の一例を示す説明図。 本発明の溶接装置における横方向伸縮体の動作説明図であって、（ａ）は横中間フレームと横スライダーが前方にスライドする前の状態を示すもの、（ｂ）は横中間フレームと横スライダーが途中までスライドした状態を示すもの、（ｃ）は横中間フレームと横スライダーが最大限前方にスライドした状態を示すもの。 本発明の溶接装置における縦方向伸縮体の一例を示す説明図。 本発明の溶接装置における縦方向伸縮体の動作説明図であって、（ａ）は縦スライダーと縦中間フレームが前方にスライドする前の状態を示すもの、（ｂ）は縦中間フレームの降下ストッパーが縦固定フレームの降下停止部に当接するまで縦スライダーがスライドした状態を示すもの、（ｃ）は縦スライダーが最大限下方にスライドした状態を示すもの。

（実施形態）
本発明の溶接装置は、ロボットを取り付け済みのものであってもよく、ロボットを取り付ける前の状態であってよいが、一例として図示した溶接装置はロボットを取り付け済みのものである。本発明の溶接装置は、横方向伸縮体と縦方向伸縮体のいずれか一方を備えたものであってもよいが、一例として図示した溶接装置は双方を備えたものである。本発明の溶接装置は、横方向伸縮体と縦方向伸縮体が同じ構造のものであってもよいが、一例として図示した溶接装置は両者が異なる場合の例である。

本発明の溶接装置の一例を、図面を参照して説明する。本発明の溶接装置は各種サイズのワーク、特に大型ワークの溶接に適するものであり、リモコン操作により、コンピュータ制御のもとで動作することができるものである。

［溶接装置の概要］
一例として図１に示す溶接装置１は、ベース２と支柱３と横方向伸縮体４と縦方向伸縮体５とロボット６を備えている。支柱３はベース２の長手方向に沿って往復走行可能な走行体７の上に立設され、走行体７の往復移動に伴って左右方向（図１のＡ矢印方向）に移動可能である。横方向伸縮体４は支柱３の上部に取り付けられて、前後方向（横方向：図１のＢ矢印方向）に伸縮可能である。縦方向伸縮体５は横方向伸縮体４の先端に取り付けられて、上下方向（縦方向：図１のＣ矢印方向）に伸縮可能である。ロボット６は縦方向伸縮体５の下端に取り付けられている。ロボット６には汎用品でも今後開発される新たなものでも使用することができる。

［ベース］
前記ベース２は溶接装置１の台座部分であり、間隔をあけて平行に配置された二本のガイドレール８を備えている。二本のガイドレール８は複数の間隔保持具９で保持され、両者の間隔を保持できるようにしてある。二本のガイドレール８上にはそれらの長手方向に沿って往復走行可能な走行体７が搭載され、その走行体７上に立設された支柱３をガイドレール８に沿って往復移動させられるようにしてある。図示は省略しているが、両ガイドレール８の間には走行体７を往復移動させるためのラックアンドピニオン機構が設けられている。

［支柱］
前記支柱３は、横方向伸縮体４や縦方向伸縮体５、ロボット６などを支持するためのものであり、走行体７に回転可能に設けた回転盤１０の上に立設されている。支柱３の上端には載せ台１２が固定されている。回転盤１０には鋼製の円盤などを、支柱３には角形鋼材などを、載せ台１２には平鋼などを用いることができる。支柱３は横方向伸縮体４や縦方向伸縮体５、ロボット６などを支持するだけの強度を確保するため、外周には補強リブ１３を固定してある。回転盤１０、支柱３、載せ台１２、補強リブ１３のそれぞれは溶接によって固定してある。支柱３及び載せ台１２は、回転盤１０を回転させることによって図１のＲ矢印方向（正逆両方向）に回転するようにしてある。

［横方向伸縮体］
図２に示すように、前記横方向伸縮体４は、載せ台１２（図１）に載置して固定された固定フレーム（以下「横固定フレーム」という）１５と、横固定フレーム１５の上側に配置される中間フレーム（以下「横中間フレーム」という）１６と、横中間フレーム１６の上方に配置される横スライダー１７を備えている。横固定フレーム１５と横中間フレーム１６、横中間フレーム１６と横スライダー１７は脱落することなく伸縮できるようにしてある。図示は省略しているが、横方向伸縮体４の後端側には錘を設けてあり、横中間フレーム１６及び横スライダー１７のスライド時に溶接装置１が前方に傾倒しないようにしてある。

前記横固定フレーム１５は側面視長方形の箱型であり、その内側に横中間フレーム１６を収容可能な広さの収容部１８を備えている。横中間フレーム１６は平面視長方形状の天板１９とその天板１９から下向きに突設された側板２０を備え、その側板２０に横方向伸縮体駆動用の駆動モータ（以下「横駆動モータ」という）Ｍ１などが取り付けられている。横スライダー１７は側面視長方形の箱型であり、前方側の端部に縦方向伸縮体５の固定フレーム（以下「縦固定フレーム」という）２１が設けられている。横固定フレーム１５と横スライダー１７にはラック（以下、横固定フレームに設けられたラックを「固定側ラック」と、横スライダーに設けられたラック「スライダー側ラック」という）２２、２３が設けられ、横中間フレーム１６に設けられた駆動部と協働するようにしてある。

前記駆動部は、図２に示すように、後端寄りの位置に、横駆動モータＭ１、回転ユニット２４、回転ユニット２４のクロス軸（図示しない）の一端に取り付けられた固定側ピニオン２５、クロス軸の他端に取り付けられたタイミングプーリ（主プーリ）２６を備え、先端寄りの位置に、シャフト２７、そのシャフト２７の上端に取り付けられたスライダー側ピニオン２８、シャフト２７の下端に取り付けられたタイミングプーリ（従プーリ）２９を備えている。前記主プーリ２６と従プーリ２９の外周にはタイミングベルト３０が巻回され、主プーリ２６の動力がタイミングベルト３０を介して従プーリ２９に伝達されるようにしてある。

前記横方向伸縮体４の動作を図３（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。横駆動モータＭ１を回転させると、回転ユニット２４で動力の向きが変換されてクロス軸が回転する。クロス軸の回転により固定側ピニオン２５が回転すると、その固定側ピニオン２５に固定側ラック２２が係合し、横中間フレーム１６が前方向にスライドする。

他方、クロス軸の回転により主プーリ２６が回転すると、その動力がタイミングベルト３０を介して従プーリ２９に伝達され、シャフト２７が回転する。シャフト２７の回転によりスライダー側ピニオン２８が回転すると、そのスライダー側ピニオン２８にスライダー側ラック２３が係合し、横スライダー１７が前方向にスライドする。

横中間フレーム１６と横スライダー１７のスライド速度は、両タイミングプーリ２６、２９のギヤ比を変えることによって調整することができるが、ここでは、横固定フレーム１５を基準としたときに、横スライダー１７が横中間フレーム１６の二倍の速さでスライドするようにしてあり、横スライダー１７と横中間フレーム１６とが同じタイミングで最大限突出するようにしてある。横方向伸縮体４は、横駆動モータＭ１を逆回転させることによって収縮する。

［縦方向伸縮体］
図４に示すように、前記縦方向伸縮体５は、横方向伸縮体４の前端に固定された縦固定フレーム２１と、縦固定フレーム２１の外側に配置される縦中間フレーム３１と、縦中間フレーム３１の外側に配置される縦スライダー３２を備えている。縦固定フレーム２１は縦長の平鋼である。縦中間フレーム３１は昇降フリーの遊星状態であり、縦スライダー３２の動きに伴って上下にスライドするようにしてある。

縦固定フレーム２１には縦方向伸縮体５の駆動源である縦駆動モータＭ２を取り付けるための取付け板３５が前方向きに突設されている。縦駆動モータＭ２の回転軸（図示しない）には縦スライダー３２に設けられた縦ラック３６に係合する縦ピニオン３７が取り付けられている。

縦中間フレーム３１は縦長の箱型であり、その背面側に二本のレール４０（図４）が間隔をあけて設けられ、その二本のレール４０の間に縦固定フレーム２１が収まるようにしてある。縦中間フレーム３１は縦スライダー３２を収容可能な広さの収容部（図示しない）を備え、縦スライダー３２はその収容部内を上下にスライドできるようにしてある。前記縦スライダー３２は縦長の箱型であり、下部に縦中間フレーム３１の底面３１ａを受ける支持部３９が設けられている。縦スライダー３２のフレーム部分には縦ラック３６が縦向きに設けられている。

前記縦中間フレーム３１は縦スライダー３２の昇降に伴って昇降できるようにしてある。このため、図５（ａ）〜（ｃ）に示すように、縦スライダー３２に支持部３９を設け、縦中間フレーム３１に降下ストッパー３３を設け、縦固定フレーム２１に降下停止部３４を設けて、縦中間フレーム３１の底面３１ａを前記支持部３９で支持した状態で、縦スライダー３２が降下すると縦中間フレーム３１も降下し、降下中に前記降下ストッパー３３が前記降下停止部３４に係止して降下が停止し、縦スライダー３２だけが降下を継続し、降下後に縦スライダー３２が上昇する（戻る）と、縦スライダー３２の前記支持部３９で縦中間フレーム３１の底面３１ａを支持し、縦スライダー３２の上昇に伴って縦中間フレーム３１が縦スライダー３２と共に上昇するようにしてある。

前記横方向伸縮体の動作を図５（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。縦駆動モータＭ２を動作させるとその回転軸の先端に取り付けられた縦ピニオン３７が回転し、縦スライダー３２の縦ラック３６に係合して縦スライダー３２が降下し始める。縦スライダー３２の降下に伴って、縦スライダー３２の支持部３９で支持されている縦中間フレーム３１が降下する。

縦スライダー３２の降下により降下ストッパー３３が縦固定フレーム２１の降下停止部３４に当接すると、縦中間フレーム３１はそこで降下を停止し、縦スライダー３２のみが縦ラック３６の長さ分だけ降下を続ける。

縦方向伸縮体５は、縦駆動モータＭ２を逆回転させることによって収縮させることができる。具体的には、縦駆動モータＭ２を逆回転させると縦ピニオン３７が逆回転し、縦ピニオン３７に係合して縦スライダー３２が上昇し始める。縦スライダー３２の支持部３９が縦中間フレーム３１の底面３１ａに当接すると、縦スライダー３２の上昇に伴って縦中間フレーム３１も上昇し、縦スライダー３２が上昇しきって停止すると縦中間フレーム３１も停止する。

前述のとおり、本発明の溶接装置１は図示した横方向伸縮体４を図示した縦方向伸縮体５に代えて使用することもできる。図示した実施形態は横方向伸縮体４と縦方向伸縮体５の双方を備えた場合であるため、横方向伸縮体４を縦向きにして縦方向伸縮体５として使用し、縦方向伸縮体５を横向きにして横方向伸縮体４として使用し、その横方向伸縮体４の先端側に取り付け部を設けて、そこにロボット６を取り付けることができる。

前述のとおり、本発明の溶接装置１は横方向伸縮体４だけを備える場合も、縦方向伸縮体５だけを備える場合もある。前者の場合は、図示した横方向伸縮体４に代えて縦方向伸縮体５を横向きに使用することもでき、後者の場合は、図示した縦方向伸縮体５に代えて横方向伸縮体４を縦向きに使用することもできる。

本発明の溶接装置１は、本件出願人が開発した各種ワークポジショナー（特許第３０２６７９０号等）を装備したものとし、そのワークポジショナーにセットしたワークを溶接することもできる。

１ 溶接装置
２ ベース
３ 支柱
４ 横方向伸縮体
５ 縦方向伸縮体
６ ロボット
７ 走行体
８ ガイドレール
９ 間隔保持具
１０ 回転盤
１２ 載せ部
１３ 補強リブ
１５ 横固定フレーム（横伸縮材）
１６ 横中間フレーム（横伸縮材）
１７ 横スライダー（横伸縮材）
１８ 収容部
１９ 天板
２０ 側板
２１ 縦固定フレーム（縦伸縮材）
２２ 固定側ラック
２３ スライダー側ラック
２４ 回転ユニット
２５ 固定側ピニオン
２６ タイミングプーリ（主プーリ）
２７ シャフト
２８ スライダー側ピニオン
２９ タイミングプーリ（従プーリ）
３０ タイミングベルト
３１ 縦中間フレーム（縦伸縮材）
３１ａ 底面
３２ 縦スライダー（縦伸縮材）
３３ 降下ストッパー
３４ 降下停止部
３５ 取付け板
３６ 縦ラック
３７ 縦ピニオン
３９ 支持部
４０ レール
Ｍ１ 横駆動モータ
Ｍ２ 縦駆動モータ

Claims (4)

1. 伸縮体が固定フレームと、中間フレームと、スライダーを備え、駆動モータの回転により、中間フレームが固定フレームの先方に移動し、スライダーが中間フレームの先方に移動して、固定フレームからスライダーの先端までの距離が伸長し、駆動部の逆駆動により中間フレームとスライダーが戻り移動して、固定フレームからスライダーの先端までの距離が収縮する伸縮装置において、
   前記固定フレームは固定側ラックを、前記スライダーはスライダー側ラックを備え、固定側ラックに固定側ピニオンが係合し、スライダー側ラックにスライダー側ピニオンが係合し、固定側ピニオンとスライダー側ピニオンにタイミングベルトが巻回されており、
   前記駆動モータが回転すると固定側ピニオンが回転し、固定側ピニオンの回転に伴ってタイミングベルトが回転して前記スライダー側ピニオンが回転し、固定側ピニオンは前記回転によって固定側ラックの先方に移動し、その移動に伴って、中間フレームが同方向に移動し、スライダー側ピニオンの前記回転によりスライダー側ラックが先方に移動し、その移動に伴ってスライダーが同方向に移動して伸縮体が伸長し、
   前記駆動モータの逆回転により、固定側ピニオン、スライダー側ピニオンが逆回転し、固定側ピニオンの逆回転により固定側ピニオンが戻り移動し、スライダー側ピニオンの逆回転によりスライダーが逆戻りして伸縮体が収縮する、
   ことを特徴とする伸縮装置。
2. 請求項１記載の伸縮装置において、
   伸縮体は、伸長時は、中間フレームが固定フレームの先方に突出し、スライダーが中間フレームの先方に突出し、中間フレームとスライダーは所望の突出位置で停止可能であり、収納時に、中間フレームが伸長前の元の箇所に戻って固定フレームと重なり、スライダーが伸長前の元の箇所に戻って中間フレームと重なる、
   ことを特徴とする伸縮装置。
3. 溶接ロボットを取り付け可能な溶接装置において、
   ベースと支柱と横方向伸縮体を備え、
   前記支柱はベースの長手方向に沿って往復走行可能な走行体の上に立設されて走行体の移動に伴って移動可能であり、
   前記横方向伸縮体が、請求項１又は請求項２記載の伸縮装置である、
   ことを特徴とする溶接装置。
4. 溶接ロボットを取り付け可能な溶接装置において、
   ベースと支柱と縦方向伸縮体を備え、
   前記支柱はベースの長手方向に沿って往復走行可能な走行体の上に立設されて走行体の移動に伴って移動可能であり、
   前記縦方向伸縮体が、請求項１又は請求項２記載の伸縮装置である、
   ことを特徴とする溶接装置。

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