JP6426386B2 - 管体溶接装置 - Google Patents

Description

この発明は、金属製の板材を筒状に曲げ加工したワークにおける軸方向に平行な２端面の突き合わせ部分を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、金属製板材を略真円状に曲げ加工し、周方向に突き合わされた２端面を溶接する方法がある。円筒状のワークにおける軸方向に平行な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形成した金型を備える管体溶接装置が提案されている（例えば、特許文献１参照。）。

管体溶接装置は、溶接具を貫通孔における軸方向の一部に露出して金型に配置し、貫通孔をワークが通過する間に、溶接具が配置された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、ワークの通過方向の下流側が上流側よりも僅かに縮小されている。溶接位置は、貫通孔における下流側に配置されている。

ワークの通過方向における溶接位置の上流側には、位置合わせ用のガイド刃が貫通孔内に露出している。貫通孔の周方向におけるガイド刃の露出位置は、溶接具の露出位置に一致している。ガイド刃は、ワークの突き合わせ部に嵌入することで貫通孔内におけるワークの回転を防止し、ワークの突き合わせ部を軸方向の全長にわたって溶接具に対向させてワークにおける溶接線のズレを防止する。
特公平２−１５３１０号公報

しかし、従来の管体溶接装置では、金型の貫通孔内をワークが通過する際にワークの外周面に貫通孔の内周面との接触による線状の傷が生じ易く、貫通孔の内周面に磨耗を生じ易い。このため、ワークの通過速度を高速化することが困難で、製造時間の短縮が不十分になる。このような問題は、円筒状の金属製薄肉管体の製造時だけでなく、楕円状又は角筒状の金属製薄肉管体の製造時にも生じる。また、金型の貫通孔の内径はワークの外径に等しくなければならず、ワークの外径の変化に応じて内径の異なる貫通孔を形成した金型に取り換える必要があり、段取り換えに長時間を要する。

この発明の目的は、ワークの外側面の損傷やワークの移動経路の磨耗を軽減することができるとともに、段取り換えを短時間化でき、ワークが溶接位置を通過する際の通過速度を高速化して管体の製造時間を短縮できる管体溶接装置を提供することにある。

この発明は、複数の無端状移動部材、溶接具、移動機構を備えている。複数の無端状移動部材は、各々が直線部分を含む循環経路を移動自在にされ、各々が直線部分でワークの外側面における突き合わせ部分を除く複数の位置に軸方向に沿って当接する。複数の無端状移動部材は、ワークの周方向における総数に１を加算した数に等間隔に分割した位置のうち突き合わせ部分に対応する溶接位置を除く移動位置で、ワークの半径方向に沿って移動自在にされている。溶接具は、軸方向における直線部分が位置している範囲内で、突き合わせ部分に対向する。溶接具は、溶接位置で半径方向に沿って移動自在に支持されている。移動機構は、複数の無端状移動部材の各々を、半径方向に沿って互いに等しい距離だけ移動させて互いに近接又は離間させる。

移動機構は、複数のボールネジ、複数の固定ナット、複数の従動側傘歯ギア、複数の駆動側傘歯ギア、駆動部材を備えている。複数のボールネジは、複数の移動位置の各々に対応する位置で長手方向を半径方向に一致させて回転自在に支持されている。複数の固定ナットは、それぞれ複数の無端状移動部材の各々に回転不能にして固定されて複数のボールネジの各々に螺合する。複数の従動側傘歯ギアは、それぞれ複数のボールネジの各々に同軸上に固定されている。複数の駆動側傘歯ギアは、それぞれ複数の移動位置の各々に対応する位置に配置されて複数の従動側傘歯ギアの各々に螺合する。駆動部材は、複数の駆動側傘歯ギアを互いに同一方向に同一速度で回転させる。

この構成では、金属製の板材を互いに平行な２端面が突き合うように筒状にしたワークが、軸方向に沿って搬送される間に、複数の無端状移動部材が、循環経路中の直線部分に位置している部分でワークの外側面における２端面を除く複数の位置に軸方向に沿って当接し、ワークの移動に伴ってそれぞれ循環経路に沿って移動する。ワークは、複数の無端状移動部材が外周面に当接することで移動方向を規定され、複数の無端状移動部材とともに移動する間に２端面の突き合わせ部分が溶接具によって溶接される。ワークの外周面と複数の無端状移動部材との間に大きな速度差を生じないため、ワークの外周面の損傷や複数の無端状移動部材の磨耗が軽減される。

移動機構において、駆動部材が動作すると、各駆動側傘歯ギアを介して各従動側傘歯ギアが各ボールネジとともに互いに同一方向に同一速度で回転し、各ボールネジに螺合する各固定ナットを固定した各無端状移動部材は、ワークの半径方向に沿って互いに離間及び近接する方向に移動する。ワークの外径の変化に応じて各無端状移動部材を変位させることで、段取り換えが短時間化される。

この構成において、駆動部材は、複数の駆動側傘歯ギアに噛合するリングギアとすることが好ましい。リングギアの回転により、容易かつ確実に複数の駆動側傘歯ギアを互いに同一方向に同一速度で回転させることができる。
また、複数の無端状移動部材の各々は、外側面に弾性体を備えることが好ましい。ワークの外周面の損傷をより軽減することができる。
さらに、移動機構を、軸方向における複数の無端状移動部材の各々の両端部に配置することが好ましい。複数の無端状移動部材の各々を容易かつ確実に互いに近接又は離間させることができる。

この発明によれば、ワークの外側面の損傷やワークの移動経路の磨耗を軽減することができるとともに、段取り換えを短時間化でき、ワークが溶接位置を通過する際の通過速度を高速化して管体の製造時間を短縮することができる。

この発明の実施形態に係る管体溶接装置の側面断面図である。 同管体溶接装置の正面図である。 同管体溶接装置に備えられる第１の支持部材の正面図である。 この発明の別の実施形態に係る管体溶接装置の側面断面図である。 この発明のさらに別の実施形態に係る管体溶接装置の側面断面図である。

以下に、この発明の実施形態に係る管体溶接装置について、図面を参照しつつ説明する。

図１及び図２に示すように、管体溶接装置１０は、金属製の板材を素材とする円筒状のワーク１００を軸方向に平行な搬送方向Ｘに沿って搬送する間に、ワーク１００の突き合わせ部１１０を軸方向に沿って溶接し、管体を製造する。ワーク１００は、予め矩形の金属製板材を曲げ加工し、互いに平行な２端面を周方向に突き合わせた状態の円筒状に形成されている。管体溶接装置１０は、無端状移動部材４、ガイド刃５、溶接トーチ６、第１の支持部材７、第２の支持部材８、押圧部材９を備えている。

無端状移動部材４は、一例として、一対のスプロケット４２，４３に張架されたチェーン４１を備えており、ワーク１００の軸方向に直交する面内において、ワーク１００の周方向を８等分した位置のうち最上部の位置を除く７箇所に配置されている。チェーン４１は、ガイド４４によって規定される直線部分を含む循環経路に沿って移動自在に張架されている。チェーン４１は、３個以上のスプロケットに張架することもでき、チェーンに代えてベルトや複数のローラで構成することもできる。７個の無端状移動部材４は、それぞれのチェーン４１の循環経路における直線部分がワーク１００の外周面に当接するように、第１の支持部材７に支持されている。

ガイド刃５は、下端部の厚さを薄くした板状体であり、搬送方向Ｘにおける無端状移動部材４の循環経路における直線部分が配置されている範囲内で、長手方向を搬送方向Ｘに平行にして第２の支持部材８に固定されている。ガイド刃５は、下端部をワーク１００の突き合わせ部１１０に上方から嵌入し、搬送中のワーク１００の軸回りの回転を防止する。

押圧部材９は、ワーク１００の周方向におけるガイド刃５を挟む両側のそれぞれに配置されており、搬送方向Ｘにおける溶接トーチ６よりも上流側の位置でワーク１００の周面に上方から当接する。ワーク１００の後端部がガイド刃５を通過した後にも、ワーク１００の突き合わせ部分を溶接トーチ６の火口に確実に一致させることがきる。

溶接トーチ６は、この発明の溶接具であり、ワーク１００における突き合わせ部分を溶接する。溶接トーチ６は、搬送方向Ｘにおける無端状移動部材４Ａ〜４Ｇの循環経路における直線部分の範囲内で、かつガイド刃５の下流側の位置で、第２の支持部材８に固定されている。

第１の支持部材７は、７個の無端状移動部材４のそれぞれがワーク１００の半径方向（外側面の法線方向）に沿って移動するように、各無端状移動部材４に支持する。第１の支持部材７は、搬送方向Ｘの上流側と下流側とで対称形状となるように取付部７２を介してベース７１上に一対配置されている。

第２の支持部材８は、ガイド刃５、溶接トーチ６及び押圧部材９を支持する。搬送方向Ｘに直交する面内における水平方向について、ガイド刃５の下端部と溶接トーチ６の火口との中心位置は、一致している。

ワーク１００を搬送方向Ｘに沿って無端状移動部材４の循環経路における直線部分の間に搬入すると、ガイド刃５の下端部が突き合わせ部１１０に嵌入する。ワーク１００の搬送中に突き合わせ部１１０が溶接トーチ６の火口に対向する回転位置でワーク１００の回転が規制され、突き合わせ部１１０が溶接トーチ６によって溶接される。

各無端状移動部材４は、チェーン４１及びスプロケット４２，４３、ガイド４４の他に、プレート４５、調整板４６、調整ボルト４７を備えている。長板状のプレート４６は、長手方向を搬送方向Ｘに平行にして配置され、孔部４５１及び長孔４５２のそれぞれで、スプロケット４２の軸受４２１及びスプロケット４３の軸受４３１を保持している。

長孔４５２は、プレート４５の長手方向に沿って形成されており、調整板４６に軸支された軸受４３１の軸部が嵌入する。軸受４３１は、プレート４５の長孔４５２の長さの範囲でプレート４５の長手方向に沿って移動自在にしてスプロケット４３を軸支する。

調整ボルト４７は、プレート４５に形成された保持部４５３に回転自在に保持されており、調整板４６のネジ孔４６１に螺合している。調整ボルト４７を回転させると、軸受４３１が長孔４５２内を調整板４６と共にプレート４５の長手方向に沿って移動し、チェーン４１の張力が調整される。

管体溶接装置１０は、７個の無端状移動部材４によって、溶接トーチ６の配置位置を含む範囲で、ワーク１００を軸方向に沿って移動させる。各無端状移動部材４のチェーン４１は、循環経路における直線部分でワーク１００の周面に当接するため、ワーク１００の搬送方向Ｘに沿った移動に伴ってワーク１００の移動速度と同一の速度で循環経路に沿って移動する。

各チェーン４１はワーク１００の周面に摺動することがないため、ワーク１００の周面における損傷、及びチェーン４１の磨耗が抑制される。これによって、トンネル状の搬送部を備えた従来の溶接装置に比較して、溶接速度を３倍程度高速化できる。なお、チェーン４１は、外表面にゴム等の弾性部材を備えることで、ワーク１００の損傷をより軽減することができる。

プレート４５の長手方向の両端部には、回転を規制した状態で固定ナット４５４が取り付けられている。固定ナット４５４には、従動側傘歯ギア９１を同軸上に固定したボールネジ９２が螺合している。

ボールネジ９２は、第１の支持部材７の支持部７３で、軸方向をワーク１００の半径方向に一致させて回転自在に支持されている。支持部７３は、第１の支持部材７において、７個の無端状移動部材４の配置位置のそれぞれに対応した位置に形成されている。

第１の支持部材７は、一例として正八角形の環状を呈し、最上部の１辺を除く各辺のそれぞれで、合計７個の無端状移動部材４の配置位置のそれぞれに対応するように、支持部７３に取り付けられた固定部材７４の軸部９３２により、軸方向を搬送方向Ｘに平行にして駆動側傘歯ギア９３を回転自在に支持している。駆動側傘歯ギア９３は、従動側傘歯ギア９１に噛合している。駆動側傘歯ギア９３には、伝達ギア９３１が同軸上に固定されている。７個のうち最下部の伝達ギア９３１には、モータ９４の駆動軸９４１に固定された駆動ギア９４２が噛合している。７個の伝達ギア９３１は、この発明の駆動部材である１個のリングギア９５に噛合している。ボールネジ９２、固定ナット４５４、従動側傘歯ギア９１、駆動側傘歯ギア９３及びリングギア９５がこの発明の移動機構に相当する。

伝達ギア９３１は、両面にフランジ部９３１１を備えている。リングギア９５は、両面の周縁部をフランジ部９３１１に当接させることで、搬送方向Ｘの移動を規制されている。ワーク１００の搬送経路に干渉することなく、リングギア９５を７個の伝達ギア９３１に噛合する状態を維持しつつ、回転自在に支持することができる。

この発明の駆動部材は、リングギア９５に限るものではなく、駆動ギア９４２の回転を７個の駆動側傘歯ギア９３に同一方向に同一速度で伝達できることを条件に、ベルトやチェーンで構成することもできる。

モータ９４の駆動により、駆動軸９４１の回転が最下部の伝達ギア９３１からリングギア９５を介して他の伝達ギア９３１に伝達され、７個の伝達ギア９３１は７個の駆動側傘歯ギア９３とともに互いに同一方向に同一速度で回転させる。各駆動側傘歯ギア９３の回転は、従動側傘歯ギア９１によって回転軸を直交させてボールネジ９２に伝達される。ボールネジ９２の回転は固定ナット４６３によってワーク１００の半径方向における移動力としてプレート４６に伝達され、各無端状移動部材４がワーク１００の半径方向に沿って移動する。

ワーク１００の外径の縮小又は拡大に応じて、モータ９４を駆動することにより、７個の無端状移動部材４のそれぞれを互いに同じ距離だけ近接又は離間させることができる。

ボールネジ９２、固定ナット４５４、従動側傘歯ギア９１、駆動側傘歯ギア９３及びリングギア９５で構成されるこの発明の移動機構が、搬送方向Ｘにおける無端状移動部材４の上流側及び下流側に配置されているため、無端状移動部材４においてワーク１００の搬送経路を構成する直線部分を安定的に配置することができる。

図３に示すように、第２の支持部材８は、水平に配置される支持板８１及び可動板８２を備えている。支持板８１は、フレーム７２の上端の水平部分に固定されている。支持板８１には、可動板８２が可動部材８３を介して取り付けられている。可動板８２には、ガイド刃５、溶接トーチ６が固定されている。

可動部材８３は、傾斜カム８３１、スライダ８３２、ガイド８３３、スクリューネジ８３４、支持ピン８３５、押圧バネ８３６、調整ナット８３７を備えている。

傾斜カム８３１は、支持板８１の上面に固定されており、上面が傾斜面で構成されている。スライダ８３２は、傾斜カム８３１の上面に当接する下面が傾斜面で構成されており、支持板８１と可動板８２との間で移動自在に配置されている。ガイド８３３は、可動板８２の下面に固定されており、スライダ８３２の移動方向を規定する。スクリューネジ８３４は、可動板８２の下面から下方に延出したネジ孔８２１に螺合しており、長手方向を水平にして配置され、一端がスライダ８３２に係止されている。支持ピン８３５は、支持板８１の上面の複数の位置に下端を固定され、長手方向を垂直にして配置されており、可動板８２の孔部８２２を貫通して可動板８２の上面に露出している。調整ナット８３７は、支持ピン８３５の上端に形成されているネジ部に螺合している。押圧バネ８３６は、調整ナット８３７と可動板８２の上面との間で支持ピン８３５に外嵌しており、可動板８２を下方に付勢する。

スクリューネジ８３４の操作部８３４１に回転力を作用させると、その回転方向に応じてスライダ８３２が水平方向に移動し、傾斜カム８３１の傾斜面におけるスライダ８３２の下面の当接位置が変位し、支持板８１に対して可動板８２が昇降する。操作部８３４１の回転方向及び回転数に応じて、可動板８とともにガイド刃５、溶接トーチ６の上下位置が調整される。第２の支持部材８は、ガイド刃５、溶接トーチ６をワーク１００の半径方向（外側面の法線方向）に沿って移動自在に支持する。ワーク１００の半径方向におけるガイド刃５及び溶接トーチ６の位置は、第２の支持部材８における可動板８２の移動によって調整できる。

以上の構成により、ワーク１００の外径の変化に容易に対応することができ、段取り換えが短時間化される。

第２の支持部材８の構成は、図３に示すものに限るものではない。例えば、図４に示すように、ワーク１００の円周方向を８等分したうちの最上部の位置にも、他の７箇所のそれぞれと同様にして、従動側傘歯ギア９１、駆動側傘歯ギア９３、伝達ギア９３１及びボールネジ９２を配置し、プレート４６と同様にして、固定ナット４６３を備えた支持板１８１にガイド刃５及び溶接トーチ６を支持させることができる。

この場合に、溶接トーチ６をガイド刃５に所定範囲内で昇降自在に支持させることで、ワーク１００の材質、板厚等の変化に応じて、溶接トーチ６の上下位置を単独で調整できるようにしてもよい。

また、図５に示すように、搬送方向Ｘについて、上流側と下流側とのそれぞれにモータ９４を配置し、７個の無端状移動部材４の両端を別々に動作させることができるようにしてもよい。例えば、搬送方向Ｘに沿ってワーク１００を搬送する間に、徐々に７個の無端状移動部材４の互いの距離が短くなるようにすることで、ワーク１００の突き合わせ部１０１の溶接状態を良好にすることができる。

なお、図４及び図５では、図１に示す構成と同一の部品について同一の符号を付して説明を省略している。

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、７個の無端状移動部材４を配置しているが、突き合わせ部分が溶接トーチに対向する状態を維持しつつワーク１００を確実に搬送できることを条件に、無端状移動部材の数を適宜増減することができる。また、無端状移動部材４はチェーンに限るものではなく、ベルトを用いることもできる。

４−無端状移動部材
６−溶接トーチ
７−第１支持部材
８−第２支持部材
１０−管体溶接装置
４１−チェーン
４２，４３−スプロケット
７２−フレーム
１００−ワーク
１１０−突き合わせ部分

Claims (4)

1. 金属平板を互いに平行な２端面が突き合うように筒状にしたワークを軸方向に沿って搬送する間に前記２端面の突き合わせ部分を溶接して円筒形に形成する管体溶接装置において、
   各々が直線部分を含む循環経路を移動自在にされ、各々が前記直線部分で前記ワークの外側面における前記突き合わせ部分を除く複数の位置に軸方向に沿って当接する複数の無端状移動部材であって、前記ワークの周方向における前記複数に１を加算した数に等間隔に分割した位置のうち前記突き合わせ部分に対応する溶接位置を除く移動位置で、前記ワークの半径方向に沿って移動自在にされた複数の無端状移動部材と、
   前記軸方向における前記直線部分が位置している範囲内で、前記突き合わせ部分に対向する溶接具であって、前記溶接位置で前記半径方向に沿って移動自在にされた溶接具と、
   前記複数の無端状移動部材の各々を、前記半径方向に沿って互いに等しい距離だけ移動させて互いに近接又は離間させる移動機構と、を備え、
   前記移動機構は、前記移動位置の各々に対応する位置で長手方向を前記半径方向に一致させて回転自在に支持された複数のボールネジと、前記複数の無端状移動部材の各々に回転不能にして固定されて前記複数のボールネジの各々に螺合する複数の固定ナットと、前記複数のボールネジの各々に同軸上に固定された複数の従動側傘歯ギアと、前記複数の移動位置の各々に対応する位置に配置されて前記複数の従動側傘歯ギアの各々に螺合する複数の駆動側傘歯ギアと、前記複数の駆動側傘歯ギアを互いに同一方向に同一速度で回転させる駆動部材と、を含む管体溶接装置。
2. 前記駆動部材は、前記複数の駆動側傘歯ギアに噛合するリングギアである請求項１に記載の管体溶接装置。
3. 前記複数の無端状移動部材の各々は、外側面に弾性材を備えた請求項１又は２に記載の管体溶接装置。
4. 前記移動機構を、前記軸方向における前記複数の無端状移動部材の各々の両端部に配置した請求項１乃至３のいずれかに記載の管体溶接装置。

Images