JP7261426B2 - クランプ装置 - Google Patents

Description

本発明は、被溶接材を突合せ溶接する際に、対向する被溶接材を厚さ方向に、及び対向する端面を互いに接近させる方向に力を加えて保持するクランプ装置に関するものである。

ステンレス鋼板や鋼板などを用いて、自動車用マフラー、食品タンク、圧力容器、タンクローリー、化学プラントなどの断面が楕円形状の製品や円形の製品を製造することがある。このような製品を製造する場合、平板やロール状の成型品などの端面を対向させて溶接する突合せ溶接が行われている。

突合せ溶接を行う場合、溶接の際に生じる熱歪によって、被溶接材が厚さ方向に波打つように変形することがあり、この変形に伴って溶接すべき端面どうしが厚さ方向にズレが生じることがある。このため、溶接すべき端面の近傍を厚さ方向に拘束することで変形を防ぐようにしたクランプ装置を用いるのが一般的である。

上記したクランプ装置は、金属製の載置部材と、この載置部材の上方に配置された押圧部材と、を有して構成されている。そして、被溶接材の端部を載置部材の上面に配置すると共に端面どうしを対向させ、この状態で端面の近傍を被溶接材の上面から載置部材の方向に押圧することで、厚さ方向の変形を防いでいる。

突合せ溶接を行う際に上記した従来の装置を利用しても、対向する端面が離隔する方向に変形して隙間が形成されてしまうという問題が生じている。即ち、被溶接材は厚さ方向への変形が拘束されるものの、押圧されている載置部材の表面に対して滑りが生じることで面内方向への変形が生じ、隙間が形成されてしまう。そして、このような変形が生じた場合、良好な溶接を実現することが困難となるという問題が生じる。

また、比較的薄い被溶接材を突合せ溶接する場合、対向する端面どうしを隙間なく接触させることが必要となる。しかし、例えばタンクローリーのタンクやガスタンクのように溶接すべき部位の長さが５ｍ～１０ｍと長くなると、端面どうしを隙間なく接触させるという作業は容易ではないという問題がある。

このため、被溶接材の厚さ方向の変形を防ぐことができ、且つ端面方向への力を作用させることができるクランプ装置の開発が要求されているのが実情である。

本発明の目的は、突合せ溶接を行う際に、被溶接材の厚さ方向と端面方向に力を作用させることができるクランプ装置を提供することにある。

上記課題を解決するために本発明に係る代表的なクランプ装置は、突合せ溶接する被溶接材を保持するためのクランプ装置であって、対向して配置された被溶接材を載置する載置面を有する載置部材と、前記載置部材の載置面側に構成され該載置面に載置された被溶接材に対向して配置された第１回動支点と該第１回動支点から離隔した位置に配置されたブラケットを有するフレームと、一方の端部側が前記フレームの第１回動支点に取り付けられると共に該第１回動支点から離隔した位置に第２回動支点が配置されたリンク片と、
一方の端部側が前記第２回動支点に取り付けられると共に他方側の端部が前記載置部材の載置面に載置された被溶接材と接触するレバーと、前記レバーと該レバーと対向する前記フレームとの間に配置された第１ホースと、前記レバーと該レバーと対向する前記ブラケットとの間に配置された第２ホースと、からなり、前記レバーを被溶接材を押圧する方向又は押圧を解除する方向に駆動する駆動部材と、を有し、前記第２回動支点は、前記第１回動支点と前記レバーの他方側の端部を結ぶ線から離隔した位置に配置されており、前記第２ホースには圧力流体を付与することなく、前記第１ホースに圧力流体を付与することで該第１ホースの拡径に伴って前記レバーを第１回動支点を中心として回動させて該レバーの他方側の端部を被溶接材に接触させて載置部材の載置面側に押圧し、第１ホースの更なる拡径に伴って前記レバーを第２回動支点を中心として回動させて被溶接材を対向する被溶接材に向けて押圧し、対向して配置された被溶接材を互いに接触させてクランプし、前記第１ホースには圧力流体を付与することなく、前記第２ホースに圧力流体を付与することで該第２ホースの拡径に伴って前記レバーを前記第２回動支点を中心として回動させると共に前記リンク片を前記第１回動支点を中心として回動させることで、前記レバーによる被溶接材の前記載置部材に対する押圧を解除するように構成されているものである。

本発明に係るクランプ装置では、リンク片とレバーとが接続された第２回動支点が、第１回動支点とレバーの端部を結ぶ線から離隔した位置に配置されている。このため、第１回動支点を中心としてリンク片を載置部材側に回動させることで、レバーの端部を被溶接材の表面に接触させると共に載置部材側に押圧することができる。そして、リンク片を更に回動させると、レバーの端部が被溶接材に接触しているため、第２回動支点を中心として回動し、この回動に伴って被溶接材を端面側に移動させるような力が作用する。

従って、対向した被溶接材の端面どうしが互いに離隔している場合には接近させ、互いに接触している場合には接触状態を保持することができる。従って、被溶接材を載置部材に載置したとき、対向する端面の間に隙間が生じているような場合でもこの隙間を解消することができる。また、溶接の際の熱によって対向する端面どうしが互いに離隔するような変形が生じることがない。

本実施例に係るクランプ装置の要部の構成を説明する図であり、図２のＩ‐Ｉ断面図である。 クランプ装置の部分的な構成を説明するための下面図である。 クランプ装置の駆動系を説明する図である。

本発明に係るクランプ装置は、フレームに取り付けた第１回動支点と、該第１回動始点から離隔して配置された第２回動支点を有し第１回動支点に回動可能に取り付けられたリンク片と、第２回動支点に回動可能に取り付けられたレバーと、を有して構成されている。そして、第１回動支点を中心としてリンク片を回動させることでレバーを被溶接材の端面の近傍に接触させ、リンク片の更なる回動に伴ってレバーは端面の近傍に対する接触状態を保持して、載置面側への力と端面方向への力を作用させるように構成されている。

このため、勝手違いに構成した一対のクランプ装置を利用することによって、対向させた夫々の端面の近傍にレバーを接触させて厚さ方向に拘束すると共に、対向させた端面を互いに向かう方向に力を作用させることが可能となる。

以下、図により本実施例に係るクランプ装置Ａの構成について説明する。

突合せ溶接を実施するに際し、対向する端面のうちの一方の端面を有する被溶接材は、本発明に係るクランプ装置によって厚さ方向への力と端面方向への力を付与されることが必要である。しかし、他方の端面を有する被溶接材は、必ずしも本発明に係るクランプ装置によって押圧保持される必要はなく、例えば剛性を有する部材に溶接或いはねじなどによって仮止めすることで拘束しても良い。

本実施例では、勝手違いに構成した一対のクランプ部材Ａａ、Ａｂを対向させて利用しており、対向させた被溶接材Ｂ、Ｃの端面Ｂａ、Ｃａの夫々の近傍にレバー１０の先端部材１０ａを接触させて、厚さ方向への力と端面方向への力を作用させるように構成している。クランプ装置Ａは対象となる突合せ溶接すべき部位の長さを満足し得る長さを有している。例えばタンクローリーのタンクの場合、突合せ溶接すべき部位の長さが６ｍ～１０ｍ程度になることがある。この場合、クランプ装置Ａは６ｍ～１０ｍよりも十分に大きい長さを有して構成されている。

クランプ装置Ａは、被溶接材Ｂ、Ｃを載置するための載置部材１を有しており、該載置部材１の載置面１ａに夫々の被溶接材Ｂ、Ｃの端部を載置すると共に端面Ｂａ、Ｃａを対向させるようにしている。載置部材１は被溶接材Ｂ、Ｃに対する突合せ溶接を実行する際の裏当て金としての機能をも有している。

載置部材１の上方であって載置面１ａの幅方向の中央を中心として振り分けた位置に、対向させた一対のフレーム２が配置されている。このフレーム２は、後述するレバー１０によって被溶接材Ｂの端面Ｂａの近傍、或いは被溶接材Ｃの端面Ｃａの近傍に力を作用させたときの反力に対抗することが可能な剛性を有して構成されている。また、一対のフレーム２の載置部材１と対向する夫々の下面２ａは、載置面１ａの中心に向けて下って傾斜した斜面として形成されている。

フレーム２の下面２ａには、該フレーム２の長手方向（溶接すべき突合せ部位に沿った方向）に予め設定された間隔を持って複数の軸受４が配置されている。この軸受４には第１回動支点となる軸５が貫通して配置されている。また軸５にはリンク片６が回動可能に取り付けられており、該リンク片６における軸５から所定距離離隔した位置に第２回動支点となる回動ピン７が配置されている。この回動ピン７には、軸受状の支持部材８が回動可能に取り付けられており、この支持部材８にレバー１０がボルト８ａによって取り付けられている。

レバー１０は、被溶接材Ｂの端面Ｂａの近傍、又は被溶接材Ｃの端面Ｃａの近傍に接触する先端部材１０ａと、軸５のフレーム２側に摺動可能に載置されて該軸５に対して摺動する摺動部材１０ｂと、を有している。そして、先端部材１０ａと摺動部材１０ｂは所定位置でボルト１０ｃによって接続されると共に、摺動部材１０ｂが支持部材８に固定されている。レバー１０は、クランプ装置Ａの長手方向に沿って隣接するレバー１０との間に略隙間が生じることのないようにして複数配置されている。

上記構成に於いて、回動ピン７は、軸５の中心とレバー１０の先端部材１０ａの先端部分を結ぶ線１１よりもフレーム２側に離隔した位置に配置されている。このため、レバー１０は軸５を中心とする矢印ａ方向又は矢印ｂ方向への回動と、軸５及び回動ピン７を中心とする回動が合成された矢印ｃ方向への摺動又は矢印ｄ方向への摺動と、を行うことが可能となる。

レバー１０を駆動する駆動部材としては、軸５を矢印ａ、ｂ方向に往復回動させることが可能であれば良く、この機能を有するものであれば利用することが可能である。このような駆動部材としては、電動モーターや油圧モーターがある。しかし、前述したように、溶接部位の長さが１０ｍにも及ぶ場合、軸５に対する負荷が大きくなる虞が生じる。

本実施例では、駆動部材として圧力流体（例えば圧縮空気）を供給することによって膨張するホースを利用している。

このため、フレーム２の下面２ａとレバー１０との間には、ホース継手１３ａと接続された第１ホース１３がフレーム２の全長にわたって配置されている。また、レバー１０のフレーム２とは反対面側には、ホース継手１４ａと接続された第２ホース１４がフレーム２の全長にわたって配置されている。第１ホース１３は第２ホース１４よりも十分に大きい太さを有している。

前述したように、第２ホース１４はレバー１０のフレーム２とは反対側に配置される。このため、軸受４の下面４ａ（フレーム２と反対側の面、載置部材１側の面）には、軸５から離隔した位置にブラケット１５が取り付けられている。このブラケット１５は、レバー１０の先端部材１０ａ側に向けて延長すると共にレバー１０に接近するように屈折して形成された屈折片１５ａと、屈折片１５ａのレバー１０側の面に形成された起立片１５ｂと、を有して構成されている。そして、ブラケット１５の屈折片１５ａ、起立片１５ｂとレバー１０の間に第２ホース１４が配置されている。

第１ホース１３は、レバー１０をフレーム２から下方に向けて離隔させる方向、即ち、レバー１０の先端部材１０ａを被溶接材Ｂに対し接近させる方向に駆動する機能を有する。また、第２ホース１４は、レバー１０を被溶接材Ｂ側からフレーム２側に接近させる方向に駆動する機能を有する。従って、第１ホース１３、第２ホース１４に対し交互に圧縮空気を供給することで、レバー１０を被溶接材Ｂ、Ｃに向けて互いに接近させる方向に、或いは離隔させる方向に駆動することが可能である。

図３に示すように、空気供給口１７ｄから第１ホース１３、第２ホース１４に圧縮空気を供給する空気配管１７には複数の電磁切換弁１７ａ、１７ｂ、排気制御弁１７ｃが配置されている。

上記の如く構成されたクランプ装置Ａでは、先ず電磁切換弁１７ａから配管系１７への圧縮空気の供給を停止した状態で、電磁切換弁１７ｂを操作して第１ホース１３と導通させ、その後、電磁切換弁１７ａを開放して、第１ホース１３に圧縮空気を供給する。圧縮空気の供給に伴って第１ホース１３が膨張してレバー１０をフレーム２から離隔する方向に付勢する。

初期段階ではレバー１０の先端部材１０ａの先端が自由端となっているため、このレバー１０に対する第１ホース１３による付勢に伴って、リンク片６が軸５を中心として矢印ａ方向に回動する。そして、先端部材１０ａの先端が被溶接材Ｂの表面に接触したとき、該レバー１０は先端が被溶接材Ｂと接触し、摺動部材１０ｂが軸５の上面に接触していることとなる。

第１ホース１３によるレバー１０への更なる付勢に伴って、支持部材８が回動ピン７を中心として回動し、同時にリンク片６が軸５を中心として回動し、両回動が合成されることで、先端部材１０ａは被溶接材Ｂの表面に沿って矢印ｃ方向に移動する。この移動により、被溶接材Ｂに対し対向する被溶接材Ｃ方向への力が作用することとなり、被溶接材Ｂの端面Ｂａと対向する被溶接材Ｃの端面Ｃａとの間に隙間が形成されている場合、この隙間をなくして接触させることが可能となる。

第１ホース１３に供給される圧縮空気が予め設定された値に到達したとき、レバー１０は停止する。この状態で、レバー１０の先端部材１０ａが被溶接材Ｂを厚さ方向への力を作用させて載置部材１側に押し付けると共に、対向する被溶接材Ｃ側に押し付けることが可能となる。

被溶接材Ｂの溶接を行っている間、レバー１０には膨張した第１ホース１３による付勢を受け続けている。このため、溶接時の熱によって被溶接材Ｂに厚さ方向への変形が生じようとしてもこの変形を防ぐことが可能であり、同時に被溶接材Ｂに面内方向への変形が生じようとしてもこの変形を防ぐことが可能である。

特に、第１ホース１３が圧縮空気によって付勢されているため、長手方向に生じる膨張度合いに変動が生じる虞が極めて小さい。このため、レバー１０を介して被溶接材Ｂに作用する力は略均一となり、溶接を実行している間、均一な状態で変形を防ぐことが可能となる。

被溶接材Ｂに対する目的の溶接が終了したとき、電磁切換弁１７ｂを操作して圧縮空気の供給を第１ホース１３から第２ホース１４に切り換える。この切り換えに伴って、第２ホース１４が膨張を開始し、第１ホース１３に供給されている圧縮空気は排気制御弁１７ｃから排気され、第１ホース１３が収縮する。

第２ホース１４の膨張に伴って、レバー１０はリンク片６の軸５を中心とする矢印ｂ方向への回動、及び回動ピン７を中心とする回動が合成されて矢印ｄ方向に移動し、先端部材１０ａが被溶接材Ｂから上方に離隔した初期状態に戻って停止する。

本発明に係るクランプ装置は、比較的薄い板を突合せ溶接する際に利用するのみならず、対向する端面を接触させた状態で溶接する際に利用して有利である。

Ａ クランプ装置
Ａａ、Ａｂ クランプ部材
Ｂ、Ｃ 被溶接材
Ｂａ、Ｃａ 端面
１ 載置部材
１ａ 載置面
２ フレーム
２ａ、４ａ 下面
４ 軸受
５ 軸
６ リンク片
７ 回動ピン
８ 支持部材
８ａ、１０ｃ ボルト
１０ レバー
１０ａ 先端部材
１０ｂ 摺動部材
１１ 軸５の中心と先端部材１０ａの先端部分を結ぶ線
１３ 第１ホース
１３ａ、１４ａ ホース継手
１４ 第２ホース
１５ ブラケット
１５ａ 屈折片
１５ｂ 起立片
１７ 空気配管
１７ａ、１７ｂ 電磁切換弁
１７ｃ 排気制御弁
１７ｄ 空気供給口

Claims (1)

1. 突合せ溶接する被溶接材を保持するためのクランプ装置であって、
   対向して配置された被溶接材を載置する載置面を有する載置部材と、
   前記載置部材の載置面側に構成され該載置面に載置された被溶接材に対向して配置された第１回動支点と該第１回動支点から離隔した位置に配置されたブラケットを有するフレームと、
   一方の端部側が前記フレームの第１回動支点に取り付けられると共に該第１回動支点から離隔した位置に第２回動支点が配置されたリンク片と、
   一方の端部側が前記第２回動支点に取り付けられると共に他方側の端部が前記載置部材の載置面に載置された被溶接材と接触するレバーと、
   前記レバーと該レバーと対向する前記フレームとの間に配置された第１ホースと、前記レバーと該レバーと対向する前記ブラケットとの間に配置された第２ホースと、からなり、前記レバーを被溶接材を押圧する方向又は押圧を解除する方向に駆動する駆動部材と、を有し、
   前記第２回動支点は、前記第１回動支点と前記レバーの他方側の端部を結ぶ線から離隔した位置に配置されており、
   前記第２ホースには圧力流体を付与することなく、前記第１ホースに圧力流体を付与することで該第１ホースの拡径に伴って前記レバーを第１回動支点を中心として回動させて該レバーの他方側の端部を被溶接材に接触させて載置部材の載置面側に押圧し、第１ホースの更なる拡径に伴って前記レバーを第２回動支点を中心として回動させて被溶接材を対向する被溶接材に向けて押圧し、対向して配置された被溶接材を互いに接触させてクランプし、
   前記第１ホースには圧力流体を付与することなく、前記第２ホースに圧力流体を付与することで該第２ホースの拡径に伴って前記レバーを前記第２回動支点を中心として回動させると共に前記リンク片を前記第１回動支点を中心として回動させることで、前記レバーによる被溶接材の前記載置部材に対する押圧を解除するように構成されていることを特徴とするクランプ装置。

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