JP7269340B2 - 非円形プレートの溶接装置及び非円形プレート構造体の製造方法 - Google Patents

Description

本開示は、非円形プレートの溶接装置及び非円形プレート構造体の製造方法に関する。

特許文献１には、シェルアンドプレート型熱交換器に設けられる熱交換部として用いられるプレート構造体の構成が開示されている。このプレート構造体は、同一の外形を有し２つの冷媒流通孔を有する多数のプレートが積層されて構成される。プレート構造体の製造方法は、特許文献１の図１３に開示されているように、まず、一対のプレートを該冷媒流通孔の周縁部で接合してペアプレートを形成する。次に、このペアプレートを複数積層配置し、該ペアプレート間で互いに対向配置されたプレートの外周縁同士を接合し、少なくとも２組のペアプレートで構成されたプレート構造体を製造する。製造されたプレート構造体を上記熱交換部として用いたとき、各プレートの表面側を流れる第１冷媒と裏面側を流れる第２冷媒とが熱交換を行うようにこれら冷媒の流路が形成される。

特許文献２には、外周縁の曲率が周方向で異なる非円形プレートを用いてプレート構造体を製造する溶接装置が開示されている。この溶接装置は、積層された複数の非円形プレートを各プレートを周方向に回転させながら、プレートの外周縁同士を溶接トーチで溶接する。非円形プレートの場合、外周縁の曲率が周方向で異なるために溶接部に外気が侵入しやすく、シールドガスによるガスシールド効果を常時保持しにくい。特許文献２に開示された溶接装置は、固定ノズルと向きを変更可能な可動ノズルとを備えるシールドノズルによって、ガスシールド効果を得るようにしている。

特許第５６９０５３２号公報（図１３） 再公表ＷＯ２０１８－０６６１３７号公報

特許文献２に開示された溶接装置は、溶接部に対して積層された複数のプレートの回転方向下流側のみにシールドノズルが設けられているため、溶接部の上流側でガスシールド効果が低下するおそれがある。また、プレート積層体の回転方向下流側でも、固定ノズルと可動ノズルの間から外気が溶接部に侵入するおそれがあり、この侵入空気によってガスシールド効果が低下するおそれがある。

本開示に係る一実施形態は、外形が真円でない非円形プレートを複数積層し、隣り合う非円形プレートの外周縁同士を溶接する場合に、シールドガスによる溶接部のガスシールド効果を向上させることを目的とする。

（１）本開示に係る一実施形態に係る非円形プレートの溶接装置は、
積層された複数の非円形プレートを把持して回転可能に支持するチャックと、
前記積層された複数の非円形プレートの隣り合う非円形プレートの外周縁同士を溶接するための溶接トーチと、
固定シールドボックスと、
該固定シールドボックスと共に前記溶接トーチを囲むシールド空間を形成するように、前記溶接トーチに対して位置調整可能な可動シールドボックスと、
を備える。

本明細書で「非円形プレート」とは、外周縁が真円形のように周方向で同一の曲率を有する円弧で構成されるものではなく、外周縁が周方向で異なる曲率を有する形状のプレートを言う。例えば、チャックによって回転されるとき、楕円形のプレートなどのように、回転中心から外周縁までの距離が周方向で異なる形状のプレートである。なお、楕円形のように外周縁が円弧のみで構成される形状に限定されず、外周縁の一部に円弧以外の形状を含んでいてもよい。また、「隣り合う非円形プレートの外周縁」を単に「隣り合うプレート外周縁」とも言い、「非円形プレートの外周縁」を「プレート外周縁」とも言う。

溶接時、積層された複数の非円形プレートは、チャックによって両側から把持されて回転される。把持された複数の非円形プレートは、回転中溶接トーチによって隣り合うプレート外周縁同士が溶接されてプレート積層体が製造される。プレート積層体は、新たなプレートを順次溶接することで、プレート数を増加できる。上記（１）の構成によれば、上記固定シールドボックス及び上記可動シールドボックスによって、溶接トーチを囲む広いシールド空間を形成できる。そのため、溶接部に対し、積層された複数の非円形プレートの回転方向上流側領域を含め溶接部周囲の全領域でガスシールド効果を向上できる。また、可動シールドボックスは、溶接トーチに対して位置調節可能であるため、可動シールドボックスで囲まれる領域でプレート外周縁の曲率が溶接部の外周縁と大きく変わっても、可動シールドボックスを外周縁に近接して配置できる。従って、可動シールドボックスによるガスシールド効果を向上できるため、ブローホールや溶接焼けなどの発生による溶接欠陥を防止できる。

（２）一実施形態では、前記（１）の構成において、
前記固定シールドボックスは前記溶接トーチを囲むように設けられ、
前記可動シールドボックスは前記溶接トーチに対して前記固定シールドボックスの外側に設けられる。
上記（２）の構成によれば、固定シールドボックス及び可動シールドボックスによって溶接トーチの周囲に広いシールド空間を形成できると共に、固定シールドボックスの外側に配置された可動シールドボックスによってシールド空間への外気の侵入を抑制できるので、溶接部のガスシールド効果を向上できる。

（３）一実施形態では、前記（２）の構成において、
一対の前記可動シールドボックスが前記固定シールドボックスに対して前記積層された複数の非円形プレートの回転方向上流側及び下流側に設けられている。
上記（３）の構成によれば、積層された複数の非円形プレートの回転に随伴して溶接部に侵入する外気を、非円形プレートの回転方向上流側に設けられた可動シールドボックスで阻止できると共に、回転方向下流側に設けられた可動シールドボックスで溶接部下流側のシールド空間を広く確保できる。
なお、「積層された複数の非円形プレートの回転方向」を単に「回転方向」とも言う。

（４）一実施形態では、前記（３）の構成において、
前記一対の可動シールドボックスの各々は、前記溶接トーチに対して独立して位置調節可能に構成される。
上記（４）の構成によれば、溶接部の回転方向上流側及び下流側でプレート外周縁の曲率が異なっても、一対の可動シールドボックスを独立して位置調節できるので、上流側及び下流側の外周縁に接近配置できる。これによって、各可動シールドボックスによるガスシールド効果を向上できる。

（５）一実施形態では、前記（１）～（４）の何れかの構成において、
前記可動シールドボックスは、前記固定シールドボックスに対して前記積層された複数の非円形プレートの回転方向に対して直交する方向に沿って配置された支軸回りに回動可能に取り付けられる。
上記（５）の構成によれば、可動シールドボックスは上記支軸回りに回動可能に取り付けられるため、プレート外周縁に接近又は離隔する方向へ位置調節できる。これによって、可動シールドボックスをプレート外周縁に対し周方向全域で常に近接配置できるため、可動シールドボックスによるガスシールド効果を向上できる。

（６）一実施形態では、前記（１）～（５）の何れかの構成において、
前記固定シールドボックスの内部空間と前記可動シールドボックスの内部空間とは連続した空間を形成する。
上記（６）の構成によれば、溶接トーチの周囲に固定シールドボックスと可動シールドボックスの内部空間を合わせた広いシールド空間を形成できる。これによって、溶接部周囲のガスシールド効果を向上できる。

（７）一実施形態では、前記（６）の構成において、
前記可動シールドボックスは前記固定シールドボックス側で開口し、前記固定シールドボックス側と反対側で閉じられている。
上記（７）の構成によれば、固定シールドボックス及び可動シールドボックスの内部は連続した空間を形成するので、溶接トーチの周囲に外部から隔離された広いシールド空間を形成できる。これによって、溶接部周囲のガスシールド効果を向上できる。

（８）一実施形態では、前記（１）～（７）の何れかの構成において、
前記積層された複数の非円形プレートに対向する前記可動シールドボックスの内側面は円弧状に形成され、かつ前記内側面の曲率半径は前記積層された複数の非円形プレートの外周縁の最大曲率半径を有する部分の曲率半径と実質的に同一となるように構成される。
上記（８）の構成によれば、可動シールドボックスの内側面の曲率半径をプレート外周縁の最大曲率半径に合わせているので、プレート外周縁と可動シールドボックスの内側面との隙間を外周縁の周方向全域で最小限にすることができる。これによって、可動シールドボックスによるガスシールド効果を向上できる。

（９）一実施形態では、前記（１）～（８）の何れかの構成において、
前記溶接トーチに対して前記可動シールドボックスの位置調整を可能にするためのアクチュエータを備える。
上記（９）の構成によれば、上記アクチュエータによって、可動シールドボックスをプレート外周縁の全周に亘り常に近接配置できる。これによって、可動シールドボックスによるガスシールド効果を向上できる。

（１０）一実施形態では、前記（９）の構成において、
前記チャックの回転角度に基づいて前記アクチュエータの作動を制御するための制御部
を備える。
上記（１０）の構成によれば、上記制御部によって、チャックの回転角度に基づいてアクチュエータの作動を制御することで、可動シールドボックスをプレート外周縁の全周に亘り常に近接配置できる。これによって、可動シールドボックスによるガスシールド効果を向上できる。

（１１）一実施形態では、前記（１）～（１０）の何れかの構成において、
前記固定シールドボックス及び前記可動シールドボックスは、どちらか一方が他方の内側に挿入可能に構成される。
上記（１１）の構成によれば、固定シールドボックスに干渉せずに可動シールドボックスを位置調整できると共に、可動シールドボックスが固定シールドボックスに対して相対移動しても、固定シールドボックスと可動シールドボックスとの間に外部空気が侵入する隙間を形成しない。

（１２）一実施形態では、前記（１１）の構成において、
前記可動シールドボックスは、前記固定シールドボックスに対して前記積層された複数の非円形プレートの回転方向に対して直交する方向に沿って配置された支軸回りに回動可能に取り付けられると共に、前記可動シールドボックスの少なくとも一部が前記固定シールドボックスの内側に挿入可能に構成され、
前記可動シールドボックスの少なくとも一部は、前記支軸を中心とする円弧形状に形成されている。

上記（１２）の構成によれば、可動シールドボックスのうち固定シールドボックスの内側に挿入される部位が、上記支軸を中心とする円弧形状に形成されているので、固定シールドボックスの内部に挿入される可動シールドボックスは上記支軸から常に一定の距離に保たれる。従って、固定シールドボックスと可動シールドボックスとの間の隙間を極小にできるため、固定シールドボックスと可動シールドボックスとの間から外気が侵入するのを抑制できる。

（１３）一実施形態では、前記（１）～（１２）の何れかの構成において、
前記固定シールドボックス及び前記可動シールドボックスの各々にシールドガス供給用ノズルが設けられている。
上記（１３）の構成によれば、固定シールドボックス及び可動シールドボックスの各々に必要なシールドガス量を夫々独自に調整して供給できる。これによって、固定シールドボックス及び可動シールドボックスでガスシールド効果を向上できる。

（１４）一実施形態では、前記（１）～（１３）の何れかの構成において、
前記チャックは、前記積層された複数の非円形プレートを横向きの姿勢で支持し、
前記溶接トーチは、前記積層された複数の非円形プレートの上方に配置され、かつ、下向き溶接が可能に構成される。
溶接トーチが横向き姿勢であって、横向きの姿勢で溶接するとき、重力の影響で溶接ビードに垂れ下がりなど微妙な乱れが発生しやすく、溶接不良が生じやすい。これに対して、上記（１４）の構成によれば、積層された複数の非円形プレートに対して、溶接トーチは下向き溶接が可能になるので、重力の影響による溶接ビードの乱れを解消できる。

（１５）一実施形態に係る非円形プレート構造体の製造方法は、
正面視で外周縁が重なるように接合された一対の非円形プレートで構成された少なくとも２組のペアプレートを、２組の前記ペアプレート間で前記非円形プレートの外周縁同士が突き合わされるように積層させて位置決めする位置決めステップと、
前記少なくとも２組のペアプレートを該ペアプレートの周方向に回転させ、溶接トーチによって互いに突き合わされた前記外周縁を溶接する溶接ステップと、
前記溶接ステップにおいて、前記溶接トーチを固定シールドボックス及び前記溶接トーチに対して位置調節可能な可動シールドボックスで前記溶接トーチの周囲を覆うシールドステップと、
を含む。

上記（１５）の方法によれば、溶接中に、固定シールドボックス及び可動シールドボックスによって、溶接トーチを囲む広いシールド空間を形成できる。そのため、溶接部の回転方向上流側領域を含め溶接部周囲の全領域でガスシールド効果を向上できる。また、可動シールドボックスは溶接トーチに対して位置調節可能であるため、可動シールドボックスをプレート外周縁の曲率に合わせて位置調節することで、プレート外周縁の全周に亘り可動シールドボックスをプレート外周縁に近接配置できる。これによって、ガスシールド効果を向上できる。

幾つかの実施形態によれば、積層された複数の非円形プレートの隣り合うプレート外周縁同士を溶接する場合に、溶接部周囲の広い領域でシールドガスによるガスシールド効果を向上できる。従って、ブローホールなどの発生による溶接欠陥を抑制できる。

一実施形態に係る溶接装置の動作手順を示す説明図である。 一実施形態に係る溶接装置の側面図である。 上記溶接装置を構成する溶接トーチの正面図である。 上記溶接トーチの一部を断面で示す拡大正面図である。 上記溶接トーチの斜視図である。 一実施形態に係る非円形プレート構造体の製造工程を示す工程図である。 一実施形態に係る非円形プレート構造体の溶接方法を示す工程図である。 上記溶接トーチの作動状態を示す正面図である。 一実施形態に係る溶接トーチ中心部の断面図である。 上記溶接トーチの作動を順に示す工程図である。

以下、添付図面を参照して本発明の幾つかの実施形態について説明する。ただし、実施形態として記載されている又は図面に示されている構成部品の寸法、材質、形状、その相対的配置等は、本発明の範囲をこれに限定する趣旨ではなく、単なる説明例にすぎない。
例えば、「ある方向に」、「ある方向に沿って」、「平行」、「直交」、「中心」、「同心」或いは「同軸」等の相対的或いは絶対的な配置を表す表現は、厳密にそのような配置を表すのみならず、公差、若しくは、同じ機能が得られる程度の角度や距離をもって相対的に変位している状態も表すものとする。
また例えば、四角形状や円筒形状等の形状を表す表現は、幾何学的に厳密な意味での四角形状や円筒形状等の形状を表すのみならず、同じ効果が得られる範囲で、凹凸部や面取り部等を含む形状も表すものとする。
一方、一の構成要素を「備える」、「具える」、「具備する」、「含む」、又は、「有する」という表現は、他の構成要素の存在を除外する排他的な表現ではない。

図１は、一実施形態に係る非円形プレートの溶接装置１０の動作手順を示す説明図であり、図２は溶接装置１０の側面図である。図３は、溶接装置１０の溶接トーチの正面図であり、図４は、同じく一部を断面で示す拡大正面図であり、図５は同じく斜視図である。図１及び図２に示すように、溶接装置１０は、積層された複数の非円形プレート１００を積層方向両側から把持し、かつ回転可能に支持するチャック１２と、チャック１２に把持された複数の非円形プレート１００の隣り合うプレート外周縁同士を溶接するための溶接トーチ１６と、を備える。チャック１２は、非円形プレート１００の積層方向に沿う回転軸１８の軸線（図２中の回転中心Ｏ）を中心として回転し、積層された複数の非円形プレート１００を回転させる。

図３及び図４に示すように、溶接装置１０は、固定シールドボックス２８と、可動シールドボックス３０とを備える。可動シールドボックス３０は、固定シールドボックス２８と共に溶接トーチ１６を囲むシールド空間ｓを形成するように、溶接トーチ１６に対して位置調整可能に構成されている。

溶接時、積層された複数の非円形プレート１００はチャック１２によって両側から把持されて回転され、回転されながら溶接トーチ１６によって、隣り合うプレート外周縁同士が溶接される。こうして、少なくとも２枚の非円形プレート１００を含む非円形プレート積層体１０２（以下単に「積層体１０２」とも言う。）に対して、溶接装置１０を用いて新たな非円形プレート１００を順次溶接することで、積層体１０２の非円形プレート数を増加させることができる。また、固定シールドボックス２８及び可動シールドボックス３０によって、溶接中、溶接トーチ１６を囲む広いシールド空間ｓ（固定シールドボックス２８の内部空間ｓ（ｓ１）と可動シールドボックス３０の内部空間ｓ（ｓ２）とを合わせたシールド空間）を形成できる。そのため、溶接部に対し、回転方向上流側領域を含め溶接部周囲の全領域でガスシールド効果を向上できる。また、可動シールドボックス３０は、溶接トーチ１６に対して位置調節可能であるため、可動シールドボックス３０で囲まれる領域でプレート外周縁の曲率が溶接部の外周縁と大きく変わっても、可動シールドボックス３０をプレート外周縁に近接配置できる。従って、可動シールドボックス３０によるガスシールド効果を向上できるため、ブローホールなどの発生による溶接欠陥を防止できる。

上記溶接工程を経て製造された積層体１０２は、例えば、シェルアンドプレート型熱交換器の熱交換部として用いられる。なお、図１は、積層体１０２の一実施形態として、複数のペアプレート間で隣り合う非円形プレート１００の外周縁同士が溶接されて製造される非円形プレート構造体１０２（１０２ａ）（以下単に「構造体１０２（１０２ａ）」とも言う。）の製造工程をも示している。

図６は、構造体１０２（１０２ａ）の製造工程を示す。構造体１０２（１０２ａ）を構成する複数の非円形プレート１００は、夫々波形断面を有する凹凸１０４が形成されている。非円形プレート１００には、外周縁１０６の近傍に、プレート面の中心に対して位相を１８０度異ならせた２個の冷媒流通孔１０８が形成されている。外周縁１０６及び冷媒流通孔１０８を形成する内周縁１１０は、凹凸１０４に連なった狭い環状の平坦面に形成されている。外周縁１０６の平坦面を形成する板状体と内周縁１１０の平坦面を形成する板状体とは、凹凸１０４の山と谷の段差分だけ高低差が設けられている。

まず、２枚の非円形プレート１００を互いの裏面同士を相対させて（凹凸１０４の凸部又は凹部同士を背合わせにして）重ね合わせ、互いに対向配置された２個の冷媒流通孔１０８の内周縁１１０同士を矢印ｕで示すように周溶接して、ペアプレート１１２を製造する。このとき、隣り合う非円形プレート１００の外周縁１０６間は、非円形プレート１００に形成された凹凸１０４の山と谷の段差の２倍の隙間ｃを形成する。次の工程では、多数のペアプレート１１２を重ね合わせ、隣り合うペアプレート１１２の外周縁１０６同士を当接させ、当接面を矢印ｖで示すように周溶接する。こうして、構造体１０２（１０２ｂ）が製造される。構造体１０２（１０２ｂ）は、シェルアンドプレート型熱交換器の中空容器の内部に収容され、該中空容器の内部に貯留された冷媒に浸漬される。

このように、構造体１０２（１０２ａ）は、複数の非円形プレート１００の冷媒流通孔１０８の内周縁１１０と外周縁１０６とが積層方向で交互に溶接されて製造される。これによって、各非円形プレート１００の一方の面側に、上記中空容器の内部空間に開放された第１の流路と、該中空容器の内部空間に対して遮断され、冷媒流通孔１０８に連通した第２の流路が形成される。そして、第１の流路を流れる第１冷媒と第２の流路を流れる第２冷媒とが各非円形プレート１００を介して熱交換可能になる。

図２に示す実施形態では、チャック１２は、爪１３で非円形プレート１００の内周縁１１０を把持する。積層体１０２は、非円形プレート１００の積層方向に沿う回転軸１８の軸線と一致する回転中心Ｏを中心に回転する。

一実施形態では、図２に示すように、サポート１４はサポートローラで構成される。これによって、サポート１４は積層体１０２を回転自在に支持できるため、積層体１０２の外側に定位置に固定された溶接トーチ１６で、積層体１０２を回転させながら、隣り合うプレート外周縁同士を容易に溶接できる。
一実施形態では、上記サポートローラは積層体１０２の回転に伴って従動回転可能に構成される。これによって、回転する積層体１０２の支持が容易になる。
一実施形態では、サポート１４は、チャック１２の回転中心Ｏを通る鉛直面Ｓｖを挟み、鉛直面Ｓｖの両側に配置される第１サポート１４（１４ａ）及び第２サポート１４（１４ｂ）で構成される。非円形プレート１００を第１サポート１４（１４ａ）及び第２サポート１４（１４ｂ）で支持することで、積層体１０２を安定支持できる。

非円形プレート１００は、回転中心Ｏから外周縁１０６までの距離が周方向で異なる。そのため、一実施形態では、サポート１４は、チャック１２の回転角度に応じて、支持高さを調整可能に構成される。これによって、チャック１２は回転中心Ｏを定位置に保持したままで積層体１０２を支持できる。

一実施形態では、図１に示すように、チャック１２は、積層体１０２を軸方向両側から挟むように把持するための一対のチャック１２（１２ａ、１２ｂ）で構成される。一対のチャック１２（１２ａ、１２ｂ）は、夫々スタンド２０（２０ａ、２０ｂ）に取り付けられている。スタンド２０（２０ａ、２０ｂ）は、基台２２上に設けられ、基台２２の上面には、矢印ａ方向に沿ってレール２４が設けられ、一方のスタンド２０（２０ａ）は、レール２４上をスライド可能になっている。また、サポート１４はスタンド２０（２０ａ）と共通の架台２６に支持され、スタンド２０（２０ａ）と共にレール２４上をスライド可能になっている。これによって、一対のチャック１２（１２ａ）は他方のチャック１２（１２ｂ）に接近してチャック１２（１２ｂ）と共に積層体１０２を把持し、又は他方のチャック１２（１２ｂ）から離隔することで、積層体１０２の把持を解除できる。チャック１２（１２ａ、１２ｂ）を回転させる駆動部（不図示）は、夫々スタンド２０（２０ａ、２０ｂ）の内部に設けられている。

一実施形態では、図５に示すように、固定シールドボックス２８は溶接トーチ１６を囲むように設けられる。また、可動シールドボックス３０は、溶接トーチ１６に対して固定シールドボックス２８の外側に設けられる。固定シールドボックス２８及び可動シールドボックス３０によって溶接トーチ１６の周囲に広いシールド空間ｓ（ｓ１＋ｓ２）を形成できると共に、固定シールドボックス２８の外側に配置された可動シールドボックス３０によってシールド空間ｓへの外気の侵入を抑制できるので、溶接部のガスシールド効果を向上できる。

図３及び図４において、矢印ｂ方向は、非円形プレート１００の回転方向を示す。一実施形態では、図３及び図４に示すように、一対の可動シールドボックス３０（３０ａ、３０ｂ）が固定シールドボックス２８に対して非円形プレート１００の回転方向上流側及び下流側に設けられている。これによって、非円形プレート１００の回転に随伴して溶接部に侵入する外気を、回転方向上流側に設けられた可動シールドボックス３０（３０ａ）で阻止できると共に、回転方向下流側に設けられた可動シールドボックス３０（３０ｂ）で溶接部下流側のシールド空間ｓを広く確保できる。

一実施形態に係る構造体１０２（１０２ａ）の製造方法は、図７に示すステップＳ１０～Ｓ１６を行う。まず、準備ステップＳ１０では、少なくとも２組のペアプレート１１２を用意する。即ち、図６に示すように、２枚の非円形プレート１００を正面視で外周縁１０６同士が重なる位置関係とした状態で内周縁１１０同士を接合し、１組のペアプレート１１２を形成する。次に、２組のペアプレート１１２を、ペアプレート１１２間で隣り合う非円形プレート１００の外周縁同士が突き合わされるように積層させて位置決めした積層体１０２をチャック１２（１２ａ、１２ｂ）で積層方向両側から把持する（位置決めステップＳ１２）。チャック１２（１２ａ、１２ｂ）で把持した２組のペアプレート１１２を回転軸１８の軸線（回転中心Ｏ）回りに回転させ、溶接トーチ１６によって互いに突き合わされた外周縁同士を溶接する（溶接ステップＳ１４）。溶接ステップＳ１４において、溶接トーチ１６を囲む固定シールドボックス２８及び溶接トーチ１６に対して位置調節可能な可動シールドボックス３０で溶接トーチ１６の周囲を覆う（シールドステップＳ１６）。

上記方法によれば、溶接中に、溶接トーチ１６を囲む広いシールド空間ｓ（固定シールドボックス２８の内部空間ｓ（ｓ１）と可動シールドボックス３０の内部空間ｓ（ｓ２）とを合わせた空間）を形成できる。そのため、溶接部の回転方向上流側領域を含め溶接部周囲の全領域でガスシールド効果を向上できる。また、可動シールドボックス３０は、溶接トーチ１６に対して位置調節可能であるため、プレート外周縁１０６の曲率に合わせて位置調節することで、プレート外周縁１０６の全周に亘り可動シールドボックス３０をプレート外周縁１０６に近接して配置できる。これによって、ガスシールド効果を向上できる。

図８は、溶接トーチ１６の溶接中の動作を示している。図８に示すように、プレート外周縁１０６の曲率が周方向で変わっても、プレート外周縁１０６の曲率に合わせて可動シールドボックス３０を位置調節することで、プレート外周縁１０６の周方向全域で可動シールドボックス３０を近接して配置できる。従って、可動シールドボックス３０によるガスシールド効果を向上できる。

溶接装置１０を用いた構造体１０２（１０２ａ）の実施形態に係る製造方法を図１に基づいて説明する。ステップ（１）では、複数のペアプレート１１２で構成され、互いにプレート外周縁同士が溶接された少なくとも２組のペアプレート１１２を含む構造体１０２（１０２ａ）がすでに製造され、サポート１４で支持されている。そこへ構造体１０２（１０２ａ）に溶接されるための新たな１組のペアプレート１１２が供給される。このとき、スタンド２０（２０ａ）はスタンド２０（２０ｂ）から退避した位置にある。ステップ（２）では、スタンド２０（２０ａ）をスタンド２０（２０ｂ）に接近させ、ペアプレート１１２と構造体１０２（１０２ａ）の端部に配置されたペアプレート１１２の隣り合う非円形プレート１００の外周縁同士が突き合わされるように位置決めする。

ステップ（３）では、溶接トーチ１６を互いに突き合わされたプレート外周縁の外側に配置し、チャック１２（１２ａ、１２ｂ）を回転軸１８を中心に回転させながら、溶接トーチ１６で突き合わされた外周縁同士の全周を溶接する。溶接が終了したら、ステップ（４）で、ペアプレート１１２に対するチャック１２（１２ｂ）の把持を解除すると共に、スタンド２０（２０ａ）をスタンド２０（２０ｂ）から退避させる。

図９は、溶接トーチ中心部の内部構造の一構成例を示す。この溶接トーチ１６は、中心にタングステン電極３２を備え、タングステン電極３２と溶接部Ｗ（互いに突き合わされた隣り合うプレート外周縁１０６）に電圧を印加し、タングステン電極３２と溶接部Ｗとの間にアークＡｃを形成するアーク溶接を行う。アークＡｃの熱によって溶接部Ｗを溶かし、溶接プールＷｐを形成してプレート外周縁同士を溶接する。タングステン電極３２の周囲にセンタノズル３４が設けられ、センタノズル３４の内側から溶接部Ｗに向けてアークＡｃを形成するためのセンタガスｇ１が供給される。さらに、センタノズル３４の外側に同心状にシールドノズル３６が設けられ、シールドノズル３６の内側から溶接部Ｗに向けてシールドガスｇ２が供給される。

一実施形態では、図３及び図４に示すように、一対の可動シールドボックス３０（３０ａ、３０ｂ）は、夫々溶接トーチ１６に対して独立して位置調節可能に構成される。図８に示すように、溶接部の回転方向上流側及び下流側で外周縁１０６の曲率は常に同一ではない。この実施形態によれば、溶接部の回転方向上流側及び下流側で外周縁１０６の曲率が異なっても、一対の可動シールドボックス３０（３０ａ、３０ｂ）を夫々独立して位置調節できるので、溶接部の上流側及び下流側のプレート外周縁１０６に接近配置できる。これによって、各可動シールドボックス３０（３０ａ、３０ｂ）によるガスシールド効果を向上できる。

一実施形態では、図３及び図４に示すように、可動シールドボックス３０は、固定シールドボックス２８に対して非円形プレート１００の回転方向（矢印ｂ方向）に対して直交する方向に沿って配置された支軸４０を中心に回動可能に取り付けられる。これによって、可動シールドボックス３０はプレート外周縁１０６に対し接近又は離隔する方向へ位置調節可能になる。これによって、可動シールドボックス３０は、プレート外周縁１０６に対してプレート外周縁１０６の周方向全域で常に近接配置できるため、可動シールドボックス３０によるガスシールド効果を向上できる。

一実施形態では、図３及び図４に示すように、固定シールドボックス２８の内部空間ｓ（ｓ１）と可動シールドボックス３０の内部空間ｓ（ｓ２）とは連続した空間を形成する。これによって、溶接トーチ１６の周囲に外部から隔離された広いシールド空間ｓ（ｓ１＋ｓ２）を形成できるので、溶接部周囲のガスシールド効果を向上できる。

一実施形態では、図３及び図４に示すように、可動シールドボックス３０は固定シールドボックス２８側で開口し、固定シールドボックス２８側と反対側で閉じられている。これによって、固定シールドボックス２８及び可動シールドボックス３０の内部は連続したシールド空間ｓ（ｓ１＋ｓ２）を形成するので、溶接トーチ１６の周囲に外部から隔離された広いシールド空間ｓを形成できる。これによって、溶接部周囲のガスシールド効果を向上できる。

一実施形態では、図３及び図４に示すように、非円形プレート１００の外周縁に対向する可動シールドボックス３０の内側面４２は円弧状に形成され、かつ内側面４２の曲率半径は非円形プレート１００の外周縁の最大曲率半径を有する部分の曲率半径と実質的に同一となるように構成される。このように、可動シールドボックス３０の内側面４２の曲率半径をプレート外周縁１０６の最大曲率半径に合わせているので、プレート外周縁１０６と可動シールドボックス３０の内側面４２との隙間をプレート外周縁１０６の周方向全域で最小限にすることができる。これによって、可動シールドボックス３０によるガスシールド効果を向上できる。
ここで、「実質的に同一」とは、可動シールドボックス３０の内側面４２と外周縁１０６の最大曲率半径との比が±５％以内であることを意味する。但し、好ましくは±３％以内が望ましい。

一実施形態では、図３に示すように、溶接トーチ１６に対して可動シールドボックス３０の位置調整を可能にするためのアクチュエータ４４を備える。これによって、可動シールドボックス３０をプレート外周縁１０６の全周に亘り常に近接配置できる。これによって、可動シールドボックス３０によるガスシールド効果を向上できる。
一実施形態では、図３に示すように、アクチュエータ４４は、サーボモータ４６と、サーボモータ４６の出力軸に係合して上下動するボールネジ４８とを有する。ボールネジ４８の下端部はリンクバー５０を介して可動シールドボックス３０（３０ａ、３０ｂ）に接続されている。サーボモータ４６の作動によってボールネジ４８が上下動することで、可動シールドボックス３０（３０ａ、３０ｂ）は支軸４０を支点として、プレート外周縁１０６に接近又は離隔する方向へ回動する。

一実施形態では、図３に示すように、チャック１２の回転角度θに基づいてアクチュエータ４４の作動を制御するための制御部５２を備える。回転角度θは、図２に示す非円形プレート１００の状態をθ＝０°とし、この状態から非円形プレート１００が回転中心Ｏを中心として右回りに回転する角度を言う。図１０は、回転角度θの推移に従って動作する溶接トーチ１６を示している。図１０に示すように、制御部５２によって、可動シールドボックス３０（３０ａ、３０ｂ）の内側面４２は、回転角度θに応じてプレート外周縁１０６に接近するように位置調節される。このように、制御部５２で、チャック１２の回転角度θに基づいてアクチュエータ４４の作動を制御することで、可動シールドボックス３０をプレート外周縁１０６に常に近接配置できる。これによって、可動シールドボックス３０によるガスシールド効果を向上できる。

一実施形態では、図３に示すように、制御部５２は、サーボモータ４６の作動を制御することで、可動シールドボックス３０をプレート外周縁１０６に常に近接配置できる。
一実施形態では、プレート外周縁１０６の接線に直交する法線Ｌに対して溶接トーチ１６の軸線が一致するように制御される。これによって、一対の可動シールドボックス３０（３０ａ、３０ｂ）の位置調節が容易になる。

一実施形態では、図３～図５に示すように、固定シールドボックス２８及び可動シールドボックス３０は、どちらか一方が他方の内側に挿入可能に構成される。これによって、固定シールドボックス２８に干渉せずに可動シールドボックス３０を位置調整できると共に、可動シールドボックス３０が固定シールドボックス２８に対して相対移動しても、固定シールドボックス２８と可動シールドボックス３０との間に外気が侵入する隙間を形成しない。

一実施形態では、図４に示すように、可動シールドボックス３０の少なくとも一部が固定シールドボックス２８の内側に挿入可能に構成され、かつ可動シールドボックス３０の少なくとも一部は、支軸４０を中心とする円弧形状に形成されている。このように、可動シールドボックス３０のうち固定シールドボックス２８の内側に挿入される部位が、支軸４０を中心とする円弧形状に形成されているので、固定シールドボックス２８の内部に挿入される可動シールドボックス３０は支軸４０から常に一定の距離に保たれる。従って、固定シールドボックス２８と可動シールドボックス３０との間の隙間を極小にでき、そのため、固定シールドボックス２８と可動シールドボックス３０との間から外気が侵入するのを抑制できる。

一実施形態では、図４に示すように、固定シールドボックス２８及び可動シールドボックス３０に夫々シールドガス供給用ノズル５４及び５６が設けられている。これによって、固定シールドボックス２８及び可動シールドボックス３０に夫々必要なシールドガス量を夫々独自に調整して供給できる。これによって、固定シールドボックス２８及び可動シールドボックス３０でガスシールド効果を向上できる。

一実施形態では、シールドガス供給用ノズル５４は、固定シールドボックス２８の内部でその軸線が上下方向に配置され、シールドガス噴出孔はノズル管の周方向に９０°間隔で形成され、これによって、シールドガスはノズル管から四方へ噴出するように構成されている。また、シールドガス供給用ノズル５６は、可動シールドボックス３０の内部で水平方向に配置され、シールドガス噴出孔はノズル管の下方を除き上部及び側部に９０°間隔で形成され、これによって、シールドガスはノズル管の上方及び側方の三方へ噴出するように構成されている。こうして、シールドガス供給用ノズル５６から噴き出すシールドガスが溶接部に直接噴き付けられるのをなくし、シールドガスが溶接ビートを乱すのを抑制している。

一実施形態では、図１に示すように、チャック１２は非円形プレート１００又は積層体１０２を横向きの姿勢で支持する。また、溶接トーチ１６は、非円形プレート１００又は積層体１０２の上方に配置され、かつ下向き溶接が可能に構成される。溶接トーチ１６が横向き姿勢に配置され、横向きの姿勢で非円形プレート１００又は積層体１０２のプレート外周縁１０６を溶接するとき、重力の影響で溶接ビードに垂れ下がりなど微妙な乱れが発生しやすく、溶接不良が生じやすい。これに対して、本実施形態では、溶接トーチ１６は下向き姿勢で配置され下向き溶接を行うので、重力の影響による溶接ビードの乱れを解消できる。

幾つかの実施形態によれば、非円形プレートの外周縁同士を溶接する場合に、シールドガスによる溶接部のシールド効果を向上でき、これによって、ブローホールや溶接焼けなどの発生による溶接欠陥を防止できる。

１０ 溶接装置
１２（１２ａ、１２ｂ） チャック
１３ 爪
１４（１４ａ、１４ｂ） サポート
１４ａ 第１サポート
１４ｂ 第２サポート
１６ 溶接トーチ
１８ 回転軸
２０（２０ａ、２０ｂ） スタンド
２２ 基台
２４ レール
２６ 架台
２８ 固定シールドボックス
３０（３０ａ、３０ｂ） 可動シールドボックス
３２ タングステン電極
３４ センタノズル
３６ シールドノズル
４０ 支軸
４２ 内側面
４４ アクチュエータ
４６ サーボモータ
４８ ボールネジ
５０ リンクバー
５２ 制御部
５４、５６ シールドガス供給用ノズル
１００ 非円形プレート
１０２ 非円形プレート積層体
１０２（１０２ａ） 非円形プレート構造体
１０４ 波形凹凸
１０６ 外周縁
１０８ 冷媒流通孔
１１０ 内周縁
１１２ ペアプレート
Ａｃ アーク
Ｌ 法線
Ｏ 回転中心
Ｗ 溶接部
Ｗｐ 溶接プール
ｃ 隙間
ｇ１ センタガス
ｇ２ シールドガス
ｓ シールド空間
ｓ（ｓ１）、ｓ（ｓ２） 内部空間
θ 回転角度

Claims (13)

1. 積層された複数の非円形プレートを把持して回転可能に支持するチャックと、
   前記積層された複数の非円形プレートの隣り合う非円形プレートの外周縁同士を溶接するための溶接トーチと、
   固定シールドボックスと、
   該固定シールドボックスと共に前記溶接トーチを囲むシールド空間を形成するように、前記溶接トーチに対して位置調整可能な可動シールドボックスと、
   前記溶接トーチに対して前記可動シールドボックスの位置調整を可能にするためのアクチュエータと、
   前記チャックの回転角度に基づいて前記アクチュエータの作動を制御するための制御部と、
   を備えることを特徴とする非円形プレートの溶接装置。
2. 前記固定シールドボックスは前記溶接トーチを囲むように設けられ、
   前記可動シールドボックスは前記溶接トーチに対して前記固定シールドボックスの外側に設けられることを特徴とする請求項１に記載の非円形プレートの溶接装置。
3. 一対の前記可動シールドボックスが前記固定シールドボックスに対して前記積層された複数の非円形プレートの回転方向上流側及び下流側に設けられていることを特徴とする請求項２に記載の非円形プレートの溶接装置。
4. 前記一対の可動シールドボックスの各々は、前記溶接トーチに対して独立して位置調節可能に構成されることを特徴とする請求項３に記載の非円形プレートの溶接装置。
5. 前記可動シールドボックスは、前記固定シールドボックスに対して前記積層された複数の非円形プレートの回転方向に対して直交する方向に沿って配置された支軸回りに回動可能に取り付けられることを特徴とする請求項１乃至４の何れか一項に記載の非円形プレートの溶接装置。
6. 前記固定シールドボックスの内部空間と前記可動シールドボックスの内部空間とは連続した空間を形成することを特徴とする請求項１乃至５の何れか一項に記載の非円形プレートの溶接装置。
7. 前記可動シールドボックスは前記固定シールドボックス側で開口し、前記固定シールドボックス側と反対側で閉じられていることを特徴とする請求項６に記載の非円形プレートの溶接装置。
8. 前記積層された複数の非円形プレートに対向する前記可動シールドボックスの内側面は円弧状に形成され、かつ、前記内側面の曲率半径は前記積層された複数の非円形プレートの外周縁の最大曲率半径を有する部分の曲率半径と実質的に同一となるように構成されることを特徴とする請求項１乃至７の何れか一項に記載の非円形プレートの溶接装置。
9. 前記固定シールドボックス及び前記可動シールドボックスは、どちらか一方が他方の内側に挿入可能に構成されることを特徴とする請求項１乃至８の何れか一項に記載の非円形プレートの溶接装置。
10. 前記可動シールドボックスは、前記固定シールドボックスに対して前記積層された複数の非円形プレートの回転方向に対して直交する方向に沿って配置された支軸回りに回動可能に取り付けられると共に、前記可動シールドボックスの少なくとも一部が前記固定シールドボックスの内側に挿入可能に構成され、
    前記可動シールドボックスの少なくとも一部は、前記支軸を中心とする円弧形状に形成されていることを特徴とする請求項９に記載の非円形プレートの溶接装置。
11. 前記固定シールドボックス及び前記可動シールドボックスの各々にシールドガス供給用ノズルが設けられていることを特徴とする請求項１乃至１０の何れか一項に記載の非円形プレートの溶接装置。
12. 前記チャックは、前記積層された複数の非円形プレートを横向きの姿勢で支持し、
    前記溶接トーチは、前記積層された複数の非円形プレートの上方に配置され、かつ、下向き溶接が可能に構成されることを特徴とする請求項１乃至１１の何れか一項に記載の非円形プレートの溶接装置。
13. 正面視で外周縁が重なるように接合された一対の非円形プレートで構成された少なくとも２組のペアプレートを、２組の前記ペアプレート間で前記非円形プレートの外周縁同士が突き合わされるように積層させて位置決めする位置決めステップと、
    前記少なくとも２組のペアプレートをチャックで支持しながら該ペアプレートの周方向に回転させ、溶接トーチによって互いに突き合わされた前記外周縁を溶接する溶接ステップと、
    前記溶接ステップにおいて、前記溶接トーチを固定シールドボックス及び前記溶接トーチに対して位置調節可能な可動シールドボックスで前記溶接トーチの周囲を覆うシールドステップと、
    前記チャックの回転角度に基づいて、前記溶接トーチに対して前記可動シールドボックスの位置調整を可能にするためのアクチュエータの作動を制御する制御ステップと、
    を含むことを特徴とする非円形プレート構造体の製造方法。

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