JPH071190A - 溶接装置と、開先部位置合わせ装置および位置合わせ方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】第１の発明は、溶接時に、主管の分岐管を横向
きにして開先部を回転させ、特に高さ方向の回転スペー
スをより小さくさせた溶接装置を提供する。 【構成】長尺状の主管１の一端側に突設される分岐管２
と、フランジ管３相互の開先部４の位置合わせをして支
持する回転自在なホルダ機構２５と、駆動モータ１７を
支持し、このモータ軸１８の回動角度に同期して垂直方
向に昇降駆動する油圧シリンダ１５と、水平方向に長い
ガイド長孔２９を備えたガイド体１９と、ガイド長孔に
挿通するスライド軸３０および、このスライド軸の両端
部に嵌合され、モータ軸とホルダ機構のワーク回転軸を
連結する一対のクランク３１からなり、このクランク機
構はモータ軸の回動に同期させて駆動モータおよびホル
ダ機構の垂直方向の昇降動作を可能にする。また、主管
の昇降変位に同期して昇降変位し、かつ回転する開先部
を溶接する溶接機構３５を具備した。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、軸方向の中心部から一
端側にずれた位置に分岐管が設けられる長尺状の主管に
対し、上記分岐管とフランジ管の端縁相互が当接する開
先部位置合わせをした状態で溶接する溶接装置と、開先
部位置合わせ装置および位置合わせ方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８に示すように、１は長尺状の主管で
あり、この軸方向の中心部から一側方にずれた端部位置
に分岐管２が設けられる。この分岐管２端縁にフランジ
管３端縁を当接し、いわゆる開先部位置合わせをした状
態で、開先部を溶接固着する要求がある。

【０００３】この場合、主管１を水平方向に置いて、何
らかの手段で回り止めをなし、開先部を溶接する。同図
に矢印で示すように、２分割し、かつ下方から溶接トー
チを回動して溶接する。

【０００４】また、開先部位置合わせ機構としては、た
とえば特開平４−１２７９８５号公報にあるような、開
先部の目違いを修正する機構と、開先部のギャップを修
正する機構とからなり、目違いとギャップの量を測定す
る機構とからなるものが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】このような、溶接トー
チを下方から上部へ移動して溶接する手段は、鉄鋼関係
において極く一般的に行われているが、管体相互の材質
がアルミニューム材であると、ブローホールや融合不良
もしくは溶け落ちなど、不具合の発生率が大であった。

【０００６】そこで、図９に示すように、主管１の分岐
管２を横向きにして、ここでは図示しないホルダ機構に
支持する。ホルダ機構は、主管１を分岐管２の中心軸ａ
を支点として回転駆動し、分岐管２とフランジ管３との
開先部４に対向して設けられる溶接トーチ５によって溶
接をなす。

【０００７】このような溶接作用を行えば、ブローホー
ルなどの不具合の発生が少なくなって、品質の向上を図
れる。その反面、溶接の作業スペースが極めて大になる
欠点を有する。すなわち、上記主管１の軸方向長さＬ
が、３〜５ｍ程度のものは普通であって、分岐管２の中
心軸ａから主管１端部までの距離Ｌa が２．５〜４．５
ｍある。

【０００８】したがって、回転中心である分岐管中心軸
ａから上下左右に（２．５〜４．５ｍ）×２の非常に大
きな回転スペースＬs を必要とする。特に、上下方向で
ある高さ方向に大きなスペースがいるので、作業不可能
に陥る作業場が多い。

【０００９】このことから、溶接時に、主管および分岐
管とフランジ管との開先部を回転させることを基本とし
て、特に高さ方向の作業スペースがより小さくてすむ溶
接装置の要望が大である。

【００１０】一方、先に述べた開先部位置合わせ機構
は、目違いとギャップの量を測定するセンサや、センサ
の移動量を演算する変換器および開先部の目違いを修正
する機構、開先部のギャップを修正する機構等が必要
で、複雑な制御となり、高コストになることは避けられ
ない。

【００１１】本発明は、上述した事情に鑑みなされたも
のであり、その第１の目的とするところは、溶接時に、
主管を分岐管が横向きになるようにするとともに、主管
および分岐管とフランジ管との開先部を回転させること
を基本として、特に高さ方向の回転スペースがより小さ
くてすむ溶接装置を提供しようとするものである。

【００１２】本発明の第２の目的とするところは、簡素
な構成で、開先部位置合わせを確実になし、信頼性の向
上を図れる開先部位置合わせ装置を提供することにあ
る。本発明の第３の目的とするところは、簡単な操作を
もって、開先部の位置合わせを確実になし、信頼性の向
上を図れる開先部位置合わせ方法を提供することにあ
る。

【００１３】

【課題を解決するための手段】第１の発明における溶接
装置は、長尺状の主管の一端側に突設される分岐管端縁
と、フランジ管端縁相互を当接して位置決めする、開先
部位置合わせをなした状態で支持する、回転自在なホル
ダ機構と、このホルダ機構と対向して配設され、駆動モ
ータを支持し、かつこの駆動モータのモータ軸の回動角
度に同期して垂直方向に昇降駆動する昇降機構と、この
昇降機構と上記ホルダ機構との間に介在固定され、水平
方向に長いガイド長孔を備えたガイド体と、このガイド
体のガイド長孔に挿通するスライド軸および、このスラ
イド軸の両端部に嵌合される一対のクランクからなり、
上記駆動モータのモータ軸と上記ホルダ機構のワーク回
転軸を連結して、駆動モータのモータ軸の回動に同期さ
せて駆動モータおよびホルダ機構の垂直方向の昇降動作
の案内に変えるクランク機構と、上記ホルダ機構の昇降
変位に同期して昇降変位し、回転する分岐管とフランジ
管の開先部を溶接する溶接機構とを具備した。

【００１４】第２の発明である、開先部位置合わせ装置
は、主管の分岐管端縁と、フランジ管端縁とを当接して
位置決めする、開先部位置合わせ装置であり、互いに平
行に設けられ、かつ互いに径方向に進退自在な第１の内
張治具および第２の内張治具とを具備し、上記第１の内
張治具は、フランジ管の開口部内に挿入され、かつこの
内周面に当接自在であり、上記第２の内張治具は、フラ
ンジ管の開口部端縁上に載置され、かつ分岐管内に挿入
され、分岐管の内周面に当接自在である。

【００１５】第３の発明である、開先部位置合わせ方法
は、互いに平行に設けられ、かつ互いに径方向に進退自
在な第１の内張治具および第２の内張治具とを具備した
開先部位置合わせ装置を用いて、上記第１の内張治具を
フランジ管の開口部内に挿入した状態で、上記第２の内
張治具をフランジ管の開口部端縁上に載置し、ついで、
第１の内張治具を突出してフランジ管の内周面に当接さ
せ、ついで、第２の内張治具をフランジ管の内周面より
内側に後退し、ついで、フランジ管の端縁を主管の分岐
管端縁に当接して、第２の内張治具を分岐管内に挿入
し、ついで、第２の内張治具を径方向に突出して分岐管
内周面に当接することにより、主管の分岐管端縁とフラ
ンジ管端縁との開先部位置合わせをなす。

【００１６】

【作用】第１の発明において、駆動モータのモータ軸の
回動に同期して、クランク機構を案内として昇降機構が
駆動モータおよびホルダ機構を垂直方向へ昇降変位する
とともにホルダ機構を回転駆動する。

【００１７】このホルダ機構の昇降変位に同期して溶接
機構を昇降変位することにより、回転する主管の分岐管
とフランジ管との開先部を溶接できる。第２，第３の発
明において、第１の内張治具と第２の内張治具の進退操
作だけで、主管の分岐管とフランジ管との開先部位置合
わせができる。

【００１８】

【実施例】以下、本発明の一実施例を、図面にもとづい
て説明する。図７に示すように、開先部位置合わせ装置
Ｋを用いて、フランジ管３を主管１に設けられる分岐管
２に、開先部位置合わせをなす。

【００１９】上記開先部位置合わせ装置Ｋは、中心軸部
に油圧機構部１０があって、この周面に上下二段に、第
１の内張治具１１と、第２の内張治具１２とが設けられ
る。各内張治具１１，１２は、周方向に所定間隔を存し
て突設される、少なくとも３本以上の作動杆からなって
いる。

【００２０】各内張治具１１，１２は、油圧機構部１０
から力を受けて、作動杆が一斉に、かつ同量づつ径方向
に突出もしくは径方向に後退するようになっている。は
じめ、同図（Ａ）に示すように、フランジ管３のフラン
ジ部３ａを下方に、溶接されるべき端縁部３ｂを上方に
して支持する。この状態で、第１の内張治具１１を下方
にし、かつ作動杆を後退してフランジ管３の開口部内に
挿入する。上方にある第２の内張治具１２は、作動杆を
少なくとも開口部より突出させて、端縁部３ｂ上に載置
する。

【００２１】ついで、同図（Ｂ）に示すように、フラン
ジ管３はそのままで、第１の内張治具１１を径方向に同
量づつ突出させて、先端部をフランジ管３の内周面に当
接する。この状態で、フランジ管３の中心軸ａと、開先
部位置合わせ装置の中心軸ａとは完全に一致する。

【００２２】ついで、同図（Ｃ）に示すように、フラン
ジ管３を上下逆転する。そして、水平方向に置かれ、か
つ分岐管２を上方に向けた主管１まで運ぶ。第２の内張
治具１２をフランジ管３の内周面より内側に後退した状
態にして、フランジ管３の端縁を分岐管２端縁上に載置
する。

【００２３】必然的に、第２の内張治具１２は分岐管２
内に挿入される。このときはまだ、開先部位置合わせ装
置Ｋの中心軸ａと分岐管２の中心軸とが正確に一致して
おらず、したがって、フランジ管３と分岐管２とに目違
いがあって当然である。

【００２４】最後に、同図（Ｄ）に示すように、上記第
２の内張治具１２を径方向に突出して、分岐管２の内周
面に当接させる。このことから、開先部位置合わせ装置
Ｋの中心軸ａと、分岐管２の中心軸ａとが正確に一致す
る。

【００２５】結果的に、フランジ管３と分岐管２との中
心軸ａが一致して、互いの直径が相違しない限り目違い
がない。すなわち、第１，第２の内張治具１１，１２と
で、主管１の分岐管２とフランジ管３との開先部４の位
置合わせを終了する。

【００２６】なお、主管１を水平方向に支持し、かつ分
岐管２を上方に向けて固定するには、図５および図６に
示す装置を用いる。すなわち、昇降機構である油圧シリ
ンダ１５のシリンダシャフト１６を垂直方向に立て、こ
のシャフト１６の上端部に駆動モータ１７を載置支持す
る。

【００２７】駆動モータ１７のモータ軸１８は、ガイド
板１９を貫通するスライド軸３０に連結される。保持板
２１には、主管１の両側部を把持するチャック部２３，
２３と、回動駆動一軸ダブルサポートポジショナ２２，
２２が配置されている。

【００２８】まず、駆動モータ１７を回転して、保持板
２１を回転することにより、主管１を水平状態にする。
つぎに、一軸ダブルサポートポジショナ２２により主管
１を周方向に回動駆動し、分岐管２を上方に向ける。

【００２９】そして、先に図７（Ｃ）で説明したよう
に、分岐管２の端縁に、開先部位置合わせ装置Ｋをセッ
トしたフランジ管３を載置し、同図（Ｄ）に示すような
操作を行う。

【００３０】したがって、分岐管２とフランジ管３とは
開先部位置合わせ装置Ｋを介して、正確な開先部４の位
置合わせが容易に行われる。分岐管２とフランジ管３と
の溶接作業にあたっては、これらの位置決めをなした状
態で溶接する。

【００３１】主管１の分岐管２とフランジ管３との開先
部４を位置合わせした状態で、図１に示す、ホルダ機構
２５が支持する。このホルダ機構２５は、後述するクラ
ンク機構２６に連結される。

【００３２】上記油圧シリンダ１５は、駆動モータ１７
のモータ軸１８の回動角度に同期して、駆動モータ１７
を垂直方向に昇降駆動する。具体的には、モータ軸１８
が１回転する間に、駆動モータ１７を最高部位から最低
部位まで降下し、かつ最低部位から最高部位まで上昇す
る動作をなす。

【００３３】この油圧シリンダ１５に設けられる基板２
７上に、一対の固定杆２８，２８が突設され、さらにこ
れら固定杆の上端部に上記ガイド体１９が載設される。
このガイド体１９は、水平方向に長いガイド長孔２９を
有する。

【００３４】上記ガイド長孔２９にはスライド軸３０が
挿通しており、このスライド軸の両端部に、互いに同長
のクランク３１，３１の一端部が嵌合される。一方のク
ランク３１の他端部は、上記駆動モータ１７のモータ軸
１８に連結され、他方のクランク３１の他端部は、上記
ホルダ機構２５から突設されるワーク回転軸３２に連結
される。

【００３５】このような構成であるから、駆動モータ１
７のモータ軸１８の回動に同期させて、油圧シリンダ１
５がシリンダシャフト１６を上下駆動させ、駆動モータ
１７を垂直方向に昇降駆動する。また、各クランク３
１，３１を回動することにより、スライド軸３０をスラ
イド長孔２９に沿って往復動できるようになっている。

【００３６】上記ホルダ機構２５に対向して、溶接機構
３５が配置される。この溶接機構３５は、下向きにセッ
トされたロボットに保持された溶接トーチ３６および、
この溶接トーチと対向して設けられ、上向きにセットさ
れたロボットに保持されたブラシヘッド３７をともに昇
降駆動するスライダ３８に支持してなる。

【００３７】上記溶接トーチ３６とブラシヘッド３７の
相互間に、分岐管２とフランジ管３との開先部４が介在
するよう、セットされる。そして、上記スライダ３８
は、後述するように、ホルダ機構２５の昇降変位に同期
して昇降駆動されるようになっており、したがって溶接
トーチ３６とブラシヘッド３７との間には、常に分岐管
２とフランジ管３との開先部４が介在する。

【００３８】しかして、開先部合わせ装置Ｋによって位
置決めされた分岐管２とフランジ管３との開先部４に対
する溶接にあたっては、駆動モータ１７を駆動するとと
もに、油圧シリンダ１５を作動する。

【００３９】モータ軸１８の位置と、クランク機構２６
を介して主管１は、図３に示すように変化する。同図
（Ａ）に示すように、主管１が水平状態であり、開先部
４の位置が横に向いた状態をスタートとする。このと
き、スライド軸３０はガイド長孔２９の左側端部に当接
する。

【００４０】同図（Ｂ）に示すように、モータ軸１８の
回動および降下が開始され、０°位置から９０°回動状
態に変わる間に、モータ軸１８が図において、時計回り
方向に回動し、かつこれと同期して駆動モータと１７と
もにモータ軸１８が降下する一方、ガイド長孔２９内の
スライド軸３０は左側端部から往動スライドして中央部
に至る。クランク３１は、水平状態から右下がり状態
に、傾斜角度が順に急になる方向に変位する。

【００４１】モータ軸１８が９０°回動したとき、ガイ
ド長孔２９内のスライド軸３０は、この中心部に位置
し、クランク３１は下方に垂直に変位する。すなわち、
開先部４は最下部に位置し、かつ主管１自体は垂直姿勢
で、最も下方へ突出する。

【００４２】同図（Ｃ）に示すように、モータ軸１８の
回動が９０°を越えたところで、駆動モータ１７は上昇
駆動される。モータ軸１８の回動は、同じ時計回り方向
に継続され、スライド軸３０はガイド長孔２９の右側端
方向にスライドする。クランク３１は、垂直状態から再
び右上がり状態に、徐々に傾斜が緩くなる方向に変位す
る。

【００４３】モータ軸１８が１８０°回動したとき、ス
ライド軸３０はガイド長孔２９の右側端部に当接し、モ
ータ軸１８はガイド長孔２９の中心軸に対向し、かつク
ランク３１は水平状態に変位する。主管１ごと開先部４
が垂直方向へ上昇し、かつ主管１自体は水平姿勢に変位
する。

【００４４】同図（Ｄ）に示すように、回転軸１８の回
動が２７０°に至る間に、駆動モータ１７は上昇を継続
し、スライド軸３０はガイド長孔２９の中央部方向に復
動し、クランク３１は右下がり状態に徐々に傾斜が急に
なるよう変位する。

【００４５】２７０°に至ったところで、主管１ごと開
先部４は、垂直方向へ上昇し、主管１自体は垂直姿勢
で、最も上方へ突出し、開先部４の位置が最上部にあ
る。同図（Ｅ）に示すように、回転軸１８の回動が２７
０°から３６０°に至る間に、モータ１７が降下し、ガ
イド長孔２９に掛合するピン３０は、ガイド長孔２９の
中央部から左端部方向にスライドする。クランク３１は
垂直状態から右上がり状態に、傾斜角度が順に緩くなる
方向に変位する。

【００４６】モータ軸１８が３６０°回動した状態で、
駆動モータ１７の降下により回転軸１８がガイド長孔２
９中心軸と対向する位置まで降下し、スライド軸３０は
ガイド長孔２９の左側端部に当接する。したがって、リ
ンク３１は水平状態に変位して、先に説明した、同図
（Ａ）のスタート位置に戻る。

【００４７】主管１の動作のみを、図４に示す。主管１
は、開先部４を中心に回転するわけだが、主管１の１回
転の間に、開先部４は垂直軸Ｙの軸方向に１上下動す
る。上記ガイド長孔２９の中心軸をＺo 、開先部４の最
上部位置をＺ1 、同最下部位置をＺ2 と称すると、開先
部４の中心部が、Ｚ0 を中心としてＺ1 ，Ｚ2 の範囲で
上下動する。

【００４８】このことから、主管１が水平状態にあると
きこそ、開先部４中心から主管端部までの距離Ｌa の２
倍の長さの回動スペースＬs （Ｌa ×２）を必要とする
が、これ以外の角度では、２倍よりも小さいスペースで
すむ。

【００４９】主管１が上方、もしくは下方へ突出する垂
直状態にあるとき、開先部４の位置が最も下部（Ｚ2
）、もしくは上部（Ｚ1 ）にあって、必要な回動スペ
ースは最も少なくてすむ。

【００５０】すなわち、開先部４中心から主管１端部ま
での距離Ｌa の２倍の長さの回動スペースＬs と、開先
部４の最上部（Ｚ1 ）と最下部（Ｚ2 ）間の距離Ｌb と
の差が、必要な回動スペースＬh となる。

【００５１】Ｌh ＝ Ｌs − Ｌb 再び図１に示すように、上記溶接機構３５のスライダ３
８は、分岐管２とフランジ管３との開先部４の回動およ
び昇降変位にともなって昇降駆動されるが、溶接トーチ
３６は一定して下方に向けられ、開先部４に対する溶接
作業をなす。

【００５２】したがって、主管１が長尺状であり、分岐
管２と主管１端部との距離が大なるものであっても、単
純に、この２倍の距離の作業スペースを必要とすること
なく、これよりも小さい作業スペースですみ、かつ開先
部４が回転して溶接トーチ４を下方に向けた状態での溶
接がなされる。

【００５３】

【発明の効果】以上説明したように第１の発明は、溶接
時に、主管の分岐管を横向きして、主管および分岐管と
フランジ管との開先部を回転させることを基本として、
より小さな回転スペースですむ溶接装置を提供できる。

【００５４】第２の発明は、簡素な構成で、開先部の位
置合わせを確実になし、信頼性の向上を図れる開先部位
置合わせ装置を提供できる。第３の発明は、簡単な操作
で、開先部の位置合わせを確実になし、信頼性の向上を
図れる開先部位置合わせ方法を提供できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す、溶接装置の側面図。

【図２】同実施例の、溶接装置の一部省略した正面図。

【図３】（Ａ）ないし（Ｅ）は、同実施例の、回転軸
と、クランク機構および主管と開先部の相対的な変位動
作を順に説明する図。

【図４】同実施例の、主管の変位を表す図。

【図５】同実施例の、開先部位置合わせ機構の側面図。

【図６】同実施例の、開先部位置合わせ機構の正面図。

【図７】（Ａ）ないし（Ｄ）は、同実施例の、開先部位
置合わせ装置と、位置合わせ作業を順に説明する図。

【図８】本発明の従来例を示す、主管に突設される分岐
管に、フランジ管を溶接する作業を説明する図。

【図９】さらに異なる従来例の、主管に突設される分岐
管に、フランジ管を溶接する作業を説明する図。

【符号の説明】

１…主管、２…分岐管、３…フランジ管、４…開先部、
２５…ホルダ機構、１７…駆動モータ、１８…モータ
軸、１５…昇降機構（油圧シリンダ）、２９…ガイド長
孔、１９…ガイド体、３０…スライド軸、３１…クラン
ク、２６…クランク機構、３５…溶接機構、１１…第１
の内張治具、１２…第２の内張治具。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】長尺状の主管の一端側に突設される分岐管
   端縁と、フランジ管端縁相互を当接して位置決めする、
   開先部位置合わせをなした状態で支持する、回転自在な
   ホルダ機構と、 このホルダ機構と対向して配設され、駆動モータを支持
   し、この駆動モータのモータ軸の回動角度に同期して垂
   直方向に昇降駆動する昇降機構と、 この昇降機構と上記ホルダ機構との間に介在固定され、
   水平方向に長いガイド長孔を備えたガイド体と、 このガイド体のガイド長孔に挿通するスライド軸およ
   び、このスライド軸の両端部に嵌合される一対のクラン
   クからなり、上記駆動モータのモータ軸と上記ホルダ機
   構のワーク回転軸を連結して、上記駆動モータのモータ
   軸の回動して上記ホルダ機構の垂直方向の昇降変位およ
   び回転駆動に変えるクランク機構と、 上記ホルダ機構の昇降変位に同期して昇降変位し、回転
   する分岐管とフランジ管の開先部を溶接する溶接機構と
   を具備したことを特徴とする溶接装置。
2. 【請求項２】主管の分岐管端縁と、フランジ管端縁とを
   当接して位置決めする、開先部位置合わせ装置であり、 互いに平行に設けられ、かつ互いに径方向に進退自在な
   第１の内張治具および第２の内張治具とを具備し、 上記第１の内張治具は、フランジ管の開口部内に挿入さ
   れ、かつこの内周面に当接自在であり、 上記第２の内張治具は、フランジ管の開口部端縁上に載
   置され、かつ分岐管内に挿入され、分岐管の内周面に当
   接自在であることを特徴とする開先部位置合わせ装置。
3. 【請求項３】互いに平行に設けられ、かつ互いに径方向
   に進退自在な第１の内張治具および第２の内張治具とを
   具備した開先部位置合わせ装置を用いて、 上記第１の内張治具をフランジ管の開口部内に挿入した
   状態で、上記第２の内張治具をフランジ管の開口部端縁
   上に載置し、 ついで、第１の内張治具を突出してフランジ管の内周面
   に当接させ、 ついで、第２の内張治具をフランジ管の内周面より内側
   に後退し、 ついで、フランジ管の端縁を主管の分岐管端縁に当接し
   て、第２の内張治具を分岐管内に挿入し、 ついで、第２の内張治具を径方向に突出して分岐管内周
   面に当接することにより、主管の分岐管端縁とフランジ
   管端縁との開先部位置合わせをなすことを特徴とする開
   先部位置合わせ方法。