JPH07284937A - 棒材接続用自動溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 棒材の端面間に溶接金属を充填してそれら棒
材を接続するに際して均一な溶け込みが得られる棒材接
続用自動溶接装置を提供する。 【構成】 溶接トーチ８８を一対の鉄筋１２および１４
の長手方向に直角となる姿勢で保持する保持板９４は、
溶接治具１０に固定された自動溶接装置６０の第１ガイ
ド板６２および第２ガイド板６４により、棒材の鉄筋１
２および１４の軸心に平行な面内において移動可能に案
内されており、第１カム１０４および第２カム１０８が
回転駆動されると、第１カム１０４および第２カム１０
８に係合する第１係合面９８および第２係合面１００が
形成された保持板９４はその第１カム１０４および第２
カム１０８に従って駆動されるので、溶接トーチ８８が
図８のＣに示す軌跡に沿って往復振動させられるととも
に鉄筋１２および１４の長手方向に交差する方向へ移動
させられる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接トーチにより一対
の棒材間の隙間を溶融金属で充填することによりそれら
の鉄筋を直列に接合する棒材接続用自動溶接装置に関す
るものである。

【０００２】

【従来の技術】一対の鉄筋を軸方向に直列に溶接接続す
る手段としては、従来から加熱圧接法が広く知られてい
るが、近年、上記一対の鉄筋を軸方向に所定の隙間を隔
てて略同心に位置決めするとともに、断面が略Ｕ字形状
を成すセラミックス製バッキング材をその一対の鉄筋に
跨がって配置し、そのバッキング材により略半周が囲ま
れた前記隙間に溶接トーチによって溶融金属を充填する
方法が提案されている。本明細書では、このようにセラ
ミックス製バッキング材（ＣＢ）を用いて溶接トーチに
より一対の鉄筋を軸方向に接合する手法をエンクローズ
溶接のＣＢ工法という。

【０００３】このようなＣＢ工法は、加熱圧接法のよう
に鉄筋を油圧シリンダなどを用いて相互に押圧する必要
がないため、建築現場などでも比較的簡便に接合作業を
行うことができるとともに、セラミックス製のバッキン
グ材は金属製に比べて放熱が少なく、少入熱で溶接でき
る他、溶接後はバッキング材を割ることによって容易に
取り外すことができるため接合部の外観検査が可能であ
るなど、種々の利点がある。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記ＣＢ工
法は、作業能率および品質を高めるために自動的に行わ
れることが望まれる。これに対し、溶接ワイヤを鉄筋の
端面の間に位置させた状態の溶接トーチを、その溶接ワ
イヤが鉄筋の端面に挟まれた空間内を一方向に所定速度
で移動させ、溶接ワイヤが上記空間の端部に到達すると
反対側の端部に向かって移動させることにより溶接ビー
ドを重ねて上記空間内を充填するようにしたものが提案
されている。しかしながら、上記のような自動溶接装置
では、溶接ビードの表面が凸傾向となることおよび上記
空間の中央部の溶け込みが集中することのために、上記
空間を溶接金属にて充填する場合に溶接金属の溶け込み
が不充分となり、全体的に均一な溶け込みが得られない
傾向があった。

【０００５】本発明は以上の事情を背景として為された
もので、その目的とするところは、棒材の端面間に溶接
金属を充填してそれら棒材を接続するに際して均一な溶
け込みが得られる棒材接続用自動溶接装置を提供するこ
とにある。

【０００６】

【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めの本発明の要旨とするところは、溶接治具を用いて一
対の棒材の端面を所定の間隙を隔てて対向させた状態で
互いに固定し、溶接トーチを用いてその棒材の端面間に
溶接金属を溶かし込むことによりその一対の棒材を直列
に接合する棒材接続用自動溶接装置であって、（ａ）前
記溶接トーチを前記一対の棒材の長手方向に直角となる
姿勢で保持する保持部材と、（ｂ）前記溶接治具に設け
られ、前記保持部材を前記棒材の軸心に平行な面内にお
いて移動可能に案内する案内手段と、（ｃ）前記溶接ト
ーチを往復振動させるために前記保持部材に形成された
第１係合面と、（ｄ）前記溶接トーチを前記棒材の長手
方向に対して交叉する方向に移動させるために前記保持
部材に形成された第２係合面と、（ｅ）前記溶接治具に
設けられ、前記第１係合面と係合する第１カムおよび前
記第２係合面と係合する第２カムをそれぞれ回転駆動す
る回転駆動装置とを、含むことにある。

【０００７】

【作用】このようにすれば、溶接トーチを前記一対の棒
材の長手方向に直角となる姿勢で保持する保持部材は、
溶接治具に設けられた案内手段により、棒材の軸心に平
行な面内において移動可能に案内される。このため、回
転駆動装置により第１カムおよび第２カムがそれぞれ回
転駆動されると、第１カムおよび第２カムに係合する第
１係合面および第２係合面が形成された保持部材はその
第１カムおよび第２カムに従って駆動されるので、溶接
トーチが往復振動させられるとともに棒材の長手方向に
対して交叉する方向に移動させられる。

【０００８】

【発明の効果】上記のように溶接トーチが往復振動させ
られつつ棒材の長手方向に対して交叉する方向に移動さ
せられることから、棒材の端面間において形成される溶
接ビードの幅が大きくされるので、溶接ビードの表面が
凹傾向となるとともに上記端面間の中央部の溶け込みが
集中することが好適に解消される。したがって、上記棒
材の端面間の空間を溶接金属にて充填する場合に溶接金
属の溶け込みが不充分となることがなく、全体的に均一
な溶け込みが得られるとともに溶接品質が高められる。

【０００９】ここで、好適には、前記保持部材に保持さ
れる溶接トーチの前記棒材に対する高さを調節する高さ
調節手段、すなわち自動溶接装置の溶接治具に対する高
さを調節する高さ調節手段が設けられる。このようにす
れば、溶接トーチの棒材に対する高さを棒材の径、溶接
ワイヤの種類、溶接電流などに応じて適宜調節すること
ができるので、好適な溶接条件を設定できる利点があ
る。

【００１０】また、好適には、保持部材に保持される溶
接トーチの前記棒材に対する軸方向位置を調節する軸方
向位置調節手段、すなわち自動溶接装置の溶接治具に対
する軸方向位置を調節する軸方向位置調節手段が設けら
れる。このようにすれば、棒材を接続する溶接に際し
て、溶接トーチの中心位置すなわち溶接トーチから送り
出される溶接ワイヤを棒材の端面間に位置させる設定を
簡単に行うことができる。

【００１１】

【実施例】以下、本発明の一実施例を図面に基づいて詳
細に説明する。

【００１２】図１はＣＢ工法用の溶接治具１０の平面図
であり、図２は溶接治具１０の側面図であり、図３は溶
接治具１０の断面図である。溶接治具１０は、鉄筋１
２、１４のＣＢ工法による溶接に際してその端面を所定
の間隙を隔てつつ相対向した状態で同心に固定するとと
もに、セラミックス製バッキング材１６を固定するため
のものである。このセラミックス製バッキング材１６
は、上記鉄筋１２、１４の端面により挟まれた空間の外
周を覆うことにより、溶接金属の流出を防止し且つ溶接
後には破壊により簡単に除去されて、溶接金属の溶け込
み状態を接続部の外周から確認可能とするものである。

【００１３】上記溶接治具１０は、半円筒形状を成す本
体フレーム２２の一方の側縁部にヒンジピン２３を介し
てカバー２０を回動可能に取り付けたものである。本体
フレーム２２は、軸方向の中央にバッキング保持部材２
４、軸方向の両端部に一対の鉄筋受部材２６をそれぞれ
備えている。また、カバー２０は、表側から鉄筋１２，
１４を本体フレーム２２上に挿入することが可能な開き
位置と、本体フレーム２２との間で鉄筋１２，１４を挟
み込む閉じ位置との間の回動可能に本体フレーム２２に
取り付けられているとともに、上記一対の鉄筋受部材２
６に対応する一対のカバー部材２８と、その中間部分の
カバー部材３０とに分割され、それぞれ独立に開閉でき
るようになっている。

【００１４】上記バッキング保持部材２４は、断面が略
Ｕ字形状を成すバッキング材１６を位置決めして保持す
る部材である。このバッキング保持部材２４上を覆蓋す
るカバー部材３０には、ばね板を曲げ加工したキャッチ
３２がヒンジピン２３と反対側の端部に取り付けられて
おり、そのキャッチ３２が自身のばね力によって本体フ
レーム２２の外周面に押圧されることにより、カバー部
材３０は図３に示す閉じ位置に保持されるとともに、そ
のばね力に抗して開くことができるようになっている。
また、このカバー部材３０には、アーク溶接を行うため
の溶接トーチ８８の先端部を挿入するために、上記閉じ
位置に保持された状態においてバッキング保持部材２４
に対向する部分に開口３６が形成されている。このカバ
ー部材３０は防風カバーとして機能する。

【００１５】一方、前記一対の鉄筋受部材２６は、Ｖ字
形状の受面にて鉄筋１２、１４を受けるようになってい
る。この一対の鉄筋受部材２６上をそれぞれ覆蓋する一
対のカバー部材２８には、ヒンジピン２３と反対側の端
部に係止突起３８が設けられており、本体フレーム２２
にヒンジピン４０を介して回動可能に取り付けられたグ
リッパ４２がその係止突起３８に係止されることによ
り、カバー部材２８は図２に示す閉じ位置に保持され
る。カバー部材２８には、上記閉じ位置に保持された状
態において鉄筋受部材２６に対向する位置に、カバー部
材２８に固設されたナット４６に螺合されている締付け
ボルト４８が配設されている。締付けボルト４８の先端
部には相対回転可能且つ軸方向の相対移動不能に取り付
けられた押圧金具５０が備えられ、締付けボルト４８が
締め込まれることにより押圧金具５０と鉄筋受部材２６
との間で鉄筋１２、１４が挟圧される。これにより、本
体フレーム２２と鉄筋１２、１４とが一体的に固定され
るとともに、鉄筋１２、１４は鉄筋受部材２６のＶ字形
状の受面によってさらに芯出しされる。

【００１６】そして、上記溶接治具１０には、後述の棒
材接続用自動溶接装置６０を支持するために水平に突き
出す状態で本体フレーム２２に溶接されたブラケット５
２と、このブラケット５２の先端部に固定された装着用
ポスト５４とが設けられている。この装着用ポスト５４
は、断面矩形の角柱状であって、その端面にブラケット
５２に形成された長穴５６を通して固定ボルト５８が締
着されることによりブラケット５２に対して直角となる
姿勢で固定されるとともに、ブラケット５２に設けられ
た調節ボルト５９を利用して鉄筋１２、１４の軸心との
間の距離が調節されるようになっている。

【００１７】図４、図５、および図６は、上記溶接治具
１０に設けられた棒材接続用自動溶接装置６０の第３固
定部材７０を取り外した側面図、正面図、および平面図
をそれぞれ示している。図において、一対の第１ガイド
板６２および第２ガイド板６４が所定の間隙Ｄを上下方
向に隔てた状態で３つの第１固定部材６６、第２固定部
材６８、第３固定部材７０により相互に固定されてい
る。それらガイド板６２、６４、および固定部材６６、
６８、７０は自動溶接装置６０のフレームを構成してい
る。

【００１８】上記第２固定部材６８と第３固定部材７０
との間には、一対の移動部材７２を案内するための一対
のガイドレール７４が溶接治具１０により同心に固定さ
れた鉄筋１２、１４の軸心と平行な方向に固設されてい
る。一対の移動部材７２は、一対のガイドレール７４と
摺接する案内溝７８をそれぞれ備えており、前記装着用
ポスト５４を嵌め入れるスリーブ８２と頂板８４を介し
て固定されている。高さ調整ボルト８６は、その頂板８
４およびスリーブ８２の上壁を貫通して螺合されてお
り、装着用ポスト５４の上端面に当接して溶接トーチ８
８の高さ位置を調節する。また、上記一対の移動部材７
２の間に懸け渡された連結板９０には、第２固定部材６
８を貫通する軸方向調節ボルト９２が螺合されており、
溶接トーチ８８の鉄筋１２、１４の長手方向の位置が調
節されるようになっている。本実施例では、上記高さ調
整ボルト８６が高さ調節手段に対応し、上記軸方向調節
ボルト９２が軸方向位置調節手段に対応している。

【００１９】前記第１ガイド板６２と第２ガイド板６４
との間の間隙Ｄ内には、溶接治具１０により同心に固定
された鉄筋１２、１４の長手方向と直角となる姿勢で溶
接トーチ８８を保持する保持板９４が摺動可能に配置さ
れており、その保持板９４は、ガイド板６２と６４によ
って上記鉄筋１２、１４の軸心に平行な面内において移
動可能に案内されている。本実施例では、上記ガイド板
６２と６４が案内手段として機能している。

【００２０】上記保持板９４は、溶接トーチ８８を固定
するための環状部材９６が一端部に嵌め着けられるとと
もに、図７に詳しく示すように、円形の第１係合面９８
および矩形の第２係合面１００が他端部および中央部に
形成されている。第１係合面９８は、ガイド板６２に固
定された第１駆動モータ１０２の出力軸に固定された第
１カム１０４の外周面と同様の径を備えた円穴の内周面
であって、その第１カム１０４の外周摺動面（カム面）
１０５と摺動可能に嵌合されている。また、第２係合面
１００は、ガイド板６２に固定された第２駆動モータ１
０６の出力軸に固定された第２カム１０８の外周面の径
と同様の幅寸法を備えた矩形穴の内周面であって、その
第２カム１０８の外周摺動面（カム面）１０９と摺動可
能に係合されている。

【００２１】保持板９４は、第１駆動モータ１０２の出
力軸に固定された第１カム１０４の回転に伴って第２カ
ム１０８との係合点を支点として回転することから、図
７の２点鎖線に示すようにその端部が周期的に回転する
ので、溶接トーチ８８の中心すなわち溶接トーチ８８か
ら送り出される溶接ワイヤ１１０は、図７のＡに示す小
さな円状軌跡に沿って回転させられる。また、保持板９
４は、第２駆動モータ１０６の出力軸に固定された第２
カム１０８の回転に伴って第１係合面９８の中心点を支
点として回転することから、図７のＢに示す円弧に沿っ
て溶接トーチ８８の中心すなわち溶接トーチ８８から送
り出される溶接ワイヤ１１０が移動させられる。このた
め、上記第１カム１０４が第１駆動モータ１０２により
たとえば毎分５〜１００回転程度の回転速度で駆動され
るとともに第２カム１０８が第２駆動モータ１０６によ
り第１カム１０４よりも数分の１乃至十数分の１の回転
速度で回転駆動されると、溶接トーチ８８から送り出さ
れる溶接ワイヤ１１０は図８のＣに示すような軌跡に沿
って移動させられる。すなわち、溶接ワイヤ１１０は、
鉄筋１２および１４の端面により挟まれた空間内におい
て所定の周期で往復振動しつつその空間の端部に向かっ
て移動させられ、その端部に向かう移動も往復的に繰り
返し行われる。

【００２２】次に、上記のように構成された自動溶接装
置６０の作動を説明する。先ず、図１に示すように、鉄
筋１２および鉄筋１４の端部をその端面が所定間隔を保
持しつつ相対向した状態で溶接治具１０に固定する。次
いで、自動溶接装置６０のスリーブ８２に装着用ポスト
５４を嵌め入れるとともに、その保持板９４に溶接トー
チ８８を取り着ける。そして、高さ調整ボルト８６およ
び軸方向調節ボルト９２によって溶接トーチ８８から突
き出された溶接ワイヤ１１０が鉄筋１２および鉄筋１４
の端面により挟まれた空間内に位置するように、自動溶
接装置６０の位置を調節する。図５および図９はこの状
態を示す。

【００２３】次いで、溶接装置を起動させることにより
溶接トーチ８８の先端部から炭酸ガス、不活性ガスなど
の被包ガスを放出させるとともに溶接トーチ８８の先端
部の電極および溶接ワイヤ１１０と鉄筋１２および１４
の間に配置された放電開始金属１１２との間で放電させ
ることにより溶接ワイヤ１１０が溶解され、溶融金属の
充填が開始される。同時に、第１駆動モータ１０２およ
び第２駆動モータ１０６が予め設定された回転速度、た
とえば第１駆動モータ１０２の回転速度に対して第２駆
動モータ１０６がその数分の１乃至十数分の１の回転速
度で駆動されることにより、溶接ワイヤ１１０は図８の
Ｃに示す軌跡に沿って往復振動しつつ移動させられる。
溶接ワイヤ１１０は予め設定された速度で順次送り出さ
れるので、上記鉄筋１２および１４の端面により挟まれ
た空間内には溶接金属が自動的に充填される。

【００２４】上記のように、本実施例では、溶接トーチ
８８を一対の鉄筋１２および１４の長手方向に直角とな
る姿勢で保持する保持板９４は、溶接治具１０に固定さ
れた自動溶接装置６０の第１ガイド板材６２および第２
ガイド板６４により、棒材の鉄筋１２および１４の軸心
に平行な面内において移動可能に案内されており、第１
駆動モータ１０２により第１カム１０４が回転駆動され
るとともに第２駆動モータ１０６により第２カム１０８
が回転駆動されると、第１カム１０４および第２カム１
０８に係合する第１係合面９８および第２係合面１００
が形成された保持板９４はその第１カム１０４および第
２カム１０８に従って駆動されるので、溶接トーチ８８
が図８のＣに示す軌跡に沿って往復振動させられるとと
もに鉄筋１２および１４の長手方向に対して交叉する方
向に移動させられる。したがって、鉄筋１２および１４
の端面間において形成される溶接ビードの幅が大きくさ
れるので、溶接ビードの表面が凹傾向となるとともに上
記端面間の中央部に溶け込みが集中することが好適に解
消されて、上記端面間の空間を溶接金属にて充填する場
合に溶接金属の溶け込みが不充分となることがなく、全
体的に均一な溶け込みが得られるとともに溶接品質が高
められるのである。

【００２５】また、本実施例によれば、溶接ビードの幅
を大きくするために溶接トーチ８８の溶接ワイヤ１１０
を送り出す位置を偏心させるとともにその溶接トーチ８
８を回転させつつ溶接を行う形式に比較して、装置が簡
単かつ小型となるとともに安価となる。

【００２６】また、本実施例によれば、保持板９４に保
持される溶接トーチ８８の鉄筋１２および１４に対する
高さを調節する高さ調整ボルト８６が設けられているの
で、溶接トーチ８８の鉄筋１２および１４に対する高さ
をその鉄筋１２および１４の径、溶接ワイヤ１１０の種
類、溶接電流などに応じて適宜調節することができ、好
適な溶接条件を設定できる利点がある。

【００２７】また、本実施例によれば、保持板９４に保
持される溶接トーチ８８の鉄筋１２および１４に対する
軸方向位置を調節する軸方向調節ボルト９２が設けられ
ているので、鉄筋１２および１４を接続する溶接に際し
て、溶接トーチ８８の中心位置すなわち溶接トーチ８８
から送り出される溶接ワイヤ１１０をその鉄筋１２およ
び１４の端面間に位置させる設定を容易に行うことがで
きる利点がある。

【００２８】以上、本発明の一実施例を図面に基づいて
詳細に説明したが、本発明は他の態様で実施することも
できる。

【００２９】たとえば、前述の実施例において、第１カ
ム１０４および第２カム１０８はその外周摺動面１０５
および１０９を有する偏心カムであったが、溝状のカム
面を有する溝カムであっても差し支えない。このような
場合には、その溝カム内に係合する係合突起が保持板９
４に設けられ、その係合突起の外周面が保持板９４の係
合面に対応する。

【００３０】また、前述の実施例では、溶接ワイヤ１１
０は、鉄筋１２、１４の端面により挟まれた空間におい
て、図８の螺線状の軌跡Ｃに示すように鉄筋１２、１４
の軸方向に往復振動しつつ鉄筋１２、１４の端面に沿っ
て移動させられていたが、その軌跡Ｃは鋸歯状或いは矩
形歯状などの軌跡であっても差し支えない。

【００３１】また、前述の実施例では、第１カム１０４
および第２カム１０８は、第１駆動モータ１０２および
第２駆動モータ１０６によって独立に駆動されていた
が、共通の駆動モータによって駆動されてもよい。この
場合には、第１カム１０４および第２カム１０８の相互
の回転速度が異なるようにするための減速ギヤ機構が共
通の駆動モータとの間に設けられる必要がある。このと
き、共通の駆動モータと減速ギヤ機構とが第１カム１０
４および第２カム１０８をそれぞれ回転駆動させる回転
駆動装置として機能する。

【００３２】また、前述の実施例では、鉄筋１２、１４
の端部を固定し且つ溶接トーチ８８の先端部のアーク状
態を安定させるためにカバーする溶接治具１０が用いら
れ且つ自動溶接装置６０はその溶接治具１０に設けられ
ていたが、溶接治具１０に代えて、単に鉄筋１２、１４
の端部を固定する鉄筋固定装置が用いられてもよいので
ある。

【００３３】その他一々例示はしないが、本発明は当業
者の知識に基づいて種々の変更，改良を加えた態様で実
施することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例が装着される溶接治具を示す
平面図である。

【図２】図１の溶接治具の側面を示す図１のII−II視図
である。

【図３】図１の溶接治具の断面を示す図１のIII −III
視図である。

【図４】本発明の一実施例の自動溶接装置を示す第３固
定部材を除去した側面図である。

【図５】図４の自動溶接装置の正面図である。

【図６】図４の自動溶接装置の平面図である。

【図７】図４の自動溶接装置の保持板を示す平面図であ
る。

【図８】図４の自動溶接装置の作動により駆動される溶
接トーチから送り出される溶接ワイヤの移動軌跡の一例
を示す図である。

【図９】図４の自動溶接装置の溶接初期状態における溶
接トーチの位置を説明する図である。

【符号の説明】

１０：溶接治具 １２，１４：鉄筋 ６０：自動溶接装置 ６２，６４：ガイド板（案内手段） ８８：溶接トーチ ９４：保持板（保持部材） １０２：第１駆動モータ、１０６：第２駆動モータ（回
転駆動装置） １０４：第１カム １０８：第２カム

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (71)出願人 000172813 佐藤工業株式会社 富山県富山市桜木町１番11号 (71)出願人 000174943 三井建設株式会社 東京都千代田区岩本町３丁目10番１号 (71)出願人 592162483 熊野技研工業株式会社 大阪市平野区長吉六反３丁目６番22号 (71)出願人 000208525 株式会社ダイア 愛知県犬山市字下榎島33番地 (72)発明者 尾形 素臣 愛知県名古屋市名東区宝が丘289 三幸マ ンション307 (72)発明者 鈴木 英次 千葉県流山市駒木129番地の９ (72)発明者 魚住 正志 神奈川県厚木市金田1063 株式会社長谷工 コーポレーション技術研究所内 (72)発明者 東浦 章 神奈川県厚木市三田47−３ 佐藤工業株式 会社中央研究所内 (72)発明者 遠藤 克彦 東京都千代田区岩本町３丁目10番１号 三 井建設株式会社内 (72)発明者 大岩 堅志 大阪府大阪市平野区長吉六反３丁目６番22 号 熊野技研工業株式会社内 (72)発明者 加藤 博 愛知県犬山市字下榎島33番地 株式会社ダ イア内

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接治具を用いて一対の棒材の端面を所
   定の間隙を隔てて対向させた状態で互いに固定し、溶接
   トーチを用いて該棒材の端面間に溶接金属を溶かし込む
   ことにより該一対の棒材を直列に接合する棒材接続用自
   動溶接装置であって、 前記溶接トーチを前記一対の棒材の長手方向に直角とな
   る姿勢で保持する保持部材と、 前記溶接治具に設けられ、前記保持部材を前記棒材の軸
   心に平行な面内において移動可能に案内する案内手段
   と、 前記溶接トーチを往復振動させるために前記保持部材に
   形成された第１係合面と、 前記溶接トーチを前記棒材の長手方向に対して交叉する
   方向に移動させるために前記保持部材に形成された第２
   係合面と、 前記溶接治具に設けられ、前記第１係合面と係合する第
   １カムおよび前記第２係合面と係合する第２カムをそれ
   ぞれ回転駆動する回転駆動装置と、 を、含むことを特徴とする棒材接続用自動溶接装置。