JPWO2020178902A1

JPWO2020178902A1 - 溶接装置

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Publication number: JPWO2020178902A1
Application number: JP2021503256A
Authority: JP
Inventors: 悠大高田
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2019-03-01
Filing date: 2019-03-01
Publication date: 2021-11-04
Anticipated expiration: 2039-03-01
Also published as: CZ309580B6; CZ2021377A3; CN113543918A; JP7012899B2; WO2020178902A1

Abstract

溶接装置は、上下が開口された円筒状の密閉容器胴体の上下に、密閉容器上蓋および密閉容器下蓋が嵌合されて構成される密閉容器の上部嵌合部および下部嵌合部をアーク溶接する。溶接装置は、アーク溶接を行う２本の溶接トーチと、２本の溶接トーチを密閉容器胴体の周方向に旋回させる旋回機構と、密閉容器のうち密閉容器胴体部分を保持する胴体保持機構とを備える。胴体保持機構で保持された密閉容器胴体の上部嵌合部および下部嵌合部のそれぞれを、溶接装置は、旋回機構で２本の溶接トーチを密閉容器胴体の周方向に旋回させて同時にアーク溶接する。

Description

本発明は、冷暖房装置または給湯装置等に用いることができる密閉型圧縮機の密閉容器を溶接する溶接装置に関する。

密閉型圧縮機の密閉容器は、上下を開口する円筒状の密閉容器胴体と、密閉容器胴体上部に嵌合される密閉容器上蓋と、密閉容器胴体下部に嵌合される密閉容器下蓋と、密閉容器下蓋の底面に取り付けられた据付脚とで構成される。

この種の密閉容器は、密閉容器胴体と密閉容器上蓋との上部嵌合部と、密閉容器胴体と密閉容器下蓋との下部嵌合部とが、それぞれ溶接装置で溶接されて構成されている。

密閉容器の上部嵌合部および下部嵌合部を溶接する溶接装置として、例えば、密閉容器胴体の上下に密閉容器上蓋と密閉容器下蓋とを嵌合した状態の密閉容器を、回転台により回転させ、上部嵌合部および下部嵌合部のそれぞれを同時に溶接するようにした技術がある（例えば、特許文献１参照）。特許文献１では、上部嵌合部および下部嵌合部のそれぞれを同時に溶接することで、溶接時において密閉容器の反転および横転といった姿勢の変更を不要として、安価で高精度に密閉容器を組立てることを可能としている。

特開２００４−１６２６５７号公報

上記特許文献１の場合、上部嵌合部および下部嵌合部を溶接する際、密閉容器自体を回転台により回転させている。このため、回転台上に載置された密閉容器下蓋と、密閉容器下蓋の上に嵌合された密閉容器胴体との間で滑りが発生し、密閉容器胴体が密閉容器下蓋に対して傾くことが懸念される。密閉容器胴体が傾いたまま溶接されると、溶接部の品質が低下するという問題があった。

本発明は上記問題を解決するためのもので、密閉容器胴体の上部嵌合部および下部嵌合部を同時に溶接できると共に、溶接中の密閉容器胴体の傾きを抑制して品質の良い溶接部を得ることが可能な溶接装置を提供することを目的とする。

本発明に係る溶接装置は、上下が開口された円筒状の密閉容器胴体の上下に、密閉容器上蓋および密閉容器下蓋が嵌合されて構成される密閉容器の上部嵌合部および下部嵌合部をアーク溶接する溶接装置であって、アーク溶接を行う２本の溶接トーチと、２本の溶接トーチを密閉容器胴体の周方向に旋回させる旋回機構と、密閉容器のうち密閉容器胴体部分を保持する胴体保持機構とを備え、胴体保持機構で保持された密閉容器胴体の上部嵌合部および下部嵌合部のそれぞれを、旋回機構で２本の溶接トーチを密閉容器胴体の周方向に旋回させて同時にアーク溶接するものである。

本発明によれば、２本の溶接トーチを旋回機構で密閉容器胴体の周方向に旋回させることで密閉容器胴体の上部嵌合部および下部嵌合部を同時に溶接できると共に、溶接中に胴体保持機構で密閉容器胴体を保持するため、溶接中の密閉容器胴体の傾きを抑制して品質の良い溶接部を得ることができる。

本発明の実施の形態１に係る溶接装置の溶接対象となる密閉型圧縮機の概略断面図である。図１において点線Ａで囲った部分の拡大図である。図１において点線Ｂで囲った部分の拡大図である。本発明の実施の形態１に係る溶接装置の構成図である。本発明の実施の形態１に係る溶接装置における溶接ワイヤーと下部嵌合部の傾斜面との位置関係の説明図である。本発明の実施の形態１に係る溶接装置における溶接ワイヤーの溶接狙い位置の説明図である。本発明の実施の形態１に係る溶接装置の動作を示す工程フローである。本発明の実施の形態１に係る溶接装置の据付脚保持機構に保持される密閉容器下蓋の概略断面図である。本発明の実施の形態１に係る溶接装置の搬送ロボットによって搬送される、上側の開口に密閉容器上蓋が嵌合された状態の密閉容器胴体を示す図である。本発明の実施の形態１に係る溶接装置において搬送ロボットが密閉容器胴体をクランプした状態の平面図である。本発明の実施の形態１に係る溶接装置において搬送ロボットが密閉容器胴体をアンクランプして退避した状態の平面図である。

以下、本発明の実施の形態の溶接装置の説明に先だって、溶接対象となる密閉容器を備えた密閉型圧縮機について説明する。

実施の形態１．
図１は、本発明の実施の形態１に係る溶接装置の溶接対象となる密閉型圧縮機の概略断面図である。
図１において、密閉型圧縮機１の密閉容器２は、上下を開口する円筒状の密閉容器胴体２ａと、密閉容器胴体２ａの上部開口部に嵌合される皿形状の密閉容器上蓋２ｂと、密閉容器胴体２ａの下部開口部に嵌合される皿形状の密閉容器下蓋２ｃとを有する。密閉容器下蓋２ｃの底面には、据付脚２ｄが取り付けられている。密閉容器２は、据付脚２ｄにより規定される据付面に対して密閉容器胴体２ａが傾斜していると、振動および騒音を招く可能性がある。このため、密閉型圧縮機１は、密閉容器胴体２ａが据付面に対して垂直に起立した姿勢で使用される。

密閉容器胴体２ａの内部には、冷媒の圧縮を行う圧縮機構３と、圧縮機構３を駆動する電動機４とが焼嵌めされている。電動機４は、クランクシャフト５に接続され、クランクシャフト５から圧縮機構３に回転力を伝達する回転子４ａと、固定子４ｂとを備えている。

上記構成において、据付脚２ｄの密閉容器下蓋２ｃとの取付け面６は、皿形状となっており、密閉容器下蓋２ｃの底面は、取付け面６に沿う皿形状となっている。これにより、据付脚２ｄは、取付け面６が密閉容器下蓋２ｃの底面に密着した状態で溶接されている。

図２は、図１において点線Ａで囲った部分の拡大図である。
密閉容器胴体２ａの下部と密閉容器下蓋２ｃの開口端部とには、図２に示すように同じ傾斜角の傾斜面１０が形成されている。この傾斜面１０は、密閉容器２の内周側から外周側に向かうに連れて上方に傾斜する傾斜面となっており、傾斜角ｂ（後述の図５参照）が例えば１５°から２５°に形成されている。傾斜面１０は、密閉容器胴体２ａおよび密閉容器下蓋２ｃの全周に渡って形成されている。密閉容器胴体２ａと密閉容器下蓋２ｃとは、傾斜面１０の部分で加圧して密着されることで嵌合されている。

このように、密閉容器胴体２ａと密閉容器下蓋２ｃとの嵌合部（以下、下部嵌合部１１という）を、密閉容器２の内周側から外周側に向かってそれぞれ同じ傾斜角の傾斜面１０とすることで、これらの嵌合代を確保しつつ、密閉容器胴体２ａの中心軸と、密閉容器下蓋２ｃの中心軸との同軸度が確保される。同軸度が確保されることで、密閉型圧縮機１の振動および騒音を抑えることができる。

図３は、図１において点線Ｂで囲った部分の拡大図である。
密閉容器上蓋２ｂの外周面には、密閉容器上蓋２ｂの密閉容器胴体２ａ内部への挿入深さを規制する突起部１２が形成されている。突起部１２は、図３に示すように密閉容器上蓋２ｂの外周面から外方に突出して設けられている。密閉容器上蓋２ｂは、突起部１２が密閉容器胴体２ａの上端部に接触するまで密閉容器胴体２ａの内部に挿入され、その状態で加圧されることにより嵌合されている。なお、密閉容器上蓋２ｂと密閉容器胴体２ａとの取付け精度は、密閉型圧縮機１の振動および騒音に寄与しない。このため、密閉容器上蓋２ｂと密閉容器胴体２ａとの嵌合部（以下、上部嵌合部１３という）には、上記の傾斜面１０ではなく突起部１２が用いられる。

密閉容器２は、これらの下部嵌合部１１および上部嵌合部１３のそれぞれの全周を、以下に説明する溶接装置の２本の溶接トーチで同時にアーク溶接によって溶接される。

以下、本発明の実施の形態について添付図面を参照して詳細に説明する。

図４は、本発明の実施の形態１に係る溶接装置の構成図である。図４においてｘ軸は横方向、ｙ軸は縦方向を指す。図５は、本発明の実施の形態１に係る溶接装置における溶接ワイヤーと下部嵌合部の傾斜面との位置関係の説明図である。図６は、本発明の実施の形態１に係る溶接装置における溶接ワイヤーの溶接狙い位置の説明図である。

溶接装置は、アーク溶接を行う２本の溶接トーチ２０ａおよび溶接トーチ２０ｂと、移動機構３０と、載置台７０と、下蓋保持機構８０と、搬送ロボット９０と、制御装置１００とを備えている。

本実施の形態１の溶接装置で扱うワークは、上述した密閉容器２であり、下部嵌合部１１と上部嵌合部１３のそれぞれを、溶接トーチ２０ａおよび溶接トーチ２０ｂのそれぞれで溶接する。

以下、溶接装置を構成する各構成部について説明する。

溶接トーチ２０ａおよび溶接トーチ２０ｂは、溶接狙い位置に向かって、先端から溶接ワイヤー２１を送り出し、溶接箇所をアーク溶接で溶接する。本実施の形態１における溶接箇所の１つである下部嵌合部１１を溶接する際には、下部嵌合部１１の傾斜面１０の傾斜角ｂに対して、調整代ｄの範囲で溶接ワイヤー２１の狙い角度ｃを調整して溶接を行う。ここで、狙い角度ｃとは、溶接ワイヤー２１と密閉容器胴体２ａの側面とのなす角である。

移動機構３０は、溶接トーチ２０ａおよび溶接トーチ２０ｂを移動させる機構である。移動機構３０は、旋回機構４０と、横行シリンダ５０と、個別調整機構６０とを備えている。

旋回機構４０は、溶接トーチ２０ａおよび溶接トーチ２０ｂを、密閉容器胴体２ａの周方向に旋回させる機構である。旋回機構４０は、ｙ軸方向に延びる軸心を中心として回転する１本の旋回主軸４１と、旋回主軸４１に直交して設けられた１本の旋回副軸４２と、旋回主軸４１を駆動する駆動ユニット４３とを備えている。駆動ユニット４３は、旋回主軸４１に回転力を伝達する回転モータ４３ａおよび動力伝達機構（図示せず）を有する。

横行シリンダ５０は、旋回機構４０をｘ方向に往復動させる。横行シリンダ５０は、駆動ユニット４３に連結され、旋回主軸４１を密閉容器２の中心軸Ｏ上に位置させる溶接位置（図１に示す位置）と、旋回主軸４１をｘ軸のマイナス方向側に設定された原点位置とに移動させる。

個別調整機構６０は、旋回機構４０の旋回副軸４２に連結され、溶接トーチ２０ａおよび溶接トーチ２０ｂのそれぞれの溶接狙い位置を個別に調整する機構である。個別調整機構６０は、溶接トーチ２０ａの位置を調整する第１機構６１ａと、溶接トーチ２０ｂの位置を調整する第２機構６１ｂとを有する。第１機構６１ａと第２機構６１ｂとは独立して動作可能である。

第１機構６１ａは、溶接狙い位置からの水平位置ｘおよび鉛直位置ｙを調整する面内位置調整機構６２と、溶接狙い位置に対する狙い角度ｃを調整する角度調整機構６３とを備えている。第２機構６１ｂも同様の構成であって、面内位置調整機構６２と角度調整機構６３とを備えている。

面内位置調整機構６２は、棒状の移動部材６２ａを旋回副軸４２に対してｘ方向およびｙ方向に移動可能な機構である。角度調整機構６３は、移動部材６２ａの下端部に連結された棒状の回転部材６３ａを、回転部材の６３ａの先端部が上下動するように回転自在に支持する機構である。回転部材６３ａの先端部には、溶接トーチが接続されており、角度調整機構６３は、回転部材６３ａの回転位置によって溶接トーチの狙い角度ｃを調整する。

以上の構成の第１機構６１ａおよび第２機構６１ｂは、旋回副軸４２の内側に第１機構６１ａが接続され、旋回副軸４２の外側に第２機構６１ｂが接続される。そして、第１機構６１ａに接続された溶接トーチ２０ａによって上部嵌合部１３が溶接され、第２機構６１ｂに接続された溶接トーチ２０ｂによって下部嵌合部１１が溶接される。

下蓋保持機構８０は、載置台７０上に配置され、ワークを固定支持する機構である。下蓋保持機構８０は、台座８１上に、ｙ方向に延びる３本の支柱８２が同心円状に間隔を変えて立設した構成を有し、各支柱８２が、密閉容器２の据付脚２ｄに設けられた３つの貫通穴に通されることで密閉容器下蓋２ｃを保持する。

搬送ロボット９０は、アームの先端に、密閉容器胴体２ａを胴体保持機構９１を有する。搬送ロボット９０は、胴体保持機構９１で密閉容器胴体２ａを保持し、密閉容器胴体２ａを前工程の装置から溶接装置の下蓋保持機構８０上へと搬送する。胴体保持機構９１は、周囲から挟み込む形で密閉容器胴体２ａを保持する保持クランプで構成されており、密閉容器胴体２ａを予め設定された保持姿勢で保持する。予め設定された保持姿勢とは、台座８１の上面を基準とした姿勢であって、密閉容器胴体２ａが据付脚２ｄの据付面に対して垂直に起立した姿勢である。保持姿勢は制御装置１００の内部メモリに予め記録されている。このように、密閉容器胴体２ａの保持姿勢が制御されるため、搬送ロボット９０で密閉容器胴体２ａを密閉容器下蓋２ｃに嵌合させるために搬送した際の、据付脚２ｄに対する密閉容器胴体２ａの垂直度を確保することができる。なお、ここでは胴体保持機構９１として保持クランプを用いているが、これに限られたものではなく密閉容器胴体２ａを保持できる機構であればよい。

制御装置１００は、溶接装置の全体を制御するものであり、例えば、マイクロプロセッサユニット等で構成されるものである。なお、制御装置１００の構成については、これに限定するものではない。例えば、ファームウェア等の更新可能なもので構成されていてもよい。また、制御装置１００はプログラムモジュールであって、図示しないＣＰＵ等からの指令により、実行されるものであってもよい。

図７は、本発明の実施の形態１に係る溶接装置の動作を示す工程フローである。図８は、本発明の実施の形態１に係る溶接装置の据付脚保持機構に保持される密閉容器下蓋の概略断面図である。図９は、本発明の実施の形態１に係る溶接装置の搬送ロボットによって搬送される、上側の開口に密閉容器上蓋が嵌合された状態の密閉容器胴体を示す図である。図１０は、本発明の実施の形態１に係る溶接装置において搬送ロボットが密閉容器胴体をクランプした状態の平面図である。図１１は、本発明の実施の形態１に係る溶接装置において搬送ロボットが密閉容器胴体をアンクランプして退避した状態の平面図である。

密閉容器下蓋２ｃが図示しない搬送装置で溶接装置に搬入され、下蓋保持機構８０にセットされる（ＳＴＥＰ１）。次に、図９に示すように密閉容器上蓋２ｂが嵌合された密閉容器胴体２ａを、搬送ロボット９０の胴体保持機構９１が、図４および図１０に示すようにクランプする（ＳＴＥＰ２）。このとき、搬送ロボット９０の胴体保持機構９１は、密閉容器胴体２ａを安定的に保持できるように密閉容器胴体２ａの中央部をクランプする。そして、搬送ロボット９０は、胴体保持機構９１でクランプした密閉容器胴体２ａを、前工程から溶接装置内部の密閉容器下蓋２ｃの上部まで搬送する（ＳＴＥＰ３）。このとき、溶接トーチ２０ａおよび溶接トーチ２０ｂは、横行シリンダ５０によって原点に位置している。

次に、搬送ロボット９０は、密閉容器胴体２ａを下降させて密閉容器下蓋２ｃの上部に嵌合させる（ＳＴＥＰ４）。密閉容器胴体２ａの下部と密閉容器下蓋２ｃの開口端部との嵌合部分である下部嵌合部１１は、上述したように同一の傾斜角度で傾斜する傾斜面１０となっているため、傾斜面１０同士が密着して嵌合する。このように、密閉容器胴体２ａと密閉容器下蓋２ｃとの嵌合を、搬送ロボット９０で行うことで、上述したように据付脚２ｄに対する密閉容器胴体２ａの垂直度を確保しながら嵌合を行える。

次に、溶接装置は、移動機構３０を動作させて２本の溶接トーチ２０ａおよび溶接トーチ２０ｂの溶接狙い位置を調整する（ＳＴＥＰ５）。具体的には、溶接装置は、横行シリンダ５０による各溶接トーチの溶接位置への移動、および個別調整機構６０による各溶接トーチのｘ方向、ｙ方向および狙い角度ｃの調整を行う。

次に、溶接装置は、搬送ロボット９０にて密閉容器胴体２ａをクランプした状態のまま、溶接を開始する。すなわち、溶接装置は、旋回機構４０の旋回主軸４１を回転させ、溶接トーチ２０ａおよび溶接トーチ２０ｂを、下部嵌合部１１および上部嵌合部１３に対して周方向に例えば一周３６０°のうちの２１０゜旋回させ（ＳＴＥＰ６）、アーク溶接を行う。そして、溶接トーチ２０ａおよび溶接トーチ２０ｂが２１０゜旋回した時点で、溶接装置は、搬送ロボット９０による密閉容器胴体２ａのクランプを解除し、搬送ロボット９０を図１１に示すように溶接トーチの旋回軌道ｆの外へ退避させる（ＳＴＥＰ７）。この退避は、溶接トーチ２０ａおよび溶接トーチ２０ｂが、残りの箇所を溶接する際に、搬送ロボット９０が溶接トーチ２０ａおよび溶接トーチ２０ｂと干渉しないようにするためである。

そして、溶接装置は、溶接トーチ２０ａおよび溶接トーチ２０ｂを、３６０°まで旋回させて残りの箇所をアーク溶接する（ＳＴＥＰ８）。溶接完了後、溶接装置は、溶接トーチ２０ａおよび溶接トーチ２０ｂを横行シリンダ５０によって原点位置まで横行させる（ＳＴＥＰ９）。

ここで、ＳＴＥＰ６において溶接トーチが２１０゜旋回するまで搬送ロボット９０による密閉容器胴体２ａのクランプを行っているが、溶接開始から少なくとも半周の１８０°旋回するまでの間は、密閉容器胴体２ａのクランプを行う。これにより、溶接時に発生するひずみによって密閉容器胴体２ａが傾斜することを防止できる。

以上説明したように、本実施の形態１の溶接装置は、２本の溶接トーチ２０ａおよび溶接トーチ２０ｂと、２本の溶接トーチ２０ａおよび溶接トーチ２０ｂを密閉容器胴体２ａの周方向に旋回させる旋回機構４０と、密閉容器２のうち密閉容器胴体２ａ部分を保持する胴体保持機構９１とを備えた。そして、本実施の形態１の溶接装置は、胴体保持機構９１で保持された密閉容器胴体２ａの上部嵌合部１３および下部嵌合部１１のそれぞれを、２本の溶接トーチ２０ａおよび溶接トーチ２０ｂを旋回機構４０で密閉容器胴体２ａの周方向に旋回させて同時にアーク溶接する。これにより、密閉容器２の下部嵌合部１１および上部嵌合部１３のそれぞれを同時に溶接できる。また、各溶接トーチを旋回させることで密閉容器胴体２ａの下部嵌合部１１および上部嵌合部１３のそれぞれを同時に溶接できるので、密閉容器２自体を回転させて溶接する場合に生じる、密閉容器胴体２ａと密閉容器下蓋２ｃとの嵌合部の滑りを防止することができる。以上により、溶接中の密閉容器胴体２ａの傾きを抑制でき、品質の良い溶接部を得ることができる。その結果、密閉型圧縮機の性能向上を図ることができる。

本実施の形態１の胴体保持機構９１は、溶接開始から少なくとも半周の溶接が完了するまでの間、密閉容器胴体２ａを保持する。これにより、溶接時に発生するひずみによる密閉容器胴体２ａの傾斜を防止できる。

本実施の形態１の溶接装置は、旋回機構４０に接続され、２本の溶接トーチ２０ａおよび溶接トーチ２０ｂのそれぞれの溶接狙い位置を個別に調整する個別調整機構６０を備えた。これにより、溶接トーチ２０ａおよび溶接トーチ２０ｂの溶接狙い位置を個別に調整できる。

また、密閉容器胴体２ａを前工程から載置台７０上に搬送する搬送ロボット９０を備え、搬送ロボット９０が胴体保持機構９１を備えている。これにより、搬送ロボット９０と胴体保持機構９１とを別体で構成する場合に比べて構成を単純化できる。

１密閉型圧縮機、２密閉容器、２ａ密閉容器胴体、２ｂ密閉容器上蓋、２ｃ密閉容器下蓋、２ｄ据付脚、３圧縮機構、４電動機、４ａ回転子、４ｂ固定子、５クランクシャフト、６取付け面、１０傾斜面、１１下部嵌合部、１２突起部、１３上部嵌合部、２０ａ溶接トーチ、２０ｂ溶接トーチ、２１溶接ワイヤー、３０移動機構、４０旋回機構、４１旋回主軸、４２旋回副軸、４３駆動ユニット、４３ａ回転モータ、５０横行シリンダ、６０個別調整機構、６１ａ第１機構、６１ｂ第２機構、６２面内位置調整機構、６２ａ移動部材、６３角度調整機構、６３ａ回転部材、７０載置台、８０下蓋保持機構、８１台座、８２支柱、９０搬送ロボット、９１胴体保持機構、１００制御装置。

本発明に係る溶接装置は、上下が開口された円筒状の密閉容器胴体の上下に、密閉容器上蓋および密閉容器下蓋が嵌合されて構成される密閉容器の上部嵌合部および下部嵌合部をアーク溶接する溶接装置であって、アーク溶接を行う２本の溶接トーチと、２本の溶接トーチを密閉容器胴体の周方向に旋回させる旋回機構と、密閉容器胴体部分を保持する胴体保持機構とを備え、胴体保持機構で保持された密閉容器胴体の上部嵌合部および下部嵌合部のそれぞれを、旋回機構で２本の溶接トーチを密閉容器胴体の周方向に旋回させて同時にアーク溶接するものである。

Claims

上下が開口された円筒状の密閉容器胴体の上下に、密閉容器上蓋および密閉容器下蓋が嵌合されて構成される密閉容器の上部嵌合部および下部嵌合部をアーク溶接する溶接装置であって、
アーク溶接を行う２本の溶接トーチと、
前記２本の溶接トーチを前記密閉容器胴体の周方向に旋回させる旋回機構と、
前記密閉容器のうち前記密閉容器胴体部分を保持する胴体保持機構とを備え、
前記胴体保持機構で保持された前記密閉容器胴体の前記上部嵌合部および前記下部嵌合部のそれぞれを、前記旋回機構で前記２本の溶接トーチを前記密閉容器胴体の周方向に旋回させて同時にアーク溶接する溶接装置。
前記胴体保持機構は、溶接開始から少なくとも半周の溶接が完了するまでの間、前記密閉容器胴体を保持する請求項１記載の溶接装置。
前記旋回機構に連結され、前記２本の溶接トーチのそれぞれの溶接狙い位置を個別に調整する調整機構を備えた請求項１または請求項２記載の溶接装置。
前記密閉容器胴体を前工程の装置から溶接装置に搬送する搬送ロボットを備え、前記搬送ロボットが前記胴体保持機構を備えている請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載の溶接装置。