WO2014045715A1 - 移動型真空溶接装置 - Google Patents

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匠 堀
藤谷　泰之
剛久 奥田
長谷川　修
仙入　克也
渡辺　眞生
貝漕　高明
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三菱重工業株式会社
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Definitions

  • the present invention relates to a movable vacuum welding apparatus that performs welding while relatively moving a welding target and a welding head.
  • a fixed vacuum welding apparatus in which the entire welding target is covered with a vacuum chamber and evacuated to create a vacuum environment.
  • a welding target such as a pressure vessel
  • the vacuum chamber and the vacuum pump become large, and there is a possibility that a huge equipment cost and a wide installation space are required.
  • a moving vacuum welding apparatus that can move a vacuum chamber is known as a welding apparatus corresponding to a large welding target (see, for example, Patent Document 1).
  • the welding apparatus includes a vacuum chamber that is movable relative to a welding target, and a seal portion interposed between the vacuum chamber and the welding target, and the seal portion is in close contact with the welding target. Thus, the vacuum in the vacuum chamber is maintained.
  • the present invention is to provide a movable vacuum welding apparatus having a vacuum chamber and a seal portion interposed between the objects to be welded in the vacuum chamber, preventing leakage from the seal portion and ensuring a vacuum in the vacuum chamber.
  • a movable vacuum welding apparatus capable of
  • the movable vacuum welding apparatus has an edge portion that opposes the surface of the welding target and defines a vacuum space with the surface of the welding target.
  • a chamber, a seal portion interposed between the edge and the object to be welded over the entire circumference of the edge, a welding head for welding the surface of the object to be welded in the vacuum space, and the object to be welded A moving portion that moves relative to the vacuum chamber, and a preload portion that applies a load to the seal portion in advance, and the seal portion is made of an elastic material and extends along the edge portion;
  • a second seal member that is disposed at least on the rear side in the relative movement direction through which the weld bead passes and is higher in flexibility than the first seal member.
  • the second seal member when the weld bead passes through the second seal member, the second seal member follows the swell of the weld bead, so that leakage from the seal portion is prevented and a vacuum in the vacuum chamber is secured. Can do.
  • an elastic member that urges the second seal member toward the welding target between the edge and the second seal member are preferably provided along the extending direction of the second seal member.
  • the contact surface pressure between the second seal member and the object to be welded can be made equal along the extending direction of the second seal member.
  • undulation of the weld bead of a 2nd seal member can be improved.
  • the shape of the weld bead is on the surface of the edge facing the second seal member and directly above the weld bead. It is preferable that a concave portion is formed.
  • the second seal member is preferably a gland packing having heat resistance.
  • the gland packing has a very small coefficient of friction, the required driving force for moving the moving part relative to each other can be reduced, and the driving source for the moving part for moving the welding object relative to the vacuum chamber can be reduced in size. ⁇ Cost reduction can be achieved.
  • the sealing performance can be maintained for a long time, and it is possible to follow a weld bead having high temperature and waviness.
  • the welding head and the vacuum chamber are movable in a direction perpendicular to the surface of the welding target. It is preferable to be connected via a movable sealing portion that seals between the welding head and the vacuum chamber.
  • the welding accuracy can be maintained even when the seal portion is worn by adjusting the distance between the welding head and the object to be welded.
  • the movable sealing member is preferably a bellows formed of metal.
  • the welding head is supported by a guide unit that makes the distance between the welding head and the welding object constant with respect to the welding object. It is preferable that
  • the distance between the welding head and the object to be welded is kept constant, so that the welding accuracy can be maintained.
  • the second seal member when the weld bead passes through the second seal member, the second seal member follows the swell of the weld bead, thereby preventing leakage from the seal portion.
  • a vacuum in the vacuum chamber can be ensured.
  • FIG. 1 is a schematic configuration diagram of a local vacuum laser device according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is an AA arrow view of FIG. 2. It is a perspective view of the holder which concerns on 1st embodiment of this invention, and a 2nd seal member. It is a B arrow view of FIG. It is a perspective view of the holder which concerns on 2nd embodiment of this invention, and a 2nd seal member. It is a perspective view of a holder and a 2nd seal member concerning a third embodiment of the present invention. It is C arrow line view of FIG.
  • the movable vacuum welding apparatus 1 of the present embodiment includes a line conveyor 2 (moving unit) that moves a flat plate-shaped welding target T, and a local vacuum laser apparatus 3.
  • the welding target T is placed on a pallet 5 that moves on the line 4 of the line conveyor 2.
  • the welding object T is moved relative to the local vacuum laser device 3.
  • movement direction D the direction of relative movement is simply referred to as movement direction D.
  • the local vacuum laser device 3 has a rectangular parallelepiped shape in which a surface facing the surface of the welding target T is opened, and a vacuum chamber 7 in which a seal portion 8 is provided in the opening, and a vacuum chamber 7, a welding head 9 provided on the upper surface 7 a, which is a surface opposite to the opening portion 7, and an actuator 10 that applies a preload to the seal portion 8.
  • the vacuum chamber 7 is a container that defines a vacuum space with the surface of the welding target T, and has a rectangular parallelepiped shape in which a surface facing the welding target T is opened as described above.
  • a frame-shaped holder 12 (edge) is attached to the opening of the vacuum chamber 7 via a first sealing member 13 such as an O-ring.
  • the seal portion 8 is provided over the entire circumference on the four sides facing the welding target T of the holder 12.
  • the vacuum chamber 7 is arrange
  • the welding head 9 is a device that performs welding on the surface of the welding target T in a vacuum space, and includes a plate-shaped base portion 15, a nozzle portion 16 attached so as to penetrate the base portion 15, and the nozzle portion 16. And a laser head 17 attached to a base end portion (upper side in FIG. 2) opposite to the front end side.
  • the laser head 17 is a laser emission optical unit, and the nozzle unit 16 has a conical shape matching the orbit of the laser beam.
  • the base portion 15 is a member for fixing the nozzle portion 16 to the chamber body, and is attached to the upper surface 7 a of the vacuum chamber 7 via the second sealing member 25.
  • a lens 22 is attached to the proximal end side of the nozzle portion 16.
  • a lens shield gas G is introduced into the nozzle portion 16 via a gas introduction pipe 23 provided on the side portion of the nozzle portion 16.
  • the nozzle portion 16 is a nozzle for preventing metal vapor generated from the welded portion from adhering to the lens 22 and the like.
  • An exhaust hole 18 is provided on one side of the vacuum chamber 7, and a vacuum pump 20 (vacuum exhaust device) is connected to the exhaust hole 18 via an exhaust pipe 19.
  • a nozzle insertion hole 21 into which the nozzle portion 16 is inserted is formed in the upper surface 7a of the vacuum chamber 7.
  • the holder 12 has a rectangular frame shape, and a concave groove 26 into which the seal portion 8 is fitted is formed on the lower surface 12a facing the welding target T.
  • the actuator 10 is a hydraulic cylinder, and functions as a preload portion that applies a preload necessary for sealing to the seal portion 8 when the rod 11 presses the upper surface 7 a of the vacuum chamber 7. That is, a load is applied to the seal portion 8 in advance by the actuator 10.
  • the actuator 10 is not limited to a hydraulic cylinder, and a pneumatic cylinder, an electric cylinder, a rotating screw mechanism, or the like can be adopted as long as the required preload can be applied to the seal portion 8.
  • the seal portion 8 is a sealing material interposed between the holder 12 and the welding target T over the entire circumference of the holder 12, and is made of an elastic material and extends along the four sides of the holder 12. It has the 1st seal member 27 and the 2nd seal member 28 provided in two sides which pass a welding location among the four sides of the holder 12.
  • FIG. the first seal member 27 is provided on two sides along the moving direction D among the four sides facing the surface of the welding target T of the vacuum chamber 7, and the second seal member 28 is moved in the moving direction D. It is provided on two sides orthogonal to.
  • the second seal member 28 does not need to be provided on both sides orthogonal to the movement direction D, and may be provided at least on the rear side in the movement direction through which the weld bead W formed by welding passes.
  • the first seal member 27 is a non-metal type squeeze packing (rubber gasket). Specifically, the first seal member 27 of the present embodiment is an O-ring formed of silicon rubber. In addition, vacuum grease is applied to the first seal member 27 at the contact portion with the welding target T in order to reduce the frictional resistance with the welding target T.
  • the first seal member 27 is not limited to the O-ring, and a non-metal type squeeze packing such as an X ring, a D ring, or a T ring can be employed.
  • the second seal member 28 is a seal member having higher flexibility than the first seal member 27, and the second seal member 28 of the present embodiment is a gland packing having heat resistance.
  • the gland packing can employ, for example, a structure in which graphite fibers are braided (braided packing), or a structure in which graphite fibers are laminated or rolled (stacked packing).
  • the gland packing of the present embodiment is obtained by treating these packings with a special lubricant.
  • the gland packing has, for example, followability to the undulation of the weld bead W having a height of 3 mm, and the heat resistance temperature of the gland packing is 200 ° C. to 600 ° C.
  • the material which comprises a gland packing can also employ
  • the second seal member 28 has a quadrangular cross section, and the concave groove 26 has a shape corresponding to the second seal member 28.
  • the operation of the movable vacuum welding apparatus 1 of this embodiment will be described.
  • focusing is performed so that the focus of the laser beam coincides with the welding location of the welding target T in a state where the preload is applied to the seal portion 8 by the actuator 10.
  • a preload is applied so that the vacuum chamber 7 is brought into contact with the welding location of the welding target T at this welding position, and then the vacuum pump 20 is evacuated so that the welding position in the vacuum chamber 7 is reached.
  • the predetermined drive means of the line conveyor 2 is operated, and the welding object T is moved relative to the local vacuum laser device 3.
  • the second seal member 28 deforms following the swell (shape) of the weld bead W.
  • the second seal member 28 is deformed following the waviness of the weld bead W, thereby preventing leakage from the seal portion 8 and ensuring a vacuum in the vacuum chamber 7.
  • the gland packing has a very small friction coefficient, the required driving force of the line conveyor 2 can be lowered. That is, the drive source of the line conveyor 2 that moves the welding target T relative to the vacuum chamber 7 can be reduced in size and cost. In addition, the sealing performance can be maintained for a long time, and it is possible to follow the weld bead W having high temperature and undulation.
  • FIG. 6 is a perspective view showing the holder 12 and the second seal member 28 according to the second embodiment of the present invention.
  • differences from the above-described first embodiment will be mainly described, and description of similar parts will be omitted.
  • a feature of the holder 12 and the second seal member 28 according to this embodiment is that a leaf spring 29 that is an elastic member is interposed between the second seal member 28 and the holder 12.
  • a leaf spring 29 that is an elastic member is interposed between the second seal member 28 and the holder 12.
  • a plurality (three in this embodiment) of leaf springs 29 are installed at equal intervals along the longitudinal direction of the second seal member 28.
  • the leaf spring 29 is formed of a single rectangular metal plate and is installed so as to urge the second seal member 28 downward, that is, in a direction toward the welding target T. .
  • the elastic modulus of the plate spring 29 located directly above the weld bead W among the plurality of plate springs 29 is reduced. That is, the plate spring 29 facing the weld bead W portion may be configured to have a thin plate thickness.
  • the elastic member is not limited to the leaf spring 29, and a disc spring or a compression coil spring may be employed.
  • the contact surface pressure between the second seal member 28 and the welding target T can be reduced. It can be made equal along the extending direction. Thereby, the followability with respect to the waviness of the weld bead W of the second seal member 28 can be improved. Moreover, when it is set as the structure which makes small the elastic modulus of the leaf
  • a feature of the present embodiment is that a concave portion 30 is formed on a surface 26 a of the concave groove 26 of the holder 12 facing the second seal member 28. Specifically, as shown in FIG. 7, the recess 30 is formed immediately above the weld bead W. Recess 30 is formed to have a cross-sectional shape that conforms to the shape of weld bead W. For example, when the shape of the weld bead W is a smooth mountain shape convex upward, the concave portion 30 is smoothly recessed upward from the surface 26 a of the concave groove 26 facing the second seal member 28. It has a shape.
  • the raised part becomes the recess 30. Since it escapes so that it may enter, the surface pressure applied to the second seal member 28 immediately above the weld bead W can be reduced. Thereby, the wear of the second seal member 28 can be reduced.
  • FIG. 9 shows a holder 12B having a recess 30B corresponding to a larger weld bead W2 compared to FIG.
  • a movable vacuum welding apparatus 1D according to a fourth embodiment of the present invention will be described.
  • the vacuum chamber 7 and the welding head 9 of the local vacuum laser apparatus 3 of the present embodiment support the welding head 9 so as to be movable in a direction V perpendicular to the surface of the welding target T,
  • the welding head 9 and the vacuum chamber 7 are connected via a movable sealing portion 32 that seals between the welding head 9 and the vacuum chamber 7.
  • the movable sealing portion 32 includes a metal bellows 33 (boot), a bellows 33 and the base portion 15 of the welding head 9, and a third sealing member interposed between the bellows 33 and the upper surface 7 a of the vacuum chamber 7. 34.
  • the bellows 33 is a cylindrical member whose peripheral surface is formed of a bellows, and the distance between one end and the other end is variable.
  • One side of the bellows 33 is connected to the lower surface of the base portion 15 of the welding head 9 via a third sealing member 34, and the other side is connected to the upper surface 7 a of the vacuum chamber 7 via the third sealing member 34. Yes. That is, the bellows 33 are sealed so that the airtightness of the vacuum chamber 7 is not impaired.
  • the actuator 10 is arranged to press the extension 35 attached to the vacuum chamber 7. That is, only the vacuum chamber 7 is configured to be pressed against the surface of the welding target T.
  • the welding head 9 is supported by a guide portion 36 that makes the distance between the welding head 9 and the welding target T constant with respect to the welding target T.
  • the guide portion 36 includes an arm portion 37 and a rolling bearing 40 such as a roller follower attached to the lower end portion of the arm portion 37.
  • the arm portion 37 includes a parallel portion 38 that extends parallel to the surface of the welding target T and a vertical portion 39 that extends downward from the end of the parallel portion 38.
  • the rolling bearing 40 is attached to the lower end of the vertical portion 39.
  • the dimensions of the guide portion 36 are set so that the distance between the laser head 17 and the welding target T is optimal. That is, the distance between the laser head 17 and the welding target T is kept constant even when the vacuum chamber 7 approaches the welding target T due to wear of the seal portion 8.
  • the distance between the laser head 17 and the welding target T is kept constant even when the vacuum chamber 7 is close to the welding target T due to wear of the seal portion 8.
  • the finish can be improved.
  • the guide portion 36 is used to make the distance between the laser head 17 and the welding target T constant.
  • the laser head 17 and the welding target T are appropriately selected according to the wear of the seal portion 8. It is also possible to omit the guide unit 36 by changing the distance.
  • the movable sealing portion 32 can employ not only the bellows 33 but also a cylindrical case 41 as shown in FIG. 11, for example.
  • the cylindrical case 41 is made of, for example, metal, and its upper end is joined to the lower surface of the base portion 15 of the welding head 9 by welding or the like.
  • the outer peripheral surface of the cylindrical case 41 is slidable on the fourth sealing member 42 provided on the inner peripheral surface of the nozzle insertion hole 21, thereby maintaining the vacuum in the vacuum chamber 7.
  • the movable vacuum welding apparatus 1E of the present embodiment is configured such that the movable vacuum welding apparatus of the first to fourth embodiments welds a flat plate-shaped welding target T.
  • the second welding target T2 having a cylindrical shape is welded.
  • the second welding target T2 is supported by a predetermined support means so as to be rotatable around the axis. That is, the second welding target T2 is rotatable in the arrow direction (rotation direction R) in FIG.
  • the vacuum chamber 7 of the movable vacuum welding apparatus 1E of the present embodiment is supported via a linear guide 46 (linear motion guide) with respect to the base 45 serving as the foundation of the apparatus, and is attached to the second welding target T2.
  • the second welding object T2 can be moved toward and away from the normal line direction.
  • the actuator 10 is attached to the base portion 45 and is configured to preload the seal portion 8E.
  • the holder 12E and the seal portion 8E of the movable vacuum welding apparatus 1E of the present embodiment have a shape along the cylindrical surface of the second welding target T2.
  • two sides that pass through the welding location and extend in a direction orthogonal to the rotation direction R are linear, and the second seal member 28 is attached to the two sides. It has been.
  • two sides along the rotation direction R are formed along the arc shape of the outer peripheral surface of the second welding object T2, and the first seal member 27 is attached to these two sides. That is, the first seal member 27 extends along the rotation direction R, is curved in an arc shape along the outer peripheral surface of the second welding target T2, and is fixed to the holder 12E.
  • the second welding object T2 is rotated by a predetermined support means, and a preload is applied to the seal portion 8E by the actuator 10, and then vacuum suction is performed. Is done.
  • the gland packing is used as the second seal member 28.
  • the present invention is not limited to this, and a brush seal formed of metal such as SUS304 can also be used. It is also possible to employ a packing made of a sleeve made of a core material made of stainless steel with a mesh structure and a heat-resistant glass fiber, or a packing made of a stainless steel wire made of a mesh structure and a sleeve made of SUS or Inconel.
  • seal portion 8E of the fifth embodiment and the leaf spring 29 of the second embodiment may be provided side by side. Thereby, the surface pressure applied to the second seal member 28 can be lowered.
  • the above-described mobile vacuum welding apparatus prevents leakage from the seal portion because the second seal member follows the swell of the weld bead when the weld bead passes through the second seal member. Can be secured.

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Abstract

　溶接対象（Ｔ）の表面に対向する縁部（１２）を有し、溶接対象（Ｔ）の表面との間で真空空間を画成する真空チャンバ（７）と、縁部（１２）の全周にわたって縁部（１２）と溶接対象（Ｔ）との間に介在されるシール部（８）と、真空空間内で溶接対象（Ｔ）の表面に溶接を施す溶接ヘッド（９）と、シール部（８）に予め荷重を加える予圧部（１０）と、を備え、シール部（８）は、弾性材料からなり縁部（１２）に沿って延びる第一シール部材（２７）と、少なくとも溶接ビード（Ｗ）が通過する相対移動方向の後方側に配置され、第一シール部材（２７）よりも可撓性の高い第二シール部材（２８）と、を有する移動型真空溶接装置（１）を提供する。

Description

移動型真空溶接装置
　本発明は、溶接対象と溶接ヘッドとが相対的に移動しながら溶接を行う移動型真空溶接装置に関する。
　本願は、２０１２年９月１８日に日本に出願された特願２０１２－２０４６８９号について優先権を主張し、その内容をここに援用する。
　従来、例えば平板状の溶接対象を溶接する場合、溶接対象の全体を真空チャンバで覆い、真空引きすることで真空環境とする固定式の真空溶接装置が知られている。しかしながら、圧力容器など溶接対象が大型である場合、真空チャンバ及び真空ポンプが大きくなり、莫大な設備費と広い設置スペースが必要となる可能性がある。
　大型の溶接対象に対応する溶接装置として、真空チャンバを移動可能とした移動型真空溶接装置が知られている（例えば特許文献１参照）。この溶接装置は、溶接対象に対して相対移動可能とされた真空チャンバと、真空チャンバと溶接対象との間に介在されるシール部とを有しており、シール部が溶接対象に密着することによって、真空チャンバ内の真空を維持している。
日本国実公平７－１３９１２号公報
　しかしながら、溶接を実施することによって溶接対象に形成される溶接ビードのうねりが大きい場合、シール部からの漏れが発生して真空度を保つことができず、溶接に支障をきたす可能性がある。
　この発明は、真空チャンバと真空チャンバとの溶接対象との間に介在されるシール部とを有する移動型真空溶接装置において、シール部からの漏れを防止し、真空チャンバ内の真空を確保することができる移動型真空溶接装置を提供する。
　（１）本発明の第１の態様によれば、移動型真空溶接装置は、溶接対象の表面に対向する縁部を有し、前記溶接対象の表面との間で真空空間を画成する真空チャンバと、前記縁部の全周にわたって該縁部と前記溶接対象との間に介在されるシール部と、前記真空空間内で前記溶接対象の表面に溶接を施す溶接ヘッドと、前記前記溶接対象を前記真空チャンバに対して相対移動させる移動部と、前記シール部に予め荷重を加える予圧部と、を備え、前記シール部は、弾性材料からなり前記縁部に沿って延びる第一シール部材と、少なくとも溶接ビードが通過する前記相対移動方向の後方側に配置され、前記第一シール部材よりも可撓性の高い第二シール部材と、を有することを特徴とする。
　上記構成によれば、溶接ビードが第二シール部材を通過する際、第二シール部材が溶接ビードのうねりに追従するため、シール部からの漏れを防止し、真空チャンバ内の真空を確保することができる。
　（２）上記（１）に記載の移動型真空溶接装置において、上記前記縁部と前記第二シール部材との間には、前記第二シール部材を前記溶接対象に向けて付勢する弾性部材が前記第二シール部材の延在方向に沿って複数設けられていることが好ましい。
　上記構成によれば、複数の弾性部材を設けることによって、第二シール部材と溶接対象との接触面圧を第二シール部材の延在方向に沿って同等にすることができる。これにより、第二シール部材の溶接ビードのうねりに対する追従性を向上させることができる。
　（３）上記（２）に記載の移動型真空溶接装置において、前記縁部の前記第二シール部材に面する面上であって前記溶接ビードの直上部には、前記溶接ビードの形状に対応した凹部が形成されていることが好ましい。
　上記構成によれば、第二シール部材のうち溶接ビードと接する箇所において、第二シール部材の上方が盛り上がった場合においても、盛り上がった箇所が凹部に入り込むように逃げるため、溶接ビードの直上の第二シール部材にかかる面圧を下げることができる。これにより、第二シール部材の摩耗の低減を図ることができる。
　（４）上記（２）又は（３）に記載の移動型真空溶接装置において、前記溶接ビードの直上に配置された前記弾性部材の弾性率が小さくされていることが好ましい。
　上記構成によれば、溶接ビードの直上の第二シール部材にかかる面圧を下げることができる。これにより、第二シール部材の摩耗の低減を図ることができる。
　（５）上記（１）～（４）のいずれかに記載の移動型真空溶接装置において、前記第二シール部材は、耐熱性を有するグランドパッキンであることが好ましい。
　上記構成によれば、グランドパッキンは摩擦係数が極めて小さい為、移動部を相対移動させる要求駆動力を下げることができ、溶接対象を真空チャンバに対して相対移動させる移動部の駆動源の小型化・コストダウンを図ることができる。また、シール性能が長期間維持することができるとともに、高温でかつうねりを有する溶接ビードへの追従が可能となる。
　（６）上記（１）～（５）のいずれかに記載の移動型真空溶接装置において、前記溶接ヘッドと前記真空チャンバとは、前記溶接ヘッドを前記溶接対象の表面に直交する方向に移動自在に支持するとともに、前記溶接ヘッドと前記真空チャンバとの間を封止する可動封止部を介して接続されていることが好ましい。
　上記構成によれば、溶接ヘッドと溶接対象との距離を調節することによって、シール部が摩耗した場合においても、溶接精度を維持することができる。
　（７）上記（６）に記載の移動型真空溶接装置において、前記可動封止部材は、金属によって形成されたベローズであることが好ましい。
　（８）上記（６）又は（７）に記載の移動型真空溶接装置において、前記溶接ヘッドは、前記溶接対象に対して前記溶接ヘッドと前記溶接対象との距離を一定にする案内部によって支持されていることが好ましい。
　上記構成によれば、シール部の摩耗によって真空チャンバが溶接対象に近接した場合においても、溶接ヘッドと溶接対象との間の距離が一定に保たれるため、溶接精度を維持することができる。
　本発明の上記各態様に係る移動型真空溶接装置によれば、溶接ビードが第二シール部材を通過する際、第二シール部材が溶接ビードのうねりに追従するため、シール部からの漏れを防止し、真空チャンバ内の真空を確保することができる。
本発明の第一実施形態に係る移動型真空溶接装置の概略構成図である。 本発明の第一実施形態に係る局所真空式レーザ装置の概略構成図である。 図２のＡ－Ａ矢視図である。 本発明の第一実施形態に係るホルダーと第二シール部材の斜視図である。 図４のＢ矢視図である。 本発明の第二実施形態に係るホルダーと第二シール部材の斜視図である。 本発明の第三実施形態に係るホルダーと第二シール部材の斜視図である。 図７のＣ矢視図である。 図７のＣ矢視図であり、より大きな溶接ビードに対応した凹部を示す図である。 本発明の第四実施形態に係る局所真空式レーザ装置の概略構成図である。 本発明の第四実施形態の別形態に係る局所真空式レーザ装置の概略構成図である。 本発明の第五実施形態に係る移動型真空溶接装置の概略構成図である。
（第一実施形態）
　以下、本発明の実施形態について図面を参照して詳細に説明する。
　図１に示すように、本実施形態の移動型真空溶接装置１は、平板状の溶接対象Ｔを移動させるラインコンベア２（移動部）と、局所真空式レーザ装置３とを有している。溶接対象Ｔは、ラインコンベア２のライン４上を移動するパレット５上に載置される。これにより溶接対象Ｔは、局所真空式レーザ装置３に対して相対移動される。以下、相対移動の方向を単に移動方向Ｄと呼ぶ。
　図２に示すように、局所真空式レーザ装置３は、溶接対象Ｔの表面に対向する面が開口された直方体形状をなし、開口部にシール部８が設けられた真空チャンバ７と、真空チャンバ７の開口部とは反対側の面である上面７ａに設けられた溶接ヘッド９と、シール部８に予圧を与えるアクチュエータ１０と、を有している。
　真空チャンバ７は、溶接対象Ｔの表面との間で真空空間を画成する容器であり、上述したように、溶接対象Ｔに対向する面が開口された直方体形状とされている。真空チャンバ７の開口部には、Ｏリングなどの第一密封部材１３を介して枠形状のホルダー１２（縁部）が取り付けられている。シール部８は、ホルダー１２の溶接対象Ｔに対向する四辺に全周にわたって設けられている。
　また、真空チャンバ７は、ホルダー１２の対向する一方の二辺の長手方向が、移動方向に沿い、他方の二辺が溶接箇所を跨ぐように配置される。
　溶接ヘッド９は、真空空間内で溶接対象Ｔの表面に溶接を施す装置であり、板形状のベース部１５と、ベース部１５を貫通するように取り付けられたノズル部１６と、ノズル部１６の先端側とは反対側の基端部（図２の上方）に取り付けられたレーザヘッド１７と、を有している。
　レーザヘッド１７は、レーザの出射光学部であり、ノズル部１６は、レーザ光の軌道に合わせた円錐形状とされている。ベース部１５は、ノズル部１６をチャンバ本体に固定するための部材であり、第二密封部材２５を介して真空チャンバ７の上面７ａに取り付けられている。ノズル部１６の基端側にはレンズ２２が取り付けられている。
　また、ノズル部１６内には、ノズル部１６の側部に設けられたガス導入管２３を介してレンズシールドガスＧが導入されている。ノズル部１６は、溶接部分から発生する金属蒸気がレンズ２２などに付着するのを防止するためのノズルである。
　真空チャンバ７の一側部には、排気孔１８が設けられており、排気孔１８には排気管１９を介して真空ポンプ２０（真空排気装置）が接続されている。また、真空チャンバ７の上面７ａには、ノズル部１６が挿入されるノズル挿通孔２１が形成されている。
　ホルダー１２は、四角枠形状をなし、溶接対象Ｔに面する下面１２ａには、シール部８が嵌め込まれる凹条溝２６が形成されている。
　アクチュエータ１０は油圧シリンダーであり、ロッド１１が真空チャンバ７の上面７ａを押圧することによって、シール部８に対しシールに必要な予圧を与える予圧部として機能する。即ち、シール部８にはアクチュエータ１０によって予め荷重が加えられている。
　なお、アクチュエータ１０は、油圧シリンダーに限ることはなく、シール部８に必要な予圧を与えることができれば、空気圧シリンダーや電動シリンダー、回転ねじ機構等を採用することができる。
　図３に示すように、シール部８は、ホルダー１２の全周にわたってホルダー１２と溶接対象Ｔとの間に介在される封止材であって、弾性材料からなりホルダー１２の四辺に沿って延びる第一シール部材２７と、ホルダー１２の四辺のうち、溶接箇所を通過する二辺に設けられた第二シール部材２８とを有している。換言すれば、第一シール部材２７は、真空チャンバ７の溶接対象Ｔの表面と対向する四辺のうち、移動方向Ｄに沿う二辺に設けられており、第二シール部材２８は、移動方向Ｄに直交する二辺に設けられている。
　なお、第二シール部材２８は、移動方向Ｄに直交する二辺両方に設ける必要はなく、少なくとも溶接によって形成された溶接ビードＷが通過する移動方向の後方側のみに設ける構成としてもよい。
　第一シール部材２７は、非金属タイプスクィーズパッキン（ゴムガスケット）であり、具体的には本実施形態の第一シール部材２７は、シリコンゴムによって形成されたＯリングである。また、第一シール部材２７には、溶接対象Ｔとの摩擦抵抗を低減するために、溶接対象Ｔとの当接部に真空グリースが塗布されている。なお、第一シール部材２７としては、Ｏリングに限ることはなく、Ｘリング、Ｄリング、Ｔリングなどの非金属タイプスクィーズパッキンを採用することができる。
　第二シール部材２８は、第一シール部材２７よりも可撓性の高いシール部材とされており、本実施形態の第二シール部材２８は、耐熱性を有するグランドパッキンである。グランドパッキンは、例えばグラファイトファイバーを編組した構造（編組パッキン）や、グラファイトファイバーを積層させたり、ロール巻き形とした構造（重ね形パッキン）を採用することがでる。本実施形態のグランドパッキンは、これらのパッキンを特殊潤滑剤で処理したものである。
　グランドパッキンは、例えば、高さ３ｍｍの溶接ビードＷのうねりに対する追従性を有しており、グランドパッキンの耐熱温度は、２００℃～６００℃である。また、グランドパッキンを構成する材料は、グラファイトファイバーのみならず炭素繊維（カーボンファイバー）を採用することもできる。
　図４に示すように、第二シール部材２８は、断面四角形状をなしており、凹条溝２６は、第二シール部材２８に対応した形状とされている。
　次に、本実施形態の移動型真空溶接装置１の作用について説明する。
　まず、アクチュエータ１０によってシール部８に予圧が加えられている状態でレーザ光の焦点が溶接対象Ｔの溶接箇所に一致するように、焦点合わせを行う。次いで、この溶接位置での溶接対象Ｔの溶接箇所に対して、真空チャンバ７を当接させるように予圧が加えられた後、真空ポンプ２０により真空引きすることで、真空チャンバ７内の溶接位置の周囲を真空環境とする。
　次いで、レーザヘッド１７よりレーザ光を出射し、溶接対象Ｔの溶接を実施する。ここで、ラインコンベア２の所定の駆動手段を作動させ、溶接対象Ｔを局所真空式レーザ装置３に対して相対的に移動させる。この際、図５に示すように、第二シール部材２８は、溶接ビードＷのうねり（形状）に追従して変形する。
　上記実施形態によれば、第二シール部材２８が溶接ビードＷのうねりに追従して変形することによって、シール部８からの漏れを防止し、真空チャンバ７内の真空を確保することができる。
　また、グランドパッキンは摩擦係数が極めて小さい為、ラインコンベア２の要求駆動力を下げることができる。即ち、溶接対象Ｔを真空チャンバ７に対して相対移動させるラインコンベア２の駆動源の小型化・コストダウンを図ることができる。また、シール性能が長期間維持することができるとともに、高温でかつうねりを有する溶接ビードＷへの追従が可能となる。
　また、真空チャンバ７の溶接対象Ｔの表面と対向する四辺のうち、移動方向に沿う二辺においては、溶接ビードＷから離れており温度上昇も少なく、うねりも小さいため第二シール部材２８よりも可撓性の低い第一シール部材２７によってシールすることができる。
　また、第一シール部材２７として真空グリースを塗布したＯリングを採用したことによって、例えばガスケットと比較して摩擦係数が小さくなるため、溶接対象Ｔの相対移動に要するラインコンベア２の駆動力を低減することができる。
（第二実施形態）
　次に本発明の第二実施形態に係る移動型真空溶接装置について説明する。図６は、本発明の第二実施形態に係るホルダー１２と第二シール部材２８を示す斜視図である。なお、以下に示す各実施形態では、上述した第一実施形態との相違点を中心に述べ、同様の部分についてはその説明を省略する。
　本実施形態に係るホルダー１２と第二シール部材２８の特徴は、第二シール部材２８とホルダー１２との間に弾性部材である板バネ２９が介在していることである。
　具体的には、図６に示すように、板バネ２９は、第二シール部材２８の長手方向に沿って等間隔に複数（本実施形態では３つ）設置されている。板バネ２９は、単一の矩形形状の金属板によって形成されており、第二シール部材２８をホルダー１２に対して下方、即ち、溶接対象Ｔに向かう方向に付勢するように設置されている。
　また、好ましくは、複数の板バネ２９のうち、溶接ビードＷの直上に位置する板バネ２９の弾性率は小さくされている。即ち、溶接ビードＷ部分に相対する板バネ２９は、板厚が薄く形成されている構成とすることもできる。
　なお、弾性部材としては、板バネ２９に限ることはなく、皿バネや、圧縮コイルバネを採用することも可能である。
　上記実施形態によれば、ホルダー１２と第二シール部材２８との間に複数の板バネ２９を設けることによって、第二シール部材２８と溶接対象Ｔとの接触面圧を第二シール部材２８の延在方向に沿って同等にすることができる。これにより、第二シール部材２８の溶接ビードＷのうねりに対する追従性を向上させることができる。
　また、複数の板バネ２９のうち、溶接ビードＷの直上に位置する板バネ２９の弾性率を小さくする構成とした場合、溶接ビードＷの直上の第二シール部材２８にかかる面圧を下げることができる。これにより、第二シール部材２８の摩耗の低減を図ることができる。
（第三実施形態）
　次に本発明の第三実施形態に係る移動型真空溶接装置について説明する。本実施形態の特徴は、ホルダー１２の凹条溝２６の第二シール部材２８に対向する面２６ａに凹部３０が形成されていることである。
　具体的には、図７に示すように、凹部３０は溶接ビードＷの直上に形成されている。凹部３０は、溶接ビードＷの形状に則した断面形状を有するように形成されている。例えば、溶接ビードＷの形状が、上方に凸の滑らかな山型形状とされている場合、凹部３０は、凹条溝２６の第二シール部材２８に対向する面２６ａより、上方に滑らかに凹んだ形状となっている。
　上記実施形態によれば、図８に示すように、第二シール部材２８のうち溶接ビードＷと接する箇所において、第二シール部材２８の上方が盛り上がった場合においても、盛り上がった箇所が凹部３０に入り込むように逃げるため、溶接ビードＷの直上の第二シール部材２８にかかる面圧を下げることができる。これにより、第二シール部材２８の摩耗の低減を図ることができる。
　なお、本実施形態の凹部３０の形状は、形成される溶接ビードＷの大きさに応じた形状とされるが、凹部３０の形状の異なる複数のホルダー１２を用意し、溶接ビードＷの形状に合わせてホルダー１２を変更することも可能である。図９は、図８と比較してより大きな溶接ビードＷ２に対応する凹部３０Ｂを有するホルダー１２Ｂを示している。
（第四実施形態）
　次に本発明の第四実施形態に係る移動型真空溶接装置１Ｄについて説明する。
　図１０に示すように、本実施形態の局所真空式レーザ装置３の真空チャンバ７と溶接ヘッド９とは、溶接ヘッド９を溶接対象Ｔの表面に直交する方向Ｖに移動自在に支持するとともに、溶接ヘッド９と真空チャンバ７との間を封止する可動封止部３２を介して接続されている。可動封止部３２は、金属製のベローズ３３（ブーツ）と、ベローズ３３と溶接ヘッド９のベース部１５、及びベローズ３３と真空チャンバ７の上面７ａとの間に介在している第三密封部材３４とを有している。
　ベローズ３３は、周面が蛇腹によって形成されている円筒状の部材であり、一方側の端部と他方側の端部との距離が可変とされている。ベローズ３３の一方側は溶接ヘッド９のベース部１５の下面に第三密封部材３４を介して接続されており、他方側は真空チャンバ７の上面７ａに第三密封部材３４を介して接続されている。即ち、ベローズ３３によって真空チャンバ７の気密が損なわれないように密封されている。
　アクチュエータ１０は、真空チャンバ７に取り付けられた延長部３５を押圧するように配置されている。即ち、真空チャンバ７のみが溶接対象Ｔの表面に押し付けられるように構成されている。
　また、溶接ヘッド９は、溶接対象Ｔに対して溶接ヘッド９と溶接対象Ｔとの距離を一定にする案内部３６によって支持されている。案内部３６は、アーム部３７とアーム部３７の下方側の端部に取り付けられたローラフォロア等の転がり軸受４０から構成されている。
　アーム部３７は、溶接対象Ｔの表面に平行に延在する平行部３８と、平行部３８の端部より下方に延在する垂直部３９とからなる。転がり軸受４０は垂直部３９の下端に取り付けられている。そして、案内部３６は、レーザヘッド１７と溶接対象Ｔとの距離が最適となるように寸法が設定されている。即ち、シール部８の摩耗によって真空チャンバ７が溶接対象Ｔに近接しても、レーザヘッド１７と溶接対象Ｔとの距離が一定に保たれるように形成されている。
　上記実施形態によれば、シール部８の摩耗によって真空チャンバ７が溶接対象Ｔに近接した場合においても、レーザヘッド１７と溶接対象Ｔとの間の距離が一定に保たれるため、溶接ビードＷの仕上がりを向上させることができる。
　なお、上記実施形態においては、案内部３６を用いてレーザヘッド１７と溶接対象Ｔとの距離を一定にする構成としたが、シール部８の摩耗に応じて適宜レーザヘッド１７と溶接対象Ｔとの距離を変更するなどして案内部３６を省略することもできる。
　また、可動封止部３２は、ベローズ３３のみならず、例えば図１１に示すような、円筒ケース４１を採用することもできる。円筒ケース４１は、例えば金属によって形成されており、その上端が溶接ヘッド９のベース部１５の下面に、溶接等によって接合されている。円筒ケース４１の外周面は、ノズル挿通孔２１の内周面に設けられた第四密封部材４２上を摺動可能とされており、これにより、真空チャンバ７内の真空を維持している。
（第五実施形態）
　次に本発明の第五実施形態に係る移動型真空溶接装置１Ｅについて説明する。
　図１２に示すように、本実施形態の移動型真空溶接装置１Ｅは、第一実施形態～第四実施形態の移動型真空溶接装置が平板状の溶接対象Ｔを溶接する構成であることに対して、円筒形状の第二溶接対象Ｔ２を溶接することを特徴としている。
　第二溶接対象Ｔ２は、所定の支持手段により、軸回りに回転自在に支持されている。即ち、第二溶接対象Ｔ２は、図１２の矢印方向（回転方向Ｒ）に回転自在とされている。
　本実施形態の移動型真空溶接装置１Ｅの真空チャンバ７は、装置の基礎となる基礎部４５に対して、リニアガイド４６（直動ガイド）を介して支持されており、第二溶接対象Ｔ２にこの第二溶接対象Ｔ２の法線方向に接近・離間自在とされている。
　また、アクチュエータ１０は、基礎部４５に取り付けられており、シール部８Ｅを予圧するように構成されている。
　本実施形態の移動型真空溶接装置１Ｅのホルダー１２Ｅ及びシール部８Ｅは、第二溶接対象Ｔ２の円筒面に沿う形状とされている。具体的には、ホルダー１２Ｅの四辺のうち、溶接箇所を通過し、回転方向Ｒと直交する方向に延在する二辺が直線形状とされており、この二辺に第二シール部材２８が取り付けられている。また、回転方向Ｒに沿う二辺が第二溶接対象Ｔ２の外周面の円弧形状に沿う形状とされており、この二辺に第一シール部材２７が取り付けられている。即ち、第一シール部材２７は、回転方向Ｒに沿って延在しており、第二溶接対象Ｔ２の外周面に沿うように円弧形状に湾曲してホルダー１２Ｅに固定されている。
　本実施形態の移動型真空溶接装置１Ｅを用いた溶接の際は、所定の支持手段により第二溶接対象Ｔ２が回転されるとともに、アクチュエータ１０によってシール部８Ｅに予圧が加えられた後、真空引きが行われる。
　上記実施形態によれば、ホルダー１２が円筒形状の第二溶接対象Ｔ２の外周面に沿う形状とされていることによって、平板状のみならず、円筒形状の溶接対象に対しても溶接が可能となる。
　なお、本発明の技術範囲は上記の実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において、種々の変更を加えることが可能である。また、上述した複数の実施形態は、その内容が相反しない範囲で組み合わせることができる。
　例えば、上記各実施形態においては、第二シール部材２８としてグランドパッキンを採用したが、これに限ることはなく、例えばＳＵＳ３０４などの金属によって形成されたブラシシールを採用することもできる。また、メッシュ構造のステンレスワイヤによる芯材と耐熱ガラス繊維によって形成されたスリーブからなるパッキンや、メッシュ構造のステンレスワイヤによる芯材とＳＵＳやインコネルによって形成されたスリーブからなるパッキンも採用可能である。
　また、上記各実施形態においては、シール部８をレーザー溶接装置の真空チャンバ７に適用する例を示したが、これに限ることはなく、電子ビーム溶接装置にも問題なく適用することが可能である。
　また、上述の実施形態は適宜組み合わせてよい。例えば第五実施形態のシール部８Ｅと、第二実施形態の板バネ２９とを併設してもよい。これによって、第二シール部材２８にかかる面圧を下げることができる。
　上記した移動型真空溶接装置は、溶接ビードが第二シール部材を通過する際、第二シール部材が溶接ビードのうねりに追従するため、シール部からの漏れを防止し、真空チャンバ内の真空を確保することができる。
　１　移動型真空溶接装置
　２　ラインコンベア（移動部）
　３　局所真空式レーザ装置
　７　真空チャンバ
　８　シール部
　９　溶接ヘッド
　１０　アクチュエータ（予圧部）
　１１　ロッド
　１２　ホルダー（縁部）
　１３　第一密封部材
　１５　ベース部
　１６　ノズル部
　１７　レーザヘッド
　２５　第二密封部材
　２６　凹条溝
　２７　第一シール部材
　２８　第二シール部材
　２９　板バネ
　３０　凹部
　３２　可動封止部
　３３　ベローズ
　３４　第三密封部材
　３５　延長部
　３６　案内部
　３７　アーム部
　３８　平行部
　３９　垂直部
　４０　転がり軸受
　４１　円筒ケース
　４２　第四密封部材
　Ｔ，Ｔ２　溶接対象
　Ｗ　溶接ビード

Claims (8)

  1. 　溶接対象の表面に対向する縁部を有し、前記溶接対象の表面との間で真空空間を画成する真空チャンバと、
    　前記縁部の全周にわたって該縁部と前記溶接対象との間に介在されるシール部と、
    　前記真空空間内で前記溶接対象の表面に溶接を施す溶接ヘッドと、
    　前記前記溶接対象を前記真空チャンバに対して相対移動させる移動部と、
    　前記シール部に予め荷重を加える予圧部と、を備え、
    　前記シール部は、
    　弾性材料からなり前記縁部に沿って延びる第一シール部材と、
    　少なくとも溶接ビードが通過する前記相対移動方向の後方側に配置され、前記第一シール部材よりも可撓性の高い第二シール部材と、を有することを特徴とする移動型真空溶接装置。
  2. 　前記縁部と前記第二シール部材との間には、前記第二シール部材を前記溶接対象に向けて付勢する弾性部材が前記第二シール部材の延在方向に沿って複数設けられていることを特徴とする請求項１に記載の移動型真空溶接装置。
  3. 　前記縁部の前記第二シール部材に面する面上であって前記溶接ビードの直上部には、前記溶接ビードの形状に対応した凹部が形成されていることを特徴とする請求項２に記載の移動型真空溶接装置。
  4. 　前記溶接ビードの直上に配置された前記弾性部材の弾性率が小さくされていることを特徴とする請求項２又は請求項３に記載の移動型真空溶接装置。
  5. 　前記第二シール部材は、耐熱性を有するグランドパッキンであることを特徴とする請求項１から請求項４のいずれか一項に記載の移動型真空溶接装置。
  6. 　前記溶接ヘッドと前記真空チャンバとは、前記溶接ヘッドを前記溶接対象の表面に直交する方向に移動自在に支持するとともに、前記溶接ヘッドと前記真空チャンバとの間を封止する可動封止部を介して接続されていることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれか一項に記載の移動型真空溶接装置。
  7. 　前記可動封止部は、金属によって形成されたベローズであることを特徴とする請求項６に記載の移動型真空溶接装置。
  8. 　前記溶接ヘッドは、前記溶接対象に対して前記溶接ヘッドと前記溶接対象との距離を一定にする案内部によって支持されていることを特徴とする請求項６又は請求項７に記載の移動型真空溶接装置。
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