JP4158397B2 - 溶接装置 - Google Patents

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、フィラワイヤを必要とし、かつ、溶接線が円形である被溶接部を溶接する溶接装置に係わり、特に、２つの壁面間に形成されるような狭隘部でも好適な溶接が行える溶接装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
水平や垂直方向に配設された管同士の接合や、管とフランジとの接合、もしくは、構造物壁面への管の接合等では、被溶接部の溶接線が円形となるため、円形の軌道を描く溶接が必要となるが、人手による溶接作業は、作業者の負担が大きい。特に、狭隘な場所における溶接作業は、人手によるのは困難な場合が多く、自動化するのが望ましいため、溶接の自動化を行うための各種溶接装置が提案されている。
【０００３】
ところが、溶接ヘッドを円形の軌道に沿って移動させることに起因して、溶接ヘッドに設けられた溶接トーチに溶接電流を供給する溶接ケーブルや、シールドガスを供給するガスホース、冷却水を循環させる水ホース、フィラワイヤを送給するワイヤケーブル及びワイヤガイド、もしくは、溶接ヘッドの駆動機器を動作させる電源用や制御用の電源ケーブル等に、巻き付きが生じてしまうという問題がある。
【０００４】
上記の問題に対処するため、例えば、特開平８−２５０３７号公報には、円周溶接装置が開示されており、溶接ヘッドには、溶接トーチと同心のワイヤケーブルと、ワイヤ送給歯車と、ワイヤガイドとを回転可能に設けられ、さらに、ワイヤガイドには、スパイラル状のガイド管が設けられている。
【０００５】
上記の構成によれば、溶接ワイヤは、ワイヤガイドのガイド管を通って、溶接電極先端に供給される。そして、溶接ヘッドが円形軌道上を移動する際には、ワイヤガイドを回転させる回転機構によって速度と角度が制御されるので、ワイヤガイドが溶接ヘッドの移動と同期して回転する。
【０００６】
さらに、特開平９−１０８８６９号公報には、ＹＡＧレーザ加工装置が開示されている。該ＹＡＧレーザ加工装置は、フィラワイヤ送給ノズルをＹＡＧレーザ加工ヘッドに対して回転自在に、また、ＹＡＧレーザ加工ヘッドを回転自在に設けられているので、ワークどおしの予め設定された溶接線に沿ってＹＡＧレーザ加工ヘッドを移動させると共に、レーザ加工ヘッドの進行方向の前方にフィラワイヤ送給ノズルを常に位置するように制御してレーザ溶接が行われる。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記のような溶接装置の従来技術においては、溶接ヘッド部は小型化されているものの、駆動部を含む装置全体が大型化、かつ、複雑化し、例えば、２つの壁面間に形成されるような狭隘部における溶接には適用できないという問題があった。
【０００８】
本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、溶接線が円形である被溶接部を溶接する溶接装置であって、フィラワイヤや、ケーブル等の巻き付きを生じさせることなく、さらに、２つの壁面間に形成されるような狭隘部でも好適な溶接を行う溶接装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するために、第１の発明は、被溶接部を有する第１の壁面と、該第１の壁面に相対する位置に設けられた第２の壁面とで形成される狭隘部に導入可能な溶接装置本体を有し、該溶接装置本体には、溶接トーチを有する溶接ヘッドと、該溶接ヘッドを前記被溶接部の溶接線に沿って三次元方向に移動自在とする駆動機構とを備えることを特徴とする。
この溶接装置によれば、溶接ヘッドは、駆動機構により、被溶接部の溶接線に沿って三次元方向に移動される。
【００１０】
第２の発明は、前記駆動機構は、３軸構成であって、駆動源であるモータと、該モータの駆動力を伝達するギヤボックスと、該ギヤボックスから伝達される回転力を直動力に変換する直動機構とを各軸に備えてなり、各軸の前記モータは、該モータ本体の長手方向が前記各壁面に対して略水平となるように、前記溶接装置本体に固定されることを特徴とする。
この溶接装置によれば、モータは、該モータ本体の長手方向が前記各壁面に対して略水平となるように、溶接装置本体に固定される。
【００１１】
第３の発明は、前記溶接装置本体は、前記被溶接部に向けてフィラワイヤを送給するワイヤ送給機構を備えることを特徴とする。
この溶接装置によれば、ワイヤ送給機構より、被溶接部に向けてフィラワイヤが送給される。
【００１２】
第４の発明は、前記溶接ヘッドは、前記溶接トーチの外周に対して回転自在に設けられ、外周に第１のギヤ溝が刻設された第１の回転部材と、該第１の回転部材の外周に対して回転自在に設けられ、外周に第２のギヤ溝が刻設された第２の回転部材とを備えてなり、前記ワイヤ送給機構は、前記第１の回転部材を回転駆動させる第１の回転機構と、前記第２の回転部材を回転駆動させる第２の回転機構とを備えることを特徴とする。
この溶接装置によれば、第１の回転部材は、第１の回転機構によって駆動され、第２の回転部材は、第２の回転機構によって駆動される。
【００１３】
第５の発明は、前記第１の回転機構は、駆動源である供給方向制御モータと、該供給方向制御モータの駆動力を伝達する第１駆動ギヤボックスと、該第１駆動ギヤボックスの回転出力を伝達する第１駆動シャフトと、該第１駆動シャフトの回転を前記第１の回転部材に伝達する第１従動ギヤボックスとを備えてなり、前記第１の駆動シャフトには、前記第１駆動ギヤボックス及び前記第１従動ギヤボックスとの各結合部に自在継手が接続されることを特徴とする。
この溶接装置によれば、第１の駆動シャフトには、第１駆動ギヤボックス及び第１従動ギヤボックスとの各結合部に自在継手が接続される。
【００１４】
第６の発明は、前記第２の回転機構は、駆動源である供給量制御モータと、該供給量制御モータの駆動力を伝達する第２駆動ギヤボックスと、該第２駆動ギヤボックスの回転出力を伝達する第２駆動シャフトと、該第２駆動シャフトの回転を前記第２の回転部材に伝達する第２従動ギヤボックスとを備えてなり、前記第２の駆動シャフトには、前記第２駆動ギヤボックス及び前記第２従動ギヤボックスとの各結合部に自在継手が接続されることを特徴とする。
この溶接装置によれば、第２の駆動シャフトには、第２駆動ギヤボックス及び第２従動ギヤボックスとの各結合部に自在継手が接続される。
【００１５】
第７の発明は、前記第１駆動シャフト及び前記第２駆動シャフトは、軸方向に伸張自在とする伸縮機構を有することを特徴とする。
この溶接装置によれば、第１駆動シャフト及び第２駆動シャフトは、伸縮機構によって、軸方向に伸張自在とされる。
【００１６】
第８の発明は、前記第１の回転部材の内部には、前記フィラワイヤを収納するワイヤリールが着脱自在に備えられていることを特徴とする。
この溶接装置によれば、第１の回転部材の内部には、ワイヤリールが着脱自在に備えられる。
【００１７】
第９の発明は、前記第１の回転部材には、前記フィラワイヤを前記溶接トーチの先端部に導くワイヤノズルと、前記ワイヤリールから前記ワイヤノズルへ前記フィラワイヤを適宜供給するための供給手段とを備えることを特徴とする。
この溶接装置によれば、第１の回転部材には、ワイヤノズルが備えられ、供給手段によって、前記ワイヤノズルへフィラワイヤが供給される。
【００１８】
第１０の発明は、前記第１の回転部材には、前記第２の回転部材に刻設された第３のギヤ溝と嵌合し、前記フィラワイヤを供給させるための第１のワイヤ接触面を有するワイヤ供給ギヤと、該ワイヤ供給ギヤと嵌合し、前記第１のワイヤ接触面に対して前記フィラワイヤを押圧させる第２のワイヤ接触面を有するガイドギヤを備えたワイヤガイド機構とからなり、前記供給手段は、前記第１のワイヤ接触面と前記第２のワイヤ接触面との間に前記フィラワイヤを挟み込み、前記第２の回転部材の回転力によって前記ワイヤ供給ギヤを回転させて、前記フィラワイヤを供給させることを特徴とする。
この溶接装置によれば、第１のワイヤ接触面と第２のワイヤ接触面との間にフィラワイヤを挟み込み、第２の回転部材の回転力によってワイヤ供給ギヤを回転させて、フィラワイヤを供給させる。
【００１９】
第１１の発明は、前記第１の壁面と前記第２の壁面との間に前記溶接装置本体を固定させる固定機構を備えることを特徴とする。
この溶接装置によれば、固定機構によって、第１の壁面と第２の壁面との間に溶接装置本体を固定させる。
【００２０】
第１２の発明は、前記固定機構は、前記第１の壁面に接触する第１の支持部材と、前記第２の壁面に接触する第２の支持部材とを有し、前記第１の支持部材もしくは前記第２の支持部材のどちらか一方を、接触する壁面に対して垂直方向に押圧させる加圧手段を備えることを特徴とする。
この溶接装置によれば、加圧手段によって、第１の支持部材もしくは前記第２の支持部材のどちらか一方を、接触する壁面に対して垂直方向に押圧させる。
【００２１】
第１３の発明は、前記加圧手段は、エアーシリンダーで押圧させることを特徴とする。
この溶接装置によれば、第１の支持部材もしくは前記第２の支持部材のどちらか一方は、接触する壁面に対してエアーシリンダーで垂直方向に押圧される。
【００２２】
第１４の発明は、前記溶接装置本体には、前記第１の支持部材もしくは前記第２の支持部材のどちらか一方を前記溶接装置本体の内側へ収納する収納機構を備えることを特徴とする。
この溶接装置によれば、第１の支持部材もしくは第２の支持部材のどちらか一方は、収納手段によって、溶接装置本体の内側へ収納される。
【００２３】
第１９の発明は、前記収納機構は、前記第１の支持部材もしくは前記第２の支持部材のどちらか一方を、前記溶接装置本体の固定時には壁面に向かって直立させ、前記溶接装置本体の移動時には壁面に対して略水平状態に傾倒させる揺動手段を有することを特徴とする。
この溶接装置によれば、揺動手段によって、第１の支持部材もしくは第２の支持部材のどちらか一方を、溶接装置本体の固定時には壁面に向かって直立させ、溶接装置本体の移動時には壁面に対して略水平状態に傾倒させる。
【００２４】
第１６の発明は、前記収納機構は、揺動の支点となる端部に第４のギヤ溝が刻設された揺動可能である前記第１もしくは第２のどちらか一方の支持部材と、第４のギヤ溝と嵌合するラック溝が刻設されたスライドプレートと、該スライドプレートを設置面に対して摺動させる直動手段とを備えてなり、前記揺動手段は、前記直動手段によって、前記スライドプレートを摺動させ、前記ラック溝から前記第３のギヤ溝に伝達された回転力で前記支持部材を揺動させることを特徴とする。
この溶接装置によれば、直動手段によってスライドプレートを摺動させ、ラック溝から第３のギヤ溝に伝達された回転力で支持部材を揺動させる。
【００２５】
第１７の発明は、前記直動手段は、エアーシリンダーで直動させることを特徴とする。
この溶接装置によれば、スライドプレートは、エアーシリンダーによって摺動される。
【００２６】
第１８の発明は、前記被溶接部は、前記第１の壁面と、該第１の壁面から前記狭隘部に対して反対方向に連設された円管の外周部との連設部であって、前記溶接装置本体には、前記溶接トーチの位置を前記連設部に合わせて前記溶接装置本体を固定させる位置合わせ機構を有することを特徴とする。
この溶接装置によれば、溶接装置本体は、位置合わせ機構によって、溶接トーチの位置を連設部に合わせて固定される。
【００２７】
第１９の発明は、前記位置合わせ機構は、前記円管の内周部と係合するパッドと、該パッドを内周部に対して垂直方向に直動駆動させて着脱自在とするエアーシリンダーと、該エアーシリンダーを先端部に固定し、保持部を支点として溶接装置本体に揺動自在に支持されるアームと、該アームを揺動駆動させるロータリーアクチュエーターとを備えることを特徴とする。
この溶接装置によれば、アームは、ロータリーアクチュエーターによって、パッドが円管に対して垂直位置に位置するように揺動され、エアーシリンダーによって、パッドは円管の内周部に係合される。
【００２８】
第２０の発明は、前記溶接トーチは、レーザ溶接トーチであることを特徴とする。
この溶接装置によれば、溶接トーチの形式として、レーザ溶接トーチが採用される。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態について図示例に基づいて説明する。
図１に示すように、溶接装置は、第１の壁面２５０と該第１の壁面２５０に相対する位置に設けられた第２の壁面２５１とで形成される狭隘部に導入され、第１の壁面２５０と円管２１０の外周端部との連設部に形成される溶接線Ｓが円形となる被溶接部２００を溶接する溶接装置本体１と、該溶接装置本体１を遠隔部から制御する不図示の制御機器と、溶接装置本体１を前記狭隘部において上下方向に移送する、吊下チェーン８を備えた不図示の吊下機構とからなる。前記狭隘部の間隔Ｌは、約３００ｍｍである。
【００３０】
溶接装置本体１は、図１及び図２に示すように、ワイヤ送給機構２を構成してなる溶接ヘッド３と、該溶接ヘッド３を溶接線Ｓに沿って三次元方向に移動自在とする駆動機構４と、第１の壁面２５０と第２の壁面２５１との間に溶接装置本体１を固定させる固定機構５と、該固定機構５を構成する揺動自在のアームを溶接装置本体１の内側へ収納する収納機構６と、溶接装置本体１の固定の際に、溶接を行う適切な位置に溶接装置本体１を合わせる位置合わせ機構７とを備えている。
【００３１】
図３に示すように、溶接ヘッド３は、レーザ溶接を行う溶接トーチ１０と、該溶接トーチ１０の外周に固定される固定部材１１と、該固定部材１１の外周にベアリング１２を介して回転自在に設置される第１の回転部材１３と、該第１回転部材１３の外周にベアリング１４を介して回転自在に設置される第２の回転部材１５とを備えている。
【００３２】
溶接トーチ１０は、図５に示すように、レーザ照射方向に対する後部位置に、内部に不図示の集光レンズ等の光学部品を収納した集光ユニット２０と、該集光ユニット２０と溶接装置本体１の外部に設けられている不図示のレーザ発振器等の機器とを接続する溶接ケーブル２１とからなり、該溶接ケーブル２１は、レーザの照射方向に対して垂直方向となる図中上方に向けて延設される。また、固定部材１１は、集光ユニット２０の側面に、着脱自在に設置される。
【００３３】
第１の回転部材１３は、図３及び図４に示すように、固定部材１１の外周に設置されるリング状の部材であり、外周部には、ベアリング１４の保持部２２の他に、第１のギヤ溝２３が刻設されている。また、第１の回転部材１３の内部には、フィラワイヤＷを巻き付けて収納するワイヤリール２４を着脱自在に嵌装するリール嵌装部２５が設けられている。さらに、第１の回転部材１３のレーザ照射側側面２６には、ワイヤリール２４からフィラワイヤＷを挿通させるワイヤ挿通孔２７が穿設され、該ワイヤ挿通孔２７から排出されたフィラワイヤＷを供給させる第１のワイヤ接触面３０を有するワイヤ供給ギヤ３１と、第１のワイヤ接触面３０にフィラワイヤＷを導くガイドブロック３２と、該ガイドブロック３２にフィラワイヤＷを導くために、レーザ照射側側面２６に刻設されたガイド溝３３と、ワイヤ供給ギヤ３１と嵌合し、第１のワイヤ接触面３０に対してフィラワイヤＷを押圧させる第２のワイヤ接触面３２を有するガイドギヤ３４を回転自在に備えたワイヤガイド機構３５と、取付金具３６を介して固定される、フィラワイヤＷを溶接トーチ１０の先端部へ導くワイヤノズル３７とを備えている。
【００３４】
ワイヤ供給ギヤ３１は、レーザ照射側側面２６上に突設された支持軸３８にベアリング３９を介して回転自在に支持されている。また、ワイヤガイド機構３５には、第１のワイヤ接触面３０に対する押圧力と、押圧位置とを調整する不図示の調整機構を備えている。
【００３５】
第２の回転部材１５は、第１の回転部材１３の外周に設置されるリング状の部材であり、外周部には、第２のギヤ溝４０が刻設されている。また、第２の回転部材１５の内周部には、ベアリング１４の保持部４１の他に、第１の回転部材１３に設けられているワイヤ供給ギヤ３１と嵌合する第３のギヤ溝４２が刻設されている。
【００３６】
ワイヤ送給機構２は、溶接ヘッド３を構成する第１の回転部材１３と、第２の回転部材１５とをそれぞれ独立して回転させる第１の回転機構４５と、第２の回転機構４６とを備えている。第１回転機構４５は、図２及び図４に示すように、駆動源である供給方向制御モータ５０と、該供給方向制御モータ５０の不図示の駆動軸に接続される第１駆動ギヤボックス５１と、第１該駆動ギヤボックス５１から２つの自在継手５２、５３とを介して連結され、軸方向に伸縮自在とする伸縮機構５８を有する第１駆動シャフト５４と、該第１駆動シャフト５４の回転力を伝達し、第１の回転部材１３に刻設された第１のギヤ溝２３と係合する第１駆動ギヤ５５を有する第１従動ギヤボックス５６とを備えている。供給方向制御モータ５０には、モータケーブル５７が接続されており、図中上方に向けて延設されている。
【００３７】
第２回転機構４６は、駆動源である供給量制御モータ６０と、該供給量制御モータ６０の不図示の駆動軸に接続される第２駆動ギヤボックス６１と、該第２駆動ギヤボックス６１から２つの自在継手６２、６３とを介して連結され、軸方向に伸縮自在とする伸縮機構６８を有する第２駆動シャフト６４と、該第２駆動シャフト６４の回転力を伝達し、第２の回転部材１５に刻設された第２のギヤ溝４０と係合する第２駆動ギヤ６５を有する第２従動ギヤボックス６６とを備えている。供給量制御モータ６０には、モータケーブル６７が接続されており、図中上方に向けて延設されている。
【００３８】
駆動機構４は、図５に示すように、溶接ヘッド３を第１の壁面２５０と第２の壁面２５１との幅方向に移動自在とするＺ軸機構７０と、溶接ヘッド３を図中上下方向に移動自在とするＹ軸機構７１と、該Ｙ軸機構７１に対して垂直に、かつ、各壁面２５０、２５１に対して平行に移動自在とするＸ軸機構７２との３軸構成を有する。また、駆動機構４は、供給方向制御モータ５０と供給量制御モータ６０とを設置する補強板７９を垂直方向に備え、Ｚ軸機構７０とＹ軸機構とを設置する保持板８０と、溶接装置本体１を構成してなり、Ｘ軸機構７２を設置する第１ベースプレート８１とを備えている。
【００３９】
Ｚ軸機構７０は、駆動源である第１モータ７５と、該第１モータ７５の回転力をボールネジ７６に伝達する第１ギヤボックス７７と、ボールネジ７６の回転によって、溶接ヘッド３が連設された集光ユニット２０を直動させるリニアガイド機構７８とからなる。第１モータ７５は、該モータ本体の長手方向が各壁面２５０、２５１に対して水平となるように設けられ、第１モータ７５の側面部８５と、保持板８０の溶接ヘッド設置側側面部８６とが連結される。さらに、第１モータ７５には、モータケーブル８７が接続されており、図５中の上方に向けて延設されている。
【００４０】
Ｙ軸機構７１は、駆動源である第２モータ９０と、該第２モータ９０の回転力をボールネジ９１に伝達する第２ギヤボックス９２と、ボールネジ９１の回転によって、溶接ヘッド３を含むＺ軸機構７０が設置された保持板８０を直動させるリニアガイド機構９３とからなる。第２モータ９０は、該モータ本体の長手方向が各壁面２５０、２５１に対して水平となるように設けられ、駆動軸方向へ第２ギヤボックス９２を介して保持板８０及び補強板７９に連結される。さらに、第２モータ９０には、モータケーブル９４が接続されており、図５中の上方に向けて延設されている。
【００４１】
Ｘ軸機構７２は、駆動源である第３モータ９５と、該第３モータ９５の回転力をボールネジ９６に伝達する第３ギヤボックス９７と、ボールネジ９６の回転によって、溶接ヘッド３を含むＺ軸機構７０及びＹ軸機構７１とが設置された保持板８０を直動させるリニアガイド機構９８とからなる。該リニアガイド機構９８の可動部と、Ｙ軸機構７１のリニアガイド機構９３の可動部とは、取付部材９９を介して連結される。第３モータ９５は、該モータ本体の長手方向が各壁面２５０、２５１に対して水平となるように設けられ、第３ギヤボックス９７を介してベースプレート８１に連結される。さらに、第３モータ９５には、モータケーブル１００が接続されており、図５中の上方に向けて延設されている。
【００４２】
固定機構５は、第１の壁面２５０に接触させる固定アーム１０５と、第２の壁面２５１に接触させる可動アーム１０６とからなる。固定アーム１０５は、エアーシリンダーで形成されており、該エアーシリンダーの本体であって、溶接装置本体１を構成している第１固定板１１０及び第２固定板１１１にそれぞれ２カ所ずつ固定されている固定アーム本体１１２と、該固定アーム本体１１２の先端部に取り付けられ、第１の壁面２５０と直接接触する保護部材１１３と、前記エアーシリンダーの可動部であって、各固定板１１０、１１１に穿設された挿通孔１１４内を直動自在に設けられた可動シャフト１１５とからなる。
【００４３】
第１固定板１１０及び第２固定板１１１は、溶接装置本体１に対する各固定板１１０、１１１の内側端部から立設させた側面板１１５を介して、それぞれ第１ベースプレート８１及び第２ベースプレート１１６に連設されている。また、各固定板１１０、１１１から第２の壁面２５１側へ向けて突出している可動シャフト１１５の先端部には、各固定板１１０、１１１の垂直方向に直動自在に設けられたリニアガイド１１７を介して、可動板１１８が、各固定板１１０、１１１に対して１カ所ずつ設置されている。
【００４４】
可動アーム１０６は、固定アーム１０５と同軸線上に設けられており、棒材である可動アーム本体１２０と、該可動アーム本体１２０の先端部に取り付けられ、第２の壁面２５１と直接接触する保護部材１２１とからなり、可動板１１８にそれぞれ２カ所ずつ接続されている。また、可動アーム１０６は、可動アーム本体１２０の支持部１２２を支点に揺動自在であり、可動アーム本体１２０の端部には、第４のギヤ溝１２３が刻設されている。
【００４５】
収納機構６は、可動板１１８の第２の壁面２５１側に配設されてなり、第４のギヤ溝１２３と嵌合するラック溝１２４が刻設されたスライドプレート１２５と、該スライドプレート１２５を設置面１２６に対して摺動させるエアーシリンダー１２７とを備えている。スライドプレート１２５は、１カ所の可動板１１８に対して２カ所に配置されており、エアーシリンダー１２７の両端部は、前記２カ所のスライドプレート１２５にそれぞれ連結されている。
【００４６】
位置合わせ機構７は、円管２１０の内周部２１１と係合するパッド１３０と、該パッド１３０を内周部２１１に対して垂直方向に直動駆動させて着脱自在とするエアーシリンダー１３１と、該エアーシリンダー１３１を先端部に固定し、保持部を支点として第２ベースプレート１１６に揺動自在に支持されるアーム１３２と、該アーム１３２を揺動駆動させるロータリーアクチュエーター１３３とを備えている。また、第２の固定板１１１には、位置合わせ機構７を第２ベースプレート１１６上に収納するために、アーム１３２と干渉しないように切り欠き部１３５を設けている。
【００４７】
次に、上記図示例の作用について説明する。
溶接装置本体１は、不図示の吊下機構によって吊り下げられた状態で、被溶接部２００が存在する第１の壁面２５０と、該第１の壁面２５０に相対する位置に設けられた第２の壁面２５１とで形成される狭隘部に導入される。溶接装置本体１の導入時には、収納機構６のエアーシリンダー１２７を駆動させ、可動アーム１０６は、各壁面２５０、２５１に対して略水平状態に傾倒させた位置（図１中の可動アーム１０６′）に保持させた状態とする。
【００４８】
また、溶接線Ｓと、レーザ溶接が行われる溶接位置との位置合わせ動作の準備段階として、Ｙ軸機構７１を駆動させることにより、溶接ヘッド３を含むＺ軸機構７０が設置された保持板８０を移動可能な最上限まで上昇させる。次に、位置合わせ機構７のロータリーアクチュエーター１３３を駆動させて、アーム１３２を第２ベースプレート１１６に対して垂直位置（図２中のパッド１３０′及びアーム１３２′）に移動させ、さらに、エアーシリンダー１３１を駆動させて、パッド１３０を伸張可能な最上限まで移動させる。
【００４９】
位置合わせ動作は、図１に示すように、溶接装置本体１の吊下機構を適宜操作させて、パッド１３０′を円管２１０の内周部２１１に係合させることで行われる。また、図２に示すように、位置合わせ時のパッド１３０′の中心位置Ｐと溶接開始時の溶接中心位置Ａとの距離ｒ、即ち、円管２１０の外周半径（溶接線Ｓの円周半径）は、事前に駆動機構４の不図示の制御機器に登録させる。
【００５０】
溶接装置本体１の固定動作は、パッド１３０′を円管２１０の内周部２１１に係合させた状態で行われる。再度、収納機構６のエアーシリンダー１２７を駆動させて、可動アーム１０６を第２の壁面２５１に向かって直立させる。次に、エアーシリンダーからなる固定アーム１０５を駆動させて、可動シャフト１１５を直動させることによって、可動アーム１０６は、可動板１１８を介して第２の壁面２５１に対して垂直方向に接触して加圧し、可動アーム１０６の同軸線上に設置されている固定アーム１０５も第１の壁面２５０に対して垂直方向に接触して加圧する。即ち、溶接装置本体１は、各壁面２５０，２５１に各アーム１０５、１０６が常時突っ張る状態で固定される。
【００５１】
アーム１３２′は、固定動作終了後、再度、位置合わせ機構７のロータリーアクチュエーター１３３を駆動させることで第２ベースプレート１１６に対して水平位置（図２中のアーム１３２）に移動させ、さらに、エアーシリンダー１３１を駆動させて、パッド１３０を縮退可能な最下限まで移動させる。次に、溶接の準備段階として、Ｙ軸機構７１とＸ軸機構７２とを駆動させて、溶接線Ｓ上に存在する溶接開始時の溶接中心位置Ａと、溶接トーチ１０のレーザ照射位置とを合致させる。また、Ｚ軸機構７０を駆動させて、被溶接部２００と、溶接トーチ１０との高さ距離を適切な寸法に調整する。
【００５２】
次に、溶接時のフィラワイヤＷの供給動作について、図３及び図４を用いて説明する。
まず、集光ユニット２０に固定された溶接ヘッド３の固定部材１１を取り外し、リール嵌合部２５にフィラワイヤＷが巻き付けられて収納されているワイヤリール２４を取り付け、該ワイヤリール２４取り付け後、再度、集光ユニット２０に固定部材１１を設置する。フィラワイヤＷは、ワイヤリール２４からワイヤ挿通孔２７を挿通して取出され、ガイド溝３３に沿ってガイドブロック３２に導かれ、ワイヤ供給ギヤ３１の第１ワイヤ接触面３０と、ガイドギヤ３４の第２ワイヤ接触面３２との間に挟み込まれて、ワイヤノズル３７に供給される。
【００５３】
フィラワイヤＷは、第２回転機構４６を構成する第２駆動ギヤ６５の回転が、第２のギヤ溝４０に伝導することによって第２の回転部材１５が回転され、さらに、第２の回転部材１５の回転が、ワイヤ供給ギヤ３１に伝導することによって供給される。フィラワイヤＷの供給量は、第２の回転部材１５の回転速度に依存しているものの、第２の回転部材１５を保持し、かつ、ワイヤ供給ギヤ３１を設置している第１の回転部材１３の回転速度にも依存している。即ち、フィラワイヤＷの供給量は、第１回転部材１３を駆動する第１回転機構４５と、第２回転部材１５を駆動する第２回転機構４６とを同時に制御して調整される。
【００５４】
次に、溶接線Ｓが円形である被溶接部２００に対する溶接動作を、図６を用いて説明する。
図６（ａ）〜（ｄ）では、溶接線Ｓに対する、ワイヤノズル３７が固定され、第１の回転部材１３と、フィラワイヤＷの供給量を調整し、第２の回転部材１５との位置関係を示している。第１の回転部材１３の回転角度は、ワイヤノズル３７の設置向きで表し、第２の回転部材１５の回転角度は、便宜上、三角印で表す。また、溶接方向は、溶接線Ｓに対して図中反時計回りであり、フィラワイヤＷは、常時進行方向前方より被溶接部に供給する。
【００５５】
図６（ａ）には、溶接開始時の各回転部材１３、１５の位置関係を示している。ワイヤノズル３７は、上記の溶接準備段階で調整された溶接中心位置Ａに向けて配置されている。ワイヤノズル３７よりフィラワイヤＷが供給され、同時に、遠隔部に設けられた不図示のレーザ発振器より発振されたレーザが溶接ケーブル２１内に配設されている光ファイバ内を通過して、溶接トーチから照射されることにより、レーザ溶接が開始される。
【００５６】
図６（ｂ）には、溶接線Ｓにおいて、溶接開始点Ａより１／４周進んだ点Ｂまで溶接が進行し、溶接ビート１５０ｂを形成した状態の、各回転部材１３、１５の位置関係を示している。溶接ヘッド３の移動量と移動速度は、駆動機構４を構成するＹ軸機構７１とＸ軸機構７２の制御動作によって行われる。制御動作は、溶接装置本体１の遠隔部に設けられた不図示の制御機器によって制御される。溶接ヘッド３の移動動作と同時に、第１の回転部材１３は、ワイヤノズル３７が随時被溶接部に対して前方に位置するように回転され、前記点Ｂにおいては、図中反時計回りに１／４回転される。また、第２の回転部材１５は、第１の回転部材１３に同期して回転する回転量に加え、フィラワイヤＷを供給させるように回転されるので、前記点Ｂにおいては、図中反時計回りに１／２回転される。
【００５７】
図６（ｃ）には、溶接線Ｓにおいて、溶接開始点Ａより１／２周進んだ点Ｃまで溶接が進行し、溶接ビート１５０ｃを形成した状態の、各回転部材１３、１５の位置関係を示している。溶接ヘッド３の移動動作と同時に、第１の回転部材１３は、前記点Ｃにおいては、図中反時計回りに、前記点Ｂより、さらに１／４回転される。また、第２の回転部材１５は、前記点Ｃにおいては、図中反時計回りに、前記点Ｂより、さらに１／２回転される。
【００５８】
図６（ｄ）には、溶接線Ｓにおいて、溶接開始点Ａより３／４周進んだ点Ｄまで溶接が進行し、溶接ビート１５０ｄを形成した状態の、各回転部材１３、１５の位置関係を示している。溶接ヘッド３の移動動作と同時に、第１の回転部材１３は、前記点Ｄにおいては、図中反時計回りに、前記点Ｃより、さらに１／４回転される。また、第２の回転部材１５は、前記点Ｄにおいては、図中反時計回りに、前記点Ｃより、さらに１／２回転される。図６（ｄ）以降の溶接動作については、上記と同様に、順次溶接を進行させ、溶接終了時の、溶接線Ｓに対する第１の回転部材１３及び第２の回転部材１５の位置関係は、図６（ａ）と同一となる。
【００５９】
このように、本実施形態によれば、溶接装置本体１にワイヤ送給機構２と駆動機構４とを設置しているので、溶接線Ｓが円形である被溶接部２００を溶接することが可能となる。溶接装置本体１には、溶接形式にレーザ溶接を採用し、各モータ本体の長手方向が各壁面に対して略水平となるように、各モータを設置しているので、第１の壁部と第２の壁部との距離に対応する、溶接装置本体１の幅方向の寸法を減少されることができ、２つの壁面間に形成されるような狭隘部でも溶接を行うことが可能となる。さらに、溶接装置本体１を狭隘部へ導入させる際には、収納機構６によって、溶接装置本体１を構成する部材が、各壁面に干渉することを防止し、スムースに導入させることが可能となる。
【００６０】
また、固定機構５によって、溶接装置本体１を狭隘部に固定されるので、安定した溶接が可能となり、位置合わせ機構７によって、溶接装置本体１を適切な溶接位置に合わせることが可能となる。さらに、溶接ヘッド３にワイヤ送給機構２を組み込んでいるので、溶接ヘッド３やワイヤノズル３７の動作時に、フィラワイヤＷや各種ケーブルの巻き付きを防止することが可能となる。また、第１の回転部材１３と、第２の回転部材１５とを独立して制御することができるので、フィラワイヤＷの供給方向、供給速度、及び供給量を適宜制御することが可能となる。
【００６１】
なお、本発明は上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において種々の変更も加え得ることは勿論である。
【００６２】
【発明の効果】
以上説明したように、第１の発明によれば、溶接ヘッドは、駆動機構により、被溶接部の溶接線に沿って三次元方向に移動されるので、溶接線が円形である場合においても、適切に溶接することが可能となる。
【００６３】
第２の発明によれば、モータは、該モータ本体の長手方向が前記各壁面に対して略水平となるように、溶接装置本体に固定されるので、第１の壁部と第２の壁部との距離に対応する、溶接装置本体の幅方向の寸法を減少されることができ、狭隘部への溶接装置本体の進入が可能となる。
【００６４】
第３の発明によれば、ワイヤ送給機構より、被溶接部に向けてフィラワイヤが送給されるので、フィラワイヤを必要とするレーザ溶接に対応することが可能となる。
【００６５】
第４の発明によれば、第１の回転部材は、第１の回転機構によって駆動され、第２の回転部材は、第２の回転機構によって駆動されるので、第１の回転部材と第２の回転部材は、互いに独立して制御させることが可能となる。
【００６６】
第５の発明によれば、第１の駆動シャフトには、第１駆動ギヤボックス及び第１従動ギヤボックスとの各結合部に自在継手が接続されるので、第１駆動ギヤボックスの設置位置に対する第１従動ギヤボックスの相対位置が変化した場合でも、第１駆動ギヤボックスから第１従動ギヤボックスへ回転力を伝達させることが可能となる。
【００６７】
第６の発明によれば、第２の駆動シャフトには、第２駆動ギヤボックス及び第２従動ギヤボックスとの各結合部に自在継手が接続されるので、第２駆動ギヤボックスの設置位置に対する第２従動ギヤボックスの相対位置が変化した場合でも、第２駆動ギヤボックスから第２従動ギヤボックスへ回転力を伝達させることが可能となる。
【００６８】
第７の発明によれば、第１の駆動シャフト及び第２の駆動シャフトは、伸縮機構によって、軸方向に伸張自在とされるので、第２駆動ギヤボックスの設置位置に対する第２従動ギヤボックスの相対位置が変化した場合でも、第２駆動ギヤボックスから第２従動ギヤボックスへ回転力を伝達させることが可能となる。
【００６９】
第８の発明によれば、第１の回転部材の内部には、ワイヤリールが着脱自在に備えられるので、溶接ヘッドやワイヤノズルの作動に伴うフィラワイヤの巻き付きを防止することが可能となり、また、フィラワイヤの収納部を溶接装置本体に独立して設ける必要がなく、溶接装置本体を小型化することが可能となる。
【００７０】
第９の発明によれば、第１の回転部材には、ワイヤノズルが備えられ、供給手段によって、前記ワイヤノズルへフィラワイヤが供給されるので、第１の回転部材の回転速度を制御させることによって、フィラワイヤの供給方向を制御させることが可能となる。
【００７１】
第１０の発明によれば、第１のワイヤ接触面と第２のワイヤ接触面との間にフィラワイヤを挟み込み、第２の回転部材の回転力によってワイヤ供給ギヤを回転させて、フィラワイヤを供給させるので、第１の回転部材と第２の回転部材の回転速度を制御させることによって、フィラワイヤの供給速度及び供給 量を制御させることが可能となる。
【００７２】
第１１の発明によれば、固定機構によって、第１の壁面と第２の壁面との間に溶接装置本体を固定させるので、安定した溶接が可能となる。
【００７３】
第１２の発明によれば、加圧手段によって、第１の支持部材もしくは前記第２の支持部材のどちらか一方を、接触する壁面に対して垂直方向に押圧させるので、溶接装置本体を効率良く固定させることが可能となる。
【００７４】
第１３の発明によれば、第１の支持部材もしくは前記第２の支持部材のどちらか一方は、接触する壁面に対してエアーシリンダーで垂直方向に押圧されるので、電源や制御装置を使用することがなく、固定機構を小型化することが可能となる。
【００７５】
第１４の発明によれば、第１の支持部材もしくは第２の支持部材のどちらか一方は、収納手段によって、溶接装置本体の内側へ収納されるので、溶接装置本体を狭隘部の溶接位置まで移動させる際に、溶接装置本体が各壁面に干渉することがなく、スムースな移動が可能となる。
【００７６】
第１５の発明によれば、揺動手段によって、第１の支持部材もしくは第２の支持部材のどちらか一方を、溶接装置本体の固定時には壁面に向かって直立させ、溶接装置本体の移動時には壁面に対して略水平状態に傾倒させるので、収納機構を小型化することが可能となる。
【００７７】
第１６の発明によれば、直動手段によって、スライドプレートを摺動させ、ラック溝から第３のギヤ溝に伝達された回転力で支持部材を揺動させるので、収納される支持部材を、効率良く収納させることが可能となる。
【００７８】
第１７の発明によれば、スライドプレートは、エアーシリンダーによって摺動されるので、電源や制御装置を使用することがなく、収納機構を小型化することが可能となる。
【００７９】
第１８の発明によれば、溶接装置本体は、位置合わせ機構によって、溶接トーチの位置を連設部に合わせて固定されるので、正確な位置で溶接を行うことが可能となる。
【００８０】
第１９の発明によれば、アームは、ロータリーアクチュエーターによって、パッドが円管に対して垂直位置に位置するように揺動され、エアーシリンダーによって、パッドは円管の内周部に係合されるので、電源や制御装置を使用することがなく、位置合わせ機構を小型化することが可能となる。
【００８１】
第２０の発明によれば、溶接トーチの形式として、レーザ溶接トーチが採用されるので、電源を必要とせず、溶接トーチを含む溶接ヘッドを小型化することが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の溶接装置の実施形態を示す側面図である。
【図２】 本発明の溶接装置の実施形態を示す正面図である。
【図３】 本発明の溶接装置における溶接ヘッドを示す断面図である。
【図４】 本発明の溶接装置における溶接ヘッドを示す正面図である。
【図５】 本発明の溶接装置における駆動機構を示す側面図である。
【図６】 本発明の溶接装置の動作を示す概略図である。
【符号の説明】
１・・・溶接装置本体、２・・・ワイヤ送給機構、３・・・溶接ヘッド、４・・・駆動機構、５・・・固定機構、６・・・収納機構、１０・・・溶接トーチ、１３・・・第１の回転部材、１５・・・第２の回転部材、２３・・・第１のギヤ溝、２４・・・ワイヤリール、３０・・・第１のワイヤ接触面、３１・・・ワイヤ供給ギヤ、３２・・・第２のワイヤ接触面、３４・・・ガイドギヤ、３５・・・ワイヤガイド機構、３７・・・ワイヤノズル、４０・・・第２のギヤ溝、４２・・・第３のギヤ溝、４５・・・第１の回転機構、４６・・・第２の回転機構、５０・・・供給方向制御モータ、５１・・・第１駆動ギヤボックス、５２・・・自在継手、５３・・・自在継手、５４・・・第１駆動シャフト、５６・・・第１従動ギヤボックス、５８・・・伸縮機構、６０・・・供給量制御モータ、６１・・・第２駆動ギヤボックス、６２・・・自在継手、６３・・・自在継手、６４・・・第２駆動シャフト、６６・・・第２従動ギヤボックス、６８・・・伸縮機構、７５・・・第１モータ、７７・・・第１ギヤボックス、７８・・・リニアガイド機構（直動機構）、９０・・・第２モータ、９２・・・第２ギヤボックス、９３・・・リニアガイド機構（直動機構）、９５・・・第３モータ、９７・・・第３ギヤボックス、９８・・・リニアガイド機構（直動機構）、１０５・・・固定アーム（第１の支持部材）、１０６・・・可動アーム（第２の支持部材）、１１２・・・固定アーム本体（エアーシリンダー）、１２３・・・第４のギヤ溝、１２４・・・ラック溝、１２５・・・スライドプレート、１２７・・・エアーシリンダー、１３０・・・パッド、１３１・・・エアーシリンダー、１３２・・・アーム、１３３・・・ロータリーアクチュエーター、２００・・・被溶接部、２１０・・・円管、２１１・・・内周部、２５０・・・第１の壁面、２５１・・・第２の壁面、Ｓ・・・溶接線、Ｗ・・・フィラワイヤ

Claims (14)

1. 被溶接部を有する第１の壁面と、該第１の壁面に相対する位置に設けられた第２の壁面とで形成される狭隘部に導入可能な溶接装置本体と、前記第１の壁面と前記第２の壁面との間に前記溶接装置本体を固定させる固定機構と、前記被溶接部に向けてフィラワイヤを送給するワイヤ送給機構とを有し、
   前記溶接装置本体は、溶接トーチを有する溶接ヘッドと、該溶接ヘッドを前記被溶接部の溶接線に沿って三次元方向に移動自在とする駆動機構とを備え、
   前記溶接ヘッドは、前記溶接トーチの外周に対して回転自在に設けられ、外周に第１のギヤ溝が刻設されると共に内部に前記フィラワイヤを収納するワイヤリールが着脱自在に備えられた第１の回転部材と、該第１の回転部材の外周に対して回転自在に設けられ、外周に第２のギヤ溝が刻設された第２の回転部材とを備え、
   前記第１の回転部材は、前記第２の回転部材に刻設された第３のギヤ溝と嵌合し、前記ワイヤリールから引き出された前記フィラワイヤが接触する第１のワイヤ接触面を有するワイヤ供給ギヤと、該ワイヤ供給ギヤと嵌合し、前記フィラワイヤを前記第１のワイヤ接触面に押圧させる第２のワイヤ接触面を有するガイドギヤと、前記第２の回転部材の回転に伴って前記ワイヤ供給ギヤが回転することにより供給される前記フィラワイヤを前記溶接トーチの先端部に導くワイヤノズルとを備え、
   前記ワイヤ送給機構は、前記第１のギヤ溝と係合して前記第１の回転部材を回転駆動させる第１の回転機構と、前記第２のギヤ溝と係合して前記第２の回転部材を回転駆動させる第２の回転機構とを備える
   ことを特徴とする溶接装置。
2. 前記駆動機構は、３軸構成であって、駆動源であるモータと、該モータの駆動力を伝達するギヤボックスと、該ギヤボックスから伝達される回転力を直動力に変換する直動機構とを各軸に備えてなり、各軸の前記モータは、該モータ本体の長手方向が前記各壁面に対して略水平となるように、前記溶接装置本体に固定されることを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
3. 前記第１の回転機構は、駆動源である供給方向制御モータと、該供給方向制御モータの駆動力を伝達する第１駆動ギヤボックスと、該第１駆動ギヤボックスの回転出力を伝達する第１駆動シャフトと、前記第１のギヤ溝と係合し、前記第１駆動シャフトの回転を前記第１の回転部材に伝達する第１従動ギヤボックスとを備えてなり、前記第１駆動シャフトには、前記第１駆動ギヤボックス及び前記第１従動ギヤボックスとの各結合部に自在継手が接続されることを特徴とする請求項１または２記載の溶接装置。
4. 前記第２の回転機構は、駆動源である供給量制御モータと、該供給量制御モータの駆動力を伝達する第２駆動ギヤボックスと、該第２駆動ギヤボックスの回転出力を伝達する第２駆動シャフトと、前記第２のギヤ溝と係合し、前記第２駆動シャフトの回転を前記第２の回転部材に伝達する第２従動ギヤボックスとを備えてなり、前記第２駆動シャフトには、前記第２駆動ギヤボックス及び前記第２従動ギヤボックスとの各結合部に自在継手が接続されることを特徴とする請求項３記載の溶接装置。
5. 前記第１駆動シャフト及び前記第２駆動シャフトは、軸方向に伸張自在とする伸縮機構を有することを特徴とする請求項４記載の溶接装置。
6. 前記固定機構は、前記第１の壁面に接触する第１の支持部材と、前記第２の壁面に接触する第２の支持部材とを有し、前記第１の支持部材もしくは前記第２の支持部材のどちらか一方を、接触する壁面に対して垂直方向に押圧させる加圧手段を備えることを特徴とする請求項１から５のいずれかに記載の溶接装置。
7. 前記加圧手段は、エアーシリンダーで押圧させることを特徴とする請求項６記載の溶接装置。
8. 前記溶接装置本体は、前記第１の支持部材もしくは前記第２の支持部材のどちらか一方を前記溶接装置本体の内側へ収納する収納機構を備えることを特徴とする請求項６または７記載の溶接装置。
9. 前記収納機構は、前記第１の支持部材もしくは前記第２の支持部材のどちらか一方を、前記溶接装置本体の固定時には壁面に向かって直立させ、前記溶接装置本体の移動時には壁面に対して略水平状態に傾倒させる揺動手段を有することを特徴とする請求項８記載の溶接装置。
10. 前記収納機構は、揺動の支点となる端部に第４のギヤ溝が刻設された揺動可能である前記第１もしくは第２のどちらか一方の支持部材と、前記第４のギヤ溝と嵌合するラック溝が刻設されたスライドプレートと、該スライドプレートを設置面に対して摺動させる直動手段とを備えてなり、前記揺動手段は、前記直動手段によって前記スライドプレートを摺動させ、前記ラック溝から前記第３のギヤ溝に伝達された回転力で前記支持部材を揺動させることを特徴とする請求項９記載の溶接装置。
11. 前記直動手段は、エアーシリンダーで直動させることを特徴とする請求項１０記載の溶接装置。
12. 前記被溶接部は、前記第１の壁面と、該第１の壁面から前記狭隘部に対して反対方向に連設された円管の外周部との連設部であって、前記溶接装置本体は、前記溶接トーチの位置を前記連設部に合わせて前記溶接装置本体を固定させる位置合わせ機構を有することを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の溶接装置。
13. 前記位置合わせ機構は、前記円管の内周部と係合するパッドと、該パッドを前記内周部に対して垂直方向に直動駆動させて着脱自在とするエアーシリンダーと、該エアーシリンダーを先端部に固定し、保持部を支点として前記溶接装置本体に揺動自在に支持されるアームと、該アームを揺動駆動させるロータリーアクチュエーターとを備えることを特徴とする請求項１２記載の溶接装置。
14. 前記溶接トーチは、レーザ溶接トーチであることを特徴とする請求項１から１３のいずれかに記載の溶接装置。

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