水平型自動溶接装置
【課題】 円筒状に曲げ加工したワークの円周方向両端を正確且つ確実に突合せることができ、また、溶接済みのワークの取り出しを容易に行え、ワークの取り出し時に於けるマンドレル及びクランプ板等の消耗、ワークの損傷等を防止でき、更に、クランプ板の下降位置をワークの厚さに応じて自由に設定できる。
【解決手段】 マンドレル２に支持された円筒状のワークＷの円周方向両端部をクランプ機構６により突合せ状態でクランプし、この状態でワークＷの突合せ部を溶接するようにした水平型自動溶接装置に於いて、前記クランプ機構６は、弾性体１９により下方へ附勢されてワークＷの円周方向の両端部上面に傾斜姿勢で当接し得る対向状の一対のクランプ板１８を備えており、当該一対のクランプ板１８がモータ駆動型の駆動装置２１によりマンドレル２に対して昇降動する構成とする。
【解決手段】 マンドレル２に支持された円筒状のワークＷの円周方向両端部をクランプ機構６により突合せ状態でクランプし、この状態でワークＷの突合せ部を溶接するようにした水平型自動溶接装置に於いて、前記クランプ機構６は、弾性体１９により下方へ附勢されてワークＷの円周方向の両端部上面に傾斜姿勢で当接し得る対向状の一対のクランプ板１８を備えており、当該一対のクランプ板１８がモータ駆動型の駆動装置２１によりマンドレル２に対して昇降動する構成とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス板や鋼板等の金属板を円筒状に曲げ加工して成るワークを水平姿勢のマンドレルで支持し、マンドレルに設けたバックバー上でワークの円周方向の両端部をクランプ機構により突合せ状態でクランプし、この状態でワークの突合せ部を突合せ溶接してパイプやドラムを作製するようにした水平型自動溶接装置の改良に係り、特に、クランプ幅（クランプ機構の一対のクランプ板がワークをクランプしたときのクランプ板間の間隔）が狭い薄板のワーク（厚さが０．１ｍｍ〜０．４ｍｍのワーク）の突合せ溶接を行う場合であっても、ワークの突合せ部の状態を確認することができてワークの正確な突合せ作業を行うことができ、また、クランプ機構によるワークのクランプ時にワークの円周方向両端が密着するようにワークをクランプすることができ、更に、マンドレルからの溶接済みのワークの取り出しを容易に行えると共に、ワークの取り出し時にマンドレルやクランプ機構のクランプ板等の消耗、ワークの損傷及び変形を防止でき、然も、クランプ機構のクランプ板の下降位置をワークの厚さに応じて自由に設定できるようにした水平型自動溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、円筒状に曲げ加工した金属板製のワークの円周方向両端を突合せ溶接してパイプを作製する装置としては、例えば、本件出願人が先に開発した水平型自動溶接装置が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００３】
即ち、前記水平型自動溶接装置は、図１７に示す如く、円筒状に曲げ加工したワークＷを支持する水平姿勢のマンドレル５０と、マンドレル５０の上面に設けた長尺状のバックバー５１と、マンドレル５０に設けられ、ワークＷの円周方向両端がバックバー５１のスリット状の溝上で突合されるようにワークＷの端面の位置決めを行うセンター位置決め機構（図示省略）と、マンドレル５０の上方位置に配設され、ワークＷの円周方向両端を突合せた状態でバックバー５１上へクランプするチューブクランプ方式のクランプ機構５２と、マンドレル５０の上方位置に配設され、ワークＷの突合せ部を突合せ溶接する溶接用トーチ５３等を備えたＴＩＧ溶接装置（全体は図示省略）とから構成されており、マンドレル５０にセットしたワークＷの円周方向両端をセンター位置決め機構により位置決めすると共に、位置決めされたワークＷの円周方向両端部をクランプ機構５２によりバックバー５１上で突合せ固定し、その突合せ部をＴＩＧ溶接装置により突合せ溶接して接合するようにしたものである。
【０００４】
また、チューブクランプ方式のクランプ機構５２は、図１７に示す如く、マンドレル５０上方位置に配設したフレーム５４にヒンジ５２ａを介して上下方向へ揺動自在に支持され、対向状に配置された左右のクランプ板５２ｂと、左右のクランプ板５２ｂを上方へ附勢する引張りスプリング５２ｃと、圧縮空気の供給により膨張して左右のクランプ板５２ｂを下方へ押し下げるエアーチューブ５２ｄ等から成り、エアーチューブ５２ｄに圧縮空気を供給してエアーチューブ５２ｄを膨張させると、左右のクランプ板５２ｂが引張りスプリング５２ｃの弾性力に抗して下方へ揺動し、左右のクランプ板５２ｂの先端部がマンドレル５０に支持されたワークＷの円周方向両端部上面に当接してワークＷの円周方向両端部をバックバー５１上へクランプし、また、圧縮空気の供給を停止すると、左右のクランプ板５２ｂが引張りスプリング５２ｃの弾性力により上方へ揺動し、ワークＷのクランプ状態が解除されるようになっている。
【０００５】
ところで、ワークＷの理想的な突合せ溶接を行うには、ワークＷのクランプ時に於ける左右のクランプ板５２ｂの間隔（クランプ幅）を突合せ溶接するワークＷの厚さに応じて調整する必要があり、一般にはワークＷの厚さが薄くなれば、左右のクランプ板５２ｂ間の間隔（クランプ幅）を狭くし、また、ワークＷの厚さが厚くなれば、左右のクランプ板５２ｂ間の間隔（クランプ幅）を広くするようにしている。
例えば、厚さが０．１ｍｍ〜０．４ｍｍのワークＷ（薄板のワークＷ）の場合には、左右のクランプ板５２ｂの間隔（クランプ幅）を１．０ｍｍ〜３．０ｍｍとし、また、厚さが０．６ｍｍ〜２．０ｍｍのワークＷ（厚板のワークＷ）の場合には、左右のクランプ板５２ｂの間隔（クランプ幅）を４．０ｍｍ〜２０ｍｍとしている。
【０００６】
特に、厚みの極めて薄いワークＷを突合せ溶接する場合には、左右のクランプ板５２ｂの間隔を出来るだけ狭くする方が良い。これは左右のクランプ板５２ｂの間隔を広くすると、溶接時の熱でワークＷの表面温度が厚板のワークＷに比較して高温になり易く、そのために溶接中に変形が生じて溶接不良を引き起こすことになるからである。
【０００７】
ところが、上述した従来の水平型自動溶接装置に於いては、対向状に配置した左右のクランプ板５２ｂがヒンジ５２ａを取り付けた部分を中心にして上下方向へ揺動する構造のクランプ機構５２を用いているため、肉厚が０．１ｍｍ〜０．４ｍｍの薄板のワークＷを突合せ溶接する場合には、下記に示すような問題が発生していた。
【０００８】
例えば、肉厚が０．１ｍｍ〜０．４ｍｍの薄板のワークＷを突合せ溶接する場合、溶接時の熱歪を防止するため、左右のクランプ板５２ｂのクランプ幅（左右のクランプ板５２ｂがワークＷをクランプしたときの左右のクランプ板５２ｂの間隔）を１．０ｍｍ〜３．０ｍｍに狭くして溶接を行わなければならない。
【０００９】
しかし、上述したチューブクランプ方式のクランプ機構５２は、左右のクランプ板５２ｂが上下方向へ揺動するときに、対向する左右のクランプ板５２ｂの先端が円弧状の軌跡を描くため、左右のクランプ板５２ｂの開閉ストローク（揺動ストローク）を小さくしないと、左右のクランプ板５２ｂが上方へ揺動したときに左右のクランプ板５２ｂの先端同士が干渉することになる。
【００１０】
そのため、薄板のワークＷを溶接する場合、左右のクランプ板５２ｂの開放時（左右のクランプ板５２ｂが上方へ揺動してワークＷをクランプしていない状態の時）には、左右のクランプ板５２ｂの間隔が略ゼロになり、また、左右のクランプ板５２ｂの開放時に於けるクランプ板５２ｂ同士の干渉を避けるためには、マンドレル５０と左右のクランプ板５２ｂとの間隔を必然的に狭く設定しなければならない。
【００１１】
このように、チューブクランプ方式のクランプ機構５２を用いた従来の水平型自動溶接装置は、薄板のワークＷを溶接する場合、左右のクランプ板５２ｂの開放時に於ける間隔が略ゼロになるため、ワークＷの円周方向両端をマンドレル５０に設けたバックバー５１上で突合せる際にワークＷの突合せ部を目視できなくなり、ワークＷの正確な突合せ作業を行えなくなると共に、ワークＷの突合せ部の状態を確認できないという問題があった。
【００１２】
また、従来の水平型自動溶接装置は、マンドレル５０と左右のクランプ板５２ｂとの間隔が狭いため、溶接済みのワークＷ（パイプ）をマンドレル５０から取り出す際に、ワークＷの取り出しが極めて行い難くなると共に、ワークＷがマンドレル５０やバックバー５１の上面、或いは左右のクランプ板５２ｂの下面をこすってマンドレル５０、バックバー５１及び左右のクランプ板５２ｂの消耗を速めるうえ、ワークＷが損傷したり、変形したりするという問題があった。
【００１３】
更に、従来の水平型自動溶接装置は、左右のクランプ板５２ｂが下方へ揺動してその先端部でワークＷをクランプするときに、左右のクランプ板５２ｂの先端がハの字状に広がるため、左右のクランプ板５２ｂでワークＷをクランプすると、左右のクランプ板５２ｂの間隔が広くなる現象が発生する。このとき、ワークＷの円周方向の両端部にワークＷを開こうとする力が働き、ワークＷの突合せ部に隙間が生じることがある。そのため、この状態でワークＷを突合せ溶接すると、穴あきやヘコミ等の溶接欠陥が発生し、溶接済みのワークＷ（パイプ）の品質が著しく低下するという問題があった。
【００１４】
そのうえ、従来の水平型自動溶接装置は、左右のクランプ板５２ｂをエアーチューブ５２ｄの膨張によりワークＷ側へ加圧するようにしているが、左右のクランプ板５２ｂの加圧調整を行い難いという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００３−２０５３６９号公報
【特許文献２】特開２００７−０２１５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、このような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、クランプ幅が狭い薄板のワークの突合せ溶接を行う場合であっても、ワークの突合せ部の状態を確認できてワークの正確な突合せを行え、また、ワークの円周方向両端が密着するようにワークの円周方向両端部をクランプすることができ、更に、溶接済みのワークの取り出しを容易に行えると共に、ワークの取り出し時に於けるマンドレル及びクランプ板等の消耗やワークの損傷及び変形を防止でき、然も、クランプ板の下降位置をワークの厚さに応じて自由に設定できるようにした水平型自動溶接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の発明は、フレームに水平姿勢で支持され、円筒状に曲げ加工した金属板製のワークを支持するマンドレルと、マンドレルの上面に設けたバックバーと、マンドレルに設けられ、ワークの円周方向の端面の位置決めを行うセンター位置決め機構と、マンドレルの上方位置に配設され、ワークの円周方向の両端部を突合せた状態でバックバー上へクランプするクランプ機構と、ワークの突合せ部を突合せ溶接する溶接装置とを具備する水平型自動溶接装置に於いて、前記クランプ機構は、マンドレルの上方位置にマンドレルに沿う姿勢で対向状に配置された一対のクランプベースと、各クランプベースにそれぞれ昇降自在に支持され、マンドレルに沿う姿勢で対向状に配置された一対のクランプ可動板と、各クランプ可動板の下面にそれぞれマンドレルに沿う姿勢で上下方向へ揺動自在に取り付けられ、マンドレルに支持されたワークの円周方向の両端部上面に当接し得る対向状に配置された一対のクランプ板と、各クランプ可動板と各クランプ板との間にそれぞれ介設され、一対のクランプ板の対向する先端部を下方へ附勢して一対のクランプ板を傾斜姿勢に保持する弾性体と、各クランプベースと各クランプ可動板との間にそれぞれ設けられ、各クランプ可動板及び各クランプ板を昇降動させて各クランプ板の加圧力を調整するモータ駆動型の一対の駆動装置とから成り、前記各クランプ板は、それぞれ駆動装置により下降して各クランプ板の先端部がマンドレルに支持されたワークの円周方向の両端部上面に当接してワークの円周方向の両端部を加圧したときに、弾性体の弾性力に抗して上方へ揺動し、両クランプ板の先端部間の間隔が狭まってワークの厚みに応じた間隔に調整される構成としたことに特徴がある。
【００１８】
本発明の請求項２の発明は、一対のクランプ可動板が、マンドレル側に位置する内側クランプ可動板と、内側クランプ可動板の外側端部にマンドレル側へ水平移動自在に取り付けた外側クランプ可動板とからそれぞれ成り、外側クランプ可動板の下面にヒンジを介してクランプ板を上下方向へ揺動自在に取り付け、また、外側クランプ可動板に内側クランプ可動板と外側クランプ可動板との間隙を調整する調整ネジを回転自在且つ軸線方向へ移動不納に埋設状態で挿着する共に、調整ネジの先端部に形成したネジ部を内側クランプ可動板の外側端部に軸線方向へ移動可能に螺着し、当該調整ネジを回転操作することによって、対向状に配置した一対のクランプ板の先端部間の間隔を自在に調整できる構成としたことに特徴がある。
【００１９】
本発明の請求項３の発明は、モータ駆動型の一対の駆動装置が、クランプベースとクランプ可動板との間に設けられ、クランプ可動板をクランプベースに対して昇降動させるボールネジ機構と、クランプベースに配設したサーボモータと、サーボモータをサーボ制御するサーボモータ制御部と、サーボモータの回転運動をボールネジ機構に伝達する伝動機構とからそれぞれ成り、サーボモータを制御することによって、クランプ板の下降位置をワークの厚さに応じて自由に設定できると共に、クランプ板の加圧力を自在に調整できるようにしたことに特徴がある。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の請求項１に係る水平型自動溶接装置は、ワークの円周方向の両端部を突合せた状態でマンドレルのバックバー上へクランプするクランプ機構が、マンドレルの上方位置に対向状に配置された一対のクランプベースと、各クランプベースにそれぞれ昇降自在に支持されて対向状に配置された一対のクランプ可動板と、各クランプ可動板の下面にそれぞれ上下方向へ揺動自在に取り付けられ、マンドレルに支持されたワークの円周方向の両端部上面に当接し得る対向状に配置された一対のクランプ板と、各クランプ可動板と各クランプ板との間にそれぞれ介設され、一対のクランプ板を下方へ附勢する弾性体と、各クランプベースと各クランプ可動板との間にそれぞれ設けられ、各クランプ可動板及び各クランプ板を昇降動させるモータ駆動型の一対の駆動装置とから成り、各クランプ板の先端部がマンドレルに支持されたワークの円周方向の両端部上面に当接してワークを加圧したときに、両クランプ板が弾性体の弾性力に抗して上方へ揺動して両クランプ板の先端部間の間隔が狭まってワークの厚みに応じた間隔に調整される構成としているため、薄板のワークを溶接する場合に、一対のクランプ板のクランプ幅（一対のクランプ板がワークをクランプしたときのクランプ板間の間隔）が狭く設定されていても、クランプ板の開放時（一対のクランプ板がワークをクランプしていない状態の時）には、クランプ板のクランプ幅が広くなっているので、ワークの円周方向両端をマンドレルに設けたバックバー上で突合せる際に両クランプ板の間からワークの突合せ部を目視でき、ワークの正確な突合せ作業を行えると共に、ワークの突合せ部の状態を確認することができる。
また、本発明の請求項１に係る水平型自動溶接装置は、各クランプ板の先端部がマンドレルに支持されたワークの円周方向の両端部上面に当接してワークを加圧したときに、両クランプ板が弾性体の弾性力に抗して上方へ揺動して両クランプ板の先端部間の間隔が狭まる構成となっているため、クランプ板によるワークの加圧時に弾性体の弾性力によりワークの円周方向両端部を閉じようとする力が働き、ワークの円周方向両端が密着することになり、その結果、穴あきやヘコミ等の溶接欠陥のない高品質のパイプやドラムを作製することができる。
更に、本発明の請求項１に係る水平型自動溶接装置は、一対のクランプ板が一対の駆動装置によりマンドレルに対して昇降動する構成としているため、マンドレルと一対のクランプ板との間隔を大きく取ることができ、溶接済みのワーク（パイプやドラム）をマンドレルから取り出す際に、ワークの取り出しを容易に行えると共に、ワークがマンドレルの上面やバックバー、左右のクランプ板の先端部下面をこすったりするということがなく、その結果、マンドレル、バックバー及び左右のクランプ板の消耗やワークの損傷及び変形を防止することができる。
【００２１】
本発明の請求項２及び請求項３に係る水平型自動溶接装置は、上記効果に加えて更に次のような優れた効果を奏することができる。
即ち、本発明の請求項２の水平型自動溶接装置は、一対のクランプ可動板が、マンドレル側に位置する内側クランプ可動板と、内側クランプ可動板の外側端部にマンドレル側へ水平移動自在に取り付けた外側クランプ可動板とからそれぞれ成り、外側クランプ可動板の下面にヒンジを介してクランプ板を上下方向へ揺動自在に取り付け、また、外側クランプ可動板に内側クランプ可動板と外側クランプ可動板との間隙を調整する調整ネジを回転自在且つ軸線方向へ移動不納に埋設状態で挿着する共に、調整ネジの先端部に形成したネジ部を内側クランプ可動板の外側端部に軸線方向へ移動可能に螺着し、当該調整ネジを回転操作することによって、対向状に配置した一対のクランプ板の先端部間の間隔を調整できる構成としているため、ワークの厚みが変わった場合でも、一対のクランプ板の間隔をワークの厚さに応じて最適な間隔になるように簡単に調整することができる。また、一対のクランプ板の間隔を調整する調整ネジが外側クランプ可動板に埋設状態で挿着され、外部へ突出していないので、調整ネジが不用意に回されてクランプ板間の間隔が変わるということもない。
【００２２】
更に、本発明の請求項３の水平型自動溶接装置は、モータ駆動型の一対の駆動装置が、クランプベースとクランプ可動板との間に設けられ、クランプ可動板をクランプベースに対して昇降動させるボールネジ機構と、クランプベースに配設したサーボモータと、サーボモータをサーボ制御するサーボモータ制御部と、サーボモータの回転運動をボールネジ機構に伝達する伝動機構とからそれぞれ成り、サーボモータを制御することによって、クランプ板の下降位置をワークの厚さに応じて自由に設定することができると共に、クランプ板の加圧力を自在に調整できるようにしているため、ワークの突合せ作業をより一層行い易くなると共に、ワークの円周方向両端の突合せをより正確に行うことができる。
例えば、一対のクランプ板を予圧位置（ワークの厚み＋αの隙間の位置、即ち、一対のクランプ板がマンドレルに支持されたワークの円周方向の両端部をバックバー上へ動ける程度に軽く保持する位置）まで下降させると、ワークの円周方向両端部がクランプ板とマンドレルのバックバーとでガイドされた格好なるので、ワークの円周方向の一端をセンター位置決め機構のセンタープレートに突き当てし易くなると共に、ワークの円周方向の他端をワークの円周方向の一端に重なることなく突き当てることができ、ワークの円周方向両端の突合せを正確且つ確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係る水平型自動溶接装置の斜視図である。
【図２】同じく水平型自動溶接装置の拡大正面図である。
【図３】同じく水平型自動溶接装置の側面図である。
【図４】同じく水平型自動溶接装置の平面図である。
【図５】マンドレルを示し、（Ａ）はマンドレルの一部省略平面図、（Ｂ）はマンドレルの一部省略側面図である。
【図６】マンドレルの要部の側面部である。
【図７】マンドレルの縦断正面図である。
【図８】クランプ機構及びマンドレルの正面図である。
【図９】クランプ機構の平面図である。
【図１０】クランプ機構及びマンドレルの側面図である。
【図１１】クランプ機構を示し、クランプ機構の右側部分の斜視図である。
【図１２】図９のイ−イ線拡大断面図である。
【図１３】図９のロ−ロ線拡大断面図である。
【図１４】図９のハ−ハ線拡大断面図である。
【図１５】図９のニ−ニ線拡大断面図である。
【図１６】水平型自動溶接装置の作用説明図である。
【図１７】従来のクランプ機構を用いた水平型自動溶接装置の要部の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図４は本発明の実施の形態に係る水平型自動溶接装置を示し、当該水平型自動溶接装置は、ステンレス板や鋼板等の金属板を円筒状に曲げ加工して成るワークＷの円周方向両端を突合せ溶接してパイプやドラムを作製するものであり、特に、クランプ幅が狭い薄板のワークＷ（厚さが０．１ｍｍ〜０．４ｍｍのワークＷ）を突合せ溶接する場合であっても、ワークＷの突合せ作業時にワークＷの突合せ部の状態を確認できてワークＷの正確な突合せを行え、また、ワークＷの円周方向両端が密着するようにワークＷの円周方向両端部をクランプすることができ、更に、溶接済みのワークＷ（パイプやドラム）の取り出しを容易に行えると共に、ワークＷの取り出し時に於けるマンドレル２の消耗、バックバー３の消耗、クランプ機構６のクランプ板１８の消耗、ワークＷの損傷及び変形をそれぞれ防止でき、然も、クランプ板１８の下降位置をワークＷの厚さに応じて自由に設定できるようにしたものである。
【００２５】
即ち、前記水平型自動溶接装置は、図１〜図４に示す如く、フレーム１と、フレーム１に片持ち状態で回転自在に支持され、ワークＷを支持する水平姿勢の長尺状のマンドレル２と、マンドレル２の外表面に１８０度間隔で取り付けられ、薄板用のワークＷ（厚みが０．１ｍｍ〜０．４ｍｍ程度のワークＷをいう）を溶接する際に用いる薄板用の長尺状のバックバー３及び厚板用のワークＷ（厚みが１ｍｍ〜３ｍｍ程度のワークＷをいう）を溶接する際に用いる厚板用の長尺状のバックバー３と、マンドレル２に設けられ、ワークＷの円周方向両端が薄板用のバックバー３上及び厚板用のバックバー３上でそれぞれ突合されるようにワークＷの端面の位置決めを行う一対のセンター位置決め機構４と、マンドレル２の下方位置に配設され、マンドレル２にセットされる直径の大きなワークＷや長いワークＷを水平姿勢で支持するワーク支持装置５と、マンドレル２の上方位置に配設され、ワークＷの円周方向の両端部を突合せた状態でバックバー３上へクランプするクランプ機構６と、マンドレル２の上方位置に配設され、ワークＷの突合せ部を突合せ溶接する溶接装置７（この例では、ＴＩＧ溶接装置）とから構成されている。
この水平型自動溶接装置は、左右どちらの位置からでも作業が行えるように略左右対称の構造になっていると共に、クランプ機構６を操作する操作スイッチ８がフレーム１の両側面にそれぞれ設けられている。
【００２６】
具体的には、前記フレーム１は、図１〜図４に示す如く、ボックス状の本体フレーム１ａと、本体フレーム１ａの上部に設けられ、本体フレーム１ａから前方（図３の左側）へ水平姿勢で突出する長尺状の上部フレーム１ｂと、本体フレーム１ａの下部に設けられ、上部フレーム１ｂと同じ方向へ水平姿勢で突出してキャスター及びアジャスターを介して床面へ設置されるベースフレーム１ｃとから構成されており、本体フレーム１ａの内部には、溶接用電源装置、アルゴンガス等の溶接用ガスボンベ、コンプレッサー等の圧縮空気供給源（何れも図示省略）等がそれぞれ収容されている。
また、上部フレーム１ｂの上面には、先端部に溶接装置７の溶接条件や電極位置等を設定するタッチパネル式の操作盤９を取り付けた旋回アーム１０が旋回自在に配設されていると共に、上部フレーム１ｂの両側面には、クランプ機構６の操作スイッチ８がそれぞれ設けられている。
更に、上部フレーム１ｂの本体フレーム１ａから突出する部分は、底面側が開放された二つの長尺箱状部材から成り、これら二つの長尺箱状部材はマンドレル２の斜め上方位置にマンドレル２に沿う姿勢で対向状に配置されている。
【００２７】
前記マンドレル２は、図３及び図５に示す如く、アルミ合金等の金属材により断面形状が略長方形状の角柱状に形成されたマンドレル本体２Ａと、マンドレル本体２Ａの先端（図５の左端）にボルトにより取り付けられ、上部フレーム１ｂの先端部に設けたマンドレル受け１１に抜き差し自在に挿入されるマンドレルピン２ａを有するマンドレル金具２Ｂと、マンドレル本体２Ａの基端（図５の右端）に回転軸金具２Ｃを介して取り付けられた断面形状が円形のマンドレル回転軸２Ｄとから成り、フレーム１の本体フレーム１ａに片持ち状態で且つその軸心を中心にして回転自在に支持されていると共に、薄板用のバックバー３又は厚板用のバックバー３が真上を向く状態で位置決めされるようになっている。
また、マンドレル本体２Ａの短辺側両面には、図６及び図７に示す如く、薄板用の長尺状のバックバー３と厚板用の長尺状のバックバー３がそれぞれ着脱自在に嵌め込まれる取付け溝２ｂがマンドレル２の長手方向に沿ってそれぞれ形成されている。これら両取付け溝２ｂの底面には、アルゴンガス等のシールドガスが流れるガス溝２ｃがマンドレル２の長手方向に沿ってそれぞれ形成されていると共に、後述するセンター位置決め機構４の駆動部が設けられる凹部２ｄがマンドレル２の長手方向に一定間隔ごとにそれぞれ形成されている。マンドレル２の両取付け溝２ｂの底面に形成した各凹部２ｄは、マンドレル２の長手方向に亘って齟齬する状態で且つマンドレル２の中心部付近に形成されている。
更に、マンドレル本体２Ａの長辺側両面には、ガス溝２ｃへアルゴンガス等のシールドガスを供給するためのガス供給口２ｅと、凹部２ｄの底面に形成したピストン穴２ｇへ圧縮空気を供給する圧縮空気供給口２ｄとが夫々形成されている。
【００２８】
そして、マンドレル２は、ワークＷの突合せ作業時や溶接作業時等には先端側のマンドレル金具２Ｂがマンドレル受け１１により支持されており、本体フレーム１ａ及びマンドレル受け１１により両持ち状態となっている。
【００２９】
尚、マンドレル受け１１は、ロータリーアクチュエータ１１ａにより水平位置から鉛直位置に亘って揺動するように構成されており、マンドレル受け１１を水平位置から鉛直位置へ回動させ、マンドレル受け１１に形成した支持穴にマンドレル２のマンドレルピン２ａを挿入することによって、マンドレル２の先端部を支持することができるようになっている。
【００３０】
前記薄板用のバックバー３及び厚板用のバックバー３は、図７に示す如く、何れも銅材により断面形状が略長方形の長尺な角柱状に形成した対称形状の一対のバックバー片３ａから成り、一対のバックバー片３ａを対向させた状態で且つ一対のバックバー片３ａの間にスリット状の溝３ｂが形成されるようにマンドレル２の取付け溝２ｂに着脱自在に嵌め込まれている。
また、マンドレル２の取付け溝２ｂに嵌め込まれた各バックバー３は、一対のバックバー片３ａを複数本のボルトでマンドレル２側へ締め付け固定することによって、マンドレル２にその軸心方向へ沿う姿勢で取り付けられる。
【００３１】
前記各バックバー３は、ワークＷの円周方向の両端を突合せ溶接する際に余分な熱を吸収してビードの溶け落ちや穴あき、ワークＷの熱ひずみ等を防止すると共に、ワークＷの突合せ部の裏面側にシールドガスを流して溶接部の酸化を防止するものである。
また、一対のバックバー片３ａ間に形成されたスリット状の溝３ｂは、センター位置決め機構４のセンタープレート１２を遊嵌状態で挿入すると共に、アルゴンガス等のシールドガスを流すためのものである。
【００３２】
尚、この実施の形態に於いては、マンドレル２外表面の一方の短辺側に取り付けた薄板用のバックバー３は、そのスリット状の溝３ｂの幅が１．０ｍｍに、また、マンドレル２外表面の他方の短辺側に取り付けた厚板用のバックバー３は、そのスリット状の溝３ｂの幅が１．２ｍｍに夫々設定されている。
【００３３】
前記各センター位置決め機構４は、ワークＷの円周方向の端面同士が薄板用のバックバー３のスリット状の溝３ｂ上及び厚板用のバックバー３のスリット状の溝３ｂ上でそれぞれ突合されるようにワークＷの端面の位置決めを行うものであり、図７に示す如く、バックバー３のスリット状の溝３ｂ内にマンドレル２の半径方向へ移動自在に挿入された薄鋼板製の長尺状のセンタープレート１２と、マンドレル２にその長手方向に一定間隔ごとに設けられ、センタープレート１２をマンドレル２の半径方向へ進退移動させるシリンダ構造の複数の駆動部１３とからそれぞれ構成されている。
【００３４】
即ち、各センタープレート１２は、薄板用のバックバー３及び厚板用のバックバー３のスリット状の溝３ｂにそれぞれ遊嵌状態で且つマンドレル２の半径方向へ移動自在に挿入されており、その先端部がバックバー３の上面から外方へ突出可能になっていると共に、先端部の側面にワークＷの端面が当接するようになっている。
これらのセンタープレート１２は、その厚みがバックバー３のスリット状の溝３ｂの幅よりも薄くなるように設定されている。そのため、センタープレート１２をバックバー３のスリット状の溝３ｂに挿入したときには、センタープレート１２の側面とバックバー３との間にアルゴンガス等のシールドガスが流れるスリット状の間隙が形成されることになる。この実施の形態では、センタープレート１２の厚みは、０．５ｍｍに設定されている。また、各センタープレート１２は、長手方向に三つに分割された格好になっている。
【００３５】
一方、各駆動部１３は、マンドレル２の長手方向に亘って齟齬する状態で且つマンドレル２の中心部付近に設けられており、マンドレル２の凹部２ｄにマンドレル２の半径方向へ移動自在に嵌め込まれ、センタープレート１２がボルトにより支持固定される支持台１３ａと、支持台１３ａの下面に連設され、マンドレル２の凹部２ｄの底面に形成したピストン穴２ｇにマンドレル２の半径方向へ摺動自在に挿入されたピストン１３ｂと、バックバー３と支持台１３ａとの間に介設され、支持台１３ａをマンドレル２の中心側へ附勢してセンタープレート１２の先端部をバックバー３のスリット状の溝３ｂ内に位置させる復帰用の圧縮スプリング１３ｃとから構成されており、圧縮空気供給源（図示省略）からの圧縮空気をマンドレル２に形成した圧縮空気供給口２ｆからピストン穴２ｇへ供給すると、ピストン１３ｂ、支持台１３ａ及びセンタープレート１２が圧縮スプリング１３ｃの弾性力に抗してマンドレル２の半径方向へ移動し、センタープレート１２の先端部がバックバー３の上面から外方へ突出し、また、圧縮空気の供給を停止すると、圧縮スプリング１３ｃの弾性力によりピストン１３ｂ、支持台１３ａ及びセンタープレート１２がマンドレル２の中心側へ移動し、センタープレート１２の先端部がスリット状の溝３ｂ内に収納されるようになっている。
【００３６】
尚、一対のセンター位置決め機構４の各駆動部１３は、マンドレル２の長手方向に亘って齟齬する状態で且つマンドレル２の中心部付近に設けられているため、マンドレル２の長辺側の長さを短めに形成することができ、マンドレル２の軽量化を図ることができる。
【００３７】
前記ワーク支持装置５は、直径の大きいワークＷや長さの長いワークＷを溶接する際にワークＷを水平姿勢で支持するものであり、図１〜図３に示す如く、マンドレル２の下方位置のベースフレーム１ｃ上に設けられ、昇降自在な矩形状のテーブル１４ａ及びテーブル１４ａの下方空間を覆うジャバラ構造のカバー１４ｂを備えた電動式のリフター１４と、リフター１４のテーブル１４ａ上面に設けられ、水平姿勢のワークＷの下面を支持するワーク受けローラ１５とから構成されている。
【００３８】
また、ワーク受けローラ１５は、テーブル１４ａの上面にマンドレル２に沿う姿勢で対向状に配置された二つの長尺状のボールローラ受け１５ａと、両ボールローラ受け１５ａの上面にマンドレル２に沿って一定間隔ごとに取り付けられ、３６０°回転自在なボールを備えた複数のボールローラ１５ｂとから成り、マンドレル２に沿って二列に配列されたボールローラ１５ｂがワークＷの外周面下面へ当接してワークＷを下面側から支持するものである。
【００３９】
前記クランプ機構６は、図８〜図１５に示す如く、金属材により長尺板状に形成されてマンドレル２の上方位置にマンドレル２に沿う姿勢で対向状に配置された一対のクランプベース１６と、各クランプベース１６にそれぞれ昇降自在に支持され、マンドレル２に沿う姿勢で対向状に配置された一対のクランプ可動板１７と、各クランプ可動板１７の下面にそれぞれマンドレル２に沿う姿勢で上下方向へ揺動自在に取り付けられ、マンドレル２に支持されたワークＷの円周方向の両端部上面に当接し得る対向状に配置された一対のクランプ板１８と、各クランプ可動板１７と各クランプ板１８との間にそれぞれ介設され、一対のクランプ板１８の対向する先端部を下方へ附勢して一対のクランプ板１８を傾斜姿勢に保持する弾性体１９と、各クランプ可動板１７にそれぞれ設けられ、各クランプ板１８の下方向への揺動量を規制するピン構造のストッパー２０と、各クランプベース１６と各クランプ可動板１７との間にそれぞれ設けられ、各クランプ可動板１７及び各クランプ板１８を昇降動させて各クランプ板１８の加圧力を調整するモータ駆動型の一対の駆動装置２１とから成り、前記各クランプ板１８は、それぞれ駆動装置２１により下降して各クランプ板１８の先端部がマンドレル２に支持されたワークＷの円周方向の両端部上面に当接してワークＷの円周方向の両端部を加圧したときに、弾性体１９の弾性力に抗して上方へ揺動し、両クランプ板１８の先端部間の間隔が狭まって所定の間隔（ワークＷの厚みに応じたクランプ幅）に調整されるように構成されている。
【００４０】
従って、このクランプ機構６は、溶接時に於ける一対のクランプ板１８のクランプ幅（一対のクランプ板１８がワークＷをクランプしたときの両クランプ板１８の間隔）が狭く設定されていても、クランプ板１８の開放時（一対のクランプ板１８がワークＷをクランプしていない状態の時）には、クランプ板１８のクランプ幅が広くなるので、ワークＷの円周方向両端をバックバー３上で突合せる際に両クランプ板１８の間からワークＷの突合せ部を目視でき、ワークＷの正確な突合せ作業を行えると共に、ワークＷの突合せ部の状態を確認することができる。
例えば、厚みが０．１ｍｍ〜０．４ｍｍの薄板のワークＷを突合せ溶接する場合、溶接時に於ける一対のクランプ板１８のクランプ幅が１．０ｍｍ〜２．０ｍｍになっていても、クランプ板１８の開放時には、一対のクランプ板１８のクランプ幅が３．０ｍｍ〜５．０ｍｍと広くなっている。
【００４１】
前記一対のクランプベース１６は、図８に示す如く、上部フレーム１ｂの下面に上部フレーム１ｂの下面開口を閉塞するように水平状態で取り付けられており、マンドレル２の上方位置にマンドレル２に沿う姿勢で対向状に配置された格好になっている。
また、各クランプベース１６の外側端面には、クランプ可動板１７及びクランプ板１８を外方から覆う安全カバー２２がそれぞれ取り付けられている。各安全カバー２２には、一対のクランプ板１８の間隔を調整する調整ネジ２６を回転操作できるように操作穴２２ａが形成されている。
【００４２】
前記一対のクランプ可動板１７は、図１２及び図１３に示す如く、金属材により長尺板状に形成されてマンドレル２側に位置する内側クランプ可動板１７ａと、金属材により角柱形状に形成されて内側クランプ可動板１７ａの外側端部にマンドレル２側へ水平移動自在に取り付けた外側クランプ可動板１７ｂとからそれぞれ成り、内側クランプ可動板１７ａに所定の間隔で立設した複数本の上下ガイド軸２３をクランプベース１６に取り付けた複数のリニアブッシュ２４にそれぞれ昇降自在に挿通することによって、クランプベース１６の下面側で且つクランプベース１６に昇降自在に支持されている。
また、各外側クランプ可動板１７ｂは、内側クランプ可動板１７ａの外側端面にマンドレル２に直交する水平姿勢で植設した複数本のガイドシャフト２５に摺動自在に支持されてマンドレル２側へ水平移動自在になっており、外側クランプ可動板１７ｂに設けた二つの調整ネジ２６を回転操作することによって、内側クランプ可動板１７ａと外側クランプ可動板１７ｂとの間隔及び一対のクランプ板１８の間隔を調整できるようになっている。
【００４３】
即ち、各調整ネジ２６は、図１４に示す如く、外側クランプ可動板１７ｂに二本の平行な抜け止めピン２７により回転自在且つ軸線方向へ移動不納に埋設状態で挿着されており、調整ネジ２６の先端部に形成したネジ部が内側クランプ可動板１７ａの外側端部に軸線方向へ移動可能に螺着されている。
従って、各調整ネジ２６を回転操作することによって、各外側クランプ可動板１７ｂが各内側クランプ可動板１７ａに対して水平移動し、各内側クランプ可動板１７ａと各外側クランプ可動板１７ｂとの間隔を調整することができると共に、各外側クランプ可動板１７ｂに取り付けたクランプ板１８の間隔も調整することができる。
また、各調整ネジ２６の頭部と内側クランプ可動板１７ａの外側端面との間には、調整ネジ２６が弛まないようにするための圧縮コイルスプリング２８が配設されている。
【００４４】
前記一対のクランプ板１８は、図８に示す如く、銅材により長尺板状に形成されて対向する内側部分が斜め下方へ折り曲げられており、外側クランプ可動板１７ｂの下面に長尺構造のヒンジ２９を介して上下方向へ揺動自在に取り付けられている。
また、各クランプ板１８は、図１３及び図１４に示す如く、内側クランプ可動板１７ａの内側端部とクランプ板１８との間に介設した複数の弾性体１９（圧縮コイルスプリング）により下方へ附勢されており、クランプ板１８の内側先端部がワークＷの円周方向両端部の上面へ弾性的に当接するようになっている。各弾性体１９は、内側クランプ可動板１７ａの内側部分に一定間隔ごとに形成した複数の収納穴１７ａ′内にそれぞれ収納されており、各収納穴１７ａ′の上方開口を閉塞する長尺状の押え板３０により収納穴１７ａ′内から抜け止めされている。
更に、各クランプ板１８は、図１５に示す如く、クランプ可動板１７の内側部分に一定間隔ごとに設けた複数のピン構造のストッパー２０により下方向への揺動量が規制されている。各ストッパー２０は、一対のクランプ可動板１７の内側部分に形成した複数の貫通穴１７ａ″に遊嵌状態で且つ下方へ抜け止めされた状態で挿通されており、その下端部がクランプ板１８に連結された状態になっている。
そして、各クランプ板１８は、外側クランプ可動板１７ｂに取り付けられているため、調整ネジ２６を回転操作して内側クランプ可動板１７ａと外側クランプ可動板１７ｂとの間隔を変えることによって、対向するクランプ板１８の先端部間の間隔を調整できるようになっている。
【００４５】
前記モータ駆動型の一対の駆動装置２１は、図８〜図１２に示す如く、クランプベース１６とクランプ可動板１７との間に設けられ、クランプ可動板１７をクランプベース１６に対して昇降動させる複数のボールネジ機構３１と、クランプベース１６に配設したサーボモータ３２と、サーボモータ３２をサーボ制御するサーボモータ制御部（図示省略）と、サーボモータ３２の回転運動をボールネジ機構３１に伝達する伝動機構３３とからそれぞれ成り、サーボモータ３２を制御することによって、クランプ板１８の下降位置をワークＷの厚さに応じて自由に設定することができると共に、クランプ板１８の加圧力を自在に調整できるように構成されている。これら各駆動装置２１は、邪魔にならないように上部フレーム１ｂを形成する二つの長尺箱状部材の内方にそれぞれ収納された格好になっている。
【００４６】
前記各ボールネジ機構３１は、各クランプベース１６の上面に固定した外観形状が円柱形状の軸受台３４にベアリング３４ａを介して回転自在に且つ軸線方向へ移動不納に支持された鉛直姿勢のボールネジ軸３１ａと、クランプ可動板１７の内側クランプ可動板１７ａの上面に固定され、ボールネジ軸３１ａが螺挿されるボールナット３１ｂとからそれぞれ成り、ボールネジ軸３１ａが正逆回転すると、廻り止めされたボールナット３１ｂがボールネジ軸３１ａに沿って上下方向へ往復移動し、クランプ可動板１７をクランプベース１６に対して昇降動させるようになっている。
この実施の形態に於いては、ボールネジ機構３１は、長尺板状のクランプ可動板１７を水平姿勢を保った状態で昇降動させることができるように各クランプベース１６と各クランプ可動板１７との間にそれぞれ四箇所設けられている。
【００４７】
また、各サーボモータ３２は、クランプベース１６の一端部上面に固定したモータブラケット３５に取り付けられており、サーボモータ制御部（図示省略）によりサーボ制御されるようになっている。
【００４８】
更に、各伝動機構３３は、クランプベース１６の上面に固定した複数の軸受台３６にクランプベース１６に沿う姿勢で回転自在に支持され、各ボールネジ機構３１の近傍に位置して一端部がカップリング３７を介してサーボモータ３２に連結されたシャフト３３ａと、シャフト３３ａに嵌着され、各ボールネジ機構３１のボールネジ軸３１ａの近傍に位置する四つのウォームギヤ３３ｂと、各ボールネジ機構３１のボールネジ軸３１ａの上端部に嵌着され、ウォームギヤ３３ｂにそれぞれ噛合する四つのウォームホイール３３ｃとからそれぞれ構成されている。
【００４９】
而して、このモータ駆動型の駆動装置２１によれば、サーボモータ制御部によりサーボモータ３２が駆動制御されると、サーボモータ３２の回転力が伝動機構３３によりボールネジ機構３１のボールネジ軸３１ａに伝達され、これによってボールネジ軸３１ａを所定の角度又は所定の回転数だけ正回転又は逆回転させる。そうすると、ボールネジ機構３１によりクランプ可動板１７及びクランプ板１８が昇降動することになる。
この駆動装置２１は、サーボ制御されているため、両クランプ板１８の下降位置をワークＷの厚さに応じて自由に設定可能であり、また、各クランプ板１８の加圧力を自在に調整することができる。
その結果、クランプ機構６は、一対のクランプ板１８を予圧位置（ワークＷの厚み＋αの隙間の位置、即ち、一対のクランプ板１８がマンドレル２に支持されたワークＷの円周方向の両端部をバックバー３上へ動ける程度に軽く保持する位置）まで下降させることができ、また、一対のクランプ板１８を加圧位置（弾性体１９が圧縮されて一対のクランプ板１８の間隔が狭まり、一対のクランプ板１８がワークＷの円周方向両端を加圧密着させた状態でワークＷの円周方向両端部をバックバー３へ強固に押圧する位置）まで下降させることができる。
【００５０】
尚、図９〜図１１に於いて、３８はクランプベース１６に遊嵌状態で挿通され、クランプ可動板１７の上面に立設したセンサー用シャフト、３９はセンサー用シャフト３８に固定したセンサーブラケット、４０はクランプベース１６の上面に立設したセンサー用レール４１に取り付けられ、クランプ板１８の上限位置及び下限位置を規制するフォトセンサーである。
【００５１】
前記溶接装置７（ＴＩＧ溶接装置７）は、図１及び図３に示す如く、上部フレーム１ｂの上面に二本の平行なガイドレール４２を介してマンドレル２の長手方向へ往復移動自在に配設した走行台４３と、走行台４３にアーム部材４４を介して昇降自在に支持され、先端部からアルゴンガス等のシールドガスを流すと共に、タングステン電極棒４５ａを挿着した溶接用トーチ４５と、走行台４３に設けられ、溶接用トーチ４５を昇降動させるサーボモータ等から成るトーチ上下駆動装置（図示省略）と、走行台４３に設けられ、溶接状況（タングステン電極棒の消耗やアークの状態等）やワークＷの端部の突合せ状況を確認する監視カメラ（図示省略）と、走行台４３に設けられ、溶接開始前に於けるタングステン電極棒４５ａとワークＷの間隙設定を容易にし、溶接中に於けるタングステン電極棒４５ａとワークＷの接触事故を直ちに検知する電極接触検知装置（図示省略）と、走行台４３をマンドレル２の長手方向へ往復走行させるモータ及び伝動装置からから成る駆動装置（図示省略）等から構成されており、ワークＷの突合せ部を突合せ溶接する際に溶接用トーチ４５の先端が自動的に高さ調整され且つ走行台４３及びこれに支持された溶接用トーチ４５が所定の速度でワークＷの突合せ部に沿って直線移動するようになっている。この溶接装置７は、従来公知のものと同様構造に構成されている。
尚、この溶接装置７は、溶接用トーチ４５等を設けた走行台４３を上部フレーム１ｂの上面に配設した二本のガイドレール４２に走行自在に支持する構成としているため、取付け作業を簡単に行えると共に、安価な構造で長期間の使用にも芯ズレや蛇行が発生することなく安定した溶接が可能となる。
【００５２】
次に、上述した水平型自動溶接装置を用いて円筒状に曲げ加工したワークＷの円周方向両端を突合せ溶接してパイプやドラムを作製する場合について説明する。
【００５３】
尚、ワークＷには、厚みが０．１ｍｍ〜０．４ｍｍのステンレス鋼板等を円筒状に曲げ加工した薄板のワークＷや、厚みが０．６ｍｍ〜２．０ｍｍのステンレス鋼板等を円筒状に曲げ加工した厚板のワークＷが使用されている。また、溶接電流、アーク長、シールドガスの供給量、溶接用トーチ４５の走行速度、タングステン電極棒４５ａの先端形状等の溶接条件は、ワークＷの材質、板厚、幅等に応じて最適の条件下に設定されていることは勿論である。
【００５４】
先ず、突合せ溶接するワークＷの厚さに応じてマンドレル２を手動操作により回転操作し、ワークＷの厚みに対応するバックバー３が真上を向くようにマンドレル２を回転させる。
例えば、薄板（厚さが０．１ｍｍ〜０．４ｍｍ）のワークＷを突合せ溶接する場合には、マンドレル２を回転させて薄板用のバックバー３（スリット状の溝３ｂの幅の狭いバックバー３）が真上を向くようにマンドレル２を回転操作する。
【００５５】
次に、マンドレル２に円筒状に曲げ加工したワークＷを挿着すると共に、マンドレル２の先端部をマンドレル受け１１により支持して長尺状のマンドレル２の撓みを防止し、この状態でマンドレル２の上面側に位置するセンター位置決め機構４のセンタープレート１２を駆動部１３により上昇させてセンタープレート１２の先端部（上端部）をバックバー３の上面から上方へ突出させる。
【００５６】
尚、マンドレル２にワークＷを挿着する際、一対のクランプ板１８が駆動装置２１によりマンドレル２に対して昇降動する構成となっているため、マンドレル２と一対のクランプ板１８との間隔を大きく取ることができ、ワークＷをマンドレル２に挿着し易くなる。
【００５７】
その後、一対のクランプ板１８を予圧位置（ワークＷの厚み＋αの隙間の位置、即ち、一対のクランプ板１８がマンドレル２に支持されたワークＷの円周方向の両端部をバックバー３上へ動ける程度に軽く保持する位置）まで下降させ、この状態でマンドレル２に支持されたワークＷの円周方向の一端をセンタープレート１２の上端部側面に当接させる（図１６（Ａ）参照）。
【００５８】
このとき、一対のクランプ板１８が予圧位置まで下降しているため、クランプ板１８の先端部とマンドレル２のバックバー３との間隔が狭くなり、その結果、マンドレル２に支持されたワークＷの円周方向の一端は、クランプ板１８の先端部とバックバー３にガイドされながらセンタープレート１２の上端部側面に突き当てられることになる。
また、予圧位置まで下降した一対のクランプ板１８の間隔が広くなっているので、ワークＷの円周方向の一端をセンタープレート１２に突き合せる際に目視することができる。
従って、ワークＷの円周方向の一端をセンタープレート１２に極めて突き当て易くなる。
【００５９】
ワークＷの円周方向の一端をセンタープレート１２の上端部側面に当接させたら、クランプ機構６の一方のクランプ板１８（センタープレート１２に当接しているワークＷの一端部上方に位置するクランプ板１８）を駆動装置２１により予圧位置から加圧位置まで下降させ、当該クランプ板１８によりワークＷの円周方向一端部をバックバー３上へ動かないように強固に加圧固定する（図１６（ｂ）参照）。
【００６０】
尚、一方のクランプ板１８が予圧位置から加圧位置へ下降すると、一方のクランプ板１８が弾性体１９を圧縮しながらヒンジ２９を支点にして上方へ揺動すると共に、当該クランプ１８の先端部が弾性体１９の圧縮分だけセンタープレート１２側へ移動し、一対のクランプ１８間の間隔が狭くなる。
このとき、一方のクランプ板１８の先端部下面とワークＷの円周方向一端部上面との間に強い摩擦抵抗が働き、ワークＷの円周方向一端部をセンタープレート１２側へ移動させる。その結果、ワークＷの円周方向一端は、センタープレート１２に加圧密着され、理想溶接線（溶接用トーチ４５の走行軌跡）に一致することになる。
【００６１】
ワークＷの円周方向の一端部を一方のクランプ板１８によりバックバー３上へ加圧固定したら、センター位置決め機構４の駆動部１３に供給されている圧縮空気の供給を停止する。そうすると、復帰用の圧縮スプリング１３ｃの弾性力によりセンタープレート１２が下降し、センタープレート１２の上端部がバックバー３のスリット状の溝３ｂ内に収納される（図１６（Ｃ）参照）。
【００６２】
センタープレート１２が下降したら、ワークＷの円周方向他端を目視によって先にバックバー３上に加圧固定されたワークＷの円周方向一端に突合せる（図１６（Ｃ）参照）。
【００６３】
このとき、ワークＷの円周方向他端部の上方に位置するクランプ板１８が予圧位置まで下降しているため、クランプ板１８の先端部とマンドレル２のバックバー３との間隔が狭くなり、その結果、ワークＷの円周方向の他端は、クランプ板１８の先端部とバックバー３にガイドされながらワークＷの円周方向一端に重なることなく正確且つ確実に突き当てられることになる。
また、クランプ板１８が予圧位置にあるときには、弾性体１９の弾性力が働いていない状態にあるので、クランプ板１８間の間隔が広くなっており、ワークＷの円周方向両端の突き当て状態を見やすく、その結果、ワークＷの円周方向の他端を先に加圧固定されているワンプＷの円周方向の一端に極めて突き当て易くなる。
【００６４】
ワークＷの円周方向両端を突合せたら、クランプ機構６の他方のクランプ板１８（未だ予圧位置にあるクランプ板１８）を駆動装置２１により予圧位置から加圧位置まで下降させ、当該クランプ板１８によりワークＷの円周方向他端部をバックバー３上へ動かないように強固に加圧固定する（図１６（Ｄ）参照）。
【００６５】
尚、他方のクランプ板１８が予圧位置から加圧位置へ下降すると、他方のクランプ板１８が弾性体１９を圧縮しながらヒンジ２９を支点にして上方へ揺動すると共に、当該クランプ１８の先端部が弾性体１９の圧縮分だけ加圧位置にある一方のクランプ板１８側へ移動し、一対のクランプ１８間の間隔が狭くなる。
このとき、他方のクランプ板１８の先端部下面とワークＷの円周方向他端部上面との間に強い摩擦抵抗が働き、ワークＷの円周方向他端部をバックバー３上へ加圧固定されているワンプＷの円周方向一端部側へ移動させる。その結果、ワークＷの円周方向両端が加圧密着され、隙間のない突合せ接合面が形成されることになる。
【００６６】
そして、ワークＷの円周方向の両端がバックバー３のスリット状の溝３ｂ上で突合せ固定されたら、マンドレル２のガス供給口２ｅからバックバー３のスリット状の溝３ｂ内にアルゴンガス等のシールドガスを供給しつつ、溶接装置７によりワークＷの突合せ部を突合せ溶接する。
即ち、溶接用トーチ４５が下降してタングステン電極棒４５ａの先端をワークＷの突合せ部の一端部に臨ませてタングステン電極棒４５ａの先端とワークＷとの間にアークを発生させ、このアークが安定した状態になってから走行台４３が駆動装置により前進して溶接用トーチ４５をワークＷの突合せ部に沿って走行させ、ワークＷの突合せ部を順次突合せ溶接して行く。
【００６７】
このとき、ワークＷの円周方向両端がクランプ機構６のクランプ板１８及び弾性体１９により加圧状態で密着されているため、穴あきやヘコミ等の溶接欠陥のない高品質で美しい溶接を行える。
【００６８】
ワークＷの突合せ溶接が終了すると、バックバー３へのシールドガスの供給を停止すると共に、溶接装置７の溶接用トーチ４５が元の位置に復帰する。また、クランプ機構６によるワークＷのクランプ状態が解除されると共に、マンドレル受け１１が鉛直位置から水平位置へ回動してマンドレル２の先端を開放する。
これにより、突合せ溶接されたワークＷ（パイプやドラム）をマンドレル２から引き抜くことができる。
【００６９】
このとき、一対のクランプ板１８が一対の駆動装置２１によりマンドレル２に対して昇降動する構成としているため、マンドレル２と一対のクランプ板１８との間隔を大きく取ることができ、溶接済みのワークＷ（パイプやドラム）をマンドレル２から取り出す際に、ワークＷの取り出しを容易に行えると共に、ワークＷがマンドレル２の上面やバックバー３、左右のクランプ板１８の先端部下面をこすったりするということがなく、マンドレル２、バックバー３及び左右のクランプ板１８の消耗やワークＷの損傷及び変形を防止することができる。
【００７０】
このように、上述した水平型自動溶接装置を用いて円筒状に曲げ加工したワークＷを突合せ溶接すると、クランプ幅が狭い薄板のワークＷの突合せ溶接を行う場合であっても、ワークＷの突合せ部の状態を確認することができてワークＷの正確な突合せ作業を行うことができ、また、クランプ機構６によるワークＷのクランプ時にワークＷの円周方向両端が密着するようにワークＷをクランプすることができるので、溶接不良（穴あき、ヘコミ、ずれ、重なり等）のない突合せ溶接を行えて高品質のパイプやドラムを作製することができる。
更に、この水平型手自動溶接装置７は、略左右対称の構造になっていると共に、クランプ機構６を操作する操作スイッチ８がフレーム１の両側面にそれぞれ設けられているため、左右（図２の左右方向）どちらの位置からでも作業を行えるので、能率の良い作業を行える。
【符号の説明】
【００７１】
１はフレーム、２はマンドレル、３はバックバー、４はセンター位置決め機構、６はクランプ機構、７は溶接装置、１６はクランプベース、１７はクランプ可動板、１７ａは内側クランプ可動板、１７ｂは外側クランプ可動板、１８はクランプ板、１９は弾性体、２１は駆動装置、２６は調整ネジ、２９はヒンジ、３１はボールネジ機構、３２はサーボモータ、３３は伝動機構、Ｗはワーク。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ステンレス板や鋼板等の金属板を円筒状に曲げ加工して成るワークを水平姿勢のマンドレルで支持し、マンドレルに設けたバックバー上でワークの円周方向の両端部をクランプ機構により突合せ状態でクランプし、この状態でワークの突合せ部を突合せ溶接してパイプやドラムを作製するようにした水平型自動溶接装置の改良に係り、特に、クランプ幅（クランプ機構の一対のクランプ板がワークをクランプしたときのクランプ板間の間隔）が狭い薄板のワーク（厚さが０．１ｍｍ〜０．４ｍｍのワーク）の突合せ溶接を行う場合であっても、ワークの突合せ部の状態を確認することができてワークの正確な突合せ作業を行うことができ、また、クランプ機構によるワークのクランプ時にワークの円周方向両端が密着するようにワークをクランプすることができ、更に、マンドレルからの溶接済みのワークの取り出しを容易に行えると共に、ワークの取り出し時にマンドレルやクランプ機構のクランプ板等の消耗、ワークの損傷及び変形を防止でき、然も、クランプ機構のクランプ板の下降位置をワークの厚さに応じて自由に設定できるようにした水平型自動溶接装置に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
従来、円筒状に曲げ加工した金属板製のワークの円周方向両端を突合せ溶接してパイプを作製する装置としては、例えば、本件出願人が先に開発した水平型自動溶接装置が知られている（例えば、特許文献１及び特許文献２参照）。
【０００３】
即ち、前記水平型自動溶接装置は、図１７に示す如く、円筒状に曲げ加工したワークＷを支持する水平姿勢のマンドレル５０と、マンドレル５０の上面に設けた長尺状のバックバー５１と、マンドレル５０に設けられ、ワークＷの円周方向両端がバックバー５１のスリット状の溝上で突合されるようにワークＷの端面の位置決めを行うセンター位置決め機構（図示省略）と、マンドレル５０の上方位置に配設され、ワークＷの円周方向両端を突合せた状態でバックバー５１上へクランプするチューブクランプ方式のクランプ機構５２と、マンドレル５０の上方位置に配設され、ワークＷの突合せ部を突合せ溶接する溶接用トーチ５３等を備えたＴＩＧ溶接装置（全体は図示省略）とから構成されており、マンドレル５０にセットしたワークＷの円周方向両端をセンター位置決め機構により位置決めすると共に、位置決めされたワークＷの円周方向両端部をクランプ機構５２によりバックバー５１上で突合せ固定し、その突合せ部をＴＩＧ溶接装置により突合せ溶接して接合するようにしたものである。
【０００４】
また、チューブクランプ方式のクランプ機構５２は、図１７に示す如く、マンドレル５０上方位置に配設したフレーム５４にヒンジ５２ａを介して上下方向へ揺動自在に支持され、対向状に配置された左右のクランプ板５２ｂと、左右のクランプ板５２ｂを上方へ附勢する引張りスプリング５２ｃと、圧縮空気の供給により膨張して左右のクランプ板５２ｂを下方へ押し下げるエアーチューブ５２ｄ等から成り、エアーチューブ５２ｄに圧縮空気を供給してエアーチューブ５２ｄを膨張させると、左右のクランプ板５２ｂが引張りスプリング５２ｃの弾性力に抗して下方へ揺動し、左右のクランプ板５２ｂの先端部がマンドレル５０に支持されたワークＷの円周方向両端部上面に当接してワークＷの円周方向両端部をバックバー５１上へクランプし、また、圧縮空気の供給を停止すると、左右のクランプ板５２ｂが引張りスプリング５２ｃの弾性力により上方へ揺動し、ワークＷのクランプ状態が解除されるようになっている。
【０００５】
ところで、ワークＷの理想的な突合せ溶接を行うには、ワークＷのクランプ時に於ける左右のクランプ板５２ｂの間隔（クランプ幅）を突合せ溶接するワークＷの厚さに応じて調整する必要があり、一般にはワークＷの厚さが薄くなれば、左右のクランプ板５２ｂ間の間隔（クランプ幅）を狭くし、また、ワークＷの厚さが厚くなれば、左右のクランプ板５２ｂ間の間隔（クランプ幅）を広くするようにしている。
例えば、厚さが０．１ｍｍ〜０．４ｍｍのワークＷ（薄板のワークＷ）の場合には、左右のクランプ板５２ｂの間隔（クランプ幅）を１．０ｍｍ〜３．０ｍｍとし、また、厚さが０．６ｍｍ〜２．０ｍｍのワークＷ（厚板のワークＷ）の場合には、左右のクランプ板５２ｂの間隔（クランプ幅）を４．０ｍｍ〜２０ｍｍとしている。
【０００６】
特に、厚みの極めて薄いワークＷを突合せ溶接する場合には、左右のクランプ板５２ｂの間隔を出来るだけ狭くする方が良い。これは左右のクランプ板５２ｂの間隔を広くすると、溶接時の熱でワークＷの表面温度が厚板のワークＷに比較して高温になり易く、そのために溶接中に変形が生じて溶接不良を引き起こすことになるからである。
【０００７】
ところが、上述した従来の水平型自動溶接装置に於いては、対向状に配置した左右のクランプ板５２ｂがヒンジ５２ａを取り付けた部分を中心にして上下方向へ揺動する構造のクランプ機構５２を用いているため、肉厚が０．１ｍｍ〜０．４ｍｍの薄板のワークＷを突合せ溶接する場合には、下記に示すような問題が発生していた。
【０００８】
例えば、肉厚が０．１ｍｍ〜０．４ｍｍの薄板のワークＷを突合せ溶接する場合、溶接時の熱歪を防止するため、左右のクランプ板５２ｂのクランプ幅（左右のクランプ板５２ｂがワークＷをクランプしたときの左右のクランプ板５２ｂの間隔）を１．０ｍｍ〜３．０ｍｍに狭くして溶接を行わなければならない。
【０００９】
しかし、上述したチューブクランプ方式のクランプ機構５２は、左右のクランプ板５２ｂが上下方向へ揺動するときに、対向する左右のクランプ板５２ｂの先端が円弧状の軌跡を描くため、左右のクランプ板５２ｂの開閉ストローク（揺動ストローク）を小さくしないと、左右のクランプ板５２ｂが上方へ揺動したときに左右のクランプ板５２ｂの先端同士が干渉することになる。
【００１０】
そのため、薄板のワークＷを溶接する場合、左右のクランプ板５２ｂの開放時（左右のクランプ板５２ｂが上方へ揺動してワークＷをクランプしていない状態の時）には、左右のクランプ板５２ｂの間隔が略ゼロになり、また、左右のクランプ板５２ｂの開放時に於けるクランプ板５２ｂ同士の干渉を避けるためには、マンドレル５０と左右のクランプ板５２ｂとの間隔を必然的に狭く設定しなければならない。
【００１１】
このように、チューブクランプ方式のクランプ機構５２を用いた従来の水平型自動溶接装置は、薄板のワークＷを溶接する場合、左右のクランプ板５２ｂの開放時に於ける間隔が略ゼロになるため、ワークＷの円周方向両端をマンドレル５０に設けたバックバー５１上で突合せる際にワークＷの突合せ部を目視できなくなり、ワークＷの正確な突合せ作業を行えなくなると共に、ワークＷの突合せ部の状態を確認できないという問題があった。
【００１２】
また、従来の水平型自動溶接装置は、マンドレル５０と左右のクランプ板５２ｂとの間隔が狭いため、溶接済みのワークＷ（パイプ）をマンドレル５０から取り出す際に、ワークＷの取り出しが極めて行い難くなると共に、ワークＷがマンドレル５０やバックバー５１の上面、或いは左右のクランプ板５２ｂの下面をこすってマンドレル５０、バックバー５１及び左右のクランプ板５２ｂの消耗を速めるうえ、ワークＷが損傷したり、変形したりするという問題があった。
【００１３】
更に、従来の水平型自動溶接装置は、左右のクランプ板５２ｂが下方へ揺動してその先端部でワークＷをクランプするときに、左右のクランプ板５２ｂの先端がハの字状に広がるため、左右のクランプ板５２ｂでワークＷをクランプすると、左右のクランプ板５２ｂの間隔が広くなる現象が発生する。このとき、ワークＷの円周方向の両端部にワークＷを開こうとする力が働き、ワークＷの突合せ部に隙間が生じることがある。そのため、この状態でワークＷを突合せ溶接すると、穴あきやヘコミ等の溶接欠陥が発生し、溶接済みのワークＷ（パイプ）の品質が著しく低下するという問題があった。
【００１４】
そのうえ、従来の水平型自動溶接装置は、左右のクランプ板５２ｂをエアーチューブ５２ｄの膨張によりワークＷ側へ加圧するようにしているが、左右のクランプ板５２ｂの加圧調整を行い難いという問題があった。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献１】特開２００３−２０５３６９号公報
【特許文献２】特開２００７−０２１５６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１６】
本発明は、このような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、クランプ幅が狭い薄板のワークの突合せ溶接を行う場合であっても、ワークの突合せ部の状態を確認できてワークの正確な突合せを行え、また、ワークの円周方向両端が密着するようにワークの円周方向両端部をクランプすることができ、更に、溶接済みのワークの取り出しを容易に行えると共に、ワークの取り出し時に於けるマンドレル及びクランプ板等の消耗やワークの損傷及び変形を防止でき、然も、クランプ板の下降位置をワークの厚さに応じて自由に設定できるようにした水平型自動溶接装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１７】
上記目的を達成するために、本発明の請求項１の発明は、フレームに水平姿勢で支持され、円筒状に曲げ加工した金属板製のワークを支持するマンドレルと、マンドレルの上面に設けたバックバーと、マンドレルに設けられ、ワークの円周方向の端面の位置決めを行うセンター位置決め機構と、マンドレルの上方位置に配設され、ワークの円周方向の両端部を突合せた状態でバックバー上へクランプするクランプ機構と、ワークの突合せ部を突合せ溶接する溶接装置とを具備する水平型自動溶接装置に於いて、前記クランプ機構は、マンドレルの上方位置にマンドレルに沿う姿勢で対向状に配置された一対のクランプベースと、各クランプベースにそれぞれ昇降自在に支持され、マンドレルに沿う姿勢で対向状に配置された一対のクランプ可動板と、各クランプ可動板の下面にそれぞれマンドレルに沿う姿勢で上下方向へ揺動自在に取り付けられ、マンドレルに支持されたワークの円周方向の両端部上面に当接し得る対向状に配置された一対のクランプ板と、各クランプ可動板と各クランプ板との間にそれぞれ介設され、一対のクランプ板の対向する先端部を下方へ附勢して一対のクランプ板を傾斜姿勢に保持する弾性体と、各クランプベースと各クランプ可動板との間にそれぞれ設けられ、各クランプ可動板及び各クランプ板を昇降動させて各クランプ板の加圧力を調整するモータ駆動型の一対の駆動装置とから成り、前記各クランプ板は、それぞれ駆動装置により下降して各クランプ板の先端部がマンドレルに支持されたワークの円周方向の両端部上面に当接してワークの円周方向の両端部を加圧したときに、弾性体の弾性力に抗して上方へ揺動し、両クランプ板の先端部間の間隔が狭まってワークの厚みに応じた間隔に調整される構成としたことに特徴がある。
【００１８】
本発明の請求項２の発明は、一対のクランプ可動板が、マンドレル側に位置する内側クランプ可動板と、内側クランプ可動板の外側端部にマンドレル側へ水平移動自在に取り付けた外側クランプ可動板とからそれぞれ成り、外側クランプ可動板の下面にヒンジを介してクランプ板を上下方向へ揺動自在に取り付け、また、外側クランプ可動板に内側クランプ可動板と外側クランプ可動板との間隙を調整する調整ネジを回転自在且つ軸線方向へ移動不納に埋設状態で挿着する共に、調整ネジの先端部に形成したネジ部を内側クランプ可動板の外側端部に軸線方向へ移動可能に螺着し、当該調整ネジを回転操作することによって、対向状に配置した一対のクランプ板の先端部間の間隔を自在に調整できる構成としたことに特徴がある。
【００１９】
本発明の請求項３の発明は、モータ駆動型の一対の駆動装置が、クランプベースとクランプ可動板との間に設けられ、クランプ可動板をクランプベースに対して昇降動させるボールネジ機構と、クランプベースに配設したサーボモータと、サーボモータをサーボ制御するサーボモータ制御部と、サーボモータの回転運動をボールネジ機構に伝達する伝動機構とからそれぞれ成り、サーボモータを制御することによって、クランプ板の下降位置をワークの厚さに応じて自由に設定できると共に、クランプ板の加圧力を自在に調整できるようにしたことに特徴がある。
【発明の効果】
【００２０】
本発明の請求項１に係る水平型自動溶接装置は、ワークの円周方向の両端部を突合せた状態でマンドレルのバックバー上へクランプするクランプ機構が、マンドレルの上方位置に対向状に配置された一対のクランプベースと、各クランプベースにそれぞれ昇降自在に支持されて対向状に配置された一対のクランプ可動板と、各クランプ可動板の下面にそれぞれ上下方向へ揺動自在に取り付けられ、マンドレルに支持されたワークの円周方向の両端部上面に当接し得る対向状に配置された一対のクランプ板と、各クランプ可動板と各クランプ板との間にそれぞれ介設され、一対のクランプ板を下方へ附勢する弾性体と、各クランプベースと各クランプ可動板との間にそれぞれ設けられ、各クランプ可動板及び各クランプ板を昇降動させるモータ駆動型の一対の駆動装置とから成り、各クランプ板の先端部がマンドレルに支持されたワークの円周方向の両端部上面に当接してワークを加圧したときに、両クランプ板が弾性体の弾性力に抗して上方へ揺動して両クランプ板の先端部間の間隔が狭まってワークの厚みに応じた間隔に調整される構成としているため、薄板のワークを溶接する場合に、一対のクランプ板のクランプ幅（一対のクランプ板がワークをクランプしたときのクランプ板間の間隔）が狭く設定されていても、クランプ板の開放時（一対のクランプ板がワークをクランプしていない状態の時）には、クランプ板のクランプ幅が広くなっているので、ワークの円周方向両端をマンドレルに設けたバックバー上で突合せる際に両クランプ板の間からワークの突合せ部を目視でき、ワークの正確な突合せ作業を行えると共に、ワークの突合せ部の状態を確認することができる。
また、本発明の請求項１に係る水平型自動溶接装置は、各クランプ板の先端部がマンドレルに支持されたワークの円周方向の両端部上面に当接してワークを加圧したときに、両クランプ板が弾性体の弾性力に抗して上方へ揺動して両クランプ板の先端部間の間隔が狭まる構成となっているため、クランプ板によるワークの加圧時に弾性体の弾性力によりワークの円周方向両端部を閉じようとする力が働き、ワークの円周方向両端が密着することになり、その結果、穴あきやヘコミ等の溶接欠陥のない高品質のパイプやドラムを作製することができる。
更に、本発明の請求項１に係る水平型自動溶接装置は、一対のクランプ板が一対の駆動装置によりマンドレルに対して昇降動する構成としているため、マンドレルと一対のクランプ板との間隔を大きく取ることができ、溶接済みのワーク（パイプやドラム）をマンドレルから取り出す際に、ワークの取り出しを容易に行えると共に、ワークがマンドレルの上面やバックバー、左右のクランプ板の先端部下面をこすったりするということがなく、その結果、マンドレル、バックバー及び左右のクランプ板の消耗やワークの損傷及び変形を防止することができる。
【００２１】
本発明の請求項２及び請求項３に係る水平型自動溶接装置は、上記効果に加えて更に次のような優れた効果を奏することができる。
即ち、本発明の請求項２の水平型自動溶接装置は、一対のクランプ可動板が、マンドレル側に位置する内側クランプ可動板と、内側クランプ可動板の外側端部にマンドレル側へ水平移動自在に取り付けた外側クランプ可動板とからそれぞれ成り、外側クランプ可動板の下面にヒンジを介してクランプ板を上下方向へ揺動自在に取り付け、また、外側クランプ可動板に内側クランプ可動板と外側クランプ可動板との間隙を調整する調整ネジを回転自在且つ軸線方向へ移動不納に埋設状態で挿着する共に、調整ネジの先端部に形成したネジ部を内側クランプ可動板の外側端部に軸線方向へ移動可能に螺着し、当該調整ネジを回転操作することによって、対向状に配置した一対のクランプ板の先端部間の間隔を調整できる構成としているため、ワークの厚みが変わった場合でも、一対のクランプ板の間隔をワークの厚さに応じて最適な間隔になるように簡単に調整することができる。また、一対のクランプ板の間隔を調整する調整ネジが外側クランプ可動板に埋設状態で挿着され、外部へ突出していないので、調整ネジが不用意に回されてクランプ板間の間隔が変わるということもない。
【００２２】
更に、本発明の請求項３の水平型自動溶接装置は、モータ駆動型の一対の駆動装置が、クランプベースとクランプ可動板との間に設けられ、クランプ可動板をクランプベースに対して昇降動させるボールネジ機構と、クランプベースに配設したサーボモータと、サーボモータをサーボ制御するサーボモータ制御部と、サーボモータの回転運動をボールネジ機構に伝達する伝動機構とからそれぞれ成り、サーボモータを制御することによって、クランプ板の下降位置をワークの厚さに応じて自由に設定することができると共に、クランプ板の加圧力を自在に調整できるようにしているため、ワークの突合せ作業をより一層行い易くなると共に、ワークの円周方向両端の突合せをより正確に行うことができる。
例えば、一対のクランプ板を予圧位置（ワークの厚み＋αの隙間の位置、即ち、一対のクランプ板がマンドレルに支持されたワークの円周方向の両端部をバックバー上へ動ける程度に軽く保持する位置）まで下降させると、ワークの円周方向両端部がクランプ板とマンドレルのバックバーとでガイドされた格好なるので、ワークの円周方向の一端をセンター位置決め機構のセンタープレートに突き当てし易くなると共に、ワークの円周方向の他端をワークの円周方向の一端に重なることなく突き当てることができ、ワークの円周方向両端の突合せを正確且つ確実に行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本発明の実施の形態に係る水平型自動溶接装置の斜視図である。
【図２】同じく水平型自動溶接装置の拡大正面図である。
【図３】同じく水平型自動溶接装置の側面図である。
【図４】同じく水平型自動溶接装置の平面図である。
【図５】マンドレルを示し、（Ａ）はマンドレルの一部省略平面図、（Ｂ）はマンドレルの一部省略側面図である。
【図６】マンドレルの要部の側面部である。
【図７】マンドレルの縦断正面図である。
【図８】クランプ機構及びマンドレルの正面図である。
【図９】クランプ機構の平面図である。
【図１０】クランプ機構及びマンドレルの側面図である。
【図１１】クランプ機構を示し、クランプ機構の右側部分の斜視図である。
【図１２】図９のイ−イ線拡大断面図である。
【図１３】図９のロ−ロ線拡大断面図である。
【図１４】図９のハ−ハ線拡大断面図である。
【図１５】図９のニ−ニ線拡大断面図である。
【図１６】水平型自動溶接装置の作用説明図である。
【図１７】従来のクランプ機構を用いた水平型自動溶接装置の要部の概略図である。
【発明を実施するための形態】
【００２４】
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図１〜図４は本発明の実施の形態に係る水平型自動溶接装置を示し、当該水平型自動溶接装置は、ステンレス板や鋼板等の金属板を円筒状に曲げ加工して成るワークＷの円周方向両端を突合せ溶接してパイプやドラムを作製するものであり、特に、クランプ幅が狭い薄板のワークＷ（厚さが０．１ｍｍ〜０．４ｍｍのワークＷ）を突合せ溶接する場合であっても、ワークＷの突合せ作業時にワークＷの突合せ部の状態を確認できてワークＷの正確な突合せを行え、また、ワークＷの円周方向両端が密着するようにワークＷの円周方向両端部をクランプすることができ、更に、溶接済みのワークＷ（パイプやドラム）の取り出しを容易に行えると共に、ワークＷの取り出し時に於けるマンドレル２の消耗、バックバー３の消耗、クランプ機構６のクランプ板１８の消耗、ワークＷの損傷及び変形をそれぞれ防止でき、然も、クランプ板１８の下降位置をワークＷの厚さに応じて自由に設定できるようにしたものである。
【００２５】
即ち、前記水平型自動溶接装置は、図１〜図４に示す如く、フレーム１と、フレーム１に片持ち状態で回転自在に支持され、ワークＷを支持する水平姿勢の長尺状のマンドレル２と、マンドレル２の外表面に１８０度間隔で取り付けられ、薄板用のワークＷ（厚みが０．１ｍｍ〜０．４ｍｍ程度のワークＷをいう）を溶接する際に用いる薄板用の長尺状のバックバー３及び厚板用のワークＷ（厚みが１ｍｍ〜３ｍｍ程度のワークＷをいう）を溶接する際に用いる厚板用の長尺状のバックバー３と、マンドレル２に設けられ、ワークＷの円周方向両端が薄板用のバックバー３上及び厚板用のバックバー３上でそれぞれ突合されるようにワークＷの端面の位置決めを行う一対のセンター位置決め機構４と、マンドレル２の下方位置に配設され、マンドレル２にセットされる直径の大きなワークＷや長いワークＷを水平姿勢で支持するワーク支持装置５と、マンドレル２の上方位置に配設され、ワークＷの円周方向の両端部を突合せた状態でバックバー３上へクランプするクランプ機構６と、マンドレル２の上方位置に配設され、ワークＷの突合せ部を突合せ溶接する溶接装置７（この例では、ＴＩＧ溶接装置）とから構成されている。
この水平型自動溶接装置は、左右どちらの位置からでも作業が行えるように略左右対称の構造になっていると共に、クランプ機構６を操作する操作スイッチ８がフレーム１の両側面にそれぞれ設けられている。
【００２６】
具体的には、前記フレーム１は、図１〜図４に示す如く、ボックス状の本体フレーム１ａと、本体フレーム１ａの上部に設けられ、本体フレーム１ａから前方（図３の左側）へ水平姿勢で突出する長尺状の上部フレーム１ｂと、本体フレーム１ａの下部に設けられ、上部フレーム１ｂと同じ方向へ水平姿勢で突出してキャスター及びアジャスターを介して床面へ設置されるベースフレーム１ｃとから構成されており、本体フレーム１ａの内部には、溶接用電源装置、アルゴンガス等の溶接用ガスボンベ、コンプレッサー等の圧縮空気供給源（何れも図示省略）等がそれぞれ収容されている。
また、上部フレーム１ｂの上面には、先端部に溶接装置７の溶接条件や電極位置等を設定するタッチパネル式の操作盤９を取り付けた旋回アーム１０が旋回自在に配設されていると共に、上部フレーム１ｂの両側面には、クランプ機構６の操作スイッチ８がそれぞれ設けられている。
更に、上部フレーム１ｂの本体フレーム１ａから突出する部分は、底面側が開放された二つの長尺箱状部材から成り、これら二つの長尺箱状部材はマンドレル２の斜め上方位置にマンドレル２に沿う姿勢で対向状に配置されている。
【００２７】
前記マンドレル２は、図３及び図５に示す如く、アルミ合金等の金属材により断面形状が略長方形状の角柱状に形成されたマンドレル本体２Ａと、マンドレル本体２Ａの先端（図５の左端）にボルトにより取り付けられ、上部フレーム１ｂの先端部に設けたマンドレル受け１１に抜き差し自在に挿入されるマンドレルピン２ａを有するマンドレル金具２Ｂと、マンドレル本体２Ａの基端（図５の右端）に回転軸金具２Ｃを介して取り付けられた断面形状が円形のマンドレル回転軸２Ｄとから成り、フレーム１の本体フレーム１ａに片持ち状態で且つその軸心を中心にして回転自在に支持されていると共に、薄板用のバックバー３又は厚板用のバックバー３が真上を向く状態で位置決めされるようになっている。
また、マンドレル本体２Ａの短辺側両面には、図６及び図７に示す如く、薄板用の長尺状のバックバー３と厚板用の長尺状のバックバー３がそれぞれ着脱自在に嵌め込まれる取付け溝２ｂがマンドレル２の長手方向に沿ってそれぞれ形成されている。これら両取付け溝２ｂの底面には、アルゴンガス等のシールドガスが流れるガス溝２ｃがマンドレル２の長手方向に沿ってそれぞれ形成されていると共に、後述するセンター位置決め機構４の駆動部が設けられる凹部２ｄがマンドレル２の長手方向に一定間隔ごとにそれぞれ形成されている。マンドレル２の両取付け溝２ｂの底面に形成した各凹部２ｄは、マンドレル２の長手方向に亘って齟齬する状態で且つマンドレル２の中心部付近に形成されている。
更に、マンドレル本体２Ａの長辺側両面には、ガス溝２ｃへアルゴンガス等のシールドガスを供給するためのガス供給口２ｅと、凹部２ｄの底面に形成したピストン穴２ｇへ圧縮空気を供給する圧縮空気供給口２ｄとが夫々形成されている。
【００２８】
そして、マンドレル２は、ワークＷの突合せ作業時や溶接作業時等には先端側のマンドレル金具２Ｂがマンドレル受け１１により支持されており、本体フレーム１ａ及びマンドレル受け１１により両持ち状態となっている。
【００２９】
尚、マンドレル受け１１は、ロータリーアクチュエータ１１ａにより水平位置から鉛直位置に亘って揺動するように構成されており、マンドレル受け１１を水平位置から鉛直位置へ回動させ、マンドレル受け１１に形成した支持穴にマンドレル２のマンドレルピン２ａを挿入することによって、マンドレル２の先端部を支持することができるようになっている。
【００３０】
前記薄板用のバックバー３及び厚板用のバックバー３は、図７に示す如く、何れも銅材により断面形状が略長方形の長尺な角柱状に形成した対称形状の一対のバックバー片３ａから成り、一対のバックバー片３ａを対向させた状態で且つ一対のバックバー片３ａの間にスリット状の溝３ｂが形成されるようにマンドレル２の取付け溝２ｂに着脱自在に嵌め込まれている。
また、マンドレル２の取付け溝２ｂに嵌め込まれた各バックバー３は、一対のバックバー片３ａを複数本のボルトでマンドレル２側へ締め付け固定することによって、マンドレル２にその軸心方向へ沿う姿勢で取り付けられる。
【００３１】
前記各バックバー３は、ワークＷの円周方向の両端を突合せ溶接する際に余分な熱を吸収してビードの溶け落ちや穴あき、ワークＷの熱ひずみ等を防止すると共に、ワークＷの突合せ部の裏面側にシールドガスを流して溶接部の酸化を防止するものである。
また、一対のバックバー片３ａ間に形成されたスリット状の溝３ｂは、センター位置決め機構４のセンタープレート１２を遊嵌状態で挿入すると共に、アルゴンガス等のシールドガスを流すためのものである。
【００３２】
尚、この実施の形態に於いては、マンドレル２外表面の一方の短辺側に取り付けた薄板用のバックバー３は、そのスリット状の溝３ｂの幅が１．０ｍｍに、また、マンドレル２外表面の他方の短辺側に取り付けた厚板用のバックバー３は、そのスリット状の溝３ｂの幅が１．２ｍｍに夫々設定されている。
【００３３】
前記各センター位置決め機構４は、ワークＷの円周方向の端面同士が薄板用のバックバー３のスリット状の溝３ｂ上及び厚板用のバックバー３のスリット状の溝３ｂ上でそれぞれ突合されるようにワークＷの端面の位置決めを行うものであり、図７に示す如く、バックバー３のスリット状の溝３ｂ内にマンドレル２の半径方向へ移動自在に挿入された薄鋼板製の長尺状のセンタープレート１２と、マンドレル２にその長手方向に一定間隔ごとに設けられ、センタープレート１２をマンドレル２の半径方向へ進退移動させるシリンダ構造の複数の駆動部１３とからそれぞれ構成されている。
【００３４】
即ち、各センタープレート１２は、薄板用のバックバー３及び厚板用のバックバー３のスリット状の溝３ｂにそれぞれ遊嵌状態で且つマンドレル２の半径方向へ移動自在に挿入されており、その先端部がバックバー３の上面から外方へ突出可能になっていると共に、先端部の側面にワークＷの端面が当接するようになっている。
これらのセンタープレート１２は、その厚みがバックバー３のスリット状の溝３ｂの幅よりも薄くなるように設定されている。そのため、センタープレート１２をバックバー３のスリット状の溝３ｂに挿入したときには、センタープレート１２の側面とバックバー３との間にアルゴンガス等のシールドガスが流れるスリット状の間隙が形成されることになる。この実施の形態では、センタープレート１２の厚みは、０．５ｍｍに設定されている。また、各センタープレート１２は、長手方向に三つに分割された格好になっている。
【００３５】
一方、各駆動部１３は、マンドレル２の長手方向に亘って齟齬する状態で且つマンドレル２の中心部付近に設けられており、マンドレル２の凹部２ｄにマンドレル２の半径方向へ移動自在に嵌め込まれ、センタープレート１２がボルトにより支持固定される支持台１３ａと、支持台１３ａの下面に連設され、マンドレル２の凹部２ｄの底面に形成したピストン穴２ｇにマンドレル２の半径方向へ摺動自在に挿入されたピストン１３ｂと、バックバー３と支持台１３ａとの間に介設され、支持台１３ａをマンドレル２の中心側へ附勢してセンタープレート１２の先端部をバックバー３のスリット状の溝３ｂ内に位置させる復帰用の圧縮スプリング１３ｃとから構成されており、圧縮空気供給源（図示省略）からの圧縮空気をマンドレル２に形成した圧縮空気供給口２ｆからピストン穴２ｇへ供給すると、ピストン１３ｂ、支持台１３ａ及びセンタープレート１２が圧縮スプリング１３ｃの弾性力に抗してマンドレル２の半径方向へ移動し、センタープレート１２の先端部がバックバー３の上面から外方へ突出し、また、圧縮空気の供給を停止すると、圧縮スプリング１３ｃの弾性力によりピストン１３ｂ、支持台１３ａ及びセンタープレート１２がマンドレル２の中心側へ移動し、センタープレート１２の先端部がスリット状の溝３ｂ内に収納されるようになっている。
【００３６】
尚、一対のセンター位置決め機構４の各駆動部１３は、マンドレル２の長手方向に亘って齟齬する状態で且つマンドレル２の中心部付近に設けられているため、マンドレル２の長辺側の長さを短めに形成することができ、マンドレル２の軽量化を図ることができる。
【００３７】
前記ワーク支持装置５は、直径の大きいワークＷや長さの長いワークＷを溶接する際にワークＷを水平姿勢で支持するものであり、図１〜図３に示す如く、マンドレル２の下方位置のベースフレーム１ｃ上に設けられ、昇降自在な矩形状のテーブル１４ａ及びテーブル１４ａの下方空間を覆うジャバラ構造のカバー１４ｂを備えた電動式のリフター１４と、リフター１４のテーブル１４ａ上面に設けられ、水平姿勢のワークＷの下面を支持するワーク受けローラ１５とから構成されている。
【００３８】
また、ワーク受けローラ１５は、テーブル１４ａの上面にマンドレル２に沿う姿勢で対向状に配置された二つの長尺状のボールローラ受け１５ａと、両ボールローラ受け１５ａの上面にマンドレル２に沿って一定間隔ごとに取り付けられ、３６０°回転自在なボールを備えた複数のボールローラ１５ｂとから成り、マンドレル２に沿って二列に配列されたボールローラ１５ｂがワークＷの外周面下面へ当接してワークＷを下面側から支持するものである。
【００３９】
前記クランプ機構６は、図８〜図１５に示す如く、金属材により長尺板状に形成されてマンドレル２の上方位置にマンドレル２に沿う姿勢で対向状に配置された一対のクランプベース１６と、各クランプベース１６にそれぞれ昇降自在に支持され、マンドレル２に沿う姿勢で対向状に配置された一対のクランプ可動板１７と、各クランプ可動板１７の下面にそれぞれマンドレル２に沿う姿勢で上下方向へ揺動自在に取り付けられ、マンドレル２に支持されたワークＷの円周方向の両端部上面に当接し得る対向状に配置された一対のクランプ板１８と、各クランプ可動板１７と各クランプ板１８との間にそれぞれ介設され、一対のクランプ板１８の対向する先端部を下方へ附勢して一対のクランプ板１８を傾斜姿勢に保持する弾性体１９と、各クランプ可動板１７にそれぞれ設けられ、各クランプ板１８の下方向への揺動量を規制するピン構造のストッパー２０と、各クランプベース１６と各クランプ可動板１７との間にそれぞれ設けられ、各クランプ可動板１７及び各クランプ板１８を昇降動させて各クランプ板１８の加圧力を調整するモータ駆動型の一対の駆動装置２１とから成り、前記各クランプ板１８は、それぞれ駆動装置２１により下降して各クランプ板１８の先端部がマンドレル２に支持されたワークＷの円周方向の両端部上面に当接してワークＷの円周方向の両端部を加圧したときに、弾性体１９の弾性力に抗して上方へ揺動し、両クランプ板１８の先端部間の間隔が狭まって所定の間隔（ワークＷの厚みに応じたクランプ幅）に調整されるように構成されている。
【００４０】
従って、このクランプ機構６は、溶接時に於ける一対のクランプ板１８のクランプ幅（一対のクランプ板１８がワークＷをクランプしたときの両クランプ板１８の間隔）が狭く設定されていても、クランプ板１８の開放時（一対のクランプ板１８がワークＷをクランプしていない状態の時）には、クランプ板１８のクランプ幅が広くなるので、ワークＷの円周方向両端をバックバー３上で突合せる際に両クランプ板１８の間からワークＷの突合せ部を目視でき、ワークＷの正確な突合せ作業を行えると共に、ワークＷの突合せ部の状態を確認することができる。
例えば、厚みが０．１ｍｍ〜０．４ｍｍの薄板のワークＷを突合せ溶接する場合、溶接時に於ける一対のクランプ板１８のクランプ幅が１．０ｍｍ〜２．０ｍｍになっていても、クランプ板１８の開放時には、一対のクランプ板１８のクランプ幅が３．０ｍｍ〜５．０ｍｍと広くなっている。
【００４１】
前記一対のクランプベース１６は、図８に示す如く、上部フレーム１ｂの下面に上部フレーム１ｂの下面開口を閉塞するように水平状態で取り付けられており、マンドレル２の上方位置にマンドレル２に沿う姿勢で対向状に配置された格好になっている。
また、各クランプベース１６の外側端面には、クランプ可動板１７及びクランプ板１８を外方から覆う安全カバー２２がそれぞれ取り付けられている。各安全カバー２２には、一対のクランプ板１８の間隔を調整する調整ネジ２６を回転操作できるように操作穴２２ａが形成されている。
【００４２】
前記一対のクランプ可動板１７は、図１２及び図１３に示す如く、金属材により長尺板状に形成されてマンドレル２側に位置する内側クランプ可動板１７ａと、金属材により角柱形状に形成されて内側クランプ可動板１７ａの外側端部にマンドレル２側へ水平移動自在に取り付けた外側クランプ可動板１７ｂとからそれぞれ成り、内側クランプ可動板１７ａに所定の間隔で立設した複数本の上下ガイド軸２３をクランプベース１６に取り付けた複数のリニアブッシュ２４にそれぞれ昇降自在に挿通することによって、クランプベース１６の下面側で且つクランプベース１６に昇降自在に支持されている。
また、各外側クランプ可動板１７ｂは、内側クランプ可動板１７ａの外側端面にマンドレル２に直交する水平姿勢で植設した複数本のガイドシャフト２５に摺動自在に支持されてマンドレル２側へ水平移動自在になっており、外側クランプ可動板１７ｂに設けた二つの調整ネジ２６を回転操作することによって、内側クランプ可動板１７ａと外側クランプ可動板１７ｂとの間隔及び一対のクランプ板１８の間隔を調整できるようになっている。
【００４３】
即ち、各調整ネジ２６は、図１４に示す如く、外側クランプ可動板１７ｂに二本の平行な抜け止めピン２７により回転自在且つ軸線方向へ移動不納に埋設状態で挿着されており、調整ネジ２６の先端部に形成したネジ部が内側クランプ可動板１７ａの外側端部に軸線方向へ移動可能に螺着されている。
従って、各調整ネジ２６を回転操作することによって、各外側クランプ可動板１７ｂが各内側クランプ可動板１７ａに対して水平移動し、各内側クランプ可動板１７ａと各外側クランプ可動板１７ｂとの間隔を調整することができると共に、各外側クランプ可動板１７ｂに取り付けたクランプ板１８の間隔も調整することができる。
また、各調整ネジ２６の頭部と内側クランプ可動板１７ａの外側端面との間には、調整ネジ２６が弛まないようにするための圧縮コイルスプリング２８が配設されている。
【００４４】
前記一対のクランプ板１８は、図８に示す如く、銅材により長尺板状に形成されて対向する内側部分が斜め下方へ折り曲げられており、外側クランプ可動板１７ｂの下面に長尺構造のヒンジ２９を介して上下方向へ揺動自在に取り付けられている。
また、各クランプ板１８は、図１３及び図１４に示す如く、内側クランプ可動板１７ａの内側端部とクランプ板１８との間に介設した複数の弾性体１９（圧縮コイルスプリング）により下方へ附勢されており、クランプ板１８の内側先端部がワークＷの円周方向両端部の上面へ弾性的に当接するようになっている。各弾性体１９は、内側クランプ可動板１７ａの内側部分に一定間隔ごとに形成した複数の収納穴１７ａ′内にそれぞれ収納されており、各収納穴１７ａ′の上方開口を閉塞する長尺状の押え板３０により収納穴１７ａ′内から抜け止めされている。
更に、各クランプ板１８は、図１５に示す如く、クランプ可動板１７の内側部分に一定間隔ごとに設けた複数のピン構造のストッパー２０により下方向への揺動量が規制されている。各ストッパー２０は、一対のクランプ可動板１７の内側部分に形成した複数の貫通穴１７ａ″に遊嵌状態で且つ下方へ抜け止めされた状態で挿通されており、その下端部がクランプ板１８に連結された状態になっている。
そして、各クランプ板１８は、外側クランプ可動板１７ｂに取り付けられているため、調整ネジ２６を回転操作して内側クランプ可動板１７ａと外側クランプ可動板１７ｂとの間隔を変えることによって、対向するクランプ板１８の先端部間の間隔を調整できるようになっている。
【００４５】
前記モータ駆動型の一対の駆動装置２１は、図８〜図１２に示す如く、クランプベース１６とクランプ可動板１７との間に設けられ、クランプ可動板１７をクランプベース１６に対して昇降動させる複数のボールネジ機構３１と、クランプベース１６に配設したサーボモータ３２と、サーボモータ３２をサーボ制御するサーボモータ制御部（図示省略）と、サーボモータ３２の回転運動をボールネジ機構３１に伝達する伝動機構３３とからそれぞれ成り、サーボモータ３２を制御することによって、クランプ板１８の下降位置をワークＷの厚さに応じて自由に設定することができると共に、クランプ板１８の加圧力を自在に調整できるように構成されている。これら各駆動装置２１は、邪魔にならないように上部フレーム１ｂを形成する二つの長尺箱状部材の内方にそれぞれ収納された格好になっている。
【００４６】
前記各ボールネジ機構３１は、各クランプベース１６の上面に固定した外観形状が円柱形状の軸受台３４にベアリング３４ａを介して回転自在に且つ軸線方向へ移動不納に支持された鉛直姿勢のボールネジ軸３１ａと、クランプ可動板１７の内側クランプ可動板１７ａの上面に固定され、ボールネジ軸３１ａが螺挿されるボールナット３１ｂとからそれぞれ成り、ボールネジ軸３１ａが正逆回転すると、廻り止めされたボールナット３１ｂがボールネジ軸３１ａに沿って上下方向へ往復移動し、クランプ可動板１７をクランプベース１６に対して昇降動させるようになっている。
この実施の形態に於いては、ボールネジ機構３１は、長尺板状のクランプ可動板１７を水平姿勢を保った状態で昇降動させることができるように各クランプベース１６と各クランプ可動板１７との間にそれぞれ四箇所設けられている。
【００４７】
また、各サーボモータ３２は、クランプベース１６の一端部上面に固定したモータブラケット３５に取り付けられており、サーボモータ制御部（図示省略）によりサーボ制御されるようになっている。
【００４８】
更に、各伝動機構３３は、クランプベース１６の上面に固定した複数の軸受台３６にクランプベース１６に沿う姿勢で回転自在に支持され、各ボールネジ機構３１の近傍に位置して一端部がカップリング３７を介してサーボモータ３２に連結されたシャフト３３ａと、シャフト３３ａに嵌着され、各ボールネジ機構３１のボールネジ軸３１ａの近傍に位置する四つのウォームギヤ３３ｂと、各ボールネジ機構３１のボールネジ軸３１ａの上端部に嵌着され、ウォームギヤ３３ｂにそれぞれ噛合する四つのウォームホイール３３ｃとからそれぞれ構成されている。
【００４９】
而して、このモータ駆動型の駆動装置２１によれば、サーボモータ制御部によりサーボモータ３２が駆動制御されると、サーボモータ３２の回転力が伝動機構３３によりボールネジ機構３１のボールネジ軸３１ａに伝達され、これによってボールネジ軸３１ａを所定の角度又は所定の回転数だけ正回転又は逆回転させる。そうすると、ボールネジ機構３１によりクランプ可動板１７及びクランプ板１８が昇降動することになる。
この駆動装置２１は、サーボ制御されているため、両クランプ板１８の下降位置をワークＷの厚さに応じて自由に設定可能であり、また、各クランプ板１８の加圧力を自在に調整することができる。
その結果、クランプ機構６は、一対のクランプ板１８を予圧位置（ワークＷの厚み＋αの隙間の位置、即ち、一対のクランプ板１８がマンドレル２に支持されたワークＷの円周方向の両端部をバックバー３上へ動ける程度に軽く保持する位置）まで下降させることができ、また、一対のクランプ板１８を加圧位置（弾性体１９が圧縮されて一対のクランプ板１８の間隔が狭まり、一対のクランプ板１８がワークＷの円周方向両端を加圧密着させた状態でワークＷの円周方向両端部をバックバー３へ強固に押圧する位置）まで下降させることができる。
【００５０】
尚、図９〜図１１に於いて、３８はクランプベース１６に遊嵌状態で挿通され、クランプ可動板１７の上面に立設したセンサー用シャフト、３９はセンサー用シャフト３８に固定したセンサーブラケット、４０はクランプベース１６の上面に立設したセンサー用レール４１に取り付けられ、クランプ板１８の上限位置及び下限位置を規制するフォトセンサーである。
【００５１】
前記溶接装置７（ＴＩＧ溶接装置７）は、図１及び図３に示す如く、上部フレーム１ｂの上面に二本の平行なガイドレール４２を介してマンドレル２の長手方向へ往復移動自在に配設した走行台４３と、走行台４３にアーム部材４４を介して昇降自在に支持され、先端部からアルゴンガス等のシールドガスを流すと共に、タングステン電極棒４５ａを挿着した溶接用トーチ４５と、走行台４３に設けられ、溶接用トーチ４５を昇降動させるサーボモータ等から成るトーチ上下駆動装置（図示省略）と、走行台４３に設けられ、溶接状況（タングステン電極棒の消耗やアークの状態等）やワークＷの端部の突合せ状況を確認する監視カメラ（図示省略）と、走行台４３に設けられ、溶接開始前に於けるタングステン電極棒４５ａとワークＷの間隙設定を容易にし、溶接中に於けるタングステン電極棒４５ａとワークＷの接触事故を直ちに検知する電極接触検知装置（図示省略）と、走行台４３をマンドレル２の長手方向へ往復走行させるモータ及び伝動装置からから成る駆動装置（図示省略）等から構成されており、ワークＷの突合せ部を突合せ溶接する際に溶接用トーチ４５の先端が自動的に高さ調整され且つ走行台４３及びこれに支持された溶接用トーチ４５が所定の速度でワークＷの突合せ部に沿って直線移動するようになっている。この溶接装置７は、従来公知のものと同様構造に構成されている。
尚、この溶接装置７は、溶接用トーチ４５等を設けた走行台４３を上部フレーム１ｂの上面に配設した二本のガイドレール４２に走行自在に支持する構成としているため、取付け作業を簡単に行えると共に、安価な構造で長期間の使用にも芯ズレや蛇行が発生することなく安定した溶接が可能となる。
【００５２】
次に、上述した水平型自動溶接装置を用いて円筒状に曲げ加工したワークＷの円周方向両端を突合せ溶接してパイプやドラムを作製する場合について説明する。
【００５３】
尚、ワークＷには、厚みが０．１ｍｍ〜０．４ｍｍのステンレス鋼板等を円筒状に曲げ加工した薄板のワークＷや、厚みが０．６ｍｍ〜２．０ｍｍのステンレス鋼板等を円筒状に曲げ加工した厚板のワークＷが使用されている。また、溶接電流、アーク長、シールドガスの供給量、溶接用トーチ４５の走行速度、タングステン電極棒４５ａの先端形状等の溶接条件は、ワークＷの材質、板厚、幅等に応じて最適の条件下に設定されていることは勿論である。
【００５４】
先ず、突合せ溶接するワークＷの厚さに応じてマンドレル２を手動操作により回転操作し、ワークＷの厚みに対応するバックバー３が真上を向くようにマンドレル２を回転させる。
例えば、薄板（厚さが０．１ｍｍ〜０．４ｍｍ）のワークＷを突合せ溶接する場合には、マンドレル２を回転させて薄板用のバックバー３（スリット状の溝３ｂの幅の狭いバックバー３）が真上を向くようにマンドレル２を回転操作する。
【００５５】
次に、マンドレル２に円筒状に曲げ加工したワークＷを挿着すると共に、マンドレル２の先端部をマンドレル受け１１により支持して長尺状のマンドレル２の撓みを防止し、この状態でマンドレル２の上面側に位置するセンター位置決め機構４のセンタープレート１２を駆動部１３により上昇させてセンタープレート１２の先端部（上端部）をバックバー３の上面から上方へ突出させる。
【００５６】
尚、マンドレル２にワークＷを挿着する際、一対のクランプ板１８が駆動装置２１によりマンドレル２に対して昇降動する構成となっているため、マンドレル２と一対のクランプ板１８との間隔を大きく取ることができ、ワークＷをマンドレル２に挿着し易くなる。
【００５７】
その後、一対のクランプ板１８を予圧位置（ワークＷの厚み＋αの隙間の位置、即ち、一対のクランプ板１８がマンドレル２に支持されたワークＷの円周方向の両端部をバックバー３上へ動ける程度に軽く保持する位置）まで下降させ、この状態でマンドレル２に支持されたワークＷの円周方向の一端をセンタープレート１２の上端部側面に当接させる（図１６（Ａ）参照）。
【００５８】
このとき、一対のクランプ板１８が予圧位置まで下降しているため、クランプ板１８の先端部とマンドレル２のバックバー３との間隔が狭くなり、その結果、マンドレル２に支持されたワークＷの円周方向の一端は、クランプ板１８の先端部とバックバー３にガイドされながらセンタープレート１２の上端部側面に突き当てられることになる。
また、予圧位置まで下降した一対のクランプ板１８の間隔が広くなっているので、ワークＷの円周方向の一端をセンタープレート１２に突き合せる際に目視することができる。
従って、ワークＷの円周方向の一端をセンタープレート１２に極めて突き当て易くなる。
【００５９】
ワークＷの円周方向の一端をセンタープレート１２の上端部側面に当接させたら、クランプ機構６の一方のクランプ板１８（センタープレート１２に当接しているワークＷの一端部上方に位置するクランプ板１８）を駆動装置２１により予圧位置から加圧位置まで下降させ、当該クランプ板１８によりワークＷの円周方向一端部をバックバー３上へ動かないように強固に加圧固定する（図１６（ｂ）参照）。
【００６０】
尚、一方のクランプ板１８が予圧位置から加圧位置へ下降すると、一方のクランプ板１８が弾性体１９を圧縮しながらヒンジ２９を支点にして上方へ揺動すると共に、当該クランプ１８の先端部が弾性体１９の圧縮分だけセンタープレート１２側へ移動し、一対のクランプ１８間の間隔が狭くなる。
このとき、一方のクランプ板１８の先端部下面とワークＷの円周方向一端部上面との間に強い摩擦抵抗が働き、ワークＷの円周方向一端部をセンタープレート１２側へ移動させる。その結果、ワークＷの円周方向一端は、センタープレート１２に加圧密着され、理想溶接線（溶接用トーチ４５の走行軌跡）に一致することになる。
【００６１】
ワークＷの円周方向の一端部を一方のクランプ板１８によりバックバー３上へ加圧固定したら、センター位置決め機構４の駆動部１３に供給されている圧縮空気の供給を停止する。そうすると、復帰用の圧縮スプリング１３ｃの弾性力によりセンタープレート１２が下降し、センタープレート１２の上端部がバックバー３のスリット状の溝３ｂ内に収納される（図１６（Ｃ）参照）。
【００６２】
センタープレート１２が下降したら、ワークＷの円周方向他端を目視によって先にバックバー３上に加圧固定されたワークＷの円周方向一端に突合せる（図１６（Ｃ）参照）。
【００６３】
このとき、ワークＷの円周方向他端部の上方に位置するクランプ板１８が予圧位置まで下降しているため、クランプ板１８の先端部とマンドレル２のバックバー３との間隔が狭くなり、その結果、ワークＷの円周方向の他端は、クランプ板１８の先端部とバックバー３にガイドされながらワークＷの円周方向一端に重なることなく正確且つ確実に突き当てられることになる。
また、クランプ板１８が予圧位置にあるときには、弾性体１９の弾性力が働いていない状態にあるので、クランプ板１８間の間隔が広くなっており、ワークＷの円周方向両端の突き当て状態を見やすく、その結果、ワークＷの円周方向の他端を先に加圧固定されているワンプＷの円周方向の一端に極めて突き当て易くなる。
【００６４】
ワークＷの円周方向両端を突合せたら、クランプ機構６の他方のクランプ板１８（未だ予圧位置にあるクランプ板１８）を駆動装置２１により予圧位置から加圧位置まで下降させ、当該クランプ板１８によりワークＷの円周方向他端部をバックバー３上へ動かないように強固に加圧固定する（図１６（Ｄ）参照）。
【００６５】
尚、他方のクランプ板１８が予圧位置から加圧位置へ下降すると、他方のクランプ板１８が弾性体１９を圧縮しながらヒンジ２９を支点にして上方へ揺動すると共に、当該クランプ１８の先端部が弾性体１９の圧縮分だけ加圧位置にある一方のクランプ板１８側へ移動し、一対のクランプ１８間の間隔が狭くなる。
このとき、他方のクランプ板１８の先端部下面とワークＷの円周方向他端部上面との間に強い摩擦抵抗が働き、ワークＷの円周方向他端部をバックバー３上へ加圧固定されているワンプＷの円周方向一端部側へ移動させる。その結果、ワークＷの円周方向両端が加圧密着され、隙間のない突合せ接合面が形成されることになる。
【００６６】
そして、ワークＷの円周方向の両端がバックバー３のスリット状の溝３ｂ上で突合せ固定されたら、マンドレル２のガス供給口２ｅからバックバー３のスリット状の溝３ｂ内にアルゴンガス等のシールドガスを供給しつつ、溶接装置７によりワークＷの突合せ部を突合せ溶接する。
即ち、溶接用トーチ４５が下降してタングステン電極棒４５ａの先端をワークＷの突合せ部の一端部に臨ませてタングステン電極棒４５ａの先端とワークＷとの間にアークを発生させ、このアークが安定した状態になってから走行台４３が駆動装置により前進して溶接用トーチ４５をワークＷの突合せ部に沿って走行させ、ワークＷの突合せ部を順次突合せ溶接して行く。
【００６７】
このとき、ワークＷの円周方向両端がクランプ機構６のクランプ板１８及び弾性体１９により加圧状態で密着されているため、穴あきやヘコミ等の溶接欠陥のない高品質で美しい溶接を行える。
【００６８】
ワークＷの突合せ溶接が終了すると、バックバー３へのシールドガスの供給を停止すると共に、溶接装置７の溶接用トーチ４５が元の位置に復帰する。また、クランプ機構６によるワークＷのクランプ状態が解除されると共に、マンドレル受け１１が鉛直位置から水平位置へ回動してマンドレル２の先端を開放する。
これにより、突合せ溶接されたワークＷ（パイプやドラム）をマンドレル２から引き抜くことができる。
【００６９】
このとき、一対のクランプ板１８が一対の駆動装置２１によりマンドレル２に対して昇降動する構成としているため、マンドレル２と一対のクランプ板１８との間隔を大きく取ることができ、溶接済みのワークＷ（パイプやドラム）をマンドレル２から取り出す際に、ワークＷの取り出しを容易に行えると共に、ワークＷがマンドレル２の上面やバックバー３、左右のクランプ板１８の先端部下面をこすったりするということがなく、マンドレル２、バックバー３及び左右のクランプ板１８の消耗やワークＷの損傷及び変形を防止することができる。
【００７０】
このように、上述した水平型自動溶接装置を用いて円筒状に曲げ加工したワークＷを突合せ溶接すると、クランプ幅が狭い薄板のワークＷの突合せ溶接を行う場合であっても、ワークＷの突合せ部の状態を確認することができてワークＷの正確な突合せ作業を行うことができ、また、クランプ機構６によるワークＷのクランプ時にワークＷの円周方向両端が密着するようにワークＷをクランプすることができるので、溶接不良（穴あき、ヘコミ、ずれ、重なり等）のない突合せ溶接を行えて高品質のパイプやドラムを作製することができる。
更に、この水平型手自動溶接装置７は、略左右対称の構造になっていると共に、クランプ機構６を操作する操作スイッチ８がフレーム１の両側面にそれぞれ設けられているため、左右（図２の左右方向）どちらの位置からでも作業を行えるので、能率の良い作業を行える。
【符号の説明】
【００７１】
１はフレーム、２はマンドレル、３はバックバー、４はセンター位置決め機構、６はクランプ機構、７は溶接装置、１６はクランプベース、１７はクランプ可動板、１７ａは内側クランプ可動板、１７ｂは外側クランプ可動板、１８はクランプ板、１９は弾性体、２１は駆動装置、２６は調整ネジ、２９はヒンジ、３１はボールネジ機構、３２はサーボモータ、３３は伝動機構、Ｗはワーク。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
フレーム（１）に水平姿勢で支持され、円筒状に曲げ加工した金属板製のワーク（Ｗ）を支持するマンドレル（２）と、マンドレル（２）の上面に設けたバックバー（３）と、マンドレル（２）に設けられ、ワーク（Ｗ）の円周方向の端面の位置決めを行うセンター位置決め機構（４）と、マンドレル（２）の上方位置に配設され、ワーク（Ｗ）の円周方向の両端部を突合せた状態でバックバー（３）上へクランプするクランプ機構（６）と、ワーク（Ｗ）の突合せ部を突合せ溶接する溶接装置（７）とを具備する水平型自動溶接装置に於いて、前記クランプ機構（６）は、マンドレル（２）の上方位置にマンドレル（２）に沿う姿勢で対向状に配置された一対のクランプベース（１６）と、各クランプベース（１６）にそれぞれ昇降自在に支持され、マンドレル（２）に沿う姿勢で対向状に配置された一対のクランプ可動板（１７）と、各クランプ可動板（１７）の下面にそれぞれマンドレル（２）に沿う姿勢で上下方向へ揺動自在に取り付けられ、マンドレル（２）に支持されたワーク（Ｗ）の円周方向の両端部上面に当接し得る対向状に配置された一対のクランプ板（１８）と、各クランプ可動板（１７）と各クランプ板（１８）との間にそれぞれ介設され、一対のクランプ板（１８）の対向する先端部を下方へ附勢して一対のクランプ板（１８）を傾斜姿勢に保持する弾性体（１９）と、各クランプベース（１６）と各クランプ可動板（１７）との間にそれぞれ設けられ、各クランプ可動板（１７）及び各クランプ板（１８）を昇降動させて各クランプ板（１８）の加圧力を調整するモータ駆動型の一対の駆動装置（２１）とから成り、前記各クランプ板（１８）は、それぞれ駆動装置（２１）により下降して各クランプ板（１８）の先端部がマンドレル（２）に支持されたワーク（Ｗ）の円周方向の両端部上面に当接してワーク（Ｗ）の円周方向の両端部を加圧したときに、弾性体（１９）の弾性力に抗して上方へ揺動し、両クランプ板（１８）の先端部間の間隔が狭まってワーク（Ｗ）の厚みに応じた間隔に調整される構成としたことを特徴とする水平型自動溶接装置。
【請求項２】
一対のクランプ可動板（１７）は、マンドレル（２）側に位置する内側クランプ可動板（１７ａ）と、内側クランプ可動板（１７ａ）の外側端部にマンドレル（２）側へ水平移動自在に取り付けた外側クランプ可動板（１７ｂ）とからそれぞれ成り、外側クランプ可動板（１７ｂ）の下面にヒンジ（２９）を介してクランプ板（１８）を上下方向へ揺動自在に取り付け、また、外側クランプ可動板（１７ｂ）に内側クランプ可動板（１７ａ）と外側クランプ可動板（１７ｂ）との間隙を調整する調整ネジ（２６）を回転自在且つ軸線方向へ移動不納に埋設状態で挿着する共に、調整ネジ（２６）の先端部に形成したネジ部を内側クランプ可動板（１７ａ）の外側端部に軸線方向へ移動可能に螺着し、当該調整ネジ（２６）を回転操作することによって、対向状に配置した一対のクランプ板（１８）の先端部間の間隔を調整できる構成としたことを特徴とする請求項１に記載の水平型自動溶接装置。
【請求項３】
モータ駆動型の一対の駆動装置（２１）は、クランプベース（１６）とクランプ可動板（１７）との間に設けられ、クランプ可動板（１７）をクランプベース（１６）に対して昇降動させるボールネジ機構（３１）と、クランプベース（１６）に配設したサーボモータ（３２）と、サーボモータ（３２）をサーボ制御するサーボモータ制御部と、サーボモータ（３２）の回転運動をボールネジ機構（３１）に伝達する伝動機構（３３）とからそれぞれ成り、サーボモータ（３２）を制御することによって、クランプ板（１８）の下降位置をワーク（Ｗ）の厚さに応じて自由に設定できると共に、クランプ板（１８）の加圧力を自在に調整できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の水平型自動溶接装置。
【請求項１】
フレーム（１）に水平姿勢で支持され、円筒状に曲げ加工した金属板製のワーク（Ｗ）を支持するマンドレル（２）と、マンドレル（２）の上面に設けたバックバー（３）と、マンドレル（２）に設けられ、ワーク（Ｗ）の円周方向の端面の位置決めを行うセンター位置決め機構（４）と、マンドレル（２）の上方位置に配設され、ワーク（Ｗ）の円周方向の両端部を突合せた状態でバックバー（３）上へクランプするクランプ機構（６）と、ワーク（Ｗ）の突合せ部を突合せ溶接する溶接装置（７）とを具備する水平型自動溶接装置に於いて、前記クランプ機構（６）は、マンドレル（２）の上方位置にマンドレル（２）に沿う姿勢で対向状に配置された一対のクランプベース（１６）と、各クランプベース（１６）にそれぞれ昇降自在に支持され、マンドレル（２）に沿う姿勢で対向状に配置された一対のクランプ可動板（１７）と、各クランプ可動板（１７）の下面にそれぞれマンドレル（２）に沿う姿勢で上下方向へ揺動自在に取り付けられ、マンドレル（２）に支持されたワーク（Ｗ）の円周方向の両端部上面に当接し得る対向状に配置された一対のクランプ板（１８）と、各クランプ可動板（１７）と各クランプ板（１８）との間にそれぞれ介設され、一対のクランプ板（１８）の対向する先端部を下方へ附勢して一対のクランプ板（１８）を傾斜姿勢に保持する弾性体（１９）と、各クランプベース（１６）と各クランプ可動板（１７）との間にそれぞれ設けられ、各クランプ可動板（１７）及び各クランプ板（１８）を昇降動させて各クランプ板（１８）の加圧力を調整するモータ駆動型の一対の駆動装置（２１）とから成り、前記各クランプ板（１８）は、それぞれ駆動装置（２１）により下降して各クランプ板（１８）の先端部がマンドレル（２）に支持されたワーク（Ｗ）の円周方向の両端部上面に当接してワーク（Ｗ）の円周方向の両端部を加圧したときに、弾性体（１９）の弾性力に抗して上方へ揺動し、両クランプ板（１８）の先端部間の間隔が狭まってワーク（Ｗ）の厚みに応じた間隔に調整される構成としたことを特徴とする水平型自動溶接装置。
【請求項２】
一対のクランプ可動板（１７）は、マンドレル（２）側に位置する内側クランプ可動板（１７ａ）と、内側クランプ可動板（１７ａ）の外側端部にマンドレル（２）側へ水平移動自在に取り付けた外側クランプ可動板（１７ｂ）とからそれぞれ成り、外側クランプ可動板（１７ｂ）の下面にヒンジ（２９）を介してクランプ板（１８）を上下方向へ揺動自在に取り付け、また、外側クランプ可動板（１７ｂ）に内側クランプ可動板（１７ａ）と外側クランプ可動板（１７ｂ）との間隙を調整する調整ネジ（２６）を回転自在且つ軸線方向へ移動不納に埋設状態で挿着する共に、調整ネジ（２６）の先端部に形成したネジ部を内側クランプ可動板（１７ａ）の外側端部に軸線方向へ移動可能に螺着し、当該調整ネジ（２６）を回転操作することによって、対向状に配置した一対のクランプ板（１８）の先端部間の間隔を調整できる構成としたことを特徴とする請求項１に記載の水平型自動溶接装置。
【請求項３】
モータ駆動型の一対の駆動装置（２１）は、クランプベース（１６）とクランプ可動板（１７）との間に設けられ、クランプ可動板（１７）をクランプベース（１６）に対して昇降動させるボールネジ機構（３１）と、クランプベース（１６）に配設したサーボモータ（３２）と、サーボモータ（３２）をサーボ制御するサーボモータ制御部と、サーボモータ（３２）の回転運動をボールネジ機構（３１）に伝達する伝動機構（３３）とからそれぞれ成り、サーボモータ（３２）を制御することによって、クランプ板（１８）の下降位置をワーク（Ｗ）の厚さに応じて自由に設定できると共に、クランプ板（１８）の加圧力を自在に調整できるようにしたことを特徴とする請求項１に記載の水平型自動溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２０１２−６６２９４（Ｐ２０１２−６６２９４Ａ）
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−２１４６４６（Ｐ２０１０−２１４６４６）
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【出願人】（５９１２８６８２３）
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２４年４月５日（２０１２．４．５）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年９月２７日（２０１０．９．２７）
【出願人】（５９１２８６８２３）
【Ｆターム（参考）】
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