(57)【要約】【課題】ワイヤ送給装置の回転を正回転と逆回転するようにしたアーク溶接機において、溶接用トーチの軽くし、半自動溶接でも使えるようにすることが課題である。【解決手段】ワイヤ送給装置の近くに設けたモータを正回転し、溶接用トーチの近くのモータを逆回転するようにし、逆回転するモータに繋がるフィードローラの形状を、フィードローラが１回転した時ワイヤに接触する部分と接触しない部分あるようにし、フレキシブルシャフトを用い逆回転するモータの動力をフィードローラに伝達し、モータの回転運動を円周方向の往復運動に変えるクランク機構を採用しフィードローラが正回転と逆回転をするようにしている。【選択図】図１
2020185584.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ワイヤ送給装置の近くに溶接用ワイヤを母材側に送るように回転するワイヤ送給装置側モータを備え、溶接用トーチの近くに溶接用ワイヤを母材から引き戻すようにする溶接トーチ側モータを備えたワイヤ送給システムにおいて、プラス側溶接電流ケーブルに溶接電流を測定する溶接電流センサを取り付け、プラス側溶接電流ケーブルとマイナス側溶接電流ケーブルの間で溶接電圧を測定する溶接電圧検出部と、前記溶接トーチ側モータの電流を測定するモータ電流センサを取り付け、前記ワイヤ送給装置の近傍にモータ回転数制御回路とモータ回転数設定器を設け、前記モ−タ回転数制御回路の中にワイヤ送給装置側モータ演算回路、ワイヤ送給装置側モータ駆動回路、溶接トーチ側モータ演算回路、溶接トーチ側モータ駆動回路を設け、前記ワイヤ送給装置側モータの回転数をフィードバックするワイヤ送給装置側エンコーダを前記ワイヤ送給装置側モータに取り付け、前記ワイヤ送給装置側エンコーダの出力信号と前記モータ回転数設定器からの設定信号を加え、前記ワイヤ送給装置側モータ演算回路からの信号を前記ワイヤ送給装置側モータ駆動回路に加え、前記ワイヤ送給装置側モータ駆動回路で前記ワイヤ送給装置側モータを駆動し、前記ワイヤ送給装置側モータの駆動軸をワイヤ送給装置側フィードローラに結合し、前記ワイヤ送給装置側フィードローラで前記溶接用ワイヤを母材方向に送給するように構成し、前記溶接トーチ側モータに回転数をフィードバックする溶接トーチ側エンコーダと異なる二種類の外形を有する溶接トーチ側フィードローラを取り付け、前記溶接トーチ側エンコーダの出力信号と前記モータ回転数設定器からの信号と前記溶接電流センサからの信号と前記溶接電圧検出部からの信号と前記モータ電流センサからの信号を前記溶接トーチ側演算回路に加え、前記溶接トーチ側モータ演算回路からの信号を前記溶接トーチ側モータ駆動回路に加え、前記溶接トーチ側モータ駆動回路で前記溶接トーチ側モータを駆動し、前記溶接トーチ側モータを前記溶接トーチ側フィードローラに接続し、前記溶接トーチ側フィードローラで前記溶接用ワイヤを送給するように構成されたことを特徴とするアーク溶接機のワイヤ送給システム。
【請求項２】
前記溶接トーチ側フィードローラが一回転する時、前記溶接ワイヤに接する部分と前記溶接用ワイヤに接しない部分があるようにし、前記溶接トーチ側モータの回転軸の方向を傘歯車を用いて直角に変え、クランク機構に結合し、前記クランク機構を前記溶接トーチ側フィードローラに接続したことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接機のワイヤ送給システム。
【請求項３】
前記溶接電流センサの溶接電流信号と前記溶接電圧部からの溶接電圧信号から前記溶接用ワイヤが母材に短絡状態にあるかを検知し、前記溶接トーチ側エンコーダの信号と前記モータ電流センサの信号から前記溶接トーチ側フィードローラの回転位置を検知し、短絡状態なら、前記溶接トーチ側フィードローラを逆回転させるようにしたことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接機のワイヤ送給システム。
【請求項４】
前記溶接トーチ側モータと前記溶接トーチ側フィードローラをフレキシブルシャフトで結合し、前記溶接トーチ側モータを前記ワイヤ送給装置の近くに配置したことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接機のワイヤ送給システム。
【請求項５】
前記ワイヤ送給装置側モータと前記溶接トーチ側モータの電源をプラス側溶接電流ケーブルと前記マイナス側溶接電流ケーブルから取るようにしたことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接機のワイヤ送給システム。
【請求項６】
前記溶接トーチ側モータの回転軸に回転運動を往復運動に変換するクランク機構を取り付け、前記クランク機構を前記溶接トーチ側フィードローラに接続し、正回転方向と逆回転方向の往復運動を周期的に繰り返すようにしたことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接機のワイヤ送給システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
ワイヤ送給に正送期間と逆走期間を周期的に繰り返すことにより、短絡移行領域でのアーク溶接に大幅に減らすことができることはよく知られている。この発明は、溶接中に発生するスパッタの量を少なくするために、ワイヤ送給装置の送給方向に正送期間と逆走期間を設け、溶接用ワイヤが溶融プールに短絡した時、ワイヤを逆走させ、溶接用ワイヤを溶融プールから引き上げるようにしたアーク溶接機のワイヤ送給システムに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
特許文献のアーク溶接装置は、正逆回転可能なワイヤ送給モータの正回転期間と逆回転期間を一定周期で繰り返すようにしたものであるが、高速で回転方向を変える必要があるため慣性の少ない大型のサーボモータを溶接トーチの近くに配備する必要がある。
【０００３】
特許文献に記載されるアーク溶接機は、溶接用トーチが大形となり人の手で溶接をする半自動溶接には使用できない。溶接ロボットのアームの上に固定して使用することが一般に行われてきた。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許公開第５２０１２６６号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従来のワイヤ送給システムは高速でワイヤの送給方向を切り換えるためＡＣサーボモータが採用されている。このモータは大形で半自動溶接を行う溶接トーチに採用することはできず溶接ロボットにのみ採用されてきた。
【０００６】
ワイヤ送給装置の回転を正回転と逆回転するようにし正回転と逆回転を周期的に繰り返すようにしたアーク溶接機において、モータを小さく軽くすることで、半自動溶接を可能にすることが課題である。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
溶接ワイヤを母材方向に送るモータを、溶接用トーチのとは離れたところに配置し、溶接ワイヤを母材から引き上げるように逆回転するモータを溶接用トーチの近くに取り付けている。
【０００８】
溶接用トーチの近くに取り付けた逆回転するフィードローラの形状を異なる外形を持つようにし、フィードローラが１回転した時、ワイヤに接触する部分と接触しない部分があるようにしている。
【０００９】
逆回転するモータの回転軸の方向がトーチケーブルと平行になるようにするため、逆回転するモータの動力を伝える回転軸と逆回転側のフィードローラの軸が直角になるようにし、傘歯車を用いて動力を伝達するようにしている。逆回転側のモータの動力を傘歯車に伝達する手段としてフレキシブルシャフトを採用し、逆回転するモータをワイヤ送給モータの近くかワイヤ送給装置と溶接用トーチの中間に配置している。
【発明の効果】
【００１０】
本発明では逆回転するモータが溶接トーチとは離れたところに設置されているので、溶接トーチを軽く小さくすることができる。
【００１１】
そのため、溶接作業者が溶接トーチを手に持ち溶接することができる。ロボットでの溶接のように溶接物を治具に固定する必要もない。溶接ロボットによる溶接でしか実現できなかった低入熱なスパッタの少ない溶接を半自動溶接で実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】本発明のアーク溶接機のワイヤ送給システムの構成１
【図２】本発明のアーク溶接機のワイヤ送給システムの構成２
【図３】本発明の逆回転するワイヤ送給システムのフィードローラの動きを示す説明図
【図４】本発明の正逆回転するワイヤ送給システムのフィードローラの動きを示す説明図
【発明を実施するための形態】
【００１３】
図１の本発明のアーク溶接機のワイヤ送給システムの構成1は、常に逆回転をするフィードローラを溶接用トーチの中に設けた場合の実施例、図２の本発明のアーク溶接機のワイヤ送給システムの構成２は、往復運動をするフィードローラを溶接用トーチの中に設けた実施例である。図１および図２の本発明のアーク溶接機のワイヤ送給システムの構成において、１のワイヤ送給装置に２のワイヤ送給装置側モータを備え、５の溶接用ワイヤを２４の母材側に送るようにしている。２のワイヤ送給装置側モータの回転数は平均速度を決定するもので負荷の大小にかかわらず常に一定速度で回転するようにしている。
【００１４】
２のワイヤ送給装置側モータの定速度送給を実現するために、１のワイヤ送給装置の近傍に７のモータ回転数制御回路を設け、７のモ−タ回転数制御回路の中に７−１のワイヤ送給装置側モータ演算回路、ワイヤ送給装置側モータ駆動回路、溶接トーチ側モータ演算回路、溶接トーチ側モータ駆動回路を設け、４のワイヤ送給装置側エンコーダを２のワイヤ送給装置側モータに取り付け、４のワイヤ送給装置側エンコーダの信号と８のモータ回転数設定器からの信号をワイヤ送給装置側モータ演算回路で比較し２のワイヤ送給装置側モータの回転が一定になるよう制御している。
【００１５】
２１溶接用トーチに１９の溶接トーチ側モータを取り付け、１９の溶接トーチ側モータに２５の溶接トーチ側エンコーダと異なる二種類の外形を有する２０の溶接トーチ側フィードローラを取り付けられている。２０の溶接トーチ側フィードローラは、５の溶接用ワイヤが２４の母材側に短絡してから５の溶接用ワイヤを２４の母材から引き戻す働きをするようにしている。
【００１６】
図３は、本発明の逆回転するワイヤ送給システムのフィードローラの動きを示す説明図である。２０の溶接トーチ側フィードローラは逆回転方向にのみ回転している。図３の１はフィードローラの径の大きい面がワイヤに接触した時を示している。この時は２０の溶接トーチ側フィードローラからワイヤに力が加わる。５の溶接用ワイヤは２０の溶接トーチ側フィードローラにより母材方向とは逆の方向に送給されていく。
【００１７】
図３の２は、２０の溶接トーチ側フィードローラの径の小さい面がワイヤ側に来た時を示している。この時はワイヤにローラに接触することがないのでワイヤには力が加わることがない。そのため、５の溶接用ワイヤは２０の溶接トーチ側フィードローラの間を通り抜け母材方向に送給されていく。
【００１８】
２０の溶接トーチ側フィードローラは５の溶接用ワイヤを逆走する距離は数ｍｍ程度であるため、直径は３のワイヤ送給装置側フィードローラと比べて小さくなり、その外周も短くなる。回転数は、溶接の短絡回数に合わせたものであるため、１秒間に数十回と３のワイヤ送給装置側フィードローラの回転数と比べて大きくなる。
【００１９】
１４のプラス側溶接電流ケーブルに溶接電流を測定する９の溶接電流センサを取り付け、１４のプラス側溶接電流ケーブルと１５のマイナス側溶接電流ケーブルの間で溶接電圧を測定するようにしている。溶接電流と溶接電圧の測定結果から５の溶接用ワイヤが２４の母材に短絡状態を検知している。
【００２０】
１９の溶接トーチ側モータに２０の溶接トーチ側フィードローラの回転位置を検出するため、２５の溶接トーチ側エンコーダと１０のモータ電流センサを取り付け、２５の溶接トーチ側エンコーダの信号と１０のモータ電流センサの信号から２０の溶接トーチ側フィードローラの回転位置を検知し、短絡状態なら前記溶接ワイヤを母材から引き上げるようにしている。２５の溶接トーチ側エンコーダと１０のモータ電流センサの代わりにホトインタラプタを用いて検出する方法もある。
【００２１】
２５の溶接トーチ側エンコーダの出力信号と８のモータ回転数設定器からの信号と９の溶接電流センサからの信号と溶接電圧信号と１０のモータ電流センサからの信号を７−３の溶接トーチ側モータ演算回路に加えて演算処理を行い、５の溶接用ワイヤを２４の母材が短絡状態になっているか、２０の溶接トーチ側フィードローラの大きい径の端部がワイヤに触れているかを検出している。短絡状態で尚且つ２０の溶接トーチ側フィードローラの端部がワイヤに触れているなら、７−４の溶接トーチ側モータ駆動回路に回転信号を加え、１９の溶接トーチ側モータを駆動し２０の溶接トーチ側フィードローラで５の溶接用ワイヤを２４の母材から引き上げる操作を行っている。
【００２２】
１９の溶接トーチ側モータを２１の溶接用トーチに内蔵すると、１９の溶接トーチ側モータ重たくなり、溶接作業者の溶接操作がやりづらくなる。溶接作業者が手に持つ重量を軽減するため、１９の溶接トーチ側モータを２１の溶接トーチと１のワイヤ送給装置の間に持ってきている。１９の溶接トーチ側モータの設置場所を１のワイヤ送給装置の所まで持ってくる必要はなく、1ｍ程度２１の溶接用トーチから離して配置したとしても溶接作業者の負担を軽減できる。
【００２３】
１９の溶接トーチ側モータを２１の溶接トーチから離したところに設置すると、１９の溶接トーチ側モータの回転軸と２０の溶接トーチ側フィードローラの回転軸は直角となるが、１８の傘歯車を使用し１９の溶接トーチ側モータの動力を２０の溶接トーチ側フィードローラに円滑に伝えるよう構成している。  
【００２４】
３のワイヤ送給装置側フィードローラで５の溶接用ワイヤを母材方向に送給し、同時に２０の溶接トーチ側フィードローラで逆方向に送給すると、５の溶接用ワイヤに反対方向の力が加わることになる。１のワイヤ送給装置と２１の溶接用トーチの間を接続する１６のフレキシブルコンジットは少なくとも３ｍ以上離れるようにし、５の溶接用ワイヤが通る１６のフレキシブルコンジェトの内径は５の溶接用ワイヤの外形に比べて十分大きくなるようにしている。そのため、反対方向の力が加わったとしても、５の溶接用ワイヤが１６のフレキシブルコンジェトの中でたわみ、この反対方向の力を吸収するようにしている。
【００２５】
２０の溶接トーチ側フィードローラで逆方向に送給した直後に、２０の溶接トーチ側フィードローラの外周が５の溶接用ワイヤに接触しなくなると、１６のフレキシブルコンジェトの中でたわんで吸収された力が解放されるため、５の溶接用ワイヤは母材方向に送給さえることになる。  
【００２６】
１６のフレキシブルコンジェトの中で５の溶接用ワイヤがたわんで吸収された力が大き過ぎると、５の溶接用ワイヤの正方向の送給速度は平均速度を上回り速い速度で送り出されることになり、この力が小さ過ぎると、５の溶接用ワイヤの正方向の送給速度は平均速度を下回り遅い速度で送り出されることになるが、本発明では１６のフレキシブルコンジェトのたわみを抑え、２０の溶接トーチ側フィードローラで逆方向に送給した直後にアークが不安定にならないようになっている。
【００２７】
本発明では２のワイヤ送給装置側モータと１９の溶接トーチ側モータの電源を１４のプラス側溶接電流ケーブルと１５のマイナス側溶接電流ケーブルの間から取るようにしている。１１の溶接用電源から制御ケーブルを用いてモータの駆動電源を取ることも可能であるが、溶接作業者の負担を軽減するため制御ケーブルを採用していない。制御ケーブルを全く使用していない制御ケーブルレス溶接機に本発明のワイヤ送給システムを採用できるようにしている。
【００２８】
２のワイヤ送給装置側モータと１９の溶接トーチ側モータの電源を溶接出力から取ることにより、大きなトルクが実現できるようにするとともに、溶接電源とワイヤ送給装置側を接続する制御ケーブルをなくすことにより、溶接作業の機動性の向上も可能になるようにしている。
【００２９】
以上の発明を実施するための形態の説明では、図３の本発明の逆回転するワイヤ送給システムのフィードローラの動きを示す説明図に基づき、１９の溶接トーチ側モータの回転方向について常時逆回転するものとして説明してきたが、正回転と逆回転を周期的に繰り返すようにすることも可能である。
【００３０】
図２の本発明のアーク溶接機のワイヤ送給システムの構成２は、２７のクランク機構を用い、２０の溶接トーチ側フィードローラが往復運動をするようにしたものである。図１の本発明のアーク溶接機のワイヤ送給システムの構成１との違いは、図１の１８の傘歯車をなくした点と２７のクランク機構を追加した点である。
【００３１】
図４の本発明の正逆回転するワイヤ送給システムのフィードローラの動きを示す説明図は、クランク機構を用いた図2の本発明のアーク溶接機のワイヤ送給システムの２０のフィードローラの動きを説明するものである。
【００３２】
図４の本発明の正逆回転するワイヤ送給システムのフィードローラの動きを示す説明図において、１の段階では２０の溶接トーチ側フィードローラで５の溶接用ワイヤを逆走させようとしている。２の段階では２０の溶接トーチ側フィードローラが回転は停止しているので５の溶接用ワイヤの送給は一時的に停止している。３の段階では２０の溶接トーチ側フィードローラで５の溶接用ワイヤを正送させようとしている。４の段階では２０の溶接トーチ側フィードローラの外周が５の溶接用ワイヤから離れているので、２のワイヤ送給装置側モータの送り速度で５の溶接用ワイヤが送られる。本発明の２０の溶接トーチ側フィードローラは、１の段階から４の段階を繰り返すことになる。
【００３３】
図2に示す本発明の２０の溶接トーチ側フィードローラは、従来例の正回転と逆回転するワイヤ送給装置のフィードローラと違って、３６０°回転するのではなく、狭い角度で往復運動を繰り返すだけである。
【００３４】
本発明の２０の溶接トーチ側フィードローラの往復運動の振幅は、２０の溶接トーチ側フィードローラの半径を変えれば調整できる。往復運動の周期は、１９の溶接トーチ側のモータの回転数を変えることによって制御できるようにしている。すなわち溶接用ワイヤをどれだけ溶融プールから引き上げえるのか、どれだけの速度で溶接用ワイヤを溶融プールから引き上げえるのかが調整できるようになっている。  
【００３５】
図２の本発明のアーク溶接機のワイヤ送給システムの構成２の実施例では、２７のクランク機構の取り付け位置を２１の溶接用トーチの近くに設けたが、２７のクランク機構と１９の溶接トーチ側モータの重量が軽くなれば、２１の溶接用トーチの中に入れてもかまわない。２０の溶接トーチ側フィードローラの動作はどちらに取り付けようとも変わりはない。
【００３６】
図１、図２の２１の溶接用トーチのハンドル部分は、２０の溶接トーチ側フィードローラの機械的な振動が作業者の手に直接加わらないように、ハンドル部分とモータの動力を伝達する部分の間に緩衝材を取り付け、振動を吸収するように構成されている。
【００３７】
図２に示すように２７のクランク機構の取り付け位置を１９の溶接トーチ側モータの近くに持ってきた場合、図２の１７のフレキシブルシャフトは回転運動するのではなく往復運動することになる。また、図２の本発明の実施例では図１の本発明の実施例で必要であった１８の傘歯車は不要となる。
【産業上の利用可能性】
【００３８】
本発明のワイヤ送給システムは、溶接用トーチを大きくすることも重たくすることもないので、溶接用ワイヤを正送する期間と逆走する期間を周期的に繰り返す溶接方法を半自動溶接にも採用することができる。このため、半自動溶接においても大幅にスパッタを減らすことが可能になる。溶接部のスパッタの発生を気にする溶接現場へのワイヤ送給システムの普及が期待できる。
【符号の説明】
【００３９】
１  ワイヤ送給装置
２  ワイヤ送給装置側モータ
３  ワイヤ送給装置側フィードローラ
４  ワイヤ送給装置側エンコーダ
５  溶接用ワイヤ
６  トーチケーブル接続金具
７  モータ回転数制御回路  
７−１  ワイヤ送給装置側モータ演算器
７−２  ワイヤ送給装置側モータ駆動回路
７−３  溶接トーチ側モータ演算器
７−４  溶接トーチ側モータ駆動回路
８  モータ回転数設定器
９  溶接電流センサ
１０  モータ電流センサ
１１  溶接用電源
１２  プラス側出力端子
１３  マイナス側出力端子
１４  プラス側出力ケーブル
１５  マイナス側出力ケーブル
１６  フレキシブルコンジェト
１７  フレキシブルシャフト
１８  傘歯車
１９  溶接トーチ側モータ
２０  溶接トーチ側フィードローラ  
２１  溶接用トーチ
２２  通電用チップ
２３  ワイヤガイド
２４  母材
２５  逆回転エンコーダ
２６  トーチケーブル
２７  クランク機構
【図１】
2020185584.tif 000003
【図２】
2020185584.tif 000004
【図３】
2020185584.tif 000005
【図４】
2020185584.tif 000006