(57)【要約】  ＴＩＧ溶接装置（１０）は、溶接ロボット（１１）、ロボット制御装置（１２）、溶接トーチ（１３）、溶接制御装置（１４）、ガス供給機（１５）、高さ検出装置（１６）を備える。溶接トーチ（１３）を基準位置にセットし、高さ検出装置（１６）は、２個の先端部（４ｅ）それぞれの高さを検出する。ロボット制御装置（１２）は、溶接トーチ（１３）のトーチ電極（１３ｃ）が高い方の先端部（４ｅ）の中心部に当接するように溶接ロボット（１１）を駆動する。トーチ電極（１３ｃ）に電力が供給され、トーチ電極（１３ｃ）の周囲に不活性ガスが流れた状態で、トーチ電極（１３ｃ）を基準位置に向けて移動させると、先端部（４ｅ）とトーチ電極（１３ｃ）との隙間にアーク（ＡＣ）が発生する。このアーク（ＡＣ）により、２個の先端部（４ｅ）は全体が溶融され溶接される。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第１のワークと第２のワークとを、通電された電極を用いてアーク溶接する溶接方法であって、  前記第１のワークと前記第２のワークとのうち、溶接される先端面から前記電極の先端までの距離が短い一方を検出する第１工程と、  前記第１工程で検出された一方の前記先端面に、前記電極の先端を当接させる第２工程と、  前記第２工程後に、通電された前記電極の先端を、前記第１工程で検出された一方の前記先端面から離してアークを発生させ、前記第１のワークと前記第２のワークとをアーク溶接する第３工程と、  を備えることを特徴とする溶接方法。
【請求項２】
請求項１に記載の溶接方法において、  前記第３工程では、通電された前記電極の先端を、前記第１工程で検出された一方の前記先端面から離れ、且つ他方に近付くように変位させてアークを発生させることを特徴とする溶接方法。
【請求項３】
請求項１に記載の溶接方法において、  前記第２工程では、前記第１工程で検出された一方の前記先端面の中心部に、前記電極の先端を当接させることを特徴とする溶接方法。
【請求項４】
請求項２に記載の溶接方法において、  前記第２工程では、前記第１工程で検出された一方の前記先端面の中心部に、前記電極の先端を当接させることを特徴とする溶接方法。
【請求項５】
第１のワークと第２のワークとを、電極を用いてアーク溶接する溶接装置であって、  前記第１のワークと前記第２のワークとのうち、溶接される先端面から前記電極の先端までの距離が短い一方を検出する検出手段と、  前記電極を変位させる変位手段と、  前記検出手段で検出された一方の前記先端面に、前記電極の先端を当接させるように前記変位手段を駆動する駆動制御手段と、  前記電極への通電を開始する通電制御手段と、  前記通電制御手段により通電された前記電極の先端を、前記検出手段で検出された一方の前記先端面から離すように前記変位手段を駆動してアークを発生させ、前記第１のワークと前記第２のワークとをアーク溶接する溶接制御手段と、  を備えることを特徴とする溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、電極を用いてアーク溶接する溶接方法及び装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  電動機や発電機などの回転電機を構成するステータは、ステータコアの周方向に複数形成されたスロットからコイルセグメントの端部が突出され、隣り合うコイルセグメントの端部同士が溶接されている。この溶接は、ＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ  Ｉｎｅｒｔ  Ｇａｓ）溶接により行われる。【０００３】  特許文献１に記載の端子部材溶接方法では、第１及び第２の端子部材を合わせて溶接継手を構成する第１の工程と、溶接継手の隙間に電極の先端を差し込む第２の工程と、溶接継手の隙間に電極の先端が差し込まれた状態の下で、電極と第１及び第２の端子部材との間に通電を開始する第３の工程と、前記通電を継続しながら、電極の先端を溶接継手の隙間から引き抜いて、電極と溶接継手との間でアークを発生させることで接継手を溶融して、第１及び第２の端子部材をＴＩＧ溶接する第４の工程とを有する。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１４−０８７８１９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  特許文献１に記載の端子部材溶接方法では、電極の先端を溶接継手の隙間に差し込んでいるが、この差し込みを行うためには、高精度の位置決めが必要となり、さらには、差し込み及び引き抜きにより、電極先端の磨耗が早まる。【０００６】  また、第１及び第２の端子部材の高さが異なり、夫々の先端面から電極先端までの距離が異なる場合、特許文献１のような溶接方法では、第１及び第２の端子部材と電極との接触面積が不均一になり均等に溶融されないことがある。このため、溶接により形成されるビードも不均一な形状となってしまい、溶接することができないことがある。【０００７】  本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、第１のワーク及び第２のワーク夫々の溶接される先端面から電極の先端までの距離が異なる場合でも、確実に溶接することができる溶接方法及び装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】  本発明の溶接方法は、第１のワークと第２のワークとを、通電された電極を用いてアーク溶接する溶接方法であって、前記第１のワークと前記第２のワークとのうち、溶接される先端面から前記電極の先端までの距離が短い一方を検出する第１工程と、前記第１工程で検出された一方の前記先端面に、前記電極の先端を当接させる第２工程と、前記第２工程後に、通電された前記電極の先端を、前記第１工程で検出された一方の前記先端面から離してアークを発生させ、前記第１のワークと前記第２のワークとをアーク溶接する第３工程と、を備えることを特徴とする。【０００９】  本発明によれば、第１のワークと第２のワークとのうち、溶接される先端面から電極の先端までの距離が短い一方の先端面に、電極の先端を当接させた後に、通電された電極の先端を、一方の先端面から離してアークを発生させ、第１のワークと第２のワークとをアーク溶接するので、先端面から電極の先端までの距離が長い他方のみが溶融される片溶け状態になることがなく、さらには、電極が第１及び第２のワークに溶着されることがない。これにより、第１のワーク及び第２のワーク夫々の溶接される先端面から電極の先端までの距離が異なる場合でも、確実に溶接することができる。【００１０】  また、前記第３工程では、通電された前記電極の先端を、前記第１工程で検出された一方の前記先端面から離れ、且つ他方に近付くように変位させてアークを発生させる【００１１】  この構成によれば、第１のワーク及び第２のワークが偏りなく溶融される。これにより、溶接ビードを、第１のワーク及び第２のワークの上に偏りなく均等に形成することができる。【００１２】  さらに、前記第２工程では、前記第１工程で検出された一方の前記先端面の中心部に、前記電極の先端を当接させることが好ましい。【００１３】  この構成によれば、第１のワーク及び第２のワーク夫々の溶接される先端面から電極の先端までの距離が異なる場合でも、より一層確実に溶接することができる。【００１４】  本発明の溶接装置は、第１のワークと第２のワークとを、電極を用いてアーク溶接する溶接装置であって、前記第１のワークと前記第２のワークとのうち、溶接される先端面から前記電極の先端までの距離が短い一方を検出する検出手段と、前記電極を変位させる変位手段と、前記検出手段で検出された一方の前記先端面に、前記電極の先端を当接させるように前記変位手段を駆動する駆動制御手段と、前記検出手段で検出された一方の前記先端面に、前記電極の先端を接触させた後に、前記電極への通電を開始する通電制御手段と、前記通電を維持したまま、前記電極の先端を、前記検出手段で検出された一方の前記先端面から離れ、且つ他方に近付くように変位させるように前記変位手段を駆動してアークを発生させ、前記第１のワークと前記第２のワークとをアーク溶接する溶接制御手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１５】  本発明によれば、第１のワーク及び第２のワーク夫々の溶接される先端面から電極の先端までの距離が異なる場合でも、確実に溶接することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のＴＩＧ溶接装置により溶接される回転電機のステータを示す斜視図。
【図２】コイルセグメントを示す斜視図。
【図３Ａ】コイルセグメントのＵ相コイル、Ｖ相コイル、Ｗ相コイルの突出部分を示す斜視図。
【図３Ｂ】コイルセグメントのＵ相コイルの突出部分を示す斜視図。
【図４】ＴＩＧ溶接装置を示す側面図。
【図５】トーチ電極をコイルセグメントの先端部に当接させた状態のＴＩＧ溶接装置を示す側面図。
【図６】２個のコイルセグメントの先端部とトーチ電極との間にアークが発生した状態のＴＩＧ溶接装置を示す側面図。
【図７】２個のコイルセグメントの先端部を溶接した状態のＴＩＧ溶接装置を示す側面図。
【発明を実施するための形態】
【００１７】  以下、本発明の実施形態について、図面を参照しながら説明する。
【００１８】  先ず、ＴＩＧ溶接される回転電機の構造の一例について説明する。
【００１９】  図１に示すように、電動機や発電機などの回転電機は、円筒状に形成されたステータ１と、ステータ１の内側に回転自在に配置されたロータ（図示せず）とを備える。
【００２０】  ステータ１は、ステータコア２と、コイル３とを備える。ステータコア２は、円筒形状であり、回転軸方向に貫通する複数のスロット２ａが周方向に間隔を存して複数設けられている。各スロット２ａは、ステータコア２の径方向断面形状がステータコア２の中心側から径方向に向かって放射状に延びるように形成されており、ステータコア２に形成されたスリット２ｂを介してステータコア２の内周面に連通している。なお、スリット２ｂは設けなくてもよい。
【００２１】  コイル３は、図２に示すコイルセグメント４をスロット２ａに一方から挿入し、スロット２ａの他方から突出した突出部分を周方向に捩り曲げて溶接することにより構成される。
【００２２】  コイルセグメント４は、複数本、実施形態では４本の断面長方形状の導体（平角線の導線）を幅の広い方の面が対向するように１列に整列させて１つの束にしてＵ字状に形成したものであり、一対の脚部４ａ，４ａと、両脚部４ａ，４ａの一方端（図では上端）を連結する頭部４ｂとからなる。
【００２３】  なお、コイルセグメント４は、複数の平角線を幅方向に整列させた束であればよく、例えば、複数の平角線を幅の狭い方の面が対向するように１列に整列させたものであってもよい。
【００２４】  頭部４ｂの中央には、平角線の整列方向にＳ字状に湾曲するＳ字状部４ｃが形成されている。また、頭部４ｂは、その中央（Ｓ字状部４ｃの中央）から両脚部４ａ，４ａに向かって下方に傾斜している。コイルセグメント４の脚部４ａは、対応するスロット２ａに一方から挿入されている。スロット２ａの他方からは、コイルセグメント４の脚部４ａが突出している。
【００２５】  スロット２ａの他方から突出した脚部４ａの突出部分４ｄは、図３Ａに示すように、捩り曲げ装置（図示せず）によりステータ１の周方向に捩り曲げられ、対応する突出部分４ｄの先端部４ｅ同士が詳しくは後述するＴＩＧ溶接装置１０（図４参照）により溶接される。このようにして、径方向に８層（８本）のコイルセグメント４が積層配置されたステータ１が完成する。ここでは、径方向外側から内側に向かって、１層、２層、・・・、８層の順に並んでいる。
【００２６】  なお、本実施形態のコイル３は、Ｕ相、Ｖ相、Ｗ相からなる３相コイルであり、各スロット２ａに挿入されるコイルセグメント４の脚部４ａは、周方向に、Ｕ相、Ｕ相、Ｖ相、Ｖ相、Ｗ相、Ｗ相の順に並ぶ。図３Ｂでは、３つの相のうちの１相のコイル（例えば、Ｕ相コイル）のみを示している。
【００２７】  次に、２個のコイルセグメント４の先端部４ｅ同士を溶接するＴＩＧ溶接装置１０について説明する。
【００２８】  図４に示すように、ＴＩＧ溶接装置１０は、溶接ロボット１１と、ロボット制御装置１２と、溶接トーチ１３とを備える。また、ＴＩＧ溶接装置１０は、溶接制御装置１４と、ガス供給機１５と、高さ検出装置１６とを備える。ＴＩＧ溶接装置１０は、隣接する２個のコイルセグメント４の先端部４ｅ同士を溶接する。
【００２９】  溶接ロボット１１は、例えば、多軸多関節型の溶接ロボットであり、先端から順にアーム１１ａ〜１１ｄが設けられている。溶接ロボット１１は、各アーム１１ａ〜１１ｄを駆動する複数のモータ（図示せず）が設けられ、ロボット制御装置１２により駆動が制御される。溶接ロボット１１の先端側のアーム１１ａには、溶接トーチ１３が取り付けられている。
【００３０】  ロボット制御装置１２は、溶接ロボット１１の複数のモータを駆動することで、各アーム１１ａ〜１１ｄを駆動して、アーム１１ａに取り付けられた溶接トーチ１３の位置を制御する。なお、溶接トーチ１３を変位させる機構は、溶接ロボット１１に限らず適宜変更可能である。
【００３１】  溶接トーチ１３は、アーム１１ａに取り付けられるトーチ本体部１３ａと、トーチ本体部１３ａの先端部に取り付けられたトーチノズル１３ｂと、トーチノズル１３ｂの先端部に取り付けられたタングステン又はタングステン合金製のトーチ電極１３ｃとを備える。
【００３２】  ガス供給機１５は、供給パイプ１８を介して溶接トーチ１３に接続されている。ガス供給機１５から供給された不活性ガス（イナートガス）は、供給パイプ１８を介して溶接トーチ１３に供給され、トーチ電極１３ｃの周囲に流れる。ガス供給機１５は、溶接制御装置１４により駆動が制御される。
【００３３】  高さ検出装置１６は、２個のコイルセグメント４の先端部４ｅの高さを、レーザを用いた周知の検出方法により検出し、検出データをロボット制御装置１２及び溶接制御装置１４に送信する。なお、先端部４ｅの高さを検出する方法は適宜変更可能である。
【００３４】  ＴＩＧ溶接装置１０により２個のコイルセグメント４の先端部４ｅ同士を溶接する場合、図４に示すように、ロボット制御装置１２により溶接ロボット１１を駆動して、先端側のアーム１１ａに取り付けられた溶接トーチ１３を、２個の先端部４ｅの間であって、所定の高さとなる基準位置にセットする。なお、２個の先端部４ｅは、クランパ（図示せず）によりクランプされ密着されている。
【００３５】  溶接トーチ１３が基準位置にセットされた後、高さ検出装置１６は、２個の先端部４ｅそれぞれの高さを検出し、検出データをロボット制御装置１２及び溶接制御装置１４に送信する。溶接制御装置１４は、溶接トーチ１３のトーチ電極１３ｃに電圧を付加する。
【００３６】  図５に示すように、ロボット制御装置１２は、電圧が付加されたトーチ電極１３ｃが移動経路Ｍ１（図４参照）で移動して、２個の先端部４ｅのうち電極の先端部との間の距離が短い、つまり、ステータコアの端面から突出する突出高さが高い方の先端部４ｅ（図５における左側の先端部４ｅ）（以降、高い方と呼び、先端部４ｅのうち他方を低い方と呼ぶ）の先端面のほぼ中心部に当接するように溶接ロボット１１を駆動する。なお、移動経路Ｍ１の経路は適宜変更可能である。また、以降は、図４〜図７における左側の先端部４ｅを高い方の先端部４ｅ（先端面から電極１３ｃの先端までの距離が短い一方）と称し、図４〜図７における右側の先端部４ｅを低い方の先端部４ｅと称する。ここで、トーチ電極１３ｃは高い方の先端部４ｅの中心部に当接することが望ましいが、コイルの状態等によって敢えて中心部からオフセットさせた位置に当接するようにしてもよい。
【００３７】  電圧が付加されたトーチ電極１３ｃが高い方の先端部４ｅに当接すると、電流が流れ、電圧は降下する。この電圧降下により、溶接制御装置１４は、トーチ電極１３ｃが高い方の先端部４ｅに当接したことを検知する。この当接検知前又は当接検知後に、溶接制御装置１４は、ガス供給機１５を駆動して供給パイプ１８を介して溶接トーチ１３に不活性ガスを供給する。供給された不活性ガスは、トーチ電極１３ｃの周囲に流れる。
【００３８】  次に、ロボット制御装置１２は、トーチ電極１３ｃが高い方の先端部４ｅに当接した状態で所定時間経過した後、溶接トーチ１３のトーチ電極１３ｃが移動経路Ｍ２で移動して、基準位置に戻るように溶接ロボット１１を駆動する。なお、移動経路Ｍ２の経路は適宜変更可能である。また、トーチ電極１３ｃを、高い方の先端部４ｅに当接した状態から上方に移動させればよく、例えば、真上に移動させるようにしてもよい。
【００３９】  図６に示すように、トーチ電極１３ｃに電圧が付加され、トーチ電極１３ｃの周囲に不活性ガスが流れた状態で、トーチ電極１３ｃを基準位置に向けて移動させると、先端部４ｅとトーチ電極１３ｃとの隙間にアークＡＣが発生する。このアークＡＣは、トーチ電極１３ｃが上方に移動して、先端部４ｅとトーチ電極１３ｃとの隙間が大きくなるにつれて範囲が拡大する。このような次第に範囲が拡大するアークＡＣにより、２個の先端部４ｅは全体が溶融される。なお、図６では、簡易的に２個の先端部４ｅが溶融されていない状態を描いている。
【００４０】  図７に示すように、トーチ電極１３ｃが基準位置まで戻った後、溶接制御装置１４は、トーチ電極１３ｃへの電圧付加を停止する。これにより、アークＡＣが消滅し、２個の先端部４ｅの溶融された部分が固まり、溶接ビードＢＤが形成される。
【００４１】  本実施形態とは異なり、トーチ電極１３ｃを、低い方の先端部４ｅに当接させた後に上方に移動させる場合には、低い方の先端部４ｅは溶融されるが、高い方の先端部４ｅが溶融されない片溶け状態となることがあり、さらに、トーチ電極１３ｃを上方に移動させる際に、トーチ電極１３ｃが高い方の先端部４ｅに接触し、トーチ電極１３ｃと高い方の先端部４ｅとが溶着されてしまうことがある。
【００４２】  本実施形態では、トーチ電極１３ｃを、高い方の先端部４ｅのほぼ中心部に当接させた後に上方に移動させることで、２個の先端部４ｅをＴＩＧ溶接しているので、上記した片溶け状態になることや、トーチ電極１３ｃと高い方の先端部４ｅとが溶着されてしまうという問題が発生せず、溶接開始時の溶接安定性を確保することができる。
【００４３】  さらに、最初に高い方の先端部４ｅがアークＡＣにより溶融されるので、高い方の先端部４ｅの溶融部分が低い方の先端部４ｅに覆い被さる。これにより、低い方の先端部４ｅの溶融を促すことができる。
【００４４】  また、トーチ電極１３ｃを、高い方の先端部４ｅのほぼ中心部に当接させた後に上方に移動させる際に、トーチ電極１３ｃが２個の先端部４ｅの間に位置するように移動させるので、２個の先端部４ｅが偏りなく溶融される。これにより、溶接ビードＢＤを、２個の先端部４ｅの上に偏りなく均等に形成することができる。
【００４５】  上記実施形態では、２個のコイルセグメント４を溶接しているが、溶接対象はコイルセグメントに限らず、ＴＩＧ溶接可能なワークであれば本発明は実施可能である。
【００４６】  上記実施形態では、密着した２個の先端部４ｅ同士を溶接しているが、所定範囲内の隙間の空いた２個のワークを溶接する場合にも、本発明は適用可能である。
【００４７】  上記実施形態では、トーチ電極１３ｃを、高い方の先端部４ｅに当接させた後に、２個の先端部４ｅの間の基準位置に移動させているが、低い方の先端部４ｅに近付くように移動させればよい。
【符号の説明】
【００４８】１…ステータ、２…ステータコア、２ａ…スロット、２ｂ…スリット、３…コイル、４…コイルセグメント、４ａ…脚部、４ｂ…頭部、４ｄ…突出部分、４ｅ…先端部、１０…ＴＩＧ溶接装置、１１…溶接ロボット、１２…ロボット制御装置、１３…溶接トーチ、１３ａ…トーチ本体部、１３ｂ…トーチノズル、１３ｃ…トーチ電極、１４…溶接制御装置、１５…ガス供給機、１６…高さ検出装置、１８…供給パイプ
【図１】
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【図２】
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【図３Ａ】
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【図３Ｂ】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【国際調査報告】
2017159114.tif 000011
2017159114.tif 000012
2017159114.tif 000013
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