(57)【要約】【課題】溶接電極の長さを簡単に且つ自動的に調節する。【解決手段】溶接ステーションと、それに結合する溶接トーチ（１０）からなり、この溶接トーチから、自由端（１４）を持つ溶接電極（１３）が延びる溶接デバイス。溶接電極（１３）が、少なくとも作動中、適当な電気溶接電源へ電気的に結合され、この目的のために設けた固定手段（１５）を解放した後、溶接トーチ（１０）内で軸方向へ移動可能であるため、電極は、用途に応じて調節が可能である。この溶接電極は、自由端から遠隔に位置する端部で、ドライブ部材（２０）にアクセスが可能である。このドライブ部材は、溶接トーチから溶接電極を繰り出すために、溶接電極との共作用を意図して設けられ、その共作用が実行可能である。したがって、完全な自動調整が可能である。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ステーションと、それに結合され、自由端を持つ溶接電極が延びる溶接トーチからなり、前記溶接電極が、少なくとも作動中に電気溶接電源へ電気的に結合され、この目的のために設けた固定手段が少なくとも解放された後に前記溶接トーチ内に軸方向へ移動するよう受容される溶接デバイスであって、前記溶接トーチから前記溶接電極を繰り出すために、前記溶接電極との共作用を意図した、そしてその共作用が可能なドライブ部材に、前記溶接電極が反対側端部でアクセス可能であることを特徴とする、溶接デバイス。
【請求項２】
前記溶接トーチが、前記溶接電極の反対側端部が突入する空洞へのアクセスを提供する開口を持つ外筒からなり、前記空洞及び開口が、その中へ、前記溶接電極から遠隔な側で前記ドライブ部材を受容することを特徴とする、請求項１に記載の溶接デバイス。
【請求項３】
前記固定手段が、前記溶接電極の周りに係合する、外側から直接アクセス可能な締め付けスリーブからなることを特徴とする、請求項１または２に記載の溶接デバイス。
【請求項４】
前記締め付けスリーブが、強制的制御手段を備えることを特徴とする、請求項３に記載の溶接デバイス。
【請求項５】
前記制御手段が、前記締め付けスリーブ上の外側に設けたギアに係合する、ドライブ・ロッドの外端に位置するギア・ラックからなることを特徴とする、請求項４に記載の溶接デバイス。
【請求項６】
前記溶接トーチが、トーチの外方へ一定の距離で前記溶接電極を配置することが可能な、そしてその配置を意図したリセット・デバイスを備えることを特徴とする、前述の請求項の一つ以上に記載の溶接デバイス。
【請求項７】
前記リセット・デバイスが、前記フレームに可動に結合され、前記トーチの下方一定距離に移動可能なストップを備えるヨークからなることを特徴とする、請求項６に記載の溶接デバイス。
【請求項８】
前記溶接トーチが、ベース・ステーションから工作物へ操作可能であり、前記ベース・ステーションが、前記ドライブ部材及び前記リセット・デバイスからなることを特徴とする、請求項６または７に記載の溶接デバイス。
【請求項９】
前記溶接トーチが、前記ドライブ部材及び前記リセット・デバイスからなるフレーム内に据え付け状態で配置されることを特徴とする、請求項６または７に記載の溶接デバイス。
【請求項１０】
前記溶接トーチが、前記溶接電極の自由外端の周りに保護遮蔽ガスを供給するための供給手段を備えることを特徴とする、前述の請求項の一つ以上に記載の溶接デバイス。
【請求項１１】
前記溶接電極が、消耗性金属棒、特に消耗性タングステン棒からなることを特徴とする、請求項１０に記載の溶接デバイス。
【請求項１２】
前述の請求項の一つ以上に記載の溶接デバイス内に適用される溶接トーチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接ステーションと、それに結合する溶接トーチからなる溶接デバイスに関する。この溶接トーチからは、少なくとも作動中に電気溶接電源へ電気的に結合される自由端を持つ溶接電極が延び、その電極は、この目的のために設けた固定手段を少なくとも解放した後、軸方向の移動のために溶接トーチ内に受容される。
【背景技術】
【０００２】
溶接は、特に金属部品を融解によって相互に結合する、欠くことのできない技術になっている。その非常に多く用いられる形式は、いわゆる融接である。この場合、全く圧力を加えることなく、溶接シームの近くにある材料を溶解させることによって部品を相互に結合させる。重要な融解溶接法の一つに、いわゆるアーク溶接がある。この場合、電気アークを用いて、オプションとして、例えば溶接電極からの追加の材料と共に溶接シームの端部を溶解させる。後者の場合、消耗性金属電極によるアーク溶接と称する。アーク溶接は、開放アーク溶接、保護環境下でのアーク溶接、そして粉体被覆下での被覆アーク溶接の間で区別できる。保護環境下でのアーク溶接では、不活性遮蔽ガス、特にヘリウムまたはアルゴン等の不活性ガスで溶融池を囲むことによって、外気との反応が阻止される。全種類の鉄鋼に加えて、マグネシウムやアルミニウム等の急速に酸化する金属も、上記のような不活性ガスによる遮蔽の下で溶接することができる。これらの溶接法の、既知の形式には、通常、非消耗性タングステン電極を適用するＴＩＧ（タングステン不活性ガス）溶接、そして、通常、消耗性金属電極を用いるＭＩＧ（金属不活性ガス）溶接がある。この場合の供給ガス（混合）は、上述の、酸化に対する工作物の保護の目的だけのために用いる。いわゆるＭＡＧ（金属活性ガス）溶接においては、供給ガスは、溶接シームの周りでのエネルギー変換に貢献するという点で、より重要な作用を担う。
【０００３】
溶接は、依然、手作業で行われることが多く、高い溶接品質を達成するためには、高度な技術が要求される。この場合、特に、得られる溶接結果の再現性は、非常に重要である。しかし、コスト削減及びプロセス制御の目的で、可能な場合には、溶接の形式を自動化に依存する傾向が強い。溶接のロボット化は、特に自動車及び航空機産業で一般的になり、他の分野の産業にも広がっている。溶接ロボットは、完全にプログラムすることができると共に、工作物に対して、溶接トーチを高精度で配置することができるため、非常に高い溶接品質を達成することができ、また、手溶接では実現できない、高度な再現性も達成することができる。しかし、消耗性溶接電極を使用する溶接技術においては、問題が発生する。この電極は使用中に短くなるため、工作物に対する位置決めが同じである場合、電極の先端から工作物への距離は徐々に長くなる。このことは、アーク及び溶接結果に即時の影響を及ぼす。この理由で、多くの溶接ロボット化技術は、非消耗性溶接電極の使用に限られている。その結果、ある種の金属は溶接できない、または、複雑な較正技術を採用するため、コストが非常に高い。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
本発明の目的は、主に、溶接電極の長さを比較的簡単に、そして自動的に調節することができるように、溶極の場合でも、その長さを一定に維持することが可能な、序文で述べたタイプの溶接デバイス及び溶接トーチを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
意図する目的を達成するため、序文で述べたタイプの溶接デバイスは、溶接トーチから溶接電極を繰り出すために、溶接電極が、反対側端部で、溶接電極との共作用を意図した、そしてその共作用が可能なドライブ部材にアクセス可能であるという、本発明による特徴を持つ。この場合、溶接電極が、命令によって操作可能な、または自動的に操作可能なドライブ部材にアクセス可能であるため、溶接電極は、作動中、必要に応じて連続的に調節が可能である。したがって、特に、消耗性溶接電極に基づく溶接工程では必然的である、溶接電極の長さの減少を補完することができる。これにより、そのような消耗性溶接電極を使用する場合でも、溶接工程を完全に自動的に続行することができる。
【０００６】
溶接トーチは、原則として、ドライブ部材への溶接電極のアクセス性を考慮しながら、異なる方法で具体化できる。しかしながら、特定の実施例では、本発明による溶接デバイスは、次の特徴を持つ。溶接トーチは、空洞へのアクセスを提供する開口を持つ外筒からなり、この空洞内へ溶接電極の反対側端部が差し込まれる。また、空洞及び開口は、その中へ、溶接電極からの遠隔側で、ドライブ部材を受容するように適応している。この場合、開口の位置及びサイズを、溶接電極の位置へ、そしてドライブ部材のサイズへ合わせることによって、相互への満足な心合わせを得ることができる。
【０００７】
溶接デバイスのもう一つの実施例によれば、固定手段が、溶接電極の周りに係合する、外側から直接アクセス可能な締め付けスリーブからなるという本発明による特徴を達成する。その完全な自動調整を可能にするために、溶接デバイスは、本発明によるもう一つの実施例において、締め付けスリーブが強制的制御手段を備えるという特徴を持つ。強制的制御手段を作動させることよって、溶接トーチ内における溶接電極を解放する、あるいは固定することを完全に自動的に行うことができる。この点に関して、本発明による溶接デバイスの特定の実施例は、制御手段が、締め付けスリーブ上の外側に配置したギアに係合する、ドライブ・ロッドの外端上に設けたギア・ラックからなるという特徴を持つ。この場合、ドライブ・ロッドは、例えば、制御可能な圧力シリンダーから延びるものであり、そのストロークは、締め付けスリーブ内での溶接電極の解放及び係止が良好となるよう調節される。
【０００８】
好適実施例においては、本発明による溶接デバイスは、溶接トーチが、トーチの外方へ一定の距離で溶接電極を配置することが可能な、そしてその配置を意図したリセット・デバイスを備えるという特徴がある。トーチ外方への溶接電極の一定長は、リセット・デバイスによって比較的簡単に維持できる。このことは、特に消耗性溶接電極を使用する場合に重要である。これにより、溶接トーチの外端からの工作物への距離が制御可能であるため、良好な溶接品質の達成には、かなりの貢献がある。
【０００９】
リセット・デバイスに関して、溶接トーチ外方への溶接電極の長さを測定するために、例えば光学的センサーまたは圧力センサー等の、電子センサーを使用することができる。これに関する、比較的単純ではあるが確かな効果が得られる実施例を、リセット・デバイスが、フレームへ可動に結合され、トーチ下方へ一定の距離で移動可能なストップを備えるヨークからなるという特徴によって、本発明による溶接デバイスの特定の実施例に適用することができる。作動中、ストップと溶接トーチとを相互に対して位置合わせし、それから、溶接電極を溶接トーチからストップ上へ繰り出す。固定手段をもう一度適用し、そしてストップを除去した後、所望の長さの自由外端部を持つ溶接電極で、溶接トーチを再び使用することができる。
【００１０】
溶接デバイスのもう一つの特定な実施例は、溶接トーチがベース・ステーションから工作物へ操作可能であり、ベース・ステーションがドライブ部材及びリセット・デバイスからなるという本発明による特徴を持つ。この場合、ドライブ部材及びリセット・デバイスをベース・ステーション内に収容することによって、溶接トーチが比較的コンパクトになるため、より困難な、工作物上の位置へのアクセスに悪影響を与えることがない。
【００１１】
溶接デバイスのもう一つの特定な実施例は、溶接トーチが、ドライブ部材及びリセット・デバイスからなるフレーム内に据え付けられるという本発明による特徴を持つ。この場合、フレームは、溶接電極を持つ溶接トーチを一方とし、ドライブ部材及びリセット・デバイスを他方とする、相対的な心合わせを効率的に提供する。
【００１２】
また、例えばアルミニウムやマグネシウム等の、急速に酸化する金属の処理を可能にするために、本発明による溶接デバイスのもう一つの特定な実施例は、溶接トーチが、溶接電極の自由外端の周りに保護遮蔽ガスを供給するための供給手段を備えるという特徴を持つ。したがって、作動中、工作物は、溶接シームの位置で、遮蔽ガス、例えばヘリウムまたはアルゴン等の不活性ガスあるいは二酸化炭素の保護環境によって囲まれ、この位置の空気は排除される。したがって、酸素のない、または少なくとも低酸素の環境が適用され、溶接シーム面の酸化が有効に防止できる。この点に関して、本発明による溶接デバイスのもう一つの特定な実施例は、溶接電極が、アルミニウムの工作物を満足な状態で溶接可能な消耗性金属棒、特に消耗性タングステン棒からなるという特徴を持つ。
【００１３】
本発明は、また、上述の本発明による溶接デバイス内に適用する溶接トーチにも関連するものである。さて、典型的な実施例及び添付図面に基づいて、さらに説明する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１４】
図１に示す溶接デバイスは、フレーム１内に収容した静止溶接トーチ１０と、同業者に十分に周知であると推測し、さらに説明することはしない従来の溶接ステーションとからなる。この溶接ステーションには、溶接トーチのための電気溶接電源と、保護遮蔽ガスを含むガス・シリンダまたは他の容器を収容する。溶接ステーションからは、二本の電気接続ケーブルが延びている。これらの第一は、溶接トーチ１０の電気接続部に固定結合し、第二は、マス・クランプを帯びており、これによって、適当な電導位置で工作物に固定する。工作物を、溶接シーム位置における酸化から保護するために、作動中、工作物上へ、適当な不活性遮蔽ガスの連続的な流れを導くことができる。遮蔽ガスとしてここで適用するものは、例えばアルゴンまたはヘリウム等の不活性ガスであるが、二酸化炭素等の他の非反応性あるいは低反応性ガスも、この目的のためには適当である。ガスは、溶接ステーション内にこの目的のために設けた容器から、この目的のために設けた溶接トーチの連結部２へ結合された導管を介して供給される。遮蔽ガスは、この連結部２、そして溶接トーチの中空ケース１１を通って、溶接電極１２の自由端１４がケース１１の外方へ延びる開いた外端１２へ流れる。溶接電極１３の自由活性端部１４は、したがって、作動中、遮蔽ガスによって連続的に包囲されるため、この位置で外気は排気される。溶接トーチ１０は、さらに、クーラント導管に対する吸排口３、４を含むため、トーチの作動温度は、作動中、許容レベルに維持できる。
【００１５】
この実施例では、溶接電極１３として消耗性タングステン電極を使用することによって、適用不活性ガスの保護環境下で、アルミニウム工作物の溶接を可能にしている。溶接電極１３は、軸方向へ移動可能にトーチ１０内に受容されるが、作動中は、この目的のために設けた固定手段によって、そこに固定される。ここの固定手段は、締め付けスリーブ１５からなり、外側から直接アクセス可能であり、溶接電極１３の周りに係合して、それを締め付け固定する。電極１３は、締め付けスリーブ１５を反時計回りに回転させることによって解放する、あるいは時計回りに回転させることによってロックすることができる。この実施例では、完全に強制的な調整手段を使用する。この目的で、締め付けスリーブ１５は、外部に、（詳細に示さない）圧力シリンダーのピストンロッド１８の終端に設けたギア・ラック１７に係合するギア１６を含む。したがって、圧力シリンダーを延長することによって、締め付けスリーブ１５を時計回りに回転させて、トーチ内に電極１３を締め付け固定する。逆に、反対方向への圧力シリンダーの作動によって、締め付けスリーブ１５を緩めて、トーチ内の電極１３を解放する。
【００１６】
溶接トーチをより長く使用するほど、消耗性溶接電極１３はより短くなるため、アークは、工作物へ、より長い距離に渡って架橋しなければならない。このことは、結局、良質な溶接結果を損なうように作用する。これを避けるために、溶接トーチは、自動電極調整手段を備えている。本発明によれば、溶接電極１３は、この目的のために、自由端１４からの遠隔側で、ドライブ部材２０にアクセスが可能である。ドライブ部材２０は、フレーム１内にトーチ１０と共に取り付けた圧力シリンダー２２のピストンロッド２１の外端上に位置するストップからなる。連続的に、締め付けスリーブ１５を解放すると共に圧力シリンダー２２を延長することによって、溶接電極１３をトーチから繰り出し、もう一度、トーチ１０から外出する所望の電極長を達成した後、再び、締め付けスリーブを締めることができる。
【００１７】
電極１３が、トーチ１０外方へ、常に同じ一定の長さで繰り出されることを確実にするために、溶接トーチには、リセット・デバイスが設けられている。このリセット・デバイスは、フレーム１に可動に、すなわち枢軸的に結合したヨーク３０からなる。ヨーク３０は、その外端にストップ３１を含み、それによって溶接電極の自由端１４を受ける。ヨーク３０は、それに連結した圧力シリンダー３２によって完全に自動的に制御される。このピストンロッド３３を延長することによって、ヨーク３０は、フレーム内において、そのピボット軸の周りに旋回するため、ストップは、フレームの下方へ、一定の距離だけ移動する。それから、電極１３の自由端１４がストップ３１に当接するまで、上述の方法でトーチ１０から溶接電極を繰り出す。トーチ１０の外方へ溶接電極を所望の長さだけもう一度出したら、再び溶接電極を溶接トーチ内に固定することができる。その後、圧力シリンダー３３を収縮させることによって、ストップを除去する。結果として、溶接トーチは、以降の稼働サイクルの準備が整う。
【００１８】
したがって、トーチ内の溶接電極の、上記に説明した調整は、完全に自動的に進行し、所望の溶接結果を維持するのに必要なだけ頻繁に実行することができる。
【００１９】
本発明を一つの典型的な実施例のみに関して詳細に説明したが、本発明が全くそれに限定されないことは明らかである。それどころか、同業者には、本発明の範囲内で、多くの他の変更及び実施例が可能である。リセット・デバイスを利用する較正セッティングの代わりに、通常の溶融速度を考慮した溶接電極の連続調整を用いてもよい。また、本発明は、据え付けの溶接トーチに適当であるだけでなく、移動式溶接トーチにも適当である。この場合、溶接電極の自動調整は、溶接トーチ内に統合することができるが、溶接トーチを可能な限りコンパクトにするために、その外側に配置する方が有利である。この場合、ドライブ部材、そしてオプションとしてリセット・デバイスを収容する別個のベース・ステーションを使用して操作可能な溶接トーチを用いることが好ましい。
【００２０】
また、本発明は、電極の材料、そしてオプションとして使用遮蔽ガスに応じて異なる、広範囲の溶接法に適当である。これらの溶接法は、溶極に基づくものに限定されず、非溶極を利用することもできる。アルミニウムや、他の、例えばマグネシウム等の急速に酸化する金属に加えて、通常の金属も、本発明によるデバイスを使用して溶接することができる。したがって、本発明は、溶接工程が完全に自動化できる、非常に広範囲に適用可能なデバイスを提供する。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明による溶接デバイスの典型的な実施例を示し、その溶接トーチの斜視図である。
【図１】
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【手続補正書】
【提出日】平成17年9月14日(2005.9.14)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接ステーションと、それに結合する溶接トーチからなり、この溶接トーチから自由端を持つ溶接電極が延び、この溶接電極が、少なくとも作動中、電気溶接電源へ電気的に結合され、少なくとも、この目的のために設けた固定手段を解放した後、軸方向への移動のために前記溶接トーチ内に受容される溶接デバイスであって、前記溶接電極が、反対側端部で、前記溶接電極との共作用を意図した、そしてその共作用が可能なドライブ部材にアクセス可能であり、前記ドライブ部材が、前記溶接トーチから自動的に前記溶接電極を繰り出すための手段を備えることを特徴とする、溶接デバイス。
【請求項２】
前記固定手段が、前記溶接電極の周りに係合する、外側から直接アクセス可能な締め付けスリーブからなり、この締め付けスリーブが強制的制御手段を備えることを特徴とする、請求項１に記載の溶接デバイス。
【請求項３】
前記制御手段が、前記締め付けスリーブの外側に配置したギアに係合する、ドライブ・ロッドの外端に位置するギア・ラックからなることを特徴とする、請求項２に記載の溶接デバイス。
【請求項４】
前記溶接トーチが、前記トーチ外方へ一定の距離で前記溶接電極を配置可能な、そしてその配置を意図したリセット・デバイスを備えることを特徴とする、前述の請求項の一つ以上に記載の溶接デバイス。
【請求項５】
前記リセット・デバイスが、フレームに可動に結合され、前記トーチ下方へ一定の距離で移動可能なストップを備えるヨークからなることを特徴とする、請求項４に記載の溶接デバイス。
【請求項６】
前記溶接トーチが、ベース・ステーションから工作物へ操作可能であり、このベース・ステーションが、前記ドライブ部材及び前記リセット・デバイスからなることを特徴とする、請求項４または５に記載の溶接デバイス。
【請求項７】
前記溶接トーチが、前記ドライブ部材及び前記リセット・デバイスからなるフレーム内に据え付けられることを特徴とする、請求項４または５に記載の溶接デバイス。
【請求項８】
前記溶接トーチが、前記溶接電極の自由外端の周りに保護遮蔽ガスを供給するための供給手段を備えることを特徴とする、前述の請求項の一つ以上に記載の溶接デバイス。
【請求項９】
前記溶接電極が、消耗性金属棒、特に消耗性タングステン棒からなることを特徴とする、請求項８に記載の溶接デバイス。
【国際調査報告】
2007503315.tif 000004
2007503315.tif 000005