(57)【要約】【課題】歩留まりの低下や溶接ワイヤの詰まりを防止しつつ、簡素な機構で溶接ワイヤのトーチノズルからの突出量を一定に制御して、アーク溶接の開始時における溶接品質を確保する。【解決手段】本発明に係るアーク溶接装置は、トーチノズル２と、溶接ワイヤ１０をトーチノズル２に送給するワイヤ送給手段３と、溶接ワイヤ１０を側方から押し込んで撓ませることにより、溶接ワイヤ１０の先端を後退させてトーチノズル２からの溶接ワイヤ１０の突出量を調整する突出量調整手段５とを備える。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーチノズルと、溶接ワイヤを前記トーチノズルに送給するワイヤ送給手段と、溶接ワイヤを側方から押し込んで撓ませることにより、溶接ワイヤの先端を後退させて前記トーチノズルからの溶接ワイヤの突出量を調整する突出量調整手段とを備えたアーク溶接装置。
【請求項２】
突出量調整手段が、溶接ワイヤの前記トーチノズルへの送給に用いられる送給ローラで構成された請求項１記載のアーク溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
アーク溶接の開始時において、溶接ワイヤと母材との間の距離が遠すぎるとアークが発生しにくく、溶接品質の低下を招く恐れがある。一方、溶接ワイヤが母材に強く当接しすぎると、急激に大電流が流れて溶接ワイヤや母材が吹き飛んでしまい、やはり溶接品質の低下を招く恐れがある。このため、アーク溶接の開始時においては、溶接ワイヤの先端を母材と接触する直前の位置に配置した状態で、所定の電圧を印加することが望ましいとされる。このためには、溶接ワイヤの先端の位置を高精度に管理する必要があるが、アーク溶接の終了時には、トーチノズルからの溶接ワイヤの突出量がばらついているため、単にトーチノズルを所定位置に配するだけでは、溶接ワイヤの先端を所定の位置に高精度に配置することはできない。
【０００３】
例えば、トーチノズルから突出した溶接ワイヤをワイヤカッター等で切り取ることにより、トーチノズルからの溶接ワイヤの突出量を一定とすることが考えられる。しかし、この方法では、溶接を施す度に溶接ワイヤを切断して廃棄することになるため、溶接ワイヤの歩留まりが低下する。
【０００４】
例えば下記の特許文献１には、溶接ワイヤを前進させる前進送給ロールと、溶接ワイヤを後退させる後退送給ロールとを備えたアーク溶接装置が示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００７−２６０７５８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
上記のようなアーク溶接装置を用いれば、溶接開始前に、前進送給ロールあるいは後退送給ロールにより溶接ワイヤを前進あるいは後退させることにより、溶接ワイヤのトーチノズルからの突出量を所定値に設定することが可能であるとも思われる。しかし、自動車鋼板のような薄板に溶接を施す場合、アーク溶接開始時における溶接ワイヤの先端位置は数ｍｍ単位で調整する必要がある。このように溶接ワイヤの位置を微妙に調整するためには、サーボモータやエンコーダによる数値制御システムが必要となるため、装置が大掛かりなものとなり、装置コストの高騰や装置の設置スペースの増大を招く。また、後退送給ロールにより溶接ワイヤを後退させると、引き戻された溶接ワイヤがワイヤ送給経路内で絡まり、詰まってしまう恐れがある。
【０００７】
本発明は、溶接ワイヤの歩留まりの低下や詰まりを防止しつつ、簡素な機構で溶接ワイヤのトーチノズルからの突出量を一定に制御して、アーク溶接の開始時における溶接品質を確保することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
前記課題を解決するために、本発明は、トーチノズルと、溶接ワイヤを前記トーチノズルに送給するワイヤ送給手段と、溶接ワイヤを側方から押し込んで撓ませることにより、溶接ワイヤの先端を後退させて前記トーチノズルからの溶接ワイヤの突出量を調整する突出量調整手段とを備えたアーク溶接装置を提供する。
【０００９】
このアーク溶接装置では、突出量調整手段で溶接ワイヤを側方から押し込んで撓ませることにより、溶接ワイヤの先端を後退させて、トーチノズルからの溶接ワイヤの突出量を小さくすることができる。この場合、溶接ワイヤを切断することなく溶接ワイヤの先端位置を調整することができるため、溶接ワイヤの歩留まりの低下が回避される。また、溶接ワイヤを側方から押し込むだけで先端を後退させることができるため、サーボモータ等を設ける場合と比べて装置を簡素化することができる。さらに、後退送給ローラ等により溶接ワイヤを後退させてワイヤ送給経路内に押し込むのではなく、溶接ワイヤを撓ませることでその先端を後退させることで、ワイヤ送給経路内で溶接ワイヤが絡まって絡まる事態を回避できる。
【００１０】
上記のアーク溶接装置において、突出量調整手段を、溶接ワイヤの前記トーチノズルへの送給に用いられる送給ローラで構成すれば、別途の突出量調整手段を設ける場合と比べて、装置をさらに簡素化することができる。
【００１１】
上記のアーク溶接装置では、突出量調整手段の下流側にワイヤ送給手段を設けることが好ましい。この場合、突出量調整手段により溶接ワイヤを撓ませた後、その下流側に設けられたワイヤ送給手段で溶接ワイヤを先端側に送給することで、撓んだ溶接ワイヤを引っ張って元の送給経路に沿った形状に戻すことができる。
【００１２】
上記のアーク溶接装置において、突出量調整手段により溶接ワイヤを撓ませると、溶接ワイヤの先端が後退するだけでなく、突出量調整手段の上流側に設けられたワイヤ供給源から溶接ワイヤが引き出されることがある。この場合、ワイヤ供給源から溶接ワイヤが引き出された分だけ、溶接ワイヤの先端の後退量が小さくなるため、溶接ワイヤの先端を所望の位置まで後退させることができない恐れがある。そこで、上記のアーク溶接装置では、突出量調整手段の上流側に、溶接ワイヤの送給を規制する規制手段を設けることが好ましい。この規制手段で溶接ワイヤの送給を規制した状態で、その下流側に設けた突出量調整手段で溶接ワイヤを撓ませることで、溶接ワイヤを撓ませた影響が規制手段よりも上流側には届かない。これにより、ワイヤ供給源から溶接ワイヤが引き出されることを防止して、溶接ワイヤを撓ませた分だけ溶接ワイヤの先端を効率的に後退させることができる。
【発明の効果】
【００１３】
以上のように、本発明のアーク溶接装置によれば、歩留まりの低下や溶接ワイヤの詰まりを防止しつつ、簡素な機構で溶接ワイヤのトーチノズルからの突出量を一定に制御することができるため、アーク溶接の開始時における溶接品質を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の一実施形態に係るアーク溶接装置を模式的に示す側面図である。
【図２】（ａ）〜（ｅ）は、上記のアーク溶接装置を用いたアーク溶接方法の手順を示す側面図である。
【図３】上記のアーク溶接装置の突出量調整手段周辺を拡大して示す側面図である。
【図４】他の実施形態に係るアーク溶接装置の突出量調整手段周辺を拡大して示す側面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
本発明の一実施形態に係るアーク溶接装置１は、図１に示すように、トーチノズル２と、図示しないワイヤ供給源から溶接ワイヤを引き出して、トーチノズル２に送給する下流側ワイヤ送給手段３及び上流側ワイヤ送給手段４と、突出量調整手段５と、電源６と、制御部７とを主に備える。
【００１６】
トーチノズル２は、図示しないロボットアームの先端に取り付けられ、３次元的に任意の位置に移動可能とされる。トーチノズル２は、溶接ワイヤ１０が挿通される挿通孔を有する。トーチノズル２は電源６に接続され、挿通孔内の溶接ワイヤ１０に給電可能とされる。
【００１７】
下流側ワイヤ送給手段３は、駆動ローラ３ａと、従動ローラ３ｂと、これらを接近離反させるスライド機構（図示省略）とを備える。上流側ワイヤ送給手段４は、下流側ワイヤ送給手段３と同様に、駆動ローラ４ａと、従動ローラ４ｂと、これらを接近離反させるスライド機構（図示省略）とを備える。これらのローラ３ａ，３ｂ，４ａ，４ｂは、溶接ワイヤ１０のトーチノズル２への送給に用いられる送給ローラとして機能する。各ワイヤ送給手段３，４の駆動ローラ３ａ，４ａと従動ローラ３ｂ，４ｂとで溶接ワイヤ１０を挟持した状態で、駆動ローラ３ａ，４ａを回転駆動することにより、溶接ワイヤ１０が、送給ケーブル（図示省略）を介してトーチノズル２に送給される。本実施形態では、両ワイヤ送給手段３，４の駆動ローラ３ａ，４ａが、同速度で同時に駆動される。
【００１８】
突出量調整手段５は、下流側ワイヤ送給手段３と上流側ワイヤ送給手段４との間に設けられる。突出量調整手段５は、一対のローラ５ａ，５ｂと、これらをスライドさせるスライド機構（図示省略）とを備える。一対のローラ５ａ，５ｂは、共に自由回転可能なフリーローラである。スライド機構は、各ローラ５ａ，５ｂを、溶接ワイヤ１０と交差する方向、図示例では、溶接ワイヤ１０と直交する方向（図１の左右方向）にスライドさせるものである。具体的には、一対のローラ５ａ，５ｂを互いに接近離反させたり、一対のローラ５ａ，５ｂを、溶接ワイヤ１０を挟持した状態で一体にスライドさせたりすることができる。
【００１９】
電源６は、トーチノズル２及びワークＷに接続され、これらの間に電圧を印加可能とされる。また、電源６は、ワイヤ送給手段３，４の駆動ローラ３ａ，４ａ及びスライド機構、及び突出量調整手段５のスライド機構に接続される。電源６は、制御部７からの指令に基づき、各部位に電力を供給する。
【００２０】
以下、上記のアーク溶接装置１を用いたアーク溶接方法を、トーチノズル２の先端からの溶接ワイヤ１０の突出量の調整方法を中心に説明する。尚、以下の各ローラの回転やスライド等は、制御部７からの指令に基づいて、電源６が各部位に電力を供給することで行われる。
【００２１】
図２（ａ）は、直前に行ったアーク溶接が完了した直後の状態を示す。この状態では、下流側ワイヤ送給手段３の駆動ローラ３ａと従動ローラ３ｂとの間、及び、上流側ワイヤ送給手段４の駆動ローラ４ａと従動ローラ４ｂとの間に溶接ワイヤ１０が挟持されている。駆動ローラ３ａ，４ａは停止している。溶接ワイヤ１０の先端は、トーチノズル２の先端から突出している。
【００２２】
次に、図２（ｂ）に示すように、下流側ワイヤ送給手段３のスライド機構により駆動ローラ３ａ及び従動ローラ３ｂを離反させると共に、突出量調整手段５のスライド機構により一対のローラ５ａ，５ｂを接近させて溶接ワイヤ１０を挟持する。
【００２３】
そして、図２（ｃ）に示すように、突出量調整手段５の一対のローラ５ａ，５ｂを、溶接ワイヤ１０を挟持した状態のまま、溶接ワイヤ１０と直交する方向にスライドさせる。これにより、図３に示すように、ローラ５ａが溶接ワイヤ１０を側方から押し込み、溶接ワイヤ１０が所定の送給経路（点線で示す）から変位して撓む。こうして撓んだ溶接ワイヤ１０の長さＬ’と、所定経路に沿った溶接ワイヤ１０の長さＬとの差ΔＬ（＝Ｌ’−Ｌ）の分だけ溶接ワイヤ１０の先端が後退し、トーチノズル２の先端からの溶接ワイヤ１０の突出量が小さくなる。
【００２４】
このとき、溶接ワイヤ１０の先端の位置を確認しながら、突出量調整手段５による溶接ワイヤ１０の先端の後退操作を行い、溶接ワイヤ１０の先端が所定の位置に配されたら、突出量調整手段５のスライド機構を停止させる。溶接ワイヤ１０の先端の位置の確認作業は、作業者が目視で行ってもよいし、センサにより行ってもよい。センサで行う場合は、溶接ワイヤ１０の先端が所定位置に達したことをセンサが検知したら、その検知信号が制御部７に伝達され、突出量調整手段５のローラ５ａ，５ｂのスライドが自動で停止される。
【００２５】
このように、突出量調整手段５のスライド機構によりローラ５ａをスライドさせるだけで溶接ワイヤ１０の先端を後退させることができるため、サーボモータ等を設ける場合と比べて装置を簡素化することができる。また、駆動ローラを逆回転させるのではなく、溶接ワイヤ１０を撓ませることで先端を後退させるため、溶接ワイヤ１０がワイヤ送給経路に押し込まれて絡まる事態を回避できる。特に、本実施形態では、駆動を停止した状態の上流側ワイヤ送給手段４のローラ４ａ，４ｂで溶接ワイヤ１０を挟持することで、この位置での溶接ワイヤ１０の送給が規制される（すなわち、ローラ４ａ，４ｂが規制手段として機能する）。この状態で、ローラ４ａ，４ｂよりも下流側の溶接ワイヤ１０を撓ませることで、溶接ワイヤ１０を撓ませることによる張力がローラ４ａ，４ｂよりも上流側には届かず、溶接ワイヤ１０がワイヤ供給源（図示省略）から引き出されることを防止できる。これにより、突出量調整手段５により溶接ワイヤ１０を撓ませた分だけ、溶接ワイヤ１０の先端を効率的に後退させることができるため、溶接ワイヤ１０の先端の所望の位置まで確実に後退させることができる。尚、図２（ｃ）では、下流側ワイヤ送給手段３の駆動ローラ３ａと従動ローラ３ｂとの離反距離を誇張して示しているが、実際には図３に示すようにこれらの離反距離は微小なもので足りる。
【００２６】
こうして、トーチノズル２からの溶接ワイヤ１０の突出量が所定値に設定された状態で、下流側ワイヤ送給手段３の駆動ローラ３ａ及び従動ローラ３ｂで溶接ワイヤを挟持する｛図２（ｄ）参照｝。これにより、溶接ワイヤ１０のトーチノズル２の先端からの突出量が固定される。この状態で、突出量調整手段５のローラ５ａ，５ｂを互いに離反させ、特にローラ５ａを、撓ませる前の溶接ワイヤ１０の送給経路（点線で示す）から退避させる。さらに、上流側ワイヤ送給手段４のローラ４ａ，４ｂを互いに離反させ、溶接ワイヤ１０の挟持を解除する。そして、ロボットアームによりトーチノズル２を移動させ、溶接ワイヤ１０の先端とワークＷとの距離Ｄが所定値となる位置にトーチノズル２を配置する。このとき、トーチノズル２からの溶接ワイヤ１０の突出量が高精度に設定されているため、溶接ワイヤ１０の先端とワークＷとの距離Ｄを高精度に設定することができる。
【００２７】
その後、電源６により、トーチノズル２とワークＷとの間に所定の電圧を印加する。このとき、溶接ワイヤＷの先端とワークＷとの距離Ｄが高精度に設定されているため、これらの間にアークを確実に発生させることができる。これと同時に、図２（ｅ）に示すように、下流側ワイヤ送給手段３の駆動ローラ３ａを駆動して、溶接ワイヤ１０をトーチノズル２に送給する。これにより、溶接ワイヤ１０の撓ませた部分が下流側に引っ張られて引き延ばされ、溶接ワイヤ１０が所定の送給経路に沿った状態に戻される。そして、上流側ワイヤ送給手段４のローラ４ａ，４ｂを互いに接近させて溶接ワイヤ１０を挟持することで、両ワイヤ送給手段３，４で溶接ワイヤ１０を駆動してトーチノズル２へ送給する。こうして、ワイヤ送給手段３，４により溶接ワイヤ１０をトーチノズル２の先端から送り出しながら、ロボットアームでトーチノズル２を移動させることにより、ワークＷに溶接ビードが形成される。所定の溶接ビードが形成されたら、電源６による溶接ワイヤ１０とワークＷとの間の電圧印加を停止する。以上により、アーク溶接が完了する。
【００２８】
溶接が完了した直後の状態では、トーチノズル２からの溶接ワイヤ１０の突出量はばらついているが、上記のように突出量調整手段５によりトーチノズル２からの溶接ワイヤ１０の突出量を調整することができる。これにより、アーク溶接開始時における溶接ワイヤ１０の先端とワークＷとの距離を高精度に設定することができるため、アーク不発生や過剰なスパッタの発生による溶接不良を回避し、溶接品質を確保することができる。
【００２９】
本発明は上記の実施形態に限られない。例えば、上記の実施形態では、突出量調整手段５が一対のローラ５ａ，５ｂを有しているが、これに限らず、一方のローラ５ａ（溶接ワイヤ１０を側方から押し込んで撓ませるローラ）のみを設けてもよい。また、溶接ワイヤ１０を押し込む部材はローラに限らず、例えば図４に示すように、断面円弧状の押し込み面５ｃ１を有する押し込み部材５ｃで、突出量調整手段５を構成してもよい。
【００３０】
また、上記の実施形態では、突出量調整手段５と、溶接ワイヤ１０のトーチノズル２への送給に用いられる送給ローラ（ワイヤ送給手段３，４）とを別個に設けた場合を示したが、これに限らず、突出量調整手段を送給ローラで構成してもよい（図示省略）。例えば、突出量調整手段５のローラ５ａ，５ｂの間に溶接ワイヤ１０を挟持しながら、溶接ワイヤ１０をトーチノズル２へ送給してアーク溶接を行うことで、ローラ５ａ，５ｂを送給ローラとして機能させてもよい。このとき、ローラ５ａ，５ｂは、双方がフリーローラであってもよく、一方が駆動ローラであってもよい。あるいは、上流側ワイヤ送給手段４のローラ４ａ，４ｂで溶接ワイヤ１０を側方から押し込んで撓ませることで、ローラ４ａ，４ｂを突出量調整手段として機能させてもよい。
【００３１】
また、上流側ワイヤ送給手段４に代えて、自由回転可能なフリー状態と、回転が完全に規制されたロック状態とを切り替え可能な一対のロッキングローラを設けてもよい。この場合、突出量調整手段５で溶接ワイヤ１０を撓ませる際｛図２（ｃ）参照｝、溶接ワイヤ１０を挟持した一対のロッキングローラをロック状態とすることで、溶接ワイヤ１０を撓ませることにより生じる張力がロッキングローラで完全に遮断されるため、ワイヤ供給源から溶接ワイヤが引き出される事態を確実に回避できる。あるいは、上流側ワイヤ送給手段４に代えて、所定の回転抵抗を有する一対の抵抗付与ローラを設けてもよい。この場合も、一対の抵抗付与ローラで溶接ワイヤ１０を挟持し、溶接ワイヤ１０に送給抵抗を付与することで、上記と同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【００３２】
１     アーク溶接装置
２     トーチノズル
３，４ 下流側ワイヤ送給手段
３ａ，４ａ    駆動ローラ
３ｂ，４ｂ    従動ローラ
５     突出量調整手段
５ａ，５ｂ    ローラ
６     電源
７     制御部
１０   溶接ワイヤ
Ｄ     距離
Ｗ     ワーク
【図１】
2015160231.tif 000003
【図２】
2015160231.tif 000004
【図３】
2015160231.tif 000005
【図４】
2015160231.tif 000006