(57)【要約】【課題】熟練を要することなく、簡単に補修溶接が行えるようにする。【解決手段】金属材Ｗの補修箇所Ｗａに溶接棒兼電極Ｄの先端を直接接触させて通電し、溶接棒兼電極Ｄの先端と金属材Ｗの補修箇所Ｗａとの接触面に発生する抵抗熱で溶接棒兼電極Ｄ先端を溶解させ、補修箇所の肉盛りを抵抗溶接で行う。上記通電は、上記溶接棒兼電極への通電を断続的に行うパルス通電とし、溶接開始時には、上記通電の１パルスあたり通電時間を微小時間として時間経過と共に徐々に１パルスあたりの通電時間を増加させ、ある一定時間が過ぎると１パルスあたりの通電時間を一定にしている。【選択図】  図１
2004160461.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
金属材に溶接棒兼電極の先端を直接接触させて通電し、上記溶接棒兼電極の先端と上記金属材との接触面に発生する抵抗熱で上記溶接棒兼電極先端を溶解させ、肉盛りを抵抗溶接で行うことを特徴とする金属材の溶接方法。
【請求項２】
上記溶接棒兼電極への通電を断続的に行うパルス通電とすると共に、１パルス当たりの通電時間およびパルス間隔を制御している請求項１に記載の金属材の溶接方法。
【請求項３】
上記通電の電流値は、３０〜１５００アンペアとし、上記通電の１パルスあたりの通電時間は、０．００００１〜５．０秒とし、上記パルス間の通電休止時間は、０．００００１〜０．５秒としている請求項２に記載の金属材の溶接方法。
【請求項４】
溶接開始時には、上記通電の１パルスあたり通電時間を微小時間として時間経過と共に徐々に１パルスあたりの通電時間を増加させ、ある一定時間が過ぎると１パルスあたりの通電時間を一定にしている請求項２または請求項３に記載の金属材の溶接方法。
【請求項５】
上記溶接棒兼電極はワイヤー形状として連続的に上記金属材に供給し、この供給速度を所要の一定速度あるいは速度調節可能としている請求項１乃至請求項４のいずれか１項に記載の金属材の溶接方法。
【請求項６】
上記溶接棒兼電極の先端と金属材との接触面をシールドガスで囲繞して、抵抗溶接箇所の酸化を防止している請求項１乃至請求項５のいずれか１項に記載の金属材の溶接方法。
【請求項７】
金属材に抵抗熱溶接で肉盛り溶接される溶接棒兼電極と、該溶接棒兼電極を保持して上記金属材へ連続的に供給する手段と、該溶接棒兼電極を電源に接続する通電手段と、通電時間および通電量を制御する通電制御手段を備えていることを特徴とする金属材の溶接装置。
【請求項８】
上記溶接棒兼電極の断面形状は、金属材と対応する円形、楕円形、長円形、偏平形、瓢箪形、三角形、凹形、Ｕ形あるいはＶ形等の形状とし、金属材に上記溶接棒兼電極を密着できる構成としている請求項７に記載の金属材の溶接装置。
【請求項９】
上記溶接棒兼電極はワイヤーからなり、
上記溶接棒兼電極を保持して上記金属材へ連続的に供給する手段は、送給用モータと、該モータで駆動されるワイヤー送給ローラまたはワイヤー送給ギアローラとを備え、
上記溶接棒兼電極を電源に接続する通電手段として、上記ワイヤー送給ローラまたはワイヤー送給ギアローラにより送給されるワイヤーと接触する位置に配置される電極ノズルを備え、該電極ノズルに設けられた貫通穴に上記ワイヤーを摺接させて通して上記金属材へと前進させると共に上記ワイヤーに通電する構成としている請求項７または請求項８に記載の金属材の溶接装置。
【請求項１０】
上記溶接棒兼電極と上記金属材との接触部分にアルゴンガス、ヘリウムガス、炭酸ガス、窒素ガス、これらガスの混合ガス、あるいはアルゴンと酸素の混合ガス等の不活性ガスをシールドガスとして供給している請求項９に記載の金属材の溶接装置。
【請求項１１】
上記ワイヤー送給用モータ、ワイヤー送給ローラまたはワイヤー送給ギアローラ、電極ノズル、ガス用カバーを装備したハンドタイプのホルダーを設け、電源手段を備えている本体と上記ホルダーとを着脱自在に電気接続させる構成としている請求項１０に記載の金属材の溶接装置。
【請求項１２】
上記通電制御手段では、上記溶接棒兼電極へパルス通電される１パルス当たりの通電時間、パルス間隔、通電量を制御して、上記溶接棒兼電極を上記金属材に接触させた溶接開始時には上記パルスの通電時間を微小として徐々に１パルス当たりの通電時間を増やして通電を行う設定とし、かつ、上記ワイヤー送給用モータへの通電制御およびモータ回転速度制御を行う構成としている請求項７乃至請求項１１のいずれか１項に記載の金属材への溶接装置。
【請求項１３】
上記通電制御手段は、電源手段と上記通電手段との間に介在させて、コンピュータと接続している請求項１２に記載の金属材への溶接装置。
【請求項１４】
上記ホルダー内にコンデンサおよび通電制御手段を搭載し、該コンデンサから上記ワイヤー送給用モータおよび電極ノズルへ電源を供給していると共に、上記通電制御手段で通電制御を行っている請求項１１乃至請求項１３のいずれか１項に記載の金属材の溶接装置。
【請求項１５】
上記溶接棒兼電極は、上記金属材と共材あるいは鉄、鉄鋼、ステンレス、ベリリウム、銅合金、アルミニウム合金、亜鉛合金、鋳造品、ニッケル、ニッケル合金からなり、その直径を０．２ｍｍ〜５ｍｍとしている一方、該溶接棒兼電極により肉盛り溶接される上記金属材は樹脂成形金型、ゴム成形金型、ガラス金型、ダイキャスト金型、プレス金型、金属ローラからなる請求項７乃至請求項１４のいずれか１項に記載の金属材の溶接装置。
【請求項１６】
上記溶接作業の終了時に、上記ワイヤーを送出すると共に一定時間の電流を通電して上記ワイヤーを溶断し易すいよう制御している請求項７乃至請求項１５のいずれか１項に記載の金属材の溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、金属材の溶接方法および装置に関し、詳しくは、精密部品や建築用材料等の一般的な溶接加工に用いられるものであって、特に、樹脂成形用金型やプレス用金型等の各種の金属製金型や各種金属製工具等における摩耗や欠損等の箇所を肉盛り溶接補修する方法および装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
造船業界や自動車業界や家電業界などの製造部門では、溶接技術が進歩しており、ロボットによる無人化や精密溶接が発達している。
しかし、精密金型の補修や加工に対応可能な超精密溶接の技術が遅れており、それ故、金型に損傷が発生した場合等には、補修することなく金型を新規起工しなければならなかった。
【０００３】
そこで、近年、金型業界で補修用に抵抗熱方式溶接機が開発され始め、例えば、ペースト状の溶接剤を補修箇所に塗布し、タングステン合金の電極を押し当てて通電し、抵抗熱で上記溶接剤を溶融させて補修箇所を修復する補修溶接機や、ペースト状の溶接剤の代わりに鉄または鉄合金からなる粉末や薄い箔を使用する補修溶接機が提供されている。
これらの抵抗熱式溶接機は、アークを発生させる溶接機に比べて紫外線の発生が殆ど無いため裸眼での溶接が可能で、かつ、熱のコントロールが容易であると共に、金型の溶接箇所に電極を接触させて溶接作業を行えることより、熟練不要である利点がある。
【０００４】
しかし、ペースト状の溶接剤は、微粉末の鉄粉が火花となって飛び散り、熱でペーストが乾燥する欠点があり、鉄粉の溶接剤を用いる場合は、ペースト状の溶接剤以上に火花が飛び散り、補修箇所から鉄粉がこぼれ落ちたり、鉄粉が酸化する欠点があり、また、鉄箔を補修箇所に貼り付ける方法は剥がれ易い欠点がある。
【０００５】
一方、アークを発生させて溶接箇所と溶接棒との両方を溶融させて溶接する溶接機は、古くから建築業界や造船業界等で採用されている。
アーク溶接には、例えば、タングステン電極をトーチに取り付けて、アルゴンガス等の不活性ガスで溶接箇所をシールドした状態で、電極と溶接箇所とを２ｍｍ程度あけてアークを発生させ、そのアーク中に溶接棒を差し込んで溶接棒を溶かす通称アルゴン溶接がある。
【０００６】
このアルゴン溶接は、比較的、精密な溶接が可能で金型の補修にも利用されているが、アークが発生する溶接機は、凄まじい光（紫外線）を発生させるので裸眼での作業が不可能である。また、電極と溶接箇所との間隔が２ｍｍよりも狭くなると溶接箇所が必要以上に溶融し、電極が溶接箇所に接触した場合には、溶接箇所に陥没や破壊等が発生するので、作業者は保護面の偏向ガラスを通して確認しながら、電極と溶接箇所を２ｍｍの間隔を維持したまま移動させねばならないと共に、片手で溶接棒をアーク中に送り込まなければならず、高度な熟練と勘が必要となる。
さらに、金型のような凹凸が多数ある形状には、電極を取り付けたトーチが入らず、上記凹凸に沿わせて移動しながら２ｍｍの間隔を維持するのは至難の業である。
【０００７】
その他にも、ろう付による溶接方法もあるが、溶接剤として非鉄金属の銀蝋をを使用するため、溶接箇所との硬度や色の異なる違和感が生じ、また、溶接箇所または金型全体に予熱を加える必要があるため、精密物である金型の補修には不向きである。
【０００８】
さらに、従来、特開平６−２６９９３６号において、図１３に示すような、消耗電極式のアーク溶接による金型補修装置が提案されている。該金型補修装置１は、回転チャック２に把持した電極棒Ｄにパルス電圧を印加すると共に電極棒Ｄを回転させ、ノズル３より不活性ガスＧを噴出しながら、補修箇所の溶接を行うようにされている。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
図１３に示す溶接方法では、前記したアルゴンガス溶接のように、溶接トーチとは別に溶接棒も持って電極と補修部との間に送り込む作業が不要になる利点があるが、溶接棒となる電極棒Ｄを回転させているために、種々の問題が生じる。
即ち、補修箇所の同一点をみると、電極棒Ｄが回転しているため、連続して溶接されず、電極棒Ｄが一回転して、溶接された部分が熱い間に再度溶接され、これが繰り返されて、微小な溶接部が積もっていく状態となる。よって、面状の広い範囲に肉盛りすると平面が粗くなる。また、逆に、補修部が鋭角的に尖った先端位置の場合、電極棒Ｄの回転により先端鋭角部より電極棒が逃げてしまい、精度の高い溶接補修ができなくなる問題がある。かつ、電極棒Ｄを回転チャック２で把持する形式としているため、汎用の電極棒が使用できず専用の電極棒を必要とし、共材と呼ばれる電極棒と母材の材質を同一することも不可能となる。
【００１０】
また、上記溶接では、パルス電圧により断続的な溶接を行っているため、肉盛りを厚くする場合には何度も同じ箇所を溶接する必要があるので時間がかかり、厚く肉盛りする場合には不向きである。
【００１１】
また、通常のアーク溶接では、電極先端と溶接部との間隔を２ｍｍ程度に保持しなけれらならないが、非熟練者は容易に行うことができない問題があり、この問題は前記装置では解決されていない。また、溶接作業開始時には、電極先端を一旦補修部に接触させる必要があり、接触直後に溶接部から後退させて非接触として上記２ｍｍ程度の間隔をあける必要があるが、この後退させるタイミングおよび距離も熟練しなければ容易に習得できず、上記装置ではこの問題も解決されていない。
【００１２】
本発明は、上記した問題に鑑みてなされたもので、熟練を要することなく、容易に高精度の溶接が行えるようにすることを課題としている。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
上記課題を解決するために、本発明は、金属材に溶接棒兼電極の先端を直接接触させて通電し、上記溶接棒兼電極の先端と上記金属材との接触面に発生する抵抗熱で上記溶接棒兼電極先端を溶解させ、肉盛りを抵抗溶接で行うことを特徴とする金属材の溶接方法を提供している。
【００１４】
上記構成とすると、溶接棒として兼用される電極をワークに接触させて抵抗熱で溶融させているので、作業者はアーク溶接のようにワークとの距離を気にすることなく、仕上がりに重要な溶接具合のみに集中して作業が行え、溶接作業性の向上を図ることができると共に、アークが発生せず保護面も不要とできる。
【００１５】
上記溶接棒兼電極への通電を断続的に行うパルス通電とすると共に、１パルス当たりの通電時間およびパルス間隔を制御している。
【００１６】
このように、肉盛溶接を行う通電が間欠的に行われていることにより、熱が上昇し過ぎず最適化され上記ワイヤーの先端の溶融箇所のみが溶融される。これにより加熱し過ぎによる通電阻害も防止される。
また、上記各通電時における電流量を制御することによっても熱の最適なコントロールを行うことができる。
【００１７】
具体的には、上記通電の電流値は、３０〜１５００アンペアとし、上記通電の１パルスあたりの通電時間は、０．００００１〜５．０秒とし、上記パルス間の通電休止時間は、０．００００１〜０．５秒としている。
なお、印加される電圧値は１〜１０Ｖとすると好適である。
【００１８】
溶接開始時には、上記通電の１パルスあたり通電時間を微小時間として時間経過と共に徐々に１パルスあたりの通電時間を増加させ、ある一定時間が過ぎると１パルスあたりの通電時間を一定にしている。
【００１９】
このように、１パルスあたりの通電時間をいきなり一定の時間で流さずに、初めのうちは上記一定の通電時間よりも微小な通電時間として徐々に１パルスあたりの通電時間を長くして最終的に一定時間にすることで、溶接開始時に、ワイヤーがワークの接触面になじむ前に集中した電流がワイヤーを弾き飛ばしてワークにダメージを与えるのを防止し、ワイヤーとワークとの接触面をなじませて安定した溶接を行うことができる。
なお、溶接開始時から１パルスあたりの通電時間が一定になるまでの助走通電期間で、１パルスあたりの通電時間を比例的に増大させていくだけでなく、自動的に電流を感知して、時折、長い通電時間のパルスや短い時間のパルスを介在させても好適である。
【００２０】
上記溶接棒兼電極への通電は、電源となる交流をそのまま利用している。
このように、上記電源としての交流をコンデンサーを介さずにそのまま溶接棒兼電極へ通電すると構造はシンプルでコスト面でも良好となる。この場合、交流電流のパルス制御はコンピュータによる位相制御方式で行っている。
あるいは、上記電源としての交流を直流に変換後にインバータで高周波交流にに増幅して、１パルスあたりの通電時間をさらに極小として、パルス間の時間間隔も短くすれば、溶接面の加熱しすぎを防止しながら、精度良いきれいな溶接面を得ることができる。なお、交流周波数の上限は１００ｋＨｚ、下限は２０Ｈｚとしている。
また、コンデンサーを介在させて使用してもよく、その場合には、上記のように通電が断続的に行われているので、コンデンサーに蓄えられた電気の省エネ化を図ることができると共に、電流の休止時間を溶接棒兼電極の送り時間とコンデンサーへの充電時間とに当てることができる。
【００２１】
上記溶接棒兼電極はワイヤー形状として連続的に上記金属材に供給し、この供給速度を所要の一定速度あるいは速度調節可能としている。
このように、溶接棒兼電極をワイヤー形状とすることで、溶接棒兼電極の送給が行い易くなり操作性も向上する。
【００２２】
上記溶接棒兼電極の先端と金属材との接触面をシールドガスで囲繞して、抵抗溶接箇所の酸化を防止している。
なお、上記シールドガスとしては、アルゴンガス、ヘリウムガス、炭酸ガス、窒素ガス、これらガスの混合ガス、あるいはアルゴンと酸素の混合ガス等の不活性ガスを用いている。
【００２３】
このように各種の不活性からなるシールドガスを用いることで、ワイヤーやワークの材質等により溶接条件が異なっても、溶接部を確実に包被して外の環境と遮断し、溶接部の酸化、窒化を防いで補修面の仕上がりを良好にすることができる。
【００２４】
また、本発明は、金属材に抵抗熱溶接で肉盛り溶接される溶接棒兼電極と、該溶接棒兼電極を保持して上記金属材へ連続的に供給する手段と、該溶接棒兼電極を電源に接続する通電手段と、通電時間および通電量を制御する通電制御手段を備えていることを特徴とする金属材の溶接装置を提供している。
【００２５】
上記溶接棒兼電極の断面形状は、金属材と対応する円形、楕円形、長円形、偏平形、瓢箪形、三角形、凹形、Ｕ形あるいはＶ形等の形状とし、金属材に上記溶接棒兼電極を密着できる構成としている。
【００２６】
このように、ワイヤーの断面形状を多種類に用意することで、通常は、断面円形や楕円形状等の電極ワイヤーを使用する一方、溶接箇所が凸部や尖った角などの場合は、溶接棒の断面の形状を瓢箪型や凹型やＵ型等としてその窪みを当てがって使用し、逆に、溶接箇所が窪んだ凹部やＬ部などの場合には、溶接棒の断面を三角形状やＶ字形状等としてその尖り部分を当てがって使用して溶接精度を向上させることができる。
【００２７】
上記溶接棒兼電極はワイヤーからなり、
上記溶接棒兼電極を保持して上記金属材へ連続的に供給する手段は、送給用モータと、該モータで駆動されるワイヤー送給ローラまたはワイヤー送給ギアローラとを備え、
上記溶接棒兼電極を電源に接続する通電手段として、上記ワイヤー送給ローラまたはワイヤー送給ギアローラにより送給されるワイヤーと接触する位置に配置される電極ノズルを備え、該電極ノズルに設けられた貫通穴に上記ワイヤーを摺接させて通して上記金属材へと前進させると共に上記ワイヤーに通電する構成としている。
【００２８】
上記構成とすると、上記モータで駆動されるワイヤー送給ローラまたはワイヤー送給ギアローラにより溶接棒兼電極であるワイヤーを、補修箇所へと安定して送給することができる。しかも、電極ノズルの貫通穴にワイヤーを摺接させることで通電を図っているので、移動するワイヤーへの通電も簡単に行うことができる。
【００２９】
また、上記ワイヤー送給ローラは一対のギアローラからなり、各ギアローラを噛み合わせた境界面の一部に上記ワイヤーが圧接状態で挿通されるワイヤー挿通溝を設け、上記各ギアローラが噛み合った状態で回転することにより、ワイヤーを送給していると好適である。そうすると、ギアローラ同士が多少擦り減った場合でも、ギヤローラ同士の噛み合いは保たれるので、ギアローラ同士は互いに空回りすることなく、ワイヤーを圧接して送給することができる。
なお、ワイヤーを送給するための別の駆動方式として、ソレノイドによりワイヤー送出部を往復運動させる構造を利用してもよく、この場合は、ワイヤー送出部がワイヤー送出方向へ運動する際にはワイヤーを保持して送出させ、ワイヤー送出方向と逆方向に運動する際には、ワイヤーの保持を開放しワイヤーが戻らないようにする構成とすればよい。また、上記ソレノイドによる往復運動の代わりに、モータ駆動するカムによる往復運動を利用してもよい。
【００３０】
上記溶接棒兼電極と上記金属材との接触部分にアルゴンガス、ヘリウムガス、炭酸ガス、窒素ガス、これらガスの混合ガス、あるいはアルゴンと酸素の混合ガス等の不活性ガスをシールドガスとして供給している。
具体的には、上記電極ノズルの外周にシールドガス流路をあけて囲繞させたガスカバーを設けて、該シールドガス流路に上記シールドガスを供給する手段や、ノズルにより上記溶接棒兼電極と上記金属材との接触部分にシールドガスをスポットで噴出させる手段等が考えられる。
特に、上記ガスカバーで上記電極ノズルの外周を包囲する手段では、コーナーを溶接する場合等にガスカバーが邪魔になることが想定されるが、上記ノズルでシールドガスを噴出させる手段の場合は、ガスカバーが不要であるので、好適である。
【００３１】
上記ワイヤー送給用モータ、ワイヤー送給ローラまたはワイヤー送給ギアローラ、電極ノズル、ガス用カバーを装備したハンドタイプのホルダーを設け、電源手段を備えている本体と上記ホルダーとを着脱自在に電気接続させる構成としている。
上記ホルダー内にコンデンサおよびサブ通電制御手段を搭載し、該コンデンサから上記ワイヤー送給用モータおよび電極ノズルへ電源を供給していると共に、上記サブ通電制御手段で通電制御を行っている。
【００３２】
上記構成とすると、ハンドタイプのホルダーを本体に取り付けている間に、電源手段からホルダー側のコンデンサに充電を行い、作業時にはホルダーを本体から取り外してワイヤレスとして、サブ通電制御手段に従って溶接をおこなうことができ、作業性が飛躍的に向上する。
【００３３】
上記通電制御手段では、上記溶接棒兼電極へパルス通電される１パルス当たりの通電時間、パルス間隔、通電量を制御して、上記溶接棒兼電極を上記金属材に接触させた溶接開始時には上記パルスの通電時間を微小として徐々に１パルス当たりの通電時間を増やして通電を行う設定とし、かつ、上記ワイヤー送給用モータへの通電制御およびモータ回転速度制御を行う構成としている。
【００３４】
上記通電制御手段は、電源手段と上記通電手段との間に介在させて、コンピュータと接続している。
コンピュータ接続することで、通電制御手段の制御の設定をコンピュータで行うこととすれば、例えば、グラフィカルユーザインターフェースを用いて簡単な設定操作を行うことができる。
【００３５】
上記溶接棒兼電極は、上記金属材と共材あるいは鉄、鉄鋼、ステンレス、ベリリウム、銅合金、アルミニウム合金、亜鉛合金、鋳造品、ニッケル、ニッケル合金からなり、その直径を０．２ｍｍ〜５ｍｍとしている一方、該溶接棒兼電極により肉盛り溶接される上記金属材は樹脂成形金型、ゴム成形金型、ガラス金型、ダイキャスト金型、プレス金型、金属ローラからなる。
【００３６】
ワーク（被補修金属材）の材料と同質の共材をワイヤーに使用すると、溶接補修された箇所と他の箇所が金属材料的に相異しないため、補修ワークに後加工等を行っても補修箇所の剥がれ等の不具合も防げる。また、溶接棒兼電極は種々の材質を使用可能なので、補修できるワークも各種金型に対応でき、金型以外にも各種工具や歯車等にも適用できる。
【００３７】
上記溶接作業の終了時に、上記ワイヤーを送出すると共に一定時間の電流を通電して上記ワイヤーを溶断し易すいよう制御している。
【００３８】
いきなり通電をやめて溶接作業を終えると、ワイヤーがワークに溶着してしまったままとなり、無理に剥がすと補修面を傷める恐れがあるが、上記のように、ワイヤーを送出して小電流を流すと、ワークの補修箇所と上記ワイヤーとの溶断分離を補修面を傷めることなく簡単に行うことができる。
【００３９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の実施形態を図面を参照して説明する。
図１は、本発明の第１実施形態の補修用溶接装置１０であり、樹脂成形金型、ゴム成型金型、ガラス金型、ダイキャスト金型、プレス金型等の各種金型、歯車や金属ローラ等の各種機械部品、あるいは、刃物等における摩耗や欠損等を溶接補修する際に用いるものである。上記補修用溶接装置１０は制御手段等を内蔵する本体１１と、溶接棒兼電極となるワイヤーＤで溶接を行うガン型ハンドタイプのホルダー１２と、ガスボンベ２５とを備え、ガスボンベ２５からシールドガスをチューブ２８、本体１１、チューブ２２を介してホルダー１２へ送給するようにしている。
【００４０】
図２（Ａ）（Ｂ）に示すホルダー１２は、ハウジング１２ａの内部にモータ１３及び一対のワイヤー送給用ローラ１４ａ、１４ｂを内蔵すると共に、溶接側となる先端部１２ｂには電極ノズル１６と該電極ノズル１６を被うガス用カバー１７を取り付けている。また、後端部１２ｃには溶接棒と電極とを兼用した断面円形状のワイヤーＤを保持してガイドするガイドホルダー１９を取り付けている。
なお、ハウジング１２ａの略中央下部からは作業者の把持部１２ｄを下方に突出させている。
【００４１】
上記ローラ１４ａ、１４ｂはモータ駆動ローラ１４ａと従動ローラ１４ｂからなり、従動ローラ１４ｂをバネ（図示せず）で付勢することにより、ワイヤーＤに当接させている。即ち、ローラ１４ａの回転軸１４ｄはカップリング１５で下部に位置するモータ１３のモータ軸１３ａと連結され、モータ１３の駆動でローラ１４ａが回転し、ワイヤーＤを介して他方のローラ１４ｂも追従回転させている。
なお、ワイヤーの送りに大きなトルクを要する場合等は、大型のモータをローラ１４ａ、１４ｂの上部に位置させてローラ１４ａを駆動するようにしてもよく、また、対向するローラの両方に夫々モータを連結して、両方のローラを駆動するようにしてもよい。さらに大きなトルクが必要であれば、上記片方駆動あるいは両方駆動の一対のローラをハウジング内に複数列設けるようにしてもよい。
【００４２】
さらに、上記ローラ１４ａ、１４ｂの設置位置は、ローラ間の隙間１４ｃの中心が後述する電極ノズル１６の中心に対して、左右あるいは上下に、少しオフセットする位置に設けて、ワイヤーＤの送り方向を電極ノズル１６の軸線と若干偏心させてワイヤーＤが電極ノズル１６の貫通穴周面と確実に当接するようにしている。
【００４３】
また、ローラの変形例として、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、ワイヤー送給ローラ１４ａ、１４ｂの代わりに、一対のギアローラ１４ａ’、１４ｂ’としてよい。
各ギアローラ１４ａ’、１４ｂ’は、糸巻き形状で、上下の鍔部に凹凸部１４ａ−１’、１４ｂ−１’を設けると共に、中央の窪み部１４ａ−２’、１４ｂ−２’で形成される空間をワイヤーＤが圧接される挿通路としている。各ギアローラ１４ａ’、１４ｂ’が噛み合った状態で回転することにより、ワイヤーＤを送給している。そうすると、ギアローラ１４ａ’、１４ｂ’の凹凸部１４ａ−１’、１４ｂ−１’同士が多少擦り減った場合でも、ギヤローラ１４ａ’、１４ｂ’同士の噛み合いは保たれるので空回りすることなく、ワイヤーＤを圧接して送給することができる。
【００４４】
上記把持部１２ｄに内蔵されるローラ駆動用のモータ１３は直流モータであり、本体１１と後述するモータ用リード線２４を介して接続し、供給される直流電流方向により時計方向あるいは反時計方向に正逆回転可能にすると共に、電圧値を変化させることで回転速度も可変するようにしている。具体的には、図２（Ａ）中の矢印方向にモータ１３を回転するとワイヤーＤが前進し、図中の矢印方向と逆方向に回転させると後退し、また、回転速度の可変でワイヤーＤの前進あるいは後退の送り速度が変化する。
【００４５】
電極ノズル１６は導電性の材料で形成し、図２（Ｃ）に示すように、中心にワイヤーの貫通穴１６ａを設け、基部側にフランジ部１６ｂ、先端側には円錐形状のノズル部１６ｃを設けている。なお、ノズル部１６ｃの形状は円錐形状に限定されず、円筒形状であってもよい。フランジ部１６ｂの取付側面１６ｄの中央には漏斗部１６ｈを凹設してワイヤーＤを貫通穴１６ａに案内するようにしている。上記漏斗部１６ｈは絶縁材でコーテイングしている。また、フランジ部１６ｂの側面の一部にはガス継手接続部１６ｅを設けると共に、該管継手接続部１６ｅからノズル部１６ｃの突出面１６ｆ側に連通するガス穴１６ｇを設けている。
【００４６】
管継手接続部１６ｅに導電性の管継手２６を接続し、該管継手２６にチューブ２２を接続している。このチューブ２２の内部にリード線２３を通し、該リード線２３を管継手２６に接続している。よって、本体１１より供給される電力は、リード線２３から管継手２６を介して導電体である電極ノズル１６へ通電される。電極ノズル１６へ送られた電源は、貫通穴１６ａを挿通するワイヤーＤが貫通穴１６ａの内面と接触してワイヤーＤへの通電がなされる。なお、上記電極ノズル１６は、貫通穴１６ａの内径が使用するワイヤーＤの外径に適応した寸法を有するものを各種揃えており、使用するワイヤーＤの径に合わせて適宜付け替えるようにしている。
【００４７】
また、上記電極ノズル１６のノズル部１６ｃには、フランジ部１６ｂから中央部を被うようにノズルカバー１８を取り付けている。このノズルカバー１８は、段付きの略円筒形状で、外周壁に９０°間隔で軸線方向に２列にわたり計８個のガス噴出口１８ａを設けている。このようにガス噴出口１８ａを設けることで、図中の矢印方向で示すように、電極ノズル１６のガス穴１６ｇより放出されるシールドガスが一旦、ノズルカバー１８の内部１８ｂに充填してから、四方のガス噴出口１８ａより均等に放出されるようにしている。
【００４８】
上記ノズルカバー１８の先端面１８ｃ及び、ノズルカバー１８より突出する電極ノズル１６のノズル部１６ｃの外周面および／または内周面には、溶接作業中のアーク発生を防止するため、セラミック等の絶縁体Ｚで被覆している。
【００４９】
なお、ワイヤーへの電力の供給は上述した電極ノズル１６とワイヤーＤとの接触ではなく、給電用ブラシを用いて行うようにしてもよい。例えば、電極ノズル１６と上記ローラ１４ａ、１４ｂとの間でワイヤーの送給路に、給電用ブラシを設けてワイヤーと接触させて給電させてもよい。このように給電用ブラシを設けた場合は、電極用ノズル１６及びノズルカバー１８が絶縁体で形成してもよい。
【００５０】
また、ガス用カバー１７は円筒形状の絶縁体で形成されており、上記電極ノズル１６の先端を少し露出した状態で、電極ノズル１６およびノズルカバー１８を被うようにホルダー１２の前部１２ｂに螺合あるいは嵌合により取り付けており、溶接中、ワイヤーＤによる溶接箇所をノズルカバー１８のガス噴出口１８ａより放出されるシールドガスで被うようにして、最適な溶接環境を得るようにしている。
【００５１】
一方、ホルダー１２の後端部１２ｃに取り付けるガイドホルダー１９は、ワイヤーＤを保護及び保持するのに充分な剛性を有する絶縁材で長尺筒状に形成しており、長さは、種々のワイヤーあるいは電極棒の規格長さに対応した寸法としている。このガイドホルダー１９の前端部１９ａはホルダー１２の内部の上記ローラ１４ａ、１４ｂ間の隙間１４ｃの直前部に位置させて、後端部１９ｂより挿入するワイヤーＤを確実に隙間１４ｃへ送るようにしている。
【００５２】
上記ホルダー１２と本体１１とを接続するチューブ２２は絶縁材で形成しており、図４（Ａ）（Ｂ）に示すように、通電用のリード線２３及びモータ用リード線２４を内部に通し、チューブ内面２２ａと上記リード線２３、２４との隙間２２ｂをシールドガスの流路に利用している。上記チューブ２２のホルダー１２との接続側は、ホルダー１２の内部でモータ用リード線２４のみを分岐させてモータ１３と接続し、チューブ２２と通電用のリード線２３は、上述したように電極ノズル１６と接続している。なお、給電用ブラシを使用する場合であれば、アーク用リード線２３は給電用ブラシと接続している。
【００５３】
また、シールドガスの溶接面への供給手段の変形例として、図５に示す構造としても構わない。詳しくは、ノズルカバー１８を廃止して、所要の屈曲形状に形成されたガス流管２６’の後端２６ｂ’をチューブ２２に接続する一方、先端２６ａ’を電極ノズル１６のノズル部１６ｃの先端に向けて配置して、シールドガスが溶接面に噴射される構成としている。こうすると、コーナー部分の溶接作業を行う場合に、上述のノズルカバー１８が邪魔になることもないので好適である。
【００５４】
本体１１は、図１に示すようにボックス形状で、メインスイッチ３０ａ、レベルメータ３０ｊを設けていると共に、フローメータ３１を取り付けてシールドガスの流量を確認できるようにしている。
【００５５】
本体１１の内部は、図６に示すように、交流外部電源より給電する電源部（電源手段）３１にモータ電源部３２ａ、制御電源部３２ｂ、グランド線２９と接続している溶接電源部３２ｃを夫々接続して、夫々電源部より所要電力を出力するようにしている。なお、電源部３１は交流電源を各電源部３２ａ、３２ｂ、３２ｃに振り分ける機能を有しているだけであるが、電解コンデンサを備えても構わない。また、電源部３１より電力を供給される装置制御部３３ａは、モータ制御部３３ｂ及び通電制御部（通電制御手段）３３ｃと各種信号の送受信を行うと共に、本体１１のフットスイッチ２０のオン信号等を入力し、レベルメータ３０ｊに溶接電源の出力状況等を出力するようにしている。さらに、装置制御部３３ａはシールドガスの放出を行う電磁弁３５の開閉信号も出力するようにしている。
また、電磁弁３５の下流のガスチューブ２２には圧力調節のためのレギュレータ３６が備えられている。
【００５６】
なお、本体１１は、パーソナルコンピュータ等を接続することで各種制御をコンピュータ上で行うようにすれば、グラフィカルユーザインターフェースにより設定作業が簡単になり操作性が向上する。また、操作性や作業性等を高めるために、操作手順等の音声ガイダンスを装置制御部３３ａより出力するようにしてもよい。また、フットスイッチ２０を設ける代わりに、ホルダー１２の把持部等に手元スイッチを設けて本体１１に接続してもよい。
【００５７】
溶接用電力とモータ電力も溶接電源部３２ｃ及びモータ電源部３２ａより出力されている。
溶接電源部３２ｃからの通電用のリード線２３へ電力の出力は、電源部３１の電源を溶接電源部３２ｃで変調してＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ  Ｗｉｄｔｈ  Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ・パルス幅変調）制御されるパルス幅で出力するようにしている。
モータ制御部３３ｂは、モータ用リード線２４へ電流を出力するモータ電源部３２ａの出力状況をフィードバック制御しており、設定された内容に伴い装置制御部３３からホルダー１２のモータ１３の駆動に関する各種信号が送られる。モータ制御部３３ｂは、通常は各種設定状況に合わせてモータ１３を回転させるようにモータ電力を出力している。
【００５８】
次に、図８のタイミングチャートで溶接装置１０による溶接作業について説明する。
メインスイッチ３０ａをオンにしてから、フットスイッチ２０をオンすると、電磁弁３５の開信号が装置制御部３３ａより出力されて電磁弁３５が開き、ガスボンベ２５よりシールドガスがチューブ２２へ導出されるようにしている。
そして、その１〜２秒（※１）後に、ワイヤーＤが電極ノズル１６の先端より所要の速度で送出され、ワイヤーＤ送出開始から０．１〜０．５秒（※２）後に、交流電流の通電がパルス状に行われる。この際、溶接開始から後述するメイン通電期間（※４）になるまでの助走通電期間（※３）には１パルスあたりの通電時間を０．００００１〜０．００５秒の微小時間として、時間経過と共に徐々に１パルスあたりの通電時間を増加させている。なお、パルス間の通電休止時間は０．００１〜０．０２秒としている。
【００５９】
この助走通電期間（※３）の通電により、ワイヤーＤとワークＷとの接触面をなじませて、後述する１パルスあたりの通電時間が一定となるメイン通電期間（※４）に安定した溶接を行うことができるようにしている。
また、通電が連続的に通電するのではなく、パルス状に断続的に通電するので、電気の省エネ化を図ることができる。
【００６０】
次いで、１パルスあたりの通電時間（※４−１）が０．００００１〜５．０秒の間の一定値で、パルス間の休止時間（※４−２）が０．００００１〜０．５秒の間の一定値としているメイン通電期間（※４）でワークＷへのワイヤーＤの溶着が行われる。なお、通電の電流値は３０〜１５００アンペアの範囲であり、本実施形態では４００〜５００アンペアとしており、電圧値は１〜１０Ｖとしている。
このように、上記メイン通電期間（※４）がフットスイッチ２０がオンされている間繰り返される。なお、図８中の点線は交流波形を表したもので、ワイヤーＤへの通電は、コンピュータによる位相制御方式でパルス制御して供給している。
【００６１】
フットスイッチ２０がオフされると、通電のオフの後、ワイヤーの溶着防止のためにワイヤーＤが０．１〜１．０秒（※５）送出されると共に、通電終了ブザーが１〜２秒ほど鳴り、その後、ワイヤーＤを溶断し易いように、溶断用電流（※６）が０．０１〜０．５秒通電される。
最後に、上記溶断用電流（※６）のオフ後も、シールドガスがワーク表面の黒焼け等の防止のため、１〜３秒間程アフターブローしてから電磁弁３５を閉じてシールドガスの吹出停止を遅らせるようにしている。
【００６２】
次に、具体的な溶接手順について説明する。
上記補修用溶接装置１０により補修溶接を行うには、まず、補修用ワーク及びワイヤーＤの材質や溶接条件に適したシールドガスを選定する。使用可能なシールドガスとしては、アルゴンガス、ヘリウムガス、炭酸ガス、窒素ガス、これらのガスを組み合わせた混合ガス（アルゴンガスと炭酸ガスの混合ガス、アルゴンガスとヘリウムガスの混合ガス）あるいはアルゴンと酸素の混合ガス等があり、これらの中から適宜なガスを充填したガスボンベ２５をチューブ２８を介して本体１１に接続している。また、ホルダー１２へ出力するガス流量は本体１１の流量調整弁３２でフローメータ３１を確認しながらを調整できるようにしている。
【００６３】
また、溶接に使用するワイヤーの材質を選定する。使用可能な材質は、補修用のワークと共材のものが使用可能であり、鉄、鉄鋼、ステンレス、ベリリウム、銅合金、アルミニウム合金、亜鉛合金、鋳造品、ニッケル、ニッケル合金等の汎用のものも好適に用いられる。ワイヤーＤの形状は、直径を０．２ｍｍ〜５ｍｍが適用可能であり、本実施形態で０．６〜０．８ｍｍのものを使用している。ホルダー１２の電極ノズル１６は上記外径に適用するものにして、選定したワイヤーＤをガイドホルダー１９の後端１９ｄより挿入して電極ノズル１６の先端より突出するようにしている。なお、ワイヤーＤは、上記した汎用なものだけでなく、種々材質を変更して最適な溶接条件を得る専用のワイヤーを使用するようにしてもよい。
【００６４】
さらに、補修の対象となる精密部品や建築用材料や金型等の摩耗や欠損等を有するワークＷにグランド線２９を接続する。補修可能なものは、樹脂成形、ゴム成型等の各種金型、歯車や金属ローラ等の各種金属製の機械部品および刃物等である。
【００６５】
上記した準備作業の完了後、本体１１のメインスイッチ３０ａをオンしてから、各種スイッチ（あるいは接続されたパーソナルコンピュータ）でワーク等の材質を考慮して溶接条件を設定する。
図７（Ａ）に示すように、作業者は、ホルダー１２を持って、電極ノズル１６に取り付けられたノズルカバー１８の先端より突出するワイヤーＤをワークＷの補修を行う欠損部Ｗａに押し付けた状態でフットスイッチ２０をオンすると、上述した図８のタイムチャートに従って溶接が始まる。
【００６６】
先ず、助走通電期間（※３）となる１パルスあたりの通電時間を微小にして通電が行われ、ワイヤーＤをワークＷになじませた後、メイン通電期間（※４）でワイヤーＤに１パルスあたりの通電時間（※４−１）が一定となる通電が為されると、図７（Ｂ）に示すように、ワイヤーＤとワークＷを同時に溶融させて欠損部Ｗａを埋める肉盛部Ｗｂが形成される。
この際、ワイヤー送給ローラ１４ａ、１４ｂよりノズルカバー１８の先端よりワイヤーＤが送出されることでワイヤーＤがワークＷに押し付けられて接触安定するので、作業者は、補修箇所（欠損部Ｗａ）に沿ってホルダー１２を動かすことにだけ集中すればよく作業性が飛躍的に向上し、図７（Ｃ）に示すように簡単に補修溶接を行うことができる。
【００６７】
最後に、フットスイッチ２０をオフにすることで、上述した通電のオフ後のワイヤーＤ送出（※５）と溶断用通電（※６）により、ワイヤーＤを溶断し易すいようにし、ホルダー１２を持ち上げてワイヤーＤと肉盛部Ｗｂとを容易に溶断している。
【００６８】
なお、図７（Ａ）〜（Ｄ）の作業中は、ワイヤーＤの先端とワークＷとの接触面を不活性からなるシールドガスＧで囲繞することで、ワイヤーＤやワークＷの材質等により溶接条件が異なっても、溶接部を確実に包被して外の環境と遮断し、溶接部の酸化、窒化を防いで補修面の仕上がりを良好にすることができる。
【００６９】
図９はワイヤーの第１変形例を示す。
第１実施形態のワイヤーＤは断面円形状としているが、本変形例では、長手方向の中央に狭幅となる窪部４０ａを設けた断面瓢箪形状の電極ワイヤー４０としている。
このように、溶接棒となるワイヤー４０を断面瓢箪形状のものを使用することで、溶接箇所が尖った箇所である場合に、該尖り部がワイヤー４０の窪部４０ａに嵌った状態で安定するので、ワイヤー４０を尖ったワークに安定接触でき作業性が向上すると共に、溶接精度も向上させることができる。
【００７０】
図１０はワイヤーの第２変形例を示す。
本変形例のワイヤー５０は、断面長円形状とすると共に、側面に滑り止め用の粗面部５０ａを設けている。
こうすると、溶接棒となるワイヤー５０を溶接箇所に当接させて溶接作業を行う際に、粗面部５０ａによりワイヤー５０が溶接箇所に対して滑りにくくなり、作業者がワイヤー５０を狙った箇所に当て易くなる利点がある。
【００７１】
図１１はノズルカバーの第１変形例を示す。
本変形例のノズルカバー１８’は、先端側に傾斜面１８ｈ’を設けて該傾斜面の貫通穴よりワイヤーＤが送出される構成としており、先端尖部１８ｉ’をワークＷに当接させた状態で、傾斜面１８ｈ’よりワイヤーＤが突出した状態を維持することができる。よって、作業者は先端尖部１８ｉ’を当てたままホルダー１２を移動させて溶接作業を行うことができ、安定性が非常に良好となる。
なお、ノズルカバー１８’の上記形状変更に伴なって、その内部の電極ノズルも上記形状としていることは言うまでもない。
【００７２】
図１２はノズルカバーの第２変形例を示す。
本変形例のノズルカバー１８”は断面凹形状としており、先端よりワイヤーＤを送出している。ワイヤーＤが矢印方向に負荷されるように溶接することで、切欠部１８ｊ”から出てしまうことがない。
【００７３】
図１３は第２実施形態を示す。
本実施形態は、ハンドタイプのホルダー１２’を本体１１’に着脱自在に電気接続させてワイヤレスとしている。
【００７４】
ホルダー１２’にコンデンサ６２およびサブ通電制御手段６１を搭載しており、本体１１’には内部の電源部３１と接続された充電スタンド６０にホルダー１２を設置した状態でホルダー１２’内のコンデンサ６２に充電し、作業時にはホルダー１２’を充電スタンド６０から取り外して使用する。
そして、コンデンサ６２からワイヤー送給用モータ１３および電極ノズル１６へ電源を供給していると共に、サブ通電制御手段６１で通電制御を行っている。
なお、他の詳細な構成は第１実施形態と同様であるため説明を省略する。
【００７５】
上記構成とすると、ハンドタイプのホルダー１２’を本体１１’の充電スタンド６０に取り付けている間に、ホルダー１２’側のコンデンサ６２に充電を行い、作業時にはホルダー１２’を本体から切り離してワイヤレスとして、サブ通電制御手段６１に従って溶接を行うことができ、作業性が飛躍的に向上する。
【００７６】
【発明の効果】
上記した説明より明らかなように、本発明によれば、溶接棒兼電極とするワイヤーをワークに接触させて抵抗熱で溶融させているので、作業者は溶接棒兼電極とワーク間との距離を空ける必要もなく、溶接具合のみに集中して作業が行え、溶接作業性を向上できると共に、アークが発生せず保護面も不要とできる。そして、ホルダーを持っているだけでワイヤーの送出によりホルダーが安定されるので、作業者は補修箇所に沿ってホルダーを動かすことにだけ集中すればよく作業性はさらに飛躍的に向上する。
また、上記ワイヤーへの通電を、パルス通電により間欠的に行っているので、熱が最適化されて酸化やヒケ・歪みのない高精度な溶接を行うことができる。
さらに、溶接開始時の１パルスあたりの通電時間は微小として時間経過と共に徐々に１パルスあたりの通電時間を増加させ、ある一定時間が過ぎたところで１パルスあたりの通電時間を一定にして行うことで、ワイヤーを弾き飛ばしてワークにダメージを与えるのを防止し、ワイヤーとワークとの接触面をなじませて安定した溶接を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態の補修用溶接装置の全体斜視図である。
【図２】（Ａ）はホルダーの要部断面平面図、（Ｂ）は正面図、（Ｃ）は電極ノズル部の拡大断面図である。
【図３】（Ａ）はワイヤーの送給機構の変形例を示す要部平面図、（Ｂ）は要部正面図である。
【図４】ガスチューブであり、（Ａ）は軸直角方向の断面図、（Ｂ）は軸方向の断面図である。
【図５】シールドガスの供給手段の変形例を示す要部拡大図である。
【図６】本体の内部構造および接続状況を示す概略図である。
【図７】（Ａ）〜（Ｄ）は溶接状況を示す概略図である。
【図８】タイミングチャートを示す図面である。
【図９】ワイヤーの第１変形例を示す斜視図である。
【図１０】ワイヤーの第２変形例を示す斜視図である。
【図１１】電極ワイヤーの第１変形例を示す図面である。
【図１２】電極ワイヤーの第２変形例を示す図面である。
【図１３】第２実施形態を示す概略図である。
【図１４】従来例を示す図面である。
【符号の簡単な説明】
１０      補修用溶接装置
１１      本体
１２      ホルダー  １４ａ、１４ｂ  ワイヤー送給ローラ
１６      電極ノズル
１７      ガス用カバー
１８      ノズルカバー
２０      フットスイッチ
２２      ガスチューブ
２５      ガスボンベ
２９      グランド線
Ｄ        ワイヤー（溶接棒兼電極）
Ｗ        ワーク（金属材）
【図１】
2004160461.tif 000003
【図２】
2004160461.tif 000004
【図３】
2004160461.tif 000005
【図４】
2004160461.tif 000006
【図５】
2004160461.tif 000007
【図６】
2004160461.tif 000008
【図７】
2004160461.tif 000009
【図８】
2004160461.tif 000010
【図９】
2004160461.tif 000011
【図１０】
2004160461.tif 000012
【図１１】
2004160461.tif 000013
【図１２】
2004160461.tif 000014
【図１３】
2004160461.tif 000015
【図１４】
2004160461.tif 000016