(57)【要約】【課題】リレーの接点を用いて負荷に直列に接続された負荷の駆動用の交流電源を供給・遮断させる場合には、リレー接点の転移現象、溶着、異常消耗、接触抵抗の増大等の接点不良が懸念されるために、特別に接点不良を抑制するリレーの保護を実施できるようにしなければならなかった。本発明は、上記課題に鑑み、リレー接点の保護等の必要が無く、半永久的な寿命を有する消耗性電極送給補助装置を提供することを目的とする。【解決手段】本発明の消耗性電極送給補助装置は、消耗性電極送給を補助する装置の駆動部にインダクションモータを備え、前記インダクションモータの単相交流電源ラインをトライアック（電力用半導体素子）を用いた半導体無接点リレーを介して入切する構成である。【選択図】  図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
消耗性電極送給を補助する装置の駆動部にインダクションモータを設け、前記インダクションモータの単相交流電源ラインを半導体素子を用いた半導体無接点リレーを介して入切する構成の消耗性電極送給補助装置。
【請求項２】
単相交流電源ラインの零電圧位相で半導体素子をトリガあるいは非トリガさせて、インダクションモータを入切する請求項１記載の消耗性電極送給補助装置。
【請求項３】
消耗性電極送給装置のモータ電流を検出する検出器を備え、前記モータ電流が流れている状態時のみ、インダクションモータを駆動する請求項１または請求項２記載の消耗性電極送給補助装置。
【請求項４】
シールドガスを供給する電磁弁が動作している状態時のみ、消耗性電極送給補助装置のインダクションモータを駆動する請求項１または請求項２記載の消耗性電極送給補助装置。
【請求項５】
操作者が操作できるスイッチの入切でインダクションモータを駆動・非駆動する請求項１または請求項２記載の消耗性電極送給補助装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、例えばアーク溶接装置等の消耗性電極を送給する送給装置での消耗性電極の送給を補助する消耗性電極送給補助装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、アーク溶接装置等の消耗性電極を送給する送給装置での消耗性電極の送給を補助する消耗性電極送給補助装置の駆動制御には機械接点式のリレーを用いていた。（例えば特許文献１参照）
図７を用いて従来例を説明する。負荷１０１に直列に接続された負荷１０１の駆動用の交流電源１０２を供給・遮断させるための負荷用リレー１０３が閉時直後に発生する突入電流の制限用の抵抗１０４と並列に負荷用リレー１０３の接点が閉じ、定常電流になってから閉じられる制御用リレー１０５と、負荷用リレー１０３と制御用リレー１０５の開閉動作を制御するマイクロコンピュータ１０６を設けることにより、負荷用リレー１０３の接点の動作応答時間のばらつきに関わらず、突入電流を抑制し、接点不良を抑制できるものであった。
【０００３】
すなわち、リレー接点を用いる場合の課題であるリレー接点の転移現象、溶着、異常消耗、接触抵抗の増大等の接点不良を抑制するリレーの保護を実施できるように構成されていた。
【０００４】
【特許文献１】
特開平９−２８４９９７号公報
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
このように、リレーの接点を用いて負荷に直列に接続された負荷の駆動用の交流電源を供給・遮断させる場合には、リレー接点の転移現象、溶着、異常消耗、接触抵抗の増大等の接点不良が懸念されるために、特別に接点不良を抑制するリレーの保護を実施できるようにしなければならなかった。
【０００６】
また、リレーの接点が融着した場合は誤動作の恐れや、リレー接点寿命（一般的には１０万回）があるため、リレー接点寿命に到達する前に前記リレー本体を交換しなければならなかった。
【０００７】
また、リレー接点の動作遅延時間は一般に１０ミリ秒程度で、一方、商用電源（６０Ｈｚ時）の半サイクルは約８ミリ秒なので前記リレー接点で商用電源を入切する場合、その動作遅延時間が問題になっていた。
【０００８】
本発明は、上記課題に鑑み、リレー接点の保護等の必要が無く、半永久的な寿命を有する消耗性電極送給補助装置を提供することを目的とする。
【０００９】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成するために本発明の消耗性電極送給補助装置は、消耗性電極送給を補助する装置の駆動部にインダクションモータを設け、前記インダクションモータの単相交流電源ラインを半導体素子を用いた半導体無接点リレーを介して入切する構成にしたものである。
【００１０】
以上の構成により、消耗性電極送給補助装置の駆動用モータの駆動用の交流電源を半導体無接点リレーを介して供給・遮断するため、従来のようなリレー接点の保護等の必要が無く、半永久的な寿命を有する消耗性電極送給補助装置を提供することかできる。
【００１１】
【発明の実施の形態】
まず、本発明の実施の形態における消耗性電極送給補助装置を適用するアーク溶接システムを図６を用いて説明する。
【００１２】
図６において、ロボット制御装置１は教示用のティーチペンダント２と制御線で接続され、溶接電源３とも他の制御線で接続されている。操作者はティーチペンダント２を操作しながら、産業用ロボットの制御基準点に配置されている溶接トーチ７を直接見ながら、ロボット本体４を微細に動かし、ロボットにさせたい仕事の順に順序よく教示していく。また、教示データはロボット制御装置１内のＲＡＭ（図示せず）へ格納される。教示された既登録プログラムにより、図６のアーク溶接システムが自動運転される。溶接運転が開始されると、ロボット本体４が溶接トーチ７を被溶接物（ワーク）の所定溶接開始位置となる溶接開始点へ到達させ、ロボット制御装置１は溶接電源３へ予め記憶してある本溶接条件（溶接電流値・溶接電圧値）を送信した後に溶接開始指令を実行する。この溶接開始指令の実行により溶接電源３がワイヤリールスタンド８に装填されたワイヤリール６から消耗性電極（以下ワイヤと略す）をワイヤ送給装置５によりワイヤコンジツト９内部の管を通して溶接トーチ７まで送給しワークに接触させてアークを発生させる。アークが発生するとアークアンサが溶接電源３からロボット制御装置１へ返信され、溶接トーチ７をワークの所定溶接経路に沿って、予め記憶している溶接速度でアーク溶接を行う。その後、溶接トーチ７が溶接終了点に到達すると、予め記憶してあるクレータ溶接条件（溶接電流値・溶接電圧値）を送信しロボット本体４を停止させてかつワイヤ送給も停止させた後、クレータ処理を行うための溶接終了指令を実行させ、ワイヤスティックチェックを実施し、ワイヤのワークヘの融着かなければ次教示点へ移動する。
【００１３】
ここで、本発明の消耗性電極送給補助装置１０は前述のアーク溶接区間中すなわち、ワイヤ送給装置５が溶接条件に比例したワイヤ送給速度でワイヤを送給している間、消耗性電極送給経路の送給抵抗みあい分の送給力を送給系に伝達して前記送給抵抗分をキャンセルすることでワイヤの送給抵抗をほぼ零にするもので、ワイヤ送給装置５のワイヤ送給力がそのままワイヤを送給することのみに働き、送給経路の送給抵抗分に打ち勝つための力を必要としないため、アーク溶接制御に機敏に同期したワイヤ送りが実現できるものである。ワイヤの送給抵抗をほぼ零にするためにマグネット−トルクコントローラが使用されていて、このマグネット−トルクコントローラは消耗性電極送給補助装置１０内に装備され、同じく装備されるインダクションモ−タによって回転される。このマグネット−トルクコントローラは、ヒステリシス円板と多極マグネット板の間隔を保持する構成で、スベリ回転数および回転方向に無関係に一定のトルクが得られるものである。この一定のトルクはハウジング部（図示せず）の回転角により、無段階にトルク値か設定でき、反復性に優れたものである。すなわち、あらかじめ前記間隔をワイヤの送給抵抗分をほぼ零にできる間隔に保持し、単にこれらの板を回転させるだけで、スベリ回転数および回転方向に無関係に一定のトルクか得られるのでワイヤの送給抵抗をほぼ零にできる。
【００１４】
また、インダクションモータは誘導の原理を応用したモータであって、商用電源の交流電圧か交互にプラスとマイナスに入れ替わる性質を利用し、補助コイル、主コイルとうまくコイルを組み合わせることでスムーズな回転力が得られる構成となっている。このインダクションモータは家庭で使用されている扇風機や洗濯機、冷蔵庫などに利用されている。
これら電化製品の場合、モータの回転力は磁極に流す電流の強さで調整する。瞬発力はないが、構造か簡単なため他のモータと比して安価で、長寿命などの特微があり、たくさんの商品で採用されている。今回、産業用の消耗性電極を用いたアーク溶接装置においてワイヤの送給摩擦抵抗分をキャンセルする消耗性電極送給補助装置１０として、前述のマグネット−トルクコントローラを採用する際に、このマグネット−トルクコントローラの駆動用モータとしてインダクションモータを採用することができるものである。すなわち、このことにより、安価な消耗性電極送給補助装置を提供できるのである。
【００１５】
（実施の形態１）
以下、本発明の実施の形態を図１を用いて説明する。本実施の形態における消耗性電極送給補助装置１０は、ワイヤ送給を補助する装置の駆動部に誘導の原理を応用したインダクションモータ１１を設け、前記インダクションモータ１１の単相交流電源ラインをトライアック（電力用半導体素子）１２を用いた半導体無接点リレーを介して入切する構成である。起動信号入力としてＤＣ２４ボルトの電圧が印加されると発光回路１３か発光し受光回路１４がアクティブ状態となり、受光回路１４の信号が点弧制御回路１５へ伝達されてインダクションモータ１１の単相交流電源ラインをトライアック１２が閉回路となし、インダクションモータ１１が回転動作を開始する。
【００１６】
なお、図１の実施の形態例においては、バリスタ１７の定電圧特性を利用して、接点間に高い電圧が加わらないように誘導負荷のコイル間と接点両端の各々に、図１に示すようにバリスタ１７を挿入した。
【００１７】
一般に、誘導負荷を遮断した場合、数百〜数千ボルトの逆起電圧が発生し、接点に損傷を与え、寿命を著しく短くする恐れがある。誘導負荷であるインダクションモータやリレー駆動電源を遮断した瞬間、逆起電圧（ｅ＝−Ｌ・ｄｉ／ｄｔ）のような急峻な波形が誘導負荷の両端に発生し、この逆起電圧は電源ラインを通ってリレー接点の両端に加わることになる。また、一般に、常温常気圧の空気中の臨界絶縁破壊電圧は２００〜３００ボルト程度と考えてよく、従って、前記の逆起電圧がこれを超えている場合は、接点において放電が行われ、コイルに蓄えられていたエネルギー（１／２・Ｌｉ２）を消費することになる。
【００１８】
以上の構成によれば、リレー接点特有の転移現象、溶着、異常消耗、接触抵抗の増大等の接点不良の問題か無く、リレーの接点が融着した場合の誤動作の恐れや、リレー接点寿命（一般的には１０万回）の問題も無く、リレー接点寿命に到達する前に前記リレー本体を交換しなければならなかったという数々の問題を一掃できるものである。
【００１９】
（実施の形態２）
次に、本発明の第２の実施の形態例における消耗性電極送給補助装置を図２と図３を用いて説明する。本実施の形態例における消耗性電極送給補助装置は、単相交流電源ラインの零電圧位相で電力用半導体素子をトリガあるいは非トリガさせて、インダクションモータ１１の単相交流電源ラインを電力用半導体素子を用いた半導体無接点リレーを介して入切する構成であるが、図２に示す構成と図１に示す構成との差異は図１の点弧制御回路１５と図２の零電圧時点弧制御回路１６の相違のみである。
【００２０】
図２の零電圧時点弧制御回路１６の動作を図３にて説明する。まず、図３（ａ）の回路に示すように商用電源を全波整流し正電圧のみとし、この正電圧間に抵抗Ｒとツェナーダイオ−ドＺＤとホトカプラＰＣを直列に挿入する。このホトカプラＰＣの出力側トランジスタを図３（ａ）に示すようなオープンコレクタ回路とし零電圧検出信号を入手する。この零電圧検出信号は図３（ｂ）に示すように商用電源の零ボルト付近を境とする矩形波となる。ここで、図２の起動信号入力のＤＣ２４ボルトの印加による受光回路１４の出力信号と前記零電圧検出信号とを用いて図３（ｃ）に示す回路構成により、起動信号入力がＨｉｇｈ論理でかつ零電圧検出信号かＨｉｇｈ論理のときに点弧制御信号を出力し、また、起動信号入力がＬｏｗ論理でかつ零電圧検出信号かＨｉｇｈ論理のときに点弧制御信号を消失させる。すなわち、図３（ｂ）に示す点弧制御信号を生成し、この点弧制御信号により単相交流電源ラインの零電圧位相で電力用半導体素子を点弧（トリガ）または、非点弧（非トリガ）させるものである。
【００２１】
このことにより、交流を制御するにあたって、その零電圧位相で精度よく電力用半導体デバイスを入り切りし、スイッチング時に発生する障害電圧を減少させるものである。言うまでも無く、図３（ｂ）に示す零電圧検出信号の矩形波の時間幅を図３（ｃ）に示す回路構成が十分に応答できる時間を確保し、かつできるだけ短くすることで障害電圧を極限まで減少させることかできる。リレー接点の動作遅延時間が一般に１０ミリ秒程度なのに対して、電力用半導体デバイスの場合、数マイクロ秒程度のため、前述のように障害電圧を極限まで減少させることができる。
【００２２】
以上の構成によれば、接点間に高い電圧が加わらないようにできるので半永久的に使用することができるものである。
【００２３】
（実施の形態３）
次に、本発明の第３の実施の形態例における消耗性電極送給補助装置を図４（ａ）と図４（ｂ）を用いて説明する。本実施の形態例における消耗性電極送給補助装置は、図１の構成のＤＣ２４Ｖ入力部分に図４に示す回路を付加したもので、ワイヤ送給装置５内に内在するワイヤ送給モータ２０のモータ電流を検出するＣＴ（電流検出器）２１を備え、前記モータ電流が流れている状態時のみ、消耗性電極送給補助装置のインダクションモータを駆動する電力用半導体素子をトリガあるいは非トリガさせる構成である。ワイヤを送給するたに、ワイヤ送給装置５内に内在するワイヤ送給モータ２０が回転すると、そのモータ電流を検出するＣＴ（電流検出器）２１が検出電流に比例した出力電圧を出力する。前記出力電圧を反転増幅回路２２で増幅し、次段の積分回路（ローパスフイルター）２３にて波形整形し、さらに次段のコンパレータ回路２４にて所定のしきい値を超えたときのみツェナーダイオードＺＤ２５を通してホトカプラ２６へ信号が伝達された場合のみ前述の実施の形態１、２でのインダクションモータの単相交流電源ラインをトライアック（電力用半導体素子）１２を点弧制御する構成である。ここで、図４のダイオードＤはワイヤ送給モータが逆回転（ワイヤ逆送給）した場合にコンパレ一タ回路２４へ、このダイオードＤを通してＡＧ（±１５Ｖ電源のグランド）から電流を供給してコンパレータ回路２４が破壊しないようにするものである。また、図４のツェナーダイオードＺＤ２５はホトカプラ２６が誤動作しないようにコンパレータ回路２４の出力電圧がツェナー電圧以上となったときに動作させることで、ノイズ等による誤動作を発生させないようにするものである。
【００２４】
以上の構成によれば、消耗性電極送給補助装置への起動信号入力を別途生成する必要がなく便利となる。
【００２５】
（実施の形態４）
次に、本発明の第４の実施形態例における消耗性電極送給補助装置について図５を用いて説明する。本実施の形態例における消耗性電極送給補助装置は、アーク溶接システムにおけるワイヤ送給装置５内に内在するシールドガスを供給するガスバルブの電磁弁３０が動作し、シールドガスが供給されている状態時のみ、消耗性電極送給補助装置のインダクションモータを駆動する電力用半導体素子をトリガあるいは非トリガさせる構成であり、インダクションモータの駆動を制御する回路は実施の形態１、２に示す構成と同様なため説明を省略する。図５に示す溶接電源３のＣＰＵ部（図示せず）はバスを介して図５のラッチ回路３１のデータ入力部に接続されているデータバスｇａｓ  ｏｎ／ｏｆｆ＝０／１ヘデータをセットした後、書き込み信号ＣＫをＬＯＷ論理ヘワンショットしてリレーＣＲ３２を制御し、そのリレー接点ＣＲ＿ａ１を閉じることで、ソレノイドバルブ３０が励磁されるので、最終、ガスバルブの電磁弁か開となり、この電磁弁の「ｇａｓ  ｉｎｌｅｔ」から「ｇａｓ  ｏｕｔｌｅｔ」方向ヘシールドガスが放流される。このように、ガス電磁弁を最終的に制御することによりシールドガスを放流／放流停止する。
【００２６】
このシールドガスはアーク溶接区間中はもちろんのこと、そのアーク溶接区間の前後も放流されている。シールドガス放流を制御する前述のリレーＣＲ３２を用いて、すなわち、ガスバルブを制御するリレー接点ＣＲ＿ａ１と同じ動作をするリレー接点ＣＲ＿ａ２に直流電源ＤＣ２４Ｖを直列に接続し、その出力を実施の形態１、２の消耗性電極送給補助装置１０の起動信号入力とするものである。
【００２７】
以上の構成によれば、消耗性電極送給補助装置への起動信号入力を別途生成する必要がなく便利である。また、ワイヤ送給開始直前とワイヤ送給停止直後も消耗性電極送給補助装置への起動信号入力か生成されることで運転準備状態を確保できるので、消耗性電極送給補助装置への起動信号入力としては好適である。
【００２８】
（実施の形態５）
次に、本発明の第５の実施の形態例における消耗性電極送給補助装置を図１を用いて説明する。図１における消耗性電極送給補助装置１０は、ワイヤ送給を補助する装置の駆動部に誘導の原理を応用したインダクションモータ１１を備え、前記インダクションモータの単相交流電源ラインをトライアツク（電力用半導体素子）１２を用いた半導体無接点リレーを介して入切する構成である。本発明の第５手段における消耗性電極送給補助装置１０は、操作者が操作できる常開スイッチを備え、図１に示すようにトライアック（電力用半導体素子）１２の前記半導体無接点リレーの両端を操作者が操作可能な常開スイツチにて開閉する構成である。この構成により、操作者かスイッチを操作してスイッチを閉状態にしているときも、消耗性電極送給補助装置のインダクションモータを駆動できるようにしたものである。
【００２９】
以上の構成によれば、操作者が図６に示す消耗品であるワイヤリール６を交換するときに、前記スイッチを閉状態にすることによりワイヤ送給経路の送給抵抗みあい分の送給力を送給系に伝達して送給抵抗分をキャンセルできるので、ワイヤリールスタンド８に装填したワイヤリール６からワイヤを引き出した後、ワイヤをワイヤコンジツト９内部の管を通してワイヤ送給装置５を通過させて、さらに溶接トーチ７まで送給するという一連の交換作業がし易く便利である。
【００３０】
【発明の効果】
以上のとおり本発明における消耗性電極送給補助装置は、リレー接点特有の転移現象、溶着、異常消耗、接触抵抗の増大等の接点不良の問題か無く、リレーの接点が融着した場合の誤動作の恐れや、リレー接点寿命の問題も無く、リレー接点寿命に到達する前に前記リレー本体を交換しなければならなかったという数々の従来の問題を一掃できるものである。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態１における消耗性電極送給補助装置の電気回路図
【図２】本発明の実施の形態２における消耗性電極送給補助装置の電気回路図
【図３】（ａ）本発明の実施の形態２における消耗性電極送給補助装置における零電圧検出信号を生成する回路図
（ｂ）本発明の実施の形態２における消耗性電極送給補助装置における点弧制御信号を生成を説明するタイミングチヤート
（ｃ）本発明の実施の形態２における消耗性電極送給補助装置における点弧制御信号を生成する回路図
【図４】本発明の実施の形態３を説明する説明図
【図５】本発明の実施の形態４を説明する説明図
【図６】アーク溶接システムの全容を示す図
【図７】リレー接点を用いた従来例を示す図
【符号の説明】
１  ロボット制御装置
２  テイーチペンダント
３  溶接電源
５  ワイヤ送給装置
６  ワイヤリール
７  溶接ト−チ
８  ワイヤリ−ルスタンド
９  コンジット
１０  消耗性電極送給補助装置１５  点弧制御回路
１６  零電圧時点弧制御回路
２０  ワイヤ送給モータ
２１  ＣＴ（電流検出器）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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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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