(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
固定子（５）の導体セグメント（２４ａ〜ｄ）の端末同士が当接してなり前記固定子の端面に環状で均等配列される溶接部（５４）を溶接して回転電機の固定子巻線を形成させる溶接トーチ（２）を備えた回転電機巻線の溶接装置（１）であって、
前記固定子は固定的に配置され、
前記溶接トーチを前記溶接部の環状配列の径方向に移動させて位置決めする段取装置（３）と、
前記溶接トーチを前記溶接部の環状配列の直径（Ｄ１，Ｄ２）と同一径に位置決めされた段取位置で前記段取装置とともに公転させる公転機構（１６）と、
前記溶接トーチを、前記段取装置の段取位置で自転可能に支持する支持部（３８）と、
を備えることを特徴とする回転電機巻線の溶接装置。
【請求項２】
前記段取装置は、前記溶接トーチの公転直径を変更させる段取り時に前記溶接トーチと係合し、前記溶接トーチの公転時には前記溶接トーチと係合しないことを特徴とする請求項１に記載の回転電機巻線の溶接装置。
【請求項３】
前記段取装置は、前記溶接トーチの段取位置を摩擦力で保持させる摩擦付与装置（１５）を備えることを特徴とする請求項１又は２に記載の回転電機巻線の溶接装置。
【請求項４】
前記溶接トーチの公転は、サーボモータ（１２）で直接的に駆動・制御されることを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載の回転電機巻線の溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、導体セグメントの端末同士を接合して回転電機の巻線を形成させる溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
回転電機の固定子の巻線は、固定子のスロットの端面から突出した導体セグメントの端末同士を接合することにより形成される。導体セグメントの端末は、固定子の端面で円周上に均等配列されるが、固定子の品種に応じてワーク径や巻線層数及び層ピッチが異なるので、導体セグメントの端末同士の接合部の位置は、固定子の品種毎に様々に異なるものとなる。
【０００３】
導体セグメントの端末同士を溶接により接合するための技術は、例えば特許文献１に開示されている。
【０００４】
特許文献１に開示された技術は、ロボットのアームに取付けて固定状態となした溶接トーチが、各導体セグメントに接続される多数の電極を装備した比較的大きな体格の溶接治具を固定子とともに等速回転させることによって、各導体セグメントの端末同士を連続的に溶接するものである。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００８−１５４４３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、上述した特許文献１の技術には、導体セグメントの層数やワーク径及び層ピッチの異なる各種の固定子に対応するために、比較的大きな体格の溶接治具を各固定子に応じて交換する必要が生じ、段取りが煩雑になるとともに長時間を空費するという問題がある。
【０００７】
そのような問題を解決するため、溶接冶具を固定的に配置するとともに溶接トーチをロボットで回転させるように構成することもできる。しかしながら、その場合、溶接トーチの回転は高精度・等速とはならず、各導体セグメント端末同士の溶接品質は低下するのである。
【０００８】
本発明は、上述した問題に鑑みてなされたものであり、溶接トーチが、溶接部の径と同一径で高精度且つ等速に公転して溶接部を溶接する回転電機巻線の溶接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】
【０００９】
上記目的を達成するためになされた請求項１に記載の発明は、固定子（５）の導体セグメント（２４ａ〜ｄ）の端末同士が当接してなり前記固定子の端面に環状で均等配列される溶接部（５４）を溶接して回転電機の固定子巻線を形成させる溶接トーチ（２）を備えた回転電機巻線の溶接装置（１）であって、前記固定子は固定的に配置され、前記溶接トーチを前記溶接部の環状配列の径方向に移動させて位置決めする段取装置（３）と、前記溶接トーチを前記溶接部の環状配列の直径（Ｄ１，Ｄ２）と同一径に位置決めされた段取位置で前記段取装置とともに公転させる公転機構（１６）と、前記溶接トーチを、前記段取装置の段取位置で自転可能に支持する支持部（３８）と、を備えることを特徴とする。
【００１０】
この構成によれば、回転電機巻線の溶接装置（１）は、固定子（５）が固定的に配置され、溶接トーチ（２）を溶接部（５４）の環状配列の径方向に移動させて位置決めする段取装置（３）と、溶接トーチ（２）を溶接部（５４）の環状配列の直径（Ｄ１，Ｄ２）と同一径に位置決めされた段取位置で段取装置（３）とともに公転させる公転機構（１６）とを備える。そのため、溶接トーチを高精度に等速で回転させることができ、溶接部の溶接品質が向上するという優れた効果を奏する。また、固定子が固定的に配置されることにより、電極の回転機構が不要となるので、溶接冶具の小型化を図ることができ、固定子交換時の段取り作業が容易になる。また、溶接トーチを、段取装置の段取位置で自転可能に支持する支持部としてのトーチ支持台（３８）を備えているので、溶接トーチに接続された電線等から過度な張力を受けることがなく、溶接トーチの公転を容易且つ高精度に実行させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の実施形態に係る回転電機巻線の溶接装置の全体構成を示す正面図である。
【図２】本発明の実施形態に係る回転電機巻線の溶接装置の部分構成を示す左側面図である。
【図３】図１における溶接トーチが溶接可能な段取位置に移動した形態を段取装置及び摩擦付与装置とともに詳細に示す拡大部分断面図である。
【図４】図３でIＶ−IＶ矢視する固定子を拡大して示す平面図である。
【図５】図１におけるＶ−Ｖ矢視を拡大して、溶接トーチが段取装置と係合する段取状態を示す平面図である。
【図６】溶接トーチが段取装置と係合しない公転状態を図５における他の形態として示す拡大平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
以下、本発明を具体化した一実施形態について、図面を参照しつつ説明する。但し、本明細書中の全図において相互に対応する部分には同一符号を付し、重複部分においては後述での説明を適宜省略する。
【００１３】
図１乃至図４に示すように、本発明を実施する回転電機巻線の溶接装置１は、端面が水平となるよう架台５０に固定的に配置された図示しない回転電機の固定子５、及び、固定子５の導体セグメント２４ａ〜ｄの端末同士が当接してなり固定子５の端面に環状で均等配列される各溶接部５４と溶接電極２５とが対向するよう、溶接部５４の環状配列の径方向に移動可能になされ溶接部５４の環状配列の直径Ｄ１，Ｄ２と同一径に位置決めされた段取位置に配置され公転する溶接トーチ２を備える。尚、溶接装置１は、開閉自在の図示しない筺体で覆われている。
【００１４】
図３及び図４に示すように、導体セグメント２４ａ〜ｄは、回転電機の固定子５の軸方向に設けたスロット４７に、その端面から端末部が突出するように収納されている。導体セグメント２４ａ〜ｄの端末は、スロット４７の端面外方で固定子５の径方向に隣接する端末同士が当接して溶接部５４となる。溶接部５４は溶接トーチ２で溶接されて巻線となり固定子巻線が形成される。導体セグメント２４ａ及び導体セグメント２４ｂの端末同士が当接する溶接部５４は、固定子５の端面に直径Ｄ１の環状で均等配列され、溶接部５４と溶接電極２５との間に僅かな間隙を保つように溶接トーチ２が配置される。また、導体セグメント２４ｃ及び導体セグメント２４ｄの端末同士が当接する溶接部５４は、固定子５の端面に直径Ｄ２の環状で均等配列され、溶接部５４と溶接電極２５との間に僅かな間隙を保つように溶接トーチ２が配置される。これらの溶接部５４は溶接トーチ２により溶接されて接合される。尚、図４に示すように、本実施の形態では巻線層が直径Ｄ１及び直径Ｄ２の二層としての例で説明するが、巻線層数は三層以上であっても構わない。また、巻線層の直径や層ピッチは固定子の品種に応じて異なるものとなるのは当然である。
【００１５】
図３に示すように、溶接トーチ２は導体セグメント２４ａ〜ｄの端末同士が当接する溶接部５４をＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ  Ｉｎｅｒｔ  Ｇａｓ）溶接するものである。溶接トーチ２は、ガスコネクタ２７から供給される不活性ガスであるアルゴンガスの気中で、タングステンでなる溶接電極２５への電源コネクタ２６からの通電により、導体セグメント２４ａ〜ｄの端末同士が当接する溶接部５４と溶接電極２５との間にアークを発生させ、このアーク熱により溶接部５４を溶融させて溶接を行うものである。尚、エアコネクタ２８は溶接トーチ２にエアを供給するためのものである。
【００１６】
図１に示すように、溶接トーチ２は、段取装置３を介して取付板２０に取り付けられている。取付板２０は、枠板１９を端面で架設しリニアガイド２３に立設された四の支柱２１を摺動する四のブッシュ２２間に架設されている。さらに、取付板２０にはボールナット４９が固定され、ボールナット４９と螺合するボールネジ４８は、プーリ１３、ベルト１７及びプーリ１４を介してサーボモータ９により駆動・制御される。このような構成によって、サーボモータ９は、溶接部５４と溶接電極２５との間隙を安定的且つ高精度に維持させることができる。
【００１７】
図３に示すように、段取装置３は、取付板２０に固定されたサーボモータ１０と、サーボモータ１０の出力軸に連結されたボールネジ３２と、ボールネジ３２に螺合するボールナット３３と、ボールナット３３を収納し取付板２０に対して摺動移動可能なハウジング３４と、ハウジング３４の先端に固着され案内溝３７が刻設されたアーム３５と、案内溝３７と係合するカムフォロア３６と、カムフォロア３６及び摩擦付与装置４を備え溶接トーチ２を支持するトーチ支持台３８とから構成されている。
【００１８】
溶接トーチ２は、締結具２９により電気的絶縁が確保された状態で基台３０に固定されている。基台３０はトーチ支持台３８にべアリング３１を介して取り付けられている。このような構成によって、溶接トーチ２は、トーチ支持台３８に対して回転自在（自転）となっている。尚、トーチ支持台３８が本発明の支持部を構成するものである。
【００１９】
図３及び図５に示すように、サーボモータ１２は、プーリ１５及びベルト１８を介してプーリ盤１６を固定子５の中心軸と同芯となるように直接的に回転駆動して制御する。プーリ盤１６の下面には環状の支持部材４１が固定されている。取付板２０に嵌挿・固定された環状の連結部材３９と支持部材４１との間にはベアリング４０が設けられている。プーリ盤１６の上面にはトーチ支持台３８が、プーリ盤１６の径方向すなわち溶接部５４の環状配列の径方向に摺動自在で設けられている。このような構成から、溶接トーチ２は、多関節ロボット等により間接的に回転駆動・制御する場合とは異なり、サーボモータ１２によって直接的に回転駆動して制御されるので、直径Ｄ１又は直径Ｄ２のような任意の径で安定的且つ高精度に回転（公転）可能となる。尚、プーリ盤１６が本発明の公転機構を構成するものである。
【００２０】
図３及び図５に示すように、摩擦付与装置４は、トーチ支持台３８の両側面に当接して摺動しプーリ盤１６の上面に立設する門形状のフレーム４５と、トーチ支持台３８の上面と当接するようにフレーム４５の内側に設けた摩擦板４６と、摩擦板４６に立設しフレーム４５の天井部を貫通する複数の案内棒４２と、フレーム４５の天井部と摩擦板４６との間に介装され案内棒４２を挿通させるスプリング４３と、摩擦板４６に立設しフレーム４５の天井部を貫通した部分にナットを螺合する加圧ネジ４４とから構成されている。
【００２１】
この構成によれば、フレーム４５の天井部と摩擦板４６との間隔がナットの回転で増減可能となるので、スプリング４３の摩擦板４６への押圧力が増減可能となり、摩擦付与装置４のトーチ支持台３８に対する摩擦力を調整することができる。そのため、段取装置３で位置決めされたトーチ支持台３８の固定子５径方向の段取位置を確実に保持することができる。
【００２２】
図１及び図２に示すように、支柱２１を立設するリニアガイド２３は、ボールネジ５２及びボールナット５３を介してサーボモータ１１により水平移動可能となっている。取付板２０の下方に設置された架台５０に固定子５を取り付けるときには、支柱２１をリニアガイド２３により図１の紙面に垂直な奥方向（図２においては左方向）に移動させて、枠板１９及び取付板２０を架台５０の上方から退避させる。尚、溶接トーチ２やサーボモータ９，１０，１２に接続される電線等の支柱２１の移動に伴う変形が過度とならないようにするため、電線ガイド５１が設けられている。
【００２３】
架台５０の中心部には、固定子５の中心孔と同芯となるようにシャフト８が設けられている。シャフト８の下端には、シャフト８を上下に移動させるシャフト駆動装置７が設けられている。シャフト８の上端部は漏斗状を呈しており、シャフト８がシャフト駆動装置７により下方へ移動するときに、図示しない電極が漏斗状部のテーパにより放射状に外方へ移動して導体セグメント２４ａに接触する。また、図示しない他の電極は、固定子５の中心方向へ電極押圧装置６の駆動により移動して導体セグメント２４ｄに接触・押圧するように構成されている。すなわち、各溶接部５４には固定子５の径方向に両電極群が圧接し、図示しない電源から溶接電流が供給される。
【００２４】
（溶接トーチの段取り工程）
図１、図３及び図５に示すように、アーム３５の案内溝３７には、トーチ支持台３８のカムフォロア３６が係合している。この状態で、溶接電極２５の公転直径が溶接部５４の直径Ｄ１と等しくなるようにサーボモータ１０を駆動・制御してトーチ支持台３８を位置決めする。直径Ｄ２の溶接部５４に対する位置決めは、図３に示すように、直径Ｄ２と直径Ｄ１との差の半数に相当する距離だけトーチ支持台３８を左方へサーボモータ１０により移動させることにより実施される。尚、サーボモータ１０は、摩擦付与装置４による摩擦力に対抗してトーチ支持台３８を移動させ得るトルクが発生するようなものとして選定されている。
【００２５】
（溶接トーチの溶接工程）
溶接トーチの段取り工程終了後、サーボモータ１２は、各溶接部５４を安定して均一に溶接するため、溶接電極２５が所定の等速で公転するように制御されて溶接トーチ２を回転駆動する。このとき、図６に示すように、カムフォロア３６は案内溝３７から離脱する。そのため、摩擦付与装置４が溶接トーチ２の位置決めされた段取位置を保持するのである。
【００２６】
電源コネクタ２６やガスコネクタ２７等に接続されている電線やホースには、それらの自重や溶接トーチ２の公転に起因する張力が発生する。この張力により溶接トーチ２は自転することになる。また、この張力は摩擦付与装置４の摩擦力が作用する方向にも存在するので、摩擦付与装置４は、その摩擦力が少なくとも張力よりも大きくなるように調整されることが好ましい。
【００２７】
以上詳述したことから明らかなように、本実施形態の回転電機巻線の溶接装置１は、固定子５が固定的に配置され、溶接トーチ２を溶接部５４の環状配列の径方向に移動させて位置決めする段取装置３と、溶接トーチ２を溶接部５４の環状配列の直径Ｄ１，Ｄ２と同一径に位置決めされた段取位置で段取装置３とともに公転させる公転機構としてのプ−リ盤１６とを備える。そのため、溶接トーチ２を高精度に等速で回転させることができ、溶接部５４の溶接品質が向上するという優れた効果を奏する。また、固定子５が固定的に配置されることにより、電極の回転機構が不要となるので、溶接冶具の小型化を図ることができ、固定子交換時の段取り作業が容易になる。
【００２８】
また、溶接トーチ２を、段取装置３の段取位置で自転可能に支持する支持部としてのトーチ支持台３８を備えているので、溶接トーチ２に接続された電線等から過度な張力を受けることがなく、溶接トーチの公転を容易且つ高精度に実行させることができる。
【００２９】
また、段取装置３は、溶接トーチ２の公転直径を変更させる段取り時に溶接トーチ２と係合し、溶接トーチ２の公転時には溶接トーチ２と係合しないので、溶接トーチ２を極めて効果的に位置決めすることができる。
【００３０】
また、段取装置３は、溶接トーチ２の段取位置を摩擦力で保持させる摩擦付与装置４を備えるので、溶接トーチ２の位置決めした段取位置を極めて効果的に保持することができる。
【００３１】
また、溶接トーチ２の公転は、サーボモータ１２で直接的に駆動・制御されるので、溶接トーチ２は安定的且つ均一に各溶接部５４を溶接することができる。
【００３２】
なお、本発明は、当業者の知識に基づいて様々な変更、修正、改良等を加えた態様において実施され得るものを含む。また、前記変更等を加えた実施態様が、本発明の趣旨を逸脱しない限りいずれも本発明の範囲内に含まれるものであることは言うまでもない。
【符号の説明】
【００３３】
１    溶接装置
２    溶接トーチ
３    段取装置
４    摩擦付与装置
５    固定子
９〜１２    サーボモータ
１６  プーリ盤（公転機構）
２４ａ〜２４ｄ    導体セグメント
３８    トーチ支持台（支持部）
５４    溶接部
【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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