特許 6039323 溶接トーチ支持装置および溶接装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】6039323

(24)【登録日】2016年11月11日

(45)【発行日】2016年12月7日

(54)【発明の名称】溶接トーチ支持装置および溶接装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/30 20060101AFI20161128BHJP

   B23K 9/12 20060101ALI20161128BHJP

   B23K 9/022 20060101ALI20161128BHJP

【ＦＩ】

   B23K9/30

   B23K9/12 350E

   B23K9/12 331H

   B23K9/022 Z

【請求項の数】5

【全頁数】10

(21)【出願番号】特願2012-197292(P2012-197292)

(22)【出願日】2012年9月7日

(65)【公開番号】特開2014-50865(P2014-50865A)

(43)【公開日】2014年3月20日

【審査請求日】2015年8月10日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000974

【氏名又は名称】川崎重工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】110000556

【氏名又は名称】特許業務法人 有古特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】米本 臣吾

(72)【発明者】

【氏名】上月 崇功

(72)【発明者】

【氏名】池澤 行雄

【審査官】 青木 正博

(56)【参考文献】

【文献】 特開平０４−３１９０７１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５３−１４９８４１（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０１−２０５８８０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特公昭５１−０４００２３（ＪＰ，Ｂ１）

【文献】 米国特許出願公開第２００９／０１７３７２７（ＵＳ，Ａ１）

【文献】 英国特許出願公開第０１３８４９２６（ＧＢ，Ａ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ９／００−１０／０２

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸方向に沿って溶接ワイヤ又は溶加材を送り出す溶接トーチが取り付けられた第一部材と、
前記第一部材を前記溶接トーチの軸方向と直交する揺動軸回りに揺動可能に支持する第二部材であって、前記第一部材に連結された揺動モータを含む第二部材と、
前記前記第二部材を前記揺動軸と直交する回転軸回りに回転可能に支持する、前記溶接ワイヤ又は溶加材が挿通される基部側貫通穴が前記回転軸に沿って設けられた第三部材であって、前記第二部材に連結された回転モータを含む第三部材と、
を備えた、溶接トーチ支持装置。

【請求項2】

前記第一部材は、前記溶接トーチへの前記溶接ワイヤ又は溶加材の供給ルート上に配置されていて、前記第一部材には、前記溶接ワイヤ又は溶加材が挿通される先端側貫通穴が設けられており、
前記基部側貫通穴と前記先端側貫通穴をつなぐフレキシブルホースをさらに備える、請求項１に記載の溶接トーチ支持装置。

【請求項3】

前記溶接トーチはストレートな形状を有し、
前記揺動軸は、当該揺動軸が前記溶接トーチの中心線の延長線と交差する位置に配置されている、請求項１または２に記載の溶接トーチ支持装置。

【請求項4】

請求項１〜３のいずれか一項に記載の溶接トーチ支持装置と、
前記溶接トーチ支持装置が先端に取り付けられたマニピュレータと、
を備えた、溶接装置。

【請求項5】

前記溶接トーチ支持装置における前記溶接トーチがウィービング動作し得るように、前記揺動モータと前記回転モータとを同期して制御する制御装置をさらに備える、請求項４に記載の溶接装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶接トーチを支持する支持装置、およびこれを用いた溶接装置に関する。

【背景技術】

【0002】

従来から、多軸のロボットを用いてアーク溶接を行う溶接装置が知られている。例えば、特許文献１には図５に示すような溶接装置１００が開示されている。

【0003】

この溶接装置１００では、第１〜第３アーム１２１〜１２３を含むマニピュレータの先端に、ブーメラン状に折れ曲がった溶接トーチ１１０が回転体１１５を介して取り付けられている。第３アーム１２３および第２アーム１２２は同方向に延びる棒状をなしており、第３アーム１２３には、第２アーム１２２を軸方向回りに回転させるサーボモータ１３２が設けられ、第２アーム１２２には、第１アーム１２１を揺動させるサーボモータ１３１が設けられている。第１アーム１２１に取り付けられた回転体１１５は、溶接トーチ１１０をその中心軸回りに回転させる。このような構成により、溶接トーチ１１０のワークに対する角度を自由に変えることができる。

【0004】

さらに、第３アーム１２３には、溶接トーチ１１０に溶接ワイヤ１５０を供給する供給装置１４０が取り付けられている。なお、特許文献１には供給装置１４０から溶接トーチ１１０へ溶接ワイヤ１５０がどのように供給されるかは具体的に記載されてはいないが、供給装置１４０が第３アーム１２３に外付けされていることから、溶接ワイヤ１５０は供給装置１４０から溶接トーチ１１０まで第３アーム１２３および第２アーム１２２の外面に沿って空中を進行するものと考えられる。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２０１１−２８８８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、溶接ワイヤ１５０が供給装置１４０から溶接トーチ１１０まで空中を進行する場合には、回転体１１５およびサーボモータ１３１，１３２の稼動により溶接トーチ１１０ならびに第１および第２アーム１２１，１２２が動いたときに、溶接ワイヤ１５０がマニピュレータと干渉するおそれがある。

【0007】

そこで、本発明は、溶接トーチのワークに対する角度を自由に変えることができ、かつ、溶接トーチへの溶接ワイヤ又は溶加材のスムーズな供給が可能な溶接トーチ支持装置を提供することを目的とする。また、本発明は、その溶接トーチ支持装置を用いた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】

【0008】

前記課題を解決するために、本発明の溶接トーチ支持装置は、軸方向に沿って溶接ワイヤ又は溶加材を送り出す溶接トーチが取り付けられた第一部材と、前記第一部材を前記溶接トーチの軸方向と直交する揺動軸回りに揺動可能に支持する第二部材と、前記前記第二部材を前記揺動軸と直交する回転軸回りに回転可能に支持する、前記溶接ワイヤ又は溶加材が挿通される基部側貫通穴が前記回転軸に沿って設けられた第三部材と、を備える。

【0009】

上記の構成によれば、第一部材の揺動と第二部材の回動により、溶接トーチのワークに対する角度を自由に変えることができる。また、第三部材には、溶接ワイヤ又は溶加材が挿通される基部側貫通穴が回動軸に沿って設けられているので、第二部材が第三部材に対して回動しても、溶接ワイヤ又は溶加材は捩じられるものの溶接ワイヤ又は溶加材の変位は殆ど生じない。従って、溶接ワイヤ又は溶加材を溶接トーチへスムーズに供給することができる。

【0010】

前記第一部材は、前記溶接トーチへの前記溶接ワイヤ又は溶加材の供給ルート上に配置されていて、前記第一部材には、前記溶接ワイヤ又は溶加材が挿通される先端側貫通穴が設けられており、上記の溶接トーチ支持装置は、前記基部側貫通穴と前記先端側貫通穴をつなぐフレキシブルホースをさらに備えてもよい。この構成によれば、フレキシブルホースにより溶接ワイヤ又は溶加材を保護することができる。

【0011】

前記溶接トーチはストレートな形状を有し、前記揺動軸は、当該揺動軸が前記溶接トーチの中心線の延長線と交差する位置に配置されていてもよい。この構成によれば、第一部材が揺動したときの溶接ワイヤ又は溶加材の変位を極力小さくすることができる。

【0012】

例えば、前記第二部材は、前記第一部材に連結された揺動モータを含み、前記第三部材は、前記第二部材に連結された回転モータを含んでもよい。

【0013】

また、本発明の溶接装置は、上記の溶接トーチ支持装置と、前記溶接トーチ支持装置が先端に取り付けられたマニピュレータと、を備える。この構成によれば、マニピュレータの位置や向きを変化させることなく種々の溶接姿勢を取ることができるため、狭小空間における溶接が可能になる。

【0014】

上記の溶接装置は、前記溶接トーチ支持装置における前記溶接トーチがウィービング動作し得るように、前記揺動モータと前記回転モータとを同期して制御する制御装置をさらに備えてもよい。この構成によれば、マニピュレータを大きく動かすことなく溶接トーチをウィービング動作させることができる。なお、ウィービング動作とは、溶接トーチが溶接方向に対してジグザグに振れながら溶接方向に進むことをいう。

【発明の効果】

【0015】

本発明によれば、溶接トーチのワークに対する角度を自由に変えることができ、かつ、溶接ワイヤ又は溶加材を溶接トーチへスムーズに供給することができる。

【図面の簡単な説明】

【0016】

【図1】本発明の一実施形態に係る溶接トーチ支持装置を用いた溶接装置の構成図である。

【図2】溶接トーチ支持装置の第三部材およびフレキシブルホースの斜視図である。

【図3】溶接トーチ支持装置の第二部材および第一部材の一部の斜視図である。

【図4】溶接トーチ支持装置の第一部材および溶接トーチの斜視図である。

【図5】従来の溶接装置の斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0017】

以下、図面を参照して、本発明の実施形態を説明する。

【0018】

図１に、本発明の一実施形態に係る溶接トーチ支持装置１０を用いた溶接装置９を示す。この溶接装置９は、例えばＭＩＧ（Metal Inert Gas）溶接、ＭＡＧ（Metal Active Gas）溶接またはＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接を行うものであり、溶接トーチ支持装置１０と、溶接トーチ支持装置１０が先端に取り付けられたマニピュレータ７と、制御装置８とを備える。ＭＩＧ溶接およびＭＡＧ溶接の場合には、溶接トーチ１に溶接ワイヤが送給され、ＴＩＧ溶接の場合には、溶接トーチ１に溶加材が送給される。

【0019】

溶接トーチ支持装置１０は、第一ブラケット６１および第二ブラケット６２を介してマニピュレータ７の先端に取り付けられている。マニピュレータ７は、例えば多関節ロボットの複数のアームで構成される。

【0020】

第二ブラケット６２はマニピュレータ７の先端面に固定されており、第一ブラケット６１はマニピュレータ７に対する複数の固定角度のうちの一を選択できるように第二ブラケット６２に取り付けられている。また、第一ブラケット６１には、後述する末端ブラケット４４が、第一ブラケット６１に対する複数の固定角度のうちの一を選択できるように取り付けられている。

【0021】

溶接トーチ支持装置１０は、具体的に、溶接トーチ１と、溶接トーチ１が取り付けられた第一部材２と、第一部材２を支持する第二部材３と、第二部材３を支持する第三部材４と、を含む。そして、第三部材４に、上述した末端ブラケット４４が設けられている。

【0022】

溶接トーチ１は、当該溶接トーチ１の軸方向（溶接トーチ１の中心軸ＣＬが延びる方向）に沿って溶接ワイヤ又は溶加材１１を送り出す。本実施形態では、溶接トーチ１がストレートな形状を有し、溶接トーチ１の中心軸ＣＬが直線となっている。ただし、溶接トーチ１はブーメラン状に折れ曲がった形状を有していてもよい。

【0023】

上述した第一部材２、第二部材３および第三部材４は、全て溶接トーチ１への溶接ワイヤ又は溶加材１１の供給ルート上に配置されている。第二部材３は、第一部材２を溶接トーチ１の軸方向と直交する揺動軸Ａ１回りに揺動可能に支持し、第三部材４は、第二部材３を揺動軸Ａ１と直交する回転軸Ａ２回りに回転可能に支持している。本実施形態では、揺動軸Ａ２は、当該揺動軸Ａ２が溶接トーチ１の中心線ＣＬの延長線および回転軸Ａ１の延長線と交差する位置に配置されている。なお、以下では説明の便宜のために、溶接ワイヤ又は溶加材１１の供給ルートに沿う方向のうちの溶接トーチ１側（図１の右側）を前方、その反対側（図１の左側）を後方という。

【0024】

第三部材４は、前面、後面および４つの側面を有する直方体状のケース４２と、このケース４２に収容された回転モータ４１とを含む。上述した末端ブラケット４４は、ケース４２の１つの側面に取り付けられている。ケース４２の前面には、図２に示すように円形状の開口４２ｂが設けられており、この開口４２ｂを通じて回転モータ４１の回転シャフト４１ａが突出している。上述した回転軸Ａ２は、回転モータ４１の回転中心である。

【0025】

回転シャフト４１ａは、比較的に大きな外径を有している。このような回転シャフト４１ａは、例えば、モータの回転子が取り付けられる本体シャフトと、この本体シャフトに嵌合する筒状部材とで構成される。

【0026】

図１に示すように、回転モータ４１は中空モータであって、回転シャフト４１ａの中心には、当該回転シャフト４１ａを貫通するモータ貫通穴４１ｂが設けられている。一方、ケース４２の後面には、回転軸Ａ２を中心にケース貫通穴４２ａが設けられている。これらの貫通穴４１ｂ，４２ａは、回転軸Ａ２に沿って第三部材４を貫通する基部側貫通穴４ａを構成し、溶接ワイヤ又は溶加材１１はこの基部側貫通穴４ａに挿通される。

【0027】

ケース４２の後面には、外部接続口４３ａを有する中空の接続部材４３がケース貫通穴４２ａと対応する位置に取り付けられている。外部接続口４３ａには、溶接トーチ支持装置１０に溶接ワイヤ又は溶加材１１およびシールドガスを供給するホース１５が接続される。なお、ホース１５を利用して、溶接トーチ１に電気を供給する電源ケーブルを配設することも可能である。ただし、電源ケーブルは、第一部材２に直接接続されていてもよい。

【0028】

図２に示すように、モータ貫通穴４１ｂには、フレキシブルホース５の一端が接続される。フレキシブルホース５の他端は後述する先端側貫通穴２１ａに接続される。すなわち、基部側貫通穴４ａは、フレキシブルホース５により先端側貫通穴２１ａとつながれる。フレキシブルホース５は、基部側貫通穴４ａから先端側貫通穴２１ａへ溶接ワイヤ又は溶加材１１およびシールドガスを導く。

【0029】

図１に戻って、第二部材３は、回転モータ４１に連結されている。具体的に、第二部材３は、回転モータ４１の回転シャフト４１ａと嵌合するブロック３２と、ブロック３２に固定された揺動モータ３１とを含む。上述した揺動軸Ａ１は、揺動モータ３１の回転中心である。

【0030】

ブロック３２は、側面視で二股フォーク状の形状に形成されている。より詳しくは、図３に示すように、ブロック３２は、回転軸Ａ２を挟んで離間する一対の挟持片３７と、これらの挟持片３７の後端部同士を接合する接合部３６とを有している。すなわち、一対の挟持片３７の間には、接合部３６を底とする溝が形成されている。一対の挟持片３７の間の距離は、上述したフレキシブルホース５の直径よりも十分に大きく設定されている。

【0031】

これにより、フレキシブルホース５は、一対の挟持片３７の間、つまり、第二部材３の内部に配置されることになる。したがって、後述するように、第一部材２の揺動と第二部材３の回動とによって溶接トーチ１のワークに対する角度が変化しても、フレキシブルホース５が第二部材３から大きく飛び出すことがないため、溶接作業に支障が生じることがない。

【0032】

接合部３６からは筒状部３５が後方に向かって突出しており、この筒状部３５の内部に回転モータ３１の回転シャフト４１ａが嵌まり込む。なお、筒状部３５は、図略のボルトによって回転シャフト４１ａに回転不能に固定される。接合部３６には、挟持片３７の間の溝と筒状部３５の内部とを連通する連通穴３６ａが設けられており、この連通穴３６ａにフレキシブルホース５が挿通される。連通穴３６ａの断面形状は、筒状部３５の内部の断面形状と同じであってもよいし、それよりも小さくてもよい。

【0033】

一方（図３では下側）の挟持片３７には、他方の挟持片３７とは反対側に膨らむ略正方形状の厚肉部が設けられており、この厚肉部の外側面に揺動モータ３１が取り付けられている。厚肉部の中心には円形状の開口３８が設けられており、この開口３８を通じて揺動モータ３１の回転シャフト３１ａが挟持片３７よりも内側に突出している。他方（図３では上側）の挟持片３７には、揺動軸Ａ１を中心とする円形穴が設けられており、この円形穴に揺動ピン３３が嵌め込まれている。揺動ピン３３は、円形穴に嵌合する大径部と、挟持片３７よりも内側に突出する小径部を有している。

【0034】

第一部材２は、揺動モータ３１に連結されている。具体的に、第一部材２は、図３および図４に示すように、溶接トーチ１側から順に、第一ブロック２１、第二ブロック２２、第三ブロック２３および一対の対向片２４を有している。第二ブロック２２、第三ブロック２３および一対の対向片２４は一体的に形成されている。

【0035】

第一ブロック２１と第二ブロック２２は、溶接トーチ１の軸方向に延びる同一の直径の円柱状をなしている。第一ブロック２１の前側端面には溶接トーチ１が接合されている。第一ブロック２１には、溶接ワイヤ又は溶加材１１が挿通される、当該第一ブロック２１を貫通する先端側貫通穴２１ａ（図１参照）が設けられている。上述したように、先端側貫通穴２１ａにはフレキシブルホース５の他端が接続される。第二ブロック２２の前側端面にはネジ穴２２ｂが設けられており、第一ブロック２１は、ネジ穴２２ｂに螺合するボルトＢにより第二ブロック２２に固定される。

【0036】

第三ブロック２３は、溶接トーチ１の軸方向に延びる八角柱状をなしている。また、第三ブロック２３には、当該第三ブロック２３の後側端面に開口しながら当該第三ブロック２３を横向きに貫通する断面Ｔ字状の横穴２３ａが設けられている。第二ブロック２２および第三ブロック２３には、第二ブロック２２の前側端面から横穴２３ａまで延びる挿通穴２２ａが設けられており、この挿通穴２２ａにフレキシブルホース５が挿通される。

【0037】

一対の対向片２４は、第三ブロック２３の後側端面から、横穴２３ａと連続した壁面を構成するように後方に突出している。対向片２４同士の間の距離は、フレキシブルホース５の直径よりも僅かに大きく設定されている。

【0038】

各対向片２４の後端部には、嵌合穴２４ａが設けられている。一方の対向片２４の嵌合穴２４ａには上述した揺動モータ３１の回転シャフト３１ａが嵌合し、他方の対向片２４の嵌合穴２４ａには上述した揺動ピン３３の小径部が嵌合している。なお、対向片２４は、図略のボルトによって回転シャフト３１ａおよび揺動ピン３３の小径部に回転不能に固定される。

【0039】

上述した制御装置８は、溶接トーチ１がウィービング動作し得るように、揺動モータ３１と回転モータ４１とを同期して制御する。ウィービング動作としては振り子状や三角形状などの種々の軌跡が想定されるため、制御装置８は、所望の軌跡に応じたプログラムを実行する。

【0040】

以上説明したように、本実施形態の溶接トーチ支持装置１０では、第一部材２の揺動と第二部材３の回動により、溶接トーチ１のワーク（図示せず）に対する角度を自由に変えることができる。また、第三部材４には、溶接ワイヤ又は溶加材１１が挿通される基部側貫通穴４ａが回動軸Ａ２に沿って設けられているので、第二部材３が第三部材２に対して回動しても、溶接ワイヤ又は溶加材１１は捩じられるものの溶接ワイヤ又は溶加材１１の変位は殆ど生じない。従って、溶接ワイヤ又は溶加材１１を溶接トーチ１へスムーズに供給することができる。

【0041】

また、本実施形態では、揺動軸Ａ１が溶接トーチ１の中心線ＣＬの延長線と交差する位置に配置されているので、第一部材２が揺動したときの溶接ワイヤ又は溶加材１１の変位を極力小さくすることができる。

【0042】

さらに、溶接トーチ支持装置１０を用いた溶接装置９では、マニピュレータ７の位置や向きを変化させることなく種々の溶接姿勢を取ることができるため、狭小空間における溶接が可能になる。そして、揺動モータ３１と回転モータ４１とが同期して制御されることにより、マニピュレータ７を大きく動かすことなく溶接トーチ１をウィービング動作させることができる。

【0043】

（変形例）
本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲で種々の変形が可能である。

【0044】

例えば、揺動モータ、回転モータは、夫々、揺動軸Ａ１、回転軸Ａ２からオフセットして配置され、減速機等を介して夫々、第一部材を揺動、第二部材を回転させてもよい。

【0045】

例えば、第二部材３は、必ずしも溶接ワイヤ又は溶加材１１の供給ルート上に配置せれている必要はなく、供給ルートから側方に反れた位置で第一部材２と第三部材４とに跨って延びていてもよい。

【0046】

また、第一部材２も必ずしも溶接ワイヤ又は溶加材１１の供給ルート上に配置されている必要はなく、溶接トーチ１を側方からクランプするような形状を有していてもよい。

【符号の説明】

【0047】

１ 溶接トーチ
１０ 溶接トーチ支持装置
１１ 溶接ワイヤ又は溶加材
２ 第一部材
２１ａ 先端側貫通穴
３ 第二部材
３１ 揺動モータ
４ 第三部材
４ａ 基部側貫通穴
４１ 回転モータ
５ フレキシブルホース
７ マニピュレータ
８ 制御装置
９ 溶接装置
Ａ１ 揺動軸
Ａ２ 回転軸
ＣＬ 中心線

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】