特許 6139275 溶接トーチ、およびこれを備えた溶接装置

(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】6139275

(24)【登録日】2017年5月12日

(45)【発行日】2017年5月31日

(54)【発明の名称】溶接トーチ、およびこれを備えた溶接装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/29 20060101AFI20170522BHJP

   B23K 9/12 20060101ALI20170522BHJP

   B23K 9/173 20060101ALI20170522BHJP

【ＦＩ】

   B23K9/29 E

   B23K9/12 301B

   B23K9/12 305

   B23K9/173 A

【請求項の数】8

【全頁数】14

(21)【出願番号】特願2013-114156(P2013-114156)

(22)【出願日】2013年5月30日

(65)【公開番号】特開2014-231090(P2014-231090A)

(43)【公開日】2014年12月11日

【審査請求日】2016年4月28日

(73)【特許権者】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】100086380

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 稔

(74)【代理人】

【識別番号】100103078

【弁理士】

【氏名又は名称】田中 達也

(74)【代理人】

【識別番号】100115369

【弁理士】

【氏名又は名称】仙波 司

(74)【代理人】

【識別番号】100130650

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 泰光

(74)【代理人】

【識別番号】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(72)【発明者】

【氏名】西村 大

(72)【発明者】

【氏名】藤井 順三

【審査官】 竹下 和志

(56)【参考文献】

【文献】 特開昭５３−４４４４６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特表２００７−５３７８７６（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭６１−２７０３９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平５−１８５６０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭４９−１３２４５７（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平６−２８２０５（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開２０１２−７６０９６（ＪＰ，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】

第１の送給方向に沿って溶接ワイヤを導入するワイヤ導入部、第２の送給方向に沿って上記溶接ワイヤを導出するワイヤ導出部、および上記ワイヤ導入部から中間部を経て上記ワイヤ導出部まで通じる内部収容空間、を有するトーチ本体部と、
基端部が上記ワイヤ導入部において上記第１の送給方向に沿って移動可能に保持され、かつ先端部が上記ワイヤ導出部に保持されつつ上記内部収容空間に収容されるとともに、上記溶接ワイヤを内部に挿通させており、上記基端部および上記先端部の間の少なくとも一部が可撓性を有するワイヤガイドと、
上記ワイヤガイドの上記基端部を上記第１の送給方向に沿って往復動させる往復動手段と、を備えており、
上記往復動手段は、上記基端部を、上記ワイヤ導出部に近づく側に向けて移動させる第１の移動速度が上記ワイヤ導出部から遠ざかる側に向けて移動させる第２の移動速度よりも大となるように作動させる、ことを特徴とする溶接トーチ。

【請求項2】

上記往復動手段は、駆動部を有するアクチュエータと、一方端が上記駆動部に連結され、かつ他方端が上記基端部に連結されており、上記駆動部からの駆動力を上記第１の送給方向に沿う往復動作として上記基端部に伝達する伝達機構と、を含む、請求項１に記載の溶接トーチ。

【請求項3】

上記駆動部は、上記第１の送給方向に対して実質的に直角な回転軸心を有する出力軸であり、
上記アクチュエータは、上記出力軸を回転駆動させるモータを含み、
上記伝達機構は、上記出力軸の回転を往復直線動に変換するリンク機構を含む、請求項２に記載の溶接トーチ。

【請求項4】

上記リンク機構は、直線状に延びるリンクアームと、上記出力軸に対して偏心し、かつ上記出力軸を中心として回転可能であり、上記リンクアームの長手方向の一方端寄りの部位を上記出力軸と平行な第１の軸線周りに回動可能に連結する第１の連結部と、上記基端部に取り付けられ、かつ上記リンクアームの長手方向の他方端寄りの部位を上記出力軸と平行な第２の軸線周りに回動可能に連結する第２の連結部と、を含む、請求項３に記載の溶接トーチ。

【請求項5】

上記第１の連結部は、上記基端部から離間する位置にあり、
上記リンクアームは、上記第１の連結部に対して上記長手方向にスライド移動可能であるとともに、第１および第２の連結部の間に位置する回動支軸を中心として回動可能である、請求項４に記載の溶接トーチ。

【請求項6】

上記回動支軸は、上記第１および第２の連結部の間において上記第１の連結部に近づく側および上記第１の連結部から遠ざかる側に変位可能である、請求項５に記載の溶接トーチ。

【請求項7】

上記第１および第２の送給方向は互いに交差しており、
上記内部収容空間は、上記第１および第２の送給方向を含む平面に沿って湾曲するように形成されており、上記内部収容空間の幅寸法が上記中間部から上記ワイヤ導入部および上記ワイヤ導出部に向かうにつれて小さくなっている、請求項６に記載の溶接トーチ。

【請求項8】

請求項１ないし７のいずれかに記載の溶接トーチと、上記溶接トーチの上記ワイヤ導入部に向けて上記溶接ワイヤを送り出すワイヤ送給手段と、を備えることを特徴とする、溶接装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、たとえば消耗電極式ガスシールドアーク溶接等を行うのに用いられる溶接トーチ、およびこれを備えた溶接装置に関する。

【背景技術】

【0002】

消耗電極ガスシールドアーク溶接において、一般に、ワイヤリールに巻回された溶加材としての溶接ワイヤがワイヤ送給装置により溶接トーチに送り出される。ワイヤ送給装置は、一般に、溶接ワイヤを送り出すための送給ローラと、この送給ローラを回転駆動させるための駆動モータとを備えて構成される。多関節型ロボットなどのマニピュレータを備えた自動溶接を行うための溶接装置では、ワイヤ送給装置はマニピュレータに搭載され、マニピュレータの手首部には溶接トーチが設けられる。このような溶接装置において、ワイヤ送給用の駆動モータは、たとえば、溶接トーチの近傍部位または溶接トーチから離間する部位、あるいはその両方の部位に設けられる。駆動モータを制御することにより、溶接トーチへのワイヤの送給を安定的に行うとともに、ワイヤの送給速度を適宜変化させるなどして、溶接品質の維持に努めている（たとえば特許文献１を参照）。

【0003】

溶接トーチは、溶接ワイヤを通すための内部収容空間が形成されたトーチ本体部を備えている。溶接ワイヤは、トーチ本体部基端側のワイヤ導入部を通じて溶接トーチの内部に導入され、トーチ本体部先端側のワイヤ導出部を通じて溶接トーチの外部に導出される。ワイヤ送給装置を経た溶接ワイヤは、たとえば筒状のワイヤガイドに挿通させられ、このワイヤガイドに案内されながらワイヤ導出部まで送給される。そして、溶接トーチの先端部において、ワイヤガイドを通過した溶接ワイヤが給電チップに保持される。

【0004】

消耗電極ガスシールドアーク溶接においては、溶接トーチの給電チップに保持された溶接ワイヤと、溶接対象である母材との間にアークを適切に発生させる必要がある。溶接時には、アークの熱により溶接ワイヤの先端が順次溶融して母材上に溶滴として落下するが、この溶滴を介してワイヤ先端と母材とが短絡すると、溶接スパッタの発生により溶接品質の低下を招く場合がある。このような溶接時の不都合を回避するためには、溶接ワイヤの送給速度を、比較的に高速できめ細かく制御することが求められており、また、送給ローラを反転させてワイヤを少し戻すことも望まれる。送給ローラの回転方向を切り換えるためには、駆動モータを正転方向および逆転方向に切り換えるように制御すればよいが、駆動モータの慣性モーメントの影響により、駆動モータの正転および逆転の切り換えを高速で瞬時に行うことは、実質的に困難であった。

【0005】

このような問題に対し、溶接トーチの内部においてワイヤガイドを揺動させることにより、溶接ワイヤを軸方向に往復移動させる手法が提案されている（たとえば特許文献２を参照）。特許文献２に記載された溶接トーチにおいては、溶接トーチ本体の基端側（ワイヤ導入部）における溶接ワイヤの送給方向と先端側（ワイヤ導出部）における溶接ワイヤの送給方向とは互いに交差しており、溶接トーチ本体内に設けられるワイヤガイドは、屈曲状とされている。そして、溶接トーチ本体内のワイヤガイドを、ワイヤ導入部における溶接ワイヤの送給方向と交差（略直交）する方向に揺動させることにより、ワイヤガイドに挿通された溶接ワイヤも上記基端側における送給方向と交差する方向に揺動させる。これにより、溶接トーチ本体の先端側（ワイヤ導出部付近）において、溶接ワイヤが軸方向に沿って往復移動させられる。ワイヤガイドの揺動周期を制御することにより、溶接ワイヤを前進方向と後退方向に交互に移動させることができる。このような構成によれば、たとえばワイヤ送給用の駆動モータについて正転方向および逆転方向の切り換えを行うことなく、溶接ワイヤの送り出しおよび引き戻しを比較的に高速で行うことが可能となる。

【0006】

しかしながら、上記従来構造の溶接トーチによれば、溶接トーチ本体内のワイヤガイドを揺動させるためには、このワイヤガイドが比較的に高い剛性を有している必要があり、ある程度の質量を必要とする。したがって、このようなワイヤガイドをワイヤ送給方向と直交する方向に揺動（振動）させると、ワイヤガイドの振動の影響が溶接トーチ全体に及んで溶接品質の低下を招くおそれがあった。

【0007】

また、ワイヤガイドを揺動させると、高い剛性を有しかつ屈曲したワイヤガイド内において溶接ワイヤが高速で前進および後退させられる。その結果、ワイヤガイドと溶接ワイヤとの間に大きな摺動抵抗が生じることとなり、溶接ワイヤの送給の精密な制御に支障をきたすおそれがあった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開平１１−２２６７３３号公報

【特許文献2】特開２００３−１０９７０号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、溶接ワイヤの送り出しおよび引き戻しの往復動作を比較的に高速で行いつつ、溶接品質の低下を防止し、溶接ワイヤを安定して送給するのに適した溶接トーチ、およびこれを備えた溶接装置を提供することをその課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0010】

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を採用した。

【0011】

本発明の第１の側面よって提供される溶接トーチは、第１の送給方向に沿って溶接ワイヤを導入するワイヤ導入部、第２の送給方向に沿って上記溶接ワイヤを導出するワイヤ導出部、および上記ワイヤ導入部から中間部を経て上記ワイヤ導出部まで通じる内部収容空間、を有するトーチ本体部と、基端部が上記ワイヤ導入部において上記第１の送給方向に沿って移動可能に保持され、かつ先端部が上記ワイヤ導出部に保持されつつ上記内部収容空間に収容されるとともに、上記溶接ワイヤを内部に挿通させており、上記基端部および上記先端部の間の少なくとも一部が可撓性を有するワイヤガイドと、上記ワイヤガイドの上記基端部を上記第１の送給方向に沿って往復動させる往復動手段と、を備えており、上記往復動手段は、上記基端部を、上記ワイヤ導出部に近づく側に向けて移動させる第１の移動速度が上記ワイヤ導出部から遠ざかる側に向けて移動させる第２の移動速度よりも大となるように作動させる、ことを特徴としている。

【0012】

好ましい実施の形態においては、上記往復動手段は、駆動部を有するアクチュエータと、一方端が上記駆動部に連結され、かつ他方端が上記基端部に連結されており、上記駆動部からの駆動力を上記第１の送給方向に沿う往復動作として上記基端部に伝達する伝達機構と、を含む。

【0014】

好ましい実施の形態においては、上記駆動部は、上記第１の送給方向に対して実質的に直角な回転軸心を有する出力軸であり、上記アクチュエータは、上記出力軸を回転駆動させるモータを含み、上記伝達機構は、上記出力軸の回転を往復直線動に変換するリンク機構を含む。

【0015】

好ましい実施の形態においては、上記リンク機構は、直線状に延びるリンクアームと、上記出力軸に対して偏心し、かつ上記出力軸を中心として回転可能であり、上記リンクアームの長手方向の一方端寄りの部位を上記出力軸と平行な第１の軸線周りに回動可能に連結する第１の連結部と、上記基端部に取り付けられ、かつ上記リンクアームの長手方向の他方端寄りの部位を上記出力軸と平行な第２の軸線周りに回動可能に連結する第２の連結部と、を含む。

【0016】

好ましい実施の形態においては、上記第１の連結部は、上記基端部から離間する位置にあり、上記リンクアームは、上記第１の連結部に対して上記長手方向にスライド移動可能であるとともに、第１および第２の連結部の間に位置する回動支軸を中心として回動可能である。

【0017】

好ましい実施の形態においては、上記回動支軸は、上記第１および第２の連結部の間において上記第１の連結部に近づく側および上記第１の連結部から遠ざかる側に変位可能である。

【0018】

好ましい実施の形態においては、上記第１および第２の送給方向は互いに交差しており、上記内部収容空間は、上記第１および第２の送給方向を含む平面に沿って湾曲するように形成されており、上記内部収容空間の幅寸法が上記中間部から上記ワイヤ導入部および上記ワイヤ導出部に向かうにつれて小さくなっている。

【0019】

本発明の第２の側面よって提供される溶接装置は、本発明の第１の側面に係る溶接トーチと、上記溶接トーチの上記ワイヤ導入部に向けて上記溶接ワイヤを送り出すワイヤ送給手段と、を備えることを特徴としている。

【0020】

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

【図面の簡単な説明】

【0021】

【図1】本発明の溶接トーチを備えた溶接装置の一例を示す全体構成図である。

【図2】本発明の溶接トーチの一例を示す縦断面図である。

【図3】図２のＩＩＩ−ＩＩＩに沿う断面図である。

【図4】図２のＩＶ−ＩＶに沿う要部概略断面図である。

【図5】図２に示す溶接トーチの往復動手段の動作を説明するための図である。

【図6】図２に示す溶接トーチの往復動手段の動作を説明するための図である。

【図7】ワイヤ送給手段および往復動手段の駆動時のワイヤ送給速度線図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

以下、本発明の好ましい実施形態につき、図面を参照しつつ具体的に説明する。

【0023】

図１は、本発明の溶接トーチ２００を用いた溶接装置１００の一例を示す全体構成図である。溶接装置１００は、複数のアームからなる多関節型ロボットとして構成されたマニピュレータ１１０を備える。マニピュレータ１１０にはワイヤ送給装置１１１が搭載され、マニピュレータ１１０の手首部１１２には、溶接トーチ２００が取り付けられている。ワイヤリール１２０に巻かれた溶加材としての溶接ワイヤＷ（図２参照）は、コンジットパイプ１３０に通され、ワイヤ送給装置１１１によって溶接トーチ２００に送給される。ワイヤ送給装置１１１を経た溶接ワイヤＷは、一線式パワーケーブル１４０にガイドされてその内部を送給される。

【0024】

溶接トーチ２００には、溶接用電源装置１９０から一線式パワーケーブル１４０を介して電力が供給され、この電力は、溶接トーチ２００内部の後述する給電チップ３３０を介して溶接ワイヤＷに供給される。溶接トーチ２００にはまた、ガスボンベ１５０からのシールドガスと、圧縮空気発生源１６０からのエアブロー用の圧縮空気が供給される。シールドガスの供給および停止、圧縮空気の供給および停止は、図示しない弁装置を切り替えて行う。

【0025】

ティーチペンダント１７０からロボット制御装置１８０に指令信号が入力され、このロボット制御装置１８０からの信号がマニピュレータ１１０に入力されて、溶接トーチ２００の先端位置が制御される。ロボット制御装置１８０はまた、溶接ワイヤＷの送給、シールドガスの送給、およびエアブロー用の圧縮空気の送給をも制御する。ロボット制御装置１８０はさらに、溶接トーチ２００に設けられた後述のワイヤガイド駆動装置５００（図１では図示略）に対しても電力を供給する。

【0026】

図２〜図６は、本発明に係る溶接トーチ２００の一実施形態を示している。本実施形態の溶接トーチ２００は、消耗電極ガスシールドアーク溶接を行うように構成されたものであり、筒状のトーチ本体部３００と、ワイヤガイド４００と、ワイヤガイド駆動装置５００とを備えている。

【0027】

トーチ本体部３００は、基端側に位置するワイヤ導入部３０１と、先端側に位置するワイヤ導出部３０２とを有し、ワイヤ導入部３０１から中間部３０３を経てワイヤ導出部３０２まで通じる内部収容空間３０４が形成されている。ワイヤ導入部３０１は、マニピュレータ１１０の手首部１１２に取り付けられている。

【0028】

本実施形態において、トーチ本体部３００は、手首部１１２に接続されるトーチボディ３１０およびこのトーチボディ３１０の先端に接続されるチップボディ３２０を有する。チップボディ３２０の先端（ワイヤ導出部３０２）には、導電性部材からなる給電チップ３３０が取り付けられている。

【0029】

トーチ本体部３００は、その中間部３０３において湾曲しており、ワイヤ導入部３０１およびワイヤ導出部３０２は、それぞれ互いに交差する軸心を有する。内部収容空間３０４は、これら軸心を含む平面（図２において紙面の面内方向に拡がる平面Ｐ）に沿って湾曲するように形成されている。なお、トーチ本体部３００は、絶縁性の収縮チューブ３０５によって被覆されている。

【0030】

ワイヤガイド４００は、溶接トーチ２００に送給される溶接ワイヤＷを給電チップ３３０までガイドするためのものであり、可撓性を有する筒状体とされている。ワイヤガイド４００は、たとえば金属線材をコイル状に巻回して構成されたコイルライナからなり、トーチ本体部３００の内部収容空間３０４に収容されるとともに、溶接ワイヤＷを内部に挿通させている。ワイヤガイド４００は、その基端部４０１がトーチ本体部３００のワイヤ導入部３０１に保持されるとともに、先端部４０２がトーチ本体部３００のワイヤ導出部３０２に保持されている。このようにしてトーチ本体部３００に保持されたワイヤガイド４００は、湾曲状となっている。

【0031】

溶接トーチ２００に送給される溶接ワイヤＷは、ワイヤ導入部３０１において当該ワイヤ導入部３０１の軸心に沿う方向（第１の送給方向）に送給され、トーチ本体部３００内に導入される。トーチ本体部３００内に導入された溶接ワイヤＷは、ワイヤガイド４００にガイドされて湾曲しながら送給される。その後、溶接ワイヤＷは、ワイヤ導出部３０２において当該ワイヤ導出部３０２の軸心に沿う方向（第２の送給方向）に送給され、トーチ本体部３００外に導出される。

【0032】

内部収容空間３０４は、ワイヤ導入部３０１における溶接ワイヤＷの送給方向Ｆ１（第１の送給方向）およびワイヤ導出部３０２における溶接ワイヤＷの送給方向Ｆ２（第２の送給方向）を含む平面（図２において紙面の面内方向に拡がる平面Ｐ）の幅寸法が中間部３０３からワイヤ導入部３０１およびワイヤ導出部３０２に向かうにつれて小さくなっている。これにより、図３に表れているように、トーチ本体部３００の中間部３０３における内部収容空間３０４の横断面形状は、上記平面Ｐの幅方向Ｄ１に延びる長孔状となっている。

【0033】

ワイヤガイド４００の基端部４０１は、ワイヤ導入部３０１において送給方向Ｆ１に沿って移動可能に保持されている。詳細は後述するが、基端部４０１は、ワイヤガイド駆動装置５００の作動により、送給方向Ｆ１に沿って往復動させられる。図２はワイヤガイド４００の基端部４０１がワイヤ導出部３０２から最も遠ざかる側に位置する場合を示しており、図６はワイヤガイド４００の基端部４０１がワイヤ導出部３０２に最も近づく側に位置する場合を示している。図２および図６を対比すると理解されるように、ワイヤガイド４００の基端部４０１を送給方向Ｆ１に往復動させると、ワイヤガイド４００は、上記平面Ｐの幅方向に沿って揺動する。

【0034】

ワイヤガイド駆動装置５００は、ワイヤガイド４００の基端部４０１を送給方向Ｆ１に沿って往復動させるためのものであり、ワイヤ導入部３０１付近に設けられている。ワイヤガイド駆動装置５００は、アクチュエータとしてのモータ５１０と、リンク機構５２０とを含んで構成される。リンク機構５２０は、モータ５１０の出力軸５１１からの駆動力を送給方向Ｆ１に沿う往復動作として基端部４０１に伝達する伝達機構として機能する。モータ５１０は、たとえば出力軸５１１の回転速度をパルス制御可能に回転駆動させるサーボモータであり、出力軸５１１を一方向のみに回転させて使用するものである。モータ５１０は、出力軸５１１の回転軸心が送給方向Ｆ１に対して実質的に直角となるように配置されている。

【0035】

図２、図４に表れているように、リンク機構５２０は、出力軸５１１の回転を往復直線動に変換するためのものであり、直線状のリンクアーム５３０と、連結部５４１，５４２とを有する。リンクアーム５３０は、連結部５４１，５４２の間において出力軸５１１と平行な回動支軸５５０を中心として回動可能である。また、詳細な図示説明は省略するが、回動支軸５５０は、連結部５４１，５４２間において、連結部５４１に近づく側および連結部５４１から遠ざかる側に変位可能とされている。

【0036】

連結部５４１は、円盤状部材５１２を介して出力軸５１１に対して偏心する位置に取り付けられており、出力軸５１１を中心として回転可能である。連結部５４１は、ワイヤガイド４００の基端部４０１から離間する位置にあり、リンクアーム５３０の長手方向の一方端（図２、図４における上方端）寄りの部位を、出力軸５１１と平行な軸線Ｏ１周りに回動可能に連結している。また、リンクアーム５３０は、連結部５４１に対して長手方向にスライド移動可能とされている。

【0037】

連結部５４２は、ワイヤガイド４００の基端部４０１に取り付けられている。連結部５４２は、リンクアーム５３０の長手方向の他方端（図２、図４における下方端）寄りの部位を、出力軸５１１と平行な軸線Ｏ２周りに回動可能に連結している。また、リンクアーム５３０は、連結部５４２に対して長手方向にスライド移動可能とされている。なお、リンクアーム５３０が連結部５４２に対してスライド不能に連結されていてもよい。

【0038】

次に、ワイヤガイド駆動装置５００の動作について説明する。

【0039】

モータ５１０の出力軸５１１が回転駆動すると、円盤状部材５１２が回転し、リンクアーム５３０が回動支軸５５０を中心として揺動する。より詳細には、図２、図５、図６に示すように、出力軸５１１が反時計周り（図中矢印Ｎ１方向）に回転すると、連結部５４１が出力軸５１１を中心として回転する。ここで、リンクアーム５３０が回動支軸５５０を中心として回動可能であり、かつ連結部５４１に対してスライド移動可能であるため、図２に示す位置において、リンクアーム５３０の上方端が図中最も左側に位置する。このとき、連結部５４２が図中最も右側に位置し、ワイヤガイド４００の基端部４０１がワイヤ導出部３０２から最も遠ざかる位置にある。

【0040】

次に、図２に示す状態から出力軸５１１が反時計周りに約７０°回転すると、図５に示すように、連結部５４１は、軸線Ｏ１周りに回動しながらリンクアーム５３０の長手方向に沿って相対移動し、回転支軸５５０に近づく。このとき、連結部５４２が図中左側に移動し、ワイヤガイド４００の基端部４０１が図２に示すときよりもワイヤ導出部３０２に近づく。ここで、ワイヤガイド４００は、ワイヤ導出部３０２に近づくにつれて、内部収容空間３０４において矢印Ｎ２に示すように湾曲形状の凸側に変位する。そうすると、ワイヤガイド４００によってガイドされた溶接ワイヤＷについては、トーチ本体部３００内における経路長さが図２に示す場合よりも長くなり、溶接ワイヤＷが引き戻される。

【0041】

次いで、図５に示す状態から出力軸５１１が反時計周りにさらに約７０°回転すると、図６に示すように、連結部５４１は、軸線Ｏ１周りに回動しながらリンクアーム５３０の長手方向に沿って相対移動し、回転支軸５５０から遠ざかる。このとき、連結部５４２が図中最も左側に位置し、ワイヤガイド４００の基端部４０１がワイヤ導出部３０２に最も近づく位置にある。ここで、ワイヤガイド４００は、内部収容空間３０４において矢印Ｎ２に示すように湾曲形状の凸側にさらに変位する。そして、ワイヤガイド４００によってガイドされた溶接ワイヤＷについては、トーチ本体部３００内における経路長さが最大となり、溶接ワイヤＷがさらに引き戻される。

【0042】

次いで、図６に示す状態から出力軸５１１が反時計周りにさらに約２２０°回転すると、連結部５４１は、軸線Ｏ１周りに回動しながらリンクアーム５３０の長手方向に沿って相対移動し、図２に示す状態に戻る。ここで、ワイヤガイド４００は、内部収容空間３０４において湾曲形状の凹側に変位する。そして、ワイヤガイド４００によってガイドされた溶接ワイヤＷについては、トーチ本体部３００内における経路長さが最小となり、溶接ワイヤＷが送り出される。

【0043】

図２、図５、図６を参照すると理解されるように、モータ５１０が回転駆動すると、ワイヤガイド４００の基端部４０１は、送給方向Ｆ１に沿って所定の長さ範囲（ストロークＳ）で往復動させられる。基端部４０１が、図２に示したワイヤ導出部３０２から最も遠ざかる位置から図６に示したワイヤ導出部３０２に最も近づく位置に到達する間に、出力軸５１１は約１４０°回転する。これに対し、基端部４０１が、図６に示したワイヤ導出部３０２に最も近づく位置から図２に示したワイヤ導出部３０２から最も遠ざかる位置に到達する間に、出力軸５１１は約２２０°回転する。したがって、モータ５１０を一定の回転数で駆動させる場合、ワイヤガイド４００の基端部４０１について、ワイヤ導出部３０２に近づく側に向けて移動させる際の移動速度（第１の移動速度）が、ワイヤ導出部３０２から遠ざかる側に向けて移動させる際の移動速度（第２の移動速度）よりも大きい。そして、基端部４０１の往復動によって、トーチ本体部３００内の溶接ワイヤＷについては、引き戻しと送り出しとが交互に繰り返されるが、引き戻し時の速度が送り出し時の速度よりも大きくなる。

【0044】

図７は、ワイヤ送給装置１１１およびワイヤガイド駆動装置５００の駆動によるワイヤ送給速度線図の一例を示す。図７の上段に示すように、ワイヤ送給装置１１１の駆動により当該ワイヤ送給装置１１１から溶接トーチ２００に向けて一定速度で溶接ワイヤＷが送り出される。同図の中段に示すように、ワイヤガイド駆動装置５００（モータ５１０）の駆動により、溶接トーチ２００において溶接ワイヤＷの送り出しと引き戻しが交互に繰り返される。ここで、モータ５１０の回転数は、たとえば５０００ｒｐｍ程度で一定に維持され、溶接ワイヤＷの動作の周波数は８３Ｈｚ程度となる。そして、同図の下段に示された合成成分から理解されるように、ワイヤ送給装置５１１およびワイヤガイド駆動装置５００よる溶接ワイヤＷの送給において、送りと瞬時の戻りとが繰り返され、高速での溶接ワイヤＷの送りおよび戻しが可能である。

【0045】

次に、上記した実施形態に係る溶接装置１００の作用について説明する。

【0046】

溶接作業時において、ワイヤガイド駆動装置５００を駆動させてワイヤガイド４００の基端部４０１を送給方向Ｆ１に沿って往復動させることにより、溶接トーチ２００の先端（ワイヤ導出部３０２付近）において、溶接ワイヤＷを軸方向（送給方向Ｆ２）に沿って往復移動させることができる。ワイヤガイド駆動装置５００のモータ５１０は、一方向のみに回転させて使用するので、たとえばワイヤ送給装置１１１の駆動モータについて正転ないし逆転の切り換えを行うことなく、溶接トーチ２００先端における溶接ワイヤＷの送り出しと引き戻しを繰り返すことができる。このことは、溶接時における溶接ワイヤＷ先端と母材との間に発生する短絡現象を回避するのに適しており、溶接品質を高めるうえで好ましい。

【0047】

ワイヤガイド４００が可撓性を有しているため、ワイヤガイド４００の基端部４０１の送給方向Ｆ１への往復動により、ワイヤガイド４００は、湾曲形状を保ちながら当該湾曲形状の凸側と凹側との間での変位が可能となる。これにより、ワイヤガイド４００によってガイドされた溶接ワイヤＷについては、変形が抑えられてワイヤガイド４００との間でスムーズな相対移動を可能にしつつ、トーチ本体部３００内の経路長さを変えることができるので、溶接ワイヤＷの送給を円滑に行わせることができる。

【0048】

また、本実施形態と異なり、たとえばワイヤガイドとして高い剛性のものを用いる場合には、比較的に質量が嵩む。そして、このようなワイヤガイドを溶接トーチ内で移動させると溶接トーチが振動しやすく、溶接品質の低下を招くおそれがある。これに対し、本実施形態のワイヤガイド４００によれば、溶接トーチ２００の振動を抑制することができるので、溶接品質を高めるうえでより好ましい。なお、ワイヤガイド駆動装置５００は、可撓性を有するワイヤガイド４００を軸方向に往復動させる構成であるので、駆動用のモータ５１０として、比較的に低トルクで小型のものを採用することができる。

【0049】

ワイヤガイド駆動装置５００は、モータ５１０の出力軸５１１の回転をリンク機構５２０によって送給方向Ｆ１への往復直線動に変換するように構成されている。そして、モータ５１０の出力軸５１１は、送給方向Ｆ１と実質的に直角である。このような構成によれば、モータ５１０の配置の自由度を高めることができる。

【0050】

リンク機構５２０は、直線状のリンクアーム５３０と、このリンクアーム５３０の両端部寄りの部位を出力軸５１１に平行な軸線Ｏ１，Ｏ２周りに回動可能に連結する連結部５４１，５４２とを含み、リンクアーム５３０は、連結部５４１，５４２の間において回転支軸５５０を中心として回動可能である。そして、連結部５４１がワイヤガイド４００の基端部４０１から離れた位置にあること、連結部５４１が出力軸５１１に対して偏心し、かつ出力軸５１１を中心として回転可能であること、リンクアーム５３０が連結部５４１に対して長手方向にスライド移動可能であること、等の協働により、図２、図５、図６を参照して上述したように、モータ５１０を一定の回転数で駆動すると、基端部４０１の往復動によって、溶接ワイヤＷの送り速度については引き戻し時の速度が送り出し時の速度よりも大きくなる。

【0051】

溶接時に溶接ワイヤＷが引き戻されることによって、溶接ワイヤＷ先端と母材との短絡によるスパッタの発生を抑制することができる。本実施形態では、さらに引き戻し動作が送り出し動作に比べて高速かつ短時間で行われるので、アークを発生させるためのアーク長をより早く作ることができ、アークを発生させている割合を増やすことができる。これにより、溶接部において深い溶け込みを形成しやすく、また、高速溶接を行いやすくなるので、溶接品質をより高めることが可能となる。

【0052】

リンクアーム５３０の回動中心である回動支軸５５０は、連結部５４１に近づける、あるいは連結部５４１から遠ざけるように変位可能である。図２を参照すると理解されるように、このように回動支軸５５０を変位させることにより、基端部４０１の往復動のストロークＳを増減させることができ、溶接ワイヤＷの戻り量を調節することが可能である。これにより、溶接条件の変更に対して適宜柔軟な対応が可能であり、溶接品質をより高めることが可能となる。

【0053】

溶接トーチ２００において、ワイヤガイド４００が収容される内部収容空間３０４は、ワイヤ導入部３０１における送給方向Ｆ１およびワイヤ導出部３０２における送給方向Ｆ２を含む平面Ｐに沿って湾曲するように形成されている。そして、当該平面Ｐの幅寸法は、中間部３０３からワイヤ導入部３０１およびワイヤ導出部３０２に向かうにつれて小さくなっている。このような構成によれば、ワイヤガイド４００の基端部４０１の送給方向Ｆ１への往復動によって、ワイヤガイド４００は、平面Ｐの幅方向Ｄ１に倣って動く。したがって、ワイヤガイド４００が意図しない方向に動くことを防止することができる。このことは、溶接ワイヤＷのばたつきや損傷を防止し、溶接品質を高めるのに適している。

【0054】

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の範囲は上記した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した事項の範囲内でのあらゆる変更は、すべて本発明の範囲に包摂される。

【0055】

上記実施形態において、リンク機構５２０がリンクアーム５３０、連結部５４１，５４２、回転支軸５５０等を具備することにより、モータ５１０の一定速度の回転駆動による基端部４０１の往復動作について、溶接ワイヤＷの引き戻し方向への移動速度が送り出し方向への移動速度よりも大となるように構成されていたが、本発明はこれに限定されない。リンク機構については、たとえばリンクアームとしてクランクアームを有する一般的なクランク機構を採用してもよい。通常のクランク機構の場合、駆動用のモータが一定速度で回転駆動する際に、基端部４０１の往復動作について、溶接ワイヤＷの引き戻し方向の移動速度と送り出し方向の移動速度が同じになるが、モータの回転速度をパルス制御によって可変させることにより、基端部４０１の往復動作について、溶接ワイヤＷの引き戻し方向の移動速度が送り出し方向の移動速度よりも大となるように基端部４０１を往復動させることが可能である。また、リンクアームについては、上記実施形態のように１本を具備する場合に限定されず、対をなす２本のリンクアームを具備する構成としてもよい。

【0056】

ワイヤガイド４００の基端部４０１を往復動させるアクチュエータとしては、出力軸５１１を有するモータ５１０に限定されず、たとえば駆動部が直線移動するリニアモータを用いてもよい。リニアモータを用いる場合、基端部４０１の往復動の移動速度や移動ストロークを適宜に設定することができる。さらに、アクチュエータとして、エアシリンダやソレノイドを用いてもよい。エアシリンダの場合、複動式を用いることにより、基端部４０１の往復動作について、溶接ワイヤＷの引き戻し方向の移動速度が送り出し方向の移動速度よりも大となるように基端部４０１を往復動させることが可能である。さらに、駆動部の駆動力とバネ等の付勢手段との組み合わせにより基端部４０１を往復動させるように構成してもよい。この場合、たとえば、基端部４０１の往復動のうち一方向の動作を駆動部からの駆動力により行い、他方向の動作を当該駆動力が解放される際の付勢部材の付勢力により行う。このような構成によっても、基端部４０１の往復動作について、溶接ワイヤＷの引き戻し方向の移動速度が送り出し方向の移動速度よりも大となるように基端部４０１を往復動させることが可能である。

【0057】

上記実施形態においては、トーチ本体部３００のワイヤ導入部３０１における溶接ワイヤＷの送給方向（第１の送給方向）とワイヤ導出部３０２における溶接ワイヤＷの送給方向（第２の送給方向）とが交差する場合について説明したが、第１および第２の送給方向は交差していなくてもよい。第１および第２の送給方向は、トーチ本体部３００（溶接トーチ２００）の形状に応じて決まるものであり、第１および第２の送給方向の関係については、交差しない場合、互いに平行になる場合、実質的に同一になる場合など、種々のバリエーションがある。たとえば第１および第２の送給方向が実質的に同一になる場合には、ワイヤ導出部３０１とワイヤ導出部３０２との間の内部収容空間３０４が湾曲することになる。

【符号の説明】

【0058】

１００ 溶接装置
１１０ マニピュレータ
１１１ ワイヤ送給装置（ワイヤ送給手段）
１１２ 手首部
１２０ ワイヤリール
１３０ コンジットパイプ
１４０ 一線式パワーケーブル
１８０ ロボット制御装置
１９０ 溶接用電源装置
２００ 溶接トーチ
３００ トーチ本体部
３０１ ワイヤ導入部
３０２ ワイヤ導出部
３０３ 中間部
３０４ 内部収容空間
３０５ 収縮チューブ
３１０ トーチボディ
３２０ チップボディ
３３０ 給電チップ
４００ ワイヤガイド
４０１ 基端部
４０２ 先端部
５００ ワイヤガイド駆動装置（往復動手段）
５１０ モータ（アクチュエータ）
５１１ 出力軸（駆動部）
５２０ リンク機構
５３０ リンクアーム
５４１ 連結部（第１の連結部）
５４２ 連結部（第２の連結部）
５５０ 回動支軸
Ｆ１ 送給方向（第１の送給方向）
Ｆ２ 送給方向（第２の送給方向）
Ｏ１ 軸線（第１の軸線）
Ｏ２ 軸線（第２の軸線）
Ｐ 平面
Ｗ 溶接ワイヤ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】