特開 2023-92983 溶接トーチおよび溶接装置

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023092983

(43)【公開日】2023-07-04

(54)【発明の名称】溶接トーチおよび溶接装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/29 20060101AFI20230627BHJP

   B23K 9/32 20060101ALI20230627BHJP

   B23K 31/00 20060101ALI20230627BHJP

   G08B 21/12 20060101ALI20230627BHJP

【ＦＩ】

B23K9/29 A

B23K9/32 Z

B23K31/00 N

G08B21/12

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021208331

(22)【出願日】2021-12-22

(71)【出願人】

【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】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】高田 主税

【テーマコード（参考）】

4E001

5C086

【Ｆターム（参考）】

4E001LD13

5C086AA02

5C086BA30

5C086CA01

5C086CA08

5C086CA11

5C086CB11

5C086DA40

5C086FA02

5C086FA11

(57)【要約】

【課題】溶接作業空間内の酸欠リスクを感知する。
【解決手段】溶接トーチ１０は、ガスセンサ１２０と、信号伝送部１３０とを備える。ガスセンサ１２０は、溶接トーチ１０に設けられ、溶接トーチ１０の周囲における酸欠リスクを感知可能である。信号伝送部１３０は、ガスセンサ１２０からの出力信号に基づいて対応動作させるために設けられる。
【選択図】図２

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接トーチであって、
前記溶接トーチに設けられ、前記溶接トーチの周囲における酸欠リスクを感知可能なガスセンサと、
前記ガスセンサからの出力信号に基づいて対応動作させるための信号伝送部とを備える、溶接トーチ。

【請求項2】

ハンドルをさらに備え、
前記ガスセンサは、前記ハンドルに設けられている、請求項１に記載の溶接トーチ。

【請求項3】

前記ガスセンサは、前記溶接トーチの電気系統から給電されている、請求項１または請求項２に記載の溶接トーチ。

【請求項4】

溶接装置であって、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載の溶接トーチと、第１記録部と、第１報知部とを備え、
前記対応動作として、前記第１記録部が前記酸欠リスクに関する状態を記録しつつ前記第１報知部が前記酸欠リスクを報知し、および／または前記溶接装置の動作が停止する、溶接装置。

【請求項5】

第２記録部および第２報知部を含む外部装置へ前記酸欠リスクに関する状態を送信する通信部をさらに備え、
前記対応動作として、前記第２記録部が前記酸欠リスクに関する状態を記録しつつ前記第２報知部が前記酸欠リスクを報知する、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、溶接トーチおよび溶接装置に関する。

【背景技術】

【0002】

ガスシールドアーク溶接における溶接監視方法を開示した先行技術文献として、特開昭５１－０７８７５３号公報(特許文献１)がある。特許文献１に記載されたガスシールドアーク溶接における溶接監視方法においては、溶接部近辺の溶接雰囲気ガスの存在する位置に捕集ノズルを設けて溶接雰囲気ガスを採集する。窒素酸化物連続検出法によって溶接雰囲気ガスに含まれる窒素酸化物濃度が検出され、窒素酸化物濃度に対応する電気信号に変換される。溶接時の窒素酸化物濃度の変化が表示、警報または溶接停止などの報知方法によって監視される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0003】

【特許文献1】特開昭５１－０７８７５３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0004】

閉鎖された空間において溶接作業をする場合、作業空間内が、酸欠リスクが存在する状態になる可能性がある。特許文献１に記載されたガスシールドアーク溶接における溶接監視方法は、溶接部近辺の溶接雰囲気ガスに含まれる窒素酸化物の濃度を検出して、シールドガスのシールド効果の低下を検出するものであり、溶接作業空間内の酸欠リスクを感知するものではない。

【0005】

本発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、溶接作業空間内の酸欠リスクを感知することができる、溶接トーチおよび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】

【0006】

本発明に基づく溶接トーチは、ガスセンサと、信号伝送部とを備える。ガスセンサは、溶接トーチに設けられ、溶接トーチの周囲における酸欠リスクを感知可能である。信号伝送部は、ガスセンサからの出力信号に基づいて対応動作させるために設けられる。

【0007】

これにより、溶接作業空間内の溶接トーチの周囲における酸欠リスクを感知することができる。

【0008】

本発明の一形態における溶接トーチは、ハンドルをさらに備える。ガスセンサは、ハンドルに設けられている。

【0009】

これにより、溶接作業者に近い位置での酸欠リスクを感知することができる。

【0010】

本発明の一形態においては、ガスセンサは、溶接トーチの電気系統から給電されている。

【0011】

これにより、ガスセンサへの給電経路を別途設ける必要がない。

【0012】

本発明に基づく溶接装置は、上記溶接トーチと、第１記録部と、第１報知部とを備える。対応動作として、第１記録部が酸欠リスクに関する状態を記録しつつ第１報知部が酸欠リスクを報知し、および／または溶接装置の動作が停止する。

【0013】

これにより、酸欠リスクが感知された際に、酸欠リスクに関する状態を環境記録として残し、酸欠リスクを溶接作業者に知らせ、かつ溶接作業を強制停止することができる。

【0014】

本発明に基づく溶接装置は、通信部をさらに備える。通信部は、第２記録部および第２報知部を含む外部装置へ酸欠リスクに関する状態を送信する。対応動作として、第２記録部が酸欠リスクに関する状態を記録しつつ第２報知部が酸欠リスクを報知する。

【0015】

これにより、酸欠リスクが感知された際に、溶接作業場所から離れた位置に配置された外部装置に対応動作をさせることができる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、溶接作業空間内の酸欠リスクを感知することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施の形態に係る溶接装置の構成を示す概略図である。

【図2】本発明の一実施の形態に係る溶接装置のガスセンサにより感知された酸欠リスクの出力信号に関わる電気的接続を示すブロック図である。

【図3】本発明の一実施の形態に係る溶接トーチの構成を示す斜視図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の一実施の形態に係る溶接トーチおよび溶接装置について図面を参照して説明する。以下の実施の形態の説明においては、図中の同一または相当部分には同一符号を付して、その説明は繰り返さない。

【0019】

本明細書において、「酸欠リスクが存在する状態」とは、空気中の酸素が消費されて酸素濃度が低下した状態、空気中の酸素以外の気体の割合が増加して空気中に存在する酸素の割合が低下した状態、または、一酸化炭素などの酸欠を引き起こしうるガス成分濃度が増加した状態をいう。

【0020】

図１は、本発明の一実施の形態に係る溶接装置の構成を示す概略図である。図２は、本発明の一実施の形態に係る溶接装置のガスセンサにより感知された酸欠リスクの出力信号に関わる電気的接続を示すブロック図である。なお、図２における各構成の接続関係を示す実線は、電力を供給するための給電配線およびガスセンサの出力信号を送受信するための信号配線のうち、信号配線の接続系統を示している。

【0021】

まず、本発明の一実施の形態に係る溶接装置の構造について説明する。図１および図２に示すように、本発明の一実施の形態に係る溶接装置１は、溶接トーチ１０と、ワイヤ供給部２０と、電源部３０と、第１記録部４０と、通信部５０とを備える。図１に示すように、本実施の形態に係る溶接装置１は、ガスボンベ４と、トーチケーブル１１と、電力伝送線２１と、信号線２２と、ガス配管２３とをさらに備える。

【0022】

溶接トーチ１０は、アークを発生させて被加工物２を溶接する部分である。溶接トーチ１０は、溶接装置１の一端に配置されている。溶接トーチ１０は、溶接トーチ１０の先端から突出する図示しないワイヤの先端と被加工物２との間にアークを発生させる。溶接トーチ１０は、シールドガスを噴出しつつ、ワイヤおよび被加工物２をアークの熱によって溶融させることにより溶接する。

【0023】

シールドガスは、ガスボンベ４から供給される。具体的には、ガスボンベ４のシールドガスは、電源部３０およびワイヤ供給部２０間に設けられているガス配管２３からトーチケーブル１１内を通じて溶接トーチ１０の先端に供給される。

【0024】

ワイヤ供給部２０は、溶接トーチ１０に図示しないワイヤを供給する。ワイヤ供給部２０から溶接トーチ１０にワイヤが供給されることによって、溶接トーチ１０の先端に配置されている図示しないチップ部からワイヤが突出する。

【0025】

トーチケーブル１１は、溶接トーチ１０とワイヤ供給部２０とを接続するケーブルである。トーチケーブル１１は、ワイヤを供給するための配管、シールドガスを供給するための配管、溶接トーチ１０への給電配線および電源部３０と信号を送受信するための信号配線を含んでいる。本実施の形態におけるトーチケーブル１１の電気系統ＥＳは、上記の給電配線および信号配線を含んでいる。

【0026】

電源部３０は、溶接するための電力をワイヤ供給部２０を介して溶接トーチ１０に供給する。電源部３０は、電源ケーブルによって１次側電源３に接続され、溶接トーチ１０に給電可能である。

【0027】

電源部３０の電力を供給する出力端子は、電力伝送線２１によりワイヤ供給部２０および被加工物２に接続されている。具体的には、電源部３０の一方の出力端子は、電力伝送線２１ａを介してワイヤ供給部２０に接続されている。電源部３０の他方の出力端子は、電力伝送線２１ｂを介して被加工物２に接続されている。信号線２２は、ワイヤ供給部２０と電源部３０とを接続して電気信号を送受信するために設けられている。

【0028】

図２に示すように、電源部３０は、制御部３１を含む。制御部３１は、電源部３０の出力、シールドガスの流量またはワイヤの送り速度などを制御する。

【0029】

第１記録部４０は、後述するガスセンサ１２０によって感知された酸欠リスクに関する状態を記録する。第１記録部４０は、電源部３０における制御部３１と接続されている。なお、第１記録部４０は、無線機能を有し、無線によって制御部３１と通信可能に構成されていてもよい。また、第１記録部４０は、溶接トーチ１０、ワイヤ供給部２０および電源部３０のいずれかに設けられていてもよい。さらに、後述する通信部５０を介して、ネットワーク上に設けられていてもよい。

【0030】

通信部５０は、電気的に接続された外部装置５と通信可能である。通信部５０は、たとえば、ルータである。通信部５０は、ＬＡＮケーブルによって外部装置５と接続されている。これにより、溶接装置１は、通信部５０を介して外部装置５と通信可能に接続されている。なお、通信部５０は、無線機能を有し、無線によって外部装置５と通信可能に構成されていてもよい。

【0031】

外部装置５は、たとえば、サーバである。外部装置５は、第２記録部５１と、第２報知部５２とを含む。なお、外部装置５は、サーバに限定されず、他の溶接装置であってもよい。

【0032】

第２記録部５１は、後述するガスセンサ１２０によって感知された酸欠リスクに関する状態を記録する。第２記録部５１は、通信部５０と接続されている。なお、第２記録部５１は、無線機能を有し、無線によって通信部５０と通信可能に構成されていてもよい。第２報知部５２は、後述するガスセンサ１２０の出力信号に基づいて酸欠リスクを報知する。第２報知部５２は、たとえば、警告音を発するスピーカである。

【0033】

次に、本発明の一実施の形態に係る溶接トーチの詳細な構成について説明する。図３は、本発明の一実施の形態に係る溶接トーチの構成を示す斜視図である。

【0034】

図２および図３に示すように、溶接トーチ１０は、ノズル１００と、ハンドル１１０と、ガスセンサ１２０と、信号伝送部１３０と、制御基板１４０と、第１報知部１５０とを含む。

【0035】

図３に示すように、ノズル１００は、先端からワイヤが突出し、ワイヤ周囲にシールドガスが噴射される部分である。シールドガスは、たとえば、アルゴンガスである。なお、シールドガスは、アルゴンガスに限定されず、炭酸ガスまたはヘリウムガスなどの他の不活性ガスであってもよい。

【0036】

ハンドル１１０は、溶接作業において溶接トーチ１０を操作するための部分である。ハンドル１１０は、ノズル１００の後端側に配置されている。ハンドル１１０は、把持部１１１と、ボタン１１２とを有する。

【0037】

把持部１１１は、溶接トーチ１０を操作するために把持される部分である。ボタン１１２は、把持部１１１の先端側に位置している。ボタン１１２が押下されることにより、ノズル１００からシールドガスが噴射され、ワイヤ供給部２０からノズル１００へ給電されつつワイヤが供給される。

【0038】

ガスセンサ１２０は、溶接トーチ１０に設けられている。本実施の形態におけるガスセンサ１２０は、ハンドル１１０に設けられている。具体的には、ガスセンサ１２０は、ハンドル１１０の後端部分に設けられている。なお、ガスセンサ１２０は、ハンドル１１０のノズル１００側に設けられていてもよい。ガスセンサ１２０は、作業者がハンドル１１０を把持する際に、ガスセンサ１２０を手で塞ぐことがなく、かつ、作業者寄りの位置に設けられることが望ましい。また、ガスセンサ１２０は、ハンドル１１０に配置される構成に限定されず、ハンドル１１０から見てノズル１００とは反対側に位置するトーチケーブル１１上に配置されていてもよい。

【0039】

ガスセンサ１２０は、溶接トーチ１０の周囲における酸欠リスクを感知可能である。本実施の形態におけるガスセンサ１２０は、たとえば、酸素濃度の低下を検出する。本実施の形態におけるガスセンサ１２０の酸素濃度を検出する方式は、ガルバニ電池式、ジルコニア式、磁気式またはレーザ分光式などを用いることができる。このように、ガスセンサ１２０の酸素濃度を検出する方式は、限定されない。

【0040】

また、ガスセンサ１２０は、たとえば、二酸化炭素またはアルゴンなどの他の成分濃度を検出し、検出された成分濃度の増加量から酸素濃度の低下量を算出してもよい。さらに、ガスセンサ１２０は、たとえば、一酸化炭素などの酸欠を引き起こしうるガス成分濃度の増加を検出してもよい。ガスセンサ１２０は、溶接装置１が動作している間のみ動作していてもよいし、溶接装置１の動作状態に関係なく、継続して動作してもよい。

【0041】

ガスセンサ１２０は、溶接トーチ１０の電気系統ＥＳから給電されている。本実施の形態におけるガスセンサ１２０は、１次側電源３から電源部３０、ワイヤ供給部２０およびトーチケーブル１１を通じて溶接トーチ１０へ給電された電力が、溶接トーチ１０内に配置された給電配線により制御基板１４０を介して給電される。これにより、ガスセンサ１２０に電力を供給するための電源を別途配置する必要がない。なお、ガスセンサ１２０の酸素濃度を検出する方式がガルバニ電池式の場合、センサ内部の電気化学反応が自発的に起こることにより、ガスセンサ１２０の駆動用の電力を供給する必要はない。

【0042】

図２に示すように、信号伝送部１３０は、ガスセンサ１２０から制御基板１４０までの信号を伝送する部分である。信号伝送部１３０は、ガスセンサ１２０からの出力信号に基づいて溶接トーチ１０に対応動作させるために設けられている。なお、信号伝送部１３０におけるガスセンサ１２０の出力信号を制御基板１４０へ送信する構成は、有線であってもよいし、無線であってもよい。有線で送信する場合は、信号伝送部１３０は信号線であり、無線で送信する場合は、信号伝送部１３０は無線通信部である。

【0043】

制御基板１４０は、ガスセンサ１２０の出力信号を受信する。制御基板１４０は、ガスセンサ１２０からの出力信号に対応して、制御基板１４０と電気的に接続された第１報知部１５０に信号を出力する。なお、制御基板１４０は、溶接トーチ１０に配置されているが、この構成に限定されず、電源部３０に配置されていてもよい。この場合は、制御基板１４０は、制御部３１の一部を構成する。

【0044】

図３に示すように、第１報知部１５０は、ハンドル１１０のノズル１００側に設けられている。第１報知部１５０は、ガスセンサ１２０の出力信号に基づいて制御基板１４０から出力された信号によって酸欠リスクを報知する。第１報知部１５０は、たとえば、警告音を発するスピーカである。なお、第１報知部１５０は、溶接トーチ１０、ワイヤ供給部２０および電源部３０のいずれに設けられていてもよいし、独立して設けられていてもよい。また、通信部５０を介して、ネットワーク上に設けられていてもよい。

【0045】

なお、溶接トーチ１０には、表示部が設けられていてもよい。表示部は、ガスセンサ１２０の出力信号に基づいて制御基板１４０から出力された信号によって酸欠リスクを報知する表示をする。表示部は、たとえば、画面にガスセンサ１２０により感知された酸欠リスクを表示する。表示部は、画面表示に限定されず、警告灯を点灯させるなどの他の方法によって酸欠リスクを報知する表示をしてもよい。

【0046】

以下、本発明の一実施の形態に係る溶接トーチに設けられたガスセンサの動作およびガスセンサからの出力信号に基づく対応動作について説明する。

【0047】

ガスセンサ１２０は、溶接作業空間内の溶接トーチ１０の周囲における酸欠リスクを感知する。本実施の形態におけるガスセンサ１２０は、溶接作業空間内の溶接トーチ１０の周囲における酸素濃度の低下を検出する。

【0048】

本実施の形態に係る溶接トーチ１０の対応動作として、第１記録部４０が酸欠リスクに関する状態を記録しつつ第１報知部１５０が酸欠リスクを報知し、および／または溶接装置１の動作が停止する。具体的には、ガスセンサ１２０によって閾値を超えた酸素濃度の低下が検出された場合、第１記録部４０が電源部３０における制御部３１から出力信号を受けて酸素濃度を記録する。第１報知部１５０は、酸素濃度が閾値を超えて低下したことを示す警告音を報知する。さらに、当該検出信号を受信した電源部３０の制御部３１により、電源部３０の出力を停止し、ワイヤ供給部２０によるワイヤの供給を停止し、およびシールドガスの供給を停止することによって、溶接装置１の動作が停止する。

【0049】

通信部５０が、信号伝送部１３０によって伝送された上記検出信号を外部装置５に送信することにより、外部装置５に対応動作させてもよい。この場合、上記検出信号を受信した外部装置５の処理信号に基づいて、第２記録部５１が酸欠リスクに関する状態を記録し、第２報知部５２から酸欠リスクが報知される。また、溶接装置１をネットワークを通じて遠隔監視している場合には、当該遠隔監視者に対しても酸欠リスクの報知が行なわれてもよい。

【0050】

なお、ガスセンサ１２０によって取得された酸欠リスクに関する酸素濃度などの情報は、蓄積されてデータベース化されていてもよい。これにより、溶接作業空間内の、作業環境記録を残すことができる。

【0051】

本発明の一実施の形態に係る溶接トーチ１０においては、溶接トーチ１０にガスセンサ１２０を設けることによって、溶接作業空間内の溶接トーチ１０の周囲における酸欠リスクを感知することができる。

【0052】

本発明の一実施の形態に係る溶接トーチ１０においては、ハンドル１１０にガスセンサ１２０を設けることによって、溶接作業者に近い位置での酸欠リスクを感知することができる。

【0053】

本発明の一実施の形態に係る溶接トーチ１０においては、溶接トーチ１０の電気系統ＥＳからガスセンサ１２０に給電されることによって、ガスセンサ１２０への給電経路を別途設ける必要がない。

【0054】

本発明の一実施の形態に係る溶接装置１においては、第１記録部４０および第１報知部１５０を備えることによって、対応動作として、酸欠リスクが感知された際に、酸欠リスクに関する状態を環境記録として残し、酸欠リスクを溶接作業者に知らせ、かつ溶接作業を強制停止することができる。

【0055】

本発明の一実施の形態に係る溶接装置１においては、外部装置５に酸欠リスクに関する状態を送信する通信部５０を備えることによって、酸欠リスクが感知された際に、溶接作業場所から離れた位置に配置された外部装置５に対応動作をさせることができる。

【0056】

なお、本発明の一実施の形態に係る溶接トーチ１０および溶接装置１においては、ＭＩＧ(Metal Inert Gas)溶接について例示したが、本発明の適用はＭＩＧ溶接用の溶接装置に限定されない。本発明は、ＭＡＧ(Metal Active Gas)溶接またはＴＩＧ(Tungsten Inert Gas)溶接などの他のアーク溶接においても適用することができる。

【0057】

また、本発明の一実施の形態に係る溶接トーチ１０および溶接装置１においては、作業者がハンドル１１０を把持して溶接トーチ１０を操作する態様について例示したが、本発明の適用は作業者が溶接トーチ１０を操作する態様に限定されず、溶接作業空間内に作業者が存在しつつ溶接トーチ１０の操作が自動化された態様においても適用することができる。

【0058】

なお、今回開示した上記実施の形態はすべての点で例示であって、限定的な解釈の根拠となるものではない。したがって、本開示の技術的範囲は、上記した実施の形態のみによって解釈されるものではない。また、特許請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。上述した実施の形態の説明において、組み合わせ可能な構成を相互に組み合わせてもよい。

【符号の説明】

【0059】

１ 溶接装置、５ 外部装置、１０ 溶接トーチ、４０ 第１記録部、５０ 通信部、５１ 第２記録部、５２ 第２報知部、１１０ ハンドル、１２０ ガスセンサ、１３０ 信号伝送部、１５０ 第１報知部、ＥＳ 電気系統。

【図1】

【図2】

【図3】