特開 2024-163679 溶接ワイヤ送給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】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024163679

(43)【公開日】2024-11-22

(54)【発明の名称】溶接ワイヤ送給装置および溶接装置

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/133 20060101AFI20241115BHJP

【ＦＩ】

B23K9/133 501Z

【審査請求】未請求

【請求項の数】6

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023079501

(22)【出願日】2023-05-12

(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】脇田 淳一

(57)【要約】

【課題】消費電力を一層低減することが可能な溶接ワイヤ送給装置および溶接装置を提供する。
【解決手段】ワイヤ送給装置２０は、溶接ワイヤ２のスプール３が取り付け可能であり、スプール３と一体に回転するように構成された回転軸２１と、回転軸２１の回転によって発電する発電機２５と、発電機２５が発電した電力を蓄電する蓄電装置２７と、蓄電装置２７の電力を使用する負荷装置２８とを備える。好ましくは、ワイヤ送給装置２０は、溶接ワイヤ２をスプール３から引き出して溶接トーチ５０に送給する送給ロール２３と、送給ロール２３を駆動する送給モータ２４と、送給モータ２４と発電機２５とを制御する制御装置１００とをさらに備える。
【選択図】図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接ワイヤのスプールが取り付け可能であり、前記スプールと一体に回転するように構成された回転軸と、
前記回転軸の回転によって発電する発電機と、
前記発電機が発電した電力を蓄電する蓄電装置と、
前記蓄電装置の電力を使用する負荷装置とを備える、ワイヤ送給装置。

【請求項2】

前記溶接ワイヤを前記スプールから引き出して溶接トーチに送給する送給ロールと、
前記送給ロールを駆動する送給モータと、
前記送給モータと前記発電機とを制御する制御装置とをさらに備える、請求項１に記載のワイヤ送給装置。

【請求項3】

前記負荷装置は、前記送給モータの回転を検知する検知装置を含む、請求項２に記載のワイヤ送給装置。

【請求項4】

前記負荷装置は、前記ワイヤ送給装置に配置された照明を含む、請求項１に記載のワイヤ送給装置。

【請求項5】

前記ワイヤ送給装置は、ガス容器から供給されるシールドガスを溶接トーチに流すガス流路をさらに備え、
前記負荷装置は、前記ガス流路に設けられた電磁弁を含む、請求項１に記載のワイヤ送給装置。

【請求項6】

請求項１～５のいずれかに記載のワイヤ送給装置と、
前記溶接ワイヤが前記ワイヤ送給装置から送給される溶接トーチと、
前記溶接トーチに保持された前記溶接ワイヤに溶接電流を供給する溶接電源とを備える、溶接装置。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本開示は、消耗電極である溶接ワイヤを溶接トーチに送給する溶接ワイヤ送給装置およびそれを備える溶接装置に関する。

【背景技術】

【0002】

消耗電極として溶接ワイヤを用いるガスシールドアーク溶接においては、一般に設定した溶接電流に対応する速度で、溶接ワイヤをトーチに送給するように制御が行なわれる。

【0003】

特開２０２１－４９５４８号公報（特許文献１）には、溶接ワイヤをトーチに送給する送給装置の一例が開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２０２１－４９５４８号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

溶接機器の電源は、溶接電流等に関するパワー系、各種制御装置に供給される制御系ともに、商用電源から供給される。脱炭素社会実現のために電力消費を抑えた製品が求められており、溶接機器にも同様な要求がある。

【0006】

従来、消費電力の低減については、主として、溶接電源をインバータ化してパワー系の電力効率を高めることにより実現していた。しかし、他の部分についても消費電力を低減させる余地が残る。

【0007】

本開示は、このような課題を解決するものであって、消費電力を一層低減することが可能な溶接ワイヤ送給装置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】

【0008】

本開示は、ワイヤ送給装置に関する。ワイヤ送給装置は、溶接ワイヤのスプールが取り付け可能であり、スプールと一体に回転するように構成された回転軸と、回転軸の回転によって発電する発電機と、発電機が発電した電力を蓄電する蓄電装置と、蓄電装置の電力を使用する負荷装置とを備える。

【発明の効果】

【0009】

本開示の溶接ワイヤ送給装置および溶接装置によれば、スプールの回転エネルギーを捨てることなく電力に変換するので、さらなる消費電力の低減が実現できる。

【図面の簡単な説明】

【0010】

【図1】本実施の形態に係る溶接装置の構成を示すブロック図である。

【発明を実施するための形態】

【0011】

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照しながら詳細に説明する。以下では、複数の変形例を含む実施の形態について説明するが、各実施の形態で説明された構成を適宜組み合わせることは出願当初から予定されている。なお、図中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。

【0012】

図１は、本実施の形態に係る溶接装置の構成を示すブロック図である。図１に示す溶接装置１は、消耗電極として溶接ワイヤ２を用いるガスシールドアーク溶接を行なう溶接装置である。

【0013】

溶接装置１は、溶接電源装置１０と、ワイヤ送給装置２０と、溶接トーチ５０とを備える。

【0014】

溶接電源装置１０は、電流検知部１４と、電圧検知部１５と、溶接電源１１とを含む。
溶接トーチ５０は、溶接ワイヤ２に電圧を与えるためのコンタクトチップ５１と、ガスボンベ４０からシールドガスが供給されるノズル５２とを含む。

【0015】

ワイヤ送給装置２０は、送給モータ２４と、送給ロール２３と、加圧ロール２２と、回転軸２１と、発電機２５と、充電部２６と、蓄電装置２７と、負荷装置２８とを含む。

【0016】

ワイヤ送給装置２０は、少なくとも送給モータ２４と発電機２５とを制御する制御装置１００をさらに含む。なお制御装置１００は、必ずしもワイヤ送給装置２０に搭載されていなくても良く、たとえば、溶接電源装置１０に配置されていても良い。

【0017】

ワイヤ送給装置２０は、さらに、ガス流路３２を含む。
シールドガスは、ガスボンベ４０から流量調整装置４１を経由してワイヤ送給装置２０内部のガス流路３２に供給される。ガス流路３２の一端に設けられたガスコネクタ３１はガスボンベ４０に接続され、他端に設けられたガスコネクタ３４は、ガスホース４２によって溶接トーチ５０のノズル５２に接続される。シールドガスとしては、たとえば、アルゴン、ＣＯ_２などおよびこれらを含む混合ガスが用いられる。

【0018】

ワイヤ送給装置２０は、さらに、電力配線３６を含む。電力配線３６の一端に設けられたパワーコネクタ３５は溶接電源１１のパワーケーブル１２と接続され、他端に設けられたパワーコネクタ３７は溶接トーチ５０のコンタクトチップ５１とパワーケーブル１３によって接続される。また、溶接電源１１は、接地ケーブル１６によって母材１７と接続される。電流検知部１４は接地ケーブル１６に流れる電流を検知する。電圧検知部１５は、接地ケーブル１６とパワーケーブル１２との間の電圧を検知する。溶接電源１１は、電圧検知部１５および電流検知部１４の出力に基づいて溶接電流Ｉｗおよび溶接電圧Ｖｗを制御しアーク１８を適切な状態に保つ。

【0019】

ワイヤ送給装置２０には、溶接ワイヤが巻回されたスプール３が取り付けられる。そして送給ロール２３と加圧ロール２２との間に挟持された溶接ワイヤ２は、溶接電流Ｉｗに対応する速度でスプール３から引き出される。これによりスプール３は回転する。スプール３にはたとえば約２０ｋｇの溶接ワイヤが巻かれており、慣性モーメントが比較的大である。

【0020】

溶接を中断すると、慣性力によってスプール３は回転を続けようとするので、何もしないと溶接ワイヤ２がワイヤ送給装置２０の内部で曲がってしまう。このため溶接中断時にはスプール３の回転にブレーキをかけるか、またはスプール３にブレーキを軽く効かせた状態で溶接ワイヤを送給することが好ましい。

【0021】

しかし、ブレーキとして摩擦ブレーキを用いるのでは、スプール３が有する回転エネルギーを熱として捨ててしまうことになる。そこで、本実施の形態では、スプール３を装着する回転軸２１に発電機２５を設け、スプール３の慣性力により発電し、蓄電装置２７に充電する。

【0022】

充電部２６は、蓄電装置２７の充電状態を監視し、充電状態が閾値レベルまで低下すると、外部電源（たとえば商用電源ＡＣ１００Ｖなど）から受電をして蓄電装置２７を充電する。一方、充電状態が閾値レベルまで低下していなければ、充電部２６は、外部電源から受電せずに、発電機２５で発電された電力によって蓄電装置２７を充電する。

【0023】

発電機２５の発電量は、制御装置１００によって制御される。たとえば、発電量を常時一定としてスプール３の回転にブレーキをかけるようにしても良い。また溶接中断指令が有った場合には送給モータ２４の送給停止とともに発電機２５の発電量を増加させブレーキ力を強く働かせるようにしても良い。

【0024】

蓄電装置２７が満充電状態となった場合には、制御装置１００は、発電機２５の内部で熱として慣性力によるエネルギーを消費させる。または、蓄電装置２７が満充電状態となった場合には、充電部２６または負荷装置２８が熱、光等として発電電力を消費しても良い。

【0025】

蓄電装置２７の電力は、負荷装置２８で使用される。負荷装置２８は、照明３０、エンコーダ３８、電磁弁３３のいずれか１つまたは複数を含んでいても良い。

【0026】

照明３０は、たとえばスプール３の交換時に溶接ワイヤ２の先端を送給ロール２３と加圧ロール２２との間に通す際にワイヤ送給装置２０の筐体内の視認性向上のために使用させる。

【0027】

エンコーダ３８は、送給モータ２４の回転速度を検出しモータ制御に用いるために使用される。エンコーダ３８は、制御用電源が供給される部品の一例である。なお、制御用電源が供給される部品として制御装置１００が蓄電装置２７の電力を使用しても良い。

【0028】

電磁弁３３はシールドガスの供給と遮断を制御する部品である。電磁弁３３は、ガス流路３２に設けられて溶接開始および溶接中断の指令に応じて電磁石を作動させることによって弁を開閉する。

【0029】

なお、負荷装置２８として照明３０、エンコーダ３８および電磁弁３３を例示したが、電気を使用する機器であれば負荷装置はどのようなものであっても良い。

【0030】

また溶接ワイヤ２の用途として消耗電極を例示したが、溶接ワイヤ２は、たとえば非消耗電極をアーク電極とする溶接装置等におけるフィラーワイヤであってもよい。

【0031】

以上説明した本実施の形態に係るワイヤ送給装置２０および溶接装置１によれば、ワイヤ送給時に慣性力が付与されたスプール３から発電機２５によって回生エネルギーを回収して蓄電装置２７に貯蔵することができる。このため、負荷装置２８で回生エネルギーを利用することができ、全体的な溶接装置１の消費電力を低減させることができる。

【0032】

［まとめ］
（１） 本開示はワイヤ送給装置に関する。図１に示すワイヤ送給装置２０は、溶接ワイヤ２のスプール３が取り付け可能であり、スプール３と一体に回転するように構成された回転軸２１と、回転軸２１の回転によって発電する発電機２５と、発電機２５が発電した電力を蓄電する蓄電装置２７と、蓄電装置２７の電力を使用する負荷装置２８とを備える。このような構成とすることによって、スプール３の慣性エネルギーを電力として回収し、負荷装置２８に使用することができる。

【0033】

（２） 第１項に記載のワイヤ送給装置２０は、溶接ワイヤ２をスプール３から引き出して溶接トーチ５０に送給する送給ロール２３と、送給ロール２３を駆動する送給モータ２４と、送給モータ２４と発電機２５とを制御する制御装置１００とをさらに備える。このような構成とすることによって、制御装置１００によって送給モータ２４の駆動状態に合わせて発電機２５の発電量を調節することが可能である。

【0034】

（３） 第２項に記載のワイヤ送給装置２０において、負荷装置２８は、送給モータ２４の回転を検知する検知装置であるエンコーダ３８を含む。このような構成とすることによってエンコーダ３８のための外部電源の供給を減らすことができる。

【0035】

（４） 第１項に記載のワイヤ送給装置２０において、負荷装置２８は、ワイヤ送給装置２０に配置された照明３０を含む。このような構成とすることによってメンテナンス時などに使用する照明３０のための外部電源の供給を減らすことができる。

【0036】

（５） 第１項に記載のワイヤ送給装置２０において、ワイヤ送給装置２０は、ガスボンベ４０から供給されるシールドガスを溶接トーチ５０に流すガス流路３２をさらに備える。負荷装置２８は、ガス流路３２に設けられた電磁弁３３を含む。このような構成とすることによって電磁弁３３を駆動するための外部電源の供給を減らすことができる。

【0037】

（６） 本開示は他の局面では溶接装置に関する。溶接装置１は、第１項から第５項のいずれかに記載のワイヤ送給装置２０と、溶接ワイヤ２がワイヤ送給装置２０から送給される溶接トーチ５０と、溶接トーチ５０に保持された溶接ワイヤ２に溶接電流を供給する溶接電源１１とを備える。

【0038】

今回開示された実施の形態は、すべての点で例示であって制限的なものではないと考えられるべきである。本発明の範囲は、上記した実施の形態の説明ではなくて特許請求の範囲によって示され、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ことが意図される。

【符号の説明】

【0039】

１ 溶接装置、２ 溶接ワイヤ、３ スプール、１０ 溶接電源装置、１１ 溶接電源、１２，１３ パワーケーブル、１４ 電流検知部、１５ 電圧検知部、１８ アーク、２０ 送給装置、２１ 回転軸、２２ 加圧ロール、２３ 送給ロール、２４ 送給モータ、２５ 発電機、２６ 充電部、２７ 蓄電装置、２８ 負荷装置、３０ 照明、３１，３４ ガスコネクタ、３２ ガス流路、３３ 電磁弁、３５，３７ パワーコネクタ、３６ 電力配線、３８ エンコーダ、４０ ガスボンベ、４１ 流量調整装置、４２ ガスホース、５０ 溶接トーチ、５１ コンタクトチップ、５２ ノズル、１００ 制御装置。

【図1】