JP2008018443A - タングステン電極自動交換装置 - Google Patents

Abstract

【課題】新電極の供給をスムーズに行うことができる電極供給機構を備えた電極自動交換装置を提供する。
【解決手段】溶接トーチ移動装置に取り付けた溶接用トーチによって被溶接物を繰返し溶接を行って、消耗したタングステン電極を溶接用トーチから引き抜いて、新しい電極を挿入する装置において、シリンダを設けてタングステン電極をクランプ・アンクランプする溶接用トーチと、使用済み電極引き抜き位置２１Ｐまで移動させた溶接用トーチの使用済みタングステン電極を引き抜く使用済み電極引き抜き機構２１と、複数本の新タングステン電極を収納した電極ホルダ３２をスライドさせて、スライド方向先端の新タングステン電極が電極ガイドブロック３９に当接して停止して電極供給位置２２Ｐで供給する電極供給機構と、新タングステン電極を電極突き出し位置まで駆動源で移動させる電極移動機構とを備えたタングステン電極自動交換装置。
【選択図】図１

Description

本発明は、連続して自動溶接するティグ自動溶接装置に備えられたタングステン電極の自動交換装置に関するものである。

ティグ溶接では、溶接時にタングステン電極（以下、電極という）が消耗するために、長時間に亘る溶接作業中に、複数回の電極を交換する作業が必要となる。この交換作業としては、溶接トーチに設けたネジ式のチャックを緩めて、溶接トーチから消耗した電極を引き抜き、別途用意した新しい電極を溶接トーチに挿入し、再度ネジを回転させチャックを締め直すことが行われる。

近年、自動車の部品の溶接ではスパッタレス化の要求が多くなり、ロボットを使った炭酸ガス溶接からティグ溶接へと移行しつつある。しかし、ロボットを使ったティグの自動溶接においても、作業者が電極の消耗の状況を見ながら、適宜、上述した交換作業を行っていた。そこで、従来、図７及び図８に示す電極自動交換装置が提案されていた。（例えば、特許文献１参照。）。

図７は、従来技術の電極自動交換システムの全体構成図である。同図において、例えば、溶接ロボットである溶接トーチ移動装置３の先端に溶接トーチ１を取り付けている。この溶接トーチ１の上部には、電極クランプシリンダ１１を設けていて、電極４をクランプ・アンクランプする。そして、予め作成された教示プログラムに従って、溶接ロボット３と共に動作し、図示していない被溶接物を溶接する。電極自動交換装置２は、繰返し溶接を行うことによって消耗した使用済み電極を、溶接トーチ１から引き抜き、新しい電極を挿入する。

図８は、上述の電極自動交換システムの中心機能となる従来技術の電極自動交換装置２を示す図である。同図において、電極自動交換装置２は、使用済み電極引き抜き位置２１Ｐまで移動させた溶接トーチ１（図７参照）の使用済み電極を引き抜く使用済み電極引き抜き機構２１と、複数本の新電極５を電極供給位置２２Ｐで供給する電極供給機構２２と、新電極５を電極突き出し位置２４Ｐまで駆動源で移動させる電極移動機構２３とを備えている。また、使用済み電極回収ボックス２６１、電極突出長調整機構２５によって形成される。

上記使用済み電極引き抜き機構２１は、電極引き抜きチャック２１１が使用され、上記電極供給機構２２は、電極供給位置２２Ｐを有する電極供給トレー２２１が使用されている。そして、上記電極移動機構２３は、電極押し出し移動機構２３Ａ及び電極回転移動機構２３Ｂが使用されている。

この電極押し出し移動機構２３Ａは、電極押し出しシリンダ２３４、ジョイント２３５、電極押し出し棒２３６及びガイドレール２３７によって形成されている。また、電極回転移動機構２３Ｂは、上記の電極押し出し移動機構２３Ａの構成部品の他に、回転テーブル２３３が追加されている。電極突出長調整機構２５は、電極装着有無検出器２５２及び電極突出長調整ブロック２５３によって形成されている。

電極供給トレー２２１は、板状で回転テーブル２３３の一部である電極挿入溝２３２側に傾斜させて取り付けられている。電極供給トレー２２１の上部の電極供給位置２２Ｐに交換用の新電極５を水平に設置すると、新電極５は円柱なので自重によって回転テーブル２３３の電極挿入溝２３２に向かって順次、転がりセットされる。電極挿入溝２３２の幅は電極の直径とほぼ同じ幅にセットされており、複数の電極が溝にセットされない構造を有している。電極供給トレー２２１の両サイドには、新電極５が電極挿入溝２３２に向かって移動し易く、また新電極５の落下防止のために両サイドにガイド部を備えている。

回転テーブル２３３は、図示しない回転テーブルシリンダによって９０度回転して水平にセットされた新電極５を垂直方向に移動させる。

電極押し出しシリンダ２３４、電極押し出し棒２３６及びガイドレール２３７は、垂直方向でそれぞれ平行に設置され、電極押し出しシリンダ２３４と電極押し出し棒２３６とは、ジョイント２３５によって下端部で接続され一体構造を有している。電極押し出しシリンダ２３４は上下に移動可能で、電極押し出しシリンダ２３４が上方に移動すると、電極押し出し棒２３６もガイドレール２３７に沿って上方に移動する。

電極押し出しシリンダ２３４が上方へ移動することによって、電極押し出し棒２３６も上方へ移動すると共に、回転テーブル２３３の電極挿入溝２３２内を挿通し新電極５を押し上げ電極突き出し位置２４Ｐから新電極５の一部を突き出させる。電極突き出し位置２４Ｐの径は新電極５の径とほぼ同じ大きさなので、新電極５は垂直方向に突き出される。

新電極５を溶接トーチ１に挿入し、一旦、新電極５をクランプした後、溶接トーチ１を円錐台の電極突出長調整ブロック２５３の上面に当接させる。新電極５をアンクランプした状態で溶接トーチ１を下方部に移動させることによって、溶接トーチ１の内部に新電極５を押しこみ、突出長を調整する。

図示しない電極引き抜きシリンダによって電極引き抜きチャック２１１が開閉し、消耗した電極４をクランプして、溶接トーチ１から引き抜き、電極引き抜きチャック２１１の下方部に設置された使用済み電極回収ボックス２６１に、消耗した使用済の電極４を収納する。

電極装着有無検出器２５２は、上述した電極引き抜きチャック２１１にて完全に消耗した電極４が引き抜かれているか、また、上述した電極押し出し棒２３６によって供給された新電極５を溶接トーチ１がクランプしているかを確認するために使用する。

以下、電極の自動交換作業を、［電極引き抜き動作］と［電極装着動作］とに分けて説明する。

［電極引き抜き動作］
図９は、上述した電極自動交換装置２を使用して、溶接トーチ１から消耗した電極４を引き抜く動作を、溶接トーチ１の動作順（１）乃至（４）に従って説明する説明図である。

（１）溶接トーチ１を使用済み電極引き抜き位置２１Ｐ近傍の位置に移動させる。

（２）使用済み電極引き抜き位置２１Ｐに溶接トーチ１を移動させ、図示しない電極引き抜きシリンダによって電極引き抜きチャック２１１を開いた状態から閉じさせ、電極４をクランプする。次に溶接トーチ１に装備された電極クランプシリンダを動作させ、電極４をアンクランプして電極４が自由に動作できるようにする。このとき、溶接トーチ１の姿勢は図９に示すように垂直方向になるようにする。

（３）溶接トーチ１を真上に移動させる。この動作によって、電極４は溶接トーチ１から引き抜かれ、電極引き抜きチャック２１１にクランプされる。上述した（２）とは逆に、電極引き抜きチャック２１１を開けて、電極４を自重によって使用済み電極回収ボックス２６１に落下させる。

（４）溶接トーチ１を電極装着有無検出器２５２近傍の位置に移動させ、その位置から電極装着有無検出器２５２に向かって移動（図面では、図面奥から手前に移動させる）させ、溶接トーチ１から電極４が引き抜かれていることを確認させる。

［電極装着動作］
図１０は、上述した電極自動交換装置２を使用して、溶接トーチ１に新電極５を供給して装着するまでの動作を、溶接トーチ１の動作順（１）乃至（５）に従って説明する説明図である。

（１）上述した電極引き抜き動作の後で、溶接トーチ１を電極自動交換装置２の近傍に移動させる。このとき、溶接トーチ１はアンクランプ状態にある。

（２）電極突き出し位置２４Ｐの真上の方向で、電極突き出し位置２４Ｐに溶接トーチ１を移動させると共に、回転テーブル２３３の電極挿入溝２３２に水平にセットされた新電極５を図示しない回転テーブルシリンダによって垂直方向になるように回転させる。その後、電極押し出しシリンダ２３４によって電極押し出し棒２３６を上方に移動させ、新電極５を回転テーブル２３３の電極挿入溝２３２から押し出し、溶接トーチ１に挿入させる。

（３）溶接トーチ１の電極クランプシリンダを動作させて、挿入された新電極５をクランプさせた後で、溶接トーチ１を真上に移動させる。この時点では、新電極５の突出長は任意の長さでよい。

（４）溶接トーチ１を電極突出長調整ブロック２５３の上面に当接させる位置に移動させる。このとき、溶接トーチ１の姿勢は図１０に示すように垂直方向になるようにする。新電極５をアンクランプして、新電極５の先端部を電極突出長調整ブロック２５３の上面に当接させたまま、溶接トーチ１を予め設定された突出長になる位置まで下方に移動させた後、新電極５をクランプして電極突出長を調整する。

（５）溶接トーチ１を電極装着有無検出器２５２近傍の位置に移動させ、その位置から電極装着有無検出器２５２に向かって移動（図面では、図面奥から手前に移動させる）させ、溶接トーチ１に新電極５が装着されていることを確認する。

電極押し出しシリンダ２３４を動作させて、電極押し出し棒２３６を下方に移動させた後、垂直方向になっている電極挿入溝２３２を水平方向に回転させる（元の状態に戻す）。電極挿入溝２３２が水平になった時点で、電極供給トレー２２１にセットされた複数の新電極５が電極供給トレー２２１上を電極挿入溝２３２に向かって順次、転がり、その内の１本が電極挿入溝２３２にセットされる。

上述の電極引き抜き動作と電極装着動作とで説明した位置に溶接トーチ１を移動させて電極クランプシリンダ、電極押し出しシリンダ２３４等のシリンダを動作させることを予め溶接ロボット３に電極交換プログラムとして教示しておく。そして、別途作成済のティグ溶接用プログラムを何回か実行した後で電極交換プログラムを実行すれば、人手を介さずに長時間のティグ自動溶接を行える。しかし、後述する課題を有する。
特開２００２−３０７１７０号公報

上述した従来技術の電極自動交換装置２は、回転テーブル２３３の電極挿入溝２３２に水平にセットされた新電極５を、図示しない回転テーブルシリンダによって垂直方向になるように回転させる。その後、電極押し出しシリンダ２３４によって電極押し出し棒２３６を上方に移動させ、新電極５を回転テーブル２３３の電極挿入溝２３２から押し出し、溶接トーチ１に挿入させている。

新電極５は、全く使用されていない電極ではなく、ティグ溶接によって電極の先端が消耗して丸くなった部分を尖らせた電極である。そのためにティグ溶接中の熱で少し曲がる場合がある。この場合、回転テーブル２３３に設けられた電極挿入溝２３２に新電極５が適切に入らず、電極押し出し棒２３６を上方に移動させたときに、新電極５を回転テーブル２３３の電極挿入溝２３２から押し出すことができないときがあった。このとき、電極の自動交換を行うことができないという不具合があった。さらに、この電極回転移動機構は大掛かりな構造のために、コストが高いという問題があった。

本発明は、新電極の供給をスムーズに行うことができる電極供給機構を備えた電極自動交換装置を提供することを目的としている。

第１の発明は、溶接トーチ移動装置に取り付けた溶接用トーチによって被溶接物を繰返し溶接を行って消耗したタングステン電極を溶接用トーチから引き抜いて新しいタングステン電極を挿入するタングステン電極自動交換装置において、
シリンダを設けてタングステン電極をクランプ・アンクランプする溶接用トーチと、
使用済み電極引き抜き位置まで移動させた前記溶接用トーチの使用済みタングステン電極を引き抜く使用済み電極引き抜き機構と、
複数本の新タングステン電極を収納した電極ホルダをスライドさせて、スライド方向先端の新タングステン電極が電極ガイドブロックに当接して停止して電極供給位置で供給する電極供給機構と、
新タングステン電極を電極突き出し位置まで駆動源で移動させる電極押し出し移動機構とを備えたことを特徴とするタングステン電極自動交換装置である。

第２の発明は、第１の発明に記載の電極供給機構が、
複数本の新タングステン電極を収納する前記電極ホルダと、
新タングステン電極の下端部が当接する電極ガイド板と、
前記電極ホルダが錘又はばねによる引っ張り力によってスライドする電極ホルダスライド機構と、
スライド方向先端の新タングステン電極が当接して停止する前記電極ガイドブロックと、
前記電極ガイド板と前記電極ガイドブロックとの間で前記電極突き出し位置の真下に設けられた電極挿入溝とを備えたことを特徴とするタングステン電極自動交換装置である。

第３の発明は、第１の発明に記載の電極押し出し移動機構が、前記電極挿入溝に供給された新タングステン電極をシリンダによって押し出して前記電極突き出し位置まで移動させることを特徴とするタングステン電極自動交換装置である。

第４の発明は、第２の発明に記載の電極ガイド板が、スライド方向先端が下方へ傾斜していることを特徴とするタングステン電極自動交換装置である。

本発明の電極自動交換装置の電極供給機構は、電極ホルダをスライドさせて、スライド方向先端の新電極が電極ガイドブロックに当接して停止して、電極ホルダも停止する。そして、この新電極が引き抜かれると、再び電極ホルダが引っ張られて、次の新電極が電極挿入溝に位置される。この結果、電極供給機構の駆動源として、エアーや電気を使用せずに、複雑な機構を使用する必要がないために、電極供給機構をスムーズに動作させることができる。

［実施の形態１］
発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
図１は、本発明の電極自動交換装置３０の正面図であり、図２は、本発明の電極自動交換装置３０の背面図である。図１及び図２において、図８に示した従来技術の電極自動交換装置２と異なる電極供給機構３１について説明する。その他の機能は、図８に示した機能と同符号を付して、説明を省略する。

図１及び図２に示す電極供給機構３１において、電極ホルダ３２の溝には、後述する図３に示すように、複数本の新電極５がそれぞれ収納され、溝内で新電極５が上下に摺動できる状態にある。電極ホルダ３２の下方に電極ガイド板３３が設けられていて、新電極の下端部５ａが、この電極ガイド板３３に当接している。電極ホルダ３２の背面に取付けられたシャフト３４が、スライド溝３５を挿通している。このシャフト３４にワイヤ３６の一端３６ａが接続されていて、他端３６ｂが、ガイドローラ３７に引っ掛けられて、錘３８に接続されている。この結果、錘３８による引っ張り力によって、シャフト３４がスライド溝３５に沿って移動し、シャフト３４が取付けられた電極ホルダ３２が移動する。

電極ホルダ３２のスライド方向側に、電極ガイドブロック３９が設けられている。そして、電極ガイド板３３と電極ガイドブロック３９との間で電極突き出し位置２４Ｐの真下に、電極挿入溝４０が設けられている。このために、電極ホルダ３２が、錘３８によって引っ張られている状態で、スライド方向先端の新電極５１（図３参照）が、電極ガイドブロック３９に当接することによって、電極供給位置２２Ｐに達し、電極ホルダ３２が停止する。電極押し出し移動機構２３Ａの電極押し出し棒の上端２３６ａが、この電極挿入溝４０に配置されているとき、電極ガイドブロック３９に当接した新電極の下端５１ａ（図３参照）は、電極押し出し棒の上端２３６ａと当接している。そして、電極移動機構２３Ａの電極押し出しシリンダ２３４によって、電極押し出し棒２３６が新電極５１を押し出して、この新電極５１を電極突き出し位置２４Ｐまで移動させる。

新電極５が全て使用されると、電極ホルダ３２がスライドして、電極ホルダ３２に取付けられた突起部４２が、ホルダ内電極有無検出器４１と接触して、新電極５が無くなったことが検出される。

新電極５１を電極挿入溝４０に容易に挿入するために、電極ホルダ３２がスライドしたときに、新電極５が下方へ下がるように、電極ガイド板３３のスライド方向先端３３ａが、下方へ傾斜している。

電極ホルダ３２は、複数の新電極５を容易に収納することができるように、手前側に開くことができる構造である。なお、電極ホルダ３２ごと取りはずして、予め複数の新電極５が収納された電極ホルダ３２と交換するようにしてもよい。

以下、図３乃至図６を参照して、動作を説明する。図３乃至図６は、本発明の電極自動交換装置３０の電極供給機構３１の動作を説明する図である。図３において、電極ホルダ３２には、複数本の新電極５が収納されていて、電極ホルダ３２が錘３８（図２参照）による引っ張り力によってスライド方向に引っ張られている。そして、スライド方向先端の新電極５１が、電極ガイドブロック３９に当接することによって、電極ホルダ３２が停止している。このとき、電極ガイドブロック３９に当接した新電極の下端５１ａと電極移動機構２３Ａ（図１参照）の電極押し出し棒の上端２３６ａが、電極挿入溝４０に配置されていて、電極ガイドブロック３９に当接した新電極の下端５１ａが、電極押し出し棒の上端２３６ａと当接している。

そして、図４に示すように、電極押し出し移動機構２３Ａの電極押し出しシリンダ２３４（図１参照）によって、電極押し出し棒２３６が新電極５１を押し出して、この新電極５１を電極突き出し位置２４Ｐまで移動させる。このとき、電極押し出し棒２３６が電極ガイドブロック３９に当接して、電極ホルダ３２は停止された状態のままである。そして、溶接トーチ１の電極クランプシリンダを動作させて、溶接トーチ１に挿入された新電極５１をクランプさせる。そして、溶接トーチ１を真上に移動させて、新電極５１を抜き取る。

そして、電極移動機構２３Ａの電極押し出しシリンダ２３４によって、電極押し出し棒２３６を下方に移動させて、元の位置に戻ると、図５に示すように、電極ホルダ３２は、錘３８の引っ張り力によってスライドする。そして、新電極５２が電極ガイド板３３に沿って電極挿入溝４０まで滑り、電極ガイドブロック３９に当接して停止し、電極ホルダ３２も停止する。

そして、ティグ溶接を行って、上述した図４と図５の動作を繰り返すことによって、図６に示すように、新電極５が全て無くなる。このとき、電極ホルダ３２に取付けられた突起部４２がホルダ内電極有無検出器４１と接触して、新電極５が無くなったことが検出される。そして、電極ホルダ３２を手前側に開いて、複数の新電極５を収納し、ティグ溶接を再開する。その他の動作は、図８に示した従来技術の電極自動交換装置２の動作と同じであるので、説明を省略する

このように、本発明の電極自動交換装置３０は、電極供給機構３１として従来技術のような回転テーブルを使用することなしに、単に、電極ホルダ３２を錘３８の引っ張り力によってスライドさせて、スライド方向先端の新電極５１が電極ガイドブロック３９に当接して停止して、電極ホルダ３２も停止する。そして、この新電極５１が引き抜かれると、再び電極ホルダ３２が錘３８によって引っ張られて、次の新電極５２が電極挿入溝４０に位置される。この結果、電極供給機構３１の駆動源として、エアーや電気を使用せずに、複雑な機構を使用する必要がないので、電極供給機構３１を確実に、かつ、スムーズに動作させることができ、さらに、コストを低減することができる。

なお、上述した図２に示した錘３８の代わりにばねを使用して、その一端をワイヤの他端３６ｂに接続し、ばねの他端を電極自動交換装置３０に固定する。そして、ばねの引っ張り力によって、シャフト３４をスライドさせて、電極ホルダ３２をスライドさせてもよい。

本発明の電極自動交換装置３０の正面図である。 本発明の電極自動交換装置３０の背面図である。 本発明の電極自動交換装置３０の電極供給機構３１の動作を説明する図である。 図３に続く本発明の電極自動交換装置３０の電極供給機構３１の動作を説明する図である。 図４に続く本発明の電極自動交換装置３０の電極供給機構３１の動作を説明する図である。 図５に続く本発明の電極自動交換装置３０の電極供給機構３１の動作を説明する図である。 従来技術の電極自動交換システムの全体構成図である。 従来技術の電極自動交換装置２を示す図である。 電極自動交換装置２を使用して、溶接トーチ１から消耗した電極４を引き抜く動作を、溶接トーチ１の動作順に従って説明する説明図である。 電極自動交換装置２を使用して、溶接トーチ１に新電極５を供給して装着するまでの動作を、溶接トーチ１の動作順に従って説明する説明図である。

符号の説明

１ 溶接トーチ
２ 電極自動交換装置
３ 溶接トーチ移動装置（溶接ロボット）
４ 電極
５ 新電極
５ａ 新電極の下端部
１１ 電極クランプシリンダ
２１ 使用済み電極引き抜き機構
２１Ｐ 使用済み電極引き抜き位置
２２ 電極供給機構
２２Ｐ 電極供給位置
２３ 電極移動機構
２３Ａ 電極押し出し移動機構
２３Ｂ 電極回転移動機構
２４Ｐ 電極突き出し位置
２５ 電極突出長調整機構
３０ 電極自動交換装置
３１ 電極供給機構
３２ 電極ホルダ
３３ 電極ガイド板
３３ａ 電極ガイド板のスライド方向先端
３４ シャフト
３５ スライド溝
３６ ワイヤ
３６ａ ワイヤの一端
３６ｂ ワイヤの他端
３７ ガイドローラ
３８ 錘
３９ 電極ガイドブロック
４０ 電極挿入溝
４１ ホルダ内電極有無検出器
４２ 突起部
５１ 新電極
５１ａ 新電極の下端
５２ 新電極
２１１ チャック
２２１ 電極供給トレー
２３２ 電極挿入溝
２３３ 回転テーブル
２３４ シリンダ
２３５ ジョイント
２３６ 電極押し出し棒
２３６ａ 電極押し出し棒の上端
２３７ ガイドレール
２５２ 電極装着有無検出器
２５３ 電極突出長調整ブロック
２６１ 電極回収ボックス

Claims (4)

1. 溶接トーチ移動装置に取り付けた溶接用トーチによって被溶接物を繰返し溶接を行って消耗したタングステン電極を溶接用トーチから引き抜いて新しいタングステン電極を挿入するタングステン電極自動交換装置において、
   シリンダを設けてタングステン電極をクランプ・アンクランプする溶接用トーチと、
   使用済み電極引き抜き位置まで移動させた前記溶接用トーチの使用済みタングステン電極を引き抜く使用済み電極引き抜き機構と、
   複数本の新タングステン電極を収納した電極ホルダをスライドさせて、スライド方向先端の新タングステン電極が電極ガイドブロックに当接して停止して電極供給位置で供給する電極供給機構と、
   新タングステン電極を電極突き出し位置まで駆動源で移動させる電極押し出し移動機構とを備えたことを特徴とするタングステン電極自動交換装置。
2. 請求項１記載の電極供給機構が、
   複数本の新タングステン電極を収納する前記電極ホルダと、
   新タングステン電極の下端部が当接する電極ガイド板と、
   前記電極ホルダが錘又はばねによる引っ張り力によってスライドする電極ホルダスライド機構と、
   スライド方向先端の新タングステン電極が当接して停止する前記電極ガイドブロックと、
   前記電極ガイド板と前記電極ガイドブロックとの間で前記電極突き出し位置の真下に設けられた電極挿入溝とを備えたことを特徴とするタングステン電極自動交換装置。
3. 請求項１記載の電極押し出し移動機構が、前記電極挿入溝に供給された新タングステン電極をシリンダによって押し出して前記電極突き出し位置まで移動させることを特徴とするタングステン電極自動交換装置。
4. 請求項２記載の電極ガイド板は、スライド方向先端が下方へ傾斜していることを特徴とするタングステン電極自動交換装置。
   

Images