JP2010137241A

JP2010137241A - 溶接装置

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Publication number: JP2010137241A
Application number: JP2008313870A
Authority: JP
Inventors: Kazuhito Kito; 和仁鬼頭
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Priority date: 2008-12-10
Filing date: 2008-12-10
Publication date: 2010-06-24
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Abstract

【課題】溶加材の状態を適切に把握し、かつ、適切に溶加材を供給する。
【解決手段】溶接装置は、溶接位置（ロウ付け位置）において母材および溶加材のワイヤＷを加熱する加熱機２２と、ワイヤを通過させて、溶接位置にガイドする中空のワイヤガイド１２と、ワイヤＷを溶接位置に送り込み、或いは、溶接位置から引き戻すためのモータ３４と連結されたワイヤ供給部材２０と、送り込まれたワイヤＷの撓みによる反力により生じる、駆動ローラ３６における負荷を示す指標値、たとえば、モータ３４のトルクを測定する測定手段と、測定手段による指標値の変化に基づいて、ワイヤ供給部材２０によるワイヤＷの送り込みおよび引き戻しを制御する制御手段と、を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶接位置の温度を適切に把握し、溶加材のワイヤを適切に供給する溶接装置に関する。

２つの金属を接合するために種々の手法が知られている。たとえば、ロウ付けとは、固相の２つの金属間に、それより融点の低い金属を溶融添加して接合を行う方法であって、一方が固相で他方が液相で接合が行われる。具体的には、２つの金属間のロウ付け部分全体を加熱し適温になったらロウ材を２つの金属間に流しこむということである。ロウ付けのためには、接合させる金属の温度を適切に制御することが重要である。たとえば、特許文献１には、金属の温度を検出するために、ロウ材とワークとの間の通電状態を調べ、ロウ材が溶融することで、通電状態から非通電状態となることで、ワークおよびロウ材が所定の温度に到達したと判断するロウ付け装置が提案されている。
特開平６−２９７１４２号公報特開２００３−３２０４５３号公報特開２００４−９８１５１号公報

また、特許文献２には、被加工部材の保持治具に温度センサを配置し、治具温度に基づいて、ロウ付け条件を演算するような技術が開示されている。また、特許文献３には、ロウ材が加熱されて、所定温度となった被ロウ部材に供給され、その供給が終了すると、供給時間を計測し、設定時間と異なる場合には、時間に対する温度を表す温度曲線を補正して、適切な加熱量を修正するような技術が開示されている。

特許文献１の技術においては、通電状態から非通電状態となることをもって、ロウ材が所定の温度に到達したと判断している。しかしながら、特許文献１においては、通電状態、および、非通電状態という２つの状態のみが検出され、それ以外の状態（ロウが溶融する以前の状態、および、ロウが溶融した後の状態）を知ることができないという問題点があった。

また、特許文献２および特許文献３の技術においては、ロウ付け位置付近における温度を直接計測している。しかしながら、ロウ付け位置の温度を直接計測することはできないため、相当の誤差が出てしまう恐れがある。ロウ付けにおいて、ロウが溶融するタイミングを見出して、適切にロウの供給やその停止を制御することは重要であり、温度の誤差により適切なロウ付けができなくなるおそれがある。

溶融した溶加材により複数の母材を一体にする溶接には、上述したような、複数の母材の隙間に溶融した溶加材を流入させて、母材を接合させるロウ付けの外、種々のものが知られている。たとえば、アーク溶接の一種であるミグ（ＭＩＧ：ＭｅｔａｌＩｎｅｒｔＧａｓ）溶接やマグ（Ｍａｇ）溶接においても、溶加材の状態を把握して、適切な供給を図る必要がある。

本発明は、溶加材の状態を適切に把握し、かつ、適切に溶加材の供給が可能な溶接装置を提供することを目的とする。

本発明の目的は、溶接位置において、溶融した溶加材により複数の母材を一体にする溶接装置であって、
前記溶接位置において母材および溶加材のワイヤを加熱する加熱部材と、
前記溶加材のワイヤを通過させて、前記溶接位置にガイドする中空のワイヤガイドと、
前記溶加材のワイヤを溶接位置に送り込み、或いは、溶接位置から引き戻すため、モータと連結された駆動ローラを有するワイヤ供給部材と、
前記ワイヤ供給部材により溶接位置に送り込まれる前記ワイヤの撓みによる前記送り込みに対する反力により生じる、前記ワイヤ供給部材の駆動ローラにおける負荷を示す指標値を測定する測定手段と、
前記測定手段における前記指標値の変化に基づいて、前記駆動ローラを駆動するモータを制御して、前記ワイヤ供給部材の駆動ローラにより前記溶加材のワイヤを送り込み、或いは、引き戻す制御手段と、を備えたことを特徴とする溶接装置により達成される。

好ましい実施態様においては、前記測定手段が、前記駆動モータのトルクを検出するトルク検出手段を有し、
前記制御手段が、前記トルク検出手段により検出されたモータのトルク値を指標値として、当該トルク値に基づいて、前記モータを制御する。

別の好ましい実施態様においては、前記駆動ローラが、前記モータの軸に連結された内側ローラと、前記内側ローラの周囲に、前記内側ローラと同軸に形成され、前記溶加材のワイヤと接触する外側ローラであって、前記モータが前記ワイヤを溶接位置に送り込む方向である正回転方向に所定の付勢力にて付勢された外側ローラと、前記外側ローラの付勢を規制する係止部材とを備え、
前記測定手段が、前記反力により前記外側ローラが前記付勢力に抗して停止して生じる、前記外側ローラおよび内側ローラとの間の位相差を検出する位相差検出手段を有し、
前記制御手段が、前記位相差出手段により検出された位相差を指標値として、当該位相差に基づいて、前記モータを制御する。

より好ましい実施態様においては、前記係止部材が、前記外側ローラから半径方向内側に突出した内向き突起と、前記内側ローラから半径方向外側に突出した外向き突起とを有し、前記内向き突起が、前記外向き突起に接触することにより、前記外側ローラの付勢が規制される。

また、好ましい実施態様においては、前記制御手段が、前記指標値が増加して第１の所定値に達した後、前記ワイヤ供給手段により供給されたワイヤの供給量の累算量である供給総量が、所定量より多く、かつ、前記指標値が減少して、前記第１の値より小さい第２の値以下となった場合に、前記溶接位置における溶接が終了したと判断して、前記ワイヤ供給部材により前記ワイヤを所定量引き戻すように構成されている。

より好ましい実施態様においては、前記制御手段が、前記指標値が増加して前記第１の所定値に達した後、前記ワイヤ供給手段により供給されたワイヤの供給総量が所定値以下である場合に、指標値が減少して「０」となると、一旦、前記ワイヤ供給部材により前記ワイヤを所定量引き戻した後、再度、前記ワイヤ供給部材によりワイヤを送り込むように構成されている。

また、好ましい実施態様においては、前記制御手段が、前記指標値が増加して前記第１の所定値に達した後、前記ワイヤ供給部材によるワイヤの供給を停止するように構成されている。

別の好ましい実施態様においては、前記制御手段が、前記指標値が増加して前記第１の所定値に達した後、前記ワイヤ供給手段により供給されたワイヤの供給総量が所定値以下である場合に、再度指標値が減少して、前記第１の所定値より小さい第３の所定値以下となると、
前記ワイヤ供給総量が、前記所定値より多くなるまで、ワイヤ供給部材によりワイヤを送り込み、
前記ワイヤ供給総量が、前記所定量以下であるときに、前記指標値が増加して、前記第１の所定値と第３の所定値との間の第４の所定値に達したときに、前記ワイヤ供給手段を減速或いは停止し、
前記ワイヤ供給総量が、前記所定値より多くなるまで、ワイヤ供給部材によりワイヤを送り込み、
前記ワイヤ供給総量が、前記所定値より多くなった場合に、前記溶接位置における溶接が終了したと判断して、前記ワイヤ供給部材により前記ワイヤを所定量引き戻すように構成されている。

また、好ましい実施態様においては、前記制御手段が、前記ワイヤ供給部材によるワイヤの供給量を、前記駆動ローラの回転量に基づいて算出する。

別の好ましい実施態様においては、前記制御手段が、前記ワイヤ供給部材によるワイヤの供給量を、前記位相差および前記駆動ローラの外側ローラの回転量に基づいて算出する。

本発明によれば、溶加材の状態を適切に把握し、かつ、適切に溶加材の供給が可能な溶接装置を提供することが可能となる。

以下、添付図面を参照して、本発明の実施の形態について説明する。本実施の形態においては、本発明をロウ付け装置に適用した場合を主として説明する。図１は、本発明の第１の実施の形態にかかるロウ付け装置の概略構成を示す図である。図１に示すように、本実施の形態にかかるロウ付け装置１０は、ワイヤガイド１２、ワイヤ供給装置１８、加熱機２２を有する。ワイヤガイド１２は中空であり、その中をワイヤ供給装置１８により供給されるワイヤＷが通る。ワイヤガイド先端部１４からはワイヤＷが突出する。また、ワイヤガイド後部１６はワイヤ供給装置１８と接しており、ワイヤ供給装置１８から供給されるワイヤＷを受けるようになっている。ワイヤガイド１２の中央部１５は、可撓性を有している。

加熱機２２には、アセチレンガスおよびフラックスの混合気と酸素とが燃焼ガス供給装置（図示せず）から供給され、その先端２４から上記混合気および酸素の燃焼による炎Ｆが放射されるようになっている。ワイヤガイド先端部１４から突出したワイヤＷは、ロウ付け対象である第１の母材Ｍ１と第２の母材Ｍ２との間のロウ付け位置に達し、所定の温度の下で溶融する。溶融されたロウ材がフラックスとともに母材Ｍ１と母材Ｍ２との間に流入することで母材Ｍ１と母材Ｍ２とが接合される。

なお、可燃ガスとしてアセチレンガス以外のガス、たとえば、プロパンガスを利用可能であることはいうまでも無い。また、本実施の形態においては、フラックスを混合気に含ませているが、直接、母材Ｍ１、Ｍ２の溶接位置に、フラックスを塗布するような構成を採用しても良いことは言うまでも無い。

本実施の形態においては、ワイヤ供給装置１８および制御回路３１（図３参照）により、後述するようにワイヤＷの供給が制御される。図２は、第１の実施の形態にかかるワイヤ供給装置の概略構成を示す図である。ワイヤ供給装置１８は、ワイヤＷを送り込み或いは引き戻すワイヤ供給部材２０と、基部２５と、基部２５から直立してワイヤガイド後部１６と連結される端壁２６と、を有する。ワイヤ供給部材２０は基部２５に取り付けられている。ワイヤ供給部材２０は、その軸３３が、トルクセンサ３０を介してモータ３４（図２では図示せず）と連結された駆動ローラ３６と、駆動ローラ３６の回転に伴って回転する従動ローラ３７とを有する。

駆動ローラ３６と従動ローラ３７との間にワイヤＷが位置し、駆動ローラ３６の回転に伴ってワイヤＷは矢印２００の何れかの方向に動かされる。Ｒ１の方向にワイヤＷが動くことによりワイヤＷは送り込まれることになり、Ｒ２の方向にワイヤＷが動くことによりワイヤＷは引き戻される。Ｒ１の方向（ワイヤＷを送り込む方向）を正方向と称し、Ｒ２の方向（ワイヤＷを引き戻す方向）を逆方向と称する。また、ワイヤＷを正方向に動かすための駆動ローラ３６の回転を正回転、ワイヤＷを逆方向に動かすための駆動ローラ３６の回転を逆回転と称する。

端壁２６には貫通穴（図示せず）が形成され、また、その外面（図２における左側の面）において貫通孔と整合するようにワイヤガイド後部１６が取り付けられる。したがって、ワイヤＷは、端壁２６の貫通穴からワイヤガイド後部１６に進入し、中空のワイヤガイド１２の先端部１４から外部に突出するようになっている。

図３は、本実施の形態にかかるモータを含む駆動回路の構成を示すブロックダイヤグラムである。図３に示すように、駆動ローラ３６の軸３３は、トルクセンサ３０の一端に連結され、かつ、モータの軸３５もトルクセンサ３０の他端に連結される。したがって、駆動ローラ３６は、トルクセンサ３０を介してモータ３４と連結される。トルクセンサ３０には制御回路３１が接続され、また、モータ３４にも制御回路３１が接続される。したがって、制御回路３１はトルクセンサ３０から取得したトルク値に基づいて、モータ３４の正回転、逆回転、加速、減速および停止を制御する。

上述した構成のロウ付け装置１０における動作の概略を図４〜図６を参照して説明する。図４に示すように、初期的には、母材Ｍ１とＭ２とを接合させるために、ワイヤガイド１２が所定の位置に移動した状態で、一定時間の予熱の後、ワイヤ供給装置１８が作動してワイヤＷが送り込まれる。これにより、ワイヤガイド先端部１４の開口５１からワイヤＷが、矢印Ｂに示すように、下流側（母材Ｍ１とＭ２とのロウ付け位置）に向かって進み、ワイヤＷの先端５２が母材Ｍ１の上面に当接する。この状態で、加熱機２２からの炎ＦによりワイヤＷ、および、母材Ｍ１とＭ２とのロウ付け位置が加熱される。

ワイヤＷおよび母材Ｍ１とＭ２とのロウ付け位置の加熱が不十分、つまり、ワイヤＷが溶融温度に達しておらず、ワイヤＷの先端５２が母材Ａの上面に当接したままの状態で、ワイヤ供給装置１８のワイヤ供給部材２０において、駆動ローラ３６はワイヤＷを正方向に動かすように作動している。この状態で、さらに駆動ローラ３６がワイヤＷを正方向に送り込むことによって、ワイヤＷの反力が生じる。この反力は、ロウ付け位置に送り込まれワイヤＷの撓みによる、ワイヤ供給部材２０の送り込みに対するものである。ワイヤＷの先端５２が母材Ａの上面に当接した状態でのワイヤＷの送り込みにより、可撓性を有するワイヤガイド中央部１５が変形する（図５参照）。図５において破線５０１、５０２が、図４に示す位置のワイヤガイド１２を示している。また、ワイヤＷの反力で、トルクセンサ３０により検出されるトルク値が増大する。なおトルクセンサ３０によるトルクについては後述する。
加熱機２２により、さらに、ワイヤＷ、および、母材Ｍ１とＭ２とのロウ付け位置が加熱され、ワイヤＷの溶融温度に達すると、図６に示すように、ワイヤＷが溶融して、溶融したロウ材が母材Ｍ１とＭ２との間の隙間に流入する（符号ＢＲ参照）。ワイヤＷが溶融することで、その先端５２は、母材Ｍ１の上面から離間する。したがって、図６に示すように、ワイヤＷの反力がなくなるため、トルクセンサ３０により検出されるトルクは減少する。

図７は、モータの回転およびトルクセンサにより検出されるトルク値の例を概略的に示すグラフである。図７において、実線のグラフ７０１は、モータ回転を示し、破線のグラフ７０２は、トルク値を示す。モータ３４が時刻ｔ_０において正回転を開始すると、ワイヤＷの送給が開始される。

モータ３４が正回転して、ワイヤＷが送り込まれると、ワイヤＷの送給経路（ワイヤガイド１２など）の抵抗等によりトルク値が上昇する（符号７１１参照）。本実施の形態においては、ワイヤＷの送給時に発生するトルクを送給トルクと称する。また、後述するワイヤＷの送給を停止したとき、つまり、モータ停止時に発生する、主としてワイヤＷの反力から生じるトルクを負荷トルクと称する。

ワイヤＷが母材Ｍ１に接触するまで、送給トルクのトルク値はほぼ一定である（符号７１２参照）。時刻ｔ_１でワイヤＷが母材Ｍ１に接触すると、ワイヤＷの反力によりトルク値が上昇する（符号７１３参照）。その後、時刻ｔ_２でモータが完全に停止するとワイヤＷの送給も停止するため、トルク値の上昇も終了する。母材Ｍ１、Ｍ２の温度が上昇し、ワイヤＷが軟化を始めると、負荷トルクのトルク値が徐々に減少する（符号７１４参照）。

母材Ｍ１、Ｍ２の温度がさらに上昇して、ワイヤＷの溶融温度に達すると、ワイヤＷが溶融する。これにより、負荷トルクのトルク値が急速に減少する（符号７１５参照）。その後、ワイヤが完全に溶融するとトルク値は「０」となる（符号７１６参照）。

本実施の形態においては、上記ワイヤを供給する際のトルク値の変化を検出して、ワイヤの供給を制御し、ロウ付け位置における適切なロウ付けを実現する。特に、本実施の形態においては、制御回路３１が、トルクセンサ３０により検出されたトルク値を取得して、取得したトルク値に基づいて、駆動ローラ３６を駆動するモータ３４の制御、および、ロウ付け装置の位置の制御などを行う。たとえば、制御回路３１は、駆動ローラ３６を駆動するモータ３４、ロウ付け位置をスライドさせ或いは回転させるための駆動装置（他のモータや油圧装置）を制御する。

図８および図９は、本実施の形態にかかるロウ付け装置の制御回路によるロウ付けシーケンスの一例を示すフローチャートである。制御回路３１は、ロウ付け装置１０のワイヤガイド１２がロウ付け位置に到達するように、駆動装置（図示せず）を作動させ、ロウ付け位置に到達させる（ステップ８０１）。制御回路３１は、ワイヤガイド１２がロウ付け位置に達すると、モータ３４を駆動してワイヤ供給部材２０の駆動ローラ３６を正回転させて、ワイヤＷをロウ付け位置に送り込む（ステップ８０２）。

制御回路３１は、トルクセンサ３０からトルク値を取得して（ステップ８０３）、トルク値が増大して所定の値α以上になったか否かを判断する（ステップ８０４）。トルク値が増大することは、ワイヤＷがロウ付け位置において、溶融していない状態で母材Ｍ１に接触していることを示す。なお、所定の値αは、予め定めておけば良い。値αが大きい方が、より多くのワイヤを供給できることになるため、上限はあるがその範囲内でαは大きいほうが望ましい。特に、所定の値αを、当該トルク値がαであるときに対応するワイヤ供給量Ｗ_αが、１箇所のロウ付け位置でのロウ付けに必要な量となるように予め設定しておくことで、１箇所のロウ付け位置でのロウ付け回数を少なくすることができる。

ステップ８０４でＹｅｓと判断された場合には、制御回路３１はモータ３４を停止する（ステップ８０５）。次いで、制御回路３１は、ワイヤ供給総量が、所定量Ａ以上であるか否かを判断する（ステップ８０６）。

なお、ワイヤ供給総量は、初期的には、１回のワイヤ供給量に一致する。また、本実施の形態において、所定量Ａは、あるロウ付け位置でロウ付けに必要とするロウの量に相当する。また、ワイヤ供給量は、ワイヤＷの先端が母材Ｍ１の上面に接触し、トルクセンサ３０から取得したトルク値が増大したタイミングから、モータ３４が停止する（ステップ８０５参照）までの、駆動ローラ３６の回転量から取得できる。

ステップ８０６でＹｅｓと判断された場合には、制御回路３１は、トルク値が減少して所定の値β１（α＞β１＞０）以下になったか否かを判断する（ステップ８０７）。ステップ８０７でＹｅｓと判断された場合には、ワイヤＷは、溶融中であり、溶融されたロウによるロウ付け位置の接合が行なわれていることになる。そこで、ステップ８０７でＹｅｓと判断された場合には、制御回路３１は、モータ３４を所定量だけ逆回転させる（ステップ８０８）。そのロウ付け位置におけるロウ付けは完了したと判断され、その後、制御回路３１は、次のロウ付け位置まで、ワイヤガイド１２を移動させる。

ステップ８０７でＹｅｓと判断された場合には、１回のロウ付けに十分な量が供給されている。したがって、溶融中のロウによりロウ付け位置において母材Ｍ１、Ｍ２がしっかりと接合される。ステップ８０８は、ワイヤＷの先端（たとえば図６の符号５２参照）が、加熱機２２の炎により球状となることを防止するため、ワイヤＷを炎から遠ざける必要があることから実行される。

その一方、ステップ８０６でＮｏと判断された場合には、制御回路３１は、トルク値が「０」になったか否かを判断する（ステップ８０９）。ステップ８０９でＹｅｓと判断された場合には、ワイヤＷはほぼ完全に溶融した状態となっている。ステップ８０９でＹｅｓと判断された場合にも、制御回路３１は、モータ３４を所定量だけ逆回転させる（ステップ８１０）。

次いで、制御回路３１は内蔵したタイマに所定の時間を設定し、タイマをスタートさせる（ステップ９０１）。所定時の時間が経過すると、制御回路３１は、モータ３４を再度正回転させる（ステップ９０２）。

制御回路３１は、トルクセンサ３０からトルク値を取得して（ステップ９０３）、トルク値が増大して所定の値α以上になったか否かを判断する（ステップ９０４）。ステップ９０４でＹｅｓとなった場合には、制御回路３１はモータ３４を停止する（ステップ９０５）。その後、制御回路３１は、トルク値が減少したと判断すると（ステップ９０６でＹｅｓ）、ワイヤの供給総量が、所定量Ａ以上であるか否かを判断する（ステップ９０７）。ワイヤの供給総量は、元のワイヤの供給総量に、今回のモータ３４の正回転（ステップ９０２参照）により供給されたワイヤの供給量を加算すれば良い。

ステップ９０７でＹｅｓと判断された場合には、ステップ８０８に進み、制御回路３１は、モータ３４を所定量だけ逆回転させた後、次のロウ付け位置まで、ワイヤガイド１２を移動させる。ステップ９０６でトルク値が減少したと判断された場合には、ワイヤは溶融中であり、溶融されたロウによるロウ付け位置での接合が行なわれていることになる。このときに、ワイヤの供給総量が、当該ロウ付け位置におけるロウ付けに十分な量であれば、そのロウ付け位置におけるロウ付けは完了したと判断される。

その一方、ステップ９０７でＮｏと判断された場合には、制御回路３１は、トルク値がさらに減少して「０」になったか否かを判断する（ステップ９０８）。ステップ９０８でＹｅｓと判断されると、制御回路３１は、モータ３４を所定量だけ逆回転させて、ステップ９０１に戻る。このように、ワイヤ供給総量が、あるロウ付け位置におけるロウ付けに十分な量となるまで、ステップ９０１〜９０９が繰り返される。

本実施の形態においては、制御回路３１は、ワイヤＷの反力により生じる駆動ローラ３６における負荷を表す指標値として、トルクセンサ３０により検出されたトルク値を用いる。また、制御回路３１は、トルク値に基づいて、ワイヤＷの母材への接触、および、ワイヤＷの溶融を判断することができる。これにより、ワイヤＷの送り込み、引き戻しを適切に制御することができる。また、上記トルク値が生じた時間間隔（さらに当該時間間隔による駆動ローラ３６の回転量）に基づいて、ロウ付け位置におけるロウ材の供給量を算出することができる。これにより、ロウ付け位置における適量のロウ材の供給を実現することが可能となる。

次に、本発明の第２の実施の形態について説明する。第１の実施の形態においては、ワイヤＷの反力により生じる負荷を示す指標値として、トルクセンサ３０によるトルク値を用いている。第２の実施の形態においては、ワイヤと接触しているローラ（外側ローラ）と、モータ３４の軸３５と連結されたローラ（内側ローラ）との間の位相差を、付加を示す指標値として用いる。

第２の実施の形態にかかるロウ付け装置の概略構成は図１とほぼ同様である。しかしながら、第２の実施の形態においては、ワイヤガイド１２の中央部１５が可撓性を有している必要は無い。図１０は、第２の実施の形態にかかるロウ付け装置のワイヤ供給部材の概略構成を示す図である。第１の実施の形態と同様に、ワイヤ供給部材１２０は、駆動ローラおよび従動ローラを有し、駆動ローラと従動ローラとの間にワイヤＷが位置し、駆動ローラの回転に伴ってワイヤＷが送り込まれ、引き込まれる。図１０においては、説明の便宜のため、従動ローラは省略している。

図１０に示すように、本実施の形態においては、モータ３４は軸１３３を介して駆動ローラ１３６と連結されている。駆動ローラ１３６は、後述するように、内環および外環を有する構造となっており、軸１３３は、内環（内側ローラ１４１）に連結される。図１１は、第２の実施の形態にかかる駆動ローラの略断面図である。図１１に示すように、駆動ローラ１３６は、内環を構成する内側ローラ１４１と、内側ローラ１４１を取り囲み、外環を構成する外側ローラ１４０とを有する。内側ローラ１４１と外側ローラ１４０とは同軸構造である。また、外側ローラ１４０には、さらに外側（モータ３４の位置の反対側）に、外側ローラ軸１４２が取り付けられる。

図１０および図１１に示すように、外側ローラ軸１４２の端部には第１の変位センサ１３７が取り付けられている。また、図１０に示すように、モータ３４においては内側（駆動ローラ１３６の位置の反対側）に、モータ３４の延長軸１３９を有し、延長軸１３９の端部には第２の変位センサ１３８が取り付けられている。外側ローラ軸１４２は、外側ローラ１４０とともに回転する。したがって、第１の変位センサ１３７は、外側ローラ１４０の回転角を変位として検出することができる。また、延長軸１３９と軸１３３とは内部で連結され、延長軸１３９はモータ３４の軸１３３とともに回転する。したがって、第２の変位センサ１３８は、内側ローラ１４１の回転角を変位として検出することができる。

図１２（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施の形態にかかる駆動ローラの軸方向の略断面図である。図１１および図１２（ａ）に示すように、内側ローラ１４１からは軸方向外向きに突起（外向き突起）１４６が突出し、外側ローラ１４０からは軸方向内向きに突起（内向き突起）１４５が突出している。図１２（ａ）に示すように、外側ローラ１４０は、バネなどの付勢部材により矢印１２０２方向に付勢されている。また、付勢方向（矢印１２０２）は、モータ３４の正回転方向（矢印１２０１）と一致する。したがって、初期的には、外側ローラ１４０の付勢部材の付勢力により、内向き突起１４５および外向き突起１４６は接触している（図１２（ａ）参照）。したがって、外側ローラ１４０に与えられる負荷が、付勢部材による付勢力より小さい場合には、内側ローラ１４１の正回転に伴って、外側ローラ１４０も同じ回転角だけ正回転する。また、内側ローラ１４１の逆回転に伴って、外側ローラ１４０は、同じ回転角だけ逆回転する。

上述した構成を備えた第２の実施の形態にかかるロウ付け装置１０における動作の概略を図４〜図６、および、図１２（ａ）〜（ｃ）を参照して説明する。

第１の実施の形態と同様に、第２の実施の形態においても、図４に示すように、初期的には、母材Ｍ１とＭ２とを接合させるために、ワイヤガイド１２が所定の位置に移動した状態で、一定時間の予熱の後、ワイヤ供給装置１８が作動してワイヤＷが送り込まれる。これにより、ワイヤガイド先端部１４の開口５１からワイヤＷが、矢印Ｂに示すように、下流側（母材Ｍ１とＭ２とのロウ付け位置）に向かって進み、ワイヤＷの先端５２が母材Ｍ１の上面に当接する。この状態で、加熱機２２からの炎ＦによりワイヤＷ、および、母材Ｍ１とＭ２とのロウ付け位置が加熱される。このとき、ワイヤＷの送給経路（ワイヤガイド１２など）の抵抗による負荷は、付勢力よりも十分に小さいため、モータ３４の駆動による内側ローラ１４１の正回転に伴って、外側ローラ１４０も同じ回転角だけ正回転する。

ワイヤＷおよび母材Ｍ１とＭ２とのロウ付け位置の加熱が不十分、つまり、ワイヤＷが溶融温度に達しておらず、ワイヤＷの先端５２が母材Ａの上面に当接したままの状態で、ワイヤ供給装置１８のワイヤ供給部材１２０において、駆動ローラ１３６はワイヤＷを正方向に動かすように作動している。この状態で、さらに駆動ローラ１３６がワイヤＷを正方向に送り込むことによって、ワイヤＷの反力が生じる。この反力は、ロウ付け位置に送り込まれワイヤＷの撓みによる、ワイヤ供給部材１２０の送り込みに対するものである。

ワイヤＷの反力が外側ローラ１４０の付勢力より大きくなると、図１２（ｂ）に示すように外側ローラ１４０は停止し、内側ローラ１４１のみが正回転する（矢印１２０３参照）。図１２（ｂ）に示す状態で、内側ローラ１４１と外側ローラ１４０との間では位相差が生じる。

加熱機２２により、さらに、ワイヤＷ、および、母材Ｍ１とＭ２とのロウ付け位置が加熱され、ワイヤＷの溶融温度に達すると、図６に示すように、ワイヤＷが溶融して、溶融したロウ材が母材Ｍ１とＭ２との間の隙間に流入する（符号ＢＲ参照）。ワイヤＷが溶融することで、その先端５２は、母材Ｍ１の上面から離間する。したがって、図６に示すように、ワイヤＷの反力がなくなるため、図１２（ｃ）に示すように、外側ローラ１４０は付勢部材による付勢力によって矢印１２０４方向に回転し、内向き突起１４５が、内側ローラ１４１の外向き突起１４６に接触する。その後は、また、内側ローラ１４１と外側ローラ１４０とはともに正回転する。

第２の実施の形態における制御回路３１によるロウ付けシーケンスも、第１の実施の形態とほぼ同様である。図１３および図１４は、第２の形態にかかるロウ付け装置の制御回路によるロウ付けシーケンスの一例を示すフローチャートである。制御回路３１は、ロウ付け装置１０のワイヤガイド１２がロウ付け位置に到達するように、駆動装置（図示せず）を作動させ、ロウ付け位置に到達させる（ステップ１３０１）。制御回路３１は、ワイヤガイド１２がロウ付け位置に達すると、モータ３４を駆動して、ワイヤ供給部材１２０の駆動ローラ１３６を正回転させて、ワイヤＷをロウ付け位置に送り込む（ステップ１３０２）。

制御回路３１は、第１の変位センサ１３７から外側ローラ１４０の回転角、第２の変位センサ１３８から内側ローラ１４１の回転角を取得して（ステップ１３０３）、これらの間の位相差を算出する（ステップ１３０４）。なお、本実施の形態においては、位相差は０または正の値をとる。すなわち、内向き突起１４５と外向き突起１４６とのなす角が大きくなるのにしたがって、位相差は大きくなる。

制御回路３１は、位相差が増大して所定の値Ｘ以上になったか否かを判断する（ステップ１３０５）。位相差が増大することは、ワイヤＷがロウ付け位置において、溶融していない状態で母材Ｍ１に接触していることを示す。なお、所定の値Ｘは、予め定めておけば良い。所定の値Ｘを、当該トルク値がＸであるときに対応するワイヤ供給量Ｗ_αが、１箇所のロウ付け位置でのロウ付けに必要な量となるように予め設定しておくことで、１箇所のロウ付け位置でのロウ付け回数を少なくすることができる。

ステップ１３０５でＹｅｓと判断された場合には、制御回路３１はモータ３４を停止する（ステップ１３０６）。次いで、制御回路３１は、ワイヤ供給総量が、所定量Ａ以上であるか否かを判断する（ステップ１３０７）。

なお、ワイヤ供給総量は、初期的には、１回のワイヤ供給量に一致する。また、本実施の形態において、所定量Ａは、あるロウ付け位置でロウ付けに必要とするロウの量に相当する。また、ワイヤ供給量は、１動作で終了する場合、すなわち、図１３のステップ１３０７でＹｅｓと判断される場合には、位相差Ｘ（ステップ１３０５参照）と位相差Ｙ１（ステップ１３０８参照）との差（Ｘ−Ｙ１）に基づいて算出することができる。また、２動作以上となる場合、すなわち、図１４に示す処理も実行される場合には、（位相差Ｘ×動作数）＋（ステップ１４０７における位相差の減少分）に基づいて算出することができる。

ステップ１３０７でＹｅｓと判断された場合には、制御回路３１は、位相差が減少して所定の値Ｙ１（Ｘ＞Ｙ１＞０）以下になったか否かを判断する（ステップ１３０８）。ステップ１３０８でＹｅｓと判断された場合には、ワイヤＷは、溶融中であり、溶融されたロウによるロウ付け位置の接合が行なわれていることになる。そこで、ステップ１３０８でＹｅｓと判断された場合には、制御回路３１は、モータ３４を所定量だけ逆回転させる（ステップ１３０９）。そのロウ付け位置におけるロウ付けは完了したと判断され、その後、制御回路３１は、次のロウ付け位置まで、ワイヤガイド１２を移動させる。

ステップ１３０７でＹｅｓと判断された場合には、１回のロウ付けに十分な量が供給されている。したがって、溶融中のロウによりロウ付け位置において母材Ｍ１、Ｍ２がしっかりと接合される。ステップ１３０９は、ワイヤＷの先端（たとえば図６の符号５２参照）が、加熱機２２の炎により球状となることを防止するため、ワイヤＷを炎から遠ざける必要があることから実行される。

その一方、ステップ１３０７でＮｏと判断された場合には、制御回路３１は、位相差が「０」になったか否かを判断する（ステップ１３１０）。ステップ１３１０でＹｅｓと判断された場合には、ワイヤＷはほぼ完全に溶融した状態となっている。ステップ１３１０でＹｅｓと判断された場合にも、制御回路３１は、モータ３４を所定量だけ逆回転させる（ステップ１３１１）。

次いで、制御回路３１は内蔵したタイマに所定の時間を設定し、タイマをスタートさせる（ステップ１４０１）。所定時の時間が経過すると、制御回路３１は、モータ３４を再度正回転させる（ステップ１４０２）。

制御回路３１は、外側ローラ１４０の回転角および内側ローラ１４１の回転角を取得して（ステップ１４０３）、これらの間の位相差を算出する（ステップ１４０４）。制御回路３１は、位相差が増大して所定の値Ｘ以上になったか否かを判断する（ステップ１４０５）。ステップ１４０５でＹｅｓとなった場合には、制御回路３１はモータ３４を停止する（ステップ１４０６）。その後、制御回路３１は、位相差が減少したと判断すると（１４０７でＹｅｓ）、ワイヤの供給総量が、所定量Ａ以上であるか否かを判断する（ステップ１４０８）。ワイヤの供給総量は、元のワイヤの供給総量に、今回のモータ３４の正回転（ステップ１４０２参照）により供給されたワイヤの供給量を加算すれば良い。

ステップ１４０８でＹｅｓと判断された場合には、ステップ１３０９に進み、制御回路３１は、モータ３４を所定量だけ逆回転させた後、次のロウ付け位置まで、ワイヤガイド１２を移動させる。ステップ１４０７で位相差が減少したと判断された場合には、ワイヤは溶融中であり、溶融されたロウによるロウ付け位置での接合が行なわれていることになる。このときに、ワイヤの供給総量が、当該ロウ付け位置におけるロウ付けに十分な量であれば、そのロウ付け位置におけるロウ付けは完了したと判断される。

その一方、ステップ１４０８でＮｏと判断された場合には、制御回路３１は、位相差がさらに減少して「０」になったか否かを判断する（ステップ１４０９）。ステップ１４０９でＹｅｓと判断されると、制御回路３１は、モータ３４を所定量だけ逆回転させて、ステップ１４０１に戻る。このように、ワイヤ供給総量が、あるロウ付け位置におけるロウ付けに十分な量となるまで、ステップ１４０１〜１４１０が繰り返される。

第２の実施の形態においては、制御回路３１は、ワイヤＷの反力による負荷を示す指標値として、モータ３４の軸と連結された内側ローラ１４１と、ワイヤＷの反力の影響を受けて停止する外側ローラ１４０との間の位相差を用いる。また、制御回路３１は、位相差に基づいて、ワイヤＷの母材への接触、および、ワイヤＷの溶融を判断することができる。これにより、ワイヤＷの送り込み、引き戻しを適切に制御することができる。また、上記位相差に基づいて、ロウ付け位置におけるロウ材の供給量を算出することができる。これにより、ロウ付け位置における適量のロウ材の供給を実現することが可能となる。

本発明は、以上の実施の形態に限定されることなく、特許請求の範囲に記載された発明の範囲内で、種々の変更が可能であり、それらも本発明の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。

たとえば、前記実施の形態においては、トルク値が０まで減少した場合（図８の８０９参照）、一旦モータ３４を逆回転させて、一旦ワイヤＷをロウ付け位置から離間させている（ステップ８１０参照）。しかしながら、このようなシーケンスに限定されるものではない。図１５は、第３の実施の形態にかかるロウ付けシーケンスの例を示すフローチャートである。図８のステップ８０１〜８０８の処理は、第１の実施の形態と同様である。

ステップ８０６でＮｏと判断された場合、つまり、ワイヤ供給総量が所定量Ａより少なかったであった場合、制御回路３１は、トルク値が減少して所定の値β２（α＞β２＞０）以下になったか否かを判断する（ステップ１５０１）。ステップ１５０１でＹｅｓと判断された場合には、ワイヤＷは、溶融中であり、溶融されたロウによるロウ付け位置の接合が行なわれていることになる。

ステップ１５０１でＹｅｓと判断された場合には、制御回路３１は、ワイヤ供給部材２０のモータ３４を正回転させて、ワイヤをロウ付け位置に送り込み（ステップ１５０２）、さらに、トルク値を測定する（ステップ１５０３）。制御回路３１は、ワイヤ供給総量が、所定の値Ａ以上になっていれば（ステップ１５０４でＹｅｓ）、ステップ８０８に進み、ワイヤ供給部材２０のモータ３４を所定量だけ逆回転させ、そのロウ付け位置におけるロウ付けが完了したと判断された後、次のロウ付け位置まで、ワイヤガイド１２を移動させる。

ステップ１５０４でＮｏと判断された場合には、制御回路３１は、取得したトルク値が増大して、ある値γ（α＞γ＞β２）以上になったか否かを判断する（ステップ１５０５）。トルク値が増大することは、溶融したロウ材（ワイヤ）が正回転により送り込まれ、ロウ材が溶融しつつ、かつ、ワイヤＷの先端がロウ付け位置において、母材Ｍ１との接触を継続していることを意味している。ステップ１５０５でＮｏと判断された場合には、ステップ１５０４に戻り、当該ロウ付け位置におけるロウ付けに十分な量となっていれば（ステップ１５０４でＹｅｓ）、ステップ８０８に進む。

ステップ１５０５でＹｅｓと判断された場合には、制御回路３１は、ワイヤ供給部材２０のモータ３４を減速或いは停止させる（ステップ１５０６）。次いで、制御回路３１は、ワイヤ供給総量が、所定の値Ａ以上になっていれば（ステップ１５０７でＹｅｓ）、ステップ８０８に進み、ワイヤ供給部材２０のモータ３４を所定量だけ逆回転させ、そのロウ付け位置におけるロウ付けが完了したと判断された後、次のロウ付け位置まで、ワイヤガイド１２を移動させる。

ステップ１５０７でＮｏと判断された場合には、トルク値が減少して所定の値β２（α＞β２＞０）以下になったか否かを判断する（ステップ１５０８）。ステップ１５０８でＮｏと判断された場合には、ステップ１５０７に戻り、当該ロウ付け位置におけるロウ付けに十分な量となっていれば（ステップ１５０７でＹｅｓ）、ステップ８０８に進む。

ステップ１５０８でＹｅｓと判断された場合には、ステップ１５０２に戻り、ステップ１５０２〜１５０８の処理を繰り返す。

第３の実施の形態においては、図１５の一連の処理においては母材とワイヤとが接触した状態でワイヤを供給し続けるため、ロウ付けに要する時間を短くすることが可能となる。また、ワイヤと母材とが接触しながら連続でワイヤを供給するという状態の中で、ワイヤ供給総量が所定量Ａを超えた段階で、あるロウ付け位置におけるロウ付けを終了するため、ロウ付けに使用されるロウ材の量を適切にすることもできる。

第２の実施の形態のように、ワイヤＷの反力を、モータ３４の軸と連結された内側ローラ１４１と、ワイヤＷの反力の影響を受けて停止する外側ローラ１４０との間の位相差として得る構成についても、第３の実施の形態にかかる処理を適用することができる。この場合には、トルク値を測定する代わりに、モータ３４の軸と連結された内側ローラ１４１と、ワイヤＷの反力の影響を受けて停止する外側ローラ１４０との間の位相差を算出し、位相差を、所定の値と比較して、処理を進めれば良い。

また、上記実施の形態においては、本発明をロウ付け装置に適用したが、ミグ溶接やマグ溶接を行うアーク溶接装置に本発明を適用することも可能である。ミグ溶接は、アーク溶接のうち、シールドガスに不活性ガス（たとえば、アルゴンやヘリウム）のみを用いるものであり、その一方、マグ溶接は、アーク溶接の打ち、シールドガスに不活性ガスと炭酸ガスの混合気を用いるものである。

本発明をマグ溶接やミグ溶接のためのアーク溶接装置に使用する場合には、第１の実施の形態ないし第３の実施の形態にかかるロウ付け装置のワイヤガイド（ワイヤガイド先端部１４）を、溶接トーチ（溶接ガン）に置き換える。また、加熱機２２は使用されない。

図１６は、アーク溶接装置における溶接トーチおよびその周辺の概略構成を示す図である。図１６に示すように、溶接トーチ４１４は、ガスノズルが取り付けられた本体４１５、ワイヤに電気を供給するコンタクトチップ４１６を備える。母材Ｍ１は、電力を供給する溶接機（図示せず）の一方の電極と接続されるとともに、コンタクトチップ４１６も、溶接機（図示せず）の他方の電極と接続される。

このようなアーク溶接装置においては、溶加材のワイヤＷはコンタクトチップ４１６を介して通電されている。したがって、ワイヤＷが母材Ｍ１に接近することにより、コンタクトチップ４１６を介して与えられた電流によりアークが形成される。その一方、溶接トーチ４１４の本体４１５の先端部４１７からは、シールドガスが噴出し（符号４１８参照）、アークを空気から遮断する。アークによる熱により母材Ｍ１、Ｍ２と、溶加材とが溶融し、溶接位置４１９において、母材Ｍ１、Ｍ２が接合される。

上記ミグ溶接、マグ溶接を行う場合にも、第１の実施の形態ないし第３の実施の形態に示したワイヤ供給装置、可動部材を設けることにより、可動部材における変位に基づいて、ワイヤＷの送り込みを制御することができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態にかかるロウ付け装置の概略構成を示す図である。図２は、本実施の形態にかかるワイヤ供給装置の概略構成を示す図である。図３は、本実施の形態にかかるモータを含む駆動回路の構成を示すブロックダイヤグラムである。図４は、本実施の形態にかかるロウ付け装置における動作の概略を示す図である。図５は、本実施の形態にかかるロウ付け装置における動作の概略を示す図である。図６は、本実施の形態にかかるロウ付け装置における動作の概略を示す図である。図７は、モータの回転およびトルクセンサにより検出されるトルクの例を概略的に示すグラフである。図８は、本実施の形態にかかるロウ付け装置の制御回路によるロウ付けシーケンスの一例を示すフローチャートである。図９は、本実施の形態にかかるロウ付け装置の制御回路によるロウ付けシーケンスの一例を示すフローチャートである。図１０は、第２の実施の形態にかかるロウ付け装置のワイヤ供給部材の概略構成を示す図である。図１１は、第２の実施の形態にかかる駆動ローラの略断面図である。図１２（ａ）〜（ｃ）は、第２の実施の形態にかかる駆動ローラの軸方向の略断面図である。図１３は、第２の形態にかかるロウ付け装置の制御回路によるロウ付けシーケンスの一例を示すフローチャートである。図１４は、第２の形態にかかるロウ付け装置の制御回路によるロウ付けシーケンスの一例を示すフローチャートである。図１５は、第３の実施の形態にかかるロウ付けシーケンスの例を示すフローチャートである。図１６は、アーク溶接装置における溶接トーチおよびその周辺の概略構成を示す図である。

符号の説明

１０ロウ付け装置
１２ワイヤガイド
１４ワイヤガイド先端部
１６ワイヤガイド後部
１８ワイヤ供給装置
２０ワイヤ供給部材
２２加熱機
２４加熱機先端
Ｍ１第１の母材
Ｍ２第２の母材
Ｗワイヤ
Ｆ炎
２５基部
２６端壁
３０トルクセンサ
３１制御回路
３３、３５軸
３４モータ
３６駆動ローラ
３７従動ローラ

Claims

溶接位置において、溶融した溶加材により複数の母材を一体にする溶接装置であって、
前記溶接位置において母材および溶加材のワイヤを加熱する加熱部材と、
前記溶加材のワイヤを通過させて、前記溶接位置にガイドする中空のワイヤガイドと、
前記溶加材のワイヤを溶接位置に送り込み、或いは、溶接位置から引き戻すため、モータと連結された駆動ローラを有するワイヤ供給部材と、
前記ワイヤ供給部材により溶接位置に送り込まれる前記ワイヤの撓みによる前記送り込みに対する反力により生じる、前記ワイヤ供給部材の駆動ローラにおける負荷を示す指標値を測定する測定手段と、
前記測定手段における前記指標値の変化に基づいて、前記駆動ローラを駆動するモータを制御して、前記ワイヤ供給部材の駆動ローラにより前記溶加材のワイヤを送り込み、或いは、引き戻す制御手段と、を備えたことを特徴とする溶接装置。
前記測定手段が、前記駆動モータのトルクを検出するトルク検出手段を有し、
前記制御手段が、前記トルク検出手段により検出されたモータのトルク値を指標値として、当該トルク値に基づいて、前記モータを制御することを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
前記駆動ローラが、前記モータの軸に連結された内側ローラと、前記内側ローラの周囲に、前記内側ローラと同軸に形成され、前記溶加材のワイヤと接触する外側ローラであって、前記モータが前記ワイヤを溶接位置に送り込む方向である正回転方向に所定の付勢力にて付勢された外側ローラと、前記外側ローラの付勢を規制する係止部材とを備え、
前記測定手段が、前記反力により前記外側ローラが前記付勢力に抗して停止して生じる、前記外側ローラおよび内側ローラとの間の位相差を検出する位相差検出手段を有し、
前記制御手段が、前記位相差出手段により検出された位相差を指標値として、当該位相差に基づいて、前記モータを制御することを特徴とする請求項１に記載の溶接装置。
前記係止部材が、前記外側ローラから半径方向内側に突出した内向き突起と、前記内側ローラから半径方向外側に突出した外向き突起とを有し、前記内向き突起が、前記外向き突起に接触することにより、前記外側ローラの付勢が規制されることを特徴とする請求項３に記載の溶接装置。
前記制御手段が、前記指標値が増加して第１の所定値に達した後、前記ワイヤ供給手段により供給されたワイヤの供給量の累算量である供給総量が、所定量より多く、かつ、前記指標値が減少して、前記第１の値より小さい第２の値以下となった場合に、前記溶接位置における溶接が終了したと判断して、前記ワイヤ供給部材により前記ワイヤを所定量引き戻すように構成されたことを特徴とする請求項１ないし４の何れか一項に記載の溶接装置。
前記制御手段が、前記指標値が増加して前記第１の所定値に達した後、前記ワイヤ供給手段により供給されたワイヤの供給総量が所定値以下である場合に、指標値が減少して「０」となると、一旦、前記ワイヤ供給部材により前記ワイヤを所定量引き戻した後、再度、前記ワイヤ供給部材によりワイヤを送り込むように構成されたことを特徴とする請求項５に記載の溶接装置。
前記制御手段が、前記指標値が増加して前記第１の所定値に達した後、前記ワイヤ供給部材によるワイヤの供給を停止するように構成されたことを特徴とする請求項５または６に記載の溶接装置。
前記制御手段が、前記指標値が増加して前記第１の所定値に達した後、前記ワイヤ供給手段により供給されたワイヤの供給総量が所定値以下である場合に、再度指標値が減少して、前記第１の所定値より小さい第３の所定値以下となると、
前記ワイヤ供給総量が、前記所定値より多くなるまで、ワイヤ供給部材によりワイヤを送り込み、
前記ワイヤ供給総量が、前記所定量以下であるときに、前記指標値が増加して、前記第１の所定値と第３の所定値との間の第４の所定値に達したときに、前記ワイヤ供給手段を減速或いは停止し、
前記ワイヤ供給総量が、前記所定値より多くなるまで、ワイヤ供給部材によりワイヤを送り込み、
前記ワイヤ供給総量が、前記所定値より多くなった場合に、前記溶接位置における溶接が終了したと判断して、前記ワイヤ供給部材により前記ワイヤを所定量引き戻すように構成されたことを特徴とする請求項７に記載の溶接装置。
前記制御手段が、前記ワイヤ供給部材によるワイヤの供給量を、前記駆動ローラの回転量に基づいて算出することを特徴とする請求項２に記載の溶接装置。
前記制御手段が、前記ワイヤ供給部材によるワイヤの供給量を、前記位相差および前記駆動ローラの外側ローラの回転量に基づいて算出することを特徴とする請求項３に記載の溶接装置。