JP2011525149A - 溶接トーチのクリーニング装置および方法 - Google Patents

Abstract

本発明は、溶接トーチ（５）のクリーニング装置（１）に関し、少なくとも２つのコイル（４，１１）と、電磁クリーニングのために溶接トーチを導入するための開口（３）と、コイル（４，１１）と接続された供給装置（７）と、必要に応じて、クリーニング液を溶接トーチ（５）の先端に塗布するための装置とを備え、好ましくは、全てのコンポーネントが共通のハウジング（２）内に配置され、制御装置（８）によって制御される。また本発明は、溶接トーチ（５）のクリーニング方法に関する。クリーニング品質およびクリーニング範囲を増加させるために、本発明によれば、コイル（４，１１）は、溶接トーチ（５）のクリーニングのために、相互に独立した供給装置（７）によって電気エネルギーが供給可能であり、そして、コイル（４，１１）を冷却するための冷却装置（１４）が設けられる。

Description

本発明は、溶接トーチをクリーニングするためのクリーニング装置に関するものであり、電磁クリーニングのための少なくとも２つのコイルと、溶接トーチを導入するための開口とを備え、必要に応じて、クリーニング液を溶接トーチの先端、特に、ガスノズルに塗布するための装置を備え、好ましくは、全てのコンポーネントが共通ハウジング内に配置され、制御装置によって制御される。

本発明はまた、溶接トーチをクリーニングするための方法に関するものであり、溶接トーチの先端、特に、ガスノズルが、汚染物の非接触除去のため、少なくとも２つのコイルで発生した電磁界に曝される。クリーニング前に、必要に応じて、クリーニング液または湿潤液が溶接トーチの先端に塗布される。

溶接手順の際、溶接トーチは、溶融金属スパッタによって汚れる。金属スパッタは、溶接トーチのガスノズル内部にも堆積して凝固するようになる。その結果、ガスノズルを通る保護ガス流が、堆積した金属スパッタによって妨害され、大気が溶接箇所に到達するようになる。すると、溶接プロセスに悪い影響を与えて、溶接品質を劣化させる可能性がある。従って、完全に動作し、かなり清浄な溶接トーチが高品質溶接の生産にとって重要である。

従って、溶接トーチは、付着した金属スパッタから定期的に洗浄される。クリーニング期間は、溶接トーチは溶接動作のために利用できない。従って、こうしたクリーニング手順を可能な限り迅速に実施することが求められる。溶接トーチを洗浄するための機械的な方法があり、ブラシ、ブレードなどの支援によって、堆積物が溶接トーチの先端、特に、ガスノズルから除去される。こうした機械的クリーニング方法を用いても、溶接トーチのガスノズルの内側を可能な限り完全に洗浄することは、ある程度までしか実現できない。さらに、溶接トーチのコンポーネントは、機械動作によって損傷を受けるようになり、耐用年数が減少することになる。溶接トーチのコンポーネントの表面への損傷は、溶接スパッタの付着を促進し、その結果、より迅速なガスノズル妨害をもたらし、溶接トーチのより頻繁なクリーニング及び／又はガスノズルの交換の要請をもたらす。さらに、溶接トーチは、クリーニング手順の前に冷却する必要があり、クリーニング時間をさらに引き延ばすことになる。

米国特許４８３８２８７Ａは、例えば、電流が流れるコイルを用いて、溶接トーチを非接触でクリーニングする方法を記載している。この目的のため、溶接トーチの先端は、コイルの開口に導入され、適切な電流パルスが印加される。得られた電磁界は、適切な磁力を発生し、溶接トーチ上の堆積物に作用してこれを除去する。こうして溶接トーチのコンポーネントへの機械的作用無しで除去が行われ、これらを延命し、耐用年数を延ばしている。

一方では電磁クリーニングの前に溶接トーチを冷却するため、他方では適切なクリーニング剤によって異物の除去を容易にするために、溶接トーチは、通常、液体中に浸漬される。この液体は、水または、特別な溶媒と水の混合物を含んでもよい。効率的な電磁クリーニングのために、溶接トーチ上の金属スパッタが、クリーニング液への浸漬によって急速に冷却されることが好都合であろう。金属スパッタおよびガスノズル（通常は銅製）の異なる熱膨張に起因して、こうした急速冷却は、溶接トーチへの金属スパッタの付着力の減少を生じさせる。

溶接トーチを浸漬するための液体充填漕(tub)と、溶接トーチを電磁的にクリーニングするためのコイルとを備えた、溶接トーチのクリーニングのための配置が、例えば、国際公開ＷＯ０１／５６７３０Ａ２に記載されている。そこでは、コイルを収容する液体漕およびポストが、溶接されるワークピースの直ぐ横に配置され、溶接手順の間でも、溶接トーチ、特にロボットアームに搭載された溶接トーチが、自動的に洗浄可能なようにしている。しかしながら、例えば、適切なラインで接続する必要がある、コイルへの供給手段のために、ポスト上に場所が無いことが不都合である。供給手段とクリーニングユニットの間に設けられるこうしたラインは、高い電流パルスから導出される電磁界を送信することがあり、他の機器や制御システムの故障を導くことがある。

欧州特許ＥＰ１５５８４２０Ｂ１から、磁界による溶接トーチの非接触クリーニングのためのクリーニング装置が知られており、磁気クリーニングのためのコイルおよびクリーニング液のための容器が共通ハウジング内に配置され、溶接トーチは、ハウジングに設けられた開口を介してコイルの中に挿入可能である。供給ユニットがハウジング内に配置され、コイルの供給は、可能な限り短いラインで行われる。この場合、クリーニング液を塗布する装置およびコイルは、コイル下方に配置された、電磁的に除去された汚染物を収容するための廃棄容器と共に、ハウジング内に配置される。さらに、この配置は、クリーニング液の付着、および溶接トーチのほぼ同じ位置にあるガスノズルの電磁クリーニングを可能にする。

国際公開ＷＯ２００５／９７３６２Ａから、溶接トーチの電磁クリーニングのための装置を含む、溶接トーチをクリーニングするためのクリーニング装置が知られており、電磁クリーニングのために溶接トーチ導入用の開口を有するコイルと、溶接トーチの先端、特に、ガスノズルへのクリーニング液の塗布のための装置を備え、これらは共通ハウジング内に配置される。そこでは、溶接トーチをクリーニングするための第２の装置が共通ハウジング内に追加配置され、第２の装置は、冷媒、特に、ＣＯ_２ドライアイスを使用する。共通の制御装置、共通の入出力装置、共通の供給装置または電源が、クリーニング装置を制御、調整、通電するために、共通ハウジング内に配置される。

本タイプの溶接トーチの電磁クリーニングのための装置が、特開平１−７８６７９号から知られている。

本発明の目的は、クリーニング品質およびクリーニングエリアを増加できる、溶接トーチのクリーニング装置および方法を提供することである。

本発明の目的は、溶接トーチのクリーニングのため、コイルには、相互に独立した供給装置によって電気エネルギーが供給可能であり、冷却装置がコイルを冷却するために設けられることで達成される。この場合、少なくとも２つの連続した磁界が生成され、共通の磁界に融合する点が好都合である。こうして延長した期間に渡って電磁界が発生し、少なくとも２つのコイルの使用に起因して拡大した領域に渡って延びており、こうして溶接トーチにとって拡大したクリーニングエリアを提供する。先行技術から知られている磁気クリーニング装置の場合、単一コイルを備えており、力の作用下で短い使用可能エリアのため、クリーニングのために２つの異なる位置に接近する必要がある。このことは、一方では、通常使用する溶接ロボットのためのプログラム作成費用の増加をもたらし、他方では、トーチの部分領域しか一回でクリーニングされないことになる。少なくとも２つのコイルの使用によって提供される使用可能なクリーニングエリアの拡大により、溶接トーチの内部全体が、単一のクリーニング位置を用いてクリーニング可能になる。こうしてクリーニング効率は、少なくとも２倍になり、スタートアップ、調整およびプログラミングがかなり容易になり、動作不良の機会が最小値まで低減される。

コイルを冷却するために設けられた冷却装置により、磁界によるクリーニング処理の期間、熱がコイルから排出可能になり、クリーニング装置の延長した動作を可能にする。

コイルが、介在したスイッチング素子を経由して、供給装置の１つ又は複数のキャパシタと接続される構成が好都合である。コイルには、極めて短時間で高いエネルギーが供給可能であり、より迅速な磁界立ち上げを確保している。

好都合な方法では、キャパシタは、耐短絡性の変圧器の出力と直接接続される。こうして、キャパシタを充電し、同時に電気(galvanic)絶縁を実現する、簡単で費用効果に優れた構造を提供することが可能である。

冷却装置は、コイル間に配置してもよい。

冷却装置をコイルの少なくとも１つの中に一体化した場合、コイルからより良好な放熱およびコイル冷却が達成され、コイル内部に熱が蓄積されるのを防止できる。

冷却装置は、ハウジングと接続された、冷却バッフル(baffle)、または、特に、いわゆるヒートパイプによって形成できる。こうして熱が、好ましくは良熱伝導性に設計されたハウジングへ伝達され、放熱のための大きな表面積の使用を可能にする。

コイルの少なくとも１つに、少なくとも１つの温度センサを装着した場合、コイル内部の温度経過を監視できる。その結果、過剰な発熱によって生ずる損傷を防止するための適切な対策が採用できる。

クリーニング装置の周囲に配置された他の器具の故障を回避するために、ハウジングは、好ましくは、コイルによって発生する電磁界を遮蔽するために、ほぼ閉止されている。

ハウジングが強制冷却および冷却開口を必要とせず、汚染物からハウジング内部を保護するように封止された構成が好都合である。理由は、塵埃の侵入によってしばしば生ずる故障が回避されるためである。

コイルが追加の磁気バッフルを備えた場合、磁界は、選択的および集束するような方法で強化できる。磁界の増加が特定の領域で達成され、溶接トーチの増強したクリーニングが可能になるためである。さらに、こうした磁気バッフルは、拡大したエリアに渡って磁界を均等化して、より均質な磁界を得るために使用可能であり、その結果、領域全体に渡って良好なクリーニング結果を等しく達成できる。

方法の意味において、本発明の目的は、電磁界を発生するための第１コイルは、少なくとも１つの追加コイルの後に、電気エネルギーを供給することで達成される。少なくとも１つの追加コイルと第１コイルの間で通電時間を変化させることによって、電磁界は、空間および時間の両方の意味で変化することができる。これにより幾何配置に対して最適な適合化が図られ、溶接トーチのガスノズルによって生ずる磁気シールド挙動が図られる。本質的な利点はまた、少なくとも２つのコイルを用いることによって、個々の巻線はより短かくなるように選択できる点にある。これにより、より高い磁束密度が得られ、その結果、溶接トーチでの汚染物に対してより大きな力が作用することになる。少なくとも２つのコイルから得られる磁界は、延長期間に渡って高いレベルのままであることから、通常使用される銅製ガスノズルの磁気シールド効果をより効率的に克服でき、溶接トーチの内側においてより高いクリーニング効果を提供できる。

好ましい方法では、第１コイルは電気エネルギーが供給されるとともに、少なくとも１つの追加コイルへの電気エネルギーの供給が持続される。

好都合な方法では、第１コイルは、少なくとも１つの追加コイルの後、１〜３ｍｓ、特に１．５ｍｓ、電気エネルギーが供給される。コイルによって発生した磁界は、共通の磁界に融合するようになり、クリーニングエリアを拡大する。

本発明について、添付の概略的な図面を用いてより詳細に説明する。

簡略した概略的な図示でのクリーニング装置の立面図である。 全ての基本コンポーネントを備えたクリーニング装置の側方から見た概略図である。 クリーニング処理のために形成する磁界の簡略化した図示である。

図１〜図３は、クリーニング装置１を描いており、クリーニング装置１にとって必要な全てのコンポーネントが配置されたハウジング２を備える。これに関して、図２に示した個々のコンポーネントは互いに連結しており、明確化のために１つのラインだけを示している点に留意する。

ハウジング２には、開口３が設けられ、これは、溶接トーチ５、特に、溶接トーチ５の先端またはガスノズル６がコイル４の中に導入可能なようにコイル４と関連付けられ、その際、電磁クリーニングが実施できる。コイル４には供給ライン７が接続され、これは起動用の制御装置８と接続される。供給装置７および制御装置８は、共通の構造ユニットを形成することは言うまでもない。さらに、クリーニング装置１には、クリーニング液または湿潤液を塗布するための装置を搭載できる。このため、クリーニング液（不図示）のための漕９が設けられ、この中に溶接トーチ５が浸漬可能である。漕９に近接して、補充容器が、例えば、漕９にクリーニング液を送給する受け入れ装置１０の中に配置できる。補充容器は、当然ながら、ハウジング２の内側に配置してもよく、クリーニング液は漕９の中にポンプによって運ばれる。あるいは、漕９にクリーニング液を外部から送給するための接続をハウジング２に設置してもよい。

図２から容易に判るように、追加の第２コイル１１が設けられ、第１コイル４と関連している。２つのコイル４，１１は、供給ユニット７によって独立に電力供給される。コイル４，１１の各々は、例えば、８０ｍｍの直径、４０ｍｍの高さ、５ｍｍ^２の断面を有するワイヤの１２０巻線を有するような寸法である。

２つのコイル４，１１は、同軸に重なり合う。コイル４，１１の形状は、丸または円筒でもよく、またはエアギャップで形成してもよい。溶接トーチ５、特に、ガスノズル６は、コイル４，１１の中心に位置決め可能であり、コイル４，１１に電力供給した場合、発生した磁界が溶接トーチ５に作用できることを確保する必要がある。

コイル４，１１にエネルギーを供給するために、２つのコイル４，１１は、供給装置７と接続され、コイル４，１１の各々は、少なくとも１つ、特に３つのキャパシタ１２と、介在するスイッチング素子（不図示）を経由して接続される。スイッチング素子を活性化することによって、キャパシタ１２に充電されたエネルギーが、コイル４，１１に伝導される。キャパシタ１２の充電を可能にするため、これは、耐短絡性(short-circuit-resistant)の変圧器１３の出力と直接接続され、その結果、変圧器１３の１次側に電圧を印加した場合、前記電圧は２次側へ伝送され、続いて、キャパシタ１２を充電するためののキャパシタ１２に送給される。こうして１次側から２次側への適切なエネルギー変換変圧器１３を介して行われ、キャパシタ１２の最適な充電と同時に、電気(galvanic)絶縁を達成している。好ましい方法では、２〜５個のキャパシタ１２、特に３個のキャパシタ１２がコイル４，１１ごとに用いられ、各キャパシタ１２は、例えば、４７００μＦの容量を有し、５００Ｖの電圧について寸法設計される。２つのコイル４，１１は、当然ながら、異なる寸法でもよい。

キャパシタ１２を設ける代わりに、コイル４，１１は、電気エネルギーを直接に供給してもよく、このためコイル４，１１への電源は、クロック付電源ユニット、特に、インバータ電流源で提供される。

クリーニングのため、追加のコイル１１は、開口３の反対側に配置され、好ましくは、最初に電気エネルギーが供給される。磁界は、追加のコイル１１から開口３の方向に、即ち、第１コイル４に向かって伝搬可能である。こうして２つのコイル４，１１は、別々に通電できる。例えば、６０：４０，７０：３０または３０：７０，４０：６０の比率を選択してもよい。より良好なクリーニングを達成するために、コイル４，１１には追加の磁気バッフル(baffle)を装着することが可能であり、磁界を選択的および集束するような方法で増幅し、拡大した領域に渡って磁界を均等化して、より均質な磁界が得られる。

さらに、ハウジング２内にコイル４，１１のための冷却装置１４を配置することが好都合である。通電の際、２つのコイル４，１１の間に熱が蓄積されるためであり、コイル４，１１への損傷を回避するため放熱する必要がある。最も簡単な形式の冷却装置１４は、適切な冷却バッフル(baffle)１５で形成でき、コイル４，１１の間にある熱が冷却バッフル１５によって取り出され、熱源から運び出されるようになる。冷却バッフル１５は、図２に示すように、好ましくは、ハウジング２と連結され、ハウジング２への放熱を可能にしている。冷却装置１４は、コイル４，１１の一方または両方に直接に組み込むことも可能である。外部への放熱は重要である。理由は、大きな電磁界に起因して、ハウジング２は、シールド目的のために外部に対して閉止されており、塵埃はハウジング２の内側に侵入できないからである。ハウジング経由の効率的な放熱の起因して、ハウジング２内にスリットを要しするファンなどの使用は、不要である。ハウジング２は、強制冷却および冷却開口なしでもよく、汚染物に対して外部保護される。冷却手段１４として、いわゆるヒートパイプの使用も可能であり、このヒートパイプはコイル４，１１の間に挿入してもよく、あるいはコイル４，１１とともに巻き付けてもよい。ヒートパイプの自由端は、ハウジング２と接続され、熱がヒートパイプ経由でハウジング２へ伝導されるようになる。さらに、コイル４，１１のための冷却装置１４は、圧縮空気システムで構成してもよく、圧縮空気接続がハウジング２に必要になる。さらに、コイル４，１１は、液体またはガスの媒体で冷却することも可能である。

コイル４，１１の少なくとも１つには、放電効率を安定化するために、少なくとも１つの温度センサを装着してもよい。温度進行は、少なくとも１つの温度センサによって監視でき、温度進行は、例えば、供給される電力またはエネルギーによって影響される。高すぎる温度では、コイル４，１１は、例えば、後続のクリーニング処理の際、より少ない電力しか供給できず、減少した温度進行が生ずることになる。冷却のために温度センサを使用することも可能であり、このため、能動冷却、即ち、例えば、圧縮空気冷却を用いて使用される制御可能な冷却装置１４が適用されることになる。冷却装置１４の効率は、最適な温度が常に確保されるように、温度進行の関数として増加または減少し得る。これは、冷却装置は制御や通電のオンオフが行われ、冷却が実際に必要な場所に適用されることを意味する。

２つのコイル４，１１を用いた場合、コイル４，１１の活性化が制御装置８によって相応に制御されることが本質的である。好ましい方法では、溶接トーチ５をクリーニングするために２つのコイル４，１１の供給が連続的に行われる。これは、磁界１７を発生するために、追加のコイル１１にエネルギーを供給した後、磁界１６を発生するために、第１コイル４には、予め定めた時間、エネルギーを供給し、追加のコイル１１は、第１コイル４の活性化の後、通電が継続することを意味する。２つのコイル４，１１の２つの磁界１６，１７が共に融合して、共通の磁界を形成することが確保される。このことは、図３に概略的に図示している。磁界は、縦軸Ｔにプロットし、コイル４，１１の軸に沿った長さまたは経路を横軸Ｉにプロットしている。第１コイル４は、追加のコイル１１の電力供給の後、好ましくは、１ｍｓ〜３ｍｓ、特に１．５ｍｓに通電される。

一般に、磁界１６，１７は、コイル４，１１の特定の領域に形成されており、１つのコイル４を用いた場合、先行技術から知られているように、その領域において強い磁界が発生し、その領域において良好なクリーニング結果が得られるようになる。先行技術から知られているクリーニング装置を用いて良好なクリーニング結果を達成するには、溶接トーチ５は、コイル４の中に異なる深さで挿入する必要があり、ガスノズル６全体に渡って良好なクリーニング効果が達成される。

今、２つのコイル４，１１を使用しているため、２つの異なる領域または磁界１６，１７が形成され、僅かな距離および時間的に協調した通電のため、共通の磁界となって共に融合することになる。磁界はより大きなエリアに渡って作用するため、クリーニングエリアは実質的に拡大できる。溶接トーチ５、特に、ガスノズル６は、先行技術から知られているように、クリーニング処理で完全にクリーニングされ、コイル４の中に異なる深さで位置決めする必要がない。

さらに、コイル４，１１は、適切なスイッチング素子を介して追加の巻線で延長してもよく、必要に応じて、制御装置８によって個々のスイッチング素子が活性化できるようになり、コイル４，１１の巻線数を増加させたり、あるいは、スイッチング素子を相応に停止させることによってコイル４，１１の巻線数を減少させることが可能である。異なる溶接トーチ５への磁界の適合が行うことができ、あるいは磁界の形成に影響を与えることができる。

Claims (13)

1. 溶接トーチ（５）のクリーニング装置（１）であって、
   少なくとも２つのコイル（４，１１）と、
   電磁クリーニングのために溶接トーチを導入するための開口（３）と、
   コイル（４，１１）と接続された供給装置（７）と、
   必要に応じて、クリーニング液を溶接トーチ（５）の先端に塗布するための装置とを備え、
   好ましくは、全てのコンポーネントが共通のハウジング（２）内に配置され、制御装置（８）によって制御され、
   溶接トーチ（５）のクリーニングのために、コイル（４，１１）は、相互に独立した供給装置（７）によって電気エネルギーが供給可能であり、
   コイル（４，１１）を冷却するための冷却装置（１４）が設けられることを特徴とするクリーニング装置（１）。
2. コイル（４，１１）は、介在するスイッチング素子を経由して、供給装置（７）の１つ又は複数のキャパシタ（１２）と接続されることを特徴とする請求項１記載のクリーニング装置（１）。
3. キャパシタ（１２）は、耐短絡性の変圧器（１３）の出力と直接接続されることを特徴とする請求項２記載のクリーニング装置（１）。
4. 冷却装置（１４）は、コイル（４，１１）の間に配置されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のクリーニング装置（１）。
5. 冷却装置（１４）は、コイル（４，１１）の少なくとも１つの中に一体化されることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載のクリーニング装置（１）。
6. 冷却装置（１４）は、ハウジング（２）と接続された、冷却バッフル（１５）または、特に、ヒートパイプによって形成されていることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載のクリーニング装置（１）。
7. コイル（４，１１）の少なくとも１つには、少なくとも１つの温度センサが装着されていることを特徴とする請求項１〜６のいずれかに記載のクリーニング装置（１）。
8. ハウジング（２）は、コイル（４，１１）によって発生する電磁界（１６，１７）を遮蔽するために、ほぼ閉止されていることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載のクリーニング装置（１）。
9. ハウジング（２）は、強制冷却および冷却開口を必要とせず、汚染物からハウジング（２）の内部を保護するように封止されていることを特徴とする請求項１〜８のいずれかに記載のクリーニング装置（１）。
10. コイル（４，１１）は、磁界の選択的集束、強化および必要に応じて均質化のための、追加の磁気バッフルを備えることを特徴とする請求項１〜９のいずれかに記載のクリーニング装置（１）。
11. 溶接トーチ（５）のクリーニング方法であって、
    汚染物の非接触除去のため、溶接トーチ（５）の先端が少なくとも２つのコイル（４，１１）で発生した電磁界（１６）に曝され、
    クリーニング前に、必要に応じて、クリーニング液が溶接トーチの先端に塗布され、
    電磁界（１６）を発生するための第１コイル（４）は、少なくとも１つの追加コイルそ（１１）の後に、電気エネルギーを供給することを特徴とするクリーニング方法。
12. 第１コイル（４）は、電気エネルギーが供給されるとともに、少なくとも１つの追加コイル（１１）への電気エネルギーの供給が持続されることを特徴とする請求項１１記載のクリーニング方法。
13. 第１コイル（４）は、少なくとも１つの追加コイル（１１）の後、１〜３ｍｓ、特に１．５ｍｓに電気エネルギーが供給されることを特徴とする請求項１１または１２記載のクリーニング方法。

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