JP2013164648A

JP2013164648A - 流量調整装置

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Publication number: JP2013164648A
Application number: JP2012025934A
Authority: JP
Inventors: Kazuhito Kito; 和仁鬼頭
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2012-02-09
Filing date: 2012-02-09
Publication date: 2013-08-22
Anticipated expiration: 2032-02-09
Also published as: JP5936380B2

Abstract

【課題】簡易な構成により素早い流量の調整が可能な流量調整装置を提供する。
【解決手段】流量調整装置１０は、直列に接続された第一切換弁１２と第一流量調整弁１３とを有する第一分岐路１１と、直列に接続された第二切換弁１６と第二流路調整弁１７とを有する、第一分岐路１１と並列に設置された第二分岐路１５と、第一切換弁１２、第一流量調整弁１３、第二切換弁１６及び第二流量調整弁１７の駆動を制御する制御器３０であって、第一切換弁１２が閉じて待機状態となっている第一流量調整弁１３に対して、所望の流量に予め調整する予調整を行うと共に、第二切換弁１６が閉じて待機状態となっている第二流量調整弁１７に対して、所望の流量に予め調整する予調整を行うように制御する制御器３０と、を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、二次側に供給される流体の流量を調整する流量調整装置に関する。

従来から、流路を流れる流体の二次側に供給される流量を調整する流量調整装置が提供されており、例えば、下記特許文献１，２に開示されている。特許文献１には、ロウ付け装置の加熱装置において、燃焼ガスの供給路上に燃焼ガスの流量を変更可能な燃焼ガス調整バルブを設置し、この調整バルブの流量を調整することで、トーチに供給する燃焼ガスの流量を調整する装置が開示されている。

また、特許文献２には、燃焼器のノズルに供給する燃料の流量を制御するために、供給路上に、固定絞りと開閉弁を直列に接続した固定流量通路と、流量制御弁と開閉弁を直接に接続した可変流量通路と、を並列に設置し、両通路の開閉を制御することで流量を調整する装置が開示されている。

特開２０１０−１８４２４７号公報特開２０００−００８８７７号公報

しかし、一般に、流量を連続的に調整可能な流量調整弁を駆動させて所望の流量に変更するためには、バルブの開度を調整するためにある程度（例えば、数秒程度）の時間が必要である。このため、上記特許文献１において流量を調整するにはある程度時間がかかり、燃料供給量の調整を素早く行うことができない。

また、上記特許文献２のように、開閉弁により複数の並列流路の開閉を切り換える方法であれば、素早く流量を調整することができるが、各流路の流量が固定絞りにより固定されている場合には、必要とする流量に合わせて多数の並列流路を設置する必要があるため、装置が複雑化してしまう。

なお、上記特許文献２では、並列流路の一方を可変流量通路にすることが開示されており、一方側の通路だけは流量を変更することも可能であるが、開閉弁を開いた状態で流量制御弁の流量を調整しているため、流量の調整にはある程度の時間がかかってしまう。

本発明は、このような課題に鑑みてなされたものであり、簡易な構成により素早い流量の調整が可能な流量調整装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本発明に係る流量調整装置は、二次側に供給される流体の流量を調整する流量調整装置において、直列に接続された、流路の開閉を行う第一切換弁と、流路を流れる流体の流量を連続的に調整する第一流量調整弁と、を有する第一分岐路と、直列に接続された、流路の開閉を行う第二切換弁と、流路を流れる流体の流量を連続的に調整する第二流路調整弁と、を有する、前記第一分岐路と並列に設置された第二分岐路と、前記第一切換弁、前記第一流量調整弁、前記第二切換弁及び前記第二流量調整弁の駆動を制御する制御器であって、前記第一切換弁が閉じて待機状態となっている前記第一流量調整弁に対して、所望の流量に予め調整する予調整を行うと共に、前記第二切換弁が閉じて待機状態となっている前記第二流量調整弁に対して、所望の流量に予め調整する予調整を行うように制御する制御器と、を備えることを特徴とする。

本発明に係る流量調整装置によれば、簡易な構成により素早い流量の調整が可能である。

図１は、本発明の実施形態に係る流量調整装置を備える燃焼装置の構成を概略的に示す模式図である。図２は、本発明の実施形態に係る溶接作業の概要を示す模式図である。図３は、本発明の実施形態に係るタイムテーブルの設定内容を示す図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施形態に係る流量調整装置について説明する。本実施形態では、溶接機の燃焼装置のトーチへの燃料ガス及び酸素の供給ラインに設置される流量調整装置を例に挙げて説明する。図１は、本実施形態に係る流量調整装置を備える燃焼装置の構成を概略的に示す模式図である。

同図に示すように、燃焼装置１は、燃料ガスボンベ２と、酸素ボンベ３と、トーチ５と、燃料ガス供給ライン７と、酸素供給ライン８とを備えている。なお、通常、溶接機に使用される燃焼装置には、燃料ガス中にフラックスを混合させるフラックス供給装置が設置されているが、本実施形態ではこれを省略して説明する。

燃料ガスボンベ２は、燃料であるアセチレンガスを貯蔵しており、燃料ガス供給ライン７を介してトーチ５へと燃料ガスを供給する。酸素ボンベ３は、酸素ガスを貯蔵しており、酸素供給ライン８を介してトーチ５へと酸素を供給する。トーチ５は、供給された燃料ガスと酸素との混合気を先端から噴出して火炎を発生させる。

燃料ガス供給ライン７は、流量調整装置１０を備えており、トーチ５へ供給する燃料ガスの流量を素早く調整することができる。流量調整装置１０は、第一分岐路１１と、第二分岐路１５と、圧力調整弁１９と、制御器３０とを備えている。第一分岐路１１と第二分岐路１５は、燃料ガス供給ライン７上に並列に設置された流路であり、燃料ガス供給ライン７を二系統の流路に分割している。

圧力調整弁１９は、第一分岐路１１と第二分岐路１５の分岐点の上流側に設置された減圧弁であり、一次側での圧力変動に対して、二次側である第一分岐路１１及び第二分岐路１５へ供給される燃料ガスが一定の圧力になるようにコントロールする機能を有する。

第一分岐路１１は、直列に接続された、切換弁１２と、流量調整弁１３とを備え、第二分岐路１５は、直列に接続された、切換弁１６と、流量調整弁１７とを備えている。切換弁１２，１６は、流路の開閉を行う弁であり、本実施形態では、電磁弁が使用されている。もちろん、流路を素早く開閉できる弁であれば、電磁弁以外の弁を用いても良い。

流量調整弁１３，１７は、弁の開度を調整することで、流路を流れるガス（流体）の流量を連続的に調整する弁であり、本実施形態では、電動弁が使用されている。もちろん、開度の調整により流量を連続的に調整できる弁であれば、電動弁以外の弁を用いても良い。制御器３０は、切換弁１２，１６及び流量調整弁１３，１７に接続されており、これらの弁の駆動を制御する。

制御器３０は、切換弁１２又は切換弁１６を選択的に開くように制御する。すなわち、流量調整装置１０に流れる燃料ガスは、第一分岐路１１又は第二分岐路１５の何れかに選択的に流れることになる。

このような構成の流量調整装置１０において、燃料ガスの供給量の変化が予めタイムテーブルで時系列に設定されている場合に、切換弁１２，１６が閉じている方の分岐路１１，１５に設置されている待機状態の流量調整弁１３，１７を、現在の供給量の次に切り換えられる供給量に対応する流量に予め調整（予調整）しておき、所定のタイミングで切換弁１２，１６の開閉を切り換えると、トーチ５に供給する燃料ガスの供給量を瞬時に切り換えて調整することができる。

酸素供給ライン８は、流量調整装置２０を備えており、トーチ５へ供給する酸素の流量を素早く調整することができる。流量調整装置２０は、第一分岐路２１と、第二分岐路２５と、圧力調整弁２９と、制御器３０とを備えている。制御器３０は、上述した燃料ガス供給ライン７の制御器３０と共用である。

第一分岐路２１と第二分岐路２５は、酸素供給ライン８上に並列に設置された流路であり、酸素供給ライン８を二系統の流路に分割している。なお、流量調整装置２０の構成・作用は、上述した流量調整装置１０の構成と同じであるため、詳細な説明を省略する。

以上、燃焼装置１の構成について説明したが、続いて、燃焼装置１を備える溶接機の溶接作業において、トーチ５への燃料ガスの供給量を予め設定されたタイムテーブルに従って高速で切り換えて調整しながら溶接を行う際の処理フローについて。図面を参照しながら説明する。

図２は、本実施形態に係る溶接作業の概要を示す模式図である。なお、ここでは、図２に示すように、二枚の板材Ａ５１と板材Ｂ５２とを垂直に合わせた状態でロウ付け溶接機により溶接接合する場合を例に挙げ、燃料調整装置１０による燃料ガスの供給量の調整について説明する。

図３は、本実施形態に係る溶接作業における燃料ガスの供給量の調整について設定したタイムテーブルの内容を示す図である。このタイムテーブルには、トーチ５の位置及び時間に基づく切換タイミングに対して、切換弁１２，１６の開閉状態と、流量調整弁１３，１７の流量値（開度値）とが関連付けて設定されている。このタイムテーブルに示す設定情報は、制御器３０内の記憶装置に記録されており、下記に示す流量調整処理は、タイムテーブルを参照しながら行われる制御器３０の制御により実現される。

なお、制御器３０は、溶接機の制御器と共用であっても良いし、タイムテーブルが
溶接機の制御器内の記憶装置に記憶されていても良い。タイムテーブルが溶接機の制御器内に記憶されている場合には、制御器３０は、タイムテーブルを参照した溶接機の制御器からの指令に基づいて、切換弁１２，１６及び流量調整弁１３，１７の駆動を制御する。

また、本実施形態においては、流量調整弁１３，１７は、流量極小の流量１、流量小の流量２、流量中の流量３、流量大の流量４、流量極大の流量５の五段階に流量調整可能に予め設定される。具体的には、予め流量計等を用いて流量１〜５のそれぞれを実現するための流量調整弁１３，１７の各開度値を記憶しておけば、適宜、この開度値に従って流量調整弁の開度を調整することで、流量調整弁１３，１７の流量を流量１〜５に調整することができる。

溶接作業においては、図示しない溶接機のロボットアームにより、トーチ５は、（１）待機位置、（２），（３）作業開始位置、（４）第一中間位置、（５）第二中間位置、（６）作業終了位置、（７）待機位置の順に移動しつつ、ワイヤガイド４１によって案内されるワイヤ４２をトーチ５の火炎により溶融しながら溶接作業を行う（図中に示された（１）〜（７）参照）。なお、トーチ５の位置情報の取得は、制御器３０が、トーチ５を所定の経路に沿って移動させる駆動機構としてのロボットアームの制御器から駆動信号を受信するようにすれば良い。

まず、溶接開始前の（１）待機位置にトーチ５が位置する際には、最小ガス供給量で待機するため、第一切換弁１２が開かれると共に、第二切換弁１６が閉じられ、待機状態の第二流量調整弁１７が流量５へと予調整される。これにより、トーチ５には、流量１に予調整されている第一流量調整弁１３が設置された第一分岐路１１を通って、流量極小の燃料ガスが供給されることになる。なお、第二流量調整弁１７を流量５へと予調整するのは、次の（２）作業開始位置において、最大火力により最短時間でロウ付け可能温度まで加熱するためである。

続いて、溶接のために（２）作業開始位置にトーチ５が移動すると、第二切換弁１６が開かれると共に、第一切換弁１２が閉じられ、待機状態の第一流量調整弁１３が流量４へと予調整される。これにより、トーチ５には、流量５に予調整されている第二流量調整弁１７が設置された第二分岐路１５を通って、流量極大の燃料ガスが供給され、ワイヤ４２や板等が加熱される。なお、第一流量調整弁１３を流量４へと予調整するのは、最大火力ではロウ付けが困難であるため、次の処理である実際のロウ付け作業にあたって、火力を少し弱くするためである。

上記（２）作業開始位置に移動したトーチ５が同じく（３）作業開始位置において溶接を開始する際には、第一切換弁１２が開かれると共に、第二切換弁１６が閉じられ、待機状態の第二流量調整弁１７が流量３へと予調整される。このように（３）作業開始位置において溶接を開始するタイミングは、トーチ５が（２）作業開始位置に移動してから、例えば、5秒経過した後となるようにタイムテーブルを設定しておけば良い。

これにより、トーチ５には、流量４に予調整されている第一流量調整弁１３が設置された第一分岐路１１を通って、流量大の燃料ガスが供給され、ロウ付けが開始される。なお、第二流量調整弁１７を流量３へと予調整するのは、ロウ付け作業開始により、板材５１，５２の温度が徐々に上昇してくるため、次の処理では、これに対して火力を少し弱くするためである。

次に、ロウ付けの（４）第一中間位置までトーチ５が移動すると、第二切換弁１６が開かれると共に、第一切換弁１２が閉じられ、待機状態の第一流量調整弁１３が流量２へと予調整される。これにより、トーチ５には、流量３に予調整されている第二流量調整弁１７が設置された第二分岐路１６を通って、流量中の燃料ガスが供給され、ロウ付け作業が継続される。なお、第一流量調整弁１３を流量２へと予調整するのは、ロウ付け作業の継続により、板材５１，５２の温度がさらに上昇してくるため、次の処理では、さらに火力を弱くするためである。

続いて、ロウ付けの（５）第二中間位置までトーチ５が移動すると、第一切換弁１２が開かれると共に、第二切換弁１６が閉じられ、待機状態の第二流量調整弁１７が流量２へと予調整される。これにより、トーチ５には、流量２に予調整されている第一流量調整弁１３が設置された第一分岐路１１を通って、流量小の燃料ガスが供給され、ロウ付け作業が継続される。

なお、第二流量調整弁１７を流量２へと予調整するのは、後述する（７）待機位置にトーチ５が戻った際に、切換弁１２，１６及び流量調整弁１３，１７が上述した（１）待機位置と同じ状態に戻るようにするためである。同じ状態に戻っていれば、引き続き同様の溶接作業を行う際に、図３に示すタイムテーブルをそのまま使用することができる。

トーチ５が（６）作業終了位置まで移動すると、第二切換弁１６が開かれると共に、第一切換弁１２が閉じられ、待機状態の第一流量調整弁１３が流量１へと予調整される。これにより、トーチ５には、流量２に予調整されている第二流量調整弁１７が設置された第二分岐路１５を通って、流量小の燃料ガスが供給され、弱い火力でロウ付けの仕上げが行われる。なお、第一流量調整弁１３を流量１へと調整するのは、次の待機処理を最小ガス供給量で行うためである。

続いて、トーチ５が（７）待機位置に戻ると、上述した（１）待機位置と同様に、第一切換弁１２が開かれると共に、第二切換弁１６が閉じられ、待機状態の第二流量調整弁１７が流量５へと予調整される。これにより、トーチ５には、流量１に予め調整されている第一分岐路１１を通って、流量極小の燃料ガスが供給されることになる。なお、第二流量調整弁１７を流量５へ調整するのは、次の溶接作業に備えてである。また、溶接作業をここで終了する場合には、第二流量調整弁１７の予調整を行わないようにすれば良い。

以上、溶接作業における流量調整装置１０による燃料ガスの供給量の調整処理について説明したが、本実施形態においては、流量調整装置２０による酸素の供給量の調整処理も別途タイムテーブルに基づいて同様に行われる。

以上、詳細に説明した本実施形態によれば、流量調整装置１０において、直列に接続された切換弁１２，１６と流量調整弁１３，１７とを有する分岐路１１，１５を並列に設置すると共に、切換弁１２，１６を交互に開閉しながら、切換弁１２，１６が閉じている方の待機状態の流量調整弁１３，１７の流量を事前に予調整することで、切換弁１２，１６の開閉を切り換えれば、素早く流量調整装置１０の二次側に供給される流体の流量を所望の流量に変更調整することができる。

すなわち、通常、流量調整弁１３，１７の開度調整には多少の時間がかかるため、単独の流量調整弁だけでは流量を瞬時に切り換え調整することはできないが、本実施形態のように、燃料ガスの供給量の変化が設定されたタイムテーブルに従って、待機状態の流量調整弁１３，１７の流量を予調整しておくことで、瞬時の流量切り換え調整を実現することができる。

また、本実施形態では、分岐路１１，１５に流量を連続的に調整可能な流量調整弁１３，１７を設置しているので、従来の固定絞りのように流量が固定されるのではなく、双方の分岐路１１，１５の流量を任意の流量に調整可能である。よって、本実施形態によれば、流量調整装置１０の二次側に供給される流量を任意の流量に素早く切り換えることができる。

また、本実施形態では、切換弁１２，１６と流量調整弁１３，１７とを有する二系統の分岐路１１，１５を設置するという簡易な構成によって、流量調整装置１０の二次側に供給される流量を任意の流量に素早く切り換えることを可能としている。もちろん、上述した流量調整装置１０の作用効果は、流量調整装置２０においても奏することができる。

以上、本実施形態について詳細に説明したが、本発明の実施の形態は、上記実施形態に限られるものではなく、本発明の主旨を逸脱しない範囲内で種々の変形が可能である。例えば、上記実施形態では、溶接機の燃焼装置に本発明の流量調整装置を適用した場合を例に挙げて説明したが、本発明は溶接機以外の燃焼装置にも適用できるし、燃焼装置以外の機器にも適用できることは言うまでもない。

また、上記実施形態では、気体である燃料ガス及び酸素の流量を調整しているが、気体以外の液体を含む流体全般に本発明を適用することができる。

また、上記実施形態では、流量切り換えのための分岐路を二系統設置しているが、三系統設置しても良い。通常は、二系統の分岐路で十分であるが、流量調整弁の開度調整にかかる時間よりも短い間隔で流量を切り換えたい場合には、分岐路を三つ以上設けることで対応することができる。

また、上記実施形態に係るタイムテーブルでは、切換弁の開閉を切り換える切換タイミングをトーチの位置及び時間により設定しているが、これ以外の情報に基づいて切換タイミングを設定するようにしても良い。例えば、温度センサを設置し、検出温度に基づいて、切換タイミングを設定しても良い。この場合には、検出温度が溶接用所定温度に到達したり、所定温度まで低下したりしたときに、切り換えを行うように設定すれば良い。

１燃焼装置
２燃料ガスボンベ
３酸素ボンベ
５トーチ
７燃料ガス供給ライン
８酸素供給ライン
１０流量調整装置
１１第一分岐路
１２第一切換弁
１３第一流量調整弁
１５第二分岐路
１６第二切換弁
１７第二流量調整弁
１９圧力調整弁
２０流量調整装置
２１第一分岐路
２２第一切換弁
２３第一流量調整弁
２５第二分岐路
２６第二切換弁
２７第二流量調整弁
２９圧力調整弁
３０制御器

Claims

二次側に供給される流体の流量を調整する流量調整装置において、
直列に接続された、流路の開閉を行う第一切換弁と、流路を流れる流体の流量を連続的に調整する第一流量調整弁と、を有する第一分岐路と、
直列に接続された、流路の開閉を行う第二切換弁と、流路を流れる流体の流量を連続的に調整する第二流路調整弁と、を有する、前記第一分岐路と並列に設置された第二分岐路と、
前記第一切換弁、前記第一流量調整弁、前記第二切換弁及び前記第二流量調整弁の駆動を制御する制御器であって、前記第一切換弁が閉じて待機状態となっている前記第一流量調整弁に対して、所望の流量に予め調整する予調整を行うと共に、前記第二切換弁が閉じて待機状態となっている前記第二流量調整弁に対して、所望の流量に予め調整する予調整を行うように制御する制御器と、
を備えることを特徴とする流量調整装置。
前記制御器は、前記第一切換弁と前記第二切換弁とを選択的に開きながら、待機状態となっている前記第一流量調整弁又は前記第二流量調整弁の予調整を行うことを特徴とする請求項１記載の流量調整装置。
前記第一切換弁及び第二切換弁の開閉を切り換える切換タイミングと、待機状態となっている前記第一流量調整弁及び前記第二流量調整弁が予調整される流量と、に関する情報が設定されたタイムテーブルを記憶しておく記憶装置をさらに備え、
前記制御器は、前記タイムテーブルに基づいて、前記第一切換弁、前記第一流量調整弁、前記第二切換弁及び前記第二流量調整弁の駆動を制御することを特徴とする請求項１又は２記載の流量調整装置。
トーチと、前記トーチを所定の経路に沿って移動させる駆動機構と、前記トーチに燃料ガスを供給するための請求項３記載の流量調整装置と、を備える溶接機において、
前記タイムテーブルは前記トーチの位置に基づく前記切換タイミングが設定されていることを特徴とする溶接機。