JP2016510848A - 単一のベルトで駆動する溶接用発電機とエアコンプレッサーとの統合装置 - Google Patents

Abstract

一体型溶接機エアコンプレッサー統合装置（１０）は、エンジン（５８）と、溶接電流発生器と、ベルト駆動式エアコンプレッサー（６８）と有するハウジングを備える。プーリー機構（８２）がエンジンに連結され、プーリー（１０６、１００、９２）の中心は、単一のベルト（８６）によるエアコンプレッサープーリー及びエンジン補機プーリーの駆動を可能にするように同一平面内に配設される。エンジン補機プーリーは、例えば、オルタネータ、ファン、若しくはポンプのうち１つ以上を駆動することができる。

Description

本発明は、包括的には、溶接機とコンプレッサーとを結合した統合装置に関し、特に、この種の統合装置の可動部品点数の低減に関する。

［関連出願の相互参照］
本出願は、2013年2月22日出願の米国仮特許出願第61/767537号の優先権を主張する。この米国仮特許出願は、本願と一体をなすものとして引用する。

作業現場に移送可能である溶接機とコンプレッサーの統合装置は、通常、フレームに搭載された内燃機関とエアコンプレッサーとを備える。内燃機関と、コンプレッサーと、オルタネータと、エアタンク組立体とがハウジング内に配設され、通常はハウジングの全長に亘って配設されている。内燃機関は、溶接電流量を生成する発電機に連結される。発電機は、また、ドリル、研削盤、照明装置などの外部補助器具を動作させる交流を生成することができる。エアコンプレッサーは、空気圧機器と、カーボンアークガウジング加工及びプラズマ切断を含む或る特定の溶接用途とに用いる圧縮空気を提供することができる。

溶接機とコンプレッサーの統合装置は満足に動作する一方で、これらのタイプのシステムは、いくつかの不都合点を有する。これらのシステムは、例えば、多数の可動部品を備え、機械的故障率が高い傾向にある可能性がある。特に、これらのシステムは、複雑なベルト駆動装置を備える場合が多い。例えば、システム内に複数の異なるベルトが存在する可能性があり、それらのベルトは異なる進行度で摩耗する傾向がある。したがって、これらのベルトが各々、保守、交換、及び修理を必要とする可能性がある。そのため、修理費及び溶接ユニットのダウンタイムが相当なものになる可能性がある。

したがって、複雑性、保守要件を低減すると共に可搬性及び耐久性を高めた溶接機とコンプレッサーの統合装置が依然として必要とされている。本発明は、これらの課題及び他の課題に対処する。

１つの態様において、本開示は、内部コンポーネントが配設されている溶接機ハウジングと、この溶接機ハウジング内に配設されているエンジンとを備えるエンジン駆動式溶接機統合装置を提供する。エンジンのクランクシャフトは、アーク溶接電流を生成するように溶接電流発生器に連結される。エアコンプレッサーが、エンジンによって回転されるエアコンプレッサー駆動プーリーに連結される。ベルトが、クランクシャフトプーリー及びエアコンプレッサープーリーと係合して設けられ、エンジンがクランクシャフトプーリーを回転させると、このベルトは、圧縮空気を生成するようにエアコンプレッサーを駆動する。

前記エンジン補機は、ファン、ポンプ、又はその双方を含むことができる。前記エンジンが前記クランクシャフトプーリーを回転させると、前記ベルトは、前記エンジンを冷却する空気流若しくは液体流を生成するように、ファンハブ又はポンププーリーを駆動する。

前記ベルトと係合すると共に、前記エアコンプレッサープーリーに連結されるクラッチ組立体を設けることができる。該クラッチ組立体は、前記エアコンプレッサーを駆動して圧縮空気を生成するように選択的に係合させ、また圧縮空気の生成を阻止するように選択的に係脱させることができる。前記クラッチ組立体は、例えば、磁気式クラッチ組立体とすることができる。

本開示の別の態様では、エンジン駆動式溶接機統合装置は、クランクシャフトプーリーに連結されるエンジンと、オルタネータ駆動プーリーであって、前記エンジンと、該オルタネータプーリーが回転される場合に電流を生成する発電機とに連結される、オルタネータ駆動プーリーと、前記エンジンに回転可能に連結されると共に、エアコンプレッサーに連結される、エアコンプレッサー駆動プーリーとを備える。前記クランクシャフトプーリーと、前記オルタネータ駆動プーリーと、前記エアコンプレッサー駆動プーリーとは、ベルトを受ける該プーリーの各々の前記中心が、ベルトを受ける他の該プーリーの前記中心と同一平面にあるように前記エンジンに取り付けられる。前記クランクシャフトプーリー、前記オルタネータ駆動プーリー、前記エアコンプレッサープーリーの各々と係合するようにベルトを設けることができる。前記エンジンが前記クランクシャフトプーリーを回転させると、該ベルトは、電流を生成するように前記発電機を駆動すると共に、圧縮空気を生成するように前記エアコンプレッサーを駆動する。

本開示の更に別の態様において、エンジン駆動式溶接機統合装置は、クランクシャフトプーリーを駆動するように該クランクシャフトプーリーに連結されると共に、アーク溶接電流を生成する発電機に連結されるエンジンと、前記エンジンによって回転されるエアコンプレッサー駆動プーリーに連結されるエアコンプレッサーと、前記エンジンによって回転されるエンジン補機駆動プーリーに連結されるエンジン補機と、前記エアコンプレッサープーリー及び前記エンジン補機プーリーと係合するベルトとを備えることができる。前記エンジンが前記クランクシャフトプーリーを回転させると、該ベルトは、圧縮空気を生成するように前記エアコンプレッサーを駆動すると共に、前記エンジン補機を駆動する。前記エンジン駆動式溶接機統合装置は、オルタネータ駆動プーリーであって、前記エンジンと、該オルタネータプーリーが回転されると電流を生成する発電機とに連結されるオルタネータ駆動プーリーも備えることができる。

本発明のこれらの態様及び他の態様は、以下の記載から明らかとなる。その記載では、本明細書の一部をなす添付図面が参照される。添付図面には、本発明の好ましい一実施形態が示されている。このような実施形態は、本発明の完全な範囲を表しているとは限らない。したがって、本発明の範囲を解釈するには添付の特許請求の範囲が参照される。

複合型溶接機コンプレッサー統合装置の斜視図である。 図１の複合型溶接機コンプレッサー統合装置において用いる内燃機関とエアコンプレッサーとのシステム、特にプーリー組立体の斜視図である。 図２の内燃機関とエアコンプレッサーとのシステムの端面図である。 図２の内燃機関とエアコンプレッサーとのシステムの分解図である。 別の角度から見た図２の内燃機関とエアコンプレッサーとのシステムの代替的な斜視図である。

図１を参照すると、例示的な可搬型のエンジン駆動式溶接コンプレッサー統合装置、すなわち溶接コンプレッサーシステム１０が示されている。このタイプの装置は、例えば米国特許第6,674,046号に記載されている。この米国特許は、その溶接コンプレッサー統合装置の記載に関して、本願と一体をなすものとして引用する。溶接機統合装置１０は外側ハウジング１２を備える。外側ハウジング１２は、内部コンポーネントを冷却するための、１または複数の通気口１４を有することができ、また、保守点検のために内部コンポーネントへのアクセスを可能にするように取り外すことができる。表面１８等の略水平な表面に置く場合、複数の支持部材１６が溶接機統合装置１０の安定化をもたらすことができる。溶接機統合装置１０の上面部２０は、該上面部を貫通する吊上げフック２２を含む。騒音を低減し、排気ガスを除去するように、排気システム２４を上面部２０に取り付けることができる。

溶接機統合装置１０は、種々の制御要素及び計器を含む制御パネル２６を備えることができる。例えば、油圧、燃料レベル、油温、バッテリの電流量、気圧、及びエンジン稼働時間を含む種々のパラメーターを計測するために、複数の計器２８を設けることができる。制御パネル２６は、電圧範囲又は電流範囲を選択及び調整するためのインターフェースを備えることもできる。インターフェースは、範囲スイッチ３２及び対応する制御ダイヤル３０として示されている。溶接出力のタイプを選択するためにプロセス選択器スイッチ３４を設けることができ、溶接出力のタイプには、手棒溶接、ＴＩＧ溶接、エアカーボンアーク切断、及び種々のワイヤ送給プロセスを含むことができる。例えば、電鋸、ドリル、ドライバー、冷却装置等の電動装置に給電するために、制御パネル２６に電気コンセント３６を設けることができる。また、制御パネル２６は、コンプレッサー及びエンジンを各々独立に制御するために、コンプレッサー用オン／オフスイッチ３１とエンジン用制御スイッチ３３とを備えることができる。

また、制御パネル２６は、補助器具を接続する電力接続部を有することができる。電力接続部は、単相電力接続コンセント３８及び三相電力接続コンセント４０、並びに溶接プロセスにおいて用いる溶接ケーブルを受ける溶接電力レセプタクル４２として示されている。使用者が溶接出力の極性を選択するのを可能にするように、極性スイッチ４４を設けることもできる。通常の選択は、直流棒マイナス極、直流棒プラス極、及び交流を含む。いくつかの実施形態において、使用者が溶接機統合装置１０を遠隔地から選択的に制御することを可能にするように、パネル遠隔操作用スイッチ４６及び遠隔操作用レセプタクル４８を設けることができる。バッテリ充電及びジャンプスタートを可能にするように、バッテリ充電プラス接続部５０及びバッテリ充電マイナス接続部５２を設けることもできる。使用者が弁５４を選択的に作動させて、エアコンプレッサーからエアアシスト式カーボンアーク切断に用いる圧縮空気を供給するか、又は空気駆動式動力工具及び他の空気圧操作に動力供給することができる。

図２、５を参照すると、ハウジング１２が取り除かれた、図１の溶接機統合装置１０の一部５６の斜視図が示されている。内燃機関５８は、液体冷却式又は空気冷却式とすると共に、エンジン冷却流体を再循環するように構成することができる。アーク溶接電流を生成する発電機（図示せず）が、溶接機統合装置１０のハウジング１２内に配設され、エンジン５８によって直接駆動されて、溶接電力レセプタクル４２に溶接電力を供給する。溶接機統合装置はエアコンプレッサー６８を更に備え、該エアコンプレッサーはエンジン５８に取り付けられるスクリュー型エアコンプレッサーとすることができる。エアコンプレッサー６８は図１の遮断弁５４に圧縮空気を供給する。

溶接機統合装置１０の内燃機関５８は、吸気マニホールド及びエンジンヘッドに接続されている吸気口７６を有する。エンジン５８にはプーリー機構８２が連結される。プーリー機構８２は、エアコンプレッサープーリー１０６と、アイドラプーリー１００と、クランクシャフトプーリー９２と、エンジン補機プーリーとを含む。本実施形態では、エンジン補機プーリーは、オルタネータプーリー８８及び液体ポンプ／ファンブレードハブ８４を含む。プーリー機構８２内のプーリーは、駆動ベルト８６を受けるように各々サイズ決め及び寸法決めされ、エンジンに連結されると共に、駆動ベルトを受けて駆動ベルトがプーリーの各々を同時に駆動することができるように一平面に配置される。

図２、５に加えて図３、４も参照すると、エアコンプレッサー６８及びオルタネータ９０をエンジン５８に取り付けるために、エアコンプレッサー取付ブラケット１０２がエンジンケーシングにボルト留めされている。取付ブラケット１０２は、水平上面１０３と、略鉛直に垂下された下方結合部１０５と、水平上面の対向する端部から下方結合部１０５へ下方に延在する、対向配置された側面１０７、１０９とを有し、該側面の間に、オルタネータ９０を受容する開口部１１１が形成される。ブラケット１１２、１１４は、オルタネータ９０と取付ブラケット１０２との間で連結される。ブラケット１１２、１１４は、ねじ締結具を受容する穴を有する。エアコンプレッサー６８は、水平上面１０３に受承されて、水平上面１０３にある穴にボルト留めされ、エアコンプレッサー６８がエンジン５８の上方に保持される。ベルトテンショナー取付ブラケット１２０も、ねじ締結具によってエンジン５８に連結される。ベルトテンショナー取付ブラケット１２０は、ベルトテンショナー９４を取り付けるために更なる穴を有する。エアコンプレッサー６８及びオルタネータ９０がエアコンプレッサー取付ブラケット１０２に受承されるとき、エアコンプレッサープーリー１０６及びオルタネータプーリー８８がプーリーシステム８２内の他のプーリーと軸心が合うように配置され、これらのプーリーが同一平面内に配置されて溶接システム１０の長さを最小限に抑えるように、ブラケット１０２の大きさや寸法が決定されている。ベルトテンショナー取付ブラケット１２０は、ベルト８６の経路に近接してベルトテンショナー９４を同様に位置決めする。

図２、３、４を参照すると、クランクシャフトプーリー９２が駆動ベルト８６を駆動し、その結果、駆動ベルト８６が、エアコンプレッサープーリー１０６およびエンジン補機プーリーを駆動する。本実施形態では、エンジン補機プーリーは、オルタネータプーリー８８及び液体ポンプ／ファンブレードハブプーリー８４として示されている。エンジンクランクシャフトプーリー９２及び液体ポンプ／ファンハブ８４に近接してエンジンブロック上の取付ブラケット１２０に結合されるベルトテンショナー９４は、ベルトがクランクシャフトプーリー９２と液体ポンプ／ファンハブ８４との間で動く際、駆動ベルト８６にかかる張力を維持するローラー１１０を含む。アイドラプーリー１００は、液体ポンプ／ファンハブ８４及びオルタネータプーリー８８に近接してエンジンブロックに連結され、ベルト８６がこれらのコンポーネント間で動く際、ベルト８６にかかる張力を維持する。

作動する間、エンジンが作動すると、クランクシャフトプーリー９２がエンジン５８によって回転され、それにより駆動ベルト８６がシステム内の残りのプーリーを駆動する。ベルトが動作すると、アイドラプーリー１００及びベルトテンショナー９４のローラー１１０が駆動ベルト８６にかかる張力を維持する。ベルト８６が液体ポンプ／ファンハブ８４を駆動すると、該ハブは回転し、それによりファンブレード（図示せず）が回転して、ハウジング１２を空気流が流れ、エンジン５８が冷却される。ファンと組み合わせて又はファンとは別個に、エンジン５８を冷却する液体ポンプも、ハブ８４の回転によって作動させることができる。液体は、水、作動液その他のタイプの液体とすることができる。

ベルト８６がオルタネータプーリー８８を駆動すると、プーリー８８によってオルタネータ９０が駆動され、バッテリ充電電流が生成される。エアコンプレッサープーリー１０６をクラッチ組立体１０８に連結させることができる。クラッチ組立体１０８は、ベルト８６によって駆動される。該クラッチ組立体は、スクリュー型エアコンプレッサー６８を駆動して既述の弁５４において利用可能な圧縮空気を生成するようにクラッチを繋ぎ、また、エアコンプレッサーを使用しないときにはクラッチを切ることができる。クラッチ組立体１０８は、例えば、磁気式クラッチ組立体とすることができる。

したがって、１つの実施形態において、上述した溶接コンプレッサーシステム１０は、電力の生成、空気及び液体の双方を用いた冷却の提供、及び圧縮空気又は加圧液体等の補助器具用途に用いる機械力の提供を行うために、エンジンと単一のベルトとを使用して複数の異なるシステムを駆動する。このシステムは、可動部品数が削減されると共に保守要件が低減するため、従来技術のシステムに比較して著しい利点を提供する。結果として、機器のダウンタイムも削減することができる。さらに、プーリーが、エンジン５８の端部に回転可能に連結され、かつ、ベルトを受けるプーリーの各々の中心が同じ平面にある同一平面構成であるため、従来技術の装置に比較して、溶接機統合装置１０の全長を低減することができる。

上述した方法及び装置は、単に例示であって本発明の範囲を限定しないこと、及び、当業者により、本発明の範囲内にある種々の変更を行うことができることが理解されるべきである。例えば、本明細書では単一のベルトが示されているが、代替的な適用形態において、１または複数のベルトを用いて複数の同一平面プーリーを駆動することができる。本発明の範囲を公衆に知らせるように以下の特許請求の範囲が記載される。

１０ 溶接機統合装置
１２ 外側ハウジング
１４ 通気口
１６ 支持部材
１８ 表面
２０ 上面部
２２ フック
２４ 排気システム
２６ 制御パネル
２８ 計器
３０ 制御ダイヤル
３１ オフスイッチ
３２ 範囲スイッチ
３３ エンジン用制御スイッチ
３４ プロセス選択器スイッチ
３６ 電気コンセント
３８ 単相電力接続コンセント
４０ 三相電力接続コンセント
４２ 溶接電力レセプタクル
４４ 極性スイッチ
４６ パネル遠隔操作用スイッチ
４８ 遠隔操作用レセプタクル
５０ バッテリ充電プラス接続部
５２ バッテリ充電マイナス接続部
５４ 遮断弁
５８ 内燃機関
６８ エアコンプレッサー
７６ 吸気口
８２ プーリー機構
８４ ハブ
８６ 駆動ベルト
８８ オルタネータプーリー
９０ オルタネータ
９２ クランクシャフトプーリー
９４ ベルトテンショナー
１００ アイドラプーリー
１０２ ブラケット
１０３ 水平上面
１０５ 連結部
１０６ エアコンプレッサープーリー
１０７ 側面
１０８ クラッチ組立体
１０９ 側面
１１０ ローラー
１１１ 開口
１１２ ブラケット
１１４ ブラケット
１２０ ブラケット

Claims (19)

1. エンジン駆動式溶接機統合装置であって、
   溶接機ハウジングと、
   クランクシャフトプーリーを駆動するように連結されると共に、アーク溶接電流を生成する発電機に連結され、前記溶接機ハウジング内に配設されたエンジンと、
   前記エンジンによって回転されるエアコンプレッサー駆動プーリーに連結されるエアコンプレッサーと、
   エンジン補機駆動プーリーに連結されるエンジン補機と、
   前記エアコンプレッサープーリー及び前記エンジン補機プーリーと係合するベルトであって、前記エンジンが前記クランクシャフトプーリーを回転させると、該ベルトは、圧縮空気を生成するように前記エアコンプレッサーを駆動すると共に、前記エンジン補機を駆動するベルトとを備えるエンジン駆動式溶接機統合装置。
2. 前記エンジン補機はファンを含み、前記エンジン補機プーリーは前記ベルトと係合するファンハブを含み、前記エンジンが前記クランクシャフトプーリーを回転させると、前記ベルトは、前記エンジンを冷却する空気流を生成するように前記ファンハブを駆動する請求項１に記載のエンジン駆動式溶接機統合装置。
3. 前記エンジン補機は液体ポンプを含み、前記エンジン補機プーリーは前記ベルトと係合する液体ポンププーリーを含み、前記エンジンが前記クランクシャフトプーリーを回転させると、前記ベルトは、前記エンジンを冷却する液体流を生成するように前記液体ポンプを駆動する請求項１に記載のエンジン駆動式溶接機統合装置。
4. 前記エンジン駆動式溶接機統合装置はクラッチ組立体を更に備え、該クラッチ組立体は、前記ベルトと係合すると共に前記エアコンプレッサープーリーに連結されており、前記スクリュー型エアコンプレッサーを駆動して圧縮空気を生成するように選択的に係合され、また圧縮空気の生成を阻止するように選択的に解放される請求項１に記載のエンジン駆動式溶接機統合装置。
5. 前記クラッチ組立体は磁気式クラッチ組立体である請求項４に記載のエンジン駆動式溶接機統合装置。
6. エンジン駆動式溶接機統合装置であって、
   クランクシャフトプーリーに連結されるエンジンと、
   前記エンジンおよび発電機に連結されたオルタネータ駆動プーリーであって、該オルタネータプーリーが回転されると、前記発電機が電流を生成するようにしたオルタネータ駆動プーリーと、
   前記エンジンに回転可能に連結されると共にエアコンプレッサーに連結されるエアコンプレッサー駆動プーリーとを備え、
   前記クランクシャフトプーリー、前記オルタネータ駆動プーリー、前記エアコンプレッサー駆動プーリーは、ベルトを受承する各プーリーの中心が、ベルトを受ける他のプーリーの中心と同一平面にあるように前記エンジンに取り付けられているエンジン駆動式溶接機統合装置。
7. 前記エンジン駆動式溶接機統合装置は、前記クランクシャフトプーリーと、前記オルタネータ駆動プーリーと、前記エアコンプレッサープーリーとの各々と係合するベルトを更に備え、前記エンジンが前記クランクシャフトプーリーを回転させると、該ベルトは、電流を生成するように前記発電機を駆動すると共に、圧縮空気を生成するように前記エアコンプレッサーを駆動する請求項６に記載のエンジン駆動式溶接機統合装置。
8. エンジン補機に連結されたエンジン補機プーリーを更に備え、該エンジン補器プーリーは前記ベルトと係合してエンジン補器を駆動する請求項７に記載のエンジン駆動式溶接機。
9. 前記エンジン補機は液体ポンプを含む請求項８に記載のエンジン駆動式溶接機。
10. 前記エンジン補機はファンを含む請求項８に記載のエンジン駆動式溶接機。
11. 前記エンジン駆動式溶接機は、前記ベルトと係合すると共に、前記エアコンプレッサープーリーと連結されるクラッチ組立体を更に備え、該クラッチ組立体は、前記スクリュー型エアコンプレッサーを駆動して圧縮空気を生成するように選択的に係合され、また圧縮空気の生成を阻止するように選択的に解放される請求項６に記載のエンジン駆動式溶接機。
12. 前記クラッチ組立体は磁気式クラッチ組立体である請求項１１に記載のエンジン駆動式溶接機統合装置。
13. エンジン駆動式溶接機統合装置であって、
    クランクシャフトプーリーを駆動するように該クランクシャフトプーリーに連結されると共に、アーク溶接電流を生成する発電機に連結されるエンジンと、
    前記エンジンによって回転されるエアコンプレッサー駆動プーリーに連結されるエアコンプレッサーと、
    前記エンジンによって回転されるエンジン補機駆動プーリーに連結されるエンジン補機と、
    前記エアコンプレッサープーリー及び前記エンジン補機プーリーと係合するベルトであって、前記エンジンが前記クランクシャフトプーリーを回転させると、該ベルトによって、圧縮空気を生成するように前記エアコンプレッサーが駆動されると共に、前記エンジン補機が駆動されるベルトとを備えるエンジン駆動式溶接機統合装置。
14. 前記エンジンおよび発電機に連結されたオルタネータ駆動プーリーであって、該オルタネータプーリーが回転されると、前記発電機が電流を生成するようにしたオルタネータ駆動プーリーを更に備える請求項１３に記載のエンジン駆動式溶接機統合装置。
15. 前記エンジン補機はファンを含み、前記エンジン補機プーリーは、前記ベルトと係合するファンハブを含み、前記エンジンが前記クランクシャフトプーリーを回転させると、前記ベルトは、前記エンジンを冷却する空気流を生成するように前記ファンハブを駆動する請求項１３に記載のエンジン駆動式溶接機統合装置。
16. 前記エンジン補機は液体ポンプを含み、前記エンジン補機プーリーは、前記ベルトと係合する液体ポンププーリーを含み、前記エンジンが前記クランクシャフトプーリーを回転させると、前記ベルトは、前記エンジンを冷却する液体流を生成するように前記液体ポンプを駆動する請求項１３に記載のエンジン駆動式溶接機統合装置。
17. 前記エンジン駆動式溶接機統合装置は、前記ベルトと係合すると共に、前記エアコンプレッサープーリーに連結されるクラッチ組立体を更に備え、該クラッチ組立体は、前記スクリュー型エアコンプレッサーを駆動して圧縮空気を生成するように選択的に係合され、また圧縮空気の生成を阻止するように選択的に係脱される請求項１３に記載のエンジン駆動式溶接機統合装置。
18. 前記クラッチ組立体は、磁気式クラッチ組立体である請求項１７に記載のエンジン駆動式溶接機統合装置。
19. 前記クランクシャフトプーリー、前記オルタネータ駆動プーリー、前記エアコンプレッサー駆動プーリーは、ベルトを受承する各プーリーの中心が、ベルトを受ける他のプーリーの中心と同一平面にあるように前記エンジンに取り付けられている請求項１３に記載のエンジン駆動式溶接機統合装置。

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