JP2019000863A - 溶接トーチ - Google Patents

Abstract

【課題】ワイヤ送給用のモータを冷却しつつ、かつワイヤの磨耗粉の除去をすることができる溶接トーチを提供する。
【解決手段】モータの側面を冷却する第１冷却部と、モータの他の側面を冷却する第２冷却部を備え、第１冷却部は冷却流体の第１流入口と、第１流出口と、それらをつなぐ第１流通路を有し、第２冷却部は、冷却流体の第２流入口と、第２流出口と、それらをつなぐ第２流通路を有し、第１流出口と第２流入口は接続されており、第２流出口はフィードユニット内部に位置する第３流入口につながり、第３流入口は送給部品より下方に位置する流体出口につながる。
【選択図】図８

Description

本開示は溶接トーチに関し、特にワイヤを送給するためのワイヤ送給装置が組み込まれた溶接トーチに関する。

ワイヤを送給するためのワイヤ送給装置が組み込まれた溶接トーチが開示され、溶接トーチに供給されるシールドガスを冷却媒体として、ワイヤ送給用のモータを冷却する構成が開示されている（例えば特許文献１参照）。

一方、パルス溶接と短絡溶接とを交互に繰り返して行う消耗電極式のアーク溶接の制御において、短絡溶接期間に周期的にワイヤの正送と逆送を繰り返し、溶接電流がパルス期間の終了直前のベース電流より小さい時点でワイヤの正送を開始することで、スパッタの発生を抑制し、安定した溶接が実現できることが知られている。そして正送と逆送の周期を短時間にすることで、さらなる実溶接速度の高速化やスパッタ発生の抑制が実現できることも知られている（例えば特許文献２参照）。

特開２０１６−１２９４６５号公報 国際公開第２０１６/０７５８７１号

ワイヤの正送と逆送を高速で行うと、ワイヤの摩耗が激しくなり摩耗粉量が増加する。ワイヤの摩耗粉は電流が流れる部品から流れてはいけない部品（モータ等）への地絡や絶縁部品のトラッキング要因となり焼損を引き起こす場合があるため、この摩耗粉を除去することが必要となる。一方でワイヤ送給用のモータを冷却する必要がある。

本発明は、前記従来の課題を解決するもので、モータを冷却しつつ、かつワイヤの磨耗粉を除去もすることができる溶接トーチを提供するものである。

前記課題を解決するために、本発明の溶接トーチは、ワイヤーを送給するための送給部品やモータを備えたフィードユニットと、モータを覆うように設けられたモータホルダと、トーチボディを備え、モータホルダは、モータの側面を冷却する第１冷却部と、モータの他の側面を冷却する第２冷却部を備え、第１冷却部は冷却流体の第１流入口と、第１流出口と、それらをつなぐ第１流通路を有し、第２冷却部は冷却流体の第２流入口と、第２流出口と、それらをつなぐ第２流通路を有し、第１流出口と前記第２流入口は接続されており、第２流出口はフィードユニット内部に位置する第３流入口に接続され、第３流入口は送給部品より下方に設けられた流体出口につながる構成である。

そして冷却流体は、第１冷却部と第２冷却部を流れてモータを冷却した後、流体出口から送給部品の近傍に向けて流出する構成である。

本発明の溶接トーチは、モータを冷却しつつ、かつワイヤの磨耗粉の除去もすることができる。

本発明の実施の形態における溶接トーチ全体の外観図 本発明の実施の形態における溶接トーチのモータホルダの上面図 本発明の実施の形態における溶接トーチのモータホルダの側面図（図２の矢視Ａ） 本発明の実施の形態における溶接トーチのモータホルダの他方の側面図（図２の矢視Ｂ） 図２におけるＣＣ断面図 図５におけるＤＤ断面図 図２におけるＥＥ断面図 図１におけるフィードユニットのカバーを外した状態の部分外観図 図８における矢視Ｃの図

本発明の実施の形態にについて、図面を参照しながら説明する。

図１は溶接トーチ全体の概観図である。溶接トーチは、モータ５（図５等参照）を覆うモータホルダ１と、モータ５により溶接用のワイヤ２０３をトーチボディ３の先端から送出する機構を備えたフィードユニット２からなる。モータ５はフィードユニット２に絶縁部品を介して固定される。モータホルダ１はトーチホルダ４を介して溶接ロボットのマニュピレータ先端（図示せず）に接続されるようになっている。

図２は、フィードユニット２およびトーチボディ３を取り外した状態のモータホルダ１（モータ含む）の上面図である。図３はそのモータホルダ１の側面図（図２の矢視Ａ）で、図４はそのモータホルダ１の他方の側面図（図２の矢視Ｂ）である。

モータホルダ１は、モータ５を冷却するための冷却流体が流れる流路を有する第１冷却部１１と、同様の構成を有する第２冷却部１２がモータ５の両側面を挟み込むような構成である。第１冷却部１１と第２冷却部１２とモータフランジ１３でモータ５の外郭を包むような構成となっており、モータフランジ１３からモータ５の軸５１が突出している。なお、ここでの冷却流体は空気等の気体を用いる。

次に２つの冷却部について、図５、図６もあわせて参照して詳細に説明する。図５は図２のＣＣ断面で、図６は図５のＤＤ断面である。

外部のコンプレッサなどに接続された入口パイプ１１０が、第１冷却部１１の冷却流体の入口となる第１流入口１１１（図４参照）に接続され、この第１流入口１１１は第１冷却部１１の内部に設けられた第１連通路１１３とつながり、第１連通路１１３は、第１冷却部１１からの冷却流体の出口である第１流出口１１２（図４、図６参照）につながっている。第１流出口１１２はモータ５の軸方向と交差する向きに開口している。なお、軸方向とはモータ５の軸５１に沿った方向をいう。

ここで第１連通路１１３は、例えば第１冷却部１１の基材をアルミとし、その一側面側から溝を彫り、板材でその溝全体を覆ってふさぐようにすることで、容易に製作可能である。

第２冷却部１２は、第１冷却部からの冷却流体の入口となる第２流入口１２２（図３、図５参照）が設けられ、この第２流入口１２２は第２冷却部１２の内部に設けられた第２連通路１２３とつながり、第２連通路１２３は第２冷却部１２から外部への冷却流体の出
口である第２流出口１２１（図３参照）につながっている。そして第２流出口１２１は出口パイプ１２０につながっている。なお、第２流入口１２２はモータ５の軸方向に交差する向きに開口している。

第１流出口１１２と第２流入口１２２は、モータ５の軸方向に交差する向きに、パイプ状の接続具１４でつながっている。接続具１４は第１冷却部１１と第２冷却部１２のそれぞれの凹部にＯリング１５を介して嵌合する構成となっている。なお、接続具１４を用いなくとも、第１流入口１１１を第１冷却部１１の側面から突出するような凸形状とし、第２流入口を第２冷却部の側面よりへこんだ凹形状とし、これらを嵌合することで接続してもよい。この場合は構成がより簡単となり信頼性が向上する。

なお、前述の接続具１４や凹凸の嵌合のように、第１流出口１１２と第２流入口１２２は、第１冷却部１１と第２冷却部１２の内部で接続されること、すなわち、外部に露出していない構成とすることが好ましい。外部の粉塵等から保護することができ、特に溶接のスパッタ等から保護することが可能となる。

以上のような構成において、冷却流体は入口パイプ１１０の一端から入り、第１冷却部１１と第２冷却部１２を経由して、出口パイプ１２０に流出する。

図７は図２のＥＥ断面である。第１冷却部１１と第２冷却部１２の上部の合わせ面の一部に、モータ５の配線５２の出口である配線用開口部１８を設け、その配線用開口部１８を覆うように、配線カバー１６を設けている。配線５２は、図５の２点鎖線で示すように、配線カバー１６に設けた配線孔キャップ１９を通して外部に導かれる。外部に導かれた配線５２はロボットの制御装置などに接続される。

以上のように、軸５１を除き、モータ５は、モータフランジ１３、第１冷却部１１、第２冷却部１２、および配線カバー１６により、覆われるような構成となる。これにより、モータ５を外部の粉塵等から保護することができ、特に溶接のスパッタ等から保護することができる。なお、配線カバー１６はあったほうが好ましいが、なくとも効果は発揮できる。

また、図６および図７で示すように、第１冷却部１１とモータ５の側面、および第２冷却部１２とモータ５の他の対向する側面の間には、伝熱部材として熱伝導性の弾性シート１７を挟みこんでいる。これにより各冷却部とモータ５の密着性が高まり冷却効果が向上する。弾性シート１７の厚みを変えることにより、別のモータを採用してその外形が異なる場合においても対応することが可能である。

なお、弾性シート１７はシリコンゴムやアクリルゴムなどが使用できるが、特にこれに限らず、シリコンなどの熱伝導性グリースであっても良い。

また、図１に示すように、トーチホルダ４の一端はモータホルダ１の第２冷却部１２の反モータフランジ１３側に固定され、他端はマニュピレータ先端に近い場所に固定される。これにより、モータホルダ１を溶接トーチ全体がマニュピレータ先端からオフセットする部品として利用することができ、トーチホルダ４の外形を小さくすることができ、ロボット用としてコンパクトな溶接トーチを提供することができる。

一方、出口パイプ１２０の他端はフィードユニット２内の第３流入口２０１へとつながる。第３流入口２０１が設けられているＵＦベース２０には流体出口２０２が設けられており、第３流入口２０１から入った冷却流体が流体出口２０２より排出される構成である。

ＵＦベース２０の上部にはワイヤの送給部品が配置されている。図７に示すように、ワイヤ２０３はモータの軸５１に取付けられた送給ローラー２０４と加圧調整部２０７により送給ローラー側に加圧される加圧ローラー２０６に挟まれており、モータ５の回転運動によってトーチボディ３の先端へと送給されるようになっている。

溶接時にワイヤ２０３に溶接電流が流れるため、送給ローラー２０４は絶縁物２０５によりモータの軸５１と絶縁されている。

なお、ここでの送給部品とは、送給ローラー２０４や加圧ローラー２０６や絶縁物２０５を指す。

このような構成において、ワイヤ２０３の正送と逆送を高速で行うと、ワイヤ２０３と送給ローラー２０４及び加圧ローラー２０６との摩擦により、ワイヤの摩耗が激しくなり摩耗粉が発生する。摩耗粉量が増加し、絶縁物２０５に付着した場合に、送給ローラー２０４とモータ５が電気的につながり、溶接電流がモータ５へと流れることも考えられる。

そこで摩耗粉を除去できるように、図６の矢印で示すように、絶縁物２０５や送給ローラー２０４などの送給部品に向けて、ＵＦベース２０の流体出口２０２から冷却流体が噴出するようになっている。そして除去された磨耗粉を含む冷却流体はフィードユニット２の外部に排出される。

ここで、ガスシールドアーク溶接に用いるシールドガスの妨げにならない様、流体出口２０２から排出される冷却流体は、溶接点（トーチボディ３の先端の方向）とは逆方向の向きに排出される。つまり、送給部品の下方から冷却流体が上方に向けて噴出する構成としている。

また、冷却流体としてシールドガスを使うことが考えられるが、シールドガスが温められ溶接品質低下の原因となるばかりか、冷却流路を通るので溶接点まで届くタイムラグや冷却部材でのガス漏れのリスク、必要流速の調整、など様々なデメリットがあるため、ここでは冷却流体と溶接時のシールドガスは異なる流体としている。

なお、流体出口２０２は、形状・径・個数・位置を任意に設定することができ、冷却流体を送給ローラー２０４等に当てて付着する摩耗粉を除去又は付着を防ぐことができる。

また、モータ５を冷却するために必要な冷却流体の流量が一定の場合、流体出口２０２の形状・径・個数を任意に設定できることから流体出口２０２から出る冷却流体の流速を任意に設定することができる。

以上のように、本発明の溶接トーチは、マニュピレータ先端に取り付け、自動で溶接を行う溶接ロボットなどに適用可能である。

１ モータホルダ
２ フィードユニット
３ トーチボディ
４ トーチホルダ
５ モータ
１１ 第１冷却部
１２ 第２冷却部
１３ モータフランジ
１４ 接続具
１５ Ｏリング
１６ 配線カバー
１７ 弾性シート
１８ 配線用開口部
１９ 配線孔キャップ
５１ 軸
５２ 配線
１１０ 入口パイプ
１１１ 第１流入口
１１２ 第１流出口
１１３ 第１連通路
１２０ 出口パイプ
１２１ 第２流出口
１２２ 第２流入口
１２３ 第２連通路
２０１ 第３流入口
２０２ 流体出口
２０３ ワイヤ
２０４ 送給ローラー
２０５ 絶縁物
２０６ 加圧ローラー

Claims (3)

1. ワイヤーを送給するための送給部品やモータを備えたフィードユニットと、
   前記モータを覆うように設けられたモータホルダと、
   トーチボディを備え、
   前記モータホルダは、前記モータの側面を冷却する第１冷却部と、前記モータの他の側面を冷却する第２冷却部を備え、
   前記第１冷却部は、冷却流体の第１流入口と、第１流出口と、それらをつなぐ第１流通路を有し、
   前記第２冷却部は、冷却流体の第２流入口と、第２流出口と、それらをつなぐ第２流通路を有し、
   前記第１流出口と前記第２流入口は接続されており、
   前記第２流出口は前記フィードユニット内部に位置する第３流入口につながり、
   前記第３流入口は、前記送給部品より下方に位置する流体出口につながる、溶接トーチ。
2. 冷却流体は、前記第１冷却部と第２冷却部を流れて前記モータを冷却した後、前記流体出口から前記送給部品の近傍に向けて噴出する、請求項１に記載の溶接トーチ。
3. 前記冷却流体はガスシールドアーク溶接のシールドガスとは異なる、請求項２に記載の溶接トーチ。
   

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