JP2021122828A - 制御ケーブルレスプッシュプルワイヤ送給システム - Google Patents

Abstract

【課題】電力線通信技術を用いた通信を行う制御ケーブルレスアーク溶接機は、ワイヤ送給装置に溶接用ワイヤを搭載するため作業者の可搬重量が重くなる欠点がある。一方プッシュプルワイヤ送給システムは、信号線が多いため断線しやすい欠点がある。これららを組み合わせて重くなることと信号線が多いことを同時に解決することが本発明の課題である。【解決手段】溶接用電源とプッシュ側送給装置とプル側送給装置をプラス側溶接電流ケーブルと１本の信号線で接続し、プル側送給モータに流れる電流をプッシュ側送給装置に設けた電流センサで検出しプッシュ側ワイヤ送給装置のモータを駆動し、プッシュ側モータを定トルクで回転数を制御するようにし、プル側送給装置は１本の信号線とプラス側電流ケーブルから電圧の供給を受けてモータを駆動し、定速度送給している。【選択図】図１

Description

電力線通信技術を用いて溶接電源とワイヤ送給装置を接続する制御ケーブルをなくした溶接機のことを制御ケーブルレスアーク溶接機と呼んでいる。溶接電源側に設けたワイヤ送給装置と溶接作業者側に設けた２台のワイヤ送給装置を用いて溶接用ワイヤを送給する方式をプッシュプルワイヤ送給システムと呼んでいる。この発明は、制御ケーブルレスアーク溶接機とプッシュプルワイヤ送給システムに関するものである。

制御ケーブルレスアーク溶接機は、制御信号線がないため断線のトラブルがないメリットがあるが、ワイヤ送給装置部に溶接ワイヤを搭載しているため重量が重いデメリットがある。一方、プッシュプルワイヤ送給システムは、作業者が持ち運ぶプル側ワイヤ送給装置部に溶接用ワイヤを搭載する必要がないため重量が軽いメリットがあるが、プル側ワイヤ送給装置とプッシュ側ワイヤ送給装置を多芯の信号線を含む複数のキャブタイヤケーブルで結ぶ必要があるため、ケーブルの断線トラブルが発生しやすいデメリットがある。

本発明は、制御ケーブルレスアーク溶接機とプッシュプルワイヤ送給システムを組み合わせ、それぞれの機器のデメリットを解消し、メリットだけを取り出した新しい溶接システムを提案するものである。

特許文献に記載されるプッシュプルワイヤ送給システムは、プル側送給装置部とプッシュ側送給装置部のそれぞれに送給モータとモータの駆動部を備え、それぞれの駆動部に送給速度指令を溶接用電源装置の中に設けた制御部から複数の信号線を用いて伝送している。

プル側送給装置部と溶接電源装置部、プッシュ側送給装置部と溶接電源装置部は複数の信号線を含んだキャブタイヤケーブルで接続されている。そのため、移動して作業を行う時に、キャブタイヤケーブルを引き回さなければならず作業の効率化を阻害していた。また、断線などのトラブルを引き起こす原因にもなっていた。

特許公開昭和２０１９−１８１４７４号公報

従来例のプッシュプルワイヤ送給システムが持っていたプル側送給装置部と溶接電源装置部、プッシュ側送給装置部と溶接電源装置部を結ぶ複数のキャブタイヤケーブルをなくすことにより、キャブタイヤケーブルの断線トラブルをなくすことが本発明の第一の課題である。

従来の制御ケーブルレスアーク溶接機は、ワイヤ送給装置部に溶接ワイヤを搭載しているため重量が重いと言う欠点を持っていた。この重いという問題を解決することが本発明の第二の課題である。

溶接用電源部にプッシュ側送給装置とプル側送給装置の制御電源を設け、１本の信号線とプラス側溶接電流ケーブルを介して接続し、プッシュ側送給装置とプル側送給装置に電源を供給している。プッシュ側送給装置で１本の信号線に流れるプル側送給装置の送給モータに流れる電流をプッシュ側送給装置に設けた電流センサで検出できるようにし、この電流の大きさを検出することにより起動と終了を判断している。

プル側送給装置ではプル側モータ制御回路でプル側ワイヤ送給モータを定速度送給するようにしている。

プッシュ側送給装置ではプル側ワイヤ装置モータに流れる電流をプッシュ側送給装置に設けた電流センサで信号線に流れるプル側ワイヤ送給モータの電流を検出することによりプル側ワイヤ送給モータの送給速度と送給トルクを判断し、プッシュ側送給装置に設けたプッシュ側モータ制御回路でプッシュ側ワイヤ送給装置のモータの回転数とトルクを制御するようにしている。

溶接用電源部とプッシュ側送給装置とプル側送給装置を結ぶ１本の信号線をガスホースの内部に設置している。ガスホースを接続すると自動的にこの信号線も接続されるようにしている。

制御電圧を供給する信号線とガスホースとプラス側溶接電流ケーブルと溶接ワイヤと通すコンジットケーブルを一体化したケーブル用いている。プッシュ側送給装置とプル側送給装置を接続するケーブルは外から見ると一本の電流ケーブルのようにしか見えないような構造になっている。

本発明では、プル側モータ制御回路でプル側ワイヤ送給装置のモータを定速度送給するようにしている。プッシュ側送給装置でプル側送給モータに流れる電流を電流センサで検出することによりプッシュ側ワイヤ送給装置のモータの回転数とトルクを制御するようにしているので信号線を必要としない。１本の信号線とプラス側溶接電流ケーブルだけを溶接用電源部とプッシュ側送給装置、およびプッシュ側送給装置とプル側送給装置の間に接続すれば良いだけである。複数のケーブルを接続しないといけない従来方式と比べ接続作業が楽になる。

複数の芯線を内蔵したキャブケーブルを使用することはないので、機器の重量も軽くなる。広い作業場を移動して溶接を行う場合、作業者の負担を軽減できるので作業の機動性が向上し、溶接作業の効率化が可能となる。

プッシュ側送給装置とプル側送給装置を接続するケーブルは、一体化ケーブルだけである。複数のケーブルを引き回すことがないので作業場をすっきりさせることにもできる。

従来のプッシュプルワイヤ送給システムのように複数の芯線を内蔵したキャブケーブルを使用していないので断線の心配が全くない。メインテナンスも簡単になると共に価格的にも安く機器を製作できる。

本発明の制御ケーブルレスプッシュプルワイヤ送給システムの構成 本発明のガスホースの断面 本発明のガスホースを導体の中に入れた一体化ケーブルの断面 本発明のガスホースと導体を分離した一体化ケーブルの断面 本発明のプッシュ側ワイヤ送給モータとプル側ワイヤ送給モータの負荷特性 従来例のプッシュプルワイヤ送給システムの構成 従来例の一体化ケーブルの断面

図１は、本発明の制御ケーブルレスプッシュプルワイヤ送給システムの構成を示すものである。図１において１の溶接用電源の近くに１−２の制御用電源を設け、１の溶接用電源の近くに２のプッシュ側ワイヤ送給装置を設け、４の溶接用トーチの近くに３のプル側ワイヤ送給装置を設け、１−２の制御用電源から９の制御信号線と6のプラス側溶接電流ケーブルを介して２のプッシュ側ワイヤ送給装置と３のプル側ワイヤ送給装置の電圧を供給している。

図６は、従来例のプッシュプルワイヤ送給システムの構成を示すものである。図６の１の溶接用電源の近くに１５のプッシュプル送給システム制御装置を設け、１５−１のプル側制御装置用電源から３のプル側送給装置に制御電源をキャブタイヤケーブルで供給している。１５−２のプッシュ側制御装置用電源から２のプッシュ側送給装置に制御電源をキャブタイヤケーブルで供給している。

従来例においては、１５−３の起動制御回路を１５のプッシュプル送給システム制御装置の中に設け、１５−３の起動制御回路からの信号を２−２のプッシュ側モータ制御回路に入力し、２−５のプッシュ側ワイヤ送給モータの回転数を制御するようにしている。１５−３の起動制御回路と１２のトーチスイッチは、９の制御信号線で接続されている。また、２−２のプッシュ側モータ制御回路も２−５のプッシュ側ワイヤ送給モータも複数の９の制御信号線を持つキャブタイヤケーブルで接続する必要があった。

本発明では2のプッシュ側送給装置の中に３のプル側送給装置へ電源を供給する御信号線が2のプッシュ側送給装置の中を通過するようにしている。2のプッシュ側送給装置の中に設けられた２−３のプル側モータ電流センサで３−５のプル側ワイヤ送給モータの電流の大きさを検出するようにしている。

溶接用電源とプッシュ側送給装置とプル側送給装置をプラス側溶接電流ケーブルと9の１本の信号線で接続し、プル側送給モータに流れる電流を検出し、プッシュ側ワイヤ送給装置のモータの起動停止、回転数を制御するようにしている。
本発明のプッシュプルワイヤ送給システムは、従来例のプッシュプルワイヤ送給装置で用いられていた図6の１５のプッシュプル送給システム制御装置と図6の２プッシュ側送給装置を結ぶ複数の９の制御信号線を持つキャブタイヤケーブルを必要としない。また、図6の２プッシュ側送給装置と図６の３のプル側送給装置を結ぶ複数の９の制御信号線を持つキャブタイヤケーブルを必要としない。

２−３のプル側モータ電流センサからの信号を２−１のプル側モータ電流判定回路に加え、そのモータ電流の大きさと流れている時間を判別することで３−５のプル側ワイヤ送給モータの起動・停止を判断し、２−５のプッシュ側ワイヤ送給モータの起動・停止を行っている。同様に２−３のプル側ワイヤ送給モータ電流センサで検出された同じ大きさの電流と電圧を２−２のプッシュ側モータ制御回路から２−５のプッシュ側ワイヤ送給モータに供給し速度制御も行っている。したがって、プル側のモータもプッシュ側のモータも同じ回転数同じトルクになる。

３−５のプル側ワイヤ送給モータの回転数は、３−４のプル側モータ送給速度調整器で設定される。３−２のプル側モータ制御回路で負荷の変動にかかわらず、一定速度で回転するようになっている。３−２のプル側モータ制御回路では定速度制御を行っている。アーク溶接では溶接用ワイヤの送給するモータの回転数を変えれば溶接電流も変わるので３−４のプル側モータ送給速度調整器は溶接電流調整器と呼ばれている。

図５は、本発明の２−５のプッシュ側ワイヤ送給モータと３−５のプル側ワイヤ送給モータのトルクと回転数の関係を示す負荷特性である。２−５のプッシュ側ワイヤ送給モータは、３−２のプッシュ側モータ制御回路で定トルク回転するように制御されている。溶接中は負荷の変動がなければ、安定点（プル側モータの負荷特性曲線とプッシュ側のモータの負荷特性曲線の交差する点）は同じ位置に保たれる。図５に示されるように運転時には両者のモータの回転数と送給トルクはほぼ同じになるように設定される。

２−３のプル側モータ電流センサで３−５のプル側ワイヤ送給モータの電流の大きさと時間を検出し、２−２のプッシュ側モータ制御回路にて２−５のプッシュ側ワイヤ送給モータの回転数が３−５のプル側ワイヤ送給モータの回転数と同じになるように制御している。

図５の回転数とトルクの関係を表すグラフ上で負荷が大きくなると、プル側のモータに流れる電流が大きくなり安定点（Ａ点）が右側（Ｂ点）に移動する。したがって、２−５のプッシュ側ワイヤ送給モータに供給される電流も大きくなり、２−５のプッシュ側ワイヤ送給モータの送給トルクも大きくなる。このようにして負荷が大きくなったとしても回転数を一定の値に保ったままワイヤ送給が可能となる。

逆に負荷が小さくなると、プル側のモータに流れる電流が小さくなり、図５の負荷特性を示すグラフ上で安定点（Ａ点）が左側（Ｂ点）に移動する。そのため、２−５のプッシュ側ワイヤ送給モータに供給される電流も小さくなり、２−５のプッシュ側ワイヤ送給モータの回転数を一定のまま送給トルクも小さくしている。

何らかの原因で３のプル側送給装置より２のプッシュ側送給装置の力が大きくなりすぎると、１１の溶接用ワイヤがプル側の送給ローラの手前で座屈する危険性がある。本発明では溶接用ワイヤが座屈するのを防止するため、プッシュ側モータ電流センサで２−５のプッシュ側ワイヤ送給モータのモータ電流を検出し、２−７のワイヤトルク設定器で設定される値を超えるとプッシュ側ワイヤ送給モータの回転を停止するか、モータ電流を制限し送給トルクを抑えるようにしている。

３のプル側送給装置の送給装置の力が大きくなりすぎると、１１の溶接用ワイヤがプッシュ側の送給ローラの出口で座屈することもある。溶接用ワイヤが座屈するのを防止するため、2-3のプル側モータ電流センサで３−５のプル側ワイヤ送給モータの回転を停止するか、モータ電流を制限し送給トルクを抑えるようにしている。

本発明では、１個の送給トルク設定器を用いてプル側送給装置、プッシュ側送給装置のどちらの送給装置で起きる可能性のあるワイヤの座屈の発生を防止するようにしている。

図２は、本発明の１０のガスホースの断面を示している。１の溶接用電源部と２のプッシュ側送給装置と３のプル側送給装置を結ぶ１本の９の制御信号線を１０のガスホースの内部に通している。この制御信号線はガスホースの内部に配置されるので裸電線を使用することが可能である。

本発明のガスホースは、先端に金属製のガス金具をとりつけ、このガス金具に９の制御信号線を電気的に接続することにより、ガスホースを接続すると自動的に9の制御信号線も電気的に接続されるようにしている。本発明では、ガスホースの接続と制御信号線の接続を一回で済ますことが可能となる。

プッシュプルワイヤ送給装置では、２のプッシュ側送給装置と３のプル側送給装置を接続するために信号線と溶接電流を流す導体とガスホースと溶接用ワイヤを通すコンジットケーブルを一本にまとめたものが使用されている。これを一体化ケーブルと呼んでいる。

図７は、従来例の一体化ケーブルの断面を示すものである。本発明の一体化ケーブルでと従来例の一体化ケーブルの大きな違いは、制御信号線の本数である。本発明は１本の制御信号線、従来例では十数本の制御信号線を有していることである。そのため、従来例の一体化ケーブルは、製造単価も高くなり断線のトラブルも発生していた。

図３は、本発明のガスホースを導体の中に入れた一体化ケーブルの断面を示すものである。図４は、本発明のガスホースと導体を分離しカバーで覆った一体化ケーブルの断面を示すものである。図３に示すガスホースを導体の中に入れた一体化ケーブルは、９の制御信号線を被覆有りの信号線にして導体の中におさめ、１０のガスホースを廃止してガスを１７の内側絶縁パイプと１８のコンジットケーブルの隙間に通したものであるが、この場合、外観はすっきりしたものになるが、断線した場合のメインテナンスが難しくなる。

図４の本発明のガスホースと導体を分離しカバーで覆った一体化ケーブルは、９の制御信号線と１０のガスホースの中に納めたものと、６のプラス側溶接電流ケーブルと１１の溶接ワイヤをガイドする１８のコンジットケーブルを一本の導体の中に納めたものを２１のカバーで覆い一本のケーブルのようにしている。ガスホースの部分と導体の部分を一体化することにより接続を容易にするとだけでなく作業場をすっきりさせることができる。また、ケーブルが壊れた時のメインテナンスも容易となる。

図３図４に示す本発明の一体化ケーブルは、図７に示す従来例の一体化ケーブルに比べ安く製造することもでき、断線トラブルも大きく減らすことが可能となる。

本発明の制御ケーブルレスプッシュプルワイヤ送給システムは、作業者が移動する時、持ち運ばないといけないワイヤ送給装置部の重量を大幅に減らすことができる。そのため、作業の機動性が向上し、溶接作業の効率化を推し進めることができる。また、ケーブルの断線事故の心配もない。広い作業場で移動しながら溶接作業を行わないといけない造船所などの大型構造物を溶接する作業現場で広く普及することが期待できる。

本発明の制御ケーブルレスプッシュプルワイヤ送給システムは、現在使われている複数のキャブタイヤケーブルを用いたプッシュプルワイヤ送給システムに比べ工業的に安く生産することができるので、広く使われているアーク溶接機が本発明で提案する制御ケーブルを使用しないプッシュプルワイヤ送給システムに切り変わっていくことが考えられる。

１-１ 溶接用電源
１ -２ 制御用電源
１ -３ プラス側出力端子
１ -４ マイナス側出力端子
２ プッシュ側送給装置
２-１ プル側モータ電流判定回路
２-２ プッシュ側モータ制御回路
２-３ プル側モータ電流センサ
２-４ プッシュ側モータ電流センサ
２-５ プッシュ側ワイヤ送給モータ
２-６ プッシュ側ワイヤ送給ローラ
２-７ 送給トルク設定器
３ プル側送給装置
３-６ プル側ワイヤ送給ローラ
３-５ プル側 ワイヤ送給モータ
３-４ プル側ワイヤ送給速度調整器
３-３ ガスバルブ
３-２ プル側モータ制御回路
３-１ 起動制御回路
４ 溶接用トーチ
５ 母 材
６ プラス側溶接電流ケーブル
７ マイナス側溶接電流ケーブル
８ ガスボンベ
９ 制御信号線
１0 ガスホース
１１ 溶接用ワイヤ
１２トーチスイッチ
１３ 制御信号線用端子
１４ 出力ケーブル用端子
１５ プッシュプル送給装置制御装置
１５-１ プル側制御装置用電源
１５-２ プッシュ側制御装置用電源
１５-３ プッシュプルワイヤ送給装置起動制御装置
１５-４ プッシュ側送給トルク調整器
１６ 接続用コネクタ
１７ 内側絶縁パイプ
１８ コンジットケーブル
１９ 導体被覆
２０ 導体
２１ カバー

Claims (4)

1. 電力線通信技術を用いた制御ケーブルレス溶接機において、溶接用電源の近くに制御用電源を設け、前記溶接用電源の近くにプッシュ側ワイヤ送給装置を、溶接用トーチの近くにプル側ワイヤ送給装置を設け、前記プッシュ側送給装置の中にプル側ワイヤ送給モータへ供給する電源の制御信号線とプラス側溶接電流ケーブルが通るように構成し、前記プル側ワイヤ送給モータの電流を検出するプル側モータ電流センサを備え、前記プル側ワイヤ送給モータ電流センサの信号を判定するプル側電流センサ判定回路と、前記プッシュ側ワイヤ送給モータのモータ電流を検出するプッシュ側モータ電流センサと、前記プル側モータ電流センサ判定回路の出力信号とプッシュ側ワイヤ送給トルクを設定する送給トルク設定器からの信号と前記プッシュ側モータ電流センサからの信号を受けてプッシュ側ワイヤ送給モータの回転速度と送給トルクを制御するプッシュ側モータ制御回路を設け、前記プッシュ側モータ制御回路で前記プッシュ側ワイヤ送給モータを駆動し、前記プッシュ側ワイヤ送給モータの回転軸にプッシュ側ワイヤ送給ローラを取り付け、前記プッシュ側ワイヤ送給ローラで前記溶接用ワイヤを前方に送り出すように構成し、前記プル側送給装置の中にトーチスイッチからの信号を受けてガスバルブと前記プル側ワイヤ送給モータの起動停止を行う起動制御回路と、プル側ワイヤ送給速度を設定するプル側ワイヤ送給速度調整器からの信号と前記起動制御回路からの信号を受けて前記プル側ワイヤ送給モータの回転速度を制御するプル側モータ制御回路を設け、前記プル側モータ制御回路で前記プル側ワイヤ送給モータを駆動し、前記プル側ワイヤ送給モータの回転軸にプル側ワイヤ送給ローラを取り付け、前記プル側ワイヤ送給ローラで前記溶接用ワイヤを前記溶接用トーチに送り出すように構成したことを特徴とする制御ケーブルレスプッシュプルワイヤ送給システム。
2. 前記溶接用電源と前記プッシュ側送給装置と前記プル側送給装置を接続する前記制御信号線を前記ガスホースの中に入れたことを特徴とする請求項１に記載の前記プッシュ側送給装置と前記プル側送給装置を接続したことを特徴とする制御ケーブルレスプッシュプルワイヤ送給システム。
3. 前記制御信号線と前記ガスホースと前記プラス側溶接電流ケーブルと前記溶接ワイヤと通すコンジットケーブルを一体化したケーブル用いて、前記プッシュ側送給装置と前記プル側送給装置を接続したことを特徴とした請求項１に記載の制御ケーブルレスプッシュプルワイヤ送給システム。
4. 前記プッシュ側ワイヤ送給モータのモータ電流を検出する前記プッシュ側モータ電流センサの信号の値が、前記送給トルク設定器で設定された値を超えた場合、または、前記プル側ワイヤ送給モータの電流を検出する前記プル側ワイヤ送給モータ電流センサの信号が前記送給トルク設定器で設定される値を超えた場合、前記プッシュ側のモータと前記プル側ワイヤ送給モータの回転を停止、または、前記プッシュ側ワイヤ送給モータと前記プル側ワイヤ送給モータのモータ電流を制限するようにしたことを特徴とした請求項１に記載の制御ケーブルレスプッシュプルワイヤ送給システム。

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