JP3528694B2 - 加圧式プラズマ溶接機 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ワークの溶接部位
を加圧した状態でプラズマ溶接する加圧式プラズマ溶接
機に関する。

【０００２】

【従来の技術】車両のボディにおける接合部等の溶接に
は一般的にスポット溶接機が使用される。しかし、溶接
の諸条件によりスポット溶接機による溶接が困難な部位
では加圧式プラズマ溶接機が好適に使用される。図４
に、一般的な加圧式プラズマ溶接機１の要部が示されて
いる。前記加圧式プラズマ溶接機１は溶接ロボット（図
示されていない）のハンドに取付けられる支持架台２を
備えている。前記支持架台２には縦方向に基準面２ｓが
形成されており、その基準面２ｓにレール２ｘが縦方向
に固定されている。前記支持架台２にはレール２ｘの上
端の位置で前記基準面２ｓに対して直角にばね受け金具
３が固定されている。また、前記レール２ｘには摺動子
４がそのレール２ｘに沿って摺動できるように装着され
ており、その摺動子４に支持金具４ａがばね受け金具３
と平行に取付けられている。前記ばね受け金具３と支持
金具４ａとの間には摺動子４を押し下げる方向に付勢さ
れたスプリング５が装着されている。

【０００３】前記支持金具４ａにはプラズマトーチ６が
レール２ｘと平行になるようにそのプラズマトーチ６の
基端部が支持されている。前記プラズマトーチ６はアー
ク放電を利用して高温プラズマ流を発生させ、このガス
流を作動ガスとともにノズルを通すことでジェット流化
し、その熱で板状ワークＷを溶接するものであり、図５
に示されるように、その中央部に前記ノズル７を備えて
いる。前記ノズル７の中央にはアーク放電用の電極７ｔ
が設けられており、その電極７ｔの周囲に作動ガスを通
す作動ガス用通路７ｈが形成されている。そして、前記
ノズル７の先端に高温プラズマ流と作動ガスとを放出す
る開孔７ｋが形成されている。

【０００４】前記ノズル７の周囲にはそのノズル７の外
側にシールドガスを流す略筒状のキャップ本体８が装着
されており、そのキャップ本体８の先端にシールドガス
の流れ方向を規制するキャップ先端部９が嵌合状態でネ
ジ止めされている。また、前記キャップ先端部９の先端
には被溶接材である板状ワークＷの表面からノズル７の
先端面７ｆまでの寸法Ｍを一定に保持する複数のピン９
ｐが固定されている。さらに、前記キャップ先端部９の
側面には、図４に示されるように、溶接ワイヤを供給す
るワイヤーガード２ｗが接続されている。ここで、前記
キャップ本体８は強化プラスチック製であり、前記キャ
ップ先端部９は黄銅製、ピン９ｐはステンレス製であ
る。

【０００５】加圧式プラズマ溶接機１を用いて板状ワー
クＷを溶接するには、溶接ロボットにより支持架台２に
装着されたプラズマトーチ６を溶接位置まで移動させ
て、その先端部、即ち、キャップ先端部９を板状ワーク
Ｗの溶接点にピン９ｐを介して押し付ける。前述のよう
に、プラズマトーチ６は摺動子４の支持金具４ａに取付
けられており、その支持金具４ａとばね受け金具３との
間にはスプリング５が装着されている。このため、キャ
ップ先端部９は板状ワークＷに対してスプリング５のば
ね力に等しい力で押し付けられる。これによって、重ね
られた板状ワークＷの隙間Ｓ（図５参照）は、プラズマ
溶接に適した0〜1.2mmに調整される。この状態で、高温
プラズマ流を発生させて、両板状ワークＷを溶接する。
なお、溶接ワイヤーが供給されない方式の場合には、前
記隙間Ｓは0〜0.5mmに調節される。ここで、スプリング
５による板状ワークＷに対するキャップ先端部９の加圧
力は、キャップ本体８（強化プラスチック）の損傷やそ
のキャップ先端部９の変形等を考慮して20kgf以下に設
定されている。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】上記した加圧式プラズ
マ溶接機１では、プラズマトーチ６の基端部側から加圧
力を付与する構造のため、キャップ先端部９で板状ワー
クＷを加圧する際の加圧反力が強化プラスチック製のキ
ャップ本体８に加わる。このため、キャップ本体８の強
度を考慮すると、板状ワークＷに対するキャップ先端部
９の加圧力は、前述のように、20kgfより大きくするこ
とはできない。しかし、ボディの接合部等では板状ワー
クＷの隙間Ｓが3mm程度になることがある。このような
場合には、加圧力を60kgf程度にまで上昇させなければ
その隙間Ｓをプラズマ溶接に適した寸法（0〜1.2mm）に
まで狭めることができない。したがって、隙間Ｓが大き
い部位では前記加圧式プラズマ溶接機１を使用すること
ができない。

【０００７】本発明は、ワークからの加圧反力がキャッ
プ本体に加わらないようにして、ワークに対する加圧力
を高くすることができるようにすることを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記した課題は、請求項
１に記載された加圧式プラズマ溶接機によって解決され
る。本発明によると、押圧機構は、キャップ本体にワー
クからの加圧反力が加わらないように、キャップ先端部
を所定の加圧力でワークに押し付ける。このため、キャ
ップ本体の強度とは無関係にワークに対するキャップ先
端部の加圧力を設定できる。即ち、キャップ本体の強度
が小さくてもワークに対するキャップ先端部の加圧力を
充分大きくできる。したがって、溶接部位におけるワー
クの隙間が大きくてもその隙間を確実にプラズマ溶接す
ることができる寸法にまで狭めることができ、プラズマ
溶接機の適用範囲が広くなる。

【０００９】上記した課題は、請求項２に記載された加
圧式プラズマ溶接機によって解決される。本発明による
と、移動機構の加圧力は押圧機構の加圧力よりも小さく
設定されているため、キャップ本体とキャップ先端部と
を嵌合させた状態で押圧機構によりキャップ先端部を自
由に前進あるいは後退させることができる。

【００１０】上記した課題は、請求項３に記載された加
圧式プラズマ溶接機によって解決される。従来の加圧式
プラズマ溶接機では、キャップ本体とキャップ先端部と
はネジ止めされているため分解に手間が掛かり、ノズル
の先端部分の掃除が容易ではない。このため、ノズル周
囲のシールドガス通路にスパッタが溜まることに起因し
たトラブルが発生し易い。これに対して本発明は、キャ
ップ本体とキャップ先端部とが離隔可能なため、ノズル
の先端部分の掃除が容易になる。このため、ノズル周囲
のシールドガス通路にスパッタ等が溜まり難くなり、前
記スパッタ等に起因したトラブルを低減させることがで
きる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図１から図３に基づいて本
発明の一の実施の形態に係る加圧式プラズマ溶接機の説
明を行う。本実施の形態に係る加圧式プラズマ溶接機は
車両のボディの接合部を溶接する際に使用される溶接機
であり、図１にその溶接機におけるプラズマトーチの分
解状態の縦断面図（Ａ図）及び組立て状態（嵌合状態）
の縦断面図（Ｂ図）が示されている。また、図２は前記
プラズマトーチの詳細縦断面図、図３は前記プラズマト
ーチを支持する支持架台の側面図である。ここで、支持
架台の幅方向をＸ軸方向、前後方向をＹ軸方向、高さ方
向をＺ軸方向として以下の説明を行う。

【００１２】前記加圧式プラズマ溶接機１０はプラズマ
トーチ３０を備えている。前記プラズマトーチ３０はア
ーク放電を利用して高温プラズマ流を発生させ、このガ
ス流を作動ガスとともにノズルを通すことでジェット流
化し、その熱で車両のボディの接合部（以下、板状ワー
クＷという）を溶接するものであり、本体部３２とキャ
ップ先端部３４とから構成される（図１（Ａ）参照）。

【００１３】前記本体部３２はプラズマトーチ３０の主
要部であり、ノズル３５とそのノズル３５の周囲にシー
ルドガスを流すキャップ本体３６とから構成されてい
る。前記ノズル３５の中央には、図２に示されるよう
に、アーク放電用の電極３５ｔが設けられており、その
電極３５ｔの周囲に作動ガスを通す作動ガス用通路３５
ｈが形成されている。そして、前記ノズル３５の先端に
高温プラズマ流と作動ガスとを放出する開孔３５ｋが形
成されている。

【００１４】前記ノズル３５の外周面は先細状の筒体で
あるキャップ本体３６によって囲われており、そのノズ
ル３５とキャップ本体３６との間がシールドガスを流す
シールドガス通路３６ｈとなっている。前記キャップ本
体３６の先端部は、図１、図２に示されるように、後記
するキャップ先端部３４と嵌合可能なように円筒形に成
形されている。なお、キャップ本体３６の材質は強化プ
ラスチックである。

【００１５】前記キャップ先端部３４はキャップ本体３
６の先端に装着されてシールドガスの流れ方向を規制す
るとともに、板状ワークＷの溶接点を加圧するリング状
部材であり、その上面にはキャップ本体３６の先端部が
嵌合されるリング状段部３４ｒが形成されている。な
お、キャップ本体３６とキャップ先端部３４とが嵌合さ
れた状態で両者３６，３４は同軸に保持される。また、
キャップ先端部３４の内壁面３４ｎはノズル３５の先端
形状に沿うように先細状に形成されている。さらに、キ
ャップ先端部３４の先端にはノズル３５の先端面３５ｆ
から板状ワークＷまでの寸法Ｍを一定に保持するための
ピン３４ｐが固定されている。なお、キャップ先端部３
４はＳ４５Ｃ焼入れ材等によって成形される。

【００１６】前記加圧式プラズマ溶接機１０は溶接ロボ
ット（図示されていない）のハンドに取付けられる支持
架台２０を備えている。前記支持架台２０は前記プラズ
マトーチ３０及びその付属ユニット４２，４４を支持す
る角形の架台であり、図３に示されるように、縦方向
（Ｚ軸方向）に基準面２２が形成されている。前記基準
面２２の中央部にはプラズマトーチ３０の本体部３２を
昇降させるトーチ逃がしシリンダ２４が上向きに装着さ
れている。トーチ逃がしシリンダ２４はストロークが約
100mmのエアシリンダであり、そのピストンロッド２４
ｐの先端（上端）にトーチ架台２５が取付けられる。

【００１７】前記トーチ架台２５はプラズマトーチ３０
の本体部３２を下向きに支える側面略Ｚ字形の架台であ
り、そのトーチ架台２５の下板２５ｄの中央に前記本体
部３２が設置されている。この構造により、前記トーチ
逃がしシリンダ２４がピストンロッド２４ｐを突出する
方向に動作すると、プラズマトーチ３０の本体部３２は
待機位置まで上昇する。また、トーチ逃がしシリンダ２
４がピストンロッド２４ｐを収納する方向に動作する
と、プラズマトーチ３０の本体部３２はキャップ先端部
３４と嵌合する位置まで下降する。即ち、前記トーチ逃
がしシリンダ２４及びトーチ架台２５等が本発明の移動
機構に相当する。

【００１８】前記支持架台２０の基準面２２の下部には
下向きに加圧シリンダ２６が取付けられている。加圧シ
リンダ２６はプラズマトーチ３０のキャップ先端部３４
を板状ワークＷの溶接部位に押し付けるためのエアシリ
ンダであり、図示されていない減圧弁によりエア圧を調
整することにより、加圧力（押圧力）を20〜100kgfの間
で変化させることができる。なお、加圧シリンダ２６の
ストロークは約25mmに設定されている。

【００１９】前記加圧シリンダ２６のピストンロッド２
６ｐの先端（下端）には加圧架台２７が取付けられる。
前記加圧架台２７はプラズマトーチ３０のキャップ先端
部３４を本体部３２と同軸に支持する架台であり、その
加圧架台２７の先端部２７ｓの側面に前記キャップ先端
部３４が固定される。この構造により、加圧シリンダ２
６がピストンロッド２６ｐを突出する方向に動作すると
プラズマトーチ３０のキャップ先端部３４は下降して板
状ワークＷに加圧力を付与することができる。また、加
圧シリンダ２６がピストンロッド２６ｐを収納する方向
に動作するとプラズマトーチ３０のキャップ先端部３４
は上昇して基準位置に保持される。即ち、前記加圧シリ
ンダ２６及び加圧架台２７等が本発明の押圧機構に相当
する。

【００２０】前記加圧シリンダ２６の加圧力あるいは戻
り力（上昇力）はトーチ逃がしシリンダ２４の加圧力よ
りも十分大きく設定されている。このため、前記キャッ
プ先端部３４が加圧シリンダ２６によって基準位置に保
持されているときに、そのキャップ先端部３４に対して
トーチ逃がしシリンダ２４の押圧力がプラズマトーチ３
０の本体部３２を介して加わっても、前記キャップ先端
部３４は基準位置に保持される。ここで、前記トーチ逃
がしシリンダ２４はストロークに余裕があるため、基準
位置にあるキャップ先端部３４に対してプラズマトーチ
３０の本体部３２を嵌合させた状態で、キャップ先端部
３４がその位置から下降しても、その本体部３２は基準
位置からさらに10mm程度下降することができる。即ち、
プラズマトーチ３０の本体部３２は基準位置からキャッ
プ先端部３４に追従して下降することができる。

【００２１】前記支持架台２０には基準面２２の裏側に
溶接ワイヤー供給装置４４が設置されており、その溶接
ワイヤー供給装置４４から溶接部位まで溶接ワイヤーを
導くワイヤーガード４４ｗが、図１、図３に示されるよ
うに、キャップ先端部３４の側面に接続されている。

【００２２】次に、本実施の形態に係る加圧式プラズマ
溶接機１０の動作説明を行う。溶接の準備段階では、ト
ーチ逃がしシリンダ２４はピストンロッド２４ｐを突出
する方向に動作されており、プラズマトーチ３０の本体
部３２は待機位置に保持されている。また、加圧シリン
ダ２６はピストンロッド２６ｐを収納する方向に動作さ
れており、プラズマトーチ３０のキャップ先端部３４は
基準位置に保持されている。即ち、溶接の準備段階で
は、プラズマトーチ３０は、図１（Ａ）に示されるよう
に、その本体部３２とキャップ先端部３４とは離隔され
ている。また、板状ワークＷの隙間Ｓに応じてエア圧が
調整され、前記加圧シリンダ２６の加圧力が所定値に設
定される。

【００２３】この状態からトーチ逃がしシリンダ２４が
ピストンロッド２４ｐを収納する方向に動作すると、プ
ラズマトーチ３０の本体部３２が下降し、その本体部３
２のキャップ本体３６は、図１（Ｂ）に示されるよう
に、基準位置にあるキャップ先端部３４と嵌合する。こ
のとき、トーチ逃がしシリンダ２４には10mm程度ストロ
ークに余裕があるため、キャップ先端部３４が基準位置
から数ミリ程度下降してもプラズマトーチ３０の本体部
３２はキャップ先端部３４に追従して下降することがで
きる。

【００２４】前記本体部３２のキャップ本体３６とキャ
ップ先端部３４とが嵌合してプラズマトーチ３０が組み
立てられると、板状ワークＷの溶接が行われる。溶接は
次の手順に従って行われる。先ず、プラズマトーチ３０
の先端が溶接ロボットにより板状ワークＷの溶接点から
軸方向上方に約2mm離れた位置に位置決めされる。次
に、加圧シリンダ２６がピストンロッド２６ｐを突出す
る方向に動作して、プラズマトーチ３０のキャップ先端
部３４が下降（軸方向に前進）して板状ワークＷの溶接
点を加圧する。これによって、図２に示されるように、
重ねられた板状ワークＷの隙間Ｓはプラズマ溶接が可能
な寸法（0〜1.2mm）まで狭められる。この時、前述のよ
うに、プラズマトーチ３０の本体部３２はキャップ先端
部３４に追従するため、両者３２，３４は嵌合状態に保
持される。

【００２５】ここで、板状ワークＷに対する加圧力は、
加圧シリンダ２６から加圧架台２７及びキャップ先端部
３４を介してその板状ワークＷに加えられるため、前記
板状ワークＷからの加圧反力がプラズマトーチ３０の本
体部３２に加わることがない。このように、キャップ先
端部３４によって板状ワークＷの溶接点が加圧されてそ
の隙間Ｓがプラズマ溶接可能な寸法（0〜1.2mm）にまで
狭められると、その板状ワークＷの溶接点がプラズマ溶
接される。

【００２６】溶接が終了すると、加圧シリンダ２６がピ
ストンロッド２６ｐを収納する方向に動作して、プラズ
マトーチ３０のキャップ先端部３４が基準位置まで上昇
する。これによって、板状ワークＷに対する加圧力が除
去される。なお、前記加圧シリンダ２６の加圧力（上昇
力）はトーチ逃がしシリンダ２４の加圧力（押圧力）よ
りも十分大きいため、トーチ逃がしシリンダ２４がキャ
ップ先端部３４に対して下降方向に押圧力を付与してい
る状態でもその押圧力に抗してキャップ先端部３４は基
準位置まで上昇が可能である。

【００２７】次に、溶接ロボットはプラズマトーチ３０
を第二の溶接点まで移動させ、そのプラズマトーチ３０
の先端を溶接点から軸方向上方に約2mmの離れた位置に
位置決めする。そして、上記した手順を繰り返し実行す
ることにより、各々の溶接点を順番に溶接する。このよ
うにして、全ての溶接点の溶接が完了すると、トーチ逃
がしシリンダ２４がプラズマトーチ３０の本体部３２を
上昇させ、その本体部３２とキャップ先端部３４との嵌
合が解除される。これによって、ノズル３５の先端部の
掃除が容易になり、そのノズル３５を囲むシールドガス
通路３６ｈにスパッタＫ等が溜まり難くなり、前記スパ
ッタ等に起因したトラブルが低減する。

【００２８】このように、本実施の形態に係る加圧式プ
ラズマ溶接機１０によると、プラズマトーチ３０の本体
部３２に対して加圧反力が加わらないように、キャップ
先端部３４を所定加圧力で板状ワークＷに押し付けるこ
とができる。このため、前記本体部３２の強度とは無関
係に板状ワークＷに対するキャップ先端部３４の加圧力
を設定することができる。即ち、本体部３２の強度が小
さくても板状ワークＷに対するキャップ先端部３４の加
圧力を隙間Ｓに応じて充分大きくできる。したがって、
溶接点における板状ワークＷの隙間Ｓが様々であっても
その隙間Ｓを確実にプラズマ溶接が可能な寸法にまで狭
めることができ、加圧式プラズマ溶接機１０の適用範囲
が広くなる。

【００２９】また、溶接後にトーチ逃がしシリンダ２４
によって本体部３２とキャップ先端部３４とを離隔する
ことができるため、ノズル３５の先端部分の掃除が容易
になる。このため、ノズル周囲のシールドガス通路３６
ｈにスパッタＫ等が溜まり難くなり、前記スパッタＫ等
に起因したトラブルが低減する。また、圧縮空気等を使
用して自動的にスパッタＫ等の除去を行うことも可能に
なる。なお、加圧シリンダ２６は従来の加圧力（20kg
f）を超える加圧力で板状ワークＷを押圧できるように
構成されているため、従来の加圧式プラズマ溶接機では
溶接が困難であった隙間の広い板状ワークＷであっても
溶接が可能になる。

【００３０】ここで、本実施の形態においては、押圧機
構、移動機構としてエアシリンダを使用したが、これに
限られず、エアシリンダの代わりに例えばボールネジ＆
ナット等を使用することも可能である。また、溶接ワイ
ヤーを使用する加圧式プラズマ溶接機を例に説明を行っ
たが、溶接ワイヤーを使用しない加圧式プラズマ溶接機
においても本発明を適用することは可能である。また、
板状ワークを加圧して溶接する例を示したが、板以外の
ワークを加圧して溶接する場合にも適用が可能である。

【００３１】

【発明の効果】本発明によると、溶接点における板状ワ
ークの隙間を安定してプラズマ溶接が可能な寸法にまで
狭めることができるため、加圧式プラズマ溶接の適用範
囲が広くなる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一の実施の形態に係る加圧式プラズマ
溶接機のプラズマトーチの分解状態を表す縦断面図（Ａ
図）、組立て状態（嵌合状態）を表す縦断面図（Ｂ図）
である。

【図２】本発明の一の実施の形態に係る加圧式プラズマ
溶接機のプラズマトーチの全体縦断面図である。

【図３】本発明の一の実施の形態に係る加圧式プラズマ
溶接機のプラズマトーチを支持する支持架台の側面図で
ある。

【図４】従来の加圧式プラズマ溶接機のプラズマトーチ
を支持する支持架台の側面図である。

【図５】従来の加圧式プラズマ溶接機のプラズマトーチ
の全体縦断面図である。

【符号の説明】

Ｗ 板状ワーク Ｋ スパッタ ２４ トーチ逃がしシリンダ（移動機構） ２５ トーチ架台（移動機構） ２６ 加圧シリンダ（押圧機構） ２７ 加圧架台（押圧機構） ３０ プラズマトーチ ３２ 本体部 ３４ キャップ先端部 ３５ ノズル ３６ キャップ本体 ３６ｈ シールドガス通路

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワークの溶接部位を加圧した状態でプラ
   ズマ溶接する加圧式プラズマ溶接機において、 高温プラズマ流を形成するノズルを有するキャップ本体
   と、 前記キャップ本体と嵌合して、前記キャップ本体とワー
   クとの間に設けられるキャップ先端部と、 前記キャップ本体に前記ワークからの加圧反力が加わら
   ないように、前記キャップ先端部をワークに対して所定
   の加圧力で押し付ける押圧機構と、を有することを特徴
   とする加圧式プラズマ溶接機。
2. 【請求項２】 請求項１に記載された加圧式プラズマ溶
   接機において、 前記キャップ本体をキャップ先端部に対して押し付ける
   ことにより両者を嵌合させる移動機構を備えており、前
   記移動機構の加圧力は押圧機構の加圧力よりも小さく設
   定されていることを特徴とする加圧式プラズマ溶接機。
3. 【請求項３】 請求項１又は請求項２に記載された加圧
   式プラズマ溶接機において、 前記キャップ本体とキャップ先端部とは離隔可能に構成
   されていることを特徴とする加圧式プラズマ溶接機。