JP6112916B2 - Ｔｉｇ溶接装置 - Google Patents

Description

本発明は、タッチスタート方式のＴＩＧ溶接装置に関する。

電気回路は、電気の供給源となる電源や電気を利用して一定の機能を果たす電気部品等を配線で接続して構成されており、電気回路の構築には配線接続または結線の作業が必ず必要になる。一般に、ディスクリートな端子部材同士の接続には、溶接、ハンダ付け、圧着、圧接等が用いられている。これらの結線方法の中で安定性、信頼性、永久性に最も優れているのは溶接である。

従来より、この種の端子部材の溶接には、アーク溶接、抵抗溶接およびＹＡＧレーザ溶接が多く用いられている。もっとも、端子部材の材質が銅または銅合金である場合は、銅の抵抗率が低い（したがって抵抗発熱が少ない）ために抵抗溶接の適用は難しく、またＹＡＧレーザの基本波長（１０６４ｎｍ）に対して銅の反射率が高い（したがってレーザエネルギーの吸収が少ない）ためにＹＡＧレーザの適用も難しいことから、電気の放電現象（アーク放電）を利用するアーク溶接法が多く用いられている。特に、小型の電気部品が含まれる電気回路の端子部材溶接では、非消耗型のトーチ電極（タングステン電極棒）を使用するＴＩＧ溶接法が主流になっている。

非消耗型のトーチ電極を使用するＴＩＧ溶接法において、アーク放電を開始する手法には、スタート時に高周波放電により絶縁破壊を起こしてアークに移行させる高周波発生方式と、スタート時だけトーチ電極と母材つまり被溶接材との間に１０ｋＶ以上の高電圧を印加して絶縁破壊を起こしアークに移行させる直流高電圧印加方式と、高周波を使わずにトーチ電極を被溶接材に接触させて通電を開始した後引き離してアーク放電を発生させるタッチスタート（または、リフトスタート）方式の３種類がある。高周波発生方式や直流高電圧印加方法は、高周波または高電圧を発生する高圧電源を必要とするために溶接機のコストが高くつくことや、高周波または高電圧のノイズが当該電気回路の電気部品や周囲の電子機器に悪い影響を及ぼすことが、多くの溶接現場で嫌がられている。この点、タッチスタート方式は、高周波電源や高圧電源を使用しないため、溶接機のコストを下げることができるうえ、高周波ノイズの問題がない。

特開２０００−７１０７４号公報

一般に、ＴＩＧ溶接法は、先端部を鋭角に研磨したペンシル形のタングステン電極棒をトーチ電極に用いる。タッチスタート方式では、そのようなトーチ電極の尖った先端を被溶接材に安定確実に接触させる必要があり、そのために、トーチ本体を一定のスタート位置から被溶接材に向けて多めに降ろすストロークの誤差をコイルばねに吸収させる技術が従来から知られている（たとえば特許文献１）。

この従来技術によれば、スタート位置でのトーチ電極の先端と被溶接材との離間距離（初期離間距離）が一定の範囲たとえば５〜６ｍｍに収まる場合は、トーチ本体をスタート位置から上記範囲を超える一定のストロークたとえば６．２ｍｍだけ降ろすことによって、トーチ電極の先端を被溶接材に確実に接触させることができる。この場合、初期離間距離がたとえば５．５ｍｍであるとすると、トーチ電極は５．５ｍｍだけ下降する一方で、トーチ本体はそれよりも０．７ｍｍ多く下降し、この超過分（０．７ｍｍ）がコイルばねの収縮変形量となる。また、初期離間距離がたとえば５．７ｍｍあるときは、トーチ本体がトーチ電極よりも０．５ｍｍ多く下降し、この超過分（０．５ｍｍ）がコイルばねの収縮変形量となる。こうしてトーチ電極の先端を被溶接材に安定確実に接触させた状態で通電を開始し、それからトーチ電極の先端を被溶接材から引き離すことで、安定確実にアークを発生させて被溶接材にアーク溶接を施すことができる。

しかしながら、被溶接材に対するトーチの下降（前進）／上昇（後退）駆動にコイルばねを介在させる従来のＴＩＧ溶接装置は、トーチ電極の先端を被溶接材から引き離した時に、つまりトーチを上昇（後退）させた時に、トーチ電極の先端の高さ位置（アーク放電用の離間距離）を一定に制御することができず、このためアークの長さがばらついて、アーク溶接の結果つまり溶接品質がばらつくことが課題となっている。

また、タッチスタート方式では、トーチ電極の先端と被溶接材との接触点がアーク発生の起点となるので、原理的には、該接触点を所望の溶接ポイントに合わせればよい。ところが、従来のＴＩＧ溶接装置においては、実際には、アークが所望の溶接ポイントから横にずれることや曲がることがあり、溶接ポイントに高い精度を求められる重ね継手の溶接ではこのことも課題になっている。

本発明は、上記のような従来技術の課題を解決するものであり、タッチスタート方式において通電を開始した後にトーチ電極の先端を被溶接材から引き離した時の離間距離を設定どおりに制御して、アーク溶接のばらつきを少なくし、溶接品質を向上させるＴＩＧ溶接装置を提供する。

また、本発明は、タッチスタート方式において、特に重ね継手の溶接に際して、アークを所望の溶接ポイントで安定確実に発生させて、アーク溶接のばらつきを少なくし、溶接品質を向上させるＴＩＧ溶接装置を提供する。

本発明の第１の観点におけるＴＩＧ溶接装置は、棒状のトーチ電極を着脱自在に装着して保持するトーチボディと、タッチスタート方式において前記トーチ電極の先端と被溶接材との間で通電を行い、またはアークを発生させるために、前記トーチ電極と前記被溶接材とを含む閉回路内で電流を流す溶接電源と、前記トーチボディに近接してその軸方向で移動可能に設けられる直進可動部材と、前記直進可動部材を前記トーチボディの軸方向で直進移動させるための駆動部と、前記直進可動部材と前記トーチボディとの間に設けられ、前記トーチボディの軸方向で弾性変形するばね部材と、前記ばね部材に抗して前記直進可動部材と前記トーチボディとを任意の相対的位置関係で一体的に固定する固定部とを有する。

上記の装置構成において、タッチスタート方式のＴＩＧ溶接を行うときは、駆動部により直進可動部材を一定のストローク（トーチ電極の先端の初期高さ位置よりも確実に大きいストローク）だけ下降させて、コイルばねをその差分だけ収縮変形させることで、初期高さ位置のばらつきに関係なく、トーチ電極の先端を被溶接材に安定確実に接触させることができる。そして、その接触状態の下で通電を開始し、直後（または直前）に固定部を作動（往動）させることによって、トーチボディをコイルばねに抗してその時の相対的位置関係で直進可動部材に固定することができる。次いで、通電を持続したまま、トーチボディを直進可動部材と一体に所望のストロークつまりアーク放電に最適な離間距離に等しいストロークだけ引き上げることで、トーチ電極の先端を確実に同距離だけ被溶接材Ｗから引き離すことができる。これにより、アークの長さおよび集中性を常に設定通りに制御することが可能であり、アーク溶接の再現性および溶接品質を向上させることができる。

本発明の第２の観点におけるＴＩＧ溶接装置は、鉛直の姿勢で棒状のトーチ電極を着脱自在に装着して保持するトーチボディと、タッチスタート方式において前記トーチ電極の先端と被溶接材との間で通電を行い、またはアークを発生させるために、前記トーチ電極と前記被溶接材とを含む閉回路内で電流を流す溶接電源と、前記トーチボディに近接してその軸方向で移動可能に設けられる直進可動部材と、前記直進可動部材を前記トーチボディの軸方向で直進移動させるための駆動部と、前記直進可動部材よりも高い位置でそれと分離可能に連結するように、前記トーチボディに固着または一体形成されている連結部と、タッチスタート方式において前記トーチ電極と前記被溶接材との間で通電を開始するために前記トーチ電極の先端を前記被溶接材に接触させている時の前記連結部と前記直進可動部材との間の相対的な位置または距離を測定するセンサとを有し、タッチスタート方式において前記トーチ電極と前記被溶接材との間でアークを発生させるために前記トーチ電極の先端を前記被溶接材から予め設定した距離だけ離すように前記駆動部により前記直進可動部材を上昇させる距離を、直前に前記センサにより測定された前記連結部および前記直進可動部材間の距離と前記設定距離とを足し合わせた値にする。

上記の装置構成において、タッチスタート方式のＴＩＧ溶接を行うときは、昇降駆動部により直進可動部材'を一定のストローク（トーチ電極の先端の初期高さ位置よりも確実に大きいストローク）だけ下降させて、直進可動部材をその差分だけトーチボディよりも余分に降下させることにより、初期高さ位置のばらつきに関係なく、トーチ電極の先端を被溶接材に自重で接触させるようにしている。そして、その接触状態の下で通電を開始してから、直進可動部材を一定のストローク（直前にセンサにより測定された直進可動部材および連結部間の離間距離と、アーク放電のためのトーチ電極の先端および被溶接材Ｗ間の設定離間距離とを足し合わせた値）だけ上昇させることで、トーチ電極の先端を確実に同距離だけ被溶接材から引き離すことができる。これにより、アークの長さおよび集中性を常に設定通りに制御することが可能であり、アーク溶接の再現性および溶接品質を向上させることができる。

本発明の第３の観点におけるＴＩＧ溶接装置は、棒状のトーチ電極を着脱自在に装着して保持するトーチボディと、前記トーチ電極の周囲から被溶接材にシールドガスを噴射するために前記トーチボディの先端部に取り付けられる導体からなる筒状のトーチノズルと、第１の出力端子が前記トーチ電極に接続されるとともに、第２の出力端子が前記トーチノズルに接続され、タッチスタート方式において前記トーチ電極の先端と前記被溶接材との間で通電を行い、またはアークを発生させるために、前記トーチ電極と前記被溶接材とを含む閉回路内で電流を流す溶接電源とを有し、タッチスタート方式において前記トーチ電極と前記被溶接材との間で通電を開始するために、前記トーチ電極および前記トーチノズルのそれぞれの先端を前記被溶接材に接触させた状態で前記溶接電源をオンにし、タッチスタート方式において前記トーチ電極と前記被溶接材との間でアークを発生させるために、前記溶接電源をオンにしたままで、かつ前記トーチノズルの先端を前記被溶接材に接触させたままで、前記トーチ電極の先端を前記被溶接材から引き離す。

上記の装置構成においては、トーチノズルがトーチ電極の周囲で被溶接材にシールドガスを噴射するだけでなく、そのリング状の下端が通電用の接触子として被溶接材に接触するので、通電中はトーチ電極の下端の周りで放射状または逆放射状に電流が流れる。これにより、トーチ電極の下端を被溶接材から引き離した時に、トーチ電極の下端と接触点（溶接ポイント）付近との間で縦方向に流れる電流が被溶接材を横方向に流れる電流の作る磁界によって受ける磁気力は、周回方向において全方位均一で偏りがない。このため、アークが所望の溶接ポイントから横にずれることや曲がるようなことがない。このことによって、重ね継手の溶接に際して、アークを所望の溶接ポイントで安定確実に発生させて、アーク溶接のばらつきを少なくし、溶接品質を向上させることができる。

本発明におけるＴＩＧ溶接装置の好ましい一態様として、溶接電源は、上記閉回路内で流す電流を、トーチ電極の先端が被溶接材に接触している時は第１の電流値（好ましくは２０Ａ）以下に制御し、トーチ電極の先端が前記被溶接材から離れてから第１の電流値よりも大きな第２の電流値（好ましくは３０Ａ）以上に制御する。これによって、タッチスタートを繰り返し行うことに因るトーチ電極４２の損傷や消耗を少なくし、電極寿命を延ばすことができる。

本発明のＴＩＧ溶接装置によれば、上記のような構成および作用を有することにより、タッチスタート方式において、通電を開始した後にトーチ電極の先端を被溶接材から引き離した時の離間距離を設定どおりに制御することが可能であり、重ね継手の溶接に際してアークを所望の溶接ポイントで安定確実に発生させることもできる。このことより、アーク溶接のばらつきを少なくし、溶接品質を向上させることができる。

第１の実施形態におけるＴＩＧ溶接装置の全体構成を示す図である。 上記実施形態における被溶接材の一例を示す斜視図である。 上記実施形態においてトーチを上下方向で移動させる昇降機構の要部の構成を示す断面図である。 トーチの要部（下端部）の構成を示す断面図である。 上記ＴＩＧ溶接装置の作用を示す断面図である。 上記ＴＩＧ溶接装置の作用を示す断面図である。 上記ＴＩＧ溶接装置の各部のタイミングまたは波形を示す図である。 第２の実施形態におけるＴＩＧ溶接装置の要部（昇降機構）の構成および作用を示す断面図である。 上記ＴＩＧ溶接装置の作用を示す断面図である。 第３の実施形態におけるＴＩＧ溶接装置の溶接ヘッドの構成を示す断面図である。 上記ＴＩＧ溶接装置の作用を示す断面図である。 上記ＴＩＧ溶接装置の作用を示す断面図である。 第３の実施形態においてトーチ電極の先端の周りで流れる電流の方向を示す平面図である。

以下、添付図を参照して本発明の好適な実施形態を説明する。
［実施形態１］

図１に、本発明の第１の実施形態におけるＴＩＧ溶接装置の全体構成を示す。このＴＩＧ溶接装置は、特に拝み溶接（突き合わせ溶接）に好適に対応できる装置構成となっており、直流式の溶接電源回路、制御回路および各種駆動回路等を内蔵したユニット形態の装置本体１０と、この装置本体１０からの用力の供給と制御の下で電気部品支持体（たとえばアッセンブリまたは回路基板）Ｓ上の被溶接材（母材）Ｗにタッチスタート方式でＴＩＧ溶接を施す溶接ヘッド１２と、シールドガスたとえばアルゴンガスの供給源であるガスボンベ１４とを有する。

溶接ヘッド１２は、板状のベース１６にステージ１８とトーチスタンド２０を併設し、トーチスタンド２０にＴＩＧ溶接用のトーチ２２を昇降可能に搭載している。より詳しくは、ステージ１８は、電気部品支持体Ｓを水平面内のＸＹ方向で移動させるためのＸＹステージ２４と、電気部品支持体Ｓを水平面内の方位角方向（θ方向）で移動させるためのθステージ２６とを有している。一方、トーチスタンド２０に固定されている台２８の上にたとえばサーボモータを駆動源とする昇降駆動部（図示せず）を内蔵した昇降タワー３０が設けられ、この昇降タワー３０に昇降支持軸３２、直進可動部材３４、コイルバネ３５およびばね受け部６４を介して棒状のトーチ２２が鉛直方向に起立した姿勢で上下移動可能に取り付けられている。

水平方向においてトーチ２２の位置は固定されている。装置本体１０よりケーブル２５を介して送られてくる制御信号の下でＸＹステージ２４およびθステージ２６がＸＹ方向の移動動作およびθ方向の移動（回転）動作をそれぞれ行うことにより、ステージ１８に載置されている電気部品支持体Ｓ上でＴＩＧ溶接の対象となる被溶接材Ｗの溶接ポイントをトーチ２２の直下に位置決めすることができる。

トーチ２２は、装置本体１０よりトーチケーブル内蔵のホース３６を介してＴＩＧ溶接用の電力とシールドガスの供給を受けるようになっており、絶縁体たとえば樹脂からなる円筒状のトーチボディ３８とこのトーチボディ３８の先端（下端）部に取り付けられる円筒状または円錐状のトーチノズル４０とを有し、トーチボディ３８およびトーチノズル４０の中にペンシル形のトーチ電極（タングステン電極棒）４２を着脱自在に装着し、トーチノズル４０の下端よりわずかに（通常２〜３ｍｍ）トーチ電極４２の先端４２ａを突出させている。トーチ２２の構成については、後に詳しく説明する。

装置本体１０は、ユニット正面に表示器４４、操作ボタン４６および電源スイッチ４８等をタッチパネル形式で配設し、ユニット側面または背面に外部接続端子またはコネクタ類５０を配設している。ガスボンベ１４よりホース１５に送出されるシールドガスは、装置本体１０を経由してトーチ２２に供給されるようになっている。

図２に、この実施形態における被溶接材（母材）Ｗの一例を示す。この被溶接材Ｗは、たとえば銅または銅合金からなる２つの棒状または板状の端子部材Ｗ₁，Ｗ₂を電気部品支持体Ｓ（図１）上で水平方向に延びている絶縁体（たとえば樹脂製）の電極支持体５２の貫通孔５２ａに通し、両端子部材Ｗ₁，Ｗ₂のそれぞれの上端面（頂面）を略面一に揃えてそれぞれの上端部を一体に合わせたものである。この一体に合わさった端子部材Ｗ₁，Ｗ₂の上端部が、溶接継手ＷＪを形成する。各端子部材Ｗ₁，Ｗ₂の他端（図示せず）は、電気部品支持体Ｓ上に搭載されている電気部品（図示せず）に通じている。

溶接継手ＷＪを避けて、端子部材Ｗ₁，Ｗ₂には、アース電極を構成する一対の接触子（コンタクト）Ｃ₁，Ｃ₂が左右両側から着脱可能に接続される。これらの接触子Ｃ₁，Ｃ₂は、アースケーブル５４を介して装置本体１０内の溶接電源回路に接続されている。

図３に、この実施形態においてトーチ２２を上下方向で移動させる昇降機構の要部の構成を示す。この昇降機構において、昇降支持軸３２は、水平に延びていて、その基端部が昇降タワー３０（図１）内で上記昇降駆動部に結合され、その先端部が直進可動部材３４に結合されている。直進可動部材３４は、樹脂または金属等の剛性部材からなる板体、ブロックまたは筺体として構成されている。直進可動部材３４の中心部には、トーチ２２のトーチボディ３８をその軸方向で移動可能に通す貫通孔５６が形成されている。そして、貫通孔５６の内壁面には、軸対象に一対（または複数対）のソレノイド５８，６０が埋め込まれている。

これらのソレノイド５８，６０は、たとえばプッシュ形のプランジャソレノイドであり、それぞれの可動鉄心５８ａ，６０ａの先端を対向させて貫通孔５６に臨ませ、協働して固定部を構成する。装置本体１０（図１）内のソレノイド駆動回路（図示せず）よりケーブル６１，６２を介して励磁電流を供給されると、プランジャソレノイド５８，６０の可動鉄心５８ａ，６０ａが前進移動または往動してそれぞれの先端をトーチボディ３８の側面に左右両側から押し付け（つまりトーチボディ３８を挟み付け）、コイルばね３５に抗してトーチボディ３８を直進可動部材３４に任意の高さ位置で、つまりトーチボディ３８と直進可動部材３４間の任意の相対的位置関係（または距離関係）で固定するようになっている。

コイルばね３５は、トーチボディ３８と同軸でそれよりも大きな内径を有し、直進可動部材３４とそれよりも低い位置でトーチボディ３８に固着または一体形成されている鍔状またはフランジ状のバネ受け部６４との間に設けられ、トーチボディ３８の軸方向で弾性変形するようになっている。コイルばね３５の上端は直進可動部材３４の下面に固定または結合され、下端はバネ受け部６４の上面に固定または結合されている。

トーチ電極４２の先端４２ａが空中に浮いている時は、トーチ２２の重力がコイルばね３５に加わる。この時、コイルばね３５は、フックの法則により、トーチ２２の重力をそのばね定数で除した値だけ自然長より伸びている。しかし、後述するように、タッチスタート方式においてトーチ電極４２の先端４２ａが被溶接材Ｗに接触する時は、昇降駆動部の下降駆動力が昇降支持軸３２および直進可動部材３４を介してコイルばね３５に加わり、コイルばね３５は直進可動部材３４からの押圧力をそのばね定数で除した値だけ収縮変形する。

コイルばね３５の長さは、直進可動部材３４とバネ受け部６４との間の距離間隔と同一または一体の関係にある。すなわち、外力によりコイルばね３５の長さがたとえばＬ_x（図示せず）だけ変化すると、直進可動部材３４とバネ受け部６４との間の距離間隔もＬ_xだけ変化する。逆に、外力により直進可動部材３４とバネ受け部６４との間の距離間隔がＬ_xだけ変化すると、コイルばね３５の長さもＬ_xだけ変化する。そして、直進可動部材３４とバネ受け部６４との間の距離間隔か、またはコイルばね３５の長さのいずれかが一定値に固定されると、他方も一定値に固定されるようになっている。

また、固定部のプランジャソレノイド５８，６０が往動してトーチボディ３８を挟み付けている時は、その挟着力ないし静止摩擦力がトーチ２２の重力とコイルばね３５の抗力（弾性復帰力）とが足し合わさった力よりも勝るようになっている。したがって、トーチ電極４２の先端４２ａが空中に浮いていても、直進可動部材３４とバネ受け部６４との距離間隔およびコイルばね３５の長さがそれぞれ一定値に保たれたまま、トーチボディ３８は直進可動部材３４と一体に上下移動するようになっている。

図４に、トーチ２２の要部（下端部）の構成を示す。トーチボディ３８内には、タングステンまたはタングステン合金からなるペンシル形のトーチ電極４２を中心部つまりトーチ２２の軸心で保持するためのすり割り付きのコレット６６が設けられている。このコレット６６は、コレットボディ６８に内挿されている。コレット６６は、コレットボディ６８の反対側の端部に設けられた締め付けネジ（図示せず）を締めることによって、すり割り部がコレットボディ６８内部のテーパ部に押し付けられる。これにより、すり割り部が口径を狭める方向に変形してトーチ電極４２を狭着（保持）するようになっている。また、コレットボディ６８の外周面にはねじ山（雄ねじ）６８ａが形成されている。このねじ山６８ａは、トーチノズル４０の内周面に形成されているねじ山（雌ねじ）４０ａと螺合する。

コレット６６とコレットボディ６８との間には、ホース３６よりトーチボディ３８の上部に導入されたシールドガスＳＧを下方に導く円筒状のガス通路７０が形成されている。そして、コレットボディ６８の下端部には周回方向に所定の間隔を置いて複数の通孔６８ｂが形成されている。ガス通路７０を下ってきたシールドガスＳＧは、通孔６８ｂを通ってトーチ電極４２とトーチノズル４０との間の空間またはノズル室７２に出て、このノズル室７２の下端の出口つまり噴出口７４から外に噴出するようになっている。トーチノズル４０は、たとえばセラミック（たとえばアルミナ）からなり、その内周面に失火防止用の薄板状または箔状の導体７６を貼付している。

次に、図５Ａ、図５Ｂおよび図６を参照して、この実施形態におけるＴＩＧ溶接装置の動作を説明する。なお、図６において、トーチ電極先端４２ａの高さ位置の「０」は、被溶接材Ｗ（Ｗ₁，Ｗ₂）の上面の高さ位置に対応している。

先ず、溶接対象の被溶接材Ｗを搭載している電気部品支持体Ｓがステージ１８上に載置されている状態で、ＸＹステージ２４およびθステージ２６が上記のように装置本体１０内の制御部の制御の下で水平面内の位置合わせを行う。この位置合わせ動作により、被溶接材Ｗの溶接継手ＷＪまたは溶接ポイントがトーチ電極４２の真下に位置するようになる。通常は、電気部品支持体Ｓ上で溶接対象となっている全ての溶接継手ＷＪにＸＹ座標が割り当てられるので、オープンループ制御の位置合わせ動作を行ってよい。しかし、モニタカメラ等を用いてフィードバック制御の位置合わせ動作を行うことも可能である。

上記のような水平面内の位置合わせとは別に、高さ方向においても装置本体１０内の制御部の制御の下で昇降タワー３０によりトーチ２２のスタート位置が調整される。このスタート位置の高さ調整により、トーチ電極４２の先端４２ａの初期高さ位置（被溶接材Ｗからの初期離間距離）Ｈ_cは、ある一定の範囲［Ｈ_a〜Ｈ_b］内に収められる。

すなわち、トーチボディ３８におけるトーチ電極４２の装着具合、トーチ電極４２の先端４２ａの摩耗具合、トーチ２２の重量の変動、コイルばね３５の経時変化といった種種の要因により、トーチ電極４２の先端４２ａの初期高さ位置Ｈ_cを毎回同一の値に制御することは殆ど不可能なほど困難であり、ある程度の誤差は避けられない。そこで、このＴＩＧ溶接装置では、初期高さ位置Ｈ_cを一定の範囲［Ｈ_a〜Ｈ_b］内で許容する。そして、タッチスタートにおいて、トーチ電極４２の先端４２ａを被溶接材Ｗに接触させる時は、初期高さ位置Ｈ_cよりも確実に大きい一定のストロークＨ_M（Ｈ_b＜Ｈ_M）だけトーチ２２を下ろし、コイルばね３５を弾性変形させることで、初期高さ位置Ｈ_cの誤差を吸収または補償するようにしている。

なお、同一種類の複数の被溶接材Ｗに対して同一条件のアーク溶接を続けて行う場合は、アーク溶接の終了後にトーチ２２を前回と同じスタート位置に戻すことによって、次回のアーク溶接のための初期高さ位置調整を省くこともできる。

上記のような位置合わせないし初期高さ位置調整が済むと（図５Ａの（ａ））、装置本体１０内の制御部の制御の下で、昇降タワー３０の昇降駆動部が作動して、直進可動部材３４をスタート位置から上記ストロークＨ_Mだけ垂直に下ろす（ｔ＝ｔ₀〜ｔ₂）。

こうしてトーチ２２が下降し、その途中でシールドガスＳＧの供給が開始される（ｔ＝ｔ₁）。そして、トーチ２２がトーチ電極４２の先端４２ａの初期高さ位置Ｈ_cに等しい距離だけ下降すると（ｔ＝ｔ₂）、トーチ電極４２の先端４２ａが被溶接材Ｗに当接し、トーチボディ３８の下降移動はここで止まる（図５Ａの（ｂ））。しかし、昇降駆動部の下降駆動はさらに続いて、直進可動部材３４はコイルばね３５を収縮変形させながらさらに下降する。そして、直進可動部材３４の下降移動量が設定値Ｈ_Mに達すると（ｔ＝ｔ₃）、昇降駆動部の下降駆動が停止し、直進可動部材３４の下降移動も止まる。

このように、トーチ電極４２の先端４２ａの初期高さ位置Ｈ_cと直進可動部材３４の下降ストロークＨ_Mとの差δＨ（δＨ＝Ｈ_M−Ｈ_c）が、コイルばね３５の収縮変形によって補償される。このため、トーチ電極４２の先端４２ａは、その初期高さ位置Ｈ_cにばらつきがあっても、安定確実に被溶接材Ｗに当接することができる。

こうしてトーチ電極４２の先端４２ａが被溶接材Ｗに加圧接触している状態の下で、装置本体１０内で溶接電源回路Ｅ_DCのスイッチＳＷがそれまでのオフ状態からオン状態に切り換えられる（ｔ＝ｔ₄）。そうすると、溶接電源回路Ｅ_DCより直流電圧がトーチ電極４２と被溶接材Ｗとの間に印加される。これにより、溶接電源回路Ｅ_DC→ホース３６内のトーチケーブル３７→トーチ電極４２→溶接継手ＷＪ→端子部材Ｗ₁，Ｗ₂→接触子Ｃ₁，Ｃ₂→アースケーブル５４→オン状態のスイッチＳＷ→溶接電源回路Ｅ_DCの経路（閉回路）で、通電開始の直流電流つまりスタート電流ｉ₁が流れる（図５Ａの（ｃ））。なお、溶接電源回路Ｅ_DCは、その正極の出力端子がアースケーブル５４および接触子Ｃ₁，Ｃ₂を介して被溶接材（Ｗ₁，Ｗ₂）に接続され、負極の出力端子がトーチケーブル３７を介してトーチ電極４２に接続されている。

この時、トーチ電極４２の先端４２ａが被溶接材Ｗに接触しているので、電流ｉ₁の大きさに関係なくアークはまだ発生しない。しかし、この実施形態では、溶接電源回路Ｅ_DCの出力電圧を制御することにより、スタート電流ｉ₁の電流値を一定範囲に制御する。すなわち、トーチ電極４２の寿命を延ばすには、そのままトーチ電極４２の先端４２ａを被溶接材Ｗから引き離した時に被溶接材Ｗを溶かさない程度の弱い放電しか起こさない小さな電流値（通常２０Ａ以下）が好ましい。一方で、トーチ電極４２の先端４２ａを被溶接材Ｗから引き離してアーク溶接にふさわしい高熱のアーク放電を安定確実に発生させるには、この段階（接触状態）の通電において被溶接材Ｗの溶接継手ＷＪに相当のジュール熱を発生させておく必要がある。この実施形態では、これら両面の観点から、スタート電流ｉ₁の電流値を１０〜２０Ａの範囲に制御する。

こうしてトーチ電極４２の先端４２ａが被溶接材Ｗに加圧接触している状態の下で通電を開始した後に、装置本体１０より直進可動部材３４のプランジャソレノイド５８，６０に励磁電流が供給される（ｔ＝ｔ₅）。そうすると、両プランジャソレノイド５８，６０が作動（往動）し、トーチボディ３８を挟み付けて直進可動部材３４に固定する。このような両者（３４，３８）の固定または一体化により、直進可動部材３４とばね受け部６４との距離間隔はコイルばね３５に抗してその時の値Ｌ_Sに固定され（図５Ｂの（ｄ））、コイルばね３５の長さもその時の値に固定される。

こうして、スタート電流ｉ₁を流したまま、かつトーチボディ３８を直進可動部材３４に固定したまま、昇降タワー３０内の昇降駆動部が上昇駆動を開始し（ｔ＝ｔ₆）、昇降支持軸３２および直進可動部材３４をアーク放電用の設定離間距離Ｈ_S（たとえば１ｍｍ）に等しいストロークだけ上方に移動させる。すると、トーチボディ３８も直進可動部材３４と一体に同じストロークだけ上方に移動する結果、トーチ電極４２の先端４２ａは被溶接材Ｗから設定離間距離Ｈ_Sだけ引き離され、その高さ位置で静止する（ｔ＝ｔ₇）。

そして、このトーチ電極４２の引き離しと同時に（ｔ＝ｔ₆〜）、または引き離しが完了した後に（ｔ＝ｔ₈）、溶接電源回路Ｅ_DCの出力電圧が上昇して、上記閉回路内で流れる電流をそれまでのスタート電流ｉ₁よりも一段と大きいアーク放電用の正規の直流電流または主電流ｉ₂に切り換える。この主電流ｉ₂の電流値は、溶接継手ＷＪを溶かすのに十分な高熱のアークを発生させる値（通常３０Ａ以上）に選ばれる。

こうして、主電流ｉ₂が流れている間は、トーチ電極４２（特に先端４２ａ付近）と溶接継手ＷＪとの間でアークＡＣが持続し、溶接継手ＷＪはアークＡＣの熱によって溶融する（図５Ｂの（ｅ））。なお、主電流ｉ₂の電流値を始終一定値に保ってもよいが、溶接継手ＷＪの溶融を促進するために、途中で主電流ｉ₂の電流値をさらにステップ的または漸次的に増大させるような電流波形制御（あるいは逆にダウンスロープの電流波形制御）を用いることも可能である。

そして、通電開始から所定の時間（通常２〜３ｓｅｃ）が経過すると、装置本体１０内でスイッチＳＷがオフ状態に切り換えられる（ｔ＝ｔ₉）。スイッチＳＷがオフして主電流ｉ₂が切られると、その瞬間にアークは消滅する。直後にシールドガスＳＧの供給も止められる（ｔ＝ｔ₁₀）。アークが消滅すると、溶接継手ＷＪの溶融部分が大気中の自然冷却によって直ぐに凝固する。こうして、端子部材Ｗ₁，Ｗ₂は溶接継手ＷＪにて一体またはひと固まりに溶接接合される（図５Ｂの（ｆ））。

溶接ヘッド１２においては、アークが消滅した直後（ｔ＝ｔ₁₁）、昇降駆動部の上昇駆動により、直進可動部材３４がスタンバイ用の高さ位置または次回のスタート位置まで上昇する。この時、トーチボディ３８も直進可動部材３４と同じ距離だけ上昇し、トーチ電極４２の先端４２ａは初期高さ位置Ｈ_cよりも幾らか高い位置Ｈ_Gまで移動する。この直後、プランジャソレノイド５８，６０の励磁電流が切られる（ｔ＝ｔ₁₂）。すると、両プランジャソレノイド５８，６０が復動して、トーチボディ３８から離れる。これにより、トーチボディ３８は、直進可動部材３４に一体に固定されていた拘束状態から開放され、コイルばね３５の弾性復元力（伸長）により幾らか下降する。こうして、トーチ電極４２の先端４２ａが一定範囲内の誤差を伴って初期高さ位置Ｈ_cにセットされる（ｔ＝ｔ₁₃）。

上述したように、この実施形態におけるＴＩＧ溶接装置は、昇降タワー３０の昇降駆動部に結合されている直進可動部材３４とトーチ電極４２を保持するトーチボディ３８との間に、トーチボディ３８の軸方向で伸縮変形可能なコイルばね３５を設けている。タッチスタート方式のＴＩＧ溶接を行うときは、昇降駆動部により直進可動部材３４を一定のストローク（トーチ電極４２の先端４２ａの初期高さ位置Ｈ_cよりも確実に大きいストローク）Ｈ_Mだけ下降させて、コイルばね３５をその差分δＨ（δＨ＝Ｈ_M−Ｈ_c）だけ収縮変形させることにより、初期高さ位置Ｈ_cのばらつきに関係なく、トーチ電極４２の先端４２ａを被溶接材Ｗに安定確実に加圧接触させるようにしている。

そして、その加圧接触状態の下で通電を開始し、直後（または直前）に固定部のプランジャソレノイド５８，６０を作動（往動）させることによって、トーチボディ３８をコイルばね３５に抗してその時の相対的位置関係で直進可動部材３４に固定する。次いで、通電を持続したまま、トーチボディ３８を直進可動部材３４と一体に所望のストロークつまりアーク放電に最適な離間距離Ｈ_Sに等しいストロークだけ引き上げることで、トーチ電極４２の先端４２ａを確実に同距離Ｈ_Sだけ被溶接材Ｗから引き離すことができる。これにより、アークの長さおよび集中性を常に設定通りに制御することが可能であり、アーク溶接の再現性および溶接品質を向上させることができる。

さらに、この実施形態では、トーチ電極４２の先端４２ａを被溶接材Ｗに接触させている時に流すスタート電流ｉ₁を小さめの電流値（１０〜２０Ａ）に制御し、トーチ電極４２の先端４２ａを被溶接材Ｗから引き離してから流す主電流ｉ₂をアーク溶接に適した比較的大きめの電流値（３０Ａ以上）に制御するので、タッチスタートを繰り返し行うことに因るトーチ電極４２の損傷や消耗を少なくし、電極寿命を延ばすことができる。

なお、この実施形態におけるトーチ昇降機構は、トーチ２２を上述したように鉛直方向で移動させる場合はもちろん、斜め方向または横方向で移動させる場合にも使える。

［実施形態２］

次に、図７Ａおよび図７Ｂを参照して、本発明の第２の実施形態におけるＴＩＧ溶接装置について説明する。この第２の実施形態において、上述した第１の実施形態と異なるのは、主にトーチ２２を上下方向で移動させる昇降機構の構成および作用である。そのほかは、上述した第１の実施形態と大体同じである。

この実施形態における直進可動部材３４'は、上記第１の実施形態と同様にトーチボディ３８を鉛直方向で移動可動に通す貫通孔５６を有しているが、ソレノイド（５８，６０）を備えていない。

一方、トーチボディ３８には、直進可動部材３４'よりも高い位置でそれと分離可能に連結する鍔状またはフランジ状の連結部８０が固着または一体形成されている。トーチボディ３８は、トーチ電極４２の先端４２ａが空中に浮いている限り、連結部８０を介して直進可動部材３４'の上に乗り掛かり、直進可動部材３４'と一体に上下移動する。しかし、トーチ電極４２の先端４２ａが物体（特に被溶接材Ｗ）に載っている時は、直進可動部材３４'が下降してもトーチボディ３８はそれに追従せずに該物体の上で不動の姿勢を保つことができる。この時、直進可動部材３４'は連結部８０から下方に離れることができる。

さらに、この実施形態では、連結部８０と直進可動部材３４'との間の相対的な位置または距離を測定するためのセンサ８２が備わっている。図示のセンサ８２は、垂直リニアスケールからなり、連結部８０の側面に取り付けられている鉛直方向に延びる目盛部８４と、この目盛部８４を直進可動部材３４'の高さ位置に応じたレベルで光学的に読み取るように昇降支持軸３２に取り付けられている目盛読取部８６とを有している。目盛読取部８６は、反射式の光学センサからなり、電気ケーブル（図示せず）を介して装置本体１０内の制御回路に電気的に接続されている。

この実施形態においても、アーク溶接を開始する前に、ＸＹステージ２４およびθステージ２６（図１）により水平面内の位置合わせが行われ、被溶接材Ｗ（Ｗ₁，Ｗ₂）の溶接継手ＷＪまたは溶接ポイントがトーチ電極４２の真下に位置決めされる。また、高さ方向においては昇降タワー３０（図１）によりトーチ２２のスタート位置が調整され、トーチ電極４２の先端４２ａの初期高さ位置（被溶接材Ｗからの初期離間距離）Ｈ_cが一定の範囲［Ｈ_a〜Ｈ_b］内に収められる。この時、直進可動部材３４'は、その上面を連結部８０の下面に付けた状態でトーチボディ３８を坦持している（図７Ａの（ａ））。

そして、アーク溶接を実行する時は、始めにタッチスタートを行うために、昇降タワー３０の昇降駆動部が作動して、初期高さ位置Ｈ_cよりも確実に大きい一定のストロークＨ_M（Ｈ_b＜Ｈ_M）だけ直進可動部材３４'を下ろす。これによって、トーチ２２が下降し、その途中でシールドガスＳＧの供給が開始される。そして、トーチ電極４２の先端４２ａの初期高さ位置Ｈ_cに等しい距離だけトーチ２２が下降すると、トーチ電極４２の先端４２ａが被溶接材Ｗ（Ｗ₁，Ｗ₂）に当接し、トーチボディ３８の下降はここで止まる。しかし、昇降駆動部の下降駆動はさらに続き、直進可動部材３４'が連結部８０から分離してさらに下降する。そして、直進可動部材３４'の下降移動量が設定値Ｈ_Mに達した時に、昇降駆動部の下降駆動が停止し、直進可動部材３４'の下降も止まる。装置本体１０内の制御部は、センサ８２を通じて、下降終了後の直進可動部材３４'と連結部８０との離間距離Ｄ_Eを測定することができる。この離間距離Ｄ_Eは、トーチ電極４２の先端４２ａの初期高さ位置Ｈ_cと下降ストロークの設定値Ｈ_Mとの差δＨ（δＨ＝Ｈ_M−Ｈ_c）に等しい。

こうして、トーチボディ３８が直進可動部材３４'から独立（分離）して被溶接材Ｗ上で起立するようになる（図７Ａの（ｂ））。この時、被溶接材Ｗにはトーチ２２の自重が加わる。

このように、トーチ電極４２の先端４２ａの初期高さ位置Ｈ_cと直進可動部材３４の下降ストロークＨ_Mとの差δＨ（δＨ＝Ｈ_M−Ｈ_c）が、直進可動部材３４'のトーチボディ３８からの離間下降によって補償される。このため、トーチ電極４２の先端４２ａは、その初期高さ位置Ｈ_cにばらつきがあっても、安定確実に被溶接材Ｗに当接することになる。

こうしてトーチ電極４２の先端４２ａが被溶接材Ｗに接触している状態の下で、上述した第１の実施形態と同様に、装置本体１０内で溶接電源回路Ｅ_DCのスイッチＳＷがそれまでのオフ状態からオン状態に切り換えられ、トーチ電極４２および溶接継手ＷＪを含む閉回路内で通電開始の直流電流つまりスタート電流ｉ₁が流れる。この場合も、スタート電流ｉ₁の電流値は１０〜２０Ａの範囲に制御される。

そして、スタート電流ｉ₁を流したまま、装置本体１０内の制御部の制御の下で、昇降タワー３０内の昇降駆動部が上昇駆動を開始し、昇降支持軸３２および直進可動部材３４'を所定のストロークＨ_Fだけ上方に移動させる。ここで、このストロークＨ_Fは、直前にセンサ８２により測定された直進可動部材３４'および連結部８０間の離間距離Ｄ_Eと、アーク放電のためのトーチ電極４２の先端４２ａおよび被溶接材Ｗ間の設定離間距離Ｈ_Sとを足し合わせた距離に等しい。すなわち、Ｈ_F＝Ｄ_E＋Ｈ_Sである。直進可動部材３４'は、上記離間距離Ｄ_Eだけ上昇したところで連結部８０に下から当接し、その後はトーチボディ３８を担いだまま設定離間距離Ｈ_Sに等しい距離だけ上昇して止まる。

こうして、スタート電流ｉ₁を流したままトーチ電極４２の先端４２ａを被溶接材Ｗから設定距離Ｈ_Sだけ引き離した後に（または引き離しながら）、上述した第１の実施形態と同様に、溶接電源回路Ｅ_DCの出力電圧が上昇して、上記閉回路内で流れる電流をそれまでのスタート電流ｉ₁よりも一段と大きい主電流ｉ₂に切り換える。この場合も、主電流ｉ₂は、溶接継手ＷＪを溶かすのに十分な高熱のアークを発生させる電流値（通常３０Ａ以上）に制御される。

こうして、主電流ｉ₂が流れている間は、トーチ電極４２（特に先端４２ａ付近）と溶接継手ＷＪとの間でアークＡＣが持続し、溶接継手ＷＪはアークＡＣの熱によって溶融する（図７Ｂの（ｃ））。

そして、通電開始から所定の時間が経過すると、装置本体１０内でスイッチＳＷがオフ状態に切り換えられ、アークが消滅する。直後にシールドガスＳＧの供給も止められる。アークが消滅すると、溶接継手ＷＪの溶融部分が大気中の自然冷却によって直ぐに凝固する。こうして、端子部材Ｗ₁，Ｗ₂は溶接継手ＷＪにて一体またはひと固まりに溶接接合される（図７Ｂの（ｄ））。

溶接ヘッド１２においては、アークが消滅した直後に、昇降駆動部の上昇駆動により、直進可動部材３４'がスタンバイ用の高さ位置または次回のスタート位置まで上昇する。トーチボディ３８は直進可動部材３４と同じ距離だけ上昇し、トーチ電極４２の先端４２ａが一定範囲内の誤差を伴って初期高さ位置Ｈ_cにセットされる。

上述したように、この実施形態におけるＴＩＧ溶接装置は、トーチ電極４２を保持するトーチボディ３８を昇降駆動部に結合されている直進可動部材３４'の貫通孔５６にトーチボディ３８の軸方向（鉛直方向）で移動可能に通し、直進可動部材３４'よりも高い位置でそれと分離可能に連結する連結部８０をトーチボディ３８に固着または一体形成している。また、タッチスタート方式においてトーチ電極４２と被溶接材Ｗとの間で通電を開始するためにトーチ電極４２の先端４２ａを被溶接材Ｗに接触させているときの連結部８０と直進可動部材３４'との間の相対的な位置または距離Ｄ_Eを測定するセンサ８２を備えている。

タッチスタート方式のＴＩＧ溶接を行うときは、昇降駆動部により直進可動部材３４'を一定のストローク（トーチ電極４２の先端４２ａの初期高さ位置Ｈ_cよりも確実に大きいストローク）Ｈ_Mだけ下降させて、直進可動部材３４'をその差分δＨ（δＨ＝Ｈ_M−Ｈ_c）だけトーチボディ３８よりも余分に降下させることにより、初期高さ位置Ｈ_cのばらつきに関係なく、トーチ電極４２の先端４２ａを被溶接材Ｗに自重で接触させるようにしている。

そして、その接触状態の下で通電を開始してから、直進可動部材３４'を一定のストローク（直前にセンサ８２により測定された直進可動部材３４'および連結部８０間の離間距離Ｄ_Eと、アーク放電のためのトーチ電極４２の先端４２ａおよび被溶接材Ｗ間の設定離間距離Ｈ_Sとを足し合わせた距離）Ｈ_Fだけ上昇させることで、トーチ電極４２の先端４２ａを確実に設定離間距離Ｈ_Sだけ被溶接材Ｗから引き離すことができる。これにより、アークの長さおよび集中性を常に設定通りに制御することが可能であり、アーク溶接の再現性および溶接品質を向上させることができる。

さらに、この実施形態でも、トーチ電極４２の先端４２ａを被溶接材Ｗに接触させて通電を開始する時に流すスタート電流ｉ₁を小さめの電流値（１０〜２０Ａ）に制御し、トーチ電極４２の先端４２ａを被溶接材Ｗから引き離してから流す主電流ｉ₂をアーク溶接に適した比較的大きめの電流値（３０Ａ以上）に制御するので、タッチスタートを繰り返し行うことに因るトーチ電極４２の損傷や消耗を少なくし、電極寿命を延ばすことができる。

なお、この実施形態におけるトーチ昇降機構は、トーチ２２の自重を利用して被溶接材Ｗに接触させるので、トーチ２２を鉛直方向で移動させる場合でしか使えない。

［実施形態３］

次に、図８Ａ〜図９を参照して、本発明の第３の実施形態におけるＴＩＧ溶接装置について説明する。この第３の実施形態において、上述した第１の実施形態と異なるのは、被溶接材Ｗ（Ｗ１，Ｗ２）が重ね合わせの継手形態を有することと、溶接ヘッド（特にトーチノズルおよびその回り）の構成および作用である。そのほかは、上述した第１の実施形態と大体同じである。

この実施形態では、図８Ａに示すように、トーチボディ３８の先端部に、導体たとえば銅からなる円筒状または円錐状のトーチノズル８８をトーチボディ３８の軸方向で移動可動に取り付けている。より詳しくは、トーチノズル８８は、その上端部ないし中間部にてトーチボディ３８の下端部に軸方向で摺動可能に嵌まっている。一方、トーチボディ３８にはトーチノズル８８より高い位置に鍔状またはフランジ状の上部ノズルばね受け部９０が固着または一体形成されている。トーチノズル８８の上端部には円筒状のノズル支持部材９２の下端が結合されている。このノズル支持部材９２の上端に下部ノズルばね受け部９４が固定または一体形成合され、この下部ノズルばね受け部９４と上部ノズルばね受け部９０との間に第２コイルばね９６がトーチボディ３８と同軸に設けられている。第２コイルばね９６の上端は上部ノズルばね受け部９０に固定され、下端は下部ノズルばね受け部９４に固定されている。

トーチノズル８８の外周面には端子９８が取り付けられている。この端子９８は、アースケーブル５４を介して装置本体１０内の溶接電源回路Ｅ_DCの正極出力端子に接続されている。トーチボディ３８内では、トーチボディ３８の円筒下端部３８ａの内壁に雌ネジ３８ｂが形成され、この雌ネジ３８ｂにコレットボディ６８の雄ネジ６８ａが螺合している。図８Ａに示すように、トーチ２２がスタート位置で待機している時は、トーチ電極４２の先端４２ａがトーチノズル８８の先端よりも所定値Ｈ_Rだけ内奥（上方）に位置している。この高低差Ｈ_Rは、アーク放電用の離間距離Ｈ_Sよりも大きな値に設定される。

この実施形態においても、アーク溶接を開始する前に、ＸＹステージ２４およびθステージ２６（図１）により水平面内の位置合わせが行われ、被溶接材Ｗ（Ｗ₁，Ｗ₂）の溶接継手ＷＪまたは溶接ポイントがトーチ電極４２の真下に位置決めされる。また、スタート位置の高さ調整により、トーチ電極４２の先端４２ａの初期高さ位置（被溶接材Ｗからの初期離間距離）Ｈ_cが一定の範囲［Ｈ_a〜Ｈ_b］内に収められる。

そして、アーク溶接を実行する時は、装置本体１０内の制御部の制御の下で、昇降タワー３０の昇降駆動部が上述した第１の実施形態と同じ下降駆動を行い、直進可動部材３４を一定のストローク（トーチ電極４２の先端４２ａの初期高さ位置Ｈ_cよりも確実に大きいストローク）Ｈ_Mだけ下降させる。そうすると、第１の実施形態と同様に、トーチ電極４２の先端４２ａが被溶接材Ｗに着いた後も直進可動部材３４が第１コイルばね３５を収縮変形させながらさらにδＨ（δＨ＝Ｈ_M−Ｈ_c）だけ下降する。これにより、初期高さ位置Ｈ_cのばらつきに関係なく、トーチ電極４２の先端４２ａが被溶接材Ｗに安定確実に加圧接触する。

ただし、この実施形態では、直進可動部材３４が上記一定ストロークＨ_Mの下降移動を行う時は、トーチ電極４２の先端４２ａよりも先にトーチノズル８８の先端が被溶接材Ｗに当接し、この時から直進可動部材３４の下降が止まる時まで第２コイルばね９６が収縮変形する。この間に、トーチ電極４２の先端４２ａが被溶接材Ｗに当接し、直進可動部材３４は第１コイルばね３５を収縮変形させながらさらに下降する。そして、直進可動部材３４の下降ストロークが設定値Ｈ_Mに達した時に、昇降駆動部の下降駆動が停止し、直進可動部材３４の下降も止まる。

こうして、トーチ電極４２の先端４２ａが被溶接材Ｗに接触している状態の下で、上述した第１の実施形態と同様に、装置本体１０内で溶接電源回路Ｅ_DCのスイッチＳＷがそれまでのオフ状態からオン状態に切り換えられ、溶接電源回路Ｅ_DC→ホース３６内のトーチケーブル３７→トーチ電極４２→溶接継手ＷＪ→トーチノズル８８→端子９８→アースケーブル５４→オン状態のスイッチＳＷ→溶接電源回路Ｅ_DCの経路（閉回路）で通電開始の直流電流つまりスタート電流ｉ₁が流れる（図８Ｂ）。この場合も、スタート電流ｉ₁の電流値は１０〜２０Ａの範囲に制御される。そして、通電開始後に、直進可動部材３４のプランジャソレノイド５８，６０が作動（往動）して、トーチボディ３８を直進可動部材３４に固定する。

こうして、スタート電流ｉ₁を流したまま、かつトーチボディ３８を直進可動部材３４に固定したまま、昇降タワー３０内の昇降駆動部が上昇駆動を開始し、昇降支持軸３２および直進可動部材３４をアーク放電用の設定離間距離Ｈ_Sに等しいストロークだけ上方に移動させる。そうすると、トーチボディ３８も直進可動部材３４と一体に同じストロークだけ上方に移動する結果、トーチ電極４２の先端４２ａは被溶接材Ｗから設定離間距離Ｈ_Sだけ引き離される。

この時、トーチボディ３８の上昇ストローク（Ｈ_S）は、トーチ電極４２の先端４２ａとトーチノズル８８の先端との間の初期高低差Ｈ_Rを超えない。このため、第２コイルばね９６はまだ収縮状態にあり、したがってトーチノズル８８の先端はまだ被溶接材Ｗに接触している。

こうしてトーチ電極４２の先端を被溶接材Ｗから引き離した後（または引き離しながら）、第１の実施形態と同様に、溶接電源回路Ｅ_DCの出力電圧が上昇して、上記閉回路内で流れる電流をそれまでのスタート電流ｉ₁よりも一段と大きいアーク放電用の正規の直流電流または主電流ｉ₂に切り換える。この場合も、主電流ｉ₂は、溶接継手ＷＪを溶かすのに十分な高熱のアークを発生させる電流値（通常３０Ａ以上）に選ばれる。

こうして、主電流ｉ₂が流れている間は、トーチ電極４２（特に先端４２ａ付近）と溶接継手ＷＪとの間でアークＡＣが持続し、溶接継手ＷＪはアークＡＣの熱によって溶融する（図８Ｃ）。

この実施形態では、トーチノズル８８がトーチ電極４２の周囲で被溶接材Ｗの溶接継手ＷＪにシールドガスを噴射するだけでなく、そのリング状の下端が通電用の接触子として溶接継手ＷＪに接触するので、通電中はトーチ電極４２の下端４２ａの周りで放射状（または逆放射状）に電流ｉ（ｉ₁，ｉ₂）が流れる。これにより、トーチ電極４２の下端４２ａを溶接継手ＷＪから引き離した時に、トーチ電極４２の下端４２ａと接触点（溶接ポイント）付近との間で縦方向に流れる電流に対して、溶接継手ＷＪを横方向に流れる電流の作る磁界が与える磁気力は、周回（θ）方向において全方位均一で偏りがない。このため、アークＡＣが所望の溶接ポイントから横にずれることや曲がるようなことがない。このことによって、重ね継手の溶接に際して、アークを所望の溶接ポイントで安定確実に発生させて、アーク溶接のばらつきを少なくし、溶接品質を向上させることができる。

そして、通電開始から所定の時間が経過すると、装置本体１０内でスイッチＳＷがオフ状態に切り換えられ、アークが消滅する。直後にシールドガスＳＧの供給も止められる。アークが消滅すると、溶接継手ＷＪの溶融部分が大気中の自然冷却によって直ぐに凝固する。こうして、端子部材Ｗ₁，Ｗ₂は溶接継手ＷＪにて一体またはひと固まりに溶接接合される。
溶接ヘッド１２においては、第１の実施形態と同様に、アークが消滅した直後に、昇降駆動部の上昇駆動により、直進可動部材３４がスタンバイ用の高さ位置または次回のスタート位置まで上昇する。その際、直進可動部材３４の上昇移動中に、トーチノズル８８の先端が溶接継手ＷＪから引き離され、トーチノズル８８は第２コイルばね９６を介してトーチボディ３８と一体に上昇する。そして、直進可動部材３４の上昇移動が終了し、固定部のプランジャソレノイド５８，６０が復動した後は、溶接ヘッド１２の各部、特にトーチ２２の下端部の各部は図８Ａに示す状態に戻る。

この第３の実施形態におけるトーチノズル８８およびその回りの構成（９０〜９６）は、第１の実施形態から独立して種種のＴＩＧ溶接装置に適用可能であり、たとえば直動可動部材３４に固定部（ソレノイド）を備えないＴＩＧ溶接装置にも適用可能である。

［他の実施形態又は変形例］

以上、本発明の好適な実施形態について説明したが、上述した実施形態は本発明を限定するものではない。当業者にあっては、具体的な実施態様において本発明の技術思想および技術範囲から逸脱せずに種々の変形・変更を加えることが可能である。

たとえば、上記実施形態のＴＩＧ溶接機は、溶接ヘッド１２のステージ１８に自動位置合わせ機構（ＸＹステージ２４、θステージ２６）を備える。しかし、ステージ１８を手動式の可動ステージに構成することや、あるいは固定式のステージ１８上でワークまたは電気部品支持体Ｓの位置合わせを手動で行うことも可能である。

上記実施形態における各コイルばね３５，９６を実質的に同一の機能を奏する複数のコイルばねあるいは他の種類のばね部材に置き換えることも可能であり、ばね部材として空気ばねを使用してもよい。また、上記実施形態における固定部のプランジャソレノイド５８，６０を実質的に同一の機能を奏する別構造のプランジャソレノイドあるいは他の種類のソレノイドに置き換えることも可能である。

溶接継手ＷＪにおいて、端子部材Ｗ₁，Ｗ₂の材質は銅または銅合金に限定されず、たとえばアルミニウムまたはアルミニウム金合や真鍮等の導体であってもよく、端子部材Ｗ₁の材質と端子部材Ｗ₂の材質が異なっていてもよい。また、端子部材Ｗ₁，Ｗ₂の形状も任意でよく、たとえば断面が矩形の棒体または板体に限らず断面が円形の棒体または板体であってもよい。

１０ 装置本体
１２ 溶接ヘッド
２２ トーチ
３０ 昇降タワー
３４，３４' 直進可動部材
３５ コイルばね
３８ トーチボディ
４０ トーチノズル
４２ トーチ電極
４２ａ （トーチ電極の）先端
５８，６０ プランジャソレノイド
６４ ばね受け部
８０ 連結部
８８ トーチノズル
９０ 上部ばね受け部
９６ コイルばね
９８ 端子
Ｗ 被溶接材
ＷＪ 溶接継手
Ｗ₁，Ｗ₂ 端子部材

Claims (14)

1. 棒状のトーチ電極を着脱自在に装着して保持するトーチボディと、
   タッチスタート方式において前記トーチ電極の先端と被溶接材との間で通電を行い、またはアークを発生させるために、前記トーチ電極と前記被溶接材とを含む閉回路内で電流を流す溶接電源と、
   前記トーチボディに近接してその軸方向で移動可能に設けられる直進可動部材と、
   前記直進可動部材を前記トーチボディの軸方向で直進移動させるための駆動部と、
   前記直進可動部材と前記トーチボディとの間に設けられ、前記トーチボディの軸方向で弾性変形するばね部材と、
   前記ばね部材に抗して前記直進可動部材と前記トーチボディとを任意の相対的位置関係で一体的に固定する固定部と
   を有するＴＩＧ溶接装置。
2. 前記ばね部材は、前記トーチボディと同軸に設けられるコイルばねを有する、請求項１に記載のＴＩＧ溶接装置。
3. 前記直進可動部材は、前記トーチボディをその軸方向で移動可能に通す貫通孔を有する、請求項１または請求項２に記載のＴＩＧ溶接装置。
4. 前記固定部は、ソレノイドを有する、請求項１〜３のいずれか一項に記載のＴＩＧ溶接装置。
5. 前記ソレノイドは、前記直進可動部材に取り付けられ、前記トーチボディと一体に結合するために往動する、請求項４に記載のＴＩＧ溶接装置。
6. 前記ソレノイドは、往動したときに前記トーチボディを挟み付ける複数のプランジャソレノイドを有する、請求項５に記載のＴＩＧ溶接装置。
7. 鉛直の姿勢で棒状のトーチ電極を着脱自在に装着して保持するトーチボディと、
   タッチスタート方式において前記トーチ電極の先端と被溶接材との間で通電を行い、またはアークを発生させるために、前記トーチ電極と前記被溶接材とを含む閉回路内で電流を流す溶接電源と、
   前記トーチボディに近接してその軸方向で移動可能に設けられる直進可動部材と、
   前記直進可動部材を前記トーチボディの軸方向で直進移動させるための駆動部と、
   前記直進可動部材よりも高い位置でそれと分離可能に連結するように、前記トーチボディに固着または一体形成されている連結部と、
   タッチスタート方式において前記トーチ電極と前記被溶接材との間で通電を開始するために前記トーチ電極の先端を前記被溶接材に接触させている時の前記連結部と前記直進可動部材との間の相対的な位置または距離を測定するセンサと
   を有し、
   タッチスタート方式において前記トーチ電極と前記被溶接材との間でアークを発生させるために前記トーチ電極の先端を前記被溶接材から予め設定した距離だけ離すように前記駆動部により前記直進可動部材を上昇させる距離を、直前に前記センサにより測定された前記連結部および前記直進可動部材間の距離と前記設定距離とを足し合わせた値にする、ＴＩＧ溶接装置。
8. 前記直進可動部材は、前記トーチボディをその軸方向で移動可能に通す貫通孔を有し、
   前記連結部は、前記トーチボディに固着または一体形成され、前記トーチボディの側面から水平方向に前記直進可動部材の貫通孔の口径を超える位置まで延びている、
   請求項７に記載のＴＩＧ溶接装置。
9. 棒状のトーチ電極を着脱自在に装着して保持するトーチボディと、
   前記トーチ電極の周囲から被溶接材にシールドガスを噴射するために前記トーチボディの先端部に取り付けられる導体からなる筒状のトーチノズルと、
   第１の出力端子が前記トーチ電極に接続されるとともに、第２の出力端子が前記トーチノズルに接続され、タッチスタート方式において前記トーチ電極の先端と前記被溶接材との間で通電を行い、またはアークを発生させるために、前記トーチ電極と前記被溶接材とを含む閉回路内で電流を流す溶接電源と
   を有し、
   タッチスタート方式において前記トーチ電極と前記被溶接材との間で通電を開始するために、前記トーチ電極および前記トーチノズルのそれぞれの先端を前記被溶接材に接触させた状態で前記溶接電源をオンにし、
   タッチスタート方式において前記トーチ電極と前記被溶接材との間でアークを発生させるために、前記溶接電源をオンにしたままで、かつ前記トーチノズルの先端を前記被溶接材に接触させたままで、前記トーチ電極の先端を前記被溶接材から引き離す、ＴＩＧ溶接装置。
10. 前記トーチノズルは、前記トーチボディの先端部にその軸方向で移動可能に取り付けられる、請求項９に記載のＴＩＧ溶接装置。
11. 前記トーチノズルよりも上方の位置で前記トーチボディに固着または一体形成されているばね受け部と、
    前記ばね受け部と前記トーチノズルとの間に設けられ、前記トーチボディの軸方向で弾性変形するばね部材と
    を有する、請求項１０に記載のＴＩＧ溶接装置。
12. 前記ばね部材は、前記トーチボディと同軸に設けられるコイルばねを有する、請求項１１に記載のＴＩＧ溶接装置。
13. 前記溶接電源は、前記閉回路内で流す電流を、前記トーチ電極の先端が前記被溶接材に接触している時は第１の電流値以下に制御し、前記トーチ電極の先端が前記被溶接材から離れてから前記第１の電流値よりも大きな第２の電流値以上に制御する、請求項１〜１２のいずれか一項に記載のＴＩＧ溶接装置。
14. 前記第１の電流値は２０Ａであり、前記第２の電流値は３０Ａである、請求項１３に記載のＴＩＧ溶接装置。

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