JP7441629B2 - 溶接又は付加製造二重ワイヤ駆動システム - Google Patents

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関連出願の相互参照
本願は、２０１８年１０月１５日出願の米国特許出願第１６／１５９，８０５号明細書の一部継続出願であり、その開示を引用して本明細書中に組み込む。本願は、２０１９年３月７日出願の米国仮特許出願第６２／８１５，０３６号明細書に対する優先権を主張するものであり、その開示を引用して本明細書中に組み込む。

本発明と一致する装置、システム、及び方法は、二重ワイヤ構成による材料溶着に関する。

溶接する場合、多くの場合、溶接ビードの幅を大きくするか、又は溶接中に溶接パドルの長さを長くすることが望ましい。この要望には溶接業界において周知の多くの様々な理由がある可能性がある。例えば、ポロシティを低減するために、溶接パドルを長くして溶接部及び溶加材を長時間溶融状態に保つことが望ましい場合がある。すなわち、溶接パドルが長時間溶融した場合、ビードが凝固する前に、有害ガスが溶接ビードから排出される時間が長くなる。更に、より広い溶接ギャップを被覆するか、又はワイヤ溶着速度を増加させるために、溶接ビードの幅を増加させることが望ましい場合がある。どちらの場合も、電極直径を大きくして用いるのが一般的である。溶接パドルの幅又は長さの両方ではなく、どちらか一方のみを増加させることが望ましい場合でさえも、直径を大きくすると、溶接パドルが長くなり幅が広くなる。しかし、これにはそれなりの欠点がないわけではない。具体的には、より大きな電極が用いられるため、適切な溶接を容易にするために、より多くのエネルギーが溶接アークに必要となる。このエネルギーの増加により、溶接部への入熱量の増加を生じ、用いられる電極の直径が大きいため、溶接作業においてより多くのエネルギーを用いる結果となる。更に、ある特定の機械的用途に対して理想的ではない溶接ビードのプロフィル又は断面を作成する場合がある。電極の直径を大きくするのではなく、２つの小さな電極を同時に用いることが望ましい場合がある。

米国特許第５，８１６，４６６号明細書 米国特許第８，５６９，６５３号明細書

以下の概要は、本明細書中で検討する装置、システム、及び／又は方法の幾つかの態様の基本的な理解を提供するために、簡易化した概要を呈示する。この概要は、本明細書中で検討する装置、システム、及び／又は方法の広範な概略ではない。それは、かかる装置、システム、及び／又は方法の重要な構成要素を特定し、又はそれらの適用範囲を詳細に描写する意図はない。その唯一の目的は、後半で呈示するより詳細な説明への前置きとして、簡略化した形態で幾つかの概念を呈示することにある。

本発明の一態様によれば、溶接又は付加製造ワイヤ駆動システムが提供される。システムは、第１の溶接ワイヤスプール用の第１のスピンドルと、第２の溶接ワイヤスプール用の第２スピンドルと、第１の駆動ロールと、第２の駆動ロールとを含み、ここで第１の駆動ロール及び第２の駆動ロールの一方又は両方は周方向溝を有する。第１の溶接ワイヤスプールからの第１の溶接ワイヤは、周方向溝内の第１の駆動ロールと第２の駆動ロールとの間に位置する。第２の溶接ワイヤスプールからの第２の溶接ワイヤは、周方向溝内の第１の駆動ロールと第２の駆動ロールとの間に位置する。第１の溶接ワイヤは第１の駆動ロールと第２の駆動ロールとの間で第２の溶接ワイヤと当接する。第１の溶接ワイヤは、更に、周方向溝の第１の側壁部分に当接する。第２の溶接ワイヤは、更に、周方向溝の第２の側壁部分に当接する。第１の溶接ワイヤ及び第２の溶接ワイヤの両方は、周方向溝の中央部分から径方向にオフセットされる。

本発明の別の態様によれば、溶接又は付加製造ワイヤ駆動システムが提供される。システムは、第１の溶接ワイヤスプール用の第１のスピンドルと、第２の溶接ワイヤスプール用の第２スピンドルとを含む。第１の駆動ロールは、第１の内側壁と、第１の外側壁と、第１の内側壁と第１の外側壁との間に延在する第１の凹状溝基部とを備える第１の周方向溝を有する。第２の駆動ロールは、第２の内側壁と、第２の外側壁と、第２の内側壁と第２の外側壁との間に延在する第２の凹状溝基部とを備える第２の周方向溝を有する。第２の周方向溝は、第１の周方向溝と整列している。第１の溶接ワイヤスプールからの第１の溶接ワイヤは、第１の周方向溝及び第２の周方向溝の両方における第１の駆動ロールと第２の駆動ロールとの間に位置する。第２の溶接ワイヤスプールからの第２の溶接ワイヤは、第１の周方向溝及び第２の周方向溝の両方における第１の駆動ロールと第２の駆動ロールとの間に位置する。付勢部材は、第１の駆動ロールを第２の駆動ロールに向かって付勢して、第１の溶接ワイヤを第２の溶接ワイヤに強制的に当接させる。第１の溶接ワイヤは、第１の内側壁、第２の内側壁、及び第２の溶接ワイヤのそれぞれと当接する。第２の溶接ワイヤは、第１の外側壁、第２の外側壁、及び第１の溶接ワイヤのそれぞれと当接する。第１の溶接ワイヤ及び第２の溶接ワイヤは、第１の凹状溝基部及び第２の凹状溝基部の両方からオフセットされる。

本発明の別の態様によれば、溶接又は付加製造ワイヤ駆動システムが提供される。システムは、第１の溶接ワイヤスプール用の第１のスピンドルと第２の溶接ワイヤスプール用の第２のスピンドルとを備えるリールスタンドを含む。第１の溶接ワイヤスプールは、リールスタンド上で第２の溶接ワイヤスプールの上に位置する。第１の駆動ロールは第１の環状溝を有し、第２の駆動ロールは第１の環状溝と整列する第２の環状溝を有する。第１の溶接ワイヤスプールからの第１の溶接ワイヤは、第１の環状溝及び第２の環状溝の両方における第１の駆動ロールと第２の駆動ロールとの間に位置する。第２の溶接ワイヤスプールからの第２の溶接ワイヤは、第１の環状溝及び第２の環状溝の両方における第１の駆動ロールと第２の駆動ロールとの間に位置する。付勢部材は、第１の駆動ロールを第２の駆動ロールに向かって付勢して、第１の溶接ワイヤ及び第２の溶接ワイヤを第１の駆動ロールと第２の駆動ロールとの間にクランプする。第１の駆動ロール及び第２の駆動ロールは回転して、同時に、第１の溶接ワイヤを第１の溶接ワイヤスプールから繰り出し、第２の溶接ワイヤを第２の溶接ワイヤスプールから繰り出す。第１の溶接ワイヤスプール及び第２の溶接ワイヤスプールは繰り出し中に反対方向に回転する。

発明の前述及び他の態様は、添付図面を参照して以下の説明を読み取った上で発明に関係する当業者にとって明らかとなるであろう。

図１は、例示的な溶接システムの略図である。 図２は、例示的な溶接システムの斜視図である。 図３は、例示的なワイヤ送給装置の側面図である。 図４は、例示的なワイヤ送給装置の斜視図である。 図５は、例示的なワイヤ送給装置の側面図である。 図６は、例示的なリールスタンドの斜視図である。 図７は、例示的な駆動ロールを示す。 図８は、例示的な駆動ロールの斜視図である。 図９は、二重ワイヤを送給する駆動ロールの断面を示す。 図１０は、二重ワイヤを送給する駆動ロールの断面を示す。 図１１は、二重ワイヤを送給する駆動ロールの断面を示す。 図１２は、二重ワイヤを送給する駆動ロールの断面を示す。 図１３は、二重ワイヤを送給する駆動ロールの断面を示す。 図１４は、二重ワイヤを送給する駆動ロールの断面を示す。 図１５は、二重ワイヤを送給する駆動ロールの断面を示す。

発明の例示的な実施形態を、ここで、添付図面を参照して以下で説明する。説明する例示的な実施形態は、発明の理解を支援することを目的としており、どのような形でも発明の適用範囲を限定することを意図していない。全体を通して同様の参照符号は同様の構成要素を指している。

本明細書中で用いるように、「少なくとも１つ」、「１つ以上」、及び「及び／又は」は、動作において接続的及び離接的の両方である非限定的表現である。例えば、「Ａ、Ｂ、及びＣのうちの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、又はＣのうちの少なくとも１つ」、「Ａ、Ｂ、及びＣのうちの１つ以上」、「Ａ、Ｂ、又はＣのうちの１つ以上」、及び「Ａ、Ｂ、及び／又はＣ」という表現のそれぞれは、Ａ単体、Ｂ単体、Ｃ単体、ＡとＢと共に、ＡとＣと共に、ＢとＣと共に、或いは、Ａ、Ｂ、及びＣと共に、を意味する。２つ以上の代替用語を呈する任意の離接語又は句は、実施形態、特許請求の範囲、又は図面内であろうとなかろうと、その用語のうちの含まれる１つ、用語のどちらか一方、又は両方の用語の可能性を考慮するよう理解するべきである。例えば、「Ａ又はＢ」という句は「Ａ」或いは「Ｂ」若しくは「Ａ及びＢ」の可能性を含むよう理解するべきである。

本発明の実施形態を、溶接システムの文脈において本明細書中で説明する。溶接システム例は、ガスメタルアーク溶接（ＧＭＡＷ）システム、サブマージアーク溶接（ＳＡＷ）システム、フラックス入りアーク溶接（ＦＣＡＷ）システム、メタル入りアーク溶接（ＭＣＡＷ）システム等を含む。更に、本明細書中で説明する電極は固体電極であり得るが、本発明の実施形態を固体電極の使用に限定しない。例えば、フラックス入り電極及びメタル入り電極も、本発明の精神又は適用範囲から逸脱することなく用いることができる。更に、本発明の実施形態は、手動、半自動、及びロボット溶接作業でも用いることができる。かかるシステムは周知であるため、それらを本明細書中で詳細に説明しない。

本発明の実施形態を、溶接システムの文脈において説明する。しかし、溶接作業に加えて、実施形態は、付加製造プロセス及び駆動ワイヤ電極を含む他の溶接型プロセス（例えば、硬化肉盛）において用いることができる。

ここで図面を参照すると、図１は、溶接システム１００の例示的な実施形態を示している。溶接システム１００は、溶接トーチ１１１及びワイヤ送給装置１０５の両方に結合される溶接電源すなわち電力供給装置１０９を含む。電源１０９は、溶接電流及び溶接波形、例えば、パルス溶射、ＳＴＴ、及び／又はショートアーク型溶接波形を送出することが可能な任意の公知の種類の溶接電源とすることができる。かかる電力供給装置の構成、設計、及び動作は周知されているため、それらを本明細書中で詳細に説明する必要はない。また、溶接電力は１つを超える電力供給装置によって同時に供給することができ、かかるシステムの動作も重ねて公知であることに留意されたい。電源１０９は、また、ユーザが溶接作業のための制御又は溶接パラメータを入力することができるようユーザインターフェースに結合されるコントローラ１２０も含むことができる。コントローラ１２０は、溶接プロセスの動作及び溶接波形の生成を制御するために用いられるプロセッサ、ＣＰＵ、メモリ等を有することができる。トーチ１１１は、公知の手動、半自動、又はロボット溶接トーチと同様に構成することができ、ストレート又はグースネック型のものとすることができる。ワイヤ送給装置１０５は、電極ソース１０１及び１０３からそれぞれワイヤ電極Ｅ１及びＥ２を引き出し、これらは、リール、スプール、コンテナ等の任意の公知の種類のものとすることができる。ワイヤ送給装置１０５は、駆動ロール１０７を用いて電極すなわち溶接ワイヤＥ１及びＥ２を引き出し、電極をトーチ１１１に押したり又は引いたりする。駆動ロール１０７の詳細を、以下で更に検討する。駆動ロール１０７及びワイヤ送給装置１０５は、二重電極溶接作業用に構成されている。すなわち、それらは、アークを生成し、母材Ｗを溶接するためのトーチ１１１へ同時に両方の電極Ｅ１及びＥ２を供給する。図示するように、ワイヤ送給装置１０５は、溶接動作の公知の構成と一致する電源１０９に動作可能に接続される。

駆動ロール１０７によって駆動されると、電極Ｅ１及びＥ２は、ライナ１１３を通過して、電極Ｅ１及びＥ２をトーチ１１１に送ることができる。ライナ１１３は、トーチ１１１への電極Ｅ１及びＥ２の通過を可能にするよう適切な大きさとなっている。例えば、直径０．０３０インチの２つの電極に対して、標準的な内径０．０６２５インチのライナ１１３（通常、単一の直径０．０６２５インチの電極に用いられる）は修正せずに用いることができる。

ある特定の実施形態において、ワイヤ電極Ｅ１、Ｅ２は異なる直径を有することができる。すなわち、本発明の実施形態は、第１の大きな直径の電極と第２の小さな直径の電極とを用いることができる。かかる実施形態において、異なる厚さの２つの母材をより便利に溶接することが可能であってもよい。例えば、大きな電極を大きな母材に向けることができる一方で、小さな電極を小さな母材に向けることができる。更に、本発明の実施形態は、ＧＭＡＷ、ＳＡＷ、ＦＣＡＷ、及びＭＣＡＷを含むがこれらに限定されない多くの異なる種類の溶接作業に用いることができる。加えて、本発明の実施形態は、異なる電極種類で利用することができる。例えば、有芯電極（例えば、フラックス入り又はメタル入り）は無芯又は固体電極と結合することができると考えられる。更に、異なる組成の電極を用いて、所望の溶接特性及び最終溶接ビードの組成を達成することができる。２つの異なるが互換性のある消耗品を組み合わせて、所望の溶接継手を作成することができる。例えば、異なる組成の硬化肉盛ワイヤ、ステンレスワイヤ、ニッケル合金、及び鋼線等の互換性のある消耗品を組み合わせることができる。具体的な一例として、軟鋼線をオーバーアロイワイヤと組み合わせて、３０９ステンレス鋼組成物を作成することができる。これは、要望する種類の単一消耗品が望ましい溶接特性を持たない場合に有利である可能性がある。例えば、特殊溶接用の幾つかの消耗品は、所望の溶接化学的性質を提供するが、用いるのが非常に難しく、満足のいく溶接を提供するのが困難である。しかし、本発明の実施形態は、所望の溶接化学的性質を作成するために組み合わされるよう、より溶接し易い２つの消耗品の使用を可能にする。本発明の実施形態は、さもなければ市販されていないか、又はさもなければ製造するのに非常に高価な合金／溶着化学的性質を生成するために用いることができる。従って、２つの異なる消耗品は、高価な又は入手できない消耗品の必要をなくすために用いることができる。更に、実施形態は希釈合金を作成するために用いることができる。例えば、第１の溶接ワイヤは一般的な安価な合金であってもよく、第２の溶接ワイヤは特殊ワイヤであってもよい。結果として生じる溶着は、２つのワイヤの平均であり、溶滴の形成において良好に混合され、高価な特殊ワイヤに優って２つのワイヤの平均コストはより低くなる。更に、幾つかの用途において、所望の溶着は、適切な消耗品の化学的性質に欠けるため利用できない可能性があるが、溶滴内で混合され、単一の液滴として溶着する２つの標準合金ワイヤを混合することによって達成することができる。更に、耐摩耗性金属の用途等の幾つかの用途において、所望の溶着は、１つのワイヤからの炭化タングステン粒子と別のワイヤからの炭化クロム粒子との組み合わせであってもよい。更に別の用途において、より大きな粒子を内部に収容するより大きなワイヤを、より少ない粒子又はより小さな粒子を含むより小さなワイヤと混合されて、２つのワイヤの混合物を溶着させる。ここで、各ワイヤからの予想される寄与は、ワイヤの大きさに比例する。更に、２つのワイヤ電極を同時に利用する例示的な実施形態が本明細書中で検討されるが、本発明の他の実施形態は３つ以上の電極を利用することができる。例えば、本明細書中に記載される説明及び検討と一致する３つ以上の電極構成を利用できることが考えられる。

図２は、溶接システム１００の斜視図を提供する。ワイヤ送給装置１０５は、特定用途において用いるための電極ソース１０１、１０３からワイヤ電極Ｅ１、Ｅ２を搬送するための駆動ロールを備えている。ワイヤ電極Ｅ１、Ｅ２は、リール、スプール、又はコンテナ（例えば、ボックス又はドラム）から連続的に引き出され、現在の実施形態において溶接物である母材Ｗに送出されてもよい。ワイヤ送給装置１０５は、ワイヤ電極Ｅ１、Ｅ２を適用作業現場又は母材Ｗへ駆動する電動機等の１つ以上の原動装置からの電力を利用する駆動アセンブリを含んでいてもよい。

溶接電源１０９は、図示されていない搭載変圧器及びプロセッサ制御インバータ又はチョッパ回路に向けられる外部供給源（例えば、商用電源）からの電気入力電力を受け取ってもよい。電源１０９からの出力は、溶接出力端子１２１又は溶接電源のスタッドを介して提供されてもよい。溶接ガン又はトーチ１１１及びワイヤ導管は、当該技術分野において公知の方法で母材Ｗに溶接電流を送出するために溶接ワイヤ送給装置１０５を介して溶接電源１０９に電気的に接続されてもよい。結果として、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２はトーチ１１１を介して送給され、溶接プロセスを実施するために適した任意の方法で、用途及び／又はエンドユーザの裁量で計量供給、すなわち定量投入される。電極Ｅ１、Ｅ２は溶接アークを生じさせるために電気を伝導し、電極は、グラウンドよりも実質的に大きくてもよい溶接電源１０９の出力電圧に等しいか又は略等しい電位を有する母材Ｗに搬送されることに留意されたい。

ワイヤ電極Ｅ１、Ｅ２を搬送する異なる形態は当該技術分野において公知であり、その例には、原動装置によって供給される動力又はトルクを介して電極をトーチ１１１に押すことが含まれる。電極を運ぶ他の形態には、複数の原動装置を利用するプッシュ／プル形態が含まれる。電極Ｅ１、Ｅ２はトーチ１１１に送出され、トーチ１１１はユーザの裁量で電極を分配するためのトリガ又は他の作動機構を有していてもよい。時には、電極Ｅ１、Ｅ２を可変送給速度で送出する必要があってもよい。従って、原動装置は、電極Ｅ１、Ｅ２のワイヤ送給速度（ＷＦＳ）を変更するために調整可能な出力を有している。特に、ワイヤ送給装置１０５の駆動モータは、ＷＦＳを調整する可変速モータであってもよい。

駆動モータ１２３を図３に示す。ワイヤ送給装置１０５及び／又は駆動モータ１２３は、溶接電源１０９又は完全に別個の電源から動作電力を引き出してもよい。溶接ワイヤ送給装置１０５及び／又は駆動モータ１２３を動作させる電力を供給する任意の方法は、本発明の実施形態で用いるのに適切であるような、確実な技術的判断により選択されてもよい。

図２及び図３を参照すると、溶接ワイヤ送給装置１０５は、駆動アセンブリ又は駆動ロールアセンブリを含んでいてもよい。上述のように、ワイヤ送給装置モータとも称される駆動モータ１２３は、第１及び第２の溶接ワイヤＥ１、Ｅ２をワイヤ送給装置を介してトーチ１１１に、その後母材Ｗに搬送するよう動力、すなわちトルクを伝達する。溶接ワイヤを適切な方向、すなわち、母材Ｗに向かって押したり又は引いたりするために溶接ワイヤＥ１、Ｅ２を把持する駆動ロール１０７が含まれる。駆動ロール１０７のセットは垂直に整列され、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２が同時に通過する、対応して整列する環状又は円周溝を有する。駆動ロール１０７の垂直に整列されたセットが反対方向に回転して、ワイヤ送給装置１０５を介して溶接ワイヤＥ１、Ｅ２を駆動することが見て取ることができる。例えば、図３において、上部駆動ロール１０７は時計回りに回転し、下部駆動ロールは反時計回りに回転する。駆動ロール１０７は、円筒形構成、又はより具体的には円盤状であってもよいが、特定の構成は制限するものとして解釈すべきではない。駆動ロール１０７の表面、すなわち外周は、耐久性があり、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２を把持するのに適した鋼等の十分に硬化した材料で構成されてもよい。図示するように、駆動ロール１０７はワイヤ軌道に沿って対で配設されてもよく、対のうちの各駆動ロールは、ロールのそれぞれの外周部分がワイヤの両側に（例えば、上下から）係合するように、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２の両側に支持される。それぞれの駆動ロール１０７の中心軸は、互いに略平行に延在し、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２の軌道を概して横断することに留意されたい。

ワイヤ送給装置１０５は、駆動ロール１０７の垂直に整列されたセットを互いに向かって付勢する付勢部材を含むことができる。付勢部材は、駆動ロール１０７が溶接ワイヤＥ１、Ｅ２に印加するクランプ力又は圧縮を設定する。例えば、ワイヤ送給装置１０５は、駆動ロールが溶接ワイヤＥ１、Ｅ２に印加する圧縮を設定するよう、１つ以上の駆動ロール１０７に付勢力を印加する付勢ばね１２５を含むことができる。図３の例示的な実施形態において、付勢ばね１２５は、付勢ばね１２５の圧縮を調整するよう内側及び外側に移動することができる調整ロッド１２７に取り付けられている。付勢ばね１２５の力は、枢動レバー１２９を介して上部駆動ロール１０７に伝達される。上述したように、駆動ロール１０７の垂直に整列されたセットは、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２が同時に通過する対応する整列された環状又は円周溝を有する。すなわち、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、共に上部駆動ロール及び下部駆動ロールの溝に位置する。溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、付勢ばね１２５によって駆動ロール１０７に印加される付勢力により、溝内で加圧又は圧縮される。以下で更に説明するように、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、駆動ロール１０７によって加圧されると、溝内で互いに当接させられる。溶接ワイヤＥ１、Ｅ２に印加される上／下方向の圧縮力に加えて、横方向の圧縮力も溶接ワイヤＥ１、Ｅ２に印加されて、それらを共に溝の内側に押し付ける。横方向の圧縮力は溝の側壁の形状を介して提供される。

図４及び図５は、マルチワイヤ溶接用途のために取り付けられるリールスタンド１１８を有するワイヤ送給装置１０５ａを示している。ワイヤ送給装置１０５ａは共通ベース１２２を有し、ワイヤ送給装置及びリールスタンド１１８は互いに及び共通ベースに取り付けられている（例えば、ボルト締め、ねじ止め等）。リールスタンド１１８は、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２が巻回されるそれぞれの溶接ワイヤスプール１０１、１０３を支持するための少なくとも２つのスピンドル１２４、１２６を有する。モータ及び駆動ロールアセンブリ１２８（例えば、図３に関して上で検討したような）は、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２の両方を同時に溶接トーチに送出することができる。溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、上で検討したように、同じ直径及び組成を有するか、又は異なる直径及び／又は組成を有することができる。

スピンドル１２４、１２６及びワイヤスプール１０１、１０３は、オペレータにより容易にアクセス可能である。スプール１０１、１０３は、他のスプールを妨害することなく個々に取り外し、交換することができる。リールスタンド１１８によって提供される容易なアクセスは、オペレータが、溶着作業（例えば、溶接、付加製造等）に対する最小限の中断でスプールを迅速に交換することを可能にする。

図４及び図５において、スピンドル１２４、１２６は、リールスタンド１１８から同じ方向に横方向に突出し、モータ及び駆動ロールアセンブリ１２８の後方でリールスタンドの共通側面上に位置している。上部スピンドル１２４は下部スピンドル１２６よりもリールスタンド１１８上で高く位置し、上部スプール１０１は下部スプール１０３の上方に位置している。モータ内の駆動ロール及び駆動ロールアセンブリ１２８が回転すると、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は同時にスプール１０１、１０３から繰り出される。スプール１０１、１０３がスピンドル１２４、１２６上でどのように配向されるかに応じて、スピンドル及びスプールは反対方向又は同じ方向に回転することができる。図５において、上部スピンドル１２４及びスプール１０１は繰り出し中に時計回りに回転し、下部スピンドル１２６及びスプール１０３は反時計回りに回転する。かかる構成は、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２の両方が、モータ及び駆動ロールアセンブリの送給方向に対して適度な角度でモータ及び駆動ロールアセンブリ１２８に送給されることを可能にする。

スピンドルは、また、横方向の反対に突出するようリールスタンドの対向側面上にも位置することができる。かかるリールスタンド１３０の一実施例を図６に示す。図６のリールスタンド１３０は、ワイヤ送給装置に構造的に取り付けられていない自由リールスタンドである。スピンドル１２４ａ、１２６ａはリールスタンド１３０の対向側面上に位置している。ある特定の実施形態において、リールスタンド１３０は、リールスタンドを吊設するためのリフトベイル１３２を含むことができる。

図に示す例示的な実施形態は二重ワイヤ溶接システム用のワイヤ送給装置及びリールスタンドを示しているが、ワイヤ送給装置及びリールスタンドは、３、４、又は４つを超えるワイヤ電極等の２つを超えるワイヤ電極を駆動及び／又は支持するよう構成することができることは言うまでもない。溶接ワイヤ送給装置の構造に関する更なる詳細は、１９９８年１０月６日に発行された（特許文献１）及び２０１３年１０月２９日に発行された（特許文献２）において見ることができ、その両方を本明細書中に引用して組み込む。

図７及び図８は、例示的な駆動ロール１０７を示している。駆動ロールは中央の穴を有している。ボアの内面は、駆動ギア等の駆動機構上の突出部を受け入れて駆動トルクを駆動ロール１０７に伝達するための輪郭凹部１３１を含むことができる。駆動ロール１０７は、１つ以上の環状又は周方向のワイヤ受入溝１３３、１３５を含む。ワイヤ受入溝１３３、１３５は、駆動ロール１０７の円周に沿って軸方向に間隔を空けて配置されている。ワイヤ受入溝１３３、１３５は、２本の溶接ワイヤを受け入れるよう設計されている。駆動ロール１０７と共に用いる例示的な標準溶接ワイヤ直径は、０．０３０インチ、０．０３５インチ、０．０４０インチ、０．０４５インチ等を含む。ワイヤ受入溝１３３、１３５は、互いに同じ幅及び深さを有することができるか、又は二重溶接ワイヤの様々な大きさ若しくは組み合わせに対応するよう異なる幅及び深さを有することができる。ワイヤ受入溝１３３、１３５がそれぞれ同じ幅及び深さを有する場合、駆動ロール１０７は、１つの溝が摩耗した場合に、単に駆動ロールをひっくり返して、それをワイヤ送給装置に再設置することによって再利用することができる。ワイヤ受入溝１３３、１３５は、同じ直径を有する２本のワイヤ、又は異なる直径を有する２本のワイヤを同時に駆動するよう構成することができる。図７において、ワイヤ受入溝１３３、１３５は、直線状、角度のある、又は内側にテーパの付いた側壁と、側壁間に延在する平坦な基部として構成される中央部分とを有する台形状を有する。しかし、ワイヤ受入溝１３３、１３５は、例えば、湾曲した凹状の中央部分又は溝基部を有する等、台形状以外の他の形状を有することができる。ある特定の実施形態において、溝１３３、１３５は、溶接ワイヤを把持するのを助けるようローレット加工又は他の摩擦表面処理を含むことができる。

図９～図１４は、二重溶接ワイヤを供給するためのワイヤ送給装置に取り付けられる場合の例示的な駆動ロール１０７の部分断面図を示している。駆動ロール１０７は、第１のＥ１及び第２のＥ２溶接ワイヤにクランプ力を提供するよう共に付勢される。溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は両方とも、上部及び下部駆動ロール１０７の環状溝に位置している。環状溝は整列しており、台形状を有することができる。図９において、台形状は、内側壁１３７、外側壁１３９、及び側壁間に延在する溝基部１４１によって形成される二等辺台形である。二等辺台形状は、駆動ロール１０７の外周面からの断面凹部として反転している。

駆動ロール１０７に印加される付勢力により、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、溝を形成する上部側壁１３７及び下部側壁１３９と隣接する溶接ワイヤとの間において環状溝内でクランプされる。溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、環状溝内の３つの接触点を介して安定して保持される。このクランプシステムにより、両方のワイヤを一貫した方法でワイヤ送給装置に供給することが可能となる。２本の溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、送給中に互いを支持し、摩擦によって互いを引き寄せる。環状溝の内側１３７及び外側１３９の側壁は傾斜しているため、それらは溶接ワイヤＥ１、Ｅ２に垂直及び水平両方のクランプ力を印加する。水平クランプ力は溶接ワイヤＥ１、Ｅ２を共に押圧し、それらを上下ロール１０７上の溝の間で互いに当接させる。ある特定の実施形態において、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、溝の中央部分から径方向にオフセットされるように、例えば、溝基部１４１から径方向にオフセットされるように、環状溝内でクランプされる。すなわち、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、溶接ワイヤと溝基部１４１との間に間隙が存在するように、互いと溝の傾斜側壁１３７、１３９との間に押し付けられる。これは図９において明確に見て取ることができる。

上で検討したクランプシステムは、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２の直径における幾らかの変動（例えば、製造公差による）を可能にする。各溶接ワイヤＥ１、Ｅ２が駆動ロール１０７内にそれ専用の環状溝を有し、溶接ワイヤの一方が他方よりわずかに大きい場合、小さい溶接ワイヤは駆動ロール間に適切にクランプされない可能性がある。かかる状況において、より大きな溶接ワイヤは、互いに向かう駆動ロール１０７の径方向変位を制限し、それにより、より小さなワイヤの適切なクランプを妨げる。これは、送給問題と、送給中の小さい溶接ワイヤのいわゆるバードネスティングの原因となる可能性がある。クランプシステムは自己調整式であるため、上で検討したクランプシステムは異なる大きさのワイヤに適応することができる。図１０において見て取ることができるように、一方の溶接ワイヤＥ１が他方Ｅ２よりも大きい場合、ワイヤ間の接触点は、環状溝内の中央位置から小さいワイヤに向かって軸方向にシフトする。３つの接触点は、溝の側壁１３７、１３９及び隣接する溶接ワイヤにより、各溶接ワイヤＥ１、Ｅ２上に維持される。

図１１は、二等辺台形の代わりに鋭角の台形状を有する断面を持つ環状溝１４３を有する駆動ロール１０７を示している。溝の内側１４５及び外側１４７の側壁は、異なる長さを有し、駆動ロールの外周面と異なる角度を形成している。図１２において、駆動ロール１０７は、直角台形状を有する環状溝１４９を有している。鋭角及び直角台形溝は、二等辺台形よりも溶接ワイヤ直径の大きな差に対応することができる。従って、溝が０．０４５インチ溶接ワイヤを有する０．０４０インチ溶接ワイヤ等、異なる直径同士を有する溶接ワイヤを駆動するよう意図される場合、鋭角及び直角台形溝を用いることができる。ある特定の実施形態において、溝の側壁及び／又は基部は湾曲していてもよい（例えば、凹面又は凸面）。また、台形溝の側壁と基部との間の内角移行部は、湾曲又は丸みを帯びていてもよい。図１３は、凹状湾曲又は丸みを帯びた中央部分（例えば、溝基部１５２）によって接合された直線状の角度付き側壁１５０を持つ環状溝を有する例示的な駆動ロールを示している。例示的な実施形態において、側壁１５０と駆動ロール１０７の外周との間の角度は約１５０°であるが、他の角度も可能であり、確実な技術的判断により特定することができる。

図１４は、一方の駆動ロール１０７が溶接ワイヤＥ１、Ｅ２用の台形溝を有し、他方の駆動ロール１０７ａが非台形溝を有する例示的な実施形態を示している。図１４において、非台形溝の形状は長方形であるが、他の形状も可能である。例えば、非台形溝は、楕円形又は丸みを帯びた形状等、湾曲していてもよい。更に、台形溝は、下部駆動ロール１０７に位置するように示されている。しかし、台形溝は上部駆動ロール１０７ａに位置し、非台形溝は下部駆動ロールに位置してもよい。溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は台形溝のそれぞれの側壁１３７、１３９と非台形溝１５１の基部１５３との間にクランプされ、溶接ワイヤは上で検討したように互いに強制的に当接する。従って、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、駆動ロール１０７、１０７ａの環状溝内部の３つの接触点を介して安定して保持される。

図１５は、一方の駆動ロール１０７が溶接ワイヤＥ１、Ｅ２用の台形溝を有し、他方の駆動ロール１０７ｂには溝がないが、むしろその外周面１５５上で溶接ワイヤと直接接触する例示的な実施形態を示している。台形溝は、下側駆動ロール１０７に位置するように示されている。ただし、台形溝は上部駆動ロールに位置してもよい。溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は台形溝のそれぞれの側壁１３７、１３９と上部駆動ロール１０７ｂの外周面１５５との間にクランプされ、溶接ワイヤは上で検討したように互いに強制的に当接する。従って、溶接ワイヤＥ１、Ｅ２は、３つの接触点を介して安定して保持される。

本開示は一例としてであり、本開示に含まれる教示の公正な適用範囲から逸脱することなく、詳細を追加、修正、又は削除することによって、様々な変更が行われてもよいことは明らかであろう。本発明は、従って、以下の特許請求の範囲がやむを得ずそのように限定する場合を除き、本開示の特定の詳細に限定されない。

１００ 溶接システム
１０１ 上部スプール
１０３ 下部スプール
１０５、１０５ａ ワイヤ送給装置
１０７、１０７ａ、１０７ｂ 駆動ロール
１０９ 電源
１１１ トーチ
１１３ ライナ
１１８、１３０ リールスタンド
１２０ コントローラ
１２１ 溶接出力端子
１２２ 共通ベース
１２３ 駆動モータ
１２４ 上部スピンドル
１２４ａ、１２６ａ スピンドル
１２５ 付勢ばね
１２６ 下部スピンドル
１２７ 調整ロッド
１２８ 駆動ロールアセンブリ
１２９ 枢動レバー
１３１ 輪郭凹部
１３２ リフトベイル
１３３、１３５ ワイヤ受入溝
１３７ 内側壁
１３９ 外側壁
１４１、１５２、１５３ 溝基部
１４３、１４９ 環状溝
１４５ 内側の側壁
１４７ 外側の側壁
１５０ 側壁
１５１ 非台形溝
１５５ 外周面
Ｅ１、Ｅ２ 溶接ワイヤ

Claims (19)

1. 溶接又は付加製造ワイヤ駆動システムであって、
   第１の溶接ワイヤスプール用の第１のスピンドルと、
   第２の溶接ワイヤスプール用の第２のスピンドルと、
   第１の駆動ロールと、
   第２の駆動ロールと、を備え、前記第１の駆動ロール及び前記第２の駆動ロールの一方又は両方は、周方向溝を有し、
   前記周方向溝内の前記第１の駆動ロールと前記第２の駆動ロールとの間に位置する、前記第１の溶接ワイヤスプールからの第１の溶接ワイヤと、
   前記周方向溝内の前記第１の駆動ロールと前記第２の駆動ロールとの間に位置する、前記第２の溶接ワイヤスプールからの第２の溶接ワイヤと、を備え、
   前記第１の溶接ワイヤは前記第１の駆動ロールと前記第２の駆動ロールとの間で前記第２の溶接ワイヤと当接し、前記第１の溶接ワイヤは、更に、前記周方向溝の第１の側壁部分に当接ほし、前記第２の溶接ワイヤは、更に、前記周方向溝の第２の側壁部分に当接し、前記周方向溝は、前記第１の側壁部分と前記第２の側壁部分との間に溝基部を含み、
   前記第１の溶接ワイヤ及び前記第２の溶接ワイヤの両方は、前記周方向溝の溝基部から径方向にオフセットされる、
   溶接又は付加製造ワイヤ駆動システム。
2. 前記周方向溝の前記溝基部は凹状である、請求項１に記載の溶接又は付加製造ワイヤ駆動システム。
3. 前記第１の溶接ワイヤ及び前記第２の溶接ワイヤは異なる直径を有する、請求項１に記載の溶接又は付加製造ワイヤ駆動システム。
4. 前記第１のスピンドル及び前記第２のスピンドルはリールスタンドの対向側面上に位置する、請求項１に記載の溶接又は付加製造ワイヤ駆動システム。
5. 前記第１のスピンドル及び前記第２のスピンドルはリールスタンドの共通側面上に位置する、請求項１に記載の溶接又は付加製造ワイヤ駆動システム。
6. 前記第１の溶接ワイヤスプールは、前記リールスタンド上で前記第２の溶接ワイヤスプールの上に位置し、
   前記第１の駆動ロール及び前記第２の駆動ロールは回転して、同時に、前記第１の溶接ワイヤを前記第１の溶接ワイヤスプールから繰り出し、前記第２の溶接ワイヤを前記第２の溶接ワイヤスプールから繰り出し、
   前記第１の溶接ワイヤスプール及び前記第２の溶接ワイヤスプールは繰り出し中に反対方向に回転する、
   請求項５に記載の溶接又は付加製造ワイヤ駆動システム。
7. 溶接又は付加製造ワイヤ駆動システムであって、
   第１の溶接ワイヤスプール用の第１のスピンドルと、
   第２の溶接ワイヤスプール用の第２のスピンドルと、
   第１の内側壁と、第１の外側壁と、前記第１の内側壁と前記第１の外側壁との間に延在する第１の凹状溝基部とを備える第１の周方向溝を有する第１の駆動ロールと、
   第２の内側壁と、第２の外側壁と、前記第２の内側壁と前記第２の外側壁との間に延在する第２の凹状溝基部とを備える第２の周方向溝を有する第２の駆動ロールと、を備え、前記第２の周方向溝は前記第１の周方向溝と整列し、
   前記第１の周方向溝及び前記第２の周方向溝の両方における前記第１の駆動ロールと前記第２の駆動ロールとの間に位置する、前記第１の溶接ワイヤスプールからの第１の溶接ワイヤと、
   前記第１の周方向溝及び前記第２の周方向溝の両方における前記第１の駆動ロールと前記第２の駆動ロールとの間に位置する、前記第２の溶接ワイヤスプールからの第２の溶接ワイヤと、
   前記第１の駆動ロールを前記第２の駆動ロールに向かって付勢して、前記第１の溶接ワイヤを前記第２の溶接ワイヤに強制的に当接させる付勢部材と、を備え、
   前記第１の溶接ワイヤは、前記第１の内側壁、前記第２の内側壁、及び前記第２の溶接ワイヤのそれぞれと当接し、
   前記第２の溶接ワイヤは、前記第１の外側壁、前記第２の外側壁、及び前記第１の溶接ワイヤのそれぞれと当接し、
   前記第１の溶接ワイヤ及び前記第２の溶接ワイヤは、前記第１の凹状溝基部及び前記第２の凹状溝基部の両方からオフセットされる、
   溶接又は付加製造ワイヤ駆動システム。
8. 前記第１の溶接ワイヤ及び前記第２の溶接ワイヤは異なる直径を有する、請求項７に記載の溶接又は付加製造ワイヤ駆動システム。
9. 前記第１のスピンドル及び前記第２のスピンドルはリールスタンドの対向側面上に位置する、請求項７に記載の溶接又は付加製造ワイヤ駆動システム。
10. 前記第１のスピンドル及び前記第２のスピンドルはリールスタンドの共通側面上に位置する、請求項７に記載の溶接又は付加製造ワイヤ駆動システム。
11. 前記第１の溶接ワイヤスプール及び前記第２の溶接ワイヤスプールの一方は、前記リールスタンド上で前記第１の溶接ワイヤスプール及び前記第２の溶接ワイヤスプールの他方の上に位置し、
    前記第１の駆動ロール及び前記第２の駆動ロールは回転して、同時に、前記第１の溶接ワイヤを前記第１の溶接ワイヤスプールから繰り出し、前記第２の溶接ワイヤを前記第２の溶接ワイヤスプールから繰り出し、
    前記第１の溶接ワイヤスプール及び前記第２の溶接ワイヤスプールは繰り出し中に反対方向に回転する、
    請求項１０に記載の溶接又は付加製造ワイヤ駆動システム。
12. 前記第１の溶接ワイヤは、前記第１の凹状溝基部及び前記第２の凹状溝基部の両方からオフセットされてクランプされるように、前記第１の内側壁、前記第２の内側壁、及び前記第２の溶接ワイヤによってクランプされ、
    前記第２の溶接ワイヤは、前記第１の凹状溝基部及び前記第２の凹状溝基部の両方からオフセットされてクランプされるように、前記第１の外側壁、前記第２の外側壁、及び前記第１の溶接ワイヤによってクランプされる、
    請求項１１に記載の溶接又は付加製造ワイヤ駆動システム。
13. 溶接又は付加製造ワイヤ駆動システムであって、
    第１の溶接ワイヤスプール用の第１のスピンドルと、第２の溶接ワイヤスプール用の第２のスピンドルとを備えるリールスタンドであって、前記第１の溶接ワイヤスプールは、前記リールスタンド上で前記第２の溶接ワイヤスプールの上に位置する、リールスタンドと、
    第１の環状溝を有する第１の駆動ロールと、
    前記第１の環状溝と整列する第２の環状溝を有する第２の駆動ロールと、
    前記第１の環状溝及び前記第２の環状溝の両方における前記第１の駆動ロールと前記第２の駆動ロールとの間に位置する、前記第１の溶接ワイヤスプールからの第１の溶接ワイヤと、
    前記第１の環状溝及び前記第２の環状溝の両方における前記第１の駆動ロールと前記第２の駆動ロールとの間に位置する、前記第２の溶接ワイヤスプールからの第２の溶接ワイヤと、
    前記第１の駆動ロールを前記第２の駆動ロールに向かって付勢して、前記第１の溶接ワイヤ及び前記第２の溶接ワイヤを前記第１の駆動ロールと前記第２の駆動ロールとの間にクランプする付勢部材と、を備え、
    前記第１の駆動ロール及び前記第２の駆動ロールは回転して、同時に、前記第１の溶接ワイヤを前記第１の溶接ワイヤスプールから繰り出し、前記第２の溶接ワイヤを前記第２の溶接ワイヤスプールから繰り出し、前記第１の溶接ワイヤスプール及び前記第２の溶接ワイヤスプールは繰り出し中に反対方向に回転する、
    溶接又は付加製造ワイヤ駆動システム。
14. 前記第１のスピンドル及び前記第２のスピンドルはリールスタンドの共通側面上に位置する、請求項１３に記載の溶接又は付加製造ワイヤ駆動システム。
15. 前記第１の溶接ワイヤ及び前記第２の溶接ワイヤは異なる直径を有する、請求項１３に記載の溶接又は付加製造ワイヤ駆動システム。
16. 前記第１の溶接ワイヤ及び前記第２の溶接ワイヤは、前記第１の環状溝及び前記第２の環状溝のそれぞれの溝基部から径方向にオフセットされる、請求項１３に記載の溶接又は付加製造ワイヤ駆動システム。
17. 前記第１の環状溝及び前記第２の環状溝のそれぞれの溝基部は凹状である、請求項１６に記載の溶接又は付加製造ワイヤ駆動システム。
18. 前記第１の溶接ワイヤは前記第１及び第２の環状溝のそれぞれの第１の側壁部分と当接し、前記第２の溶接ワイヤは前記第１及び第２の環状溝のそれぞれの第２の側壁部分と当接し、前記第１の溶接ワイヤは前記第１及び第２の環状溝の間で前記第２の溶接ワイヤと当接する、請求項１６に記載の溶接又は付加製造ワイヤ駆動システム。
19. 前記第１の溶接ワイヤは、前記第１の環状溝及び前記第２の環状溝のそれぞれの溝基部から径方向にオフセットされてクランプされるように、前記第１及び第２の環状溝のそれぞれの第１の側壁部分、及び前記第２の溶接ワイヤによってクランプされ、
    前記第２の溶接ワイヤは、前記第１の環状溝及び前記第２の環状溝のそれぞれの溝基部から径方向にオフセットされてクランプされるように、前記第１及び第２の環状溝のそれぞれの第２の側壁部分、及び前記第１の溶接ワイヤによってクランプされる、
    請求項１８に記載の溶接又は付加製造ワイヤ駆動システム。

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