JPH03297581A - プラズマトーチ自動交換装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、溶接や切断に使用されるプラズマトーチを含
む装置に関し、特にトーチの自動交換に関する。

［従来の技術］ プラズマ１〜−チを使用して溶接や切断の作業を行なう
場合、作業時間、つまりアーク放電が生じている時間の
経過に応じて、トーチのノズル及びタングステン電極棒
の先端が徐々に消耗するので、作業時間がある程度経過
した場合には、トーチ（実際にはその先端にあるトーチ
ヘッド）を交換する必要がある。

この種の交換作業は、従来より人間の手作業により行な
っている。具体的には、所定の交換時期になると、オペ
レータ要員が、まず作業ラインを止め、安全のために溶
接用等のロボットや自動機の電源及びプラズマ電源を遮
断し、新しい交換用のトーチヘッドを持ってトーチのあ
る位置に行き、消耗したトーチヘッドをトーチから外し
てかわりに新しいトーチヘッドを装着し、その後でロボ
ットや自動機の電源及びプラズマ電源を投入し作業を再
開していた。

そこで、この種の煩わしい交換作業を簡単にするために
、特開昭６２−　］、　９７２７５号公報においては、
切断用トーチの１ヘーチヘツド（火口）を自動交換可能
にするための機構を提案している。

［発明が解決しようとする課題］ しかしながら、様々な難しさが存在するため、実際にト
ーチヘッドを自動交換できる実用的な装置は従来は存在
しなかった。例えば、特開昭６２１９７２７５号公報に
も示されるように、一般のトーチにおいては、トーチ本
体（ホルダ）に対してトーチヘッドを回転させ、ねじ部
分の脱着を行なう構成になっているが、ねじの回転に応
じて、トーチ本体とトーチヘッドとの相対距離が変化す
− ４− る。従って特開昭６２−１９７２７５号公報のようにト
ーチヘッドを回転機構に固定する場合には、トーチヘッ
ドの回転に伴なってトーチ本体が」二下に動き、それを
支持するロボット等に無理な力が加わり、ロボットに位
置決め誤差が生じたり故障の原因になる。

また、テーブル上のトーチヘッドをトーチ本体の所定位
置に移動する動作においては、テーブル。

１・−チヘッド２回転機構及びトーチ本体の４者間の位
置決めが非常に難しい。

更に、１〜−チ本体とヘッドとのねじの締め付は力が強
すぎると自動的な取外しが不可能になるし、力が弱いと
作業中にねじのゆるみが生じて様々な不都合を生じる。

そこで本発明は、トーチヘッドを自動交換できる実用的
な装置を提供することを課題とする。

［課題を解決するための手段］ 上記課題を解決するために、本発明においては、先端に
プラズマガスを通すノズルが形成され、該ノズルの近傍
に一端が配置されたロッド状の電極を有し、それの軸の
まわりを周回する方向にねじが形成された結合部材を有
し、外周近傍の一部分に凹凸形状の係合部が形成された
、トーチヘッド部材；前記Ｉ〜−チヘッド部材の結合部
材と螺合するねじが一端近傍に形成され、プラズマガス
及び電気を導く通路が内部に形成されたホルダ部材；前
記ホルダ部材を指定された位置に位置決めするトーチ位
置決め機構；トーチヘッド部材を保持自在な少−なくと
も２つの支持部を含み、各々の支持部を第１の交換位置
に位置決め自在な、テーブル機構；−前記トーチ位置決
め機構の移動範囲内の第２の交換位置に配置され、前記
ホルダ部材と対向する一端の近傍に前記トーチヘッド部
材の係合部と係合する凹凸形状の係合部を有し、他端が
軸方向に伸縮自在なりＷｉ機構を介してトルクモータの
駆動軸と連結された、脱着機構；前記脱着機構をその軸
方向に移動し、ホルダ部材に対して進退駆動する進退機
構；及び所定の交換時期を検出すると、前記トーチ位置
決め機構を制御してホルダ部材を第３の交換位置に位置
決めした後、前記進退機構、テーブル機構、及び１−ル
クモータを制御して、ホルダ部材に装着された第１のト
ーチヘッドのホルダ部材からの分離と、テーブル機構上
の第２のトーチヘッドのホルダ部材への装着とを自動的
に実行する、交換制御手段；を設ける。

［作用］ 本発明においては、トーチヘッドはねじによってホルダ
部材と一体化され、プラズマトーチを構成する。従って
、ホルダ部材を固定した状態では、トーチヘッドを（例
えば反時計方向に）回転させることによってそれをホル
ダ部材から取外すことができ、その後で別のトーチヘッ
ドをホルダ部材の開口部に当接してそれを（例えば時計
方向に）回転させれば、トーチヘッドをホルダ部材に一
体に固定することができ、それによってトーチヘッドの
交換が実施できる。

トーチヘッドの交換をする場合には、まずトチ位置決め
機構を制御して、プラズマトーチの軸が脱着機構の軸と
一致するように位置決めする。

これでプラズマトーチと脱着機構とが対向するので、進
退機構を駆動すれば、脱着機構の先端をホルダ機構に支
持された消耗したトーチヘッドに当接させることができ
る。その状態で１〜ルクモータを駆動すると、脱着機構
とトーチヘッドの両者の係合部が互いに係合し、１〜ル
クモータの駆動を継続すれば、その駆動力が脱着機構を
介してトーチヘッドに伝達され、トーチヘッドが回転す
るので、しばらくするとトーチヘッドはホルダ部材から
外れる。なお、脱着機構と１・−チヘッドとの当接状態
から係合部の係合状態への変化、及びねじの回転に伴な
う脱着機構の軸方向の位置変化は、脱着機構に備わった
緩衝機構の伸縮動作によって吸収されるので、プラズマ
トーチやトーチ位置決め機構に無理な力が加わる恐れは
ない。

１ヘーチのホルダ部材とトーチヘッドとの締め付は力は
、トルクモータを用いることによって一定に維持される
ので、脱着不能状態の発生は確実に阻止される。

ホルダ部材から取外されたトーチヘッドは、脱着機構に
よってテーブル機構上に移される。この後でテーブル機
構を制御して、新しい１−一チベットを所定位置に位置
決めする。そして再び脱着機構をホルダ部材に近づける
。この場合には、新しいトーチヘットが脱着機構と共に
運ばれ、トーチヘッドはホルダ部材の所定位置に当接さ
れる。ここでトルクモータを取外し時とは逆方向に駆動
すれば、脱着機構とトーチヘッドとの係合部が係合状態
になった後、更に脱着機構が回転するので、トーチヘッ
トがホルダ部材に対して回転し、しばらくすると両者は
螺合して一体化される。脱着機構はこの後で退避位置に
移動し、プラズマ１ヘーチは作業の継続が可能になる。

これら一連の動作は、交換制御手段によって制御される
。

ところで、この種の交換装置においては、脱着機構とト
ーチヘッドとの位置合わせを正確に行なう必要がある。

しかし、一般のトーチヘッドは自動交換のための特別な
形状にはなっていないのでこれは歿しい。例えば、テー
ブル機構上にトーチヘットを正確に位置決めするために
は、テーブル機構の開口とトーチヘッドの径を離開−に
して両者の隙間をなくする必要があるが、そうすると、
トーチヘッドを脱着機構先端で持ち上げる時に僅かな位
置ずれでもあるとそれができなくなったりトーチヘッド
が傾く場合がある。逆にテーブル機構の開口を大きめに
してそれとトーチヘッド外周との間に隙間を設けるよう
にすると、トーチヘッドをテーブル機構上で正確に位置
決めできなくなる。

そこで本発明の好ましい態様においては、円環形状の中
間部材を介して、トーチヘッドをテーブル機構上に載置
する。この中間部材には、テーブル機構の開口よりも少
し大きくそれと係合する外周形状、脱着機構の先端と係
合するテーパ形状。

及びトーチヘッド部材を支持する内周突起形状を形成す
る。これによれば、トーチヘッド部材をテブル部材上に
正確に位置決めでき、トーチヘッド部材のテーブル部材
からの持ち上げも容易になる。しかも、トーチヘッド部
材の位置が多少ずれたとしても、テーパ形状によって吸
収されるので、脱着機構とトーチヘッド部材との位置合
わせも容易になる。また、消耗品のトーチヘッド部材の
形状を複雑化する必要がないので、コスト面でも効果的
である。

本発明の他の目的及び特徴は、以下の、図面を参照した
実施例説明によって明らかになろう。

［実施例］ 第１図に、実施例の装置を含む溶接設備の主要部の外観
を示す。第１図を参照すると、製造ラインの一部分とし
て組込まれた溶接ライン３１の近傍に、トーチ交換設備
３２とロボッ（へ３３が配置されている。ロボッ１〜３
３のアームの先端には、プラズマトーチ３４が固定され
ている。プラズマトーチ３４に一端が接続されたトーチ
ホース３５の他端は、プラズマ電源３６に接続されてい
る。

またプラズマ電源３６から延びる母材ケーブル３７の先
端は溶接ラインに接続されている。

通常は、ロボット３３はプラズマトーチ３４を溶接ライ
ン３１上の溶接材のある位置に移動し、予めプログラム
された作業内容に従って、プラズマ１〜−チ３４を動か
しながら溶接作業を実施する。

所定の作業が終了すると、溶接ライン３〕」二の溶接材
が交換されるので、その後再びロボッ１〜３３は溶接作
業を実施する。つまりロボット３３は同じ溶接作業を何
回も繰り返し実行する。しかし、長期間の溶接作業を実
施すると、プラズマ１〜−チ３４の先端に存在するノズ
ルやタングステン電極棒の先端が消耗するので、そのま
ま作業を継続すると溶接不良などが生じる。

そこでこの実施例では、ロボット３３が所定回数の溶接
作業を実施する毎に、プラズマトーチ３４の先端に組込
まれたトーチヘッド３８を新しいものと交換する。この
交換作業を実施する時には、ロボット３３は単に所定の
交換位置にプラズマ１ヘチ３４を位置決めし、その他の
作業はトーチ交換設備３２が実施する。

１〜−チ交換設備３２は、大きく分けるとトーチ脱着装
置３９とターンテーブル４ｏで構成されている。トーチ
交換設備３２の詳細については後で説明する。

第２ａ図にプラズマトーチ３４の外観を示し。

１１− ＋２ 第２ｂ図にプラズマトーチ本体、つまり１・−チホルダ
１５からトーチヘッド３８を取外した状態を示す。また
第２ｃ図、第２ｄ図、第２ｅ図、第２ｆ図、及び第２ｇ
図は、それぞれプラズマトーチの主要部の拡大縦断面図
、チャック１２の拡大平面図、拡大縦断面図、先端面の
正面図、及び後端面の背面図を示す。

まず第２ｃ図を参照してトーチヘッド３８の構成を説明
する。略筒状のチップ台１に、その外周面の一部分を覆
う筒状絶縁体のキャップ台３が、ねし２で固着されてい
る。キャップ台３の先端側にはねし結合によりシールド
キャップ４が固着されており、キャンプ台３の後端側に
は袋ねじ５が一体に固着されている。

チップ台１の先端にはインサートチップ（ノズル）６が
、それに固着されたインサートキャップ７で結合され、
インサートチップ６の円筒部の後端部が後述するチャッ
ク台９の先端部に圧入されている。インサー１〜チツプ
６の円筒部の後端部にはセンタリングストーン８が挿入
されている。電極棒（タングステン電極）１４はこのセ
ンタリングストーン８でガイドされている。

チップ台１には、絶縁体のチャック受台９が挿入され、
チャック受台９の後端部の膨大部がチップ台１の後端開
口の大径部に圧入され、これによりチャック受台９がチ
ップ台１に支持されている。

チャック受台９は中空であり、その先端部の大径部に、
円筒状のスペーサ１０が圧入されてチャック受台９の先
端部で支持され、更に、チャックス１〜ツバ１１が圧入
されてスペーサ１０で支持されている。チャックストッ
パ１１は、電極棒１４が挿通する穴を中心に有しこの穴
にテーパ状に連なる錐形の開口面を有するリング状の部
材と、この部材が圧入された円筒体でなる。第２ｃ図で
はこのチャックストッパ１１の該錐形の開口面に、チャ
ック１２の先端のテーパ面（１，２６）が当接している
。チャック１２の先端側路半分は、チャック受台９の内
部に進入している。チャック受台９の後端部の大径開口
の内壁面には、雌ねじが切られており、この雌ねじｔ；
、円筒状の締めねじ１３の先端部外周に切られた雄ねじ
が螺合している。チャック１２の後端側路半分の中程ま
でがこの締めねじ１３を貫通し、チャック１２の後端部
は締めねじ１３より右方（後端側）に突出している。

ここで第２ｄ図〜第２ｇ図を参照して、チャック１２の
構造を説明する。チャック１２は大略で円筒状であるが
、先端部は小径でそこに４個のスリット１２２〜１２５
が切られており、先端面はテーパを有する錐面１２６と
なっている。この先端部の元部には、シール（○リング
）を受けるための円形のフランジ１２１が形成されてお
り、このフランジ１２１部で、○リングを介してチャッ
ク１２とチャック受台９の間が気密シールされている。

チャック１２の略中間部には、締めねじ１３の先端面に
当たる大径のフランジ１２８が形成されているが、この
フランジ１２８およびそれより後端側の幹部は、冷却水
流路を形成するために、側面が平担に切削されている。

チャック１２の後端部には、トーチホルダ１５の周壁の
押し台１８との間の気密シールのための０リングを位置
決めするフランジ１２８と、押し台１８の受は穴の曲面
底に当接する曲面１２９が形成されている。

再び第２ｃ図を参照すると、チャック１２はチャック受
台９に挿入されて、チャック受台９の後端開口内壁面の
雌ねじに締めねじ１３をねじ込むことにより、大径フラ
ンジ１２８が締めねじ１３の先端面で先端側に押されて
、チャック受台９に固定されている。この状態で、チャ
ック１２の最先端の錐面１２６がチャックス１〜ツバ１
１の錐形の開口面に押し付けられて、この押し付は力の
、錐面１２６によって生しる求心分力により、チャック
１２の先端部が電極棒１４を締め付けている。

１−一チホルダ１５の先端には、セットキャップ１６が
固着されており、このセットキャップ１６の後端部にセ
ラ１〜受台１７の先端部が挿入されて○リングでシール
されている。セット受台１７はねじで１−一チホルダ１
５に固着されている。セット受台１７の後端部には先端
側の大径穴と小径穴との段差があり、セット受台１７に
挿入された押し台］８の後端面が、この段差で受けられ
ている。

５ ６− 押し台１８には、ガス封止筒１９が圧入されている。

第２ｃ図に示すようにセットキャップ１６を袋ねじ５に
ねじ込んだ状態では、セット受台１７で後端部が支持さ
れた押し台１８が、チャック１２を先端側に向けて押し
、これによっても、チャック１２の先端部が電極棒１４
を締め付けている。

プラズマガスは、ガス封止筒１９に供給され、その内部
を通って押し台１８の内部に至り、次にチャック１２の
六に入ってその先端部のスリット１２２〜１２５を通っ
てチャック１２の先端から出し、次にチャックストッパ
１１の穴およびセンタリングストーン８の穴を通ってイ
ンサー１−チップ６の、電極棒１４先端周囲の空間に入
り、インサー１〜チツプ６の先端のノズルから噴出する
が、電極棒１４先端の放電によりプラズマとなってノズ
ルから噴出する。なお、電極棒１４には、ガス封■１゜
筒１９．押し台１８およびチャック１２を通して放電電
力が供給される。

冷却水は、押し台１８を通してチャック１２の外側であ
って締めねじ１３の内部、に供給され、チャック受台９
の側周壁の穴を通ってチップ台１とチャック受台９の間
に至ってインサートチンプロの裏壁面に至り、次にチッ
プ台１の後端部側周面の穴を通ってセラ１〜キヤツプ１
６の穴に至りこの穴を通して給水部（図示せず）に戻る
。

シールドガスは、セラ１〜キヤツプ１６の穴に供給され
、チップ台】のフランジの穴を通って、チップ台の外周
面とシールドキャップ４の内周面との間の空間を通って
、インサートチップ６の先端の外周部に出る。

プラズマ１〜−チは、第２ａ図に示すように１−一チホ
ルダ１５にトーチヘッド３８が一体化された状態で使用
される。トーチホルダ１５がらトーチヘッド３８を取外
す時には、トーチホルダ１５を固定した状態で、トーチ
ヘッド３８を所定方向に回転させる。これにより、トー
チヘッド３８の袋ねじ５と１−一チホルダのセラ１〜キ
ヤツプ１６との螺合が外れるので、両者が分離される。

新しいトチヘッドを１−一チホルダ１５に装着する時に
は、１ヘーチホルダを固定した状態で、それと軸が一致
するように位置決めしながらトーチヘッドをトーチホル
ダに近づけ、トーチヘッド３８の袋ねじ５とトーチホル
ダのセットキャップ１６とが当接したら、トーチヘッド
を所定方向に回転してねじ込み、両者を一体化する。こ
の時、押し台１８がチャック１２を押し、押し台１８と
チャック１２の間の電源路が接となり、かつ仮に締めね
じ１３によるチャツク１２先端部の電極棒１４への締め
付けが弱くても、チャック１２が電極棒１４を強く締め
イ」け、これにより電極棒１４の強固な固定と電源路の
確実な接続が実現する。

第３図に、トーチ交換設備３２の詳細な構成を示す。タ
ーンテーブル４０は、装置本体４１とそれの駆動軸／Ｉ
ｌａに中央部が結合された円形のテブル４２で構成され
ている。装置本体４１の内部には、電気モータを含む駆
動機構（図示せず）が備わっており、駆動軸４１．　ａ
を正確に駆動することができる。この例では、テーブル
４２にはその中心から各々等しい距離の位置に第５Ｃ図
に示すように、８個の円形の開口４２ａ〜４２ｇが形成
されている。これらの開口は、全て同一の径を有し、円
周方向に沿って互いに４５度の間隔で配置されている。

開口４２ａ〜４２ｇの各々は、１〜ヂヘツド３８を保持
する部分として使用され、実際には、円環形状のヘッド
受は台４３が各々の開口に係合し、ヘッド受は台４３の
中にトーチヘッドが保持されるようになっている。ヘッ
ド受は台４３は、単に個々の開口の位置に載置されてお
り、下から持ち上げれば開口から外れてテーブル４２か
ら分離する。

実際に使用する場合、消耗したトーチヘッドを収納する
１つの開口を除いた７つの開口の各々に、それぞれヘッ
ド受は台４３を介して新しいトーチヘッドを予め収容し
ておく。なおヘッド受は台４３は、消耗したトーチヘッ
ドを収納する開口（空き領域）にも装着しておく。最初
は、この空き領域が所定の交換位置になるように、テー
ブル４２を位置決めしておく。そして、消耗したトーチ
ヘッドを空き領域に収容した後で、テーブル４２を４９ ２０− ５度回転させる。これによって、別の新しいトチヘッド
が交換位置に移動するので、この新しいトーチヘッドを
１−一チホルダ１５に装着する。

ターンテーブル４０は、ターンテーブル台４４を介して
、ベース板４５上に固定されている。なお、ターンテー
ブル台４４の内部には、このトヂ交換設備３２の制御を
行なう電子回路が組込まれている。

次に１〜−チ脱着装置３９を説明する。トーチ脱着装置
３９には、２つの駆動系が備わっている。

１つはこの装置を上下方向に駆動して、脱着機構５０を
テーブル４２及びプラズマトーチ３４に対して進退させ
るものであり、この例ではエアシリンダ４Ｇがその機能
を果たしている。もう１つは、１・−チヘッド３８を回
転させるものであり、この例ではトルクモータ４７がそ
の機能を果たしている。

Ｌ　Ｍガイド５１は、脱着機構５０の全体を支持してお
り、またＬ　Ｍガイ８台５３と係合しており、それに沿
って上下方向に摺動自在になっている。

このＬＭガイド５１と結合された連結アーム５２の先端
が、エアシリンダ４６のロッドに連結されている。従っ
て、エアシリンダ４６のロッドを動かすと、Ｌ　Ｍガイ
８台５３に沿って脱着機構５０が上下方向に移動する。

１〜ルクモータ４７及び軸受は台５４は、ＬＭガイド５
１に固定されている。トルクモータ４７の駆動軸に一端
が結合された回転軸５５は、軸受け５６を介して軸受は
台５４に支持されている。回転軸５５の上方には、それ
と係合した袋ナツトガイド５７が配置されている。回転
軸５５と袋ナツトガイド５７とはそれらの凹凸部（断面
が四角形）５５ａ、５７ａで嵌合しており、進退方向（
上下）に摺動して互いの距離を変える動作は自在である
が１回転方向の力に対しては一体になって動作する。つ
まり、回転軸５５が回転すると、袋ナツトガイド５７も
同時に回転する。回転軸５５と袋ナラ１−ガイド５７と
の間の空間には、圧縮コイルスプリング５８が配置して
あり、両者の間隔を保持している。ガイドホルダ５９は
、その下端で回転軸５５の外周に螺合しており、袋ナツ
トガイド５７を支持するとともに、その上限位置を規制
し、それが回転軸５５から外れるのを防止している。ナ
ツト６０は、回転軸５５と螺合し、軸受け５６が外れる
のを防止している。

この例では、袋ナラＩ・ガイド５７が回転することによ
って、トーチヘッド３８を回転させ、それを１−一チホ
ルダ１５に対して脱着する。このため、第５ａ図に示す
ように、袋ナツトガイド５７の先端は中空になっており
、トーチヘッド３８の先端突出部を収容する空間５７ｂ
が形成されている。

また先端近傍の内周壁には、４つの突起５７ｃが互いに
９０度の間隔で設けられている。一方、１〜チヘツト３
８の袋ねじ５の先端側には、袋ナラ１〜ガイド５７の突
起５７ｃの各々と対応する位置に、合計４つの切欠き部
５ａが形成されている。

従って、袋ナツトガイド５７を上昇させてその先端をト
ーチヘッド３８に突き当てた状態で、袋ナッｌ〜ガイｉ
〜５７を少なくとも９０度回転させれば、第５ｂ図に示
すように、４つの突起５７ｃが切欠き部５ａとそれぞれ
係合するので、それ以後は、袋ナッＩ−ガイド５７と共
にトーチヘッド３８を回転させることができる。

ところで、１・−チホルダ１５から取外したトチヘッド
３８をテーブル４２上に載置し、新しい別のトーチヘッ
ドをテーブル４２」二から持ち上げてトーチホルダの位
置に動かす動作は比較的短しい。例えば、テーブル４２
」二で各トーチヘッドを正確に位置決めするためには、
テーブルとトーチヘッドとの隙間をなくする必要がある
が、そのようにすると、テーブルからトーチヘッドを分
離する際に、少しでも脱着機構と１・−チヘッドの位置
がずれていると、持ち」二げができなくなったりトチヘ
ッドが傾いて装着不可能になる場合がある。

逆にテーブルとトーチヘッドとの隙間を大きめにすると
、トーチヘッドの位置が不正確になり、それとトーチホ
ルダとの位置が合わなくなる。

このような不都合を解消するために、この実施例では特
殊な形状のヘッド受は台４３をテーブル４２上でトーチ
ヘッドを支持するために用いてい２３− ４− る。即ち第５ａ図に示すように、ヘッド受は台４３は、
概略で円環形状ではあるが、詳細にはフランジ部４３ａ
、外周テーパ面４３ｂ、内周テーパ面４３ｃ、４３ｄ、
及び内周突起部４３ｅを備えている。

フランジ部４３ａはテーブル４２の開口４２ａ〜４２ｇ
の径よりも大きく、フランジ部を除いた部分の径は開口
の径より僅かに小さくなっている。

従って、ヘッド受は台４３は、第３図に示すようにフラ
ンジ部４３ａがテーブル４２に係合し、それ以外の部分
は開口の中に入る。

ヘット受は台４３の外周テーパ面４３ｂは、取り外され
たヘッド受は台４３を再び開口（４２ａ〜４２ｇ）に入
れる時に、多少の位置ずれがあってもそれを許容し、ヘ
ッド受は台４３の装着を容易にする。

ヘッド受は台４３の内周テーパ面４３ｃ及び４３ｄは、
それぞれ、袋ナツトガイド５７及びトーチヘッド３８と
の当接の際にそれらとの位置ずれを許容し、位置合わせ
を容易にする。

袋ナラ１−ガイド５７の先端には、外周テーパ面５７ｄ
及び内周テーパ面５７ｅが形成されている。

外周テーパ面５７ｄは、ヘッド受は台の内周テーパ面４
３ｃと対向する。内周テーパ面５７ｅは、袋ナツトガイ
ド５７のトーチヘッド３８に対する当接及び分離を容易
にする。

ヘッド受は台４３の内周突起部４３ｅは、ｈ−チヘッド
３８に対しては袋ねじフランジ５ｂを支持する。また内
周突起部４３ｅは袋ナラ１へガイド５７の先端によって
支持される。

次に、実際の１・−チヘッド交換動作を第４ａ図。

第４ｂ図及び第４ｃ図を参照して説明する。まず最初に
、脱着機構５０は退避位置（下降状態）におき、ターン
テーブル４０については、テーブル４２上の空き領域の
開口の中心が脱着機構５ｏの中心軸の延長線上に位置す
るように位置決めする。

そして、ロボット３３によって、消耗したトーチヘッド
が装着されたプラズマトーチ３４を、その中心軸が脱着
機構５ｏの中心軸と一致する所定の退避位置に位置決め
する。この退避位置は、予めティーチングによって、ロ
ボット３３に憶えさせておく。これで第４ａ図に示す状
態になる。

次に、脱着機構５０を上昇駆動する。これによって、ま
ず袋ナツトガイド５７の先端がテーブル上のヘット受は
台４３と当接し、それを持ち−Ｌげたまま、続いてプラ
ズマトーチに装着されたトーチヘッドの袋ねじ５に当接
する。この状態では、トチヘッドが袋ナラ１〜ガイド５
７を下方に押圧するので、スプリング５８が圧縮されて
袋ナツトガイド５７と回転軸５５との距離は接近する。

ここで１−ルクモータ４７を所定方向に駆動すると、そ
の駆動力は回転軸５５を介して袋ナツトガイド５７に伝
達される。この時、袋ナラ１−ガ・ｒド５７はスプリン
グ５８によって上方に押圧されているので、それが少な
くとも９０度回転すると、第５ｂ図に示すように、袋ナ
ツトガイド５７がｈ−チヘソド３８と係合する。そのま
まトルクモータの駆動を継続すると、袋ナンドガイド５
７と共にトーチヘッド３８が回転し、所定の回転量でト
ーチヘッド３８とトーチホルダ１５との螺合が外れる。

第４ｂ図は、ｌ−−チヘッド３８を回転させている状態
を示している。なお、トーチヘッド３８の回転によって
ねじをゆるめる時の軸方向の位置変化は、スプリング５
８の変形による袋ナツトガイド５７の移動によって吸収
される。

トーチヘッド３８がトーチホルダ１５から分離したら、
続いて脱着機構５０を下降させる。この時、外されたト
ーチヘッド３８は、ヘッド受は台４３と共に、袋ナラ１
へガイド５７の先端で支持されたままともに下降する。

そして、テーブル４２の位置まで下降すると、ヘッド受
は台４３のフランジ部がテーブル４２に係合するので、
ヘッド受は台４３とそれに支持されたトーチヘッド３８
は、そのままテーブル４２上に載置される。脱着機構５
０は、所定の退避位置まで下降して停止する。

これで第４ｃ図に示す状態になる。

第４Ｃ図の状態で、次にターンテーブル／ＩＯを駆動し
てテーブル４２を４５度回転させる。これによって、消
耗したトーチヘッドは別の位置（４５度ずれた位置）に
移動し、かわりに新しいト一２７ ２８ チヘッドが第４ｃ図に示すように、脱着機構５０及び１
−一チホルダ１５の中心軸と一致する位置に進む。

ここで再び脱着機構５０を」〕昇駆動する。これによっ
て、まず袋ナラ１−ガイド５７の先端がテブル」二のヘ
ッド受は台４３と当接し、それに支持された新しいトー
チヘッド３８とともにそれを持ち一ヒげ、更に上昇して
トーチホルダ１５に接近する。ｈ−チヘッド３８がトー
チホルダ１５と当接し、トーチヘッドが袋ナツトガイド
５７を下方にある程度押圧する状態で上昇を止める。こ
こで１〜ルクモータ４７を所定方向（締め付は方向）に
駆動すると、その駆動力は回＠ＩＩｔ１５５を介して袋
ナツトガイド５７に伝達される。この時、袋ナラ１〜ガ
イド５７はスプリング５８によって上方に押圧されてい
るので、それが少なくとも９０度回転すると、第５ｂ図
に示すように、袋ナツトガイド５７がトーチヘッド３８
と係合する。そのまま１〜ルクモータの駆動を継続する
と、袋ナラ１〜ガイド５７と共にｌ・−チヘッド３８が
回転し、所定の回転量でトーチヘッド３８と１−一チホ
ルダ１５とが確実に螺合する。これで第４ｂ図の状態に
なる。なお、トーチヘッド３８の回転によってねじを締
め付ける時の軸方向の位置変化は、スプリング５８の変
形による袋ナラ１−ガイド５７の移動によって吸収され
る。

次に実際の制御処理について説明する。なお具体的な制
御装置の植成は示してないが、ハードウェアは一般的な
構成であり、機能的には、エアシリンダ４６をオン／オ
フ制御する機能、トルクモタ４７を正転／逆転／停止制
御する機能、ターンテーブル４１の駆動軸を４５度の角
度毎に順次に位置決めする機能、タイマ機能、およびロ
ボット３３と通信する機能を含んでおり、主としてマイ
クロコンピュータによって制御される。なおターンテー
ブル４１は、駆動軸の位置（角度）を検出するロータリ
ーエンコーダを含んでおり、検出した位置情報に基づい
て、指示がある毎に４５度ずつの回転を実行する。

ロボッ１〜３３の動作を第６ａ図に示し、トーチ交換設
備の制御装置の動作の概略を第６ｂ図に示す。

まず第６ａ図を参照してロボッ１−３３の動作を説明す
る。電源がオンすると、初期化を実行し、続いて予めプ
ログラムされた情報に基づいて、所定の溶接作業を実行
する。溶接作業の１サイクルが終了する毎に、ステップ
４でレジスタＮ（初期値は０）を＋１する。この例では
、溶接作業回数が予め定めた−に限値Ｎｍａｘに達した
時に、プラズマトーチが消耗したものとみなしている。

即ち、溶接作業を繰り返すうちに、レジスタＮの値が増
大し、それがＮｍａｘに達すると、ステップ４から５に
進む。そしてＮの内容をクリアした後、ステップ６で作
業を一時停止し、ステップ７−８で所定の交換位置く第
３図の状態）にプラズマトーチを位置決めする。次のス
テップ９では、トーチ交換設備３２の制御装置に対して
、交換（ｉ号を送信する。この後、所定の交換完了信号
を受信するまでの間は、ステップ１０を繰り返し実行し
て待機する。

次に第６ｂ図を参照して１・−チ交換設備の制御装置の
動作を説明する。電源がオンすると、まずステップ２１
で初期化を実行する。即ち、制御装置自身のメモリクリ
ア、モード初期化等を実行した後、第３図に示すように
、脱着機構５０を退避位置に位置決めし、テーブル４２
上の空き領域の開口の中心が脱着機構の軸と一致するよ
うにテーブルの位置を初期化する。なお、トーチ交換設
備の電源をオンにする前に、予めテーブル上の７つの開
口には、それぞれヘッド受は台４３を介して、新しいト
ーチヘッドを保持しておく。

次のステップ２２では、交換信号を受信するまで待機す
る。ロボッ１〜が第６ａ図のステップ９の実行によって
交換信号を送信すると、それがステップ２２で検出され
、その時に次のステップ２３に進む。

ステップ２３では、エアシリンダ４６を制御してそれを
オン状態にする。これによってエアシリンダ４６のロッ
ドが上方向に移動し、脱着機構５０が上昇する。エアシ
リンダのロッドはオン状態１− ２ になってから所定時間内に上限位置に達し、その位置で
停止する。所定時間が経過すると、ステップ２３から２
４に進む。これによって、袋ナツトガイド５７の先端（
上端）はプラズマトーチに装着されたトーチヘットに当
接する。

ステップ２４では、１〜ルクモータ４７を正転方向に駆
動する。これによって、まず袋ナツトガイド５７とトー
チヘッドとが係合し、トーチヘッドがそのねじをゆるめ
る方向に回転駆動される。これによって、所定時間内に
トーチホルダ１５とトーチベツド３８との螺合が外れる
。従って、トルクモータ４７の駆動開始からの時間が所
定時間になると（タイムオーバすると）次のステップ２
５に進み、トルクモータ４７を停止する。

次のステップ２６では、エアシリンダ４６を制御してそ
れをオフ状態にする。これによってエアシリンダ４６の
ロッドが下方向に移動し、脱着機構５０が下降する。エ
アシリンダのロッドはオフ状態になってから所定時間内
に下限位置に達し、その位置で停止する。所定時間が経
過すると、ステップ２６から２７に進む。これによって
第４ｃ図に示すように、脱着機構５０は退避位置に戻り
、１−一チホルダ１５から外されたトーチヘッドは、テ
ーブル」二にヘッド受は台４３とともに保持される。

次のステップ２７では、ターンテーブル４ｏを制御して
、テーブル４２を４５度回転させる。これによって、消
耗したトーチヘッドは４５度ずれた位置に移動し、新し
い別のトーチヘッドが、脱着機構及び１・−チホルダの
中心軸と一致する位置に位置決めされる。この位置決め
が完了すると、次のステップ２８に進む。

ステップ２８では、エアシリンダ４６を制御してそれを
再びオン状態にする。これによっ−Ｃエアシリンダ４６
のロッドが上方向に移動し、脱着機構５０が上昇する。

この時、袋ナツトガイド５７の先端は、テーブル４２」
二の新しいｌ・−チヘッドをヘット受は台４３と共に支
持し、それらを持ち上げる。そして所定時間内に、トー
チヘッドは１〜チホルダ１５と当接し停止する。所定時
間が経過すると、ステップ２８から２９に進む。

ステップ２９では、トルクモータ４７を逆転方向に駆動
する。これによって、まず袋ナラ１〜ガイド５７とｌ−
−チヘッドとが係合し、続いてトーチヘッドがそのねじ
を締め付ける方向に回転駆動される。これによって、所
定時間内にトーチホルダ１５とトーチヘット３８とが所
定の１−ルクで締め付けられ、両者が螺合する。１−ル
クモータ４７の駆動開始からの時間が所定時間になると
（タイムオーバすると）次のステップ３０に進み、トル
クモータ４７を停止する。

次のステップ３１では、エアシリンダ４６を制御してそ
れをオフ状態にする。これによってエアシリンダ４６の
ロッドが下方向に移動し、脱着機構５０が下降する。こ
の時、ヘッド受は台４３は袋ナツトガイド５７で支持さ
れたままそれと共に下降し、テーブル４２の位置まで下
降すると、テブルに係合してその」二に乗る。肌着機構
５０は退避位置、即ちエアシリンダが下限位置になるま
で下降して停止する。これによって第４ａ図に示す状態
になる。所定時間が経過すると、ステップ３１から３２
に進む。

ステップ３２では、交換完了信号をロボッ１−３３に対
して送信する。ロボット３３は、その信号を受信すると
、第６ａ図のステップ１０から２に進み、溶接作業を再
開する。

これでｌ−−チヘッドの交換は終了する。この交換動作
は、ロボットがＮｍａｘ回の溶接作業を完了する度に繰
り返し行なわれる。ターンテーブル４０のテーブル４２
」二には、７つの新しいトーチヘッドを同時に装着でき
るので、この実施例では１へチヘッドの交換を７回まで
自動的に行なうことができる。

なおこの実施例では溶接用のプラズマトーチの例を説明
したが、同様に切断用のプラズマトーチについてもその
交換を自動的に実施することができる。

「効果コ 以」二のとおり本発明によれば、プラズマトーチの交換
作業を自動的に行なうことができる。しか３５− ３６− も、８１　＠１機構を設けたのでトーチホルダとトーチ
ヘッドとの脱着の際にトーチホルダを支持するロボット
等に無理な力が加わる恐れはなく、無人で連続的に作業
を継続することができる。更に、脱着のための回転駆動
を１〜ルクモータによって行なうので、締め付けが一定
のトルクで行なわれることになり、１ヘーチヘツドが取
外し不能になる恐れもない。

また、特殊な形状の中間部材（４３）を１・−チヘッド
とテーブル（４２）との間に介在することによって、ト
ーチヘッドと交換機構各部との位置決め、ならびにトー
チヘッドのテーブルからの離脱を含む移動動作を容易に
することができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は、実施例の装置を含む溶接設備の主要部の外観
を示す正面図である。 第２ａ図及び第２ｂ図はそれぞれＩ−一チホルダとトー
チヘッドを一体化及び分離した状態のプラズマ１〜−チ
を示す平面図である。 第２ｃ図はプラズマトーチの主要部を示す縦断面図、第
２ｄ図、第２ｅ図、第２ｆ図及び第２ｇ図は、それぞれ
チャック１２の拡大平面図、拡大縦断面図、先端面の正
面図、及び後端面の背面図である。 第３図はトーチ交換設備３２の拡大正面図、第４ａ図、
第４ｂ図及び第４ｃ図は、トーチ脱着装置の互いに異な
る状態を示す正面図である。 第５ａ図及び第５ｂ図は、それぞれ分離状態及び係合状
態におけるＩ−−チヘッド、ヘッド受は台。 及び袋ナツトガイドを示す拡大正面図である。 第５ｃ図は、テーブル３２の概略形状を示す平面図であ
る。 第６ａ図及び第６ｂ図は、それぞれロボッＩ−３３及び
１ヘーチ交換設備の制御装置の動作を示すフローチャー
１へである。 １：チップ台　　　　　３：キャップ台５：袋ねじ　　
　　　　５ａ：切欠き部１２：チャック　　　　１４．
　：　ｆｉ極枠棒１５トーチホルダ（ホルダ部材） ３１：溶接ライン　　　３２　：　ｌ−−チ交換設備３
３：ロボソ１〜（トーチ位置決め機構）３４：プラズマ
１〜−チ　３５：トーチホース３６：プラズマ電源 ３８：１〜−チベット（１〜−ヂヘッド部材）３９：１
〜−チ脱着装置 ４０：ターンテーブル（テーブル機構）４２：テーブル
　　　　４．２　ａ〜４２ｇ：開口４３：ヘッド受は台
　　４３ａ：フランジ部４３ｂ：外周テーパ面 ４３ｃ、４３ｄ：内周テーパ面 ４３ｅ：内周突起部　　４４：ターンテーブル台４５：
ベース板 ４６：エアシリンダ（進退機構） ４７：トルクモータ　（トルクモータ）５０：脱着機構
　　　　５］、：ＬＭガイド５２：連結アーム　　　５
３：ｒ−Ｍガイド台５４：軸受は台　　　　５５：回転
軸 ５６：軸受け ５７：袋ナラ１−ガイド（脱着機構） ５７ｃ：突起　　　　　５７ｄ：外周テーパ面５７ｅ：
内周テーパ面 ５８：圧縮コイルスプリング（＃、！衝機溝機構９：ガ
イドホルダ 特開平 ３ ２９７５８１（１２） 特開平 ３ ２９７５８１（１３） ｉ〉 ｎ 市５ｂ図

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. （１）先端にプラズマガスを通すノズルが形成され、該
   ノズルの近傍に一端が配置されたロッド状の電極を有し
   、それの軸のまわりを周回する方向にねじが形成された
   結合部材を有し、外周近傍の一部分に凹凸形状の係合部
   が形成された、トーチヘッド部材； 前記トーチヘッド部材の結合部材と螺合するねじが一端
   近傍に形成され、プラズマガス及び電気を導く通路が内
   部に形成されたホルダ部材；前記ホルダ部材を指定され
   た位置に位置決めするトーチ位置決め機構； トーチヘッド部材を保持自在な少なくとも２つの支持部
   を含み、各々の支持部を第１の交換位置に位置決め自在
   な、テーブル機構； 前記トーチ位置決め機構の移動範囲内の第２の交換位置
   に配置され、前記ホルダ部材と対向する一端の近傍に前
   記トーチヘッド部材の係合部と係合する凹凸形状の係合
   部を有し、他端が軸方向に伸縮自在な緩衝機構を介して
   トルクモータの駆動軸と連結された、脱着機構； 前記脱着機構をその軸方向に移動し、ホルダ部材に対し
   て進退駆動する進退機構；及び所定の交換時期を検出す
   ると、前記トーチ位置決め機構を制御してホルダ部材を
   第３の交換位置に位置決めした後、前記進退機構、テー
   ブル機構、及びトルクモータを制御して、ホルダ部材に
   装着された第１のトーチヘッドのホルダ部材からの分離
   と、テーブル機構上の第２のトーチヘッドのホルダ部材
   への装着とを自動的に実行する、交換制御手段； を備えるプラズマトーチ自動交換装置。
2. （２）テーブル機構は、各々の支持部に形成された実質
   上円形の開口と、該開口よりも少し大きくそれと係合す
   る外周形状、前記脱着機構の先端と係合するテーパ形状
   、及びトーチヘッド部材を支持する内周突起形状を有す
   る実質上円環形状の中間部材を備え、トーチヘッドの交
   換をする時には、脱着機構は前記中間部材を介してトー
   チヘッド部材を保持する、前記請求項１記載のプラズマ
   トーチ自動交換装置。