JPH04182073A

JPH04182073A - 高速回転アーク溶接装置のトーチ回転装置

Info

Publication number: JPH04182073A
Application number: JP30725290A
Authority: JP
Inventors: Yuji Sugitani; 祐司杉谷; Masatomo Murayama; 雅智村山; Shunji Fujie; 藤江　俊二
Original assignee: NKK Corp; Nippon Kokan Ltd
Current assignee: JFE Engineering Corp
Priority date: 1990-11-15
Filing date: 1990-11-15
Publication date: 1992-06-29
Anticipated expiration: 2011-08-14
Also published as: JP2525285B2

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】［産業上の利用分野コ本発明は、高速回転アーク溶接装置に使用される溶接ト
ーチの回転装置、特に溶接アークの回転直径の自動調整
機構に関する。

［従来の技術］高速回転アーク溶接装置は電極ワイヤと被溶接部材との
間で発生するアークに高速度の円運動（回転）を与えな
がらアーク溶接を行うものであるが、その溶接トーチの
回転装置は、例えば特開昭６２−１０４６８４号公報に
示すように中心を電極ワイヤが通る電極に上部（電極ワ
イヤ挿入側端部）を支点とする円錐運動を与えるように
偏心ギヤにて電極の中間部を所定量偏心させて支持し電
極の下端を回転する構造となっている。

さらに具体的に説明する。第６図（Ａ）、（Ｂ）は上記
公報に示されたトーチ回転装置の概略断面側面図及びト
ーチの回転を生じさせる偏心ギヤ部の横断平面図である
。図に示すように、電極ワイヤ２１は電極２０の中心を
通って送給されるようになっており、被溶接部材３１と
の間でアーク３０を発生し溶接を行う。電極２０は上部
を自動調心玉軸受２７にて支持され、中間部を自動調心
玉軸受２６を介し７て偏心ギヤ２５にて支持されており
、この偏心ギヤ２５をモータ２２の軸２３に取り付けら
れたギヤ２４と噛み合わせて回転せしめる。これにより
電極２０は上部の自動調心玉軸受２７による支持を支点
とし、中間部の自動調心玉軸受２６及び偏心ギヤ２５の
偏心回転により円錐運動を行う。偏心ギヤ２５はギヤボ
ックス２８内でベアリング３４にて回転自在に支持され
ている。

また電極ワイヤ２１に給電するため電極２０の上端部に
給電ケーブル２９が締付はボルト３３にて接続されてい
る。

偏心ギヤ２５の偏心量は一定値ｄに設定されており、自
動調心玉軸受２６及び偏心ギヤ２５によって、電極２０
が上部の自動調心玉軸受２７を支点とする円錐運動を行
うため、電極２０の下端部において電極ワイヤ２１の先
端は直径りの円運動を行う。つまりアーク３０は溶接線
に対しＤの直径で高速回転する。このため開先の側壁に
対する溶込みが増加し、ビード表面も平滑化され、良好
なビード形状が得られるとともに、回転アーク３０の回
転位置及びアーク電圧、溶接電流を検出することにより
アーク自体をセンサーとして用いることができ、このア
ークセンサーにより開先中心倣い制御を高精度に行わせ
ることができるという利点がある（特公昭６３〜３９３
４６号、特開昭５７−９１８７７号）。

ところで、開先の寸法・形状、溶接継手の種類等に応じ
てビード幅や溶込み深さを適切に制御する必要があるた
め、開先の種類に応じて電極ワイヤ２１の先端の回転直
径りを調整する必要がある。

この回転直径の調整は自動調心玉軸受２７と偏心ギヤ２
５間の距離ｇを変更することにより行われ、このため回
転直径調整器３２が設けられている。

［発明が解決しようとする課題］しかし、回転直径調整器３２による調整方式では回転直
径りの調整範囲が大きくなると回転直径調整器３２が長
くなるため、溶接トーチも長くなり重量が増え大型化す
る。特に最近はこの溶接トーチをロボットに備える要求
が高まり、トーチの大型化、重量化はロボットの剛性、
強度、コスト面などへの影響が大きく、小型軽量化が要
請されているのに加えて、手動調整方式では自動化、無
人化ができず汎用性が減するという問題があった。

本発明は、上記のような問題を解決するためになされた
もので、トーチの小型軽量化を実現できるとともにアー
クの回転直径を自動的に変更できるようにした高速回転
アーク溶接装置のトーチ回転装置を提供することを目的
とする。

［課題を解決するための手段］上記の目的を達成するため、本発明に係る高速回転アー
ク溶接装置のトーチ回転装置は、電極の上端（電極ワイ
ヤ挿入側端部）を支点とし、該電極の中間部を回転駆動
される偏心回転体により支持して該電極の下端に円運動
を与え、電極の中心を通る電極ワイヤの先端における溶
接アークに高速の円運動を与えるものにおいて、上記偏
心回転体は２つに分離された外側偏心リングと内側偏心
リングの組合せより構成し、さらに外側偏心リングと内
側偏心リングとの間に設けられ両者を任意の相対回転角
のまま、回転中保持する位相差保持手段と、内側偏心リ
ングを固定するロック手段により、回転停止時に外側偏
心リングと内側偏心リングの位相差を自動的に変更する
ことにより溶接アークの回転直径を自動的に変更可能に
したものである。

［作　用〕上述のように電極が円（錐〕運動を行うとき、偏心回転
体の偏心量をｄとし、電極の支点より偏心回転体の電極
支持部までの距離を！、電極の支点より電極ワイヤの先
端までの距離をＬとすると、電極ワイヤの先端での回転
直径つまりアークの回転直径りは、次式で与えられる。

Ｄ　−−Ｘ　２　ｄ　　　　　　　　　　・・・（１）
（１）式よりアークの回転直径りは偏心回転体の偏心量
ｄによって変化するので、外側偏心リングと内側偏心リ
ングにて偏心回転体１０を構成し、偏心量ｄを変化させ
る。この原理を第４図、第５図により説明する。

第４図に示すように、偏心量ｄ１を持つ外側偏心リング
１と、偏心量ｄ　を持つ内側偏心リング２の組合せの角
度を変えると、偏心回転体の偏心量ｄが変化するのであ
る。ここで、簡単のため各々の偏心Ｍｄ　とｄ　は等し
くｄ　　−ｄ２−ｄ。

として説明する。

例えば、第４図の（Ａ）は外側偏心リング１及び内側偏
心リング２の偏心方向を共に上向きに一致させた場合で
あり、両リングの位相差（相対回転角）θはＯ＠である
。このとき偏心回転体の偏心量ｄは最大の２ｄ　となる
。またその偏心方向は上向きで、外側偏心リングの偏心
方向を基準とする偏心方向の角度αは０°となる。

（Ｂ）は外側偏心リング１の偏心方向を上向き、内側偏
心リング２の偏心方向を左向きにした場合で、両リング
の位相差θは９０″である。このとき偏心回転体の偏心
量ｄ　−４Ｘ　ｄ　　となり、偏心力向及び角度は左４
５°斜め上向きとなる。また（Ｃ）は外側偏心リング１
の偏心方向を上向き、内側偏心リング２の偏心方向を下
向きとした場合で、両リングの位相差θは１８０°であ
る。このとき偏心回転体の偏心量ｄ−０（最小値）とな
り、偏心方向及び角度は現れず、偏心回転体は真円とな
る。

このように偏心回転体の偏心量ｄは、０≦ｄ≦２ｄ　の
範囲で変化する。

第５図は偏心回転体の偏心量ｄ及び偏心方向角度αを求
めるための説明図である。図において、Ａ点は外側偏心
リングの外径ａの中心、Ｂ点は外側偏心リングの内径す
の中心で、かつ内側偏心リングの外径すの中心、０点は
内側偏心リングの内径Ｃの中心、すなわち電極の中心と
し、外側偏心リングと内側偏心リングの偏心方向のズレ
、すなわち位相差をθ（０°≦θ≦１８０°）、外側偏
心リングの偏心量をｄ　、内側偏心リングの偏心量をｄ
２とすると、偏心回転体の偏心量ｄ（ＡＣの長さ）は・・・（２）また、ｄｌ−６２−ｄｏのときはｄ＝ｄ　　　　　２（１＋ｃｏｓ　　θ）　　　　　　
　　　・　（２ａ）となる。

偏心方向角度αはまた、ｄｌ−ｄ２−ｄｏのときはとなる。

ここで、ｄ　　、ｄ　　は定数（既知）であるので、位
相差θが分かれば、偏心回転体の偏心量ｄ及び偏心方向
角度αが求まる。

（２）式、（３）式より位相差θを変えたときの偏心量
ｄ及び偏心方向角度αを計算すると、第１表のようにな
る。

両リングの位相差θは、両リングの間に設けられた位相
差保持手段、例えばバネ加圧式のボールプランジャによ
って外側偏心リングと内側偏心リングとを所要の相対回
転角で位置決めし回転中にこれを固定する。また、内側
偏心リングをロック手段により固定し、外側偏心リング
だけを回転モータ２２により所要の角度だけ回転させる
ことにより偏心回転体の偏心量ｄを調整する。そしてそ
の偏心量ｄに基づくアークの回転直径りは（１）式より
得られ、その後ロック手段を解除し、外側偏心リングと
内側偏心リングを一体として回転すれば、変更された回
転直径りでアークは回転する。

［実施例コ第１図は本発明のトーチ回転装置の一実施例を示す断面
側面図、第２図及び第３図はそれぞれ第１図のＡ−Ａ線
断面図及びＢ−Ｂ線断面図である（ただし、ギヤボック
スは除く）。

この実施例では、偏心回転体１０を、２つに分離された
外側偏心リング１と、内側偏心リング２の組合せにより
構成している。

外側偏心リング１は、ギヤ３を有し、上下２個のベアリ
ング３４を介してギヤボックス２８内に回転自在に支持
され、ギヤ３にモータ２２の軸２３に取り付けられた駆
動ギヤ２４を噛み合わせて回転せしめる。なお、ギヤ３
，２４による駆動機構は一例を示したものであり、タイ
ミングベルト、チェーン等により外側偏心リング１を回
転駆動することもできる。

内側偏心リング２は外側偏心リング１の内部に密接に挿
入される。すなわち第４図でも示したように、内側偏心
リング２の外径すと外側偏心リング１の内径すは相対的
な回転ができる程度の微小な隙間をもってほぼ等しく形
成される。また外側偏心リング１の偏心量ｄ１と内側偏
心リング２の偏心量ｄ２は等しくしてもよいし、異なる
値としてもよい。いずれにしても偏心回転体１０の偏心
量ｄ及び偏心方向角度αは、（２）式、（３）式より位
相差−θが分かれば計算で求めることができる。

そこで、外側偏心リング１と内側偏心リング２の間には
相対回転角（位相差）を回転中に保持する位相差保持手
段１５が所要数設けられている。この位相差保持手段１
５によって、上述したように偏心回転体１０の偏心量ｄ
及び偏心方向が回転中、保持される。第２図では偏心回
転体１０の偏心方向は右向きとなっている。

位相差保持手段１５は、第１図、第３図に示すようにバ
ネ加圧式のボールプランジャにより構成されており、内
側偏心リング２の外周面に等角度でボール１６が係合す
る凹部１７を所要数設け、ボール１６を止めネジ１８と
の間に介在させたバネ１９により常に凹部１７側へ加圧
している。

電極２０は、偏心回転体１０内を貫通するとともに、上
部を自動調心玉軸受２７を介してギヤボックス２８に支
持され、中間部を自動調心玉軸受２６を介して内側偏心
リング２に支持されている。

図中、５は自動調心玉軸受２６の取付は用絶縁物で、自
動調心玉軸受２６を含む回転機構部分を電極２０より電
気絶縁し、かつ自動調心玉軸受２６を電極２０の所定位
置に保持するものである。また同様に、電極２０の支点
を構成する自動調心玉軸受２７についても同様の絶縁物
６が設けられている。

さらに、内側偏心リング２を必要に応じ固定するために
ロック手段３５が設けられる。このロック手段３５はエ
アシリンダ３６にて構成されており、そのロッド３７の
先端を内側偏心リング２に設けた位置決め穴３８に挿入
することにより内側偏心リング２の回転が阻止される。

内側偏心リング２の位置決め穴３８の位置はモータ２２
の回転位置を検出するエンコーダ３９からの回転位置信
号に基づき検出される。ロック手段３５はソレノイドで
動作するプランジャにより構成してもよい。

なお、ギヤボックス２８の下方には図示されていないシ
ールドガス用のノズルカバー等が取り付けられる。

以上のように構成することにより、電極２０は外側偏心
リング１及び内側偏心リング２によって中間部の自動調
心玉軸受２６による支持点が円運動を起こすので、上部
の自動調心玉軸受２７を支点として、電極の下端が円運
動を行う。

これによって電極２０の中心を通る電極ワイヤ２１の先
端は直径りで回転する。すなわちアーク３０の回転直径
りが（１）式より得られることは上に述べたとおりであ
る。

次に回転直径りの変更方法について説明する。

まず、内側偏心リング２の位置決め穴３８がエアシリン
ダ３６のロッド３７の位置と一致するようにモータ２２
のエンコーダ３９からの回転位置信号に基づき内側偏心
リング２の位置を合わせる。

この位置合わせが終ったら、エアシリンダ３６によりロ
ッド３７を突き出し内側偏心リング２の位置決め六３８
に挿入し、内側偏心リング２をロックする。

次に内側偏心リング２をロックした状態でモータ２２を
所定の角度だけ回転させる。このとき外側偏心リング１
の回転に伴い、位相差保持手段１５のボール１６はバネ
１９の力に抗してボール１６が係合している四部１７よ
り脱出し、回転方向の次の凹部１７に入り、さらにこの
凹部１７より脱出するといった動作を繰り返すので、最
終的に外側偏心リング１の所定の回転角の位置でボール
１６が対応する凹部１７に係合し、内側偏心リング２を
ロックする。これにより両リングは一体となり、所要の
位相差θが保持され、回転直径りを変更することができ
る。そして位相差θは凹部１７の個数により粗密いかよ
うにも設定できる。また図示しない回転径調整コントロ
ーラは外側偏心リング１と内側偏心リング２の回転位置
すなわち回転直径りを常に記憶している。

このようにして回転直径りを変更したあとは、エアシリ
ンダ３６のロッド３７を位置決め六３８より引き抜き、
内側偏心リング２をフリーにする。

以上により、アーク３０の回転直径りを自動的にかつ広
範囲に変更することができる。またこの溶接トーチの全
長は従来のものに比べて短くできるので、ロック手段３
５．内側偏心リング２１位相差保持手段１５等が付加さ
れても実質的にトーチ全体を小型軽量にできる。

［発明の効果］以上のように本発明によれば、２つの外側及び内側偏心
リングの組合せにより偏心回転体を構成し、かつ位相差
保持手段及びロック手段を用いて両偏心リングの位相差
を任意に変更し、これによって偏心回転体の偏心量を自
動的に変更するようにしたので、アークの回転直径の自
動変更が可能となり、アーク溶接の自動化、無人化をは
かることができる。またトーチ全長を従来のものに比し
短くできるので、トーチ全体を実質的に小型軽量にでき
、溶接ロボットへの適用が可能となって汎用性を増すこ
とができるなど効果が大きいものである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明のトーチ回転装置の一実施例を示す断面
側面図、第２図及び第３図はそれぞれ第１図のＡ−Ａ線
断面図及びＢ−Ｂ線断面図（ただし、ギヤボックスは除
く）、第４図は本発明における偏心回転体の偏心量及び
偏心方向の変更方法を示す原理図、第５図は上記偏心回
転体の偏心量及び偏心方向角度を求めるための説明図、
第６図（Ａ）、（Ｂ）は従来のトーチ回転装置の概略断
面側面図及びその偏心回転部の横断平面図である。１・・・外側偏心リング２・・・内側偏心リング３・・・ギヤ５・・・絶縁物６・・・絶縁物１０・・・偏心回転体１５・・・位相差保持手段１６・・・ボール１７・・・凹部１８・・・止めネジ１９・・・バネ２０・・・電極２１・・・電極ワイヤ２２・・・モータ２３・・・軸２４・・・ギヤ２６・・・自動調心玉軸受２７・・・自動調心玉軸受２８・・・ギヤボックス３０・・・溶接アーク３１・・・被溶接部材３４・・・ベアリング３５・・・ロック手段３６・・・エアシリンダ３７・・・ロッド３８・・・位置決め穴３９・・・エンコーダ代理人　弁理士　　佐々木　宗　治第２図第３図第５図タトイｌＦｌ有執Ｉしリンク　　　　　　　　内借１ｍ
＋ｃリンフ゛（Ａ）　　　　　　　　　　　　　（Ｂ）
　　　　　　　　　　　　（Ｃ）タト（ψｌ（Ｊｍしリ
ンスつＶ肯ＩＵ３奔ｎｔ　　　　　　　　　　　　　　
　　Ｉ　　　　　　　　　　　　　　　　１円４１’■
％＋シｌル２２７）僕１（方ｆロ　　　　１１１Ｊ　ン
７）１ｎ、ｆ！！ｉ　１３　　　　　　　　０’　　　
　　　　　　　９０°　　　　　　　　　１８００第４
図 ÷Ｄ− ｃ日）第６図

Claims

【特許請求の範囲】電極の上端（電極ワイヤ挿入側端部）を支点とし、該電
極の中間部を回転駆動される偏心回転体により支持して
該電極の下端に高速円運動を与え、前記電極の中心を通
る電極ワイヤの先端における溶接アークを高速回転させ
ながら溶接を行う高速回転アーク溶接装置において、前記偏心回転体が２つに分離された外側偏心リングと内
側偏心リングの組合せからなり、さらに前記外側偏心リ
ングと内側偏心リングとの間に設けられ両者を任意の相
対回転角のまま、回転中保持する位相差保持手段と、前
記内側偏心リングを固定するロック手段により、回転停
止時に前記外側偏心リングと内側偏心リングの位相差を
自動的に変更することにより前記溶接アークの回転直径
を自動的に変更可能にしたことを特徴とする高速回転ア
ーク溶接装置のトーチ回転装置。