JPH0475779A - アーク溶接システム - 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〉 本発明は夕、ングステン電極を用いたアーク溶接システ
ムに関１八特に小物部品の溶接に用いて好適な溶接シス
テムζこ関する。

〈従来の技術〉 タングステン電極を用いたアーク溶接は従来から広く知
られているが、従来のアーク溶接は比較的大きな部品の
溶接乙・二用いられている。

ここに、小物部品を溶接により組み立てる必要が生じる
場合がある。

例えば、第９図（ａ、）及び（ｂ）に示す薬剤噴射用の
ノズルｌは外径及び高さが数ｆｆ１ｆｆ１程度の小物部
品であるが、次のような理由からノズル孔３　ａ。

を有したオリフィスブＩノート３とヘース２どをそれぞ
れステラ１ノス材武こより別体で加工を八　　これらを
溶接により組み立てて製作する夕・要がある。

すなわち、直径が数十ノＪｌ１１以下ここ設定されるノ
ズル孔３ａは、射出させた薬剤を良好な噴射状態とする
ためここ、孔の長さも精度良く設定する必要があり、ノ
ズルｌを初めから一体物として製作したのでζば、この
ようなノズル孔３ａの精度を実現できないため、板材で
オリフィスブし一ト３を作フて所定のノズル孔３ａを形
成し、これをベース２に紐み付けるようにする必要があ
る。そして、噴射用のノズルから噴射される薬剤などに
は化学的にかなり活性なものもあり、銅、アルミニウム
、鉛等の金属と反応して薬剤の変質や結晶物の生成によ
るノズルの目詰まり等を発生させてしまうため、ノズル
１をステンレス化する必要がある。しかしながら、ベー
ス２やオリフィスプレート３をステンレス化ら形成して
も、これらを半田付６ブや蝉付けする場合には単円や球
が薬剤と反応してＩノよい、接着剤で接着する場合ｔこ
は使用耐久性上の信頼性に欠けるという問題があり、ベ
ース２とオリフィスプレート３を溶接する必要がある。

このように、薬剤噴出用のノズ刃７？Ｊ、ベースとオリ
フィスプレートとをそれぞれステンレス材により別体で
加工（八　これらを溶接により組み立てて製作する必要
があるが、この溶接に従来からあるアーク溶接機を用い
ることはできなかった。すなわち、従来のアーク溶接機
は比較的大物部品の溶接を対象としていることからその
アーク電流値が大きく、これを小物部品の溶接にもちい
ると過大なアークにより部品が破壊されてしまったり、
あるいは、部品が吹き飛んでしまう。一方、従来のアー
ク溶接機においてアーク電流値を小さく抑える場合には
、アークを発生させることができない。

上記のような事情から、小物部品を支障なく溶接するこ
とができるアーク溶接機の実現が強く望まれていた。

本発明は上記従来の事情に鑑みなされたもので、比較的
小さなアーク電流によって小さなアークを発生させ、こ
れによって小物部品の溶接を支障なく実現することがで
きるアーク溶接システム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〉 本発明に係るアーク溶接システムは、先端が錐形状のタ
ングステン電極を用いてワークとの間にアークを発生さ
せて溶接を行うアーク溶接システムであって、溶着検出
手段によりタングステン電極とワークとの溶着を検出し
てタングステン電極とワークとが溶着しているときには
保全手段によりタングステン電極への電力供給を待機状
態とする一方、タングステン電極とワークとが溶着して
いないときには接触検出手段とこよりタングステン電極
がワークに接触すたことを検出Ｌｌで、作業者と溶接作
業位置との間に設けられるシャッター機構をタングステ
ン電極がワークに接触した後にシャッター駆動手段より
閉じさ１ｔ、当該シャッター機構が閉じた後に発生され
るアークをアーク検出手段により検出（７・て電極駆動
手段によりタングステン電極をワークから離隔させるご
とを特徴とする。

く作用〉 本発明のアーク溶接システ１１は、先端が錐形状のタン
グステン電極を用いることで、小さなアーク電流によっ
ても微少な範囲で小さなアークを発生させることができ
、小物部品の微少な範囲を溶融させて良好な溶接を実現
する。

また、本発明のアーク溶接システムは、タングステン電
極とワークとが溶着しているときにはタングステン電極
への電力供給系を待機状態とすることにより、無駄な電
力消費や電極をワークから引き離す修復作業での危険を
回避することができる。

また、アークはタングステン電極をワークに接触させた
後に微少時間をおいて自動的に発生（へ溶接位置はタン
グステン電極を接触させた位置となることから、本発明
のアーク溶接システムは、タングステン電極がワークに
接触した後にシャッター機構を閉じさせることで、アー
クに対して作業者の目を保護しつつ所定の位置への溶接
作業を実現している。

また、本発明のアーク溶接システムは、アーク発生後り
こタングステン電極をワークから離隔させることでワー
クと電極との溶着を回避している。

すなわち、本発明のアーク溶接システムは、上記のよう
な一連の作用により小物部品の溶接を支障なく実現する
。

尚、本発明は小物部品の溶接に用いるアーク溶接機に適
用して特に効果的であるが、比較的大きな部品の溶接に
用いられている従来より一般的なアーク溶接機に適用Ｉ
ノでも同様な効果を得ることができる。

〈実施例〉 本発明を実施例に基づいて具体的に説明する。

本発明の一実施例に係る小物部品溶接用のアーク溶接シ
ステムの外観構成を第１図に示す。

本実施例のアーク溶接システムはコントローラ１０を備
えており、このコントローラ１０により溶接ベン１１や
作業台１２への電流の供給、ボンベ１３から溶接ベン１
１へのアルゴンガスの供給を制御している。また、各種
のマニュアル操作な行うためのフットスイッチ１４、ア
ークに対して作業者の目を保護するためのシャッター機
構を有する顕微鏡１５がコントローラ１０に接続されて
いる。尚、１６は交流１００■電泥と接続するためのコ
ンセントである。

溶接ベン１１に支持されたタングステン電極２２は軸部
の直径が例えば０８５−１．５ｍｍで、第２図に示すよ
うに、その先端が円錐状に形成されて尖っており（先端
角が例えば１０〜２０度）、電極２２自体の強度を損な
うことなく、電流密度の向上により比較的小ざなアーク
電流によって小さなアークを発生させることができるよ
うになっている。

上記の溶接ベン１１は、第４図に詳示するように、先端
が窄まった筒状体２１ζこタングステン電極２２を支持
させたものであり、チューブ２３より筒状体２１内に供
給されるアルゴンガスをタングステン電極２２の近傍に
供給してアークを発生さぜる。尚、２７はタングステン
電極２２へはアーク電流を供給し、ソ１ツノイド２４へ
は駆動電流を供給するケーブルである。

ここで、小さなアークによってワークに形成される溶融
池は微少なものであることから、比較的短時間の内に冷
えて固まってしまうため、アーク発生後に作業者が電極
２２をワ・−りＷから離隔さゼ°るタイミングを逸する
と、第３図に示すように、電極２２がワークＷに溶着し
てしまうという事態が生じ易い。

そこで、この溶接ベンｌｌにはワークとの溶着防止機構
が付設されている。ずなわぢ、タングステン電極２２は
ソｌツノイド２４の可動子２５に取り付けられており、
可動子２５はスプリング２６によって先端側へ付勢され
ることによりタングステン電極２２は筒状体２Ｉの先端
から所定量突出した状態に保持されているが、溶接作業
においてアークを発生させると、これを後述する検出手
段により検知１ノてソＩツノイド２４を作動させ、タン
グステン電極２２１ｉニスプリング２６に抗ｌノで若干
引き込めることによりワークとタングステン電極２２と
の溶着を防止１ノでいる。

また、上記のように顕微鏡１５を備λでいるのは小物部
品に対する細かな溶接作業をするためであり、作業者は
この顕微鏡１５ζこよって溶接箇所を視認して作業を行
う。

この顕微鏡１５は、第５図に詳示するように、レンズ５
０を保持した筐体５１を前後動、上下動、揺動自在な支
持台５２に支持１ノたものであり、筐体５１内にはレン
ズ５０の光路を基ぎ得るシャッター板５３が設けられて
いる。シャッター板５３は支持軸５４を介して筐体５１
内に回動自在く同図中の」１下方向）に取り付けられて
おり、通常時においては、支持軸５４に巻回されたバネ
５５によりシャッター板５３はレンズ５０の光路から退
避ｊノた上方位置に跳ね」−げられている。筐体５１に
はソレノイド４３が取り付けられており、通常時におい
ては、ソレノイド４３の可動子５６はスプリング５７に
よりソ１ツメイド内に引き込んだ位置に位置している。

すなわち、この顕微鏡１５によれば、通常時においては
レンズ５０を通ｌノてワークの溶接位置を拡大して視認
することができ、後述のようにタングステン電極２２に
接触によりソレノイド４３が起動すると、可動子５６に
よりシャッター板５３が下方へ押されてレンズ５０の光
路を基ぎ、レンズ５０を通して入射してくるアーク光を
遮るようになっている。

上記した７−り溶接システムの回路構成を第６図に示す
。

同図において、３０は中央演算装置（ＣＰＵ）であり、
コントローラ１０で自動溶接制御の中心を担っている。

３１はコンデンサであり、このコンデンサ３１はＣＰＵ
３０で制御される充電用スイッチ３２を介して交ｍ　ｌ
　００　Ｖ電源ζこ接続された充電用電源３３で充電さ
れる。コンデンサ３１の一方の電極はＣＰＵ３０で制御
されるザイリスタスイッチ３４、電流制限抵抗３５を介
してタングステン電極２２に接続され、コンデンサ３１
の他方の電極は作業台１２に接続されている。そして、
これらコンデンサ３】の電極の間には放電用のスイッチ
３６が設けられており、このスイ・ンチ３６はＣＰＵ３
０て制御される。

ザイリスタスイッチ３４をバイパスして微少電流を流す
抵抗３７が設けられており、この微少電流が電圧レベル
検出回路３８に導かれ、各種の状態が検出されてＣＰＵ
３０に入力される。例えば、作業台１２上に載せたワー
クにタングステン電極２２を接触さぜた時には一瞬電圧
が降下するため当該状態を検出でき、また、作業台１２
．ｈに載せたワークにタングステン電極２２が溶饗して
しまった時には電圧が上昇しないため当該状態を検出で
きる。

また、上記の充電回路にはアーク電流検出用のトランス
３９が設けられており、このアーク電流を検出回路４０
で検出することによりアークの発生を検出し、この検出
信号をＣＰＵ３０に入力する。

ＣＰＵ３０により制御されるソ１ツノイドドライバー４
１が設けられており、このドライバー４１によりタング
ステン電極２２を駆動するソ１ツノイド２４、ボンベ１
３から溶接ペン１１へのアルゴンガス供給経路ζ５二設
け（うわ、た電磁弁ソ１．・ノイド４゜２、顕微鏡］５
のシャッター機構を駆動するソｌツノイド４３を駆動す
る。

尚、フットスイッチエ４からの制御信号もＣＰＵ　３０
ζこ人力され、この入力に基づいて制御系のリセット等
の各秤のマＳ、ユアル操作がなされる。

上記構成のア・−り溶接機の作動を第７図に示ずフｔコ
・−チャートを参照して説明するわまず、溶接板の主電
源が投入されて回路が起動されると、溶接機の備えられ
た全てのスイッチ、゛７クチエ・−夕・−及びバルブ類
をオフにＬ／て初期状態とする（ステップＳ１）。

次いで、スイッチ３６をオンさせてコンデンサ３１を一
旦放電させた後（ステップ＄２）、スイッチ３６をオフ
させると共に売先用スイッチ３２をオンざ穏てコンデン
サ３１を充電する（ステップＳ３）。

次いで、電圧１ノベル検出回路３８からの信号に基づい
てタングステン電極２２がワ・−りに溶着しＩていない
ことを確認する（ステップＳ４．）。この結果、電極２
２の溶着が生じてしまりでいるときには、スイッチ３２
をオフさせて充電用電力を切ると共に、スイッチ３６を
オンさせて一旦コンデンザ３１を放電さぜ（ステップＳ
５）、作業者がフットスイッチ１４によりリセットする
まで電極２２への電力供給系を待機状態とする（ステッ
プＳ６）。これにより、作業者が溶着してしまった電極
２２をワークから引き離す作業をしている間、比較的高
電圧な充電用電力は供給されない状態にあり、無駄な電
力消費が防止できると共に、当該作業を安全に行うこと
ができる。

一方、電極２２の溶着かないときには、作業者が操作し
てタングステン電極２２の先端がワークに接触したかを
電圧１ノベル検出回路３８からの信号に基づいて判断し
、作業者により電極２２がワークの溶接（）ようとする
箇所に当てられるまで待機状態とする（ステップＳ７）
。

次いて、タングステン電極２２の先端がワークに接触ｔ
ノたときζ；：は、電磁弁ソＩツメイド／１．２をオン
させて溶接ベン１１へのアルゴンガスを供給ずると共に
、ソレノイド々、３をオンさせて顕微鏡１５の視野をシ
ャッター機構により寒ぐ（ステップ５８）６そして、ソ
レノイド４３の作動遅れを考慮して確実にシャッタ・−
が閉じた状態とするため、多少の遅延時間（本実施例で
はＯ８２秒）をおき（ステップＳ９）、ザイリスタスイ
ッチ３４、をオンさせて”アークを発生させろくステッ
プ５１０）。

上記のよ・うζ１ニタングステン電極２２の接触ここ基
づいて顕微鏡１５の視野を塞いでおり、続いて発生され
るアークから作業者の目を保護することができる。尚、
このように視野を寒いでも溶接位置は電極２２の接触位
置ここ規定されているので操作上の問題はない。

次いで、アーク電流検出回路４０の検出値に基づいて所
定時間（本実施例では２秒）以内にア・−りが発生ｔノ
たかを判断しくステップ５１１）、この間にアークが発
生ｔノでいないときには、電磁弁ソレノイド４２をオフ
させてアルゴンガスの供給を中止し、ソレノイド４３を
オフさせて顕微鏡１５のシャッタ・−機構を開かせ、ザ
イリスタス、イッチ３４をオフさせてアー・り電流の供
給を中止しくステップ５１２）、スイッチ３６をオンさ
せてコンデンサ３１を放電させて（ステップ５１３）、
上記ステップＳ３から再実行する。

−・方、所定時間以内ζこアークが発生したときには、
ソレノイド２４をオンさせてタングステン電極２２を引
き込ませ、ソレノイド４３ｆ２オフさせて顕微鏡１５の
シ寺・ツタ−機構を開かせ、ザイリスタスイッチ３４を
オフさせてアーク電流の供給を中止させる（ステップ５
１４）。すなわち、アーク電流検出回路４０の検出値を
起動タイミングとして、アーク発生後累早くソレノイド
２４をオンさせてタングステン１極２２をワークから離
隔させ、ア・−りによって形成された溶接部にタングス
テン電極が溶着してしまわないようにＩノでいる。

そして、作業者が溶接ベン１１を引いてワークから離隔
さぜるに要する時間（本実施例では０゜４秒）の遅延を
もって（ステップ５１５）、ソレノイド２４をオフさせ
てタングステン電極２２をスプリング２６により元の位
置に復帰させると共ζこ、電磁弁ソＬ、／ノイド／４２
をオフさせてアルゴンガスの供給を中＋ｈｂ（ステップ
８１６）、スイッチ３Ｇをオンさせてコンデンサ３１を
放電さ・１て（ステップ５１７）、」二記ステップＳ３
から再実行する。

」二記構成の７−ク溶接システムによる薬剤噴射用のノ
ズルの朝立作業を第８図りａ、）〜（ｃ）を参照ｌノで
説明するい 第８図（ａ、）に示ず゛ように、ベー・−ス２とノズル
孔３ａを有したオリフィスブレ・−ト３とをそれぞれス
テンレス材により別体で作って用意する。

そして、回転可能な治Ｒ１こベー・ス２を支持ｊ八この
ベース２にオリフィスブｌ＞　−）　３を賎せ、これら
を押圧部４ｊ！″６で押さえて固定する６そして、第８
図（ｂ）い示すように、タングステン電極２２でベース
２とオリフィスブレ・−ト３どの接合部を狙ってア・−
りを飛ばし、ベース２とオリフィスブ１ノート３どにま
たがる溶接部８を形成する。このような作業を治具でワ
ークを回転させながら順次所定の時間を才５いて行い、
隣接する溶接部８同士が約５０２６づつ重なり合うよう
にして、ベース２とオリフィスプレート３との間に切れ
目のない溶接を施す。

そして、第８図（ｅ）に示ｉ°ようなノズル１を仕上げ
る。

上記の溶接作業において、タングステン電極２２の先端
が尖っていることから、ワークの極く微少な範囲でアー
クが集中し、熱が拡散されて１ノまう前にワ・−りの極
く微少な範囲りこ溶融ｅを作ることができる。また、隣
接する溶接部８は先に形成された溶接部の熱がある程度
下がった後に形成され、溶接部８が過剰に加熱されない
ようにしている。これらのことから、上記した溶接作業
において、ワークが過剰に加熱［）てｌ／まう自体が回
避でき、小物部品であるワークの損傷や質の劣化を防止
することができる。

尚、」二記実施例ではステンレス材から成る薬剤噴射の
ノズルの製作に用いた例を示したが、本発明に係るア・
・−り溶接機は他の材料から成る使の小物部品（例えば
、圧カセンザ等）の製作にも用いることができ、その用
途に特別な制限はない。

また、本実施例ではソレノイド２４でアーク発生後にタ
ングステン電極２２をワークからＭ隔させる駆動手段を
構成しているが、公知の他の手段を用いてもよい。また
、アーク検出手段もアーク電流からアーク発生を検出す
るものの他、アークの発生を直接光学的に検出するもの
等公知の他の手段を用いてもよい。

また、本実施例ではソレノイド４．３でタングステン電
極接触後にシャッター板５３を閉じさ２る駆動手段を構
成しているが、公知の他の手段を用いてもよい、また、
タングステン電極の接触検出手段もアーク電流から検出
するものの他、タングステン電極を直接光学的に検出す
るもの等公知の他の手段を用いてもよい。

また、本実施例では充電したコンデンサ３１から電極２
２へ電力を供給することにより、アークの発生を短時間
に抑えて小物部品たるワークの損傷を防止しているが、
定電圧源と電極２２との間にサイリスタ、トランジスタ
等の電子的スイッチを設け、このスイッチなｃｐｕて制
御して短時間だけオンさせ、アークの発生時間を制御す
るようにしてもよい。

〈発明の効果〉 本発明ζこよれば、アーク溶接機に用いるタングステン
電極を先端が錐形状のものとＩｙたため、小さなアーク
電流によっても微少な範囲で小さなアークを発生させる
ことができ、小物部品の微少な範囲を溶融させることが
できる。従って、薬剤噴射用のノズル等の小物部品を支
障なく溶接により組み立てることができ、性能が高く且
つ信頼性の高い小物部品を製作することができる。

また、本発明によれば、タングステン電極とワークとが
溶着しているときにはタングステン電極への電力供給系
を待機状態とするように１ノたため、無駄な電力消費を
防止し、電極をワークから引き離す修復作業での安全を
確保することができる。

また、本発明ζこよれば、タングステン電極がワークに
接触した後に作業者と溶接作業位置との間に設ムツられ
たシャッター機構を閉じさせるようにしたため、溶接作
業に、支障なくア・−りに対して作業者の目を保護する
ことができる。特に、本発明はアークな極く小さなもの
として小物部品の溶接を実現、するア・−り溶接機に適
用して効果が大きく、このように目に与える影響が甚大
なアークに対して作業者の目を確実に保護することがで
きる。

また、本発明によれば、アーク溶接機のタングステン電
極をアーク発生後にワークから自動的に離隔させるよう
にしたため、ワークと電極との溶着を確実に回避して円
滑で能率的′ｒＪ、溶接作業を実現することができる。

特に、本発明はアークによフて形成される溶融池を極く
小さなものとして小物部品の溶接を実現するア・−り溶
接機に適用して効果が大ぎく、アーク発生後に溶接ペン
をワ・−りからｌＩ隔さぜる作業を作業者の技能に頼ら
ずとも行えるため、電極の溶着を回避して作循の能率を
大幅に向」二させることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の一実施例に係るアーク溶接システムの
全体構成を示す斜視図、第２図はタングステン電極の先
端部を示す斜視図、第３図はタングステン電極とワーク
との溶着な説明する概念図、第４図は本発明の一実施例
ここ係るアーク溶接システムの溶接ペンの構成を示す断
面図、第５図は本発明の一実施例に係るアーク溶接シス
テムの顕微鏡を示す断面図、第６図は本発明の一実施例
に係るア・−り溶接システムの回路構成を示すブロック
図、第７図は本発明の一実施例に係るアーク溶接システ
ムの作用を説明するフローチャート、第８図（ａ）＝　
（ｅ）は薬剤噴射用のノズルの組立作業を順次説明する
概念図、第９図（ａ９）は薬剤噴射用のノズルの斜視図
、第９図（ｂ）は薬剤噴射用のノズルの断面図、である
。 １１は溶接ペン、 １２は作業台、 １４はフットスイッチ、 ２２はタングステン電極、 ２４はソレノイド、 ３０はＣＰ　Ｕ、 ３１はコンデンサ、 ３２．３６はスイッチ、 ３３は充電用電源、 ３７は抵抗、 ３８は電圧レベル検出回路、 ４０はアーク電流検出回路、 ４１はソレノイドドライバー ４３はソレノイド、 ５３はシャッター板、 Ｗはワークである。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 先端が錐形状のタングステン電極を用いてワークとの間
   にアークを発生させて溶接を行うアーク溶接システムで
   あって、溶着検出手段によりタングステン電極とワーク
   との溶着を検出してタングステン電極とワークとが溶着
   しているときには保全手段によりタングステン電極への
   電力供給を待機状態とする一方、タングステン電極とワ
   ークとが溶着していないときには接触検出手段によりタ
   ングステン電極がワークに接触したことを検出して、作
   業者と溶接作業位置との間に設けられるシャッター機構
   をタングステン電極がワークに接触した後にシャッター
   駆動手段より閉じさせ、当該シャッター機構が閉じた後
   に発生されるアークをアーク検出手段により検出して電
   極駆動手段によりタングステン電極をワークから離隔さ
   せることを特徴とするアーク溶接システム。