JPH10324458A - 溶接ワイヤ送給装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 ワイヤを損傷することなく、構造が簡単で十
分な送給力を有するワイヤ送給装置を低原価で提供す
る。 【解決手段】 ウレタンゴムの加圧ロール１２ｆと駆動
ロール１１ｆの間にワイヤ５を押圧し、ロック２６によ
りレバー２５の先端を一定位置にロックし、矢印Ｆ方向
の加圧力を調整する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する利用分野】本発明はアーク溶接における
溶接ワイヤ送給装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】図８はアルミニウムのＭＩＧ溶接装置の
構成を示す概要図である。図８に示すように、ＭＩＧ溶
接装置は、アーク電源１、ワイヤ送給装置２、溶接トー
チ３、ワイヤ送給装置２から溶接トーチ３まで溶接ワイ
ヤ５（以下、ワイヤ５と略記する）を案内するコンジッ
ト４、溶接される母材６などから構成されている。アー
ク電源１のアース側出力はアース側ケーブル７を介して
溶接される母材６に接続されており、またアーク側出力
はアーク側ケーブル８およびコンジット４を介してトー
チ３に接続されている。またシールドガスはアーク電源
１のガス出口端子からガスホース９、ワイヤ送給装置
２、コンジット４を通過してトーチ３から流出する。そ
して溶接ワイヤ送給装置２は、アーク電源１内にある図
示されていない駆動制御装置に接続されている制御ケー
ブル１０を介して制御されている。

【０００３】図９は従来のアーク溶接用ワイヤ送給装置
を示す図であって、図９により、通常用いられる軟鋼ワ
イヤの送給用のモータ回りを説明する。ワイヤ５は、減
速ギア付き直流モータ１３によって回転する駆動ロール
１１と、ワイヤ５を挟さむようにして配置された加圧ロ
ール１２からなる一対の送給用ロールにより、ワイヤリ
ール１４から３点曲げ式の矯正ロール１５ａ、１５ｂ、
１５ｃを通過して引き出され、コンジット４を経由して
溶接トーチ３に送り出す形でワイヤ５を送給する。

【０００４】加圧スプリング１６により調整可能に付勢
された加圧ロール１２は、ワイヤ５を駆動ロール１１に
押圧し、駆動ロール１１とワイヤ５間に発生する摩擦力
により、ワイヤ５を送給する。ワイヤ送給装置２から送
給されたワイヤ５は、通常、長さ３ｍ〜５ｍのコンジッ
ト４内の図示されないライナを通過して図８に示したト
ーチ３に到達し、さらにトーチ３内の図示されない通電
チップを通過してアーク発生部に至る。したがって、ワ
イヤ送給装置２は、この間のワイヤ送給抵抗に打ち勝つ
送給力を保持することが必要になる。

【０００５】図１０〜図１２は従来技術における各種の
ワイヤ送給用ロールの断面を示す図である。軟鋼など比
較的硬いワイヤを送給する場合、図１０に示すように、
駆動ロール１１ａにはＶ溝１７を設けて、ワイヤ５と駆
動ロール１１ａとを２点接触させるか、図１１に示すよ
うに、ワイヤ直径より溝幅が狭く、深溝のＵ溝１８を設
け、Ｕ溝１８の先端角部をワイヤ５に食い込ませること
により、ワイヤ送給力を増加させるように配慮がなされ
ている。他方、図１０のように加圧ロール１２ｂは、ロ
ール面が平らな場合もあるが、駆動ロール１１ｂと同様
に溝付きのものを採用することもある。

【０００６】しかし、比較的軟らかい材質のワイヤ、例
えば、アルミニウムを主成分とするＭＩＧ溶接用ワイ
ヤ、軟鋼のフラックス入りワイヤなどを送給するに際し
ては、送給力を確保しようとして、加圧ロールに強い押
圧力を付与するとワイヤの断面形状が変形したり、ワイ
ヤ表面が損傷して切り粉が発生したりする。アルミニウ
ムのような軟質ワイヤを使用する場合は、ロール材によ
る変形や損傷の発生が特に著しいので、図１２に示すよ
うに、ワイヤ５の半径より大きい曲率をもつ円弧状の円
弧溝１９を有するギア付きの送給用ロールを用いる。駆
動ロール１１ｃと加圧ロール１２ｃとは互いに噛み合っ
て連動する１対のギアを有する。駆動ロール１１ｃと加
圧ロール１２ｃの接触面は、軽い押圧力によりワイヤを
送給するように構成されている。

【０００７】しかし、これだけでは送給力が不足する場
合もあるので、さらに、図１３に示すように、駆動ロー
ル１１ｄ、加圧ロール１２ｄ、及び、駆動ロール１１
ｅ、加圧ロール１２ｅのように、２対のギア付き送給用
ロールを用い、各ロールが１つの駆動モータ軸と連結さ
れたギア２０との噛み合いによって駆動される４駆動ロ
ール方式が、しばしば採用されている。このようにする
と、各ロールとワイヤ５とが接触する点においてワイヤ
５に負荷される圧力を大幅に低減することができる。

【０００８】また、送給装置とトーチ間の距離が長くな
ると、送給抵抗が大きくなりワイヤ５に座屈が発生しや
すくなるので、図示していないが、ワイヤリール側にあ
ってワイヤ５を押し出すためのプッシュ用モータのほか
に、トーチ側にワイヤ５を引張るためにのプル用モータ
を配置し、各ロールにおける送給負荷をより小さくす
る、いわゆる、プッシュ・プル送給方式も、しばしば用
いられている。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】アルミニウムのＭ１Ｇ
溶接では、コンジット内のライナやトーチ先端の通電チ
ップにアルミニウムの粉や、切り屑が堆積し送給不良を
発生しやすいことが基本的な問題点の一つとしてあげら
れている。このアルミニウム粉や切り屑の発生原因は、
主として送給用ロールによってワイヤが削られるためと
考えられる。この現象は、特に内径の小さい通電チップ
の入り口に堆積しやすく、ワイヤの通過を妨げ、送給不
良や、チップ内でワイヤが融着する原因となっている。
またワイヤが柔らかいので、ローラによってワイヤが押
し潰されて断面が変形しやすく、通電チッブ孔径が小さ
いときには、ワイヤが通過できないことがある。

【００１０】これを少しでも避けるために、例えば、軟
鋼の場合は直径１．２ｍｍのワイヤに対してチップ孔径
は１．３２ｍｍ程度としているが、アルミニウムの場合
にはチップの孔径を１．６ｍｍと大き目に設定してい
る。このため、通電チップにおける接触通電が不安定に
なってアーク切れを発生しやすく、また、アーク切れに
伴うビードの形状不良や、再点弧時のスパッタの発生な
どにより溶接作業性が低下する要因となっていた。ま
た、アルミニウム用の送給装置は、軽い押圧力によって
ワイヤを送給するための手段として、図１３に示したよ
うな４駆動ロールにした場合は、機構が複雑になり設備
費が高額なものになっていた。

【００１１】本発明は、アルミニウムなどのように、軟
質のワイヤを使用する溶接であってもワイヤを損傷する
ことなく、構造が簡単で十分な送給力を有するワイヤ送
給装置を低原価で提供することを目的としている。

【００１２】

【課題を解決するための手段】上記の課題を解決するた
め、本発明の溶接用ワイヤ送給装置に使用される送給用
ロールは、送給されワイヤよりも低弾性係数を有する軟
質弾性部材、例えば、軟質で弾性変形が容易なウレタン
ゴムのようなロール材を用いてワイヤ送給する構成、若
しくは、加圧ロールは、送給されるワイヤよりも低弾性
係数を有する軟質弾性部材、例えば、軟質で弾性変形が
容易なロール材を使用し、駆動ロールはワイヤよりも高
弾性係数を有する部材、例えば、硬度の高い金属材やセ
ラミックスを用いて構成したものである。すなわち、厚
いウレタンゴムなどワイヤより軟質で弾性変形が容易な
材料を用いて加圧ロールの表面を形成することにより、
ロール材のためにワイヤを変形したり損傷することがな
く、ワイヤの円周方向のみならず、軸線方向に対して
も、ワイヤの表面に沿ってロール材と密着する面積が増
えるので、ワイヤとロール間の摩擦力が増加する。ま
た、加圧ロールの表面は、十分に駆動ロール面と密着す
るので、駆動ロールからの駆動力は、ギアなど介する必
要がなく直接的に回転力が伝達され、かつ、加圧ロール
もワイヤに対する駆動力の伝達に寄与することが可能に
なる。また駆動ロールの表面についても、例えば、厚い
ウレタンゴムなどのように、ワイヤより軟質で弾性変形
が容易な材料を用いて形成した場合には、ロール表面に
沿ったワイヤ軸方向に対するワイヤの変形、すなわち、
座屈の発生をなくすことができる。

【００１３】

【発明の実施の形態】

〈実施の形態１〉本発明の実施の形態１を、図１及び図
２に基づいて説明する。図１は、本実施の形態１に係る
送給装置のワイヤと送給ロールを示す側面図、図２は、
同ワイヤの送給方向から見た図である。ロール部分以外
の送給装置の構成部品は、通常の送給装置と基本的に同
じである。直径１．２ｍｍのアルミニウムワイヤ５を送
給する場合について説明する。２１は駆動ロールの駆動
軸で、図示しない減速ギア付き送給モータのギアシャフ
トと直結されている。２２は加圧ロールの支持軸であ
る。駆動軸２１には従来の送給ロール１２と同様に直径
４０ｍｍのロール径を使用しており、焼き入れ鋼、ある
いはセラミックスのように、ワイヤ５よりも高硬度の材
質を用いた駆動ロール１１ｆを装着している。そして駆
動ロール１１ｆには、ワイヤ５を損傷するおそれのない
ように円弧溝２３を有するロールを用いた。加圧ロール
１２ｆは、例えば、外径４０ｍｍ、幅１４ｍｍ、硬度Ｈ
ｓ８０のウレタンゴムによって構成している。

【００１４】このような構成により加圧ロール１２ｆは
変形してワイヤ５、および、駆動ロール１１ｆとよく密
着することにより、送給力の保持に寄与している。本実
施の形態では、ワイヤ５は駆動ロール１１ｆの周速と一
致する速度で送給され、加圧ロール１２ｆの加圧の状態
を変化させても、駆動モータの回転速度とワイヤ送給速
度との間の比例定数は、従来技術と同様に一定に保たれ
る。

【００１５】図３は本実施の形態におけるワイヤ加圧力
の形成を示す図である。加圧ロール１２ｆはウレタンゴ
ムから構成されているので、ピン２４を支点として加圧
ロール１２ｆを押さえるレバー２５の先端を、ロック２
６で一定位置にロックするだけで、矢印Ｆ方向に弾性的
に加圧力を調整することができる。

【００１６】〈実施の形態２〉図４は、実施の形態２に
係る送給装置のワイヤと送給ロールを示す側面図、図５
は、同ワイヤの送給方向から見た図である。１１ｇは駆
動ロールで、直径４０ｍｍ、幅１４ｍｍ、硬度Ｈｓ８０
を有する円筒状のウレタンゴムを、直径１０ｍｍの駆動
ロール軸２１と一体に密着して形成している。同様に１
２ｇは硬度Ｈｓ８０を有する円筒状のウレタンゴムを、
加圧ロール軸２２と一体に密着して形成した加圧ロール
である。図５に示すように駆動ロール１１ｇの表面に
は、概ねワイヤ半径寸法に相当する深さを有するＶ溝２
７を設けてあり、ワイヤ５に対する案内機能をも備えて
いる。

【００１７】加圧ロール１２ｇのウレタンゴムが十分変
形する程度まで、駆動ロール１１ｇの方向に加圧力を付
加すると、反力により、同じ硬度のウレタンゴムで構成
した駆動ロール１１ｇも変形し、これにより２つのロー
ルは、ワイヤ５との接触部分に沿って弾性変形し、ワイ
ヤ５はその全周をウレタンゴムで包み込まれた状態にな
る。このような加圧ロール１２ｇと駆動ロール１１ｇと
の位置関係により、駆動ロール１１ｇの回転運動は加圧
ロール１２ｇを介してワイヤ５に伝達される。

【００１８】このとき、ワイヤ５の軸方向に沿った駆動
ロール１１ｇ、及び加圧ロール１２ｇとの接触長は７ｍ
ｍ程度と比較的大きい値になっている。加圧ロール１２
ｇと駆動ロール１１ｇの接触圧力は、ウレタンゴムの弾
性限界内程度の比較的低い値とするが、接触面積が大き
いからワイヤ５の断面は変形することなく、所要のワイ
ヤ送給力をワイヤ５に付加することができる。本実施の
形態のように、ウレタンゴムからなる２本のロールの間
にワイヤ５を挟持して送給するとき、駆動ロール１１ｇ
の回転速度は同一であっても、駆動ロール軸１４の軸心
からワイヤ２の表面までの距離が変化すると、ワイヤ送
給速度は変化することが考えられるから、図３に示した
ように、加圧ロール１２ｇを一定位置に保持するように
ロックするロック機構２６を設けることが好ましい。

【００１９】以下本発明の溶接ワイヤ送給装置を用いた
場合における溶接ワイヤの送給力を従来技術と比較した
結果を説明する。図６は、図９に示した従来の一般的な
ワイヤ送給装置を用いた場合のワイヤ送給力と送給ロー
ルによるワイヤ断面寸法変化の測定結果を示す図表であ
る。ワイヤは直径１．２ｍｍの純アルミニウムワイヤ
（Ａ１０７０‐ＷＹ）を用いた。横軸はワイヤの送給
力、縦軸はワイヤ断面の変形比を示す。ワイヤの送給力
は、ロールとワイヤの滑り限界におけるワイヤ引張り力
を用い、ワイヤ断面の変形比は、送給されたワイヤの断
面の長軸径Ｘと短軸径Ｙの比によって表示した。大きい
送給力のもとにおいては、ワイヤは送給用ロールにより
押し潰されて楕円形に変形するから、断面が変形しない
範囲内で使用しなければならない。送給装置の場合は、
７８Ｎ以下で使用するのが好適であるといえる。図１３
に示した４駆動ロール方式のワイヤ送給装置では、ワイ
ヤ（Ａ１０７０-ＷＹ）が切断する送給力１６０Ｎまで
変形を生ずることなく送給することができた。

【００２０】図７は実施の形態１、及び、実施の形態２
による加圧ロールの硬度とワイヤ送給力の測定結果を示
す図表である。白丸の点は、駆動ロール１１に対して従
来と同じＵ溝の金属ロール１１ｆを用いた場合、白角の
点は、駆動ロール１１に対して硬度Ｈｓ９０のウレタン
ゴムロールを用いた場合を示す。横軸は、加圧ロール１
２の硬度、縦軸はワイヤ送給力を示す。ウレタンゴムロ
ールを用いて、駆動ロール１１への加圧力を増加しても
ワイヤ断面は変形しなかった。送給力では、駆動ロール
１１が金属で、加圧ロール１２はＨｓ８０〜Ｈｓ９０程
度の硬度を有するウレタンゴムが好適であることを示し
ている。

【００２１】図７によれば、４駆動ロールほどには送給
力を高められないが、従来と比較してワイヤの変形なし
に約２倍の送給力が得られる。加圧ロール１２の加圧力
を増加してもワイヤ５断面は一切変形せず、また、切り
粉も発生しなかった。駆動ロール１１もウレタンゴムの
場合は、送給力は４０Ｎ〜５０Ｎ程度でやや低いが、ワ
イヤ５の断面は勿論変形することなく、またワイヤ５の
表面にも全く損傷の発生はない。

【００２２】上記実施の形態では、いずれも１対のロー
ルを用いてワイヤ送給していたが、送給用ロールは１対
に限定されるものではない。１つの溶接ワイヤ送給装置
に対して、図１２に示すような送給ロールを２対使用い
てもよく、これにより、ワイヤ送給力を増加することが
できる。

【００２３】ロール材としては厚さ５ｍｍ〜１０ｍｍ、
硬度Ｈｓ８０〜Ｈｓ９０程度のウレタンゴムが好適であ
ったが、ウレタンゴムに限定されるものではなく、ワイ
ヤに５対する加圧力によりワイヤ５の断面が変形しない
程度の軟らかい弾性を有し、かつ、摩擦係数が比較的大
きい適正材料であれば、例えば、繊維入りの、シリコン
ゴム、合成ゴム材、または、軟質プラスチック材、天然
ゴム材を用いることもできる。

【００２４】上記の通り、加圧ロ一ル１２、または、加
圧ロール１２と駆動ロール１１の双方を、例えば、軟質
のウレタンゴムにより構成することにより、ワイヤ５に
対する加圧力はウレタンゴム材によって、概ね決定され
るので、過度の加圧により、ワイヤ５の断面形状が変化
することがない。また、銅メッキを施した軟鋼のワイヤ
５に適用する場合、ロール材との接触によってメッキが
剥がれることはない。アルミニウムやフラックス・コア
ド・ワイヤのように、加圧力を高くすると変形しやすい
ワイヤ５に対しても本発明を適用すると、ワイヤ５の断
面の変形やワイヤ５の表面の損傷がなく、ワイヤ送給力
を高めることができる。

【００２５】これにより、チップ詰まりの可能性が非常
に少なくなり、直径１．２ｍｍのアルミニウムワイヤの
場合、チップ孔径は、従来の１．６ｍｍから軟鋼などの
場合と同程度の１．３２ｍｍに小さくすることができる
ようになり、通電チップにおける接触通電が安定し、ア
ーク切れの減少や、スパッタの減少など、アークの安定
性が著しく改善された。

【００２６】また、本発明によれば、加圧ロール１２
は、駆動ロール１１の表面に密着するように押圧するこ
とにより、ワイヤ５に対して駆動力を伝達し、加圧ロー
ル１２をギアなどを介して駆動する必要がなく、また、
ロール材は軟質の弾性を付与されることにより、送給用
ロールの加圧力を形成するために、従来常用されてきた
スプリングも必要とせず、また、良好な電気絶縁性を有
するウレタンゴムの使用により、溶接ワイヤ送給装置
は、アーク電位にあるワイヤから絶縁することができ、
鋼材ロールに付設していた絶縁部材による絶縁の必要性
がなくなる。

【００２７】

【発明の効果】本発明の実施により、加圧ロール、駆動
ロールからなる送給用ロールの機構が簡単になり、原価
の低減により経済的な溶接ワイヤ送給装置を提供するこ
とができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の形態１に係る溶接ワイヤ送給装
置のワイヤと送給ロールを示す側面図である。

【図２】実施の形態１の溶接ワイヤ送給装置のワイヤの
送給方向から見た図である。

【図３】実施の形態１におけるワイヤ加圧力の形成を示
す図である。

【図４】本発明の実施の形態２に係る溶接ワイヤ送給装
置のワイヤと送給ロールを示す側面図である。

【図５】実施の形態２の溶接ワイヤ送給装置のワイヤの
送給方向から見た図である。

【図６】従来の一般的なワイヤ送給装置を用いた場合の
ワイヤ送給力と送給ロールによるワイヤ断面寸法変化の
測定結果を示す図表である。

【図７】実施の形態１、及び、実施の形態２による加圧
ロールの硬度とワイヤ送給力の測定結果を示す図表であ
る。

【図８】アルミニウムのＭＩＧ溶接装置の構成を示す概
要図である。

【図９】従来のアーク溶接用ワイヤ送給装置を示す図で
ある。

【図１０】従来技術の各種ワイヤ送給用ロールの断面を
示す図である。

【図１１】従来技術の各種ワイヤ送給用ロールの断面を
示す図である。

【図１２】従来技術の各種ワイヤ送給用ロールの断面を
示す図である。

【図１３】従来技術の４駆動ロール方式のワイヤ送給装
置を示す図である。

【符号の説明】

１…アーク電源 ２…ワイヤ送給装置 ３…溶接トーチ ４…コンジット ５…溶接ワイヤ ６…母材 ７…アース側ケーブル ８…アーク側ケーブ
ル ９…ガスホース １０…制御ケーブル １２…駆動ロール １１…加圧ロール １３…モータ １４…ワイヤリール １５ａ、１５ｂ、１５ｃ…矯正ロール １６…加圧スプリング １７…Ｖ溝 １８…Ｕ溝 １９…円弧溝 ２０…ギア ２１…駆動軸 ２２…支持軸 ２３…円弧溝 ２４…ピン ２５…レバー ２６…ロック ２７…Ｖ溝

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 多田 光宏 広島県呉市宝町６番９号 バブ日立エンジ ニアリング株式会社内

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】互いに対向する加圧ロールと駆動ロールか
   らなる送給用ロールを介して溶接ワイヤをアーク溶接ト
   ーチに送給する溶接ワイヤ送給装置において、 前記送給用ロールは、送給されるワイヤよりも低弾性係
   数を有する軟質弾性部材により構成されていることを特
   徴とする溶接ワイヤ送給装置。
2. 【請求項２】互いに対向する加圧ロールと駆動ロールか
   らなる送給用ロールを介して溶接ワイヤをアーク溶接ト
   ーチに送給する溶接用ワイヤ送給装置において、 前記加圧ロールは前記ワイヤよりも低弾性係数を有する
   軟質弾性部材により、 前記駆動ロールは、前記ワイヤよりも高弾性係数を有す
   る部材により構成されていることを特徴とする溶接ワイ
   ヤ送給装置。