JPH11179548A - 溶接トーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接ヘッドの高さを低くすることができかつ
溶接ワイヤの送りがスムーズな溶接トーチ提供する。 【解決手段】 本発明の溶接トーチ１は、供給される溶
接ワイヤ２を屈曲させて溶接チップの軸芯に沿う方向に
曲げるワイヤ屈曲部１３、ワイヤを真直に矯正する矯正
ローラー１９、ワイヤを引っ張って溶接チップに送るプ
ルローラ２５を具備する。ワイヤ屈曲部は、多数のガイ
ドローラ１５、１７により構成される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、パイプ円周自動溶
接装置等の溶接ヘッドにおける溶接トーチに関する。特
には、溶接ヘッドの高さを低くすることができかつ溶接
ワイヤの送りがスムーズな溶接トーチに関する。

【０００２】

【従来の技術及び発明が解決しようとする課題】溶接ワ
イヤをコンジットケーブルを介して自動的に溶接トーチ
に送る機構を有する溶接ヘッドにおいては、ワイヤリー
ルから溶接トーチまでのワイヤ送り方式に２つの方式が
ある。１つはプッシュ方式であり、他の１つはプル方式
である。プッシュ方式では、リールからほぐしたワイヤ
を矯正した後、コンジットケーブルの手前でプッシュロ
ーラによりワイヤをコンジットケーブルに押し込む。プ
ル方式では、コンジットケーブル出側の溶接トーチにプ
ルローラを付設して、コンジットケーブル内のワイヤを
引っ張る。

【０００３】プッシュ方式は、トーチの構造が簡単で小
型軽量とできるが、ワイヤがコンジットケーブル中で座
屈しやすいためワイヤの送りにスムーズさが欠けやす
い。プル方式は、その逆に、トーチの構造が複雑で重く
なりやすいが、ワイヤがコンジットケーブル中で座屈し
ないのでワイヤ送りがスムーズになるとともにアークへ
のワイヤ供給も安定する。

【０００４】ところでワイヤ供給のスムーズさが損なわ
れることにより、アークの不安定や溶融池の乱れ等が引
き起こされ、様々な溶接不良につながることが指摘され
ている（溶接学会誌、第４１巻、第９号、１０５５
〜）。したがって、安定的に高品質の溶接を行うにはワ
イヤ送給機構のさらなる改良が求められている。特に、
コンジットケーブルのアール部におけるワイヤとケーブ
ルとの摩擦が大きく、アールを小さくしようとするとこ
の摩擦は急に顕著となる。

【０００５】ところで、トンネル中に敷設される都市ガ
ス等のパイプライン用のパイプ円周自動溶接装置の場
合、溶接ヘッドの高さを極力低くすることが求められ
る。パイプ敷設のために掘削すべきトンネルの径が、パ
イプの径に溶接ヘッドの高さの２倍を加えた値によって
規定されるが、工事費を安くするためには、トンネルの
径をできるだけ小さくする必要があるからである。

【０００６】溶接ヘッドの高さを低くしようとすると、
溶接トーチへの入口部におけるワイヤ屈曲部のアールを
小さくする必要がある。溶接トーチは基本的にパイプの
外周面に対して直角であるが、このトーチの真上にワイ
ヤ供給リールを配置すると溶接ヘッドの高さが著しく高
くなるのでそのようにはできない。したがって、どこか
別の所に置いたリールから導いてきたワイヤを、パイプ
外周面に直角に立っている溶接ヘッドに屈曲させながら
供給してやる必要がある。このワイヤ屈曲部のアールに
トーチの長さを足した寸法が直接的に溶接ヘッドの高さ
を規定する寸法となる。そこで、ワイヤ屈曲部における
コンジットケーブルのアールをできるだけ小さくしよう
とするのであるが、そうすると前述のようにコンジット
ケーブル内におけるワイヤの摩擦が著しく大きくなっ
て、ワイヤ送りのスムーズさを阻害する要因となる。こ
のように、溶接ヘッドの高さ低減とワイヤ送りのスムー
ズさを増進することは互いに矛盾する要因をはらむテー
マなのである。

【０００７】本発明は、このような問題点に鑑みてなさ
れたもので、溶接ヘッドの高さを低くすることができか
つ溶接ワイヤの送りがスムーズな溶接トーチを提供する
ことを目的とする。特に、パイプラインの敷設のために
必要なスペースを小さくすることができ、パイプライン
敷設工事費用を低減するのに貢献できるパイプ円周自動
溶接装置を提供することを目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するた
め、本発明の第１態様のパイプ円周自動溶接装置は、供
給される溶接ワイヤを屈曲させて溶接チップの軸芯に沿
う方向に曲げるワイヤ屈曲部と、 このワイヤ屈曲部を
出たワイヤを真直に矯正するストレートナーと、 この
ストレートナーを出たワイヤを引っ張って溶接チップに
送るプルローラと、を具備し、 上記ワイヤ屈曲部が、
多数のガイドローラにより構成されていることを特徴と
する。

【０００９】また、本発明の第２態様のパイプ円周自動
溶接装置は、 供給される溶接ワイヤを屈曲させて溶接
チップの軸芯に沿う方向に曲げる多数ガイドローラによ
り構成されたワイヤ屈曲部と、 このワイヤ屈曲部の出
側寄りに配置された、このストレートナーを出たワイヤ
を引っ張って溶接チップに送るプルローラと、 このワ
イヤ屈曲部を出たワイヤを真直に矯正するストレートナ
ーと、 を具備することを特徴とする。

【００１０】すなわち、本発明のパイプ円周自動溶接装
置ではワイヤ屈曲部を多数のガイドローラにより構成し
たので、摩擦が転がり摩擦となって摩擦力を格段に小さ
くすることができる。また、プル方式としたので、コン
ジットケーブル中やワイヤ屈曲部での溶接ワイヤの座屈
を防止できスムーズなワイヤ送りを実現できる。その結
果、ワイヤ屈曲部のアールを小さくして溶接ヘッドの高
さを低く抑えながら、スムーズなワイヤ送りによる高い
溶接品質を確保できる。

【００１１】

【発明の実施の形態】以下、図面を参照しつつ説明す
る。図１は、本発明の第１態様の１実施例に係る溶接ト
ーチの一部断面正面図である。図２は、図１の溶接トー
チの一部断面側面図である。図３は、図１の溶接トーチ
のガイドローラの詳細断面図である。図４は、図１の溶
接トーチのプルローラの詳細断面図である。この溶接ト
ーチ１においては、右上のコンジットケーブル３から供
給された溶接ワイヤ２は、ワイヤ屈曲部１３で下向きに
屈曲され、矯正ローラ１９、プルローラ２５を通って、
溶接チップ３７から下に突き出される。

【００１２】ワイヤ屈曲部１３は、ワイヤ屈曲の経路の
外側に沿って配置された８個の外ガイドローラ１５−１
〜８と、同経路の内側に沿って配置された７個の内ガイ
ドローラ１７−１〜７により構成されている。各ローラ
１５、１７は、図２や図３に示すように、溶接トーチ１
の絶縁材であるベークライト製の上部フレーム６１に回
転自在に支持されている。

【００１３】より詳細には、図３に示すように、ベーク
ライトフレーム６１に横方向に平行に２本のボルト６
５、６７が植設されている。ボルト６５の外周には、フ
レーム６１側から順にスペーサ６９、ベアリング７２
（内輪）、スペーサ７３が外挿されており、ボルト頭７
５とナット６２の間に挟まれている。一方、ボルト６７
の外周には、フレーム６１側から順にスペーサ７１、ベ
アリング１７（内輪）が外挿されており、ボルト頭７７
とナット６４の間に挟まれている。なお、ナット６２、
６４の端面は、ベークライト製のキャップ６３で隠され
ている。ベークライトフレーム６１は各ローラを絶縁す
る。また、キャップ６３は、ボルト及びナットの絶縁の
ためのものである。

【００１４】外ガイドローラ１５は、材質ＳＫ３（表面
焼入れ）であり、ベアリング７２の外輪に固定されてお
り自由に回転できる。内ガイドローラ１７はベアリング
の外輪をそのまま使用しており、同じく自由に回転でき
る。外ガイドローラ１５の外周には、ワイヤ２を中央に
ガイドするためのグルーブ１５ａが形成されている。な
お、一番入側の外ガイドローラ１５−１のみはグルーブ
のないローラである。

【００１５】矯正ローラ１９は、最も出側のガイドロー
ラ１５−８の直下で、押えローラ２２及びプルローラ２
５の直上に設けられている。この矯正ローラ１９の右側
外周面は、ワイヤ２を右側に押すようにやや突出してお
り、ワイヤ屈曲部１３で付けられたワイヤの曲りグセを
反対方向に曲げて矯正する。矯正ローラ１９は、図４に
示す押えローラ２２と同様の構造により、矯正ローラヨ
ーク２１ｄに回転自在に支持されている。

【００１６】矯正ローラ１９の突出量は、矯正ローラ調
整機構２１によって調整可能である。すなわち矯正ロー
ラヨーク２１ｄは、ブロック２１ｂに連結されている。
このブロック２１ｂは、調整ボルト２１ａとバネ２１ｃ
に左右から挟まれており、ボルト２１ａのフレーム２０
に対する締め込み量を変えることにより、ブロック２１
ｂを、ヨーク２１ｄを介してローラ１９の左右位置を調
整できる。

【００１７】プルローラ２５は、押えローラ２２と対向
して、矯正ローラ１９の直下に置かれている。押えロー
ラ２２はワイヤ２をプルローラ２５に押し付け、プルロ
ーラ２５は回転駆動されて、ワイヤ２をワイヤ屈曲部１
３から引き出すとともに、後述する溶接チップ３７に押
し込む役割を果す。なお、このプルローラ２５の材質は
ＳＫ３（表面焼入れ）である。

【００１８】まず押えローラ２２の具体的構造を説明す
る。図４の下部に示すように、押えローラ２２はベアリ
ングを利用して構成されており、ベアリングの外輪がワ
イヤ２を押さえるローラの役割を果す。ベアリングの内
輪には、ベークライト製の絶縁カラー９５が嵌合してお
り、溶接電圧の印加されているワイヤ２とトーチのフレ
ーム４８との間を絶縁している。絶縁カラー９５は、軸
９３を介して二又状のヨーク２３ｄに支持されている。

【００１９】押えローラ２２の押し付け圧力は、図１に
示す押えローラ調整機構２３によって調整可能である。
すなわち、押えローラヨーク２３ｄはブロック２３ｃに
連結されており、同ブロック２３ｃはバネ２３ｂによっ
て右方向（プルローラ２５方向）に付勢されている。さ
らに、バネ２３ｂは、調整ボルト２３ａによって、その
左端がピン２３ｅの頭を介して押されている。ここで、
ピン２３ｅはブロック２３ｃに案内されている。したが
って、ボルト２３ａをフレーム２０に締め込むと、ピン
２３ｅの頭が右に進んでバネ２３ｂを押し、バネ２３ｂ
は縮んで、ブロック２３ｃ、ヨーク２３ｄを介しての押
えローラ２２への押圧力が増加する。

【００２０】次にプルローラ２５の詳細構造について説
明する。図４に示すように、プルローラ２５は、外周に
ワイヤ案内用のグルーブ２５ａを有するリング状のもの
である。このプルローラ２５の内周及び左右端面は、ベ
ークライト製の絶縁カラー８３及び８７に囲まれてい
る。絶縁カラー８７は、穴開き円板状であり、シャフト
４３の外周に嵌め込まれており、プルローラ２５の右端
面に、スプリングピン８５でセットされている。このセ
ットにスプリングピン８５を使用しているのは、絶縁カ
ラー８３、８７とプルローラ２５の廻り止めのためであ
る。

【００２１】絶縁カラー８３は、つば付きスリーブ状で
あり、プルローラ２５の内面と左端面に当接している。
絶縁カラー８３の内面は、シャフト４３の外周に嵌合し
ており、左端面はスペーサ８１を介してベアリング４５
の内輪で位置決めされている。絶縁カラー８３とシャフ
ト４３との間はスプリングピン８９、９１でセットされ
ている。このセットにスプリングピンを使用しているの
は上述のスプリングピン８５の場合と同じ理由による。

【００２２】次に、プルローラの駆動機構について説明
する。図２に示すように、プルローラ２５のシャフト４
３は、左方向に延びて、２つのベアリング４５によって
保持され、左端においてギア４７と連結されている。こ
のギア４７は、下方のギア４９と噛み合っている。ギア
４９はさらにもう一本のシャフト５１と連結されてい
る。このシャフト５１は、左方に延びるトーチアーム５
３内を通ってプルローラ駆動サーボモータ（図示され
ず）まで延びている。したがって、プルローラ２５は任
意の回転数で回転駆動される。なお、ギア４９と４７は
同じ歯数であり、減速のためのものではなく、シャフト
の位置をオフセットさせるためのものである。シャフト
４３の右端に接続されている符号４１は、ワイヤ初期設
定及びギア調整用の手動回転ノブである。

【００２３】プルローラ２５を出たワイヤ２は、ロート
口部２６からシールドガスノズル３５内に入り、同ノズ
ル内下端の溶接チップ３７を通って下方に突き出され、
パイプ５の開先６内に供給される。ノズル３５とチップ
３７の間にはシールドガス通路３６が形成されており、
図１に示すように、シールドガス供給部３３から図中の
矢印の経路で、突き出されたワイヤ２の周囲にシールド
ガスが供給される。図中符号２８は、シールドガスノズ
ル３５を支えるフレームである。また符号３１は、ワイ
ヤ２に溶接電流を供給する給電部である。

【００２４】図１〜４に示す第１実施例の特徴は、以下
である。 ワイヤ屈曲部１３をローラ列で構成し、溶接ワイヤ
の曲げアールが小さくても（この例ではＲ＝３０mm、ワ
イヤ線径１mm）、摩擦抵抗が小さい。 ワイヤ屈曲部１３の出側でプルローラ２５でワイヤ
を引張り駆動するのでワイヤ送りがスムーズで、溶接池
へのワイヤの送給が安定する。

【００２５】 矯正ローラの突き出し量を可変とし
て、ワイヤ径等が変化した場合もワイヤの直進性を保証
できるようにした。 ワイヤのチップからの突き出し長さを３０mmとして
も、トーチの全高が２０８mmと従来よりも相当低くなっ
ている。 送給ローラ及び矯正ローラ以降にワイヤ屈曲部が無
いため、ワイヤの直進性が向上した。

【００２６】図５は、本発明の第２態様の１実施例に係
る溶接トーチの一部断面正面図である。図６は、図５の
溶接トーチのガイドローラの詳細を示す側面断面図であ
る。図中において、図１〜４の符号に１００を足した符
号の部位は、以下に特記するものを除いて、図１〜４の
溶接トーチと同様の部位である。

【００２７】この実施例の溶接トーチの特長は以下であ
る。 （１）プルローラ１２５及び押えローラ１２２がワイヤ
屈曲部１１３内に設けられている。 すなわち、プルローラ１２５は、ワイヤ屈曲部１１３の
内ガイドローラ１１７と並んで設けられている。プルロ
ーラ１２５の入側には３個の内ガイドローラ１１７−
１、２、３が、出側には１個の内ガイドローラ１１７−
４が配置されている。同様に、押えローラ１２２は、外
ガイドローラ１１３と並んで設けられている。押えロー
ラ１２２の入側には５個の外ガイドローラ１１５−１〜
５が、出側には２個の外ガイドローラ１１５−６、７が
配置されている。なお、各ガイドローラ及び押えローラ
の径は約８mmであり、プルローラの径は約２０mmであ
る。このように構成することにより、トーチ１０１の高
さを、ワイヤ突き出し３０mmでも１３６mmと、図１の実
施例よりも一層低く抑えている。しかし、プルローラ１
２５の出側に、３個のガイドローラと、矯正ローラ１１
９、その出側の最終ガイドローラ１２０−１、２が存在
するため、ワイヤ送りにプッシュ方式の色彩が出て、ワ
イヤ送給速度の変動が少し大きくなるおそれがある。

【００２８】（２）各ガイドローラ１１５、１１７は、
内外ともにグルーブ１１５ａ、１１７ａが付いている。

【００２９】（３）溶接チップ１３７の左右にシールド
ガスを供給する２個のノズル１３３−１、２が配置され
ている。図１の実施例のような溶接チップ外周をシール
ドガスノズルが囲んでワイヤの全周にシールドガスが供
給される方式と比較して、本実施例のような方式は、管
表面での溶接部においてシールド性が不充分という欠点
があるが、一方、狭い開先にも対応できるという利点が
ある。

【００３０】（４）給電ケーブル１３０が上方から急角
度に給電部１３１に向かっている。これは、シールドガ
スノズルと干渉を避けるためである。なお、図中符号１
３２は給電のための給電ターミナルであり、１３４は給
電及び溶接ワイヤのガイドのためのチップボディアダプ
ターであり、１３６は溶接ワイヤのガイドのために円錐
状に加工したものである。

【００３１】（５）絶縁の構成が図１の実施例と異な
る。ワイヤ屈曲部１１３の入側では絶縁ブロック１１２
により、ワイヤ屈曲部出側では絶縁板１２８により、ワ
イヤ屈曲部１１３のフレーム１１４が絶縁される。各ガ
イドローラ１１５、１１７は、図６に示すように、セッ
トボルト１６５、１６７とベアリング内輪との間に嵌め
込まれた絶縁カラー１６９、１７１によって、ワイヤ屈
曲部フレーム１１４と絶縁されている。これは、ワイヤ
屈曲部１１３がプルローラ１２５を含んでいて強度を必
要とするため、図１の実施例のようなベークライト製と
はできず鋼製とせざるをえなかったためである。

【００３２】（６）押えローラ１２２にワイヤ送給速度
検出用のパルスジェネレータ（ＰＧ）が設置されてい
る。このため、ワイヤ送り量やノンアーク時の溶接チッ
プからのワイヤ突き出し量を正確に検出することができ
る。

【００３３】以上説明した実施例については以下のよう
な変形や追加構成を加えることができる。 （１）ガイドローラ位置をクロソイド曲線上に配置して
極力摩擦抵抗を小さくすることもできる。 （２）溶接ワイヤ径、材質によりローラ径、ローラ位置
を調整できる。 （３）溶接ワイヤを最初に送り出すためのガイドを設け
ることもできる。

【００３４】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のパイプ円周自動溶接装置ではワイヤ屈曲部を多数のガ
イドローラにより構成したので、摩擦が転がり摩擦とな
って摩擦力を格段に小さくすることができる。また、プ
ル方式としたので、コンジットケーブル中やワイヤ屈曲
部での溶接ワイヤの座屈を防止できスムーズなワイヤ送
りを実現できる。したがって、ワイヤ屈曲部のアールを
小さくして溶接ヘッドの高さを低く抑えながら、かつス
ムーズなワイヤ送りによる高い溶接品質を確保できる。
その結果、パイプラインの敷設のために必要なスペース
を小さくすることができ、パイプライン敷設工事費用を
低減するのに貢献できる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１態様の１実施例に係る溶接トーチ
の一部断面正面図である。

【図２】図１の溶接トーチの一部断面側面図である。

【図３】図１の溶接トーチのガイドローラの詳細断面図
である。

【図４】図１の溶接トーチのプルローラの詳細断面図で
ある。

【図５】本発明の第２態様の１実施例に係る溶接トーチ
の一部断面正面図である。

【図６】図５の溶接トーチのガイドローラの詳細を示す
側面断面図である。

【符号の説明】

１ 溶接トーチ ２ 溶接ワイヤ ３ コンジットケーブル ５ パイプ ６ 溶接開先 １１ フレキジョイ
ント １３ ワイヤ屈曲部 １５ 外ガイドロ
ーラ １７ 内ガイドローラ １９ 矯正ローラ ２０ フレーム ２１ 矯正ローラ
調整機構 ２２ 押えローラ ２３ 押えローラ
調整機構 ２５ プルローラ ２６ ロート口部 ２７ フレーム ２８ フレーム ３１ 給電部 ３３ シールドガ
ス供給部 ３５ シールドガスノズル ３６ シールドガ
ス通路 ３７ 溶接チップ ４１ ４３ シャフト ４５ ベアリング ４７、４９ 歯車 ４８ フレーム ５１ シャフト ５３ トーチアー
ム ６１ フレーム ６２、６４ ナッ
ト ６３ キャップ ６５、６７ ボル
ト ６９、７１、７３ スペーサ ７２ ベアリング ７５、７７ ボルト頭 ８１ スペーサ ８３、８７、９５ 絶縁カラー ８５、８９、９１
スプリングピン ９３ 軸 １１２ 絶縁ブロック １１４ フレーム １２８ 絶縁板 １６５、１６７
セットボルト １６９、１７１ 絶縁カラー

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 供給される溶接ワイヤを屈曲させて溶接
   チップの軸芯に沿う方向に曲げるワイヤ屈曲部と、 このワイヤ屈曲部を出たワイヤを真直に矯正するストレ
   ートナーと、 このストレートナーを出たワイヤを引っ張って溶接チッ
   プに送るプルローラと、を具備し、 上記ワイヤ屈曲部が、多数のガイドローラにより構成さ
   れていることを特徴とする溶接トーチ。
2. 【請求項２】 上記ガイドローラが、ワイヤ屈曲経路の
   内側に沿って配置された内ガイドローラ及び外側に沿っ
   て配置された外ガイドローラの組み合わせからなること
   を特徴とする請求項１記載の溶接トーチ。
3. 【請求項３】 上記外ガイドローラ外周にワイヤ案内用
   のグルーブが形成されていることを特徴とする請求項２
   記載の溶接トーチ。
4. 【請求項４】 供給される溶接ワイヤを屈曲させて溶接
   チップの軸芯に沿う方向に曲げる多数ガイドローラによ
   り構成されたワイヤ屈曲部と、 このワイヤ屈曲部の出側寄りに配置された、このストレ
   ートナーを出たワイヤを引っ張って溶接チップに送るプ
   ルローラと、 このワイヤ屈曲部を出たワイヤを真直に矯正するストレ
   ートナーと、 を具備することを特徴とする溶接トーチ。
5. 【請求項５】 上記ガイドローラが、ワイヤ屈曲経路の
   内側に沿って配置された内ガイドローラ及び外側に沿っ
   て配置された外ガイドローラの組み合わせからなること
   を特徴とする請求項４記載の溶接トーチ。
6. 【請求項６】 上記外ガイドローラ及び内ガイドローラ
   の外周にワイヤ案内用のグルーブが形成されていること
   を特徴とする請求項５記載の溶接トーチ。