JP2017189798A - アーク溶接装置 - Google Patents

Abstract

【課題】モータの一方向回転のみで溶接ワイヤの前後動を実現し、簡単な構成で安定した溶接が行えるアーク溶接装置及びアーク溶接方法を提供し、以て、ビード形状の調整を容易にする。【解決手段】アーク溶接装置１００は、ワイヤ送給モータ１５と、ワイヤ送給モータ１５の出力軸２７に回転自在に取り付けられた揺動アーム１７と、揺動アーム１７に取り付けられた一対のワイヤ送給ローラ１９，２１と、ワイヤ送給モータ１５の回転をワイヤ送給ローラ１９に伝達する回転伝達機構２３と、揺動駆動部２５と、溶接電源部とを備える。ワイヤ送給ローラ１９，２１は、揺動アーム１７の揺動方向に沿って配置された溶接ワイヤ１３を挟み込む。溶接ワイヤ１３は、ワイヤ送給ローラ１９，２１によりトーチ先端に向けて送給され、且つ、揺動アーム１７によりワイヤ送給方向に前後動され、アークと短絡とが繰り返される。【選択図】図１

Description

本発明はアーク溶接装置に関する。

近年、薄板に適した低入熱でスパッタを大幅に減少できる溶接方法として、溶接ワイヤをワイヤ送給方向に沿って前後動させ、溶接ワイヤ先端でアークと短絡を繰り返す溶接方法が提案されている。
その一つに特許文献１の技術がある。この技術では、ワイヤ送給ローラを５０〜８０Ｈｚの周波数で正逆転させて溶接ワイヤの前後動を作り出している。しかし、この方法は高性能なサーボモータと高度な制御技術を必要とする。

もう一つは特許文献２及び特許文献３に開示された技術で、特許文献２においては、トーチ内で溶接ワイヤを案内するワイヤガイドを、このワイヤガイドと連結した駆動装置により揺動させることにより、溶接ワイヤを往復動させている。特許文献３においては、ワイヤ前後動をワイヤ送給装置とトーチ間の送給経路長を変化させて実現している。特許文献３の方法においても特許文献２と同様にワイヤガイドを駆動装置であるモータで揺動させている。これら特許文献２，３の方法においては、いずれもモータは正回転のみの回転で、溶接ワイヤの前後動を生み出している。しかしながら、この方法では、溶接ワイヤの前後動がワイヤガイドと溶接ワイヤの隙間の影響を受け、ワイヤ前後動ストロークが不規則になる可能性がある。

特表２００８−５４２０２７号公報 特許第５０２６６０３号公報 特開２００３−１０９７０号公報

本発明は、モータの一方向回転のみで溶接ワイヤの前後動を実現し、簡単な構成で安定した溶接が行えるアーク溶接装置及びアーク溶接方法を提供し、以て、ビード形状の調整を容易にすることを目的とする。

本発明は下記構成からなる。
（１） 溶接トーチのトーチ先端に送給された溶接ワイヤからアークを発生させて溶接するアーク溶接装置であって、
ワイヤ送給モータと、
前記ワイヤ送給モータの出力軸を中心に回転自在に取り付けられた揺動アームと、
前記揺動アームに回転自在に取り付けられた一対のワイヤ送給ローラと、
前記ワイヤ送給モータの回転を前記ワイヤ送給ローラに伝達する回転伝達機構と、
前記揺動アームを揺動駆動する揺動駆動部と、
前記溶接ワイヤに溶接電流を供給する溶接電源部と、
を備え、
前記一対のワイヤ送給ローラは、前記トーチ先端よりもワイヤ送給方向上流側で、前記揺動アームの揺動方向に沿って配置された前記溶接ワイヤをローラ間に挟み込んで配置され、
前記溶接ワイヤは、前記ワイヤ送給ローラの回転により前記トーチ先端に向けて送給され、且つ、前記揺動アームの揺動によりワイヤ送給方向に前後動されて、前記溶接ワイヤの先端でアークと短絡とを繰り返すアーク溶接装置。
（２） 溶接トーチのトーチ先端に送給された溶接ワイヤからアークを発生させて溶接するアーク溶接方法であって、
ワイヤ送給モータの出力軸を中心に回転自在な揺動アームに取り付けられた一対のワイヤ送給ローラを、前記ワイヤ送給モータにより回転駆動することで、一対の前記ワイヤ送給ローラに挟み込まれた前記溶接ワイヤを前記トーチ先端に送給し、且つ、前記揺動アームを揺動させて前記溶接ワイヤをワイヤ送給方向に前後動させ、溶接電源部から前記溶接ワイヤに溶接電流を供給して、前記溶接ワイヤの先端でアークと短絡とを繰り返す際に、
前記溶接電源部は、
短絡が解放されてアークが発生した後に低電流Ｉasを出力する第１期間と、
前記低電流Ｉasより高く、溶滴を生成させるアークパルス電流Iapを出力する第２期間と、
前記アークパルス電流Ｉapの出力後、前記アークパルス電流Ｉapより低いベース電流Iabを短絡が発生するまで出力する第３期間と、
アークが消失した後、低電流Ｉssを出力する第４期間と、
前記低電流Ｉssより高い短絡パルス電流Ispを、前記第１期間開始からの合計時間Ｔtが前記揺動アームの揺動周期τの７０〜９５％に達するまで出力する第５期間と、
前記短絡パルス電流Ｉspより低い短絡ベース電流Ｉsbを、次にアークが発生するまで出力する第６期間と、
を繰り返す出力サイクルで前記溶接電流を出力するアーク溶接方法。

本発明によれば、モータの一方向回転のみで溶接ワイヤの前後動を実現し、簡単な構成で安定した溶接が行える。

第１構成例のアーク溶接装置の要部構成図であって（Ａ）は正面図、（Ｂ）は一部断面上視図、（Ｃ）は側面図ある。 第２構成例のアーク溶接装置の要部構成図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は一部断面上視図、（Ｃ）は側面図ある。 第３構成例のアーク溶接装置の要部構成図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は一部断面上視図、（Ｃ）は側面図ある。 （Ａ）、（Ｂ）は図３のIV-IV線の断面矢視図である。 第４構成例のアーク溶接装置の要部構成図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は一部断面上視図、（Ｃ）は側面図ある。 第５構成例のアーク溶接装置の要部構成図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）に示す円盤状回転体とブラケットの断面図である。 第６構成例のアーク溶接装置の要部構成図である。 第７構成例のアーク溶接装置の要部構成図である。 溶接電流と溶接電圧の波形を示すタイミングチャートである。 溶接電流とワイヤ前後動の軌跡を示すグラフである。 アーク溶接装置の制御ブロック図である。 溶接電流と溶接電圧の波形を示すタイミングチャートである。 （Ａ），（Ｂ）はアーク長の変化を模式的に示す説明図である。 アーク溶接装置の制御ブロック図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
＜第１構成例＞
図１は第１構成例のアーク溶接装置の要部構成図であって（Ａ）は正面図、（Ｂ）は一部断面上視図、（Ｃ）は側面図ある。
アーク溶接装置１００は、溶接トーチ１１のトーチ先端１１ａに送給された溶接ワイヤ１３の先端からアークを発生させて、図示しない被溶接部材を溶接する。このアーク溶接装置１００は、ワイヤ送給モータ１５と、揺動アーム１７と、一対のワイヤ送給ローラ１９，２１と、ベルト駆動機構である回転伝達機構２３と、揺動駆動アーム４７を含む揺動駆動部２５と、図示しない溶接電源部とを備える。

ワイヤ送給モータ１５は、図示しない支持フレームに固定されたモータであり、その出力軸２７が揺動アーム１７の一端側を回転自在に支持する。

揺動アーム１７は、ワイヤ送給モータ１５の出力軸２７にベアリング２８を介して取り付けられ、出力軸２７を中心に回転自在に支持される。揺動アーム１７の出力軸２７と反対側の他端部には、回転軸３１がベアリング３２を介して回転自在に支持される。回転軸３１にはワイヤ送給ローラ１９が固定される。また、揺動アーム１７の一端側の出力軸２７にはプーリ２９が同軸で固定され、他端側のワイヤ送給ローラ１９の回転軸３１にはプーリ３３が固定される。これらプーリ２９，３３には、動力伝達用のベルトであるタイミングベルト３５が懸架される。これらプーリ２９，３３及びベルト３５がベルト伝達機構である回転伝達機構２３を構成する。

ワイヤ送給モータ１５の回転は、プーリ２９からベルト３５を介してプーリ３３に伝達され、プーリ３３の回転が回転軸３１を介してワイヤ送給ローラ１９に伝達される。ワイヤ送給ローラ２１は、図示しない加圧バネによりワイヤ送給ローラ１９に向けて加圧される加圧ローラであり、揺動アーム１７に回転自在に支持される。これら一対のワイヤ送給ローラ１９，２１のローラ間には、溶接ワイヤ１３が挟み込まれる。溶接ワイヤ１３は、溶接トーチ１１のワイヤ送給ローラ１９，２１側からトーチ先端１１ａ側に向けて送給され、一対のワイヤ送給ローラ１９，２１は、トーチ先端１１ａよりもワイヤ送給方向上流側に配置される。

揺動駆動部２５は、揺動駆動モータ４１と、揺動駆動モータ４１の出力軸４３により回転駆動され、回転中心が出力軸４３の軸心から偏心して配置された偏心軸４５と、揺動駆動アーム４７と、を有する。揺動駆動アーム４７の一端部は、揺動アーム１７に設けられた回転軸３１にベアリング４９を介して回転自在に支持され、他端部は、ベアリング５１を介して偏心軸４５の外径面に回転自在に支持される。

揺動駆動モータ４１の回転により偏心軸４５が回転駆動されると、揺動駆動アーム４７は、ベアリング５１の軸線が軌跡５３で示すように円運動する。この偏心軸４５の回転による外径面の径方向変位に応じて、揺動駆動アーム４７の回転軸３１側では円弧状の往復運動がなされる。つまり、揺動駆動モータ４１の回転により、揺動アーム１７は、出力軸２７を中心として揺動駆動され、一対のワイヤ送給ローラ１９，２１も一体に揺動駆動される。この揺動アーム１７の揺動方向は、一対のワイヤ送給ローラ１９，２１に挟持される溶接ワイヤ１３の延設方向と略同じ方向にされる。

偏心軸４５の偏心量をＲとすると、揺動駆動アーム４７の偏心軸４５側の揺動範囲は２Ｒとなる。揺動駆動アーム４７の回転軸３１側、つまり、揺動アーム１７の回転軸３１側では、ワイヤ送給モータ１５の出力軸２７と一対のワイヤ送給ローラ１９，２１の各回転軸との軸間距離が大きいため、殆ど直線的な軌跡となる極めてなだらかな円弧状軌跡を描いて揺動される。

溶接ワイヤ１３は、一対のワイヤ送給ローラ１９，２１よりもワイヤ送給方向上流側が、第１ライナー部材である第１コンジットライナー６１により覆われる。第１コンジットライナー６１は、図示しないスプールやパックに収容された溶接ワイヤ１３を、一対のワイヤ送給ローラ１９，２１の位置まで導く。また、溶接ワイヤ１３は、ワイヤ送給方向下流側が、第２ライナー部材である第２コンジットライナー６３により覆われる。第２コンジットライナー６３は、溶接トーチ１１のコンタクトチップ６５の近傍まで延設される。溶接トーチ１１のトーチ先端１１ａに配置されたコンタクトチップ６５から溶接ワイヤ１３に溶接電流が供給されて溶接が行われる。また、図示例の第２コンジットライナー６３は、第１コンジットライナー６１と比べて短いため、溶接トーチ１１に形成したガイドで代用することもできる。

揺動駆動アーム４７が、偏心量Ｒを持つ偏心軸４５によって駆動される際、揺動駆動アーム４７に取り付けられたベアリング５１の軸線の軌跡５３は、Ｒsin(ωｔ＋α)で表せる。ここで、ωは偏心軸４５の回転角速度、ｔは時間、αは位相差を表す。また、一対のワイヤ送給ローラ１９，２１の軌跡は、揺動駆動アーム４７とリンク機構で接続されるため、若干の誤差はあるが、大凡、Ｒsin(ωｔ＋α)の軌跡となる。

よって、上記構成のアーク溶接装置１００は、ワイヤ送給モータ１５により回転駆動されるワイヤ送給ローラ１９，２１が、溶接ワイヤ１３をトーチ先端１１ａに向けて送給するワイヤ送給速度Ｖｗと、上記揺動による動作の速度との合成速度によって溶接ワイヤ１３が送給される。すなわち、溶接ワイヤ１３は、上記のワイヤ送給速度Ｖｗと、揺動駆動モータ４１によって揺動される揺動アーム１７のワイヤ送給方向の前後動速度Ｒωcos（ωｔ＋α）とが加算された合成ワイヤ送給速度Ｖｓ、すなわち、Ｖｗ＋Ｒωcos（ωｔ＋α）によって、トーチ先端１１ａに向けて前後動しながら送給される。

この構成によれば、溶接ワイヤ１３は、ワイヤ送給ローラ１９，２１により確実にグリップされた状態で、前後動速度Rωcos（ωｔ＋α）で往復運動される。つまり、ワイヤ送給モータ１５を正逆反転回転させることなく、一方向のみ回転駆動することで、溶接ワイヤ１３の往復運動が得られる。

この溶接ワイヤ１３の往復運動によって、アークと短絡の周期に誤差を与えることなく、安定した溶接を実現できる。また、一対のワイヤ送給ローラ１９，２１、揺動アーム１７、揺動駆動アーム４７、プーリ２９，３３等から構成される揺動体の全質量を、軽量化できる。例えば、ワイヤ送給ローラがワイヤ送給モータ１５の出力軸２７に直接取り付けられ、ワイヤ送給モータ１５と、図示していないワイヤ送給モータの減速機を揺動させる従来の機構と比較すると、１／２０程度にまで軽量化できる。本構成によれば、一対のワイヤ送給ローラ１９，２１と回転伝達機構２３とを含む揺動体全体を往復動させる力を格段に小さくでき、例えば１００Ｈｚといった高速往復動であっても実現可能となる。

また、本構成のアーク溶接装置１００は、揺動駆動部２５の駆動源としてワイヤ送給モータ１５とは別の揺動駆動モータ４１を用いている。この場合、ワイヤ送給速度に関係なく、溶接ワイヤ１３の前後動の周波数を任意に変更できる。つまり、ワイヤ送給速度、すなわち溶接電流を一定にして、溶接ワイヤ１３を前後動させる周波数の変更自由度が向上する。例えば、前後動の周波数を高くすれば、溶接ワイヤ１３の先端が溶滴への移行する回数が増加し、一回に移行する溶滴を小さくできる。その結果、小さなビードを速い溶接速度で溶接できる。逆に前後動の周波数を低くすれば、溶滴の移行回数が減り、溶滴の移行回数に応じて増加する可能性があるスパッタを減少させることができる。このように目的とする溶接性能の選択肢が拡大する。

＜第２構成例＞
次に、アーク溶接装置の第２構成例を説明する。以降の説明では、上述した部材と同一の部材に対しては、同一の符号を付与することで、その説明を省略又は簡略化する。
図２は第２構成例のアーク溶接装置の要部構成図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は一部断面上視図、（Ｃ）は側面図ある。

本構成の回転伝達機構２３Ａは、前述のベルト伝達機構に代えて、ワイヤ送給モータ１５の回転を、歯車列を介してワイヤ送給ローラ１９の回転軸３１に伝達するギア伝達機構が採用されている。

回転伝達機構２３Ａは、出力軸２７に固定される第１歯車７１と、第１歯車７１に噛合される第２歯車７３と、第２歯車７３に噛合される第３歯車７５と、第３歯車７５に噛合され、回転軸３１に固定される第４歯車７７とを有する。

第２歯車７３は、回転軸７９に固定され、回転軸７９は、揺動アーム１７Ａにベアリング８１を介して回転自在に支持される。第３歯車７５は、回転軸８３に固定され、回転軸８３は、揺動アーム１７にベアリング８５を介して回転自在に支持される。

上記構成の回転伝達機構２３Ａによれば、ワイヤ送給モータ１５の回転が、第１歯車７１、第２歯車７３、第３歯車７５、第４歯車７７を介して回転軸３１に伝達される。これにより、出力軸２７と回転軸３１との回転比を歯車列のギア比によって高精度に設定された状態で、ワイヤ送給ローラ１９が回転駆動される。本構成では、歯車列を使用するため、ギア比には経時変化が生じない。その他の作用効果は、前述の第１構成例と同様である。

＜第３構成例＞
次に、アーク溶接装置の第３構成例を説明する。
図３は第３構成例のアーク溶接装置の要部構成図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は一部断面上視図、（Ｃ）は側面図ある。
本構成の揺動駆動部２５Ａは、前述の第１構成例の揺動駆動部２５の揺動駆動アーム４７に代えて、揺動アーム１７Ｂのアーム長手方向に沿って形成され、偏心軸４５がガイドされる長溝部９１を有して構成される。

揺動駆動モータ４１の出力軸４３には、偏心量Ｒを有して偏心軸４５が結合される。揺動駆動モータ４１が回転すると、この偏心軸４５の軸線は軌跡５３で示すように円運動する。

揺動アーム１７Ｂの一対のワイヤ送給ローラ１９，２１側となる一端側には、アーム長手方向に沿って一端側から他端側に向けて長溝部９１が形成される。長溝部９１は互いに対面する一対の平行な溝壁面９１ａ，９１ｂを有する。この長溝部９１内に、偏心軸４５に固定されベアリング９３が挿入され、ベアリング９３の外径面が溝壁面９１ａ，９１ｂに接触しながら回転駆動される。

つまり、図４（Ａ），（Ｂ）に図３のIV-IV線の断面矢視図を示すように、揺動アーム１７Ｂは、長溝部９１の溝壁面９１ａ，９１ｂが、偏心軸４５に取り付けたベアリング９３の外周面に接触して、図中左右方向への力を受ける。

つまり、偏心軸４５が回転し、ベアリング９３の軸線が軌跡５３に示すように長溝部９１内で円運動をすることにより、揺動アーム１７Ｂは、ベアリング９３からアーム長手方向に直交する幅方向の力を受け、この幅方向の力によって、出力軸２７を中心とする揺動駆動がなされる。また、ベアリング９３からのアーム長手方向の力は、長溝部９１によって吸収されて、揺動アーム１７Ｂには伝達されない。よって、揺動アーム１７Ｂは、出力軸２７を中心とする、殆ど直線的な軌跡となるなだらかな円弧状軌跡で揺動する。これにより、揺動アーム１７Ｂに支持された一対のワイヤ送給ローラ１９，２１も、同じくなだらかな円弧状軌跡で揺動する。

上記構成の揺動駆動部２５Ａによれば、前述した第２構成例の揺動駆動アーム４７が不要となる。そのため、揺動駆動部２５Ａの部品点数を削減して、スペース効率の高い、よりコンパクトな構成にできる。その他の作用効果は、第１、第２構成例と同様である。

＜第４構成例＞
次に、アーク溶接装置の第４構成例を説明する。
図５は第４構成例のアーク溶接装置の要部構成図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は一部断面上視図、（Ｃ）は側面図ある。
本構成のアーク溶接装置４００は、前述の第３構成例の揺動駆動部２５Ａに代えて、揺動駆動モータ４１を設けずに、ワイヤ送給モータ１５により揺動アーム１７Ｂを揺動駆動する揺動駆動部２５Ｂを備える。

揺動駆動部２５Ｂは、ワイヤ送給モータ１５の出力軸２７に固定された第１歯車１１１と、第１歯車１１１に噛合する第２歯車１１３と、第２歯車１１３が固定される回転軸１１５と、この回転軸１１５に同軸で固定される第３歯車１１７と、第３歯車１１７に噛合し、回転軸１２１に固定される第４歯車１１９とを備える。この回転軸１２１は、偏心軸４５に接続されている。

回転軸１１５，１２１は、ワイヤ送給モータ１５を支持するブラケット１２３に固定されたハウジング１２５に、それぞれベアリング１２７，１２９を介して回転自在に支持される。これら第１歯車１１１、第２歯車１１３，第３歯車１１７，第４歯車１１９、及び出力軸２７，回転軸１１５，１２１は、ワイヤ送給モータ１５の出力軸２７の回転を変速する変速機１３１を構成する。

上記構成の揺動駆動部２５Ｂによれば、ワイヤ送給モータ１５の出力軸２７の回転は、変速機１３１を介して回転軸１２１に伝達され、偏心軸４５を回転駆動する。この変速機１３１は、前述した揺動駆動部２５の偏心軸４５の回転速度と同等の回転速度で回転軸１２１を駆動するように、ギア比が設定される。一般に、ワイヤ送給ローラ１９の回転速度よりも、揺動により溶接ワイヤ１３を前後動させる回転軸１２１の回転速度が高いので、変速機１３１は増速するギア比に設定される。このギア比は、詳細を後述するように、ワイヤ送給速度と、ワイヤ前後動の周波数との関係が目的に合致するように設定される。

以上より、揺動駆動部２５Ｂは、一つのワイヤ送給モータ１５のみで、ワイヤ送給ローラ１９の回転、及び揺動アーム１７Ｂの揺動を同時に行える。一つのモータで溶接ワイヤ１３の送給と揺動アーム１７Ｂの揺動とを行うことで、モータ２台を配置する場合と比較して、装置の小型化、軽量化、コスト削減の効果が得られる。

また、１つのモータとすることで、ワイヤ送給速度に対して溶接ワイヤ１３の前後動の周波数は比例関係となるため、以下に示すように、適切な溶接が可能となる上、制御をシンプルにできる。

すなわち、ワイヤ送給速度に比例した溶接ワイヤ１３の前後動の周波数であるために、揺動の１周期で送られるワイヤ長は一定である。これにより１周期で移行する溶滴の大きさは一定となる。例えば、ワイヤ送給速度が８ｍ／ｍｉｎの場合に、周波数を１００Ｈｚとすれば、１周期で送られるワイヤ送給長さは１．３３ｍｍとなる。また、ワイヤ送給速度が４ｍ／ｍｉｎの場合は周波数が５０Ｈｚとなるが、ワイヤ送給長さは、前述の条件と同じ１．３３ｍｍとなる。

なお、汎用的に用いられているパルス溶接も同様に、移行する溶滴を一定にするために、ワイヤ送給速度に比例した周波数のパルスを用いて溶滴移行を行わせている。このことからも、本構成の揺動駆動部２５Ｂは、実用的且つ合理的に、溶接安定性を向上できる。

更に、２つのモータを使用する場合には、ワイヤ送給速度に合わせてワイヤ前後動の駆動モータの回転速度を合わせる同期制御が必要となるが、この１モータ方式では回転速度を合わせる制御が不要となる。よって、溶接制御が煩雑にならない。

＜第５構成例＞
次に、アーク溶接装置の第５構成例を説明する。
一般に、ワイヤ送給装置を溶接ロボット等に搭載する場合、ワイヤ送給装置と、ワイヤスプール又はワイヤパックとは、３〜６ｍ程度離間される。この離間された区間では、溶接ワイヤが圧縮バネ構造のコンジットライナーの内側を通過する状態となる。前述した溶接ワイヤの前後動の周波数が１００Ｈｚで、ストローク２Ｒが６ｍｍの場合を考えると、前後動の往復で７２ｍ／ｍｉｎのワイヤ送給速度でコンジットライナー内を溶接ワイヤが通過した場合と同じ状態となる。つまり、ワイヤ送給速度８ｍ／ｍｉｎの送給速度の８倍、４ｍ／ｍｉｎの送給速度の１６倍で、溶接ワイヤとコンジットライナーとが相対接触することになる。そのため、コンジットライナーの摩耗発生量の増大は避けられない。また、同様に溶接ワイヤがコンジットライナーと接触して、溶接ワイヤの表面の疵、とりわけワイヤ表面の銅メッキに損傷を与える影響は大きい。これらは溶接安定性の低下や、コンジットライナーの詰まりが発生する原因となり得る。

更に、揺動アームの揺動動作により、３〜６ｍもの区間を１秒間で１００回往復する場合、溶接ワイヤとコンジットライナーとの間の摩擦抵抗が、溶接ワイヤを前後動させる駆動モータに負荷に与える影響も無視できない。

そこで本構成のアーク溶接装置５００は、溶接ワイヤ１３を外周に巻き付ける円盤状回転体１３５を配置して、揺動アームの揺動による溶接ワイヤと第１コンジットライナー６１との摩擦発生を防止する。
図６は第５構成例のアーク溶接装置５００の要部構成図で、（Ａ）は正面図、（Ｂ）は（Ａ）に示す円盤状回転体１３５とブラケット１４１の断面図である。
本構成のアーク溶接装置５００は、前述の第３構成例の回転伝達機構２３及び揺動駆動部２５Ａを備え、更に一対のワイヤ送給ローラ１９，２１の溶接ワイヤ送出方向上流側に、ブラケット１４１に回転自在に支持された円盤状回転体１３５が配置される。

円盤状回転体１３５は、ベアリング１３７を介して軸１３９に回転自在に支持される。ブラケット１４１は、軸１３９を固定して、円盤状回転体１３５を回転自在に支持する。

この円盤状回転体１３５は、第１コンジットライナー６１のワイヤ送給ローラ１９，２１側の端部から、ワイヤ送給ローラ１９，２１までの間に配置される。

溶接ワイヤ１３は、第１コンジットライナー６１の端部から繰り出され、円盤状回転体１３５の外周に形成された外周溝１４５を少なくとも１周以上した後に、一対のワイヤ送給ローラ１９，２１に挟み込まれる。そして、一対のワイヤ送給ローラ１９，２１に挟み込まれた溶接ワイヤ１３は、溶接トーチ１１内を通じて、トーチ先端１１ａへ導かれる。つまり、第１コンジットライナー６１から溶接トーチ１１の入口までの間は、溶接ワイヤ１３が第１コンジットライナー６１によって覆われていない状態となる。

ここで、揺動アーム１７Ｂの揺動により、一対のワイヤ送給ローラ１９，２１が溶接ワイヤ１３をグリップし、溶接ワイヤ１３の前後動動作をストローク２Ｒで行うことを考える。例えば、ストロークが６ｍｍ、前後動の周波数が１００Ｈｚでワイヤ送給速度が８ｍ／ｍｉｎである場合、溶接ワイヤ１３は、後退移動期間中に５．３ｍｍ後退移動することになる。溶接ワイヤ１３が５．３ｍｍ後退する力は、溶接ワイヤ１３が円盤状回転体１３５を周回しているため、第１コンジットライナー６１へ挿入可能となる力には満たない。

したがって、後退した溶接ワイヤ１３は、第１コンジットライナー６１に挿入されることなく、円盤状回転体１３５の外周溝１４５内で遊びを生じさせる。この遊び量は、円盤状回転体１３５の直径によらず約１．７ｍｍの微小な拡径となる。実用的にはワイヤの塑性変形が微細となるように、円盤状回転体の直径は２００ｍｍから３００ｍｍとするのが望ましい。

また、溶接ワイヤ１３のワイヤ送給方向に前進移動する期間中は、溶接ワイヤ１３の牽引により上記遊びが消失してから、円盤状回転体１３５が回転を開始する。そして、円盤状回転体１３５が回転開始すると、第１コンジットライナー６１内から溶接ワイヤ１３を引き出す力が働き、溶接ワイヤ１３の前進動作が継続される。

このようにすることで、揺動アーム１７Ｂが揺動駆動されても、溶接ワイヤ１３は、第１コンジットライナー６１内を後退することはなく、平均的にはワイヤ送給速度と同じ相対速度で第１コンジットライナー６１内を移動する。これにより、第１コンジットライナー６１の摩耗や溶接ワイヤ１３の損傷を防止でき、ワイヤ送給モータ１５及び揺動駆動モータ４１の負荷軽減が図れる。

＜第６構成例＞
次に、アーク溶接装置の第６構成例を説明する。
上述した第５構成例においては、溶接ワイヤ１３のワイヤ送給方向に沿った前後動が、周波数が１００Ｈｚの高速移動となる場合でも、溶接ワイヤ１３と第１コンジットライナー６１との接触による弊害を解消できることを説明した。しかし、ワイヤ送給ローラ１９からコンタクトチップ６５までの間に設置される第２コンジットライナー６３と溶接ワイヤ１３との関係についても、第２コンジットライナー６３の長さが３００〜１０００ｍｍ程度であることと、第１コンジットライナー６１より短いことを除けば、その弊害は全く同じである。

そこで、本構成においては、第１コンジットライナー６１における溶接ワイヤ１３との接触による弊害を防止している。図７は第６構成例のアーク溶接装置６００の要部構成図である。

第２コンジットライナー６３の、ワイヤ送給方向上流側の端部６３ａは、取付部材１５１を介して揺動アーム１７に固定される。第２コンジットライナー６３のワイヤ送給方向下流側の端部６３ｂは、溶接トーチ１１内のコンタクトチップ６５近傍に配置される。

溶接トーチ１１は、トーチボディ１５５と、トーチボディ１５５の先端に固定されたコンタクトチップ６５と、コンタクトチップ６５の外周に隙間を有して設けられ、一端部がトーチボディ１５５の先端外周部に図示していない絶縁材を介して固定された円筒形状のシールドノズル１５７と、を有する。

トーチボディ１５５は、第２コンジットライナー６３を移動自在に挿通させるライナー挿通孔１５５ａがトーチ全長にわたって形成される。コンタクトチップ６５は、軸方向に連通するワイヤ挿通孔６５ａが形成され、溶接ワイヤ１３をワイヤ挿通孔６５ａに挿通させて保持する。このコンタクトチップ６５は、導電性部材から形成される。コンタクトチップ６５のワイヤ挿通孔６５ａには、第２コンジットライナー６３のワイヤ送給方向下流端から突出する溶接ワイヤ１３が挿通される。

この溶接トーチ１１においては、第２コンジットライナー６３がトーチボディ１５５に対して摺動自在にガイドされる。図示例では、第２コンジットライナー６３が前述した２Ｒの距離を前後動することで、コンタクトチップ６５から突出する溶接ワイヤ１３が２Ｒの距離で前後動する様子を合わせて示している。

上記構成にすることで、揺動アーム１７の揺動によって、溶接ワイヤ１３と第２コンジットライナー６３とは、共に同じ速度で前後動することになる。すなわち、揺動アーム１７の揺動による溶接ワイヤ１３と第２コンジットライナー６３との前後動相対速度はゼロであり、両者の相対速度は通常の溶接におけるワイヤ送給速度分だけである。よって、本構成によれば、溶接ワイヤ１３と第２コンジットライナー６３との高速な接触による弊害が取り除かれる。

なお、一対のワイヤ送給ローラ１９，２１から、第２コンジットライナー６３が溶接トーチ１１内に入るライナー入口１１ｂまでの距離が長い場合は、図示しないガイドを一対のワイヤ送給ローラ１９，２１からライナー入口１１ｂまでの間に設置して、第２コンジットライナー６３を摺動自在にガイドすることが望ましい。

＜第７構成例＞
次に、アーク溶接装置の第７構成例を説明する。
コンタクトチップ６５は、溶接ワイヤ１３に溶接電流を供給する部品であり、摩耗等で接触不良が生じると溶接安定性に大きな悪影響を与える。しかしながら、コンタクトチップ６５は、溶接ワイヤ１３の前後動による機械的摩耗が発生する上に、脈流の溶接電流を通電することによる発熱によって溶融摩耗が発生する。コンタクトチップ６５は、これら機械摩耗と溶融摩耗の相乗効果で摩耗が進展するため、溶接ワイヤ１３を前後動させながら溶接することは好ましくない。

そこで、本構成のアーク溶接装置は、下記に示す構成にすることで、上記の機械摩耗と溶融摩耗とを防止している。図８は第７構成例のアーク溶接装置７００の要部構成図である。

本構成のアーク溶接装置７００が備える溶接トーチ１１は、トーチボディ１５５Ａと、トーチボディ１５５Ａの先端部に配置されるコンタクトチップ６５と、コンタクトチップ６５の外周に隙間を有して設けられ、一端部がトーチボディ１５５Ａの先端外周部に図示いていない絶縁材を介して固定された円筒形状のシールドノズル１５７と、を有する。

コンタクトチップ６５は、トーチ先端１１ａ側の反対側の端部が、円筒形状の通電部材１５９の内周面に勘入される。トーチボディ１５５Ａの先端部には、ライナー挿通孔１５５ａと連通する収容穴１５５ｂが形成される。通電部材１５９は、この収容穴１５５ｂに、トーチボディ１５５Ａに対して摺動自在に収容される。この通電部材１５９は、トーチボディ１５５Ａと電気接続されており、溶接電流はトーチボディ１５５Ａから通電部材１５９の摺動部を経由してコンタクトチップ６５へと流れる。なお、通電部材１５９は、収容穴１５５ｂとの摺動部の長寿命化を図るために、通電部材１５９とトーチボディ１５５Ａを、図示しないリニアベアリングを介して接続し、トーチボディ１５５Ａと通電部材１５９とを図示しない可撓性編銅線で接続して溶接電流経路とすることもできる。

通電部材１５９は、第２コンジットライナー６３のワイヤ送給方向下流側の端部６３ｂに接続され、第２コンジットライナー６３のワイヤ送給方向上流側の端部６３ａは、取付部材１５１を介して揺動アーム１７に固定される。なお、図示例では、第２コンジットライナー６３、通電部材１５９、及びコンタクトチップ６５が距離２Ｒを移動することで、コンタクトチップ６５から突出する溶接ワイヤ１３が、距離２Ｒを移動する様子を合わせて示している。

上記構成にすることで、揺動アーム１７の揺動により、溶接ワイヤ１３、第２コンジットライナー６３、通電部材１５９、コンタクトチップ６５は、一体となって共に同じ速度で前後動することになる。すなわち、揺動アーム１７の揺動による溶接ワイヤ１３、第２コンジットライナー６３、コンタクトチップ６５の前後動相対速度はゼロであり、それぞれの溶接ワイヤ１３に対する相対速度は、通常の溶接におけるワイヤ送給速度分だけである。これにより、コンタクトチップ６５の摩耗は、ワイヤ前後動を伴わない通常の溶接と同等なレベルに抑えられる。

なお、上記構成に代えて、通電部材１５９を設けずに、コンタクトチップ６５がトーチボディ１５５Ａの収容穴１５５ｂ内で摺動する構成としてもよい。

＜第８構成例＞
次に、アーク溶接装置の第８構成例を説明する。ここで説明する溶接電流の各制御例に関しては、上記したアーク溶接装置１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００の溶接ワイヤ１３を送給する機構や、揺動駆動部２５，２５Ａ，２５Ｂ、回転伝達機構２３，２３Ａの構成を用い、溶接電源部による制御によって実現できる。

（第１制御例）
短絡を伴うガスシールドアーク溶接方法におけるスパッタの発生は、溶接学会誌第５７巻７号（１９８８年）の「ガスシールドアーク溶接における電源の出力波形制御方法」に記載されるように、主に短絡発生時及び再アーク発生時の溶接電流の大きさに依存する。これは、溶接ワイヤの前後動を利用した短絡を伴うガスシールドアーク溶接についても同様に影響することになる。

従来方法においては、短絡を開放するために大きな短絡電流を印加せざるを得ない。しかし、本構成のように、ワイヤ前後動を利用することによって、すなわち溶接ワイヤを溶融地から引き揚げる動作を行うことによって短絡を容易に開放できる。そのため、大きな短絡電流を必要とせず、且つ短絡が解放される以前に溶接電流を下げておいても短絡解放が可能となる。

図９に溶接電流と溶接電圧のタイミングチャートを示す。
溶接ワイヤの前後動を利用して、スパッタを最大限に減少させるためには、図９に示す溶接電流と溶接電圧の波形パターンにするのがよい。
すなわち、短絡が解放されアークが発生すると、アーク発生直後のアークエネルギを抑制するための低電流ＩasをＴas時間出力する（第１期間）。
その後、溶滴を生成させるためのアークパルス電流ＩapをＴap時間出力する（第２期間）。
次いで、アークパルス電流Ｉapより低いベース電流Ｉabを短絡が発生するまで出力する（第３期間）。

短絡が発生すると、ワイヤ先端と溶融池の微小な結合が破断することを防止する低電流ＩssをＴss時間出力する（第４期間）。
その後、低電流Ｉssより高い短絡パルス電流Ｉspを出力する。この状態を、アークが発生してから計時した合計時間Ｔt、すなわち第１期間開始からの合計時間Ｔtが揺動周期τの７０〜９５％に達したときまで継続する（第５期間）。
その後、短絡ベース電流Ｉsbをアークが発生するまで出力する（第６期間）。

上記の第１〜第６期間のサイクルを繰り返して溶接電流を出力する。このような溶接電流をシーケンシャルに与えることで、スパッタが最も発生しやすい短絡発生時、アーク発生時及びアーク発生直後の溶接電流を最小限にでき、スパッタの低減が図れる。

Ｉapをはじめとする各電流値は、全て予め定める設定値である。また、時間に関しては、Ｔas、Ｔap、Ｔssのみが設定された固定値であるが、その他の時間は全て溶接状態において変化するものであり、これらの時間には図９に「＊」を付けて表示している。また、Ｔspの終了時刻、すなわちＴsb開始時刻は、ワイヤ前後動の設定された周期τから計算されるので、アーク再生時からの固定時刻となる。

ここで、第１期間からＴspの終了時刻、すなわちＴsbの開始時刻までの合計時間Ｔtを、設定されたワイヤ前後動の周期τの７０〜９５％とすることで、再びアークが発生したときのスパッタを安定的に減少させることができる。上記事項について、図１０を用いて説明する。

図１０に示すように、第１周期では溶融池表面の変化はないが、第２周期に至ると溶融池表面の上下動で短絡発生時刻が遅れ、図９に示すＴab時間が延びてアーク継続時間Ｔaが長くなる。すると、短絡期間では、溶融池内に溶接ワイヤの先端が入り込む量が減少したため、短絡継続時間Ｔsが短くなる。溶接ワイヤの上下動の周期も設定された周期τよりαだけ減少しているために、アーク発生時刻も早くなっている。このようにＴa、Ｔs、τが変化してアーク発生時刻が変化しても、図９に示すＴspの終了時刻、Ｔsbの開始時刻を、設定された周期τの８３％（０．８３τ）とすることで、Ｔsb期間、すなわちスパッタを低減するための期間を、短絡ベース電流Ｉsbでアークを発生させる期間にすることができる。

溶融池の上下動等の外乱に対しては、第１期間からＴspの終了時刻、Ｔsbの開始時刻までの合計時間Ｔtを周期τの７０％とすることで、確実にＴsb期間でのアーク発生が保障される。しかし、Ｔspが短くなるので、他の電流でこれを補う必要があり、必ずしも７０％が最適とは言えない。逆に周期τの９５％を超えると、溶融池等の外乱により、電流の高い短絡パルス電流Isp印加中、すなわちＴsp期間中にアークが発生し、スパッタが増加する危険性がある。このことから、用途に応じて適切な選択をすることが望まれる。好ましくは、合計時間Ｔtを、設定された周期τの８０〜８５％に設定するのが良い。

溶接ワイヤの前後動周波数は、例えば図１に示す揺動駆動モータ４１の回転速度により決定される。また、図５に示すワイヤ送給モータ１５で溶接ワイヤ１３を送給し、且つ揺動駆動も行う場合には、ワイヤ送給速度が設定されると前後動周波数が決定される。この前後動周波数に対して周期τは一義的に決まる。この周期τを用いてＴspの終了時刻（Ｔsbの開始時刻）を設定することにより、位相角の検出やＴsp終了時刻の計算が不要になり、制御が簡略化される。つまり、従来のアーク発生時点での揺動駆動モータの位相角からＴspの終了時刻を計算する構成と比べて、本構成においては、揺動駆動モータの位相角を出力するエンコーダや、通信手段及びケーブルが不要となり、安価でシンプルな構成にできる。

（第２制御例）
次に、アーク溶接装置による第２制御例を説明する。
本制御例においては、前述の図４に示すアーク溶接装置４００のように、汎用的なモータで溶接ワイヤを定速送給し、且つ、汎用的なモータで機械的に溶接ワイヤの前後動を発生させる。更に、一つのモータで溶接ワイヤの送給と前後動とを実現させる。この制御によれば、溶接ワイヤの前後動は一義的であり、安定した溶接を行うためのアーク長制御は、溶接電流のみによってもたらされる。溶接ワイヤの突出し長変化により溶融速度が変動することに起因するアーク長の変化、更には、溶融池の上下動等の外乱によるアーク長の変化を補償する制御は、次のようにして実施できる。

本制御例の処理内容を図１１に示すアーク溶接装置の制御ブロック図を参照して説明する。
前述した、図９に示す電流Ｉap、Ｉab、Ｉspは、ワイヤ送給速度に応じて決定される。具体的には、従来の溶接電流設定器と同等な役割を持つワイヤ送給速度設定器Ａ５０の出力を受けて、溶接電流設定器Ａ５１がワイヤ送給速度に応じた各電流設定値を演算する。

電流時間設定器Ａ５３は、揺動の周波数に相当する揺動周期τを設定する揺動速度設定器Ａ５２の出力を受けて、Ｔap等の電流時間を演算する。

アーク時間比率設定器Ａ５４は、従来の溶接電圧設定器と同様にアーク長を設定する役割を果たす。電圧検出器Ａ５５は、溶接ワイヤと母材間の電圧を検出し、その検出信号が、アークと短絡を判別するアーク・短絡判定器Ａ５６に入力される。アーク時間比率演算器Ａ５７は、アーク・短絡判定器Ａ５６から出力された信号を受けて、１周期のアーク時間比率Ｋ＝Ｔa／（Ｔa＋Ｔs）を求める。アーク時間比率設定器Ａ５４とアーク時間比率演算器Ａ５７からの出力信号が入力される誤差増幅器Ａ５８は、求めたアーク時間比率Ｋと、予め定めたアーク時間比率設定値との誤差に応じた、電流偏差量ΔＩap、ΔＩab、ΔＩsp、及びＩapの時間偏差量ΔＴapを出力する。

溶接電流設定器Ａ５１の出力と誤差増幅器Ａ５８の出力は、加算器Ａ５９に入力される。加算器Ａ５９は、入力された両値を加算した信号を電流制御器Ａ６０に出力する。電流制御器Ａ６０は、加算器Ａ５９からの信号を受けて溶接電流を制御する。

また、電流時間設定器Ａ５３の出力と誤差増幅器５８の出力は加算器Ａ６１に入力される。加算器Ａ６１は、入力された両値を加算した信号を電流時間シーケンサＡ６２に出力する。電流時間シーケンサＡ６２は、加算器Ａ６１からの信号を受けて各電流の時間を制御する。

これらの演算は、公知のアナログ回路あるいはデジタル演算器を用いたソフトウェアで実現できる。

このようにして制御された結果が、前述の図１０に示される。ここで各パラメータの定義は図９で示されたものであり、図１０には省略されている。

図１０に示す第２周期では、溶融池の上下動のためにアーク長が長くなり、アーク時間比率が第１周期の５０％から６４％まで増加した。そして、アーク時間比率が増加したため、誤差増幅器Ａ５８（図１１参照）は−ΔＩapを出力した。その結果、第３周期ではＩap−ΔＩap、すなわちＩapの電流値が減少し、溶接ワイヤの溶融量が減少した。このとき、アーク時間比率は５９％まで減少している。図示はしないが、第４周期では、まだアーク時間比率が５０％まで到達していないので、第４周期でも電流が初期値よりも減少された状態で印加され、徐々に５０％へ漸近させる制御が続けられる。

上記ではＩapについて説明したが、同様にＩab、Ｉsp、Ｔap、に対しても減少方向に補正することもできる。

逆に、アーク長が減少した場合は、Ｉap等の電流を増加させる方向に制御され、Ｔapも増加させる方向に制御される。これにより、アーク時間比率、すなわちアーク長が設定通りになり、外乱等の補償動作が行われる。よって、安定したアーク溶接を実現できる。

（第３制御例）
次に、アーク溶接装置による第３制御例を説明する。
図１１において、アーク時間比率設定器Ａ５４の信号は各電流の電流時間設定器Ａ５３に入力され、Ｔapはアーク時間比率設定が高くなるにつれて、大きくなるように関数化される。以後の制御による動作は、第２制御例で示した動作と同じである。アーク時間比率設定器Ａ５４をアーク時間比率が高い方向に設定すると、図１２に示すようにＴapが長くなるので、アーク長は長くなり、アーク継続時間Ｔaが増加する。また、過大にアーク継続時間Ｔaが長くなると、第２制御例で示したように、アーク時間比率を設定値に保つように逆の制御が働き、Ｉapが減少して、適切な状態になる。更に、アーク時間比率設定を増加させると、図１２のアーク時間比率８０％に示すように変化する。

このようにアーク時間比率を変化させることは、溶接ビード形状制御に極めて有効である。図１３（Ａ），（Ｂ）にアーク長の変化を模式的に示す。図１３（Ａ）に示すように、アーク長の短いアーク時間比率５０％である場合には、アークの広がりが少ないため、細いビードを得たい場合に有効である。図１３（Ｂ）に示すように、アーク長の長いアーク時間比率８０％の場合には、ビード幅の大きなフラットなビードを得たい場合に有効である。これらの効果を裏付ける実験結果を表１に示す。表１に示すように、アーク時間比率の変化によって、ビードに与える電力すなわち熱量は１．４〜１．６倍の差があり、ビード形状の制御が極めて広い範囲で可能なことがわかる。このアーク時間比率は５０〜９０％の範囲で変化させることが好ましい。

（第４制御例）
次に、アーク溶接装置による第４制御例を説明する。
図１１において、アーク時間比率設定器Ａ５４の信号は、各電流の電流時間設定器Ａ５３に入力されると共に、各溶接電流設定器Ａ５１にも入力される。このアーク時間比率の設定値にしたがってＩap、Ｉab、Ｔap、Ｔabを変化させるとき、各電流の電流時間設定器Ａ５３、及び各溶接電流設定器Ａ５１は、Ｉap×Ｔap＋Ｉab×Ｔabが略同一値となるように演算する。アーク時間比率が高く設定されたとき、Ｔapは大きくなり、Ｉapは小さく設定される。Ｔab、Ｉabも同様であるが、Ｔabは先に述べたように溶接状態により変化するので、平均的に想定されるＴabを定めてＩabが決定される。以後の制御による動作は第２制御例と同様である。

本制御例においては、アーク時間比率の誤差増幅器Ａ５８の機能によって、Ｉap等が変化できるように制御されているが、ここでは目標とするアーク時間比率に適したＩap、Ｉab、Ｔap、Ｔabが予め設定されており、更に、アーク時間比率の誤差増幅器Ａ５８の機能を用いているので、より安定して正確なアーク時間比率制御が実現できる。

（第５制御例）
次に、アーク溶接装置による第５制御例を説明する。
本制御例の処理内容を図１４に示す制御ブロック図を参照して説明する。
図１４の制御ブロック図は、図１１に示す制御ブロック図のアーク時間比率設定器Ａ５４に代えて、電圧設定器Ａ６３を使用し、アーク・短絡判定器Ａ５６とアーク時間比率演算器Ａ５７に代えて、電圧演算器Ａ６４を使用したものである。その他の各演算器は図１１と同様であるので、同一の符号で表している。

電圧設定器Ａ６３は、アーク長を変化させるために、アーク長を長くするときは電圧設定を高く設定する。電圧演算器Ａ６４は、１周期の短絡とアークとを含めた平均電圧を演算する機能、アーク期間のみの平均電圧を演算する機能、又はアーク期間の最大電圧を検出する機能を持っている。

誤差増幅器Ａ５８は、電圧設定器Ａ６３と電圧演算器Ａ６４の入力を得て、その誤差に応じた電流偏差量ΔＩap、ΔＩab、ΔＩsp、及びＩapの時間偏差量ΔＴapを出力することは、第２制御例の制御と同様である。また、以後の各演算器の動作も第２制御例と同様である。

つまり、本制御例においては、溶接電源部は、揺動周期の１周期におけるアークと短絡を含む電圧の平均値、アークの発生期間であるアーク時間内におけるアーク電圧の平均値、アーク時間内のアーク電圧の最大値のいずれかの電圧値を算出し、算出された電圧値と、予め定めた溶接電圧設定値との差に応じて、アークパルス電流Ｉap、ベース電流Ｉab、短絡パルス電流Ｉsp、第２期間の時間Ｔapのうち、少なくともアークパルス電流Ｉapを増減させて、電圧値を溶接電圧設定値に近づける。
本制御例によれば、前述の第２制御例と同様の効果が得られる。

以上説明したように、本アーク溶接装置によれば、汎用的な機械部品、機械構造、及び制御手段により大幅なスパッタの低減とビード形状制御が可能となり、工業的に極めて有効な技術を提供できる。

このように、本発明は上記の実施形態に限定されるものではなく、実施形態の各構成を相互に組み合わせることや、明細書の記載、並びに周知の技術に基づいて、当業者が変更、応用することも本発明の予定するところであり、保護を求める範囲に含まれる。

以上の通り、本明細書には次の事項が開示されている。
（１） 溶接トーチのトーチ先端に送給された溶接ワイヤからアークを発生させて溶接するアーク溶接装置であって、
ワイヤ送給モータと、
前記ワイヤ送給モータの出力軸を中心に回転自在に取り付けられた揺動アームと、
前記揺動アームに回転自在に取り付けられた一対のワイヤ送給ローラと、
前記ワイヤ送給モータの回転を前記ワイヤ送給ローラに伝達する回転伝達機構と、
前記揺動アームを揺動駆動する揺動駆動部と、
前記溶接ワイヤに溶接電流を供給する溶接電源部と、
を備え、
前記一対のワイヤ送給ローラは、前記トーチ先端よりもワイヤ送給方向上流側で、前記揺動アームの揺動方向に沿って配置された前記溶接ワイヤをローラ間に挟み込んで配置され、
前記溶接ワイヤは、前記ワイヤ送給ローラの回転により前記トーチ先端に向けて送給され、且つ、前記揺動アームの揺動によりワイヤ送給方向に前後動されて、前記溶接ワイヤの先端でアークと短絡とを繰り返すアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、溶接ワイヤが一対のワイヤ送給ローラによりグリップされて、ワイヤ送給ローラが揺動することにより、溶接ワイヤの前後動がもたらされる。これにより、確実で安定した溶接ワイヤの前後動動作が可能となる。また、ワイヤ送給モータ全体が揺動するのではなく、軽量な揺動アーム、回転伝達機構、及びワイヤ送給ローラのみが揺動するので、揺動に必要とするエネルギーが小さくて済み、揺動駆動モータの容量を小さくできる。そのため、周波数１００Ｈｚでの高速前後動も可能になる。

（２） 前記回転伝達機構は、前記ワイヤ送給モータの回転を、ベルトを介して前記ワイヤ送給ローラの回転軸に伝達するベルト伝達機構である（１）に記載のアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、揺動しているワイヤ送給ローラに、固定されたワイヤ送給モータからの回転力を伝達できる。したがって、大きな重量であるワイヤ送給モータを揺動させることなく、ワイヤ送給ローラの揺動が可能となる。

（３） 前記回転伝達機構は、前記ワイヤ送給モータの回転を、歯車列を介して前記ワイヤ送給ローラの回転軸に伝達するギア伝達機構である（１）に記載のアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、歯車列のギア比によって回転比を高精度に設定でき、しかも経時変化を生じさせずに動力伝達が可能となる。

（４） 前記揺動駆動部は、
揺動駆動モータと、
前記揺動駆動モータにより回転駆動され、回転中心が偏心して配置された偏心軸と、
一端部が前記揺動アームに回転自在に支持され、他端部が前記偏心軸に回転自在に支持される揺動駆動アームと、
を備える（１）〜（３）のいずれか一つに記載のアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、偏心軸の回転により、揺動アームをワイヤ送給方向に前後動させることができる。

（５） 前記揺動駆動部は、
揺動駆動モータと、
前記揺動駆動モータにより回転駆動され、回転中心が偏心した偏心軸と、
前記揺動アームのアーム長手方向に沿って形成され、前記偏心軸が挿入される長溝部と、
を備え、
前記偏心軸は、前記長溝部の溝内で回転して前記揺動アームを揺動させる（１）〜（３）のいずれ一つに記載のアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、偏心軸が揺動アームの長溝部内で回転され、偏心軸が揺動アームを直接揺動するため、揺動機構が簡単化され、揺動駆動の応答性も高められる。

（６） 前記ワイヤ送給モータと前記揺動駆動モータとは、それぞれ独立して設けられた（４）又は（５）に記載のアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、ワイヤ送給速度と関係なく、溶接ワイヤの前後動の周波数を選択できる。

（７） 前記揺動駆動モータと前記ワイヤ送給モータとは、一つのモータで兼用されている（４）又は（５）に記載のアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、通常のパルス溶接で用いられているようなワイヤ送給速度に比例した溶接ワイヤの前後動の周波数に設定できる。すなわち、アークと短絡とを繰り返す１周期毎に移行する溶滴の大きさを一定にできる。また、一つのモータで済むため、装置構成を簡略化できる。

（８） 一対の前記ワイヤ送給ローラに送給される前記溶接ワイヤの外側を相対移動自在に覆う第１ライナー部材と、
前記第１ライナー部材の前記ワイヤ送給ローラ側の端部から前記ワイヤ送給ローラまでの間で回転自在に支持され、外周溝を有する回転体と、
を備え、
前記溶接ワイヤは、前記回転体の外周溝に少なくとも一周周回されてから一対の前記ワイヤ送給ローラに挟み込まれる（１）〜（７）のいずれか一つに記載のアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、回転体を溶接ワイヤが少なくとも一周することにより、溶接ワイヤの前後動の後退時に余った溶接ワイヤは、回転体の周りで遊びとなり、第１ライナー部材内までは戻らない。したがって、第１ライナー部材の中では、ワイヤ送給速度の動きだけとなり、揺動による溶接ワイヤの前後動はなくなる。これにより、溶接ワイヤと第１ライナー部材との摩擦力損失が低下し、ワイヤ表面の疵の発生を抑制できる。

（９） 前記ワイヤ送給ローラのワイヤ送給方向下流側に、前記溶接ワイヤの外側を相対移動自在に覆う第２ライナー部材が設けられ、
前記第２ライナー部材は、ワイヤ送給方向上流端が前記揺動アームに固定され、前記揺動アームの揺動と一体に進退移動する（１）〜（８）のいずれか一つに記載のアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、第２ライナー部材は、溶接ワイヤの前後動と同じ前後動をするため、第２ライナー部材内での溶接ワイヤの相対的な動きはワイヤ送給速度だけとなる。これにより、溶接ワイヤと第２ライナー部材との摩擦力損失が低下し、ワイヤ表面の疵の発生を抑制できる。

（１０） 前記溶接トーチは、
前記第２ライナー部材を移動自在に挿通するライナー挿通孔が形成されたトーチボディと、
軸方向に連通するワイヤ挿通孔が形成され、前記トーチボディの先端に固定されるコンタクトチップと、
前記コンタクトチップの外周に隙間を有して設けられ、一端部が前記トーチボディに絶縁材を介して固定された筒状のシールドノズルと、
を備え、
前記ライナー挿通孔内の前記第２ライナー部材に覆われた前記溶接ワイヤが、前記第２ライナー部材のワイヤ搬送方向下流端から突出して前記ワイヤ挿通孔に挿通されている（９）に記載のアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、溶接ワイヤは、溶接ワイヤの前後動による第２ライナー部材との相対的な動きがなくなり、ワイヤ送給速度だけの動きとなる。このため、第２ライナー部材との摩擦損失、溶接ワイヤの疵の発生を抑制できる。

（１１） 前記溶接トーチは、
前記第２ライナー部材を移動自在に挿通するライナー挿通孔が形成されたトーチボディと、
軸方向に連通するワイヤ挿通孔が形成され、前記トーチボディの先端部に配置されるコンタクトチップと、
前記コンタクトチップの外周に隙間を有して設けられ、一端部が前記トーチボディに絶縁材を介して固定された筒状のシールドノズルと、
を備え、
前記トーチボディは、前記ライナー挿通孔と連通する収容穴が形成され、
前記コンタクトチップは、前記ライナー挿通孔内の前記第２ライナー部材に覆われた前記溶接ワイヤが、前記第２ライナー部材のワイヤ搬送方向下流端から突出して前記ワイヤ挿通孔に挿通された状態で、前記収容穴に進退自在に収容されている（９）に記載のアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、溶接ワイヤは、溶接ワイヤの前後動によるコンタクトチップ及び第２ライナー部材との相対的な動きがなくなり、ワイヤ送給速度だけの動きとなる。溶接ワイヤの前後動は、通常の溶接と比較して倍以上のコンタクトチップとの摩耗を生じさせることになるが、これを通常の溶接の程度に低減できる。よって、コンタクトチップの摩耗、第２ライナー部材との摩擦損失、溶接ワイヤの疵の発生を抑制できる。

（１２） 前記第２ライナー部材の前記ワイヤ搬送方向下流端に固定され、前記収容穴に摺動自在に配置される導電性部材を有し、
前記コンタクトチップは、前記導電性部材に固定されている（１１）に記載のアーク溶接装置。
このアーク溶接装置によれば、コンタクトチップと第２ライナー部材とを導電性部材を介して収容穴に収容するため、コンタクトチップと第２ライナー部材とが一体に移動可能となる。よって、溶接ワイヤの前後動による溶接ワイヤとの摩擦、溶接ワイヤの疵や切粉等の発生を低減できる。

（１３） 溶接トーチのトーチ先端に送給された溶接ワイヤからアークを発生させて溶接するアーク溶接方法であって、
ワイヤ送給モータの出力軸を中心に回転自在な揺動アームに取り付けられた一対のワイヤ送給ローラを、前記ワイヤ送給モータにより回転駆動することで、一対の前記ワイヤ送給ローラに挟み込まれた前記溶接ワイヤを前記トーチ先端に送給し、且つ、前記揺動アームを揺動させて前記溶接ワイヤをワイヤ送給方向に前後動させ、溶接電源部から前記溶接ワイヤに溶接電流を供給して、前記溶接ワイヤの先端でアークと短絡とを繰り返す際に、
前記溶接電源部は、
短絡が解放されてアークが発生した後に低電流Ｉasを出力する第１期間と、
前記低電流Ｉasより高く、溶滴を生成させるアークパルス電流Ｉapを出力する第２期間と、
前記アークパルス電流Ｉapの出力後、前記アークパルス電流Ｉapより低いベース電流Ｉabを短絡が発生するまで出力する第３期間と、
アークが消失した後、低電流Ｉssを出力する第４期間と、
前記低電流Issより高い短絡パルス電流Ｉspを、前記第１期間開始からの合計時間Ｔtが前記揺動アームの揺動周期τの７０〜９５％に達するまで出力する第５期間と、
前記短絡パルス電流Ｉspより低い短絡ベース電流Ｉsbを、次にアークが発生するまで出力する第６期間と、
を繰り返す出力サイクルで前記溶接電流を出力するアーク溶接方法。
このアーク溶接方法によれば、上記の溶接電流をシーケンシャルに溶接ワイヤに与えることで、スパッタが最も発生しやすい短絡直後、アーク発生時及びアーク発生直後の溶接電流を最小限にできる。これにより、スパッタの低減が図れる。

（１４）前記溶接電源部は、前記揺動周期の１周期におけるアークの発生期間であるアーク継続時間Ｔaと、アークが消失した期間である短絡継続時間Ｔsからアーク時間比率Ｋ＝Ｔa／（Ｔa＋Ｔs）を算出し、算出された前記アーク時間比率Ｋと予め定めたアーク時間比率設定値との差に応じて、前記アークパルス電流Ｉap、前記ベース電流Ｉab、前記短絡パルス電流Ｉsp、前記第２期間の時間Ｔapのうち、少なくとも前記アークパルス電流Ｉapを増減させて、前記アーク時間比率Ｋを前記アーク時間比率設定値に近づける（１３）に記載のアーク溶接方法。
このアーク溶接方法によれば、アーク時間比率が設定値になるようにアーク長を制御することで、アーク長の安定と溶接部に与える熱量を一定に制御でき、安定したアーク溶接が行える。これにより、高い均質性の溶接ビードが得られる。

（１５） 前記溶接電源部は、アーク時間比率設定器の設定値の変化に応じて前記第２期間の時間Ｔapの設定値を変化させ、前記アーク時間比率を５０〜９０％の範囲で変化させる（１４）に記載のアーク溶接方法。
このアーク溶接方法によれば、溶接部に与える熱量を４０〜６０％変化させることができる。すなわち、継手に最適な入熱量を選択的に与えることができ、溶け込みやビード形状の制御が可能となる

（１６） 前記溶接電源部は、アーク時間比率設定器の設定値の変化に応じて前記アークパルス電流Ｉapと前記第２期間の時間Ｔapとの積と、前記ベース電流Ｉabと前記第３期間の時間Ｔabとの積との和が一定値となるように、前記アークパルス電流Ｉap、前記ベース電流Ｉab、前記第２期間の時間Ｔap、前記第３期間の時間Ｔabの設定値を変化させる（１３）〜（１５）のいずれか一つに記載のアーク溶接方法。
このアーク溶接方法によれば、設定されたアーク時間比率で常にアークの安定が確保でき、ビード形状の制御が容易に行える。

（１７） 前記溶接電源部は、前記揺動周期の１周期におけるアークと短絡を含む電圧の平均値、前記アークの発生期間であるアーク時間内におけるアーク電圧の平均値、前記アーク時間内の前記アーク電圧の最大値のいずれかの電圧値を算出し、算出された前記電圧値と、予め定めた溶接電圧設定値との差に応じて、前記アークパルス電流Ｉap、前記ベース電流Ｉab、前記短絡パルス電流Ｉsp、前記第２期間の時間Ｔapのうち、少なくとも前記アークパルス電流Ｉapを増減させて、前記電圧値を前記溶接電圧設定値に近づける（１３）〜（１６）のいずれか一つに記載のアーク溶接方法。
このアーク溶接方法によれば、平均アーク長を制御してビード形状の調整が行える。

１１ 溶接トーチ
１１ａ トーチ先端
１３ 溶接ワイヤ
１５ ワイヤ送給モータ
１７，１７Ａ，１７Ｂ 揺動アーム
１９，２１ ワイヤ送給ローラ
２３，２３Ａ 回転伝達機構
２５，２５Ａ，２５Ｂ 揺動駆動部
２７ 出力軸
２９，３３ プーリ
３１ 回転軸
３５ タイミングベルト（ベルト）
４１ 揺動駆動モータ
４３ 出力軸
４５ 偏心軸
４７ 揺動駆動アーム
６１ 第１コンジットライナー（第１ライナー部材）
６３ 第２コンジットライナー（第２ライナー部材）
６５ コンタクトチップ
６５ａ ワイヤ挿通孔
７１ 第１歯車
７３ 第２歯車
７５ 第３歯車
７７ 第４歯車
９１ 長溝部
１１１ 第１歯車
１１３ 第２歯車
１１５ 回転軸
１１７ 第３歯車
１１９ 第４歯車
１２１ 回転軸
１３１ 変速機
１３５ 円盤状回転体（回転体）
１５５，１５５Ａ トーチボディ
１５５ａ ライナー挿通孔
１５５ｂ 収容穴
１５９ 通電部材
１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００ アーク溶接装置

Claims (17)

1. 溶接トーチのトーチ先端に送給された溶接ワイヤからアークを発生させて溶接するアーク溶接装置であって、
   ワイヤ送給モータと、
   前記ワイヤ送給モータの出力軸を中心に回転自在に取り付けられた揺動アームと、
   前記揺動アームに回転自在に取り付けられた一対のワイヤ送給ローラと、
   前記ワイヤ送給モータの回転を前記ワイヤ送給ローラに伝達する回転伝達機構と、
   前記揺動アームを揺動駆動する揺動駆動部と、
   前記溶接ワイヤに溶接電流を供給する溶接電源部と、
   を備え、
   前記一対のワイヤ送給ローラは、前記トーチ先端よりもワイヤ送給方向上流側で、前記揺動アームの揺動方向に沿って配置された前記溶接ワイヤをローラ間に挟み込んで配置され、
   前記溶接ワイヤは、前記ワイヤ送給ローラの回転により前記トーチ先端に向けて送給され、且つ、前記揺動アームの揺動によりワイヤ送給方向に前後動されて、前記溶接ワイヤの先端でアークと短絡とを繰り返すアーク溶接装置。
2. 前記回転伝達機構は、前記ワイヤ送給モータの回転を、ベルトを介して前記ワイヤ送給ローラの回転軸に伝達するベルト伝達機構である請求項１に記載のアーク溶接装置。
3. 前記回転伝達機構は、前記ワイヤ送給モータの回転を、歯車列を介して前記ワイヤ送給ローラの回転軸に伝達するギア伝達機構である請求項１に記載のアーク溶接装置。
4. 前記揺動駆動部は、
   揺動駆動モータと、
   前記揺動駆動モータにより回転駆動され、回転中心が偏心して配置された偏心軸と、
   一端部が前記揺動アームに回転自在に支持され、他端部が前記偏心軸に回転自在に支持される揺動駆動アームと、
   を備える請求項１〜請求項３のいずれか一項に記載のアーク溶接装置。
5. 前記揺動駆動部は、
   揺動駆動モータと、
   前記揺動駆動モータにより回転駆動され、回転中心が偏心した偏心軸と、
   前記揺動アームのアーム長手方向に沿って形成され、前記偏心軸が挿入される長溝部と、
   を備え、
   前記偏心軸は、前記長溝部の溝内で回転して前記揺動アームを揺動させる請求項１〜請求項３のいずれ一項に記載のアーク溶接装置。
6. 前記ワイヤ送給モータと前記揺動駆動モータとは、それぞれ独立して設けられた請求項４又は請求項５に記載のアーク溶接装置。
7. 前記揺動駆動モータと前記ワイヤ送給モータとは、一つのモータで兼用されている請求項４又は請求項５に記載のアーク溶接装置。
8. 一対の前記ワイヤ送給ローラに送給される前記溶接ワイヤの外側を相対移動自在に覆う第１ライナー部材と、
   前記第１ライナー部材の前記ワイヤ送給ローラ側の端部から前記ワイヤ送給ローラまでの間で回転自在に支持され、外周溝を有する回転体と、
   を備え、
   前記溶接ワイヤは、前記回転体の外周溝に少なくとも一周周回されてから一対の前記ワイヤ送給ローラに挟み込まれる請求項１〜請求項７のいずれか一項に記載のアーク溶接装置。
9. 前記ワイヤ送給ローラのワイヤ送給方向下流側に、前記溶接ワイヤの外側を相対移動自在に覆う第２ライナー部材が設けられ、
   前記第２ライナー部材は、ワイヤ送給方向上流端が前記揺動アームに固定され、前記揺動アームの揺動と一体に進退移動する請求項１〜請求項８のいずれか一項に記載のアーク溶接装置。
10. 前記溶接トーチは、
    前記第２ライナー部材を移動自在に挿通するライナー挿通孔が形成されたトーチボディと、
    軸方向に連通するワイヤ挿通孔が形成され、前記トーチボディの先端に固定されるコンタクトチップと、
    前記コンタクトチップの外周に隙間を有して設けられ、一端部が前記トーチボディに絶縁材を介して固定された筒状のシールドノズルと、
    を備え、
    前記ライナー挿通孔内の前記第２ライナー部材に覆われた前記溶接ワイヤが、前記第２ライナー部材のワイヤ搬送方向下流端から突出して前記ワイヤ挿通孔に挿通されている請求項９に記載のアーク溶接装置。
11. 前記溶接トーチは、
    前記第２ライナー部材を移動自在に挿通するライナー挿通孔が形成されたトーチボディと、
    軸方向に連通するワイヤ挿通孔が形成され、前記トーチボディの先端部に配置されるコンタクトチップと、
    前記コンタクトチップの外周に隙間を有して設けられ、一端部が前記トーチボディに絶縁材を介して固定された筒状のシールドノズルと、
    を備え、
    前記トーチボディは、前記ライナー挿通孔と連通する収容穴が形成され、
    前記コンタクトチップは、前記ライナー挿通孔内の前記第２ライナー部材に覆われた前記溶接ワイヤが、前記第２ライナー部材のワイヤ搬送方向下流端から突出して前記ワイヤ挿通孔に挿通された状態で、前記収容穴に進退自在に収容されている請求項９に記載のアーク溶接装置。
12. 前記第２ライナー部材の前記ワイヤ搬送方向下流端に固定され、前記収容穴に摺動自在に配置される導電性部材を有し、
    前記コンタクトチップは、前記導電性部材に固定されている請求項１１に記載のアーク溶接装置。
13. 溶接トーチのトーチ先端に送給された溶接ワイヤからアークを発生させて溶接するアーク溶接方法であって、
    ワイヤ送給モータの出力軸を中心に回転自在な揺動アームに取り付けられた一対のワイヤ送給ローラを、前記ワイヤ送給モータにより回転駆動することで、一対の前記ワイヤ送給ローラに挟み込まれた前記溶接ワイヤを前記トーチ先端に送給し、且つ、前記揺動アームを揺動させて前記溶接ワイヤをワイヤ送給方向に前後動させ、溶接電源部から前記溶接ワイヤに溶接電流を供給して、前記溶接ワイヤの先端でアークと短絡とを繰り返す際に、
    前記溶接電源部は、
    短絡が解放されてアークが発生した後に低電流Ｉasを出力する第１期間と、
    前記低電流Ｉasより高く、溶滴を生成させるアークパルス電流Ｉapを出力する第２期間と、
    前記アークパルス電流Ｉapの出力後、前記アークパルス電流Ｉapより低いベース電流Ｉabを短絡が発生するまで出力する第３期間と、
    アークが消失した後、低電流Ｉssを出力する第４期間と、
    前記低電流Issより高い短絡パルス電流Ｉspを、前記第１期間開始からの合計時間Ｔtが前記揺動アームの揺動周期τの７０〜９５％に達するまで出力する第５期間と、
    前記短絡パルス電流Ｉspより低い短絡ベース電流Ｉsbを、次にアークが発生するまで出力する第６期間と、
    を繰り返す出力サイクルで前記溶接電流を出力するアーク溶接方法。
14. 前記溶接電源部は、前記揺動周期の１周期におけるアークの発生期間であるアーク継続時間Ｔaと、アークが消失した期間である短絡継続時間Ｔsからアーク時間比率Ｋ＝Ｔa／（Ｔa＋Ｔs）を算出し、算出された前記アーク時間比率Ｋと予め定めたアーク時間比率設定値との差に応じて、前記アークパルス電流Ｉap、前記ベース電流Ｉab、前記短絡パルス電流Ｉsp、前記第２期間の時間Ｔapのうち、少なくとも前記アークパルス電流Ｉapを増減させて、前記アーク時間比率Ｋを前記アーク時間比率設定値に近づける請求項１３に記載のアーク溶接方法。
15. 前記溶接電源部は、アーク時間比率設定器の設定値の変化に応じて前記第２期間の時間Ｔapの設定値を変化させ、前記アーク時間比率を５０〜９０％の範囲で変化させる請求項１４に記載のアーク溶接方法。
16. 前記溶接電源部は、アーク時間比率設定器の設定値の変化に応じて前記アークパルス電流Ｉapと前記第２期間の時間Ｔapとの積と、前記ベース電流Ｉabと前記第３期間の時間Ｔabとの積との和が一定値となるように、前記アークパルス電流Ｉap、前記ベース電流Ｉab、前記第２期間の時間Ｔap、前記第３期間の時間Ｔabの設定値を変化させる請求項１３〜請求項１５のいずれか一項に記載のアーク溶接方法。
17. 前記溶接電源部は、前記揺動周期の１周期におけるアークと短絡を含む電圧の平均値、前記アークの発生期間であるアーク時間内におけるアーク電圧の平均値、前記アーク時間内の前記アーク電圧の最大値のいずれかの電圧値を算出し、算出された前記電圧値と、予め定めた溶接電圧設定値との差に応じて、前記アークパルス電流Ｉap、前記ベース電流Ｉab、前記短絡パルス電流Ｉsp、前記第２期間の時間Ｔapのうち、少なくとも前記アークパルス電流Ｉapを増減させて、前記電圧値を前記溶接電圧設定値に近づける請求項１３〜請求項１６のいずれか一項に記載のアーク溶接方法。