JPH091332A - ワイヤ消耗式パルスアーク溶接機 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】ワイヤ先端部Ａ１と被溶接物１１との間のアー
ク長を安定させ、溶接品質の向上に有利なワイヤ消耗式
パルスアーク溶接機を提供すること。 【構成】送給ローラ１４でワイヤＡを一定速度で送給し
つつ、送給抵抗子３２０、３２１で脈送装置３０内のワ
イヤ先端部Ａ１を挟持し、摩擦によりワイヤ先端部Ａ１
の速度を減少させる。ワイヤ先端部Ａ１は撓み変形し、
脈送装置３０内でワイヤ長が蓄積される。次に送給抵抗
子３２０、３２１を元に戻せば、ワイヤ先端部Ａ１は撓
みは解除され、ワイヤ先端部Ａ１は被溶接物１１に向け
て脈送される。脈送はパルス電流に対して同期または所
定の位相差をもって行う。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、パルス電流を含むアー
ク発生電流によりワイヤ先端部を溶融して溶接を行うワ
イヤ消耗式パルスアーク溶接機に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より産業界ではワイヤ消耗式パルス
アーク溶接機が使用されている。このワイヤ消耗式パル
スアーク溶接機によれば、被溶接物にワイヤ先端部を接
近させた状態で、パルス電流を含むアーク発生電流をワ
イヤに給電し、これによりワイヤ先端部と被溶接物との
間でアーク（電孤）を発生させ、アークの熱によりワイ
ヤ先端部を溶融して溶接を行う。

【０００３】ワイヤ消耗式パルスアーク溶接機の種類に
もよるが、一般的にはパルス電流の周期は５〔ｍｓ〕〜
２０〔ｍｓ〕であり、パルス電流の給電時間は１〜３
〔ｍｓ〕である。このワイヤ消耗式パルスアーク溶接機
では、基本的にはパルス電流ごとにワイヤ先端部から溶
滴が生成するため、ワイヤ先端部が消耗する。そして溶
滴がワイヤ先端部から離脱した際には、ワイヤ先端部と
被溶接物との間の間隔が増大する傾向となる。

【０００４】ところでこのワイヤ消耗式パルスアーク溶
接機では、溶接品質を維持するには、ワイヤ先端部と被
溶接物との間隔は、アーク長の維持のため、できるだけ
変動しないことが好ましい。即ち、ワイヤ先端部と被溶
接物との間隔が増大した場合には、アークが不安定とな
り、充分な溶け込みを期待できない。またワイヤ先端部
と被溶接物との間隔が狭小化した場合には、ワイヤ先端
部と被溶接物とが短絡し易くなりスパッタが生成し易く
なる。

【０００５】そこで特公昭６２−５０２２１号公報に
は、アーク電圧がワイヤ先端部と被溶接物との間の間隔
に相応していることに着目し、溶接中のアーク電圧を検
出し、検出したアーク電圧値と目標アーク電圧値とを比
較し、その差信号に基づいてアーク電圧を一定値に維持
し、これによりワイヤ先端部と被溶接物との間の間隔を
速やかに矯正して一定に維持する様にした技術が開示さ
れている。

【０００６】更に近年、従来技術として、ワイヤを送給
する送給モータの送給速度を可変とすべく、送給モータ
の速度を制御する可変制御装置を設け、そしてワイヤ先
端部の溶滴がワイヤ先端部から離脱して被溶接物に移行
し、ワイヤ先端部と被溶接物との間の間隔が増大した直
後に、可変制御装置により送給モータの速度を所定時間
（数ｍｓ）だけ増大し、これによりワイヤ先端部を被溶
接物に向けて脈送し、以てワイヤ先端部と被溶接物との
間隔を速やかに矯正して一定に維持する様にした技術
が、本出願人により開示されている（特開平６−１４２
９２７号公報）。

【０００７】この特開平６−１４２９２７号公報に係る
技術のタイミングチャートを図１１に示す。図１１
（Ａ）は、コンタクトチップ１０ｒからワイヤ先端部Ｂ
１に給電されたアーク発生電流に基づきアークＣを発生
すると共に、アークＣの熱でワイヤ先端部Ｂ１から溶滴
Ｂ２が生成し、その溶滴Ｂ２がワイヤ先端部Ｂ１から離
脱して被溶接物１１に移行する状態の時間的変化を模式
的に示す。図１１（Ｂ）は溶接に用いるアーク発生電流
のタイミングチャートを示す。図１１（Ｃ）はワイヤ先
端部Ｂ１の速度のタイミングチャートを示す。

【０００８】上記したワイヤ消耗式パルスアーク溶接に
よれば、図１１（Ｂ）に示す様にベース電流Ｉ_B にパル
ス電流Ｉ_P が周期的に重畳される。ここで、パルス電流
Ｉ_Pの立ち上がりの直前の時刻ｔ１ではワイヤＢの溶滴
Ｂ２は微小であるものの、パルス電流Ｉ_P が立ち上がっ
ている時刻ｔ２、ｔ３ではワイヤ先端部Ｂ１における溶
滴Ｂ２は成長している。また時刻ｔ４、ｔ５ではパルス
電流Ｉ_P が立ち下がった後であり、溶滴Ｂ２がワイヤ先
端部Ｂ１から離脱している。

【０００９】この図１１に係る公報技術によれば、溶滴
Ｂ２が離脱した直後である時刻ｔ４、ｔ５においては、
パルス電流Ｉ_P に対して所定の位相差ΔＴａをもってワ
イヤ先端部Ｂ１の速度がＶａからＶｂに増大し、これに
よりワイヤ先端部Ｂ１を被溶接物１１に向けて脈送す
る。従って溶滴Ｂ２の離脱に伴い被溶接物１１とワイヤ
先端部Ｂ１との間隔Ｌｃが増大したとしても、脈送によ
り間隔Ｌｃを速やかに矯正することができ、溶接品質の
向上に貢献できる。

【００１０】更に上記した特開平６−１４２９２７号公
報には図１２（Ａ）（Ｂ）（Ｃ）に示すタイミングチャ
ートに係る技術も開示されている。図１２に示すタイミ
ングチャートによれば、パルス電流Ｉ_P に対して同期さ
せて、ワイヤ先端部Ｂ１の速度を増大し、ワイヤ先端部
Ｂ１を脈送し、ワイヤ先端部Ｂ１の送給量を増大してい
る。

【００１１】ここで電流が急激に増大するパルス電流Ｉ
_P を給電した場合には、ジュール熱でコンタクトチップ
１０ｒは熱をもち易い。しかし図１２に示す様にパルス
電流Ｉ_P に同期させてワイヤ先端部Ｂ１の送給量を増大
すれば、コンタクトチップ１０ｒの熱をワイヤ先端部Ｂ
１側に伝熱し易くなり、よってコンタクトチップ１０ｒ
の過熱、ひいては過熱に起因するコンタクトチップ１０
ｒの熱損傷を軽減するのに貢献できる。

【００１２】

【発明が解決しようとする課題】ところで上記した特開
平６−１４２９２７号公報に係る技術によれば、前述し
た様にパルス電流Ｉ_P に所定の位相差をもって、また
は、同期させてワイヤ先端部Ｂ１を脈送する方式が採用
されている。この公報技術によればワイヤ先端部Ｂ１を
脈送するにあたり、ワイヤを送給するための送給モータ
の回転速度を可変とする可変制御装置を設けねばならな
い。この場合には、装置の複雑化、価格のアップが誘発
され易い。

【００１３】また上記したもう１つの公報技術、つまり
特公昭６２−５０２２１号公報に係る技術によれば、ワ
イヤ先端部と被溶接物との間隔を維持するにあたり、ア
ーク電圧に基づく方式が採用されている。本発明は上記
した２つの公報技術とは異なる方式を採用しており、ワ
イヤ長を蓄積する第１形態と、蓄積量を解除または減少
する第２形態とに切替え可能とすることにより、第１形
態から第２形態への切替に伴いワイヤ先端部の速度を増
大させてワイヤ先端部を被溶接物に向けて脈送し、これ
によりワイヤ先端部と被溶接物との間隔を維持し、アー
ク長を安定させ、溶接品質を高めるのに有利なワイヤ消
耗式パルスアークを提供することを課題とする。

【００１４】

【課題を解決するための手段】本発明に係るワイヤ消耗
式パルスアーク溶接機は、ワイヤを送給する送給部をも
ちワイヤ先端部を被溶接物に向けて送給するワイヤ送給
手段と、パルス電流を含むアーク発生電流により、ワイ
ヤ先端部を溶融して消耗させるアークをワイヤと被溶接
物との間に発生する給電手段と、ワイヤの少なくとも一
部においてワイヤ長を蓄積する第１形態と、その蓄積量
を解除または減少させる第２形態とに切替可能に設けら
れ、第１形態から第２形態への切替に伴い、パルス電流
に対して同期させてまたは所定の位相差をもってワイヤ
先端部を被溶接物に脈送する脈送手段とを具備してなる
ことを特徴とするものである。

【００１５】

【作用】本発明のワイヤ消耗式パルスアーク溶接機によ
れば、ワイヤ送給手段が作動すると、その送給部により
ワイヤは搬送され、ワイヤ先端部は被溶接物に向かう。
送給部は、ワイヤを略一定速度で被溶接物に向けて送給
するものが好ましいが、必ずしもこれに限定されるもの
ではなく、要するにワイヤ先端部を被溶接物に送給でき
るものであれば良い。

【００１６】パルス電流を含むアーク発生電流により、
ワイヤ先端部と被溶接物との間でアークが発生する。ア
ークの熱によりワイヤ先端部は溶融される。従ってワイ
ヤは消耗されると共に、溶滴等の溶融部分がワイヤ先端
部から離脱して被溶接物に移行し、溶接が行われる。溶
滴等の溶融部分が被溶接物先端部から離脱して被溶接物
に移行すると、従来技術と同様に、ワイヤ先端部と被溶
接物との間隔は増大する。増大するとアークの不安定、
アンダーカット等の溶接不具合等が誘発され易い。

【００１７】この点本発明のワイヤ消耗式パルスアーク
溶接機によれば、脈送手段は、ワイヤ長を蓄積する第１
形態と、その蓄積量を解除または減少させる第２形態と
に切替え可能とされている。脈送手段の第１形態のとき
にはワイヤ長が蓄積される。脈送手段が第１形態から第
２形態に切替わると、ワイヤ長の蓄積量が解除または減
少されるため、ワイヤ先端部の速度は増大し、ワイヤ先
端部は被溶接物に向けて脈送される。これによりワイヤ
先端部と被溶接物との間の間隔の過剰増大は抑えられ
る。

【００１８】本発明に係る脈送手段は、ワイヤに送給抵
抗を与えてワイヤ長を蓄積する第１形態と、ワイヤの送
給抵抗を解除または減少してワイヤ長の蓄積を解除また
は減少する第２形態との切替可能な送給抵抗切替部で構
成できる。また本発明に係る脈送手段は、ワイヤを所定
の曲率で撓ませてワイヤ長を蓄積する第１形態と、ワイ
ヤの撓みを解除または減少してワイヤ長の蓄積を解除ま
たは減少する第２形態とに切替可能なワイヤ撓み切替部
で構成できる。

【００１９】また本発明に係る脈送手段は、ワイヤ送給
路の全長を微小量（ΔＬｆ）長くしてワイヤ長を蓄積す
る第１形態と、ワイヤ送給路の全長を元に戻す第２形態
とに切替可能なワイヤ送給路長切替部で構成できる。

【００２０】

【実施例】以下、本発明の実施例１を図１から図４を参
照して説明する。まず本実施例に係る全体構成を説明す
る。図１は、本発明に係るワイヤ消耗式パルスアーク溶
接機の一実施例の全体構成図を示す。図１において符号
１ａは給電手段を示し、符号１は一次側入力の整流回路
を示す。この整流回路１の出力端子は平滑回路２に接続
され、次いで、インバータ回路３に接続される。

【００２１】またインバータ回路３の出力端子は高周波
トランス４と接続されている。高周波トランス４は整流
回路５に接続され、整流回路５の出力端子のうち正極
は、リアクトル６を有するパワーケーブル８を介してト
ーチ１０内の給電体として機能するコンタクトチップ１
０ｒに接続されている。また整流回路５の負極はパワー
ケーブル９を介して被溶接物である金属製の被溶接物１
１に接続されている。なおトーチ１０は被溶接物１１の
上方に近接して配置されており、トーチ先端部１０ｆは
被溶接物１１の被溶接部分に所定の距離隔てて対面して
いる。

【００２２】ワイヤ送給手段１２は、溶接棒として機能
する消耗式のワイヤＡ（直径：１．２ｍｍ）を連続的に
被溶接物１１に向けて略一定速度（Ｖ_W ）で送給するも
のである。ワイヤ送給手段１２は、ワイヤＡが多重に巻
回されたワイヤリール１３と、送給部としての一対の送
給ローラ１４と、送給ローラ１４を矢印Ｐ１方向に回転
駆動する送給モータ１５とで構成されている。

【００２３】送給モータ１５には、モータ制御部１７の
出力端子が接続されており、送給モータ１５ひいては送
給ローラ１４はモータ制御部１７により制御される。即
ちワイヤＡの送給速度は、モータ制御部１７の指令値に
より定められる。したがって送給モータ１５が駆動する
と、１対の送給ローラ１４が矢印Ｐ１方向に回転し、こ
れによりワイヤＡが略一定の速度で矢印Ｈ１方向に送給
される。ワイヤリール１３のワイヤＡは、可撓性をもつ
フレキシブルワイヤコンジット１６を経てトーチ１０に
挿入され、コンタクトチップ１０ｒのチップ孔に挿入さ
れ、被溶接物１１に向けて送給される。このワイヤＡは
導電性をもち、トーチ１０内でコンタクトチップ１０ｒ
と電気的に接触している。よってワイヤＡは、パワーケ
ーブル８を介してコンタクトチップ１０ｒから給電され
る。

【００２４】以上の構成は従来のパルス溶接機と同様で
ある。すなわち、一次側に供給された３相交流は、整流
回路１で整流されて直流となり、次いで平滑回路２で平
滑されてリプルが軽減された後、直流電源としてインバ
ータ回路３に供給される。インバータ回路３は、パワー
素子駆動回路２７から供給される駆動信号に基づいて所
望の周期の信号を高周波トランス４に出力する。

【００２５】そして、インバータ回路３から出力された
電流は、高周波トランス４で変圧され、整流回路５で再
び整流された後、直流のベース電流Ｉ_B と所望のパルス
電流Ｉ_P とが重畳された形態となり、その形態でワイヤ
Ａに給電される。従って本実施例において、ワイヤＡと
被溶接物１１との間に形成されるアークＣは、従来技術
と同様に、直流ベース電流Ｉ_B と所望のパルス電流Ｉ_P
とが重畳した状態のアーク発生電流を有している。この
ときワイヤ先端部Ａ１はこのアークＣの熱により従来同
様に溶融し、溶滴としてワイヤ先端部Ａ１から離脱して
被溶接物１１に移行する。溶融に伴いワイヤＡは消耗す
るが、モータ制御部１７により送給モータ１５ひいては
送給ローラ１４が所定の速度で連続的に回転されている
ので、この溶滴離脱によるワイヤＡの消耗分の補給は行
われる。

【００２６】尚本実施例においては、ワイヤＡと被溶接
物１１との間に形成されるアークＣの電流値・電圧値は
フィードバック制御されており、これにより安定したア
ークＣの確保を可能ならしめている。以下、本実施例の
フィードバック系について説明する。図１において、符
号２０は平均電圧検出器を示す。平均電圧検出器２０は
パワーケーブル８、９間の電位差を検出して、その検出
値を電圧比較器２１に供給している。電圧比較器２１に
は上記の平均電圧検出器２０の他、パワーケーブル８、
９間に発生すべき所定の目標電位値を設定する平均電圧
設定部２２の出力端子が接続されている。そして、電圧
比較器２１はそれらの値を比較して、実測値を目標電位
値に近づかせるために、電圧指令を電流波形設定部２３
に出力する。

【００２７】パワーケーブル８、９間に発生する電位差
は、ワイヤＡのワイヤ先端部Ａ１と被溶接物１１との間
の間隔Ｌｅに対応した値を示す。この値を一定値に保持
できれば、アークＣの長さをほぼ一定に保持できること
になり、溶接品質が安定する。そこで、パワーケーブル
８、９間に発生する電位差が目標電圧値よりも低いと検
出された場合、すなわち、ワイヤＡと被溶接物１１との
間隔Ｌｅが狭まっている場合には、電流波形設定部２３
ではワイヤＡの消耗促進のためアーク電流値を増加させ
る。また、その逆の場合は、即ち、その電位値が目標電
圧値より高いと検出された場合には、つまり、ワイヤＡ
と被溶接物１１との間隔Ｌｅが増大している場合には、
ワイヤ先端部Ａ１の消耗を抑えるためアーク電流を減少
させている。

【００２８】また、パワーケーブル８のシャント７に
は、電流検出器２５が接続されている。この電流検出器
２５は、ワイヤＡと被溶接物１１との間のアーク電流の
値を検出しており、その検出値を比較器２６に出力して
いる。比較器２６は、電流検出器２５から供給される電
流値と電流波形設定部２３の電流波形とを比較して、そ
の比較結果をパワー素子駆動回路２７に出力する。

【００２９】パワー素子駆動回路２７は、比較器２６の
比較結果に基づいて、ワイヤＡから被溶接物１１に向か
うアーク発生電流が電流波形設定部２３で設定された電
流に対応するように、インバータ回路３を駆動して、パ
ワーケーブル８、９に流れる電流の制御を行っている。
さて本実施例に係る要部構成を説明する。本実施例では
図１に示す様に、ワイヤ先端部Ａ１を脈送するための脈
送装置３０と、脈送装置３０の作動を制御する脈送制御
部３１とが装備されている。脈送装置３０及び脈送制御
部３１で脈送手段が構成されている。脈送装置３０はト
ーチ１０の上部に装備されている。

【００３０】脈送制御部３１は、脈送装置３０の脈送作
動を制御する指令信号を信号線３１ａを介して脈送装置
３０に出力するとと共に、これと同期した信号を信号線
３１ｂを介してパルス位相設定部３２に出力する。パル
ス位相設定部３２ではワイヤ先端部Ａ１の高さ変動に対
応すべく、パルス電流Ｉ_P の立ち上がりの目標位相を設
定して、電流波形設定部２３へ電流の立ち上がりの指令
信号を出力する。

【００３１】本実施例に係る脈送装置３０の要部は図２
（Ａ）（Ｂ）に示されている。図２（Ａ）（Ｂ）に示す
様に、脈送装置３０は、ワイヤＡが通過する案内通路３
００をもつ案内部材３１０と、ワイヤＡの伸びる方向と
交差する方向に変位可能に案内部材３１０に配置された
送給抵抗子３２０、３２１と、送給抵抗子３２０、３２
１を駆動させる駆動回路３３０、３３１と備えている。

【００３２】案内通路３００には、ワイヤＡの長さを蓄
積する撓み収容空間３０１、３０２が形成されている。
送給抵抗子３２０、３１２は圧電体素子の伸縮機能を利
用したり、電磁ソレノイドの励磁機能を利用したり、空
気や作動油等の流体で往復移動するシリンダを利用した
り、場合によっては磁歪素子を利用したりして構成でき
る。圧電体素子は、ＰＺＴ等の圧電体を多数枚積層した
積層タイプでも、あるいは、バイモルフタイプでも良
い。この場合には物理的変位量を確保すべく、圧電体素
子の物理的変位量を拡大する拡大機構を設けることも好
ましい。圧電体素子を利用すれば、高速応答性、小型化
に有利である。

【００３３】なお送給抵抗子３２０、３２１の先端部３
２０ｎ、３２１ｎは、ワイヤＡとの接触面積を低減させ
るべく先端が突出している。また先端部３２０ｎ、３２
１ｎは、摩擦抵抗の大きな部材で形成することも好まし
い。本実施例では、脈送制御部３１からの指令信号によ
り駆動回路３３０、３３１が作動して送給抵抗子３２
０、３２１が第１形態に切替られる。すると送給抵抗子
３２０、３２１が図２の矢印Ｘ１方向に変位する。よっ
て、案内通路３００内のワイヤＡは送給抵抗子３２０、
３２１で挟持され、ワイヤＡの摩擦抵抗が増大し、ワイ
ヤ先端部Ａ１の送給速度が低下したり、あるいは零にな
ったりする。一方、送給ローラ１４によりワイヤＡは被
溶接物１１に向けて矢印Ｈ１方向に連続的に略一定速度
（Ｖ_W ）で送給されている。

【００３４】そのため図２（Ｂ）から理解できる様に、
ワイヤＡが送給抵抗子３２０、３２１で挟持される第１
形態では、脈送装置３０の案内通路３００内のワイヤＡ
は撓み、略Ｓの字形状となり、その撓み部分は撓み収容
空間３０１、３０２に収容される。この様な撓みに伴い
ワイヤ長が部分的に蓄積される。その後、脈送制御部３
１からの指令信号により駆動回路３３０、３３１が作動
して送給抵抗子３２０、３２１が第２形態に切り替わ
る。すると送給抵抗子３２０、３２１が矢印Ｘ２方向に
復帰する。よって送給抵抗子３２０、３２１によるワイ
ヤＡの挟持は解除され、ワイヤＡと送給抵抗子３２０、
３２１との摩擦抵抗は解消される。

【００３５】そのため、脈送装置３０の撓み収容空間３
０１、３０２で略Ｓの字形状に撓んでいたワイヤＡの撓
み部分は解除される。例えば図２（Ａ）に示す様にワイ
ヤＡの自身の弾性力で略真っ直ぐな状態に復帰する。こ
の様にワイヤ長の蓄積が解除されると、案内部材３１０
の下端の吐出口３０１から、ワイヤ先端部Ａ１はその弾
性力等で急激に吐出される。即ちワイヤ先端部Ａ１の速
度が急激に増大し、ワイヤ先端部Ａ１は被溶接物１１に
向けて脈送される。

【００３６】なお送給抵抗子３２０、３２１の矢印Ｘ１
方向への移動量は、ワイヤ消耗式パルスアーク溶接の条
件によって適宜変更されるが、一般的には０．０５〜
０．３ｍｍ程度、特に０．１〜０．２ｍｍ程度にでき
る。ワイヤ先端部Ａ１の脈送量はワイヤ消耗式パルスア
ーク溶接の条件によって適宜変更されるが、一般的には
０．３〜２ｍｍ程度、特に０．５〜０．８ｍｍ程度にで
きる。

【００３７】なお図２に示す様に撓み収容空間３０１の
下流側には、下方に向かうにつれて下降傾斜する傾斜面
３０１ｒが形成されている。撓み収容空間３０２の下流
側には、下方に向かうにつれて下降傾斜する傾斜面３０
２ｒが形成されている。そのため、撓んでいたワイヤＡ
の弾性復帰に有利である。本実施例によれば脈送制御部
３１からの指令信号に基づいて、上記したワイヤＡの撓
みによるワイヤ長の蓄積操作（つまり第１形態）、更に
蓄積解除操作（つまり第２形態）が、パルス電流Ｉ_P の
出力に対して、所定の位相差をもって周期的に行われ
る。

【００３８】図３は、ワイヤＡを一定速度（Ｖ_W ）で送
給した場合のワイヤ先端部Ａ１の様子などを説明するた
めのタイムチャートを示す。図３（Ａ）の（ア）〜
（オ）は、ワイヤ先端部Ａ１の時間的変化を示す。図３
（Ｂ）はアーク電流の変動を示す。図３（Ｃ）はワイヤ
先端部Ａ１の速度の変動を示している。図３（Ａ）の
（ア）〜（オ）にかけて溶滴Ａ２の様子が示されてい
る。図３（Ａ）の（エ）から理解できる様に、溶滴Ａ２
がワイヤ先端部Ａ１から離脱した場合には、ワイヤ先端
部Ａ１と被溶接物１１との間隔Ｌｅが増大している。

【００３９】また図３（Ｂ）から理解できる様に、パル
ス電流Ｉ_P の『立ち上がり』はＩ_Pr（ｒｉｓｉｎｇ）で
示され、『立ち下がり』はＩ_Pf（ｆａｌｌｉｎｇ）で示
されている。パルス電流Ｉ_P の立ち上がりＩ_Prより前の
時刻ｔ１では、ワイヤ先端部Ａ１の溶滴Ａ２は微小であ
る。電流値が大きなパルス電流Ｉ_P がワイヤ先端部Ａ１
に給電されていないからである。

【００４０】更にパルス電流Ｉ_P が立ち上がっている時
刻ｔ２、ｔ３では、パルス電流Ｉ_Pによる溶融によって
溶滴Ａ２は成長している。また時刻ｔ４、ｔ５は、パル
ス電流Ｉ_P の立ちさがりＩ_Pfの後の時刻であり、時刻ｔ
４では溶滴Ａ２がワイヤ先端部Ａ１から離脱しており、
時刻ｔ５では溶滴Ａ２は被溶接物１１に移行し終わって
いる。なお溶滴Ａ２の離脱は、急激なパルス電流Ｉ_P に
よる磁界及び磁界に基づく電磁力の影響で溶融部分が絞
りこまれることも影響すると、一般的には考えられてい
る。

【００４１】本実施例では図３から理解できる様に、パ
ルス電流Ｉ_P の立ち下がりＩ_Pfに対して所定位相差ぶん
遅れて、ワイヤ先端部Ａ１の速度が最高値Ｖ_m となって
いる。これはワイヤ先端部Ａ１が脈送されたことを示し
ている。従って図３（Ｂ）の（エ）と（オ）との比較か
ら理解できる様に、ワイヤ先端部Ａ１と被溶接物１１と
の間の間隔Ｌｅは、脈送により急速に元の大きさに矯正
されている。

【００４２】本実施例によれば、図３（Ｃ）から理解で
きる様にワイヤ先端部Ａ１の速度が減少し始める時刻は
ｔ１である。即ち、パルス電流Ｉ_P の立ち上がりＩ_Prの
時刻よりもΔＴｃぶん前の時刻ｔ１から、ワイヤ先端部
Ａ１の速度が減少し始め、ワイヤ長の蓄積が開始され
る。即ち、図２（Ｂ）に示す様に送給抵抗子３２０、３
２１がワイヤＡを挟持しているからである。従って脈送
装置３０の撓み収容空間３０１、３０２にワイヤＡを収
容して蓄積する蓄積量が増大する。この様にワイヤＡの
蓄積量が増大することから、第１形態から第２形態に切
替えたときにワイヤ先端部Ａ１の脈送を効果的になし得
る。勿論、ワイヤＡの脈送量も確保できる。

【００４３】なお図３（Ｃ）によれば、ワイヤ先端部Ａ
１の速度が減少し始める時刻ｔ１からワイヤ速度の最高
値Ｖ_m までの時間がＴｉとして示されている。ところで
ワイヤ先端部Ａ１において生成した溶滴Ａ２がワイヤ先
端部Ａ１から離脱しないままに垂下して被溶接物１１に
接触すると、短絡現象が生じ、スパッタ等の不具合が生
じ、溶接品質の維持に不利である。本実施例の様なパル
スアーク溶接によれば、電流が急激に増加するパルス電
流Ｉ_P が出力されている際には、大きな磁界が発生し、
その磁界に基づく電磁力の影響で溶滴Ａ２が絞りこま
れ、垂下する傾向があると考えられており、従って溶滴
Ａ２の垂下に起因する短絡現象の恐れはなおさらであ
る。

【００４４】この点本実施例によれば、ワイヤ先端部Ａ
１において生成した溶滴Ａ２が成長している際には、図
３（Ｃ）から理解できる様に、ワイヤ先端部Ａ１の送給
速度がＶｈとなり、速度（Ｖ_W ）の値よりも減少するも
のである（Ｖｈ＜Ｖ_W ）。従って溶滴Ａ２がワイヤ先端
部Ａ１から離脱しないまま被溶接物１１に着地するこ
と、つまり溶滴Ａ２による短絡現象を防止するのに有利
であり、スパッタ等の不具合の解消に貢献できる。

【００４５】なお図３に示す形態では、パルス電流Ｉ_P
は例えば３〜６ｍｓの間隔ごとに出力され、パルス電流
Ｉ_P の給電時間は例えば０．８〜１．３ｍｓである。図
４は上記実施例に係る他の形態のタイムチャートを示
す。図４（Ａ）（ア）〜（オ）は、ワイヤ先端部Ａ１の
時間的変化を示す。図４（Ｂ）はアーク発生電流の変動
を示す。図４（Ｃ）はワイヤ先端部Ａ１の速度の変動を
示す。この形態によれば図４（Ｃ）から理解できる様
に、パルス電流Ｉ_P の立ち上がりＩ_PrからΔＴｄ経過し
た後に、ワイヤ先端部Ａ１の速度は減少し始め、つまり
ワイヤ長野蓄積が開始される。そしてパルス電流Ｉ_P の
立ち下がりＩ_Pfに対して、所定の位相差をもってワイヤ
先端部Ａ１の速度は最大値Ｖ_m となっている。

【００４６】図４（Ｃ）によれば、ワイヤ先端部Ａ１の
速度が減少し始める時刻からワイヤ速度の最高値Ｖ_m ま
での時間がＴｈとして示されている。ここで時間Ｔｈは
時間Ｔｉよりも短い（Ｔｈ＜Ｔｉ）。そのため図４に示
すタイミングチャートによれば、パルス電流Ｉ_P が出力
されている期間において、ワイヤ先端部Ａ１の速度が極
端に減少することにはならない。そのためコンタクトチ
ップ１０ｒがジュール熱で熱をもったとしても、コンタ
クトチップ１０ｒの熱をワイヤ先端部Ａ１に効果的に伝
熱でき、コンタクトチップ１０ｒの過熱を抑制できる。
そのため過熱に起因するコンタクトチップ１０ｒの熱損
傷、寿命低下を軽減、回避するのに有利である。

【００４７】なお本実施例によれば、図３に示すタイミ
ングチャートを選択するか、図４に示すタイミングチャ
ートを選択するかは、パルスアーク溶接の条件に応じて
適宜選択できる。上記した形態では、パルス電流Ｉ_P の
出力に対して所定の位相差をもってワイヤ先端部Ａ１を
脈送する方式が採用されているが、これに限らず、図１
２に示すタイミングチャートの様にパルス電流Ｉ_P の出
力に対して同期させて、つまりパルス電流Ｉ_P とワイヤ
先端部Ａ１の脈送とを時間的に同じ位相として、ワイヤ
先端部Ａ１を脈送する方式を採用しても良い。

【００４８】この様に同期させれば、大電流であるパル
ス電流Ｉ_P が給電させる際にワイヤ先端部Ａ１の送給量
が増大する。そのため前述同様に大電流であるパルス電
流Ｉ _P によってコンタクトチップ１０ｒが熱をもったと
しても、コンタクトチップ１０ｒの熱をワイヤＡに伝熱
するのに有利となる。よってコンタクトチップ１０ｒの
過熱、過熱に起因する熱損傷の軽減、回避に有利であ
る。 （他の例） ○図５は実施例２を示す。図５に示す例は基本的には前
記した実施例１と同様の構成である。以下異なる部分を
中心として説明する。この例では、パルス電流Ｉ_P の立
ち上がりＩ_Prのタイミング時期を電流波形設定部２３に
おいて検出する。そしてその信号をパルス位相設定部３
２に出力し、パルス位相設定部３２により、ワイヤＡを
脈送する際の脈送の目標位相を設定する。そしてパルス
位相設定部３２は脈送の目標位相に関する信号を信号線
３１ｂを介して脈送制御部３１に出力する。脈送制御部
３１は信号線３１ａを介して脈送装置３０の作動を制御
し、前記した実施例１と同様に脈送装置３０を第１形態
と第２形態とに周期的に切替え、これによりワイヤ先端
部Ａ１を被溶接物１１に向けて脈送する。 ○図６は実施例３の要部を示す。図５に示す例も基本的
には前記した実施例１と同様の構成である。以下異なる
部分を中心として説明する。この例では、脈送装置４０
は、案内通路４００をもつ案内部材４１０と、案内部材
４１０に変位可能に配置された送給抵抗子４２０、４２
１と、送給抵抗子４２０、４２１を駆動する駆動回路４
３０、４３１と備えている。案内通路４００には、ワイ
ヤＡの長さを蓄積する撓み収容空間４０１が形成されて
いる。撓み収容空間４０１は縦長の略菱形形状をなして
おり、傾斜面４０１ａ〜４０１ｄを備えている。

【００４９】送給抵抗子４２０、４２１は前述同様に圧
電体素子の伸縮機能を利用したり、電磁ソレノイドの励
磁機能を利用したり、空気や作動油等の流体で往復移動
するシリンダを利用したりして構成できる。この例でも
脈送制御部３１からの指令信号が駆動回路４３０、４３
１に出力される。よって駆動回路４３０により一方の送
給抵抗子４２０が矢印Ｘ３方向に駆動すると同時に、駆
動回路４３１により他方の送給抵抗子４２１が矢印Ｘ
４’方向に駆動する。ここで送給ローラ１４によりワイ
ヤＡは一定速度（Ｖ_W ）で矢印Ｈ１方向に連続的に送給
されているため、脈送装置４０内に収容されているワイ
ヤＡは、図６から理解できる様に右側に撓む。その撓み
部分は撓み収容空間４０１に収容され、これによりワイ
ヤ長が蓄積される。

【００５０】その後、脈送制御部３１からの指令信号に
より駆動回路４３０、４３１が作動して、一方の送給抵
抗子４２０が矢印Ｘ４方向に駆動すると同時に、他方の
送給抵抗子４２１が矢印Ｘ３’方向に駆動し、ワイヤＡ
は図６の鎖線に示す様に左側に撓む。この様にワイヤＡ
が右側に撓んだり左側に撓んだりする途中で、ワイヤＡ
は、自身の弾性で真っ直ぐな状態に復帰する。このとき
ワイヤ先端部Ａ１の送給速度は急激に増大、脈送装置３
０の案内部材４１０の吐出口４０１から急激に吐出され
る。即ちワイヤ先端部Ａ１は被溶接物１１に向けて脈送
される。

【００５１】この例では、送給抵抗子４２０が矢印Ｘ３
方向に移動し、次に矢印Ｘ４方向に戻る際に、即ち送給
抵抗子４２０が１往復する際に、ワイヤＡは図６におい
て右側と左側とに合計２回撓むことになる。従ってワイ
ヤＡの撓み変形の回数を増加でき、ワイヤＡの撓み変形
の高速化に有利である。 ○図７は実施例４の要部を示す。この例では脈送装置５
０は、ワイヤＡが通過する案内通路５００をもつ案内部
材５１０と、案内部材５１０に配置された電磁アクチュ
エータ５２０と、電磁アクチュエータ５２０を駆動させ
る駆動回路５３０と備えている。電磁アクチュエータ５
２０は、鉄芯５２１と、鉄芯５２１を励磁する励磁コイ
ル５２２とを備えている。案内通路５００には、ワイヤ
Ａの長さを蓄積する撓み収容空間５０１が形成されてい
る。撓み収容空間５０１は略二等辺三角形状をなし、傾
斜面５０１ａ、５０１ｂをもつ。

【００５２】この例においても、脈送制御部３１からの
指令信号により駆動回路５３０が作動し、励磁コイル５
２２により鉄芯５２１が励磁されると、磁極が発生し、
磁気力でワイヤＡは鉄芯５２１側に吸引され、これによ
り図７に示す様に案内部材５１０内のワイヤＡに撓みが
生じる。更に脈送制御部３１からの指令信号により駆動
回路５３０が作動し、励磁コイル５２２が消磁される
と、ワイヤＡの撓みは解除され、ワイヤＡは自身の弾性
力で真っ直ぐな状態に復帰する。このときにおいても、
ワイヤＡは送給ローラ１４により略一定速度（Ｖ_W ）で
連続的に送給されているので、撓みの解除量は吐出口５
０１側に向かう。よってワイヤ先端部Ａ１の送給速度は
急激に増大し、脈送装置５０の案内部材５１０の吐出口
５０１から急激に吐出される。即ちワイヤ先端部Ａ１は
被溶接物１１に向けて脈送される。

【００５３】この様な励磁および消磁は、パルス電流Ｉ
_P の出力に連動して、パルス電流Ｉ _P の出力に対して所
定の位相差をもって周期的に行われ、従ってワイヤ先端
部Ａ１は周期的に脈送される。 ○図８及び図９は実施例５を示す。この例では、図８に
示す様に送給ローラ１４、送給ローラ１４を回転駆動さ
せる送給モータ１５は、ロボット８０のロボットアーム
８０ｎに保持されている。脈送装置６０は、ロボット８
０のロボットアーム８０ｍに保持されている。

【００５４】この例においても送給モータ１５により送
給ローラ１４が矢印Ｐ１方向に回転駆動すると、ワイヤ
Ａはガイド１６ｋ、フレキシブルワイヤコンジット１６
の挿通路を経て、脈送装置６０に挿通される。フレキシ
ブルワイヤコンジット１６は可撓性をもち、ゴム外チュ
ーブ１６ｆと、ゴム外チューブ１６ｆに内設されたコイ
ル１６ｈとで形成されている。なおコイル１６ｈ内をワ
イヤＡが挿通される。

【００５５】この例においても脈送装置６０はトーチ１
０に装備されている。脈送装置６０は、本筒６１と、矢
印Ｙ１、Ｙ２方向（＝ワイヤＡの伸びる方向）に移動可
能に本筒６１に嵌合された可動筒６２と、可動筒６２を
矢印Ｙ１、Ｙ２方向に移動させる駆動部６３とで構成さ
れている。図９に示す様にこの駆動部６３は、可動筒６
２に係合する回転カム６４と、回転カム６４を回転作動
させるモータ軸６５ｃをもつ脈送モータ６５とを備えて
いる。そして脈送モータ６５のモータ軸６５ｃがモータ
軸芯Ｐ１を中心として回転すると、モータ軸芯Ｐ１を中
心として回転カム６４が回転作動し、これにより可動筒
６２が本筒６１に対して矢印Ｙ１方向および矢印Ｙ２方
向に周期的に交互に移動する。

【００５６】図９（Ａ）から理解できる様に脈送モータ
６５により回転カム６４が回転作動して可動筒６２が矢
印Ｙ１方向に移動した場合において、トーチ１０のトー
チ先端部１０ｆからフレキシブルワイヤコンジット１６
の取付部１６ｔの上端までの距離をＬ１とする。また図
９（Ｂ）に示す様に、可動筒６２が矢印Ｙ２方向に移動
して可動筒６２が本筒６１からΔＬｆ’浮いた場合に
は、トーチ先端部１０ｆからフレキシブルワイヤコンジ
ット１６の取付部１６ｋの上端までの距離は、ΔＬｆぶ
ん増加してＬ２となる（Ｌ２＞Ｌ１）。

【００５７】ここでフレキシブルワイヤコンジット１６
は撓むことができるものの、フレキシブルワイヤコンジ
ット１６の全長は変化しない。そのため送給ローラ１４
でワイヤＡを連続的に送給しつつ、送給ローラ１４とト
ーチ先端部１０ｆとの間において、ΔＬｆに相当する長
さだけワイヤ送給路の全長が瞬間的に伸びることにな
る。従ってワイヤ長が蓄積されることになる。なおΔＬ
ｆは適宜選択できるものの、一般的には０．３〜１ｍｍ
程度、特に０．４〜０．６ｍｍ程度にできる。

【００５８】この様にワイヤ長を蓄積した後に、可動筒
６２が矢印Ｙ１方向に再び移動すれば、ΔＬｆに相当す
るぶんの蓄積量が速やかに解消されるので、ワイヤ先端
部Ａ１の速度は急激に増大し、これによりワイヤ先端部
Ａ１は被溶接物１１に向けて脈送される。この例におい
てもパルス電流Ｉ_P の出力に対して所定の位相差をもっ
て脈送が行われる。 ○図１０は実施例６の要部を示す。この例では脈送装置
７０は、本筒７１０と、矢印Ｙ３、Ｙ４方向（＝ワイヤ
Ａの伸びる方向）に変位可能に本筒７１０に嵌合された
可動筒７２０と、可動筒７２０を変位させる駆動源とな
るアクチュエータ７３０と、アクチュエータ７３０を駆
動させる駆動回路７４０と備えている。アクチュエータ
７３０は、圧電素子で形成した圧電方式でも、或いは、
鉄芯と励磁コイルとからなる電磁方式でも良い。

【００５９】この例においてもアクチュエータ７３０が
駆動して、前述同様に可動筒７２０が矢印Ｙ４方向に変
位すれば、ΔＬｆぶんワイヤ長が蓄積される。従って可
動筒７２０が矢印Ｙ４方向に変位した後に矢印Ｙ３方向
に変位することが周期的に繰り返されれば、ワイヤ長の
蓄積、蓄積解除が周期的に行われ、ワイヤＡの脈送が行
われる。この例においてもパルス電流Ｉ_P の出力に対し
て所定の位相差をもって脈送が行われる。

【００６０】（付記）上記した実施例から次の技術的思
想も把握できる。 ○ワイヤを連続的に送給する送給部をもちワイヤ先端部
をトーチを通して被溶接物に向けて送給するワイヤ送給
手段と、パルス電流を含むアーク発生電流により、ワイ
ヤ先端部を溶融させて消耗するアークを発生する給電手
段とを用い、パルス電流に対して同期させてまたは所定
の位相差をもってワイヤ先端部を脈送して被溶接物に接
近させるワイヤ消耗式パルスアーク溶接方法において、
ワイヤ送給手段の送給部によりワイヤを略一定速度で被
溶接物に向けて送給しつつ、脈送手段により、被溶接物
に対面するトーチ先端部と送給部との間におけるワイヤ
の少なくとも一部においてワイヤ長を蓄積する第１形態
から、その蓄積量を解除または減少する第２形態へと切
替えることにより、ワイヤ先端部の速度を一時的に増大
させて被溶接物に向けて脈送することを特徴とするパル
スアーク溶接方法。

【００６１】○脈送手段は、ワイヤの送給方向（ワイヤ
の伸びる方向）と交差する向きに変位可能な送給抵抗子
を備えているパルスアーク溶接装置または方法。 ○脈送手段は、ワイヤの送給方向（ワイヤの伸びる方
向）に沿う方向に伸縮可能な筒体を備えており、筒体の
伸長に伴いワイヤ送給路の全長をΔＬｆぶん長くしてワ
イヤ長を蓄積する第１形態と、筒体の収縮に伴いワイヤ
送給路の全長を戻してワイヤ長の蓄積を解除または減少
する第２形態とに切替可能であるパルスアーク溶接装置
またはパルスアーク溶接方法。

【００６２】○図３に例示する様に、パルス電流Ｉ_P の
立ち上がりＩ_Prよりも前の時刻においてワイヤ先端部の
速度が低下してワイヤの蓄積が開始され、パルス電流Ｉ
_P の立ち下がりＩ_Pfの後で、ワイヤ先端部の送給速度が
増大することを特徴とするパルスアーク溶接装置、及
び、パルスアーク溶接方法。これによれば、ワイヤの蓄
積量を増大させ、脈送を効果的に行うのに有利である。

【００６３】○図４に例示する様に、パルス電流Ｉ_P の
立ち上がりＩ_Prよりも後の時刻においてワイヤ先端部の
速度が低下してワイヤの蓄積が開始され、パルス電流Ｉ
_Pの立ち下がりＩ_Pfの後で、ワイヤ先端部の送給速度が
増大することを特徴とするパルスアーク溶接装置、及
び、パルスアーク溶接方法。

【００６４】これによれば、パルス電流Ｉ_P が出力され
ているときにおいても、ワイヤの送給量を確保できるの
で、コンタクトチップの熱をワイヤＡに奪うのに有利と
なる。よってコンタクトチップの過熱、熱損傷を抑える
のに有利である。

【００６５】

【発明の効果】本発明のワイヤ消耗式パルスアーク溶接
機によれば、ワイヤの長さを蓄積する第１形態と、蓄積
量を解除または減少させる第２形態とを切替え可能な脈
送手段を設け、脈送手段の第１形態から第２形態への切
替に伴い、ワイヤ先端部の速度を増大させてワイヤ先端
部を被溶接物に向けて脈送することにしている。

【００６６】そのため本発明のワイヤ消耗式パルスアー
ク溶接機によれば、ワイヤ先端部の溶融に伴いワイヤ先
端部と被溶接物との間隔が増大する際において、脈送に
より、該間隔を速やかに矯正できる。そのため特開平６
−１４２９２７号公報に係る技術と同様に、ワイヤ先端
部と被溶接物との間隔を維持でき、アーク長の安定に有
利であり、溶接品質の向上に貢献できる。

【００６７】また上記した特開平６−１４２９２７号公
報に係る技術によれば、ワイヤを送給するための送給モ
ータによる送給速度を可変とする可変制御装置を設けて
おり、この可変制御装置を利用してワイヤを脈送するこ
とにしているが、本発明のワイヤ消耗式パルスアーク溶
接機によれば、ワイヤの長さの蓄積と、その蓄積量の解
除または減少とを利用する方式が採用されており、その
ため両者は脈送という点において共通するものの、脈送
の方式が異なり、装置の複雑化、価格のアップ回避に有
利である。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係る装置の全体の構成図である。

【図２】実施例１に係る脈送装置の構成図である。

【図３】実施例１に係るワイヤ先端部の様子と、電流及
びワイヤ先端部の速度との関係を示すタイミングチャー
トである。

【図４】実施例１に係るワイヤ先端部の様子と、電流及
びワイヤ先端部の速度との関係を示す別のタイミングチ
ャートである。

【図５】実施例２に係る装置の全体の構成図である。

【図６】実施例３に係る脈送装置の構成図である。

【図７】実施例４に係る脈送装置の構成図である。

【図８】実施例５に係る脈送装置をロボットアームに装
備した状態を示す構成図である。

【図９】実施例５に係る脈送装置の要部を示す構成図で
ある。

【図１０】実施例６に係る脈送装置の要部を示す構成図
である。

【図１１】従来公報技術に係るワイヤ先端部の様子と、
電流及びワイヤ先端部の速度との関係を示すタイミング
チャートである。

【図１２】従来公報技術に係るワイヤ先端部の様子と、
電流及びワイヤ先端部の速度との関係を示す別のタイミ
ングチャートである。

【符号の説明】

図中、１ａは給電手段、１０はトーチ、１０ｆはトーチ
先端部、１１は被溶接物、Ａはワイヤ、Ａ１はワイヤ先
端部、Ａ２は溶滴、１２はワイヤ送給手段、１４は送給
ローラ（送給部）、３０は脈送装置、３１は脈送制御
部、３２０、３２１は送給抵抗子、３０１、３０２は撓
み収容空間を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】ワイヤを送給する送給部をもちワイヤ先端
   部を被溶接物に向けて送給するワイヤ送給手段と、 パルス電流を含むアーク発生電流により、前記ワイヤ先
   端部を溶融して消耗させるアークを前記ワイヤ先端部と
   前記被溶接物との間に発生する給電手段と、 前記ワイヤの少なくとも一部においてワイヤ長を蓄積す
   る第１形態と、その蓄積量を解除または減少する第２形
   態とに切替可能に設けられ、該第１形態から該第２形態
   への切替に伴い、前記パルス電流に対して同期させてま
   たは所定の位相差をもって前記ワイヤ先端部を前記被溶
   接物に脈送する脈送手段とを具備してなることを特徴と
   するワイヤ消耗式パルスアーク溶接機。