エレクトロスラグ溶接装置
【課題】 溶接対象空間の水平２次元各所に対する所望入熱を容易にし、高能率の溶接を可能にする。
【解決手段】 垂直支柱Ｅに装備した、溶接時にオシレータＨを上昇駆動するノズル昇降機構Ｆ；オシレータＨの揺動アーム１２で支持されたノズル支持基枠２５；ノズル支持基枠２５で垂下姿勢で支持され垂下軸ｚを中心に回転可能であって、溶接ワイヤ４８の先端を垂下軸ｚから離れる方向に案内するガイド手段４５，４４を含む、エレクトロスラグ溶接のノズルＭ；および、ノズルＭを垂下軸ｚを中心に回転駆動するノズル旋回機構Ｌ；を備える。ガイド手段４５，４４は、チップジョイント４５およびインサートチップ４４である。更に、ｘ軸周りのノズル角度調整機構Ｊおよびｙ軸周りのノズル角度調整機構Ｋを備える。
【解決手段】 垂直支柱Ｅに装備した、溶接時にオシレータＨを上昇駆動するノズル昇降機構Ｆ；オシレータＨの揺動アーム１２で支持されたノズル支持基枠２５；ノズル支持基枠２５で垂下姿勢で支持され垂下軸ｚを中心に回転可能であって、溶接ワイヤ４８の先端を垂下軸ｚから離れる方向に案内するガイド手段４５，４４を含む、エレクトロスラグ溶接のノズルＭ；および、ノズルＭを垂下軸ｚを中心に回転駆動するノズル旋回機構Ｌ；を備える。ガイド手段４５，４４は、チップジョイント４５およびインサートチップ４４である。更に、ｘ軸周りのノズル角度調整機構Ｊおよびｙ軸周りのノズル角度調整機構Ｋを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼側板の内表面とそれに対向する鋼ダイアフラム端面の間の空間に、エレクトロスラグ溶接ワイヤを通した筒電極であるノズルを挿入してノズルの下端下に溶接金属池を形成しつつノズルを引上げ駆動して該空間に溶接金属を満すエレクトロスラグ溶接に関し、特に、エレクトロスラグ溶接機のノズル先端（下端）の３次元位置決め機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼建築物の鋼ボックス柱は、側板であるスキンプレートに、所要間隔でダイアフラムを溶接したものである。ダイアフラムの溶接は、例えば、図９に示すように、当金で囲んだ、スキンプレートとダイアフラムの間の３次元空間（溶接対象空間）にエレクトロスラグ溶接ワイヤを通したノズルを挿入し、ノズルの下端下に溶接金属池を形成しつつノズルを引上げ駆動して該空間に溶接金属を満す。特許文献１には１本のノズルを用いるエレクトロスラグ溶接が、特許文献２には２本のノズルを用いるエレクトロスラグ溶接が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公昭６０−５４１４６号公報
【特許文献２】特開平 ５−４２３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ボックス柱の大型化に伴ない、スキンプレートとダイアフラムの間の空間が大きくなる。この空間の溶接が不均一になるのを避けるため、ノズルをスキンプレートの長手方向ｘに揺動（オシレート）させているが、１個のノズルによる溶接幅（ダイアフラムの厚み相当）にはおのずから限度がある。そこで特許文献２に記載のエレクトロスラグ溶接装置は、２本のノズルを同時に使用する筒電極引上げ装置すなわちノズル引上げ装置を備えている。しかし、支柱からオシレータまでのノズル支持機構は共通であるものの、ノズルおよび電源装置を含むエレクトロスラグ溶接装置は２組となり、装置がコスト高になる。
【０００５】
ところで、３次元の溶接対象空間内の３次元の溶接温度分布は、溶接電力のみならず、該空間を画定するスキンプレート，ダイアフラムおよび当金の厚みによって異なる。しかもノズルの、スキンプレートの長手方向ｘの直線往復駆動（オシレート）では、スキンプレートに当金が当たっているコーナがノズル軌跡から遠いので低温になりやすいので高入熱が必要であるが、該コーナを外れるスキンプレート表面部は、スキンプレートの高熱による脆弱化を回避するように、過剰入熱を避けなければならない。従来の、ノズルをローラで挟んで、溶接時にはローラ駆動によってノズルを少しずつ引き上げる、ノズルの高さ方向ｚの自動位置制御，溶接時にノズルをスキンプレートの長手方向ｘに直線往復駆動（オシレート）する水平方向ｘの自動位置変更、および、手動でノズル保持部分をｘ，ｚに直交するｙ方向に位置調整するｙ位置手動設定では、溶接対象空間の水平ｘ，ｙ方向すなわち２次元各所に対する所望入熱を容易に実現することは困難である。１個のノズルによるエレクトロスラグ溶接でこれが顕著である。２本のノズルによるエレクトロスラグ溶接では各ノズルの溶接電流もしくはノズル引上げ速度を個別に調整できるので、これによってスキンプレートの長手方向ｘでの入熱制御がやや容易になるが、直交方向ｙの入熱制御が難しく、したがってやはり２次元各所に対する所望入熱を容易に実現することは困難である。
【０００６】
本発明は、溶接対象空間の水平２次元各所に対する所望入熱が容易で、高能率の溶接ができるエレクトロスラグ溶接装置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】
【０００７】
（１）垂直支柱(E)に装備した、溶接中にオシレータ(H)を上昇駆動するノズル昇降機構(F)；
前記オシレータ(H)の揺動アーム(12)で支持されたノズル支持基枠(25)；
該ノズル支持基枠(25)で垂下姿勢で支持され垂下軸(z)を中心に回転可能であって、溶接ワイヤ(48)の先端を垂下軸(z)から離れる方向に案内するガイド手段(45,44)を含む、エレクトロスラグ溶接のノズル(M);および、
該ノズル(M)を前記垂下軸(z)を中心に回転駆動するノズル旋回機構(L)；を備えるエレクトロスラグ溶接装置。
【０００８】
なお、理解を容易にするために括弧内には、図面に示し後述する実施例の対応要素の符号を、参考までに付記した。以下も同様である。
【発明の効果】
【０００９】
これによれば、ノズル支持基枠(25)および揺動アーム(12)を介してノズル(M)を支持するオシレータ(H)を、ノズル昇降機構(F)で上昇駆動（垂直ｚ変位）する溶接時に、ノズル旋回機構(L)でノズル(M)を垂下軸(z)を中心に自動回転駆動して、オシレータ(H)によるノズル(M)の揺動方向(x)に対して直交する方向(y)に溶接ワイヤ先端を自動的に振ることができ、溶接ワイヤ先端をオシレート方向(x)のみならず水平直交方向(y)にも変位する２次元軌跡(51)を描かせることができる。
【００１０】
該２次元軌跡(51)を適当に設定又は調整することにより、溶接ワイヤ(48)の先端が、スキンプレートに裏当金が交わるコーナに対向してコーナに対する溶接入熱を多くし、コーナ領域を外れるオシレート(x)領域ではスキンプレートに対する溶接入熱を抑制しダイアフラムに対する溶接入熱を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の１実施例のエレクトロスラグ溶接装置の溶接機構の下半分を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。
【図２】図１に示す溶接機構の上半分を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。図２の（ａ）および（ｂ）のIIＡ−IIＡ線およびIIＢ−IIＢ線を、それぞれ図１のIIＡ−IIＡ線およびIIＢ−IIＢ線に重ね合わせることにより、溶接機構の全体が現れる。
【図３】図２の（ｂ）に示す溶接機構の平面図である。
【図４】図２および図３に示すノズル旋回機構Ｋの拡大図であり、（ａ）は図３対応の平面図、（ｂ）は図２の（ａ）対応の正面図である。
【図５】図２の（ｂ）に示すノズル旋回機構Ｋの拡大右側面図である。
【図６】図５に示すノズル旋回機構Ｋの右側面図である。
【図７】図１に示すノズルＬの先端のチップジョイントおよびインサートチップの拡大図であり、（ａ）は図１の（ｂ）対応の右側面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は平面図である。
【図８】図１および図２に示す溶接機構を装備したエレクトロスラグ溶接装置の溶接システムの概要を示すブロック図である。
【図９】図８に示すシーケンサならびにモータコントローラによるノズルオシレーションおよびノズル旋回の制御を示すタイムチャートである。
【図１０】接対象空間の平面図であり、図８に示す制御によるノズルのオシレーション移動および旋回も示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（２）前記ガイド手段(45,44)は、ノズル(M)の下端に装着するチップジョイント(45)、および、該チップジョイント(45)に装着するインサートチップ(44)を含み、チップジョイント(45)には、ノズル(M)の中心軸(z)に対してインサートチップ(44)が傾斜する装着手段(47)がある；上記（１）に記載のエレクトロスラグ溶接装置。
【００１３】
ノズル(M)の下端を少し曲げることによっても、すなわち前記ガイド手段をノズル下端の曲がりとしても、溶接ノズル(48)の先端に上記２次元軌跡を描かせることができるが、該曲げに対応した固定軌跡となる。本実施態様のようにチップジョイント(45)にインサートチップ(44)を装着する態様では、装着するインサートチップ(44)の傾斜を数種とする複数のチップジョイントを準備しておき、そこから一つを選択してノズル(M)に装着し、また、ノズル(M)に装着したチップジョイントを傾斜が異なるものに取り替えることにより、上記２次元軌跡を選択設定でき、２次元軌跡のバラエティが高くなる。
【００１４】
（３）前記ノズル支持基枠(25)は、ｘ軸周りのノズル角度調整機構(J)を介して前記揺動アーム(12)で支持した；上記（１）又は（２）に記載のエレクトロスラグ溶接装置。これによれば、該ｘ軸周りのノズル角度調整機構(J)でノズル(M)のｘ軸周りの、垂直軸（ｚ）に対する角度を微調整して、該角度を正確にゼロにすることができる。すなわち、ノズル(M)のｘ軸周りの、垂直線に対する微妙な角度ずれを、容易になくすことができる。
【００１５】
（４）前記ノズル支持基枠(25)は、ｙ軸周りのノズル角度調整機構(K)を介して前記揺動アーム(12)で支持した；上記（１）乃至（３）のいずれか１つに記載のエレクトロスラグ溶接装置。これによれば、該ｙ軸周りのノズル角度調整機構(K)でノズル(M)のｙ軸周りの、垂直軸（ｚ）に対する角度を微調整して、該角度を正確にゼロにすることができる。すなわち、ノズル(M)のｙ軸周りの、垂直線に対する微妙な角度ずれを、容易になくすことができる。ｘ軸周りのノズル角度調整機構(J)とｙ軸周りのノズル角度調整機構(K)を併設することにより、ノズル(M)を容易に垂直に設定できる。
【００１６】
（５）前記支柱(E)を固定部材に装着固定するクランパ(A)；
前記クランパ(A)で支持され、クランパに対する支柱(E)のｙ，ｘ位置を調整する機構(B,C)；および、
該ｙ，ｘ位置調整機構(B,C)で支持され、垂直軸廻りに旋回可に前記支柱(E)を支持する水平回転機構(D)；を更に備える上記（１）乃至（４）のいずれか１つに記載のエレクトロスラグ溶接装置。
【００１７】
（６）溶接電流の増大に応じて前記ノズル昇降機構(F)の昇降モータをノズル引上げ方向に回転駆動するモータコントローラ(52)およびモータドライバ(53)；
前記オシレータ(H)のオシレートモータ(29)を回転駆動して揺動幅の一端と他端の間で前記揺動アーム(12)を往復駆動するモータコントローラ(55)およびモータドライバ(56)；および、
前記ノズル旋回機構(L)の旋回モータ(29)を回転駆動して設定角度範囲内で前記ノズル(M)を正逆旋回駆動するモータコントローラ(58)およびモータドライバ(59)；を更に備える上記（１）乃至（５）のいずれか１つに記載のエレクトロスラグ溶接装置。
【００１８】
（７）前記ノズル(M)を正逆旋回駆動するモータコントローラ(58)およびモータドライバ(59)は、前記オシレータ(H)の揺動アーム(12)の揺動幅の一端と他端でそれぞれ前記ノズル(M)の正転旋回駆動と逆転旋回駆動を開始する；上記（６）に記載のエレクトロスラグ溶接装置。
【００１９】
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。
【実施例】
【００２０】
図１に本発明の１実施例のエレクトロスラグ溶接装置の溶接機構の下半分を示し、図２には上半分を示す。図２の（ａ）および（ｂ）のＩＩＡ−ＩＩＡ線およびＩＩＢ−ＩＩＢ線を、それぞれ図１のIIＡ−IIＡ線およびIIＢ−IIＢ線に重ね合わせることにより、溶接機構の全体が現れる。図１および図２において、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。
【００２１】
図１を参照すると、溶接場所の構造材又は溶接作業台に支柱Ｅを固定するための、万力型のクランプ台Ａには、ｙ位置調整台Ｂが、手動によるｙ方向位置調整機構を介してｙ方向に移動可に装着されている。図１の（ｂ）のｙ位置調整台Ｂの右方に突出する摘みを時計方向に廻すことにより、ｙ位置調整台Ｂ（支柱Ｅ）はｙ矢印方向に移動し反時計方向に廻すことにより逆方向に移動する。
【００２２】
ｙ位置調整台Ｂには、ｘ位置調整台Ｃが、手動によるｘ方向位置調整機構を介してｘ方向に移動可に装着されている。図１の（ａ）のｘ位置調整台Ｃの左方に突出する摘みを時計方向に廻すことにより、ｘ位置調整台Ｃ（支柱Ｅ）はｘ矢印方向に移動し反時計方向に廻すことにより逆方向に移動する。
【００２３】
ｘ位置調整台Ｃには、水平回転機構Ｄが搭載されている。該機構Ｄのフランジ付きガイドスリーブの内部には、円錐コロ軸受があり、この軸受で垂直ロッドが垂直軸を中心に回転可に支持されている。ガイドスリーブに装備したロックレバーを時計方向に廻すことにより垂直ロッドは回転不可にロックされ、ロックレバーを反時計方向に廻すことにより垂直ロッドは回転可となる。水平回転機構Ｄの垂直ロッドに、垂直な支柱Ｅの下端面が固定されて垂直ロッドで支持されている。これにより、支柱Ｅはその長軸（垂直軸）を中心に旋回することができる。支柱Ｅにはノズル昇降機構Ｆがある。
【００２４】
ノズル昇降機構Ｆには、支柱Ｅ内で垂直に延びるねじ棒１０があり、このねじ棒１０にねじ結合したナットが昇降台Ｇに固定されている。ねじ棒１０は昇降モータ１１により回転駆動され、モータ１１の正転により昇降台Ｇが垂直方向ｚで上昇し、逆転により降下する。図１には昇降台Ｇを支柱Ｅの下端に下げた位置に示すが、図２には昇降台Ｇを支柱Ｅの上端に上げた位置に示す。
【００２５】
図２および図３を参照すると、昇降台Ｇには、オシレータＨおよびケーブルベアＩを装備している。オシレータＨは、揺動幅調整摘み１３ａ，１３ｂによって設定されたｘ方向揺動幅の一端と他端の間で、オシレートモータ１４で揺動アーム１２をｘ方向にオシレート（往復駆動）する。揺動幅調整摘み１３ａ，１３ｂは、ｘ方向に平行な一本のねじ棒の一端と他端に固着されている。それらの中間点から、摘み１３ａまでと摘み１３ｂまでのねじ山は、一方が右ねじ、他方が左ねじであり、各ねじ部に、リミットスイッチを搭載した１対のスイッチ台座のそれぞれがねじ結合しており、揺動幅調整摘み１３ａ，１３ｂの一方を時計回りに廻すと、１対のスイッチ台座が互いに離れる。これは、ノズルＭの揺動幅すなわちｘ方向オシレート幅を広げることになる。揺動幅調整摘み１３ａ，１３ｂの一方を反時計回りに廻すと、１対のスイッチ台座が互いに近づく。この場合は、ｘ方向オシレート幅を狭くすることになる。後述するように、オシレートモータ１４によって駆動される揺動アーム１２が一方のリミットスイッチを開から閉に（又はその逆に）操作すると、揺動アーム１２の揺動駆動が一時停止され、そしてオシレートモータ１４の回転方向が逆に切り替えられて揺動アーム１２が逆方向に揺動駆動される。揺動アーム１２には、ｘ軸廻りのノズル角度調整機構Ｊを介してｘ角度調整板１６が、ｘ方向に平行なピン１５を中心に回転可に連結されている。
【００２６】
拡大図である図５を参照すると、ｘ角度調整板１６の１端部には、摺動連結具１７の一端が固着され、摺動連結具１７のｙ方向摺動ロッドは、ｚ方向には移動可であるがｙ方向およびロッド軸廻りには移動不可に揺動アーム１２に装着されたナットにねじ結合し、該ロッドの先端に摘み１８が固着されている。摘み１８を時計方向に廻すと、ｘ角度調整板１６がピン１５を中心に反時計回りに回動し、摘み１８を反時計回りに廻すと、ｘ角度調整板１６は時計回りに回動する。ｘ軸廻りのノズル角度調整機構Ｊの摘み１８を廻してノズルＭの、ｘ軸廻りの、垂直線に対する傾斜角度を手動調整（設定）できる。ｘ角度調整板１６には、ｙ軸廻りのノズル角度調整機構Ｋを介してｙ角度調整板２０が、ｘ角度調整板１６に立てられたｙ平行軸１９を中心に回転可に、連結されている。
【００２７】
拡大図である図４を参照すると、ｙ角度調整板２０に垂直に立てた補助板２２と、ｘ角度調整板１６に立てた補助板２３の間に摺動連結具２４があり、摺動連結具２４のｘ方向摺動ロッドは、ｚ方向には移動可であるがｘ方向およびロッド軸廻りには移動不可に補助板２３に装着されたナットにねじ結合し、該ロッドの先端に摘み２１が固着されている。摘み２１を時計方向に廻すと、ｙ角度調整板２０がｙ平行軸１９を中心に時計回り（図４の（ｂ）上）に回動し、反時計回りに廻すと、反時計回りに回動する。ｙ軸廻りのノズル角度調整機構Ｋの摘み２１を廻してノズルＭの、ｙ軸廻りの、垂直軸に対する傾斜角度を手動調整（設定）できる。ｙ角度調整板２０には、ノズル旋回機構Ｌの基枠２５が固定されている。
【００２８】
ノズル旋回機構Ｌの基枠２５には、軸心がｚ軸に平行な傘歯歯車２６と、それに噛み合い軸心がｘ軸に平行な傘歯歯車２７があり、基枠２５で回転自在に支持されている（図４の（ｂ））。傘歯歯車２６は中空であり、そこを絶縁スリーブ２８が貫通して傘歯歯車２６に固着されている（図５）。絶縁スリーブ２８をノズルＭが貫通し絶縁スリーブ２８に固着されている。該絶縁スリーブ２８は、基枠２５に、ｚ軸に平行な軸を中心に回転（ノズル旋回）可に支持されている（図５）。傘歯歯車２７は減速機付き旋回モータ２９の出力軸（出力回転軸）に固着されており、旋回モータ２９が正回転すると傘歯歯車２７，傘歯歯車２６が回転しノズルＭが、傘歯歯車２６の、ｚ軸に平行な中心軸を中心に、正回転し（溶接対象空間を見下ろす方向で時計方向の回転：図１０）、旋回モータ２９の逆回転によりノズルＭは逆回転（反時計方向）する。
【００２９】
ノズルＭの外周面には、絶縁のためのシリコン樹脂被覆がある。絶縁スリーブ２８の上端にはノズルＭ内を通行する溶接ワイヤに通電する通電口金を装着したケーブルコネクタ３０が固定されている。ケーブルコネクタ３０には、水冷パワーケーブルの電力線を接続するタップ３１および水冷ホースを接続する口金３２がある。該電力線は、タップ３１および溶接ワイヤに通電する通電口金を介してノズルＭ内の溶接ワイヤに給電するが、ワイヤガイド３３による、ワイヤ矯正器３５，３７方向への通電を抑制するために、ワイヤガイドは、３３と３４の間で分離されている。したがってワイヤ矯正器３５，３７を、ノズル旋回機構Ｌの支持機構とは別の機構で支持する必要がある。そこで本実施例では、図５および図６に示すように、ｙ角度調整板２０に脚４０を立てて、脚４０によって垂直ロッド４１を固定支持し、垂直ロッド４１に上下スライド可能に連結具４２を装着して、連結具４２に固着したアーム３９でワイヤポート部材３８を支持した。ワイヤポート部材３８は、対のワイヤ矯正器３７，３５およびワイヤガイド３４，３６を一体支持している。連結具４２には、垂直ロッド４１に対する連結具４２の上下スライドを可とし、また、それを拘束（ロック）するためのロック機構およびロックレバー４３を装備する。ワイヤポート部材３８に、図示しないワイヤ送給装置が溶接ワイヤを送給する。
【００３０】
ノズルＭの下端には、インサートチップ４４を装着したチップジョイント４５が装着されている（図１）。図７に、チップジョイント４５およびインサートチップ４４を拡大して示す。チップジョイント４５には、ノズル（筒電極）Ｍの下端面に開いた雌ねじ穴にねじ込む雄ねじ頭４６およびくびれを経て頭４６に連続する胴４５がある。胴４５内には、雌ねじ穴４７があって、これが頭４６に連続するくびれを垂直に貫通するワイヤ通し穴に連続している。この雌ねじ穴４７は、垂直（ｚ軸に平行）な軸線に対して４°傾斜した軸を中心とするものである。様々な角度の雌ねじ穴がある数種のチップジョイントが準備されており、それらの中の所望のものを選択できる。すなわちノズルＭから繰り出すワイヤの、垂直線に対する傾斜角を選択できる。インサートチップ４４は、通常のインサートチップと同じく真っ直ぐなものであって、雌ねじ穴４７に螺合する雄ねじ先端と、ワイヤ通し穴があり、先端の雄ねじ先端から下端のワイヤ通口まで一直線であり、曲がりはない。しかしチップジョイント４５にねじ込むと、チップジョイント４５の雌ねじ穴４７の傾斜により、図７の（ｂ）に示すように、ｚ軸に対して傾斜し、これにより溶接対象空間に送り込まれる溶接ワイヤ４８も同様に傾斜する。この傾斜により、ノズルＭの先端のｘ，ｙ位置に対して、溶接ワイヤ４８の下端（先端）のｘ，ｙ位置は異なったものとなる。この相違は、ノズルＭの旋回角度すなわちｚ軸廻りの回転角度に依存する。
【００３１】
図８に、図１および図２に示す溶接機構を装備したエレクトロスラグ溶接装置の溶接システムの概要を示す。操作盤Ｎに対するオペレータの設定入力は、ノズルＭの３次元位置制御に関連するものは入出力インターフェース（Ｉ／Ｆ）４９を介して、ＣＰＵ他のコンピュータ機能要素を含むコンピュータシステムであるマイクロプロセッサ（ＭＰＵ：マイコン）を用いたシーケンサ５０に与えられる。ワイヤ送給速度の制御に関連するものはワイヤ送給装置６０に与えられ、溶接電力制御に関連するものは溶接電源装置６１に与えられ、また、冷却水制御に関連するものは水冷循環装置６２に与えられる。
【００３２】
シーケンサ５０は、昇降指示に応じてモータコントローラ５２に昇降モータ１１の正転，逆転および停止を指示し、ノズルＭの３次元位置制御に関連する設定情報に基いて昇降駆動速度をモータコントローラ５２に設定する。溶接開始に先立ってオペレータは、操作盤Ｎに昇降モータ１１の正転，逆転および停止を指示してノズルＭを昇降してノズルＭの先端（下端）を溶接対象空間内の所要位置（高さ）に設定する。操作盤Ｎに対するオペレータの溶接開始指示入力があるとシーケンサ５０は、モータコントローラ５２にノズルＭの自動上昇制御を指示する。これに応答してモータコントローラ５２は、自動上昇制御を開始し、溶接ワイヤ４８に流れる溶接電流を監視して、それが設定値になるように、溶接電流が大きくなるときにはモータドライバ５３を介して昇降モータ１１を駆動してノズルＭを上げる。すなわち上昇させる。シーケンサ５０が停止を指示するとモータコントローラ５２は、モータドライバ５３により、昇降モータ１１を上昇駆動し昇降台Ｇが上リミット位置に達すると昇降モータ１１の駆動を停止する。
【００３３】
また、シーケンサ５０は、正，逆回転指示に応じてモータコントローラ５５にオシレートモータ１４の正転，逆転および停止を指示し、ノズルＭのオシレート制御に関連する設定情報に基いてオシレートの設定速度（回／分）をモータコントローラ５５に与える。溶接開始に先立ってオペレータは、操作盤Ｎにオシレートモータ１４の正転，逆転および停止を指示してノズルＭをオシレート幅中央点に設定する。操作盤Ｎに対するオペレータのオシレート開始指示をシーケンサ５０がモータコントローラ５５に与えると、モータコントローラ５５はオシレートモータ１４の正転駆動を開始し、オシレート機構Ｈのオシレート幅を画定するための１対のリミットスイッチの一方が開から閉に切換るとそこでモータ駆動を一時停止し、そして今度はオシレートモータ１４の逆転駆動を開始し、他方のリミットスイッチが開から閉に切換るとそこでモータ駆動を一時停止し、そして今度はオシレートモータ１４の正転駆動を開始する。これを繰り返す。これによりノズルＭがｘ方向にオシレートする。シーケンサ５０が停止を指示するとモータコントローラ５５は、ノズルＭがオシレートの中央点（上記１対のリミットスイッチの中間点）でオシレートモータ１４の駆動を停止する。すなわちノズルＭをオシレート幅の中央点に位置決めする。
【００３４】
また、シーケンサ５０は、操作盤ＮからのノズルＭの正，逆旋回指示をモータコントローラ５８に与え、これに応答してモータコントローラ５８はモータドライバ５９を介して旋回モータ２９を正，逆転駆動する。これによりノズルＭが垂直軸廻りで時計方向，反時計方向に回転する。オペレータは溶接開始に先立ち、このような指示を操作盤Ｎに入力してノズルＭを基準姿勢に設定する。この基準姿勢は、ノズルＭの旋回角度基準点（旋回角度０）であり、本実施例では、インサートチップ４４の傾斜の方向がダイアフラムに正対抗（ダイアフラム端面に直交）する、図１０に示すＡｒＣの方向である。
【００３５】
操作盤Ｎから旋回開始指示がありこれをシーケンサ５０がモータコントローラ５８に、指定旋回角度および指定旋回速度とともに与えると、モータコントローラ５８がモータドライバ５９を介して旋回モータ２９を、まず指定旋回速度で「指定旋回角度／２」分、正転駆動して停止する。この間オシレートモータ１４は正転し一方のリミットスイッチの閉への切換り時に停止する。そしてオシレートモータ１４の逆転が開始するとき、旋回モータ２９の指定旋回速度の逆転駆動を開始し、「指定旋回角度」分回転したとき停止する。この間オシレートモータ１４は逆転し他方のリミットスイッチの閉への切換り時に停止する。そしてオシレートモータ１５の正転が開始するとき、旋回モータ２９の指定旋回速度の正転駆動を開始し、「指定旋回角度」分回転したとき停止する。これを繰り返す。
【００３６】
この場合のノズルオシレートの制御とノズル旋回制御の内容を図９に示す。オシレート停止指示又は旋回停止指示があるとシーケンサ５０は、ノズルＭを基準姿勢に設定して旋回モータ２９の駆動を停止する。例えば図１０に示すように、スキンプレート，ダイアフラムおよび裏当金で囲まれる溶接対象空間を、指定旋回角度を２７０度として溶接する場合は、上記正，逆旋回の繰り返しにより、インサートチップ４４から繰り出される溶接ワイヤ４８の先端の移動軌跡５１は、２点鎖線で示される、大略が半楕円形状となる。この場合、スキンプレートに裏当金が交わるコーナでは、溶接ワイヤ４８の先端部の姿勢が、スキンプレートおよび裏当金に対して４５°でコーナに対向する矢印ＡｒＬ，ＡｒＲで示す方向に対向するものとなって、コーナに対する溶接入熱が多い。コーナ領域を外れるｘ領域では、ワイヤ先端はスキンプレートから遠く、ダイアフラムに近いので、スキンプレートに対する溶接入熱が抑制され、ダイアフラムに対する溶接入熱が促進される。これは、コーナ部の継ぎ手性能を高め、スキンプレートの溶接熱による脆弱化が抑制され、しかもダイアフラムの継ぎ手強度を高めることになる。
【００３７】
なお、クランパＡおよびｘ，ｙ位置調整台Ｃ，Ｂによる支柱Ｅの傾斜設定およびｘ，ｙ位置手動調整では、支柱Ｅの傾斜姿勢の調整は難しいが、上記実施例では、オシレータＨのオシレートアーム１２にｘ，ｙ軸廻りのノズル角度調整機構Ｊ，Ｋを備えてノズルＭのｘ，ｙ軸廻りの角度を微調整できるので、ノズルＭを、正しく垂直に容易に調整でき、溶接入熱分布の設定あるいは調整を、容易かつ正確に行うことができる。
【００３８】
上記ノズル旋回機構Ｌを備えてノズルＭを溶接中に自動旋回させることにより、高品質なエレクトロスラグ溶接を能率よく実施できる。
【符号の説明】
【００３９】
Ａ：クランプ台 Ｂ：ｙ位置調整台
Ｃ：ｘ位置調整台 Ｄ：水平回転機構
Ｅ：支柱 Ｆ：ノズル昇降機構
Ｇ：昇降台 Ｈ：オシレータ
Ｉ：ケーブルベア
Ｊ：ｘ軸廻りのノズル角度調整機構
Ｋ：ｙ軸廻りのノズル角度調整機構
Ｌ：ノズル旋回機構 Ｍ：ノズル
Ｎ：操作盤 １０：ねじ棒
１１：昇降モータ １２：揺動アーム
１３ａ，１３ｂ：揺動幅調整摘み
１４：オシレートモータ
１５：ピン １６：ｘ角度調整板
１７：摺動連結具 １８：ｘ角度調整摘み
１９：ｙ平行軸 ２０：ｙ角度調整板
２１：ｙ角度調整摘み
２２，２３：補助板 ２４：摺動連結具
２５：ノズル旋回の基枠
２６，２７：傘歯歯車
２８：絶縁スリーブ ２９：旋回モータ
３０：ケーブルコネクタ
３１：タップ ３２：口金
３３，３４，３６：ワイヤガイド
３５，３７：ワイヤ矯正器
３８：ワイヤポート部材
３９：アーム ４０：脚
４１：垂直ロッド ４２：連結具
４３：ロックレバー
４４：インサートチップ
４５：チップジョイント
４６：頭 ４７：雌ねじ穴
４８：溶接ワイヤ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鋼側板の内表面とそれに対向する鋼ダイアフラム端面の間の空間に、エレクトロスラグ溶接ワイヤを通した筒電極であるノズルを挿入してノズルの下端下に溶接金属池を形成しつつノズルを引上げ駆動して該空間に溶接金属を満すエレクトロスラグ溶接に関し、特に、エレクトロスラグ溶接機のノズル先端（下端）の３次元位置決め機構に関する。
【背景技術】
【０００２】
鉄鋼建築物の鋼ボックス柱は、側板であるスキンプレートに、所要間隔でダイアフラムを溶接したものである。ダイアフラムの溶接は、例えば、図９に示すように、当金で囲んだ、スキンプレートとダイアフラムの間の３次元空間（溶接対象空間）にエレクトロスラグ溶接ワイヤを通したノズルを挿入し、ノズルの下端下に溶接金属池を形成しつつノズルを引上げ駆動して該空間に溶接金属を満す。特許文献１には１本のノズルを用いるエレクトロスラグ溶接が、特許文献２には２本のノズルを用いるエレクトロスラグ溶接が記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００３】
【特許文献１】特公昭６０−５４１４６号公報
【特許文献２】特開平 ５−４２３７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
ボックス柱の大型化に伴ない、スキンプレートとダイアフラムの間の空間が大きくなる。この空間の溶接が不均一になるのを避けるため、ノズルをスキンプレートの長手方向ｘに揺動（オシレート）させているが、１個のノズルによる溶接幅（ダイアフラムの厚み相当）にはおのずから限度がある。そこで特許文献２に記載のエレクトロスラグ溶接装置は、２本のノズルを同時に使用する筒電極引上げ装置すなわちノズル引上げ装置を備えている。しかし、支柱からオシレータまでのノズル支持機構は共通であるものの、ノズルおよび電源装置を含むエレクトロスラグ溶接装置は２組となり、装置がコスト高になる。
【０００５】
ところで、３次元の溶接対象空間内の３次元の溶接温度分布は、溶接電力のみならず、該空間を画定するスキンプレート，ダイアフラムおよび当金の厚みによって異なる。しかもノズルの、スキンプレートの長手方向ｘの直線往復駆動（オシレート）では、スキンプレートに当金が当たっているコーナがノズル軌跡から遠いので低温になりやすいので高入熱が必要であるが、該コーナを外れるスキンプレート表面部は、スキンプレートの高熱による脆弱化を回避するように、過剰入熱を避けなければならない。従来の、ノズルをローラで挟んで、溶接時にはローラ駆動によってノズルを少しずつ引き上げる、ノズルの高さ方向ｚの自動位置制御，溶接時にノズルをスキンプレートの長手方向ｘに直線往復駆動（オシレート）する水平方向ｘの自動位置変更、および、手動でノズル保持部分をｘ，ｚに直交するｙ方向に位置調整するｙ位置手動設定では、溶接対象空間の水平ｘ，ｙ方向すなわち２次元各所に対する所望入熱を容易に実現することは困難である。１個のノズルによるエレクトロスラグ溶接でこれが顕著である。２本のノズルによるエレクトロスラグ溶接では各ノズルの溶接電流もしくはノズル引上げ速度を個別に調整できるので、これによってスキンプレートの長手方向ｘでの入熱制御がやや容易になるが、直交方向ｙの入熱制御が難しく、したがってやはり２次元各所に対する所望入熱を容易に実現することは困難である。
【０００６】
本発明は、溶接対象空間の水平２次元各所に対する所望入熱が容易で、高能率の溶接ができるエレクトロスラグ溶接装置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】
【０００７】
（１）垂直支柱(E)に装備した、溶接中にオシレータ(H)を上昇駆動するノズル昇降機構(F)；
前記オシレータ(H)の揺動アーム(12)で支持されたノズル支持基枠(25)；
該ノズル支持基枠(25)で垂下姿勢で支持され垂下軸(z)を中心に回転可能であって、溶接ワイヤ(48)の先端を垂下軸(z)から離れる方向に案内するガイド手段(45,44)を含む、エレクトロスラグ溶接のノズル(M);および、
該ノズル(M)を前記垂下軸(z)を中心に回転駆動するノズル旋回機構(L)；を備えるエレクトロスラグ溶接装置。
【０００８】
なお、理解を容易にするために括弧内には、図面に示し後述する実施例の対応要素の符号を、参考までに付記した。以下も同様である。
【発明の効果】
【０００９】
これによれば、ノズル支持基枠(25)および揺動アーム(12)を介してノズル(M)を支持するオシレータ(H)を、ノズル昇降機構(F)で上昇駆動（垂直ｚ変位）する溶接時に、ノズル旋回機構(L)でノズル(M)を垂下軸(z)を中心に自動回転駆動して、オシレータ(H)によるノズル(M)の揺動方向(x)に対して直交する方向(y)に溶接ワイヤ先端を自動的に振ることができ、溶接ワイヤ先端をオシレート方向(x)のみならず水平直交方向(y)にも変位する２次元軌跡(51)を描かせることができる。
【００１０】
該２次元軌跡(51)を適当に設定又は調整することにより、溶接ワイヤ(48)の先端が、スキンプレートに裏当金が交わるコーナに対向してコーナに対する溶接入熱を多くし、コーナ領域を外れるオシレート(x)領域ではスキンプレートに対する溶接入熱を抑制しダイアフラムに対する溶接入熱を大きくすることができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】本発明の１実施例のエレクトロスラグ溶接装置の溶接機構の下半分を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。
【図２】図１に示す溶接機構の上半分を示し、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。図２の（ａ）および（ｂ）のIIＡ−IIＡ線およびIIＢ−IIＢ線を、それぞれ図１のIIＡ−IIＡ線およびIIＢ−IIＢ線に重ね合わせることにより、溶接機構の全体が現れる。
【図３】図２の（ｂ）に示す溶接機構の平面図である。
【図４】図２および図３に示すノズル旋回機構Ｋの拡大図であり、（ａ）は図３対応の平面図、（ｂ）は図２の（ａ）対応の正面図である。
【図５】図２の（ｂ）に示すノズル旋回機構Ｋの拡大右側面図である。
【図６】図５に示すノズル旋回機構Ｋの右側面図である。
【図７】図１に示すノズルＬの先端のチップジョイントおよびインサートチップの拡大図であり、（ａ）は図１の（ｂ）対応の右側面図、（ｂ）は背面図、（ｃ）は平面図である。
【図８】図１および図２に示す溶接機構を装備したエレクトロスラグ溶接装置の溶接システムの概要を示すブロック図である。
【図９】図８に示すシーケンサならびにモータコントローラによるノズルオシレーションおよびノズル旋回の制御を示すタイムチャートである。
【図１０】接対象空間の平面図であり、図８に示す制御によるノズルのオシレーション移動および旋回も示す。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（２）前記ガイド手段(45,44)は、ノズル(M)の下端に装着するチップジョイント(45)、および、該チップジョイント(45)に装着するインサートチップ(44)を含み、チップジョイント(45)には、ノズル(M)の中心軸(z)に対してインサートチップ(44)が傾斜する装着手段(47)がある；上記（１）に記載のエレクトロスラグ溶接装置。
【００１３】
ノズル(M)の下端を少し曲げることによっても、すなわち前記ガイド手段をノズル下端の曲がりとしても、溶接ノズル(48)の先端に上記２次元軌跡を描かせることができるが、該曲げに対応した固定軌跡となる。本実施態様のようにチップジョイント(45)にインサートチップ(44)を装着する態様では、装着するインサートチップ(44)の傾斜を数種とする複数のチップジョイントを準備しておき、そこから一つを選択してノズル(M)に装着し、また、ノズル(M)に装着したチップジョイントを傾斜が異なるものに取り替えることにより、上記２次元軌跡を選択設定でき、２次元軌跡のバラエティが高くなる。
【００１４】
（３）前記ノズル支持基枠(25)は、ｘ軸周りのノズル角度調整機構(J)を介して前記揺動アーム(12)で支持した；上記（１）又は（２）に記載のエレクトロスラグ溶接装置。これによれば、該ｘ軸周りのノズル角度調整機構(J)でノズル(M)のｘ軸周りの、垂直軸（ｚ）に対する角度を微調整して、該角度を正確にゼロにすることができる。すなわち、ノズル(M)のｘ軸周りの、垂直線に対する微妙な角度ずれを、容易になくすことができる。
【００１５】
（４）前記ノズル支持基枠(25)は、ｙ軸周りのノズル角度調整機構(K)を介して前記揺動アーム(12)で支持した；上記（１）乃至（３）のいずれか１つに記載のエレクトロスラグ溶接装置。これによれば、該ｙ軸周りのノズル角度調整機構(K)でノズル(M)のｙ軸周りの、垂直軸（ｚ）に対する角度を微調整して、該角度を正確にゼロにすることができる。すなわち、ノズル(M)のｙ軸周りの、垂直線に対する微妙な角度ずれを、容易になくすことができる。ｘ軸周りのノズル角度調整機構(J)とｙ軸周りのノズル角度調整機構(K)を併設することにより、ノズル(M)を容易に垂直に設定できる。
【００１６】
（５）前記支柱(E)を固定部材に装着固定するクランパ(A)；
前記クランパ(A)で支持され、クランパに対する支柱(E)のｙ，ｘ位置を調整する機構(B,C)；および、
該ｙ，ｘ位置調整機構(B,C)で支持され、垂直軸廻りに旋回可に前記支柱(E)を支持する水平回転機構(D)；を更に備える上記（１）乃至（４）のいずれか１つに記載のエレクトロスラグ溶接装置。
【００１７】
（６）溶接電流の増大に応じて前記ノズル昇降機構(F)の昇降モータをノズル引上げ方向に回転駆動するモータコントローラ(52)およびモータドライバ(53)；
前記オシレータ(H)のオシレートモータ(29)を回転駆動して揺動幅の一端と他端の間で前記揺動アーム(12)を往復駆動するモータコントローラ(55)およびモータドライバ(56)；および、
前記ノズル旋回機構(L)の旋回モータ(29)を回転駆動して設定角度範囲内で前記ノズル(M)を正逆旋回駆動するモータコントローラ(58)およびモータドライバ(59)；を更に備える上記（１）乃至（５）のいずれか１つに記載のエレクトロスラグ溶接装置。
【００１８】
（７）前記ノズル(M)を正逆旋回駆動するモータコントローラ(58)およびモータドライバ(59)は、前記オシレータ(H)の揺動アーム(12)の揺動幅の一端と他端でそれぞれ前記ノズル(M)の正転旋回駆動と逆転旋回駆動を開始する；上記（６）に記載のエレクトロスラグ溶接装置。
【００１９】
本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。
【実施例】
【００２０】
図１に本発明の１実施例のエレクトロスラグ溶接装置の溶接機構の下半分を示し、図２には上半分を示す。図２の（ａ）および（ｂ）のＩＩＡ−ＩＩＡ線およびＩＩＢ−ＩＩＢ線を、それぞれ図１のIIＡ−IIＡ線およびIIＢ−IIＢ線に重ね合わせることにより、溶接機構の全体が現れる。図１および図２において、（ａ）は正面図、（ｂ）は右側面図である。
【００２１】
図１を参照すると、溶接場所の構造材又は溶接作業台に支柱Ｅを固定するための、万力型のクランプ台Ａには、ｙ位置調整台Ｂが、手動によるｙ方向位置調整機構を介してｙ方向に移動可に装着されている。図１の（ｂ）のｙ位置調整台Ｂの右方に突出する摘みを時計方向に廻すことにより、ｙ位置調整台Ｂ（支柱Ｅ）はｙ矢印方向に移動し反時計方向に廻すことにより逆方向に移動する。
【００２２】
ｙ位置調整台Ｂには、ｘ位置調整台Ｃが、手動によるｘ方向位置調整機構を介してｘ方向に移動可に装着されている。図１の（ａ）のｘ位置調整台Ｃの左方に突出する摘みを時計方向に廻すことにより、ｘ位置調整台Ｃ（支柱Ｅ）はｘ矢印方向に移動し反時計方向に廻すことにより逆方向に移動する。
【００２３】
ｘ位置調整台Ｃには、水平回転機構Ｄが搭載されている。該機構Ｄのフランジ付きガイドスリーブの内部には、円錐コロ軸受があり、この軸受で垂直ロッドが垂直軸を中心に回転可に支持されている。ガイドスリーブに装備したロックレバーを時計方向に廻すことにより垂直ロッドは回転不可にロックされ、ロックレバーを反時計方向に廻すことにより垂直ロッドは回転可となる。水平回転機構Ｄの垂直ロッドに、垂直な支柱Ｅの下端面が固定されて垂直ロッドで支持されている。これにより、支柱Ｅはその長軸（垂直軸）を中心に旋回することができる。支柱Ｅにはノズル昇降機構Ｆがある。
【００２４】
ノズル昇降機構Ｆには、支柱Ｅ内で垂直に延びるねじ棒１０があり、このねじ棒１０にねじ結合したナットが昇降台Ｇに固定されている。ねじ棒１０は昇降モータ１１により回転駆動され、モータ１１の正転により昇降台Ｇが垂直方向ｚで上昇し、逆転により降下する。図１には昇降台Ｇを支柱Ｅの下端に下げた位置に示すが、図２には昇降台Ｇを支柱Ｅの上端に上げた位置に示す。
【００２５】
図２および図３を参照すると、昇降台Ｇには、オシレータＨおよびケーブルベアＩを装備している。オシレータＨは、揺動幅調整摘み１３ａ，１３ｂによって設定されたｘ方向揺動幅の一端と他端の間で、オシレートモータ１４で揺動アーム１２をｘ方向にオシレート（往復駆動）する。揺動幅調整摘み１３ａ，１３ｂは、ｘ方向に平行な一本のねじ棒の一端と他端に固着されている。それらの中間点から、摘み１３ａまでと摘み１３ｂまでのねじ山は、一方が右ねじ、他方が左ねじであり、各ねじ部に、リミットスイッチを搭載した１対のスイッチ台座のそれぞれがねじ結合しており、揺動幅調整摘み１３ａ，１３ｂの一方を時計回りに廻すと、１対のスイッチ台座が互いに離れる。これは、ノズルＭの揺動幅すなわちｘ方向オシレート幅を広げることになる。揺動幅調整摘み１３ａ，１３ｂの一方を反時計回りに廻すと、１対のスイッチ台座が互いに近づく。この場合は、ｘ方向オシレート幅を狭くすることになる。後述するように、オシレートモータ１４によって駆動される揺動アーム１２が一方のリミットスイッチを開から閉に（又はその逆に）操作すると、揺動アーム１２の揺動駆動が一時停止され、そしてオシレートモータ１４の回転方向が逆に切り替えられて揺動アーム１２が逆方向に揺動駆動される。揺動アーム１２には、ｘ軸廻りのノズル角度調整機構Ｊを介してｘ角度調整板１６が、ｘ方向に平行なピン１５を中心に回転可に連結されている。
【００２６】
拡大図である図５を参照すると、ｘ角度調整板１６の１端部には、摺動連結具１７の一端が固着され、摺動連結具１７のｙ方向摺動ロッドは、ｚ方向には移動可であるがｙ方向およびロッド軸廻りには移動不可に揺動アーム１２に装着されたナットにねじ結合し、該ロッドの先端に摘み１８が固着されている。摘み１８を時計方向に廻すと、ｘ角度調整板１６がピン１５を中心に反時計回りに回動し、摘み１８を反時計回りに廻すと、ｘ角度調整板１６は時計回りに回動する。ｘ軸廻りのノズル角度調整機構Ｊの摘み１８を廻してノズルＭの、ｘ軸廻りの、垂直線に対する傾斜角度を手動調整（設定）できる。ｘ角度調整板１６には、ｙ軸廻りのノズル角度調整機構Ｋを介してｙ角度調整板２０が、ｘ角度調整板１６に立てられたｙ平行軸１９を中心に回転可に、連結されている。
【００２７】
拡大図である図４を参照すると、ｙ角度調整板２０に垂直に立てた補助板２２と、ｘ角度調整板１６に立てた補助板２３の間に摺動連結具２４があり、摺動連結具２４のｘ方向摺動ロッドは、ｚ方向には移動可であるがｘ方向およびロッド軸廻りには移動不可に補助板２３に装着されたナットにねじ結合し、該ロッドの先端に摘み２１が固着されている。摘み２１を時計方向に廻すと、ｙ角度調整板２０がｙ平行軸１９を中心に時計回り（図４の（ｂ）上）に回動し、反時計回りに廻すと、反時計回りに回動する。ｙ軸廻りのノズル角度調整機構Ｋの摘み２１を廻してノズルＭの、ｙ軸廻りの、垂直軸に対する傾斜角度を手動調整（設定）できる。ｙ角度調整板２０には、ノズル旋回機構Ｌの基枠２５が固定されている。
【００２８】
ノズル旋回機構Ｌの基枠２５には、軸心がｚ軸に平行な傘歯歯車２６と、それに噛み合い軸心がｘ軸に平行な傘歯歯車２７があり、基枠２５で回転自在に支持されている（図４の（ｂ））。傘歯歯車２６は中空であり、そこを絶縁スリーブ２８が貫通して傘歯歯車２６に固着されている（図５）。絶縁スリーブ２８をノズルＭが貫通し絶縁スリーブ２８に固着されている。該絶縁スリーブ２８は、基枠２５に、ｚ軸に平行な軸を中心に回転（ノズル旋回）可に支持されている（図５）。傘歯歯車２７は減速機付き旋回モータ２９の出力軸（出力回転軸）に固着されており、旋回モータ２９が正回転すると傘歯歯車２７，傘歯歯車２６が回転しノズルＭが、傘歯歯車２６の、ｚ軸に平行な中心軸を中心に、正回転し（溶接対象空間を見下ろす方向で時計方向の回転：図１０）、旋回モータ２９の逆回転によりノズルＭは逆回転（反時計方向）する。
【００２９】
ノズルＭの外周面には、絶縁のためのシリコン樹脂被覆がある。絶縁スリーブ２８の上端にはノズルＭ内を通行する溶接ワイヤに通電する通電口金を装着したケーブルコネクタ３０が固定されている。ケーブルコネクタ３０には、水冷パワーケーブルの電力線を接続するタップ３１および水冷ホースを接続する口金３２がある。該電力線は、タップ３１および溶接ワイヤに通電する通電口金を介してノズルＭ内の溶接ワイヤに給電するが、ワイヤガイド３３による、ワイヤ矯正器３５，３７方向への通電を抑制するために、ワイヤガイドは、３３と３４の間で分離されている。したがってワイヤ矯正器３５，３７を、ノズル旋回機構Ｌの支持機構とは別の機構で支持する必要がある。そこで本実施例では、図５および図６に示すように、ｙ角度調整板２０に脚４０を立てて、脚４０によって垂直ロッド４１を固定支持し、垂直ロッド４１に上下スライド可能に連結具４２を装着して、連結具４２に固着したアーム３９でワイヤポート部材３８を支持した。ワイヤポート部材３８は、対のワイヤ矯正器３７，３５およびワイヤガイド３４，３６を一体支持している。連結具４２には、垂直ロッド４１に対する連結具４２の上下スライドを可とし、また、それを拘束（ロック）するためのロック機構およびロックレバー４３を装備する。ワイヤポート部材３８に、図示しないワイヤ送給装置が溶接ワイヤを送給する。
【００３０】
ノズルＭの下端には、インサートチップ４４を装着したチップジョイント４５が装着されている（図１）。図７に、チップジョイント４５およびインサートチップ４４を拡大して示す。チップジョイント４５には、ノズル（筒電極）Ｍの下端面に開いた雌ねじ穴にねじ込む雄ねじ頭４６およびくびれを経て頭４６に連続する胴４５がある。胴４５内には、雌ねじ穴４７があって、これが頭４６に連続するくびれを垂直に貫通するワイヤ通し穴に連続している。この雌ねじ穴４７は、垂直（ｚ軸に平行）な軸線に対して４°傾斜した軸を中心とするものである。様々な角度の雌ねじ穴がある数種のチップジョイントが準備されており、それらの中の所望のものを選択できる。すなわちノズルＭから繰り出すワイヤの、垂直線に対する傾斜角を選択できる。インサートチップ４４は、通常のインサートチップと同じく真っ直ぐなものであって、雌ねじ穴４７に螺合する雄ねじ先端と、ワイヤ通し穴があり、先端の雄ねじ先端から下端のワイヤ通口まで一直線であり、曲がりはない。しかしチップジョイント４５にねじ込むと、チップジョイント４５の雌ねじ穴４７の傾斜により、図７の（ｂ）に示すように、ｚ軸に対して傾斜し、これにより溶接対象空間に送り込まれる溶接ワイヤ４８も同様に傾斜する。この傾斜により、ノズルＭの先端のｘ，ｙ位置に対して、溶接ワイヤ４８の下端（先端）のｘ，ｙ位置は異なったものとなる。この相違は、ノズルＭの旋回角度すなわちｚ軸廻りの回転角度に依存する。
【００３１】
図８に、図１および図２に示す溶接機構を装備したエレクトロスラグ溶接装置の溶接システムの概要を示す。操作盤Ｎに対するオペレータの設定入力は、ノズルＭの３次元位置制御に関連するものは入出力インターフェース（Ｉ／Ｆ）４９を介して、ＣＰＵ他のコンピュータ機能要素を含むコンピュータシステムであるマイクロプロセッサ（ＭＰＵ：マイコン）を用いたシーケンサ５０に与えられる。ワイヤ送給速度の制御に関連するものはワイヤ送給装置６０に与えられ、溶接電力制御に関連するものは溶接電源装置６１に与えられ、また、冷却水制御に関連するものは水冷循環装置６２に与えられる。
【００３２】
シーケンサ５０は、昇降指示に応じてモータコントローラ５２に昇降モータ１１の正転，逆転および停止を指示し、ノズルＭの３次元位置制御に関連する設定情報に基いて昇降駆動速度をモータコントローラ５２に設定する。溶接開始に先立ってオペレータは、操作盤Ｎに昇降モータ１１の正転，逆転および停止を指示してノズルＭを昇降してノズルＭの先端（下端）を溶接対象空間内の所要位置（高さ）に設定する。操作盤Ｎに対するオペレータの溶接開始指示入力があるとシーケンサ５０は、モータコントローラ５２にノズルＭの自動上昇制御を指示する。これに応答してモータコントローラ５２は、自動上昇制御を開始し、溶接ワイヤ４８に流れる溶接電流を監視して、それが設定値になるように、溶接電流が大きくなるときにはモータドライバ５３を介して昇降モータ１１を駆動してノズルＭを上げる。すなわち上昇させる。シーケンサ５０が停止を指示するとモータコントローラ５２は、モータドライバ５３により、昇降モータ１１を上昇駆動し昇降台Ｇが上リミット位置に達すると昇降モータ１１の駆動を停止する。
【００３３】
また、シーケンサ５０は、正，逆回転指示に応じてモータコントローラ５５にオシレートモータ１４の正転，逆転および停止を指示し、ノズルＭのオシレート制御に関連する設定情報に基いてオシレートの設定速度（回／分）をモータコントローラ５５に与える。溶接開始に先立ってオペレータは、操作盤Ｎにオシレートモータ１４の正転，逆転および停止を指示してノズルＭをオシレート幅中央点に設定する。操作盤Ｎに対するオペレータのオシレート開始指示をシーケンサ５０がモータコントローラ５５に与えると、モータコントローラ５５はオシレートモータ１４の正転駆動を開始し、オシレート機構Ｈのオシレート幅を画定するための１対のリミットスイッチの一方が開から閉に切換るとそこでモータ駆動を一時停止し、そして今度はオシレートモータ１４の逆転駆動を開始し、他方のリミットスイッチが開から閉に切換るとそこでモータ駆動を一時停止し、そして今度はオシレートモータ１４の正転駆動を開始する。これを繰り返す。これによりノズルＭがｘ方向にオシレートする。シーケンサ５０が停止を指示するとモータコントローラ５５は、ノズルＭがオシレートの中央点（上記１対のリミットスイッチの中間点）でオシレートモータ１４の駆動を停止する。すなわちノズルＭをオシレート幅の中央点に位置決めする。
【００３４】
また、シーケンサ５０は、操作盤ＮからのノズルＭの正，逆旋回指示をモータコントローラ５８に与え、これに応答してモータコントローラ５８はモータドライバ５９を介して旋回モータ２９を正，逆転駆動する。これによりノズルＭが垂直軸廻りで時計方向，反時計方向に回転する。オペレータは溶接開始に先立ち、このような指示を操作盤Ｎに入力してノズルＭを基準姿勢に設定する。この基準姿勢は、ノズルＭの旋回角度基準点（旋回角度０）であり、本実施例では、インサートチップ４４の傾斜の方向がダイアフラムに正対抗（ダイアフラム端面に直交）する、図１０に示すＡｒＣの方向である。
【００３５】
操作盤Ｎから旋回開始指示がありこれをシーケンサ５０がモータコントローラ５８に、指定旋回角度および指定旋回速度とともに与えると、モータコントローラ５８がモータドライバ５９を介して旋回モータ２９を、まず指定旋回速度で「指定旋回角度／２」分、正転駆動して停止する。この間オシレートモータ１４は正転し一方のリミットスイッチの閉への切換り時に停止する。そしてオシレートモータ１４の逆転が開始するとき、旋回モータ２９の指定旋回速度の逆転駆動を開始し、「指定旋回角度」分回転したとき停止する。この間オシレートモータ１４は逆転し他方のリミットスイッチの閉への切換り時に停止する。そしてオシレートモータ１５の正転が開始するとき、旋回モータ２９の指定旋回速度の正転駆動を開始し、「指定旋回角度」分回転したとき停止する。これを繰り返す。
【００３６】
この場合のノズルオシレートの制御とノズル旋回制御の内容を図９に示す。オシレート停止指示又は旋回停止指示があるとシーケンサ５０は、ノズルＭを基準姿勢に設定して旋回モータ２９の駆動を停止する。例えば図１０に示すように、スキンプレート，ダイアフラムおよび裏当金で囲まれる溶接対象空間を、指定旋回角度を２７０度として溶接する場合は、上記正，逆旋回の繰り返しにより、インサートチップ４４から繰り出される溶接ワイヤ４８の先端の移動軌跡５１は、２点鎖線で示される、大略が半楕円形状となる。この場合、スキンプレートに裏当金が交わるコーナでは、溶接ワイヤ４８の先端部の姿勢が、スキンプレートおよび裏当金に対して４５°でコーナに対向する矢印ＡｒＬ，ＡｒＲで示す方向に対向するものとなって、コーナに対する溶接入熱が多い。コーナ領域を外れるｘ領域では、ワイヤ先端はスキンプレートから遠く、ダイアフラムに近いので、スキンプレートに対する溶接入熱が抑制され、ダイアフラムに対する溶接入熱が促進される。これは、コーナ部の継ぎ手性能を高め、スキンプレートの溶接熱による脆弱化が抑制され、しかもダイアフラムの継ぎ手強度を高めることになる。
【００３７】
なお、クランパＡおよびｘ，ｙ位置調整台Ｃ，Ｂによる支柱Ｅの傾斜設定およびｘ，ｙ位置手動調整では、支柱Ｅの傾斜姿勢の調整は難しいが、上記実施例では、オシレータＨのオシレートアーム１２にｘ，ｙ軸廻りのノズル角度調整機構Ｊ，Ｋを備えてノズルＭのｘ，ｙ軸廻りの角度を微調整できるので、ノズルＭを、正しく垂直に容易に調整でき、溶接入熱分布の設定あるいは調整を、容易かつ正確に行うことができる。
【００３８】
上記ノズル旋回機構Ｌを備えてノズルＭを溶接中に自動旋回させることにより、高品質なエレクトロスラグ溶接を能率よく実施できる。
【符号の説明】
【００３９】
Ａ：クランプ台 Ｂ：ｙ位置調整台
Ｃ：ｘ位置調整台 Ｄ：水平回転機構
Ｅ：支柱 Ｆ：ノズル昇降機構
Ｇ：昇降台 Ｈ：オシレータ
Ｉ：ケーブルベア
Ｊ：ｘ軸廻りのノズル角度調整機構
Ｋ：ｙ軸廻りのノズル角度調整機構
Ｌ：ノズル旋回機構 Ｍ：ノズル
Ｎ：操作盤 １０：ねじ棒
１１：昇降モータ １２：揺動アーム
１３ａ，１３ｂ：揺動幅調整摘み
１４：オシレートモータ
１５：ピン １６：ｘ角度調整板
１７：摺動連結具 １８：ｘ角度調整摘み
１９：ｙ平行軸 ２０：ｙ角度調整板
２１：ｙ角度調整摘み
２２，２３：補助板 ２４：摺動連結具
２５：ノズル旋回の基枠
２６，２７：傘歯歯車
２８：絶縁スリーブ ２９：旋回モータ
３０：ケーブルコネクタ
３１：タップ ３２：口金
３３，３４，３６：ワイヤガイド
３５，３７：ワイヤ矯正器
３８：ワイヤポート部材
３９：アーム ４０：脚
４１：垂直ロッド ４２：連結具
４３：ロックレバー
４４：インサートチップ
４５：チップジョイント
４６：頭 ４７：雌ねじ穴
４８：溶接ワイヤ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
垂直支柱に装備した、溶接中にオシレータを上昇駆動するノズル昇降機構；
前記オシレータの揺動アームで支持されたノズル支持基枠；
該ノズル支持基枠で垂下姿勢で支持され垂下軸を中心に回転可能であって、溶接ワイヤの先端を垂下軸から離れる方向に案内するガイド手段を含む、エレクトロスラグ溶接のノズル;および、
該ノズルを前記垂下軸を中心に回転駆動するノズル旋回機構；を備えるエレクトロスラグ溶接装置。
【請求項２】
前記ガイド手段は、ノズルの下端に装着するチップジョイント、および、該チップジョイントに装着するインサートチップを含み、チップジョイントには、ノズルの中心軸に対してインサートチップが傾斜する装着手段がある；請求項１に記載のエレクトロスラグ溶接装置。
【請求項３】
前記ノズル支持基枠は、ｘ軸周りのノズル角度調整機構を介して前記揺動アームで支持した；請求項１又は２に記載のエレクトロスラグ溶接装置。
【請求項４】
前記ノズル支持基枠は、ｙ軸周りのノズル角度調整機構を介して前記揺動アームで支持した；請求項１乃至３のいずれか１つに記載のエレクトロスラグ溶接装置。
【請求項５】
前記支柱を固定部材に装着固定するクランパ；
前記クランパで支持され、クランパに対する支柱のｙ，ｘ位置を調整する機構；および、
該ｙ，ｘ位置調整機構で支持され、垂直軸廻りに旋回可に前記支柱を支持する水平回転機構；を更に備える請求項１乃至４のいずれか１つに記載のエレクトロスラグ溶接装置。
【請求項６】
溶接電流の増大に応じて前記ノズル昇降機構の昇降モータをノズル引上げ方向に回転駆動するモータコントローラおよびモータドライバ；
前記オシレータのオシレートモータを回転駆動して揺動幅の一端と他端の間で前記揺動アームを往復駆動するモータコントローラおよびモータドライバ；および、
前記ノズル旋回機構の旋回モータを回転駆動して設定角度範囲内で前記ノズルを正逆旋回駆動するモータコントローラおよびモータドライバ；を更に備える請求項１乃至５のいずれか１つに記載のエレクトロスラグ溶接装置。
【請求項７】
前記ノズルを正逆旋回駆動するモータコントローラおよびモータドライバは、前記オシレータの揺動アームの揺動幅の一端と他端でそれぞれ前記ノズルの正転旋回駆動と逆転旋回駆動を開始する；請求項６に記載のエレクトロスラグ溶接装置。
【請求項１】
垂直支柱に装備した、溶接中にオシレータを上昇駆動するノズル昇降機構；
前記オシレータの揺動アームで支持されたノズル支持基枠；
該ノズル支持基枠で垂下姿勢で支持され垂下軸を中心に回転可能であって、溶接ワイヤの先端を垂下軸から離れる方向に案内するガイド手段を含む、エレクトロスラグ溶接のノズル;および、
該ノズルを前記垂下軸を中心に回転駆動するノズル旋回機構；を備えるエレクトロスラグ溶接装置。
【請求項２】
前記ガイド手段は、ノズルの下端に装着するチップジョイント、および、該チップジョイントに装着するインサートチップを含み、チップジョイントには、ノズルの中心軸に対してインサートチップが傾斜する装着手段がある；請求項１に記載のエレクトロスラグ溶接装置。
【請求項３】
前記ノズル支持基枠は、ｘ軸周りのノズル角度調整機構を介して前記揺動アームで支持した；請求項１又は２に記載のエレクトロスラグ溶接装置。
【請求項４】
前記ノズル支持基枠は、ｙ軸周りのノズル角度調整機構を介して前記揺動アームで支持した；請求項１乃至３のいずれか１つに記載のエレクトロスラグ溶接装置。
【請求項５】
前記支柱を固定部材に装着固定するクランパ；
前記クランパで支持され、クランパに対する支柱のｙ，ｘ位置を調整する機構；および、
該ｙ，ｘ位置調整機構で支持され、垂直軸廻りに旋回可に前記支柱を支持する水平回転機構；を更に備える請求項１乃至４のいずれか１つに記載のエレクトロスラグ溶接装置。
【請求項６】
溶接電流の増大に応じて前記ノズル昇降機構の昇降モータをノズル引上げ方向に回転駆動するモータコントローラおよびモータドライバ；
前記オシレータのオシレートモータを回転駆動して揺動幅の一端と他端の間で前記揺動アームを往復駆動するモータコントローラおよびモータドライバ；および、
前記ノズル旋回機構の旋回モータを回転駆動して設定角度範囲内で前記ノズルを正逆旋回駆動するモータコントローラおよびモータドライバ；を更に備える請求項１乃至５のいずれか１つに記載のエレクトロスラグ溶接装置。
【請求項７】
前記ノズルを正逆旋回駆動するモータコントローラおよびモータドライバは、前記オシレータの揺動アームの揺動幅の一端と他端でそれぞれ前記ノズルの正転旋回駆動と逆転旋回駆動を開始する；請求項６に記載のエレクトロスラグ溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２０１１−２１８４２１（Ｐ２０１１−２１８４２１Ａ）
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−９１４００（Ｐ２０１０−９１４００）
【出願日】平成２２年４月１２日（２０１０．４．１２）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ケーブルベア
【出願人】（３０２０４０１３５）日鐵住金溶接工業株式会社 (172)
【出願人】（０００２００３６７）川田工業株式会社 (41)
【公開日】平成２３年１１月４日（２０１１．１１．４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年４月１２日（２０１０．４．１２）
【公序良俗違反の表示】
（特許庁注：以下のものは登録商標）
１．ケーブルベア
【出願人】（３０２０４０１３５）日鐵住金溶接工業株式会社 (172)
【出願人】（０００２００３６７）川田工業株式会社 (41)
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