JPH07246475A - 溶接トーチの異常検出方法および装置ならびに肉盛溶接装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 ワークに対して常に均一のアーク溶接がなさ
れるべく、溶接トーチに異常が発生した場合にこれらを
自動的に検知することのできる溶接トーチの異常検出方
法および装置ならびにこの異常検出装置を備えた肉盛溶
接装置を提供する。 【構成】 貫通孔２５ｆ、２５ｆ‥内に導入された粉体
状の溶接材料を該貫通孔の開口部から噴出させるととも
に該溶接材料をプラズマガスにより溶融させてワークＡ
に付着させるようにした溶接トーチ２５を対象として、
前記開口部の開口面積の異常を検出する方法であって、
前記溶接トーチの噴出音のうち、前記開口部の開口面積
に依存する一定値以上のレベルを有する周波数成分の周
波数分布に基づいて前記開口面積の異常を検出するよう
にした溶接トーチの異常検出方法。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば、内燃機関の吸
気弁または排気弁用バルブのバルブヘッドに異種材料を
肉盛溶接する溶接トーチの異常検出方法および装置なら
びにこの異常検出装置を備えた肉盛溶接装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】周知のように、例えば、内燃機関の吸気
弁や排気弁のバルブヘッドには高い耐摩耗性が要求され
る。このため、図６に示すように、バルブ１のバルブヘ
ッド２に耐摩耗性の高い材料（例えばＣｏ−Ｃｒ−Ｗ−
Ｃ系合金）を肉盛溶接（図中３参照）するようにしてい
る。

【０００３】一般に、バルブヘッドに肉盛溶接をするに
は、図７に示すような溶接トーチを使用して、プラズマ
アーク溶接が行なわれる。この場合、溶接トーチ４は、
内管５と外管６の二重管からなり、内管５の先端部には
銅製のチップ７が固定され、このチップ７の中心部には
電極８が挿通される貫通孔９が形成されるとともに、そ
の周縁部には粉体状の溶接材料を噴出する貫通孔１０、
１０‥が複数形成されている。そして、内管５と外管６
との間に溶接ガスを圧送させた状態で、内管５内に前記
粉体状の溶接材料をアルゴンガス等により圧送して貫通
孔１０、１０‥から噴出させるとともに、電極８で発生
させたアークにより前記溶接ガスをプラズマ化してプラ
ズマガスにより前記溶接材料を溶融させ、これをバルプ
ヘッド２に付着させることで肉盛溶接を行なうようにし
ている。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】ところで、上記のよう
にアーク溶接を行なう場合には、溶接中に溶接トーチ４
の先端部付近にスパッタと呼ばれる金属粒が飛散し、こ
れらがチップ７に付着し、貫通孔１０、１０‥を詰まら
せてしまうことがあった。また、貫通孔１０、１０‥か
らは、前述のように、粉体状の溶接材料が勢い良く噴出
されるため、該貫通孔１０、１０‥の内部が摩耗され、
その口径が拡大してしまうことがあった。

【０００５】これらの場合には、アーク溶接が安定しな
くなるため、従来は、一定期間溶接トーチ４を使用した
後に目視による検査を行ない、貫通孔１０、１０‥の詰
まりや拡径が発見された場合には、チップ７を新品と交
換するようにしていた。しかしながら、上記従来の方法
では、上記検査時期が本来交換すべき時期より遅れるこ
とがあり、この場合には、アーク溶接が不安定になると
いう問題があった。

【０００６】本発明は、上記事情に鑑みてなされたもの
で、ワークに対して常に均一のアーク溶接がなされるべ
く、溶接トーチに異常が発生した場合にこれらを自動的
に検知することのできる溶接トーチの異常検出方法およ
び装置ならびにこの異常検出装置を備えた肉盛溶接装置
を提供することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】前述した図７に示すよう
な溶接トーチにおいて、溶接トーチの開口部から粉体状
の溶接材料を噴出させるとともにプラズマアークを噴出
させると、これらの噴出流に伴う噴出音が生じる。この
噴出音は、多数の周波数成分の畳重された広い帯域をも
つ音であるが、各周波数の音のレベルについていえば、
特定の周波数の近辺に高いレベルの音が集中したものと
なっている。この場合、噴出音（高レベルの音を含む）
は、その周波数が特に溶接トーチの開口面積に依存して
おり、開口面積が小さくなるに従って高い周波数へと変
化し、開口面積が大きくなるに従って低い周波数へと変
化する。したがって、溶接トーチから生じる噴出音の周
波数の分布を観察すれば、開口部の開口面積が正常な範
囲内にあるか否かを判断することができる。この発明
は、上記の知見に基づいてなされたものである。

【０００８】すなわち、請求項１記載の溶接トーチの異
常検出装置は、貫通孔内に導入された粉体状の溶接材料
を該貫通孔の開口部から噴出させるとともに該溶接材料
をプラズマガスにより溶融させてワークに付着させるよ
うにした溶接トーチを対象として、前記開口部の開口面
積の異常を検出する方法であって、前記溶接トーチの噴
出音のうち、前記開口部の開口面積に依存する一定値以
上のレベルを有する周波数成分の周波数分布に基づいて
前記開口面積の異常を検出するようにしたことを特徴と
している。

【０００９】請求項２記載の溶接トーチの異常検出装置
は、貫通孔内に導入された粉体状の溶接材料を該貫通孔
の開口部から噴出させるとともに該溶接材料をプラズマ
ガスにより溶融させてワークに付着させるようにした溶
接トーチの異常検出装置であって、前記溶接トーチの近
傍に配置されたマイクと、このマイクの出力信号が入力
され、基準周波数ｆ１以上の周波数成分をカットする第
１のフィルタと、この第１のフィルタの出力電圧を測定
する第１の電圧測定回路とを備えてなることを特徴とし
ている。

【００１０】請求項３記載の溶接トーチの異常検出装置
は、貫通孔内に導入された粉体状の溶接材料を該貫通孔
の開口部から噴出させるとともに該溶接材料をプラズマ
ガスにより溶融させてワークに付着させるようにした溶
接トーチの異常検出装置であって、前記溶接トーチの近
傍に配置されたマイクと、このマイクの出力信号が入力
され、基準周波数ｆ２以下の周波数成分をカットする第
２のフィルタと、この第２のフィルタの出力電圧を測定
する第２の電圧測定回路とを備えてなることを特徴とし
ている。

【００１１】請求項４記載の溶接トーチの異常検出装置
は、請求項２または３記載の溶接トーチの異常検出装置
において、前記マイクに代えて前記溶接トーチに取付け
られた振動検出器としたことを特徴としている。

【００１２】請求項５記載の肉盛溶接装置は、内燃機関
の吸気弁または排気弁用バルブを製造するに際して、素
材バルブのバルブヘッドに異種材料を肉盛溶接するため
の肉盛溶接装置であって、前記素材バルブを保持し、該
素材バルブをその軸線を中心として回転させる回転台
と、請求項２ないし４記載の溶接トーチの異常検出装置
とを備えてなり、前記溶接トーチが、その開口部を前記
回転台に支持される素材バルブのバルブヘッドに対向し
て位置するよう設けられていることを特徴としている。

【００１３】

【作用】請求項１記載の溶接トーチの異常検出方法によ
れば、溶接トーチの開口部の開口面積に依存する一定値
以上のレベルを有する周波数成分の周波数分布を観察
し、この観察結果によって前記開口面積の異常が検出さ
れる。

【００１４】請求項２記載の溶接トーチの異常検出装置
によれば、溶接トーチの噴出音がマイクで検出され、こ
の検出信号が第１のフィルタに入力される。この第１の
フィルタで基準周波数ｆ１以上の周波数成分がカットさ
れた後、その出力電圧が第１の電圧測定回路によって測
定され、その測定結果に基づいて溶接トーチの開口部の
開口面積の異常が検出される。

【００１５】請求項３記載の溶接トーチの異常検出装置
によれば、溶接トーチの噴出音がマイクで検出され、こ
の検出信号が第２のフィルタに入力される。この第２の
フィルタで基準周波数ｆ２以下の周波数成分がカットさ
れた後、その出力電圧が第２の電圧測定回路によって測
定され、その測定結果に基づいて溶接トーチの開口部の
開口面積の異常が検出される。

【００１６】請求項４記載の溶接トーチの異常検出装置
によれば、溶接トーチの振動が振動検出器によって検出
され、この検出信号が第１または第２のフィルタに入力
される。この第１または第２のフィルタで基準周波数ｆ
１以上またはｆ２以下の周波数成分がカットされた後、
その出力電圧が第１または第２の電圧測定回路によって
測定され、その測定結果に基づいて溶接トーチの開口部
の開口面積の異常が検出される。

【００１７】請求項５記載の肉盛溶接装置によれば、該
肉盛溶接装置は、請求項２ないし４記載の溶接トーチの
異常検出装置を備えているため、内燃機関の吸気弁また
は排気弁用バルブを製造するに際して前記溶接トーチに
より素材バルブのバルブヘッドに異種材料を肉盛溶接す
るときに、該溶接トーチの音信号または振動を検出する
ことにより該溶接トーチの異常が検出される。

【００１８】

【実施例】以下、図面を参照して、本発明の一実施例に
ついて説明する。図１ないし図５は、本発明を適用した
内燃機関用バルブへの肉盛溶接装置を示すものである。

【００１９】本実施例の肉盛溶接装置は、図１および図
２に示すように、肉盛溶接が施される素材バルブＡが貯
蔵される素材バルブストック手段１０と、素材バルブＡ
のバルブヘッドに肉盛溶接を行う溶接手段２０と、該溶
接手段２０の溶接トーチ２５に素材バルブＡのバルブヘ
ッドが対向するように素材バルブＡを斜めに保持すると
ともに軸線を中心として回転させる素材バルブ保持手段
３０と、溶接手段２０により肉盛溶接がされた製品バル
ブＢを貯蔵する製品バルブストック手段５０と、前記素
材バルブストック手段１０から前記素材バルブ保持手段
３０に向けて素材バルブＡを搬送するとともに、製品バ
ルブＢを素材バルブ保持手段３０から前記製品バルブス
トック手段５０に向けて搬送するバルブ搬送手段６０
と、前記溶接トーチ２５の異常を検出する溶接トーチの
異常検出装置８０とを備えている。

【００２０】前記素材バルブ保持手段３０は、素材バル
ブＡのバルブヘッド側の端面が当接する回転テーブル手
段３１と、該回転テーブル手段３１の斜め上方向に離間
して設けられ素材バルブＡのバルブステムを上方から押
圧して前記回転テーブル手段３１との間に素材バルブＡ
を着脱自在に保持するバルブ着脱手段３２と、素材バル
ブＡを前記回転テーブル手段３１の回転軸とほぼ同軸に
位置決めして取り付けるバルブ取付位置決め手段３３と
を備える。

【００２１】前記バルブ取付位置決め手段３３は、素材
バルブＡのバルブステムの側面を当接して素材バルブを
斜めに支持するＶ字状溝が先端に形成された支持部材３
４と、該支持部材３４を素材バルブＡの軸線方向に移動
させる軸方向移動手段（例えば、エアーシリンダー）３
５と、前記支持部材３４を素材バルブＡの径方向に移動
させる径方向移動手段（例えば、エアーシリンダー）３
６とを備えている。なお、前記支持部材３４は径方向移
動手段３６の進退部材（例えば、ピストンロッド）に一
体に固定されており、径方向移動手段３６は軸方向移動
手段３５の進退部材（例えば、ピストンロッド）に一体
的に取り付けられており、軸方向移動手段３５の進退部
材を進退させると支持部材３４が径方向移動手段３６と
一緒に素材バルブＡの軸線方向に移動するようになって
いる。

【００２２】前記バルブ搬送手段６０は、固定側６１の
一点６２を中心として、前記素材バルブストック手段１
０から素材バルブ保持手段３０に向け、さらに前記素材
バルブ保持手段３０から製品バルブストック手段５０に
向け、さらに前記製品バルブストック手段５０から素材
バルブストック手段１０に向けて、揺動可能に取り付け
られた揺動アーム手段６３と、該揺動アーム手段６３の
先端側に回転自在に取り付けられた回転部材６４と、該
回転部材６４の外周部の回転部材６４の回転軸をはさん
だ２位置に取り付けられ、素材バルブＡ又は製品バルブ
Ｂのバルブステムを側面から挟持する２個のチャック手
段６５，６６とを備えている。

【００２３】前記固定側６１には、水平面内で旋回自在
な旋回台６７が取り付けられており、この旋回台６７の
上部に前記揺動アーム手段６３の一端が連結されてい
る。この揺動アーム手段６３は、前記旋回台６７に揺動
自在に連結された第１のアーム部材６３ａと、この第１
のアーム部材６３ａの先端に揺動自在に連結された第２
のアーム部材６３ｂとを備えており、これらのアーム部
材６３ａ，６３ｂは相互に独立してその揺動角度を変更
することができるようになっている。また、前記第２の
アーム部材６３ｂの先端には、モータ６８が第２のアー
ム部材６３ｂとの相対角度を変更することができるよう
に取り付けられ、さらに、モータ６８の回転軸には前記
回転部材６４が固定されている。

【００２４】前記チャック手段６５，６６は、回転部材
６４の回転方向に並んで２個のシリンダ６９を配置し、
これらのシリンダ６９のピストンロッド６９ａのおのお
のにバルブステムに当接する当接部材を取り付けて構成
されたものである。

【００２５】前記素材バルブストック手段１０は、素材
バルブＡを１本ずつ整列させて搬送する整列供給手段
（例えば、パーツフィーダ）１１を備えている。

【００２６】前記溶接手段２０は、鉛直方向に立設され
たガイド柱２１と、このガイド柱２１に鉛直方向に移動
可能に取り付けられた移動台２２と、この移動台２２上
に水平方向に移動可能に取り付けられた移動台２３と、
この移動台２３の下端に固定されたブラケット２４と、
このブラケット２４の先端に鉛直方向を向けて取り付け
られた溶接トーチ２５と、この溶接トーチ２５に粉体状
となった溶接材料を供給する粉体供給手段２６とを備え
ている。なお、移動台２２，２３を鉛直方向及び水平方
向に移動させることにより、前記溶接トーチ２５の位置
を調整できるようになっている。

【００２７】前記溶接トーチ２５は、前記従来例（図
７）で示したものと同様、図３に示すように、外管２５
ａと内管２５ｂの二重管からなり、内管２５ｂの先端部
には、銅製のチップ２５ｃが固定され、このチップ２５
ｃの中心部には電極２５ｄが挿通される貫通孔２５ｅが
形成されるとともに、その周縁部には粉体状の溶接材料
を噴出する貫通孔２５ｆ、２５ｆ‥が複数形成されてい
る。

【００２８】そして、外管２５ａと内管２５ｂとの間に
溶接ガスを圧送させた状態で、内管２５ｂ内に前記粉体
状の溶接材料をアルゴンガス等により圧送して貫通孔２
５ｆ、２５ｆ‥から噴出させるとともに、該溶接材料を
電極２５ｄにより高電圧を与えて溶融させ、これをバル
ブヘッドに向かって噴射させる。なお、図４に示す符号
２５ｇは、溶接中に発生する光線を遮光し、かつ、スパ
ッタが周囲に飛散するのを防止するためのトーチカバー
である。

【００２９】ここで、溶接中に、溶接トーチ２５の先端
部付近にスパッタが飛散し、これにより、貫通孔２５
ｆ、２５ｆ‥が詰まったり、貫通孔２５ｆ、２５ｆ‥か
ら前記溶接材料が勢い良く噴出されることで、該貫通孔
２５ｆ、２５ｆ‥の内部が摩耗されてその口径が拡大し
てしまった場合には、チップ２５ｃを新品と交換するよ
うにしている。

【００３０】前記溶接トーチの異常検出装置８０は、図
４に示すように、溶接トーチ２５の近傍に配置されブラ
ケット２４に固定されたマイク８１により、該溶接トー
チ２５の噴出音を検出することによって、溶接トーチ２
５の貫通孔２５ｆ、２５ｆ‥の開口面積の異常を検出す
るようにしたものである。この溶接トーチの異常検出装
置８０の詳細は、図５に示されている。すなわち、溶接
トーチの異常検出装置８０は、マイク８１と、フィルタ
８２、８３と、電圧測定回路８４、８５と、比較器８
６、８７と、基準電圧発生回路８８、８９と、警告ラン
プ駆動回路９０と、警告ランプ９１とからなっている。
第１のフィルタ８２は、基準周波数ｆ１以上の周波数成
分をカットするフィルタであり、第２のフィルタ８３
は、基準周波数ｆ２以下の周波数成分をカットするフィ
ルタである。基準電圧発生回路８８、８９は、それぞれ
基準電圧Ｖ１、Ｖ２を発生するものである。

【００３１】前記粉体供給手段２６は、図１に示すよう
に、粉体状の溶接材料を貯留するホッパ２６ａと、この
ホッパ２６ａ内の溶接材料をローレット加工された回転
ローラ２６ｂ上に落下させこの回転ローラ２６ｂが回転
しローレット加工表面に溜った粉体をアルゴンガス流に
より溶接トーチ２５へ圧送する圧送管２６ｃと、前記ホ
ッパ２６ａの重量を測定して溶接材料の供給量を適正な
ものに調整するための図示しない重量測定手段（例え
ば、ロードセル）とを備えている。この重量測定手段で
は、ホッパ２６ａ自体の重量と貯留された溶接材料との
合計重量が測定されるようになっており、１個の素材バ
ルブＡに肉盛溶接を行う溶接材料の重量が前記合計重量
に対して僅かであり正確に測定できないので、複数回
（例えば、１００回）の肉盛溶接を行った前後の重量差
から使用された溶接材料の重量を求め、この重量を予め
設定された基準値と比較して、ローレット加工された回
転ローラ２６ｂの回転速度を調整して、これにより圧送
される溶接材料の量を調整するようにしている。

【００３２】前記回転テーブル手段３１は、前記ガイド
柱２１に支持部３７ａにより回転自在に保持された揺動
ブロック３７と、この揺動ブロック３７に回転自在に取
り付けられた回転台３８と、揺動ブロック３７に固定さ
れ、その回転軸が回転台３８とベルトで連結されたモー
タ３９とを備えている。

【００３３】前記バルブ着脱手段３２は前記回転台３８
と同軸状に配置され中心にバルブステムが挿入される溝
４１が形成された進退ブロック４２と、前記揺動ブロッ
ク３７に支持され前記進退ブロック４２を回転台３８と
同軸に進退させるシリンダー４３とを備えている。

【００３４】前記製品ストック手段５０は、下面に車輪
５２が取り付けられた台車５１と、この台車５１上に載
置された上方が開口されたボックス型のパレット５３
と、一定数毎に製品バルブＢのサンプルを取り出すため
のサンプリングシュート５４とを備える。

【００３５】前記素材バルブ保持手段３０の回転台３８
の近傍には、回転台３８の上面を研磨するバルブ取付面
研磨装置（図示せず）が、回転台３８に接する位置と回
転台３８から離れた位置とに移動可能に設けられてい
る。このバルブ取付面研磨装置は、溶接ビートの付着し
たバルブ取付面を平坦化するために設けられたものであ
る。

【００３６】なお、図中の７０はバルブ搬送手段６０の
動作（例えば、チャック手段６５、６６による把持位
置、素材バルブ保持手段３０への供給位置、製品ストッ
ク手段５０への排出位置、各動作間の待機時間、サンプ
リングのタイミングやサンプリング個数等）を制御する
バルブ搬送手段用制御手段であり、７１は溶接手段２０
や素材バルブ保持手段３０に冷却水を循環させる冷却水
循環手段であり、７２は溶接手段２０や溶接トーチの異
常検出装置８０に電源を供給する溶接電源装置であり、
７３は溶接手段２０の溶接トーチ２５の位置やプラズマ
ガス条件等の溶接条件、粉体供給手段２６による粉体供
給条件、素材バルブ保持手段３０による素材バルブＡの
回転条件等を制御する総合制御手段であり、７４はバル
ブ搬送手段用制御手段７０、冷却水循環手段７１、や溶
接電源装置７２および総合制御手段７３に指令を発する
ための操作盤である。この操作盤７４には、各種の情報
を表示するディスプレー７４ａ、溶接電源装置７２の電
流値や粉体供給装置２６の供給量や回転台３８の回転速
度を連続的に変更するためのボリュームつまみ７４ｂが
設けられている。

【００３７】次に、本実施例の肉盛溶接装置の作用につ
いて説明する。

【００３８】まず、肉盛溶接がされるバルブの形状、材
質やバルブに肉盛される材料等を操作盤７４から入力す
る。これにより、バルブ毎に設定された複数の動作プロ
グラムから肉盛溶接すべきバルブに最適な動作プログラ
ムが選択される。この動作プログラムによって、例え
ば、バルブ搬送手段６０の動作（例えば、チャック手段
６５，６６による把持位置、素材バルブ保持手段３０へ
の供給位置、製品ストック手段５０への排出位置、各動
作間の待機時間、サンプリングのタイミングやサンプリ
ング個数等）、溶接手段２０の溶接トーチ２５の位置や
プラズマガス条件等の溶接条件、粉体供給手段２６によ
る粉体供給条件、素材バルブ保持手段３０による素材バ
ルブＡの回転条件、溶接トーチの異常検出装置８０の基
準電圧Ｖ１、Ｖ２の値等が設定される。なお、操作盤７
４のディスプレー７４ａの表示や実際の溶接状況の目視
検査等により、ボリュームつまみ７４ｂにより溶接電源
装置７２の電流値や粉体供給装置２６の供給量や回転台
３８の回転速度を連続的に変更させてもよい。

【００３９】以下、選択された動作プログラムにより以
下に述べるような一連の動作が自動的に行われる。した
がって、各種の形状や材料でできた複数種のバルブに肉
盛溶接を行う場合でも、各種の条件を設定せずに予め設
定された動作プログラムを選択するといった簡単な操作
で済み、段取り作業を簡単に行うことができる。

【００４０】すなわち、図１中の２点鎖線で示すよう
に、固定側６１上の旋回台６７を素材バルブストック手
段１０側に旋回させるとともに、揺動アーム手段６３を
一点６２を中心として揺動させて、かつ、揺動アーム手
段６３の先端に取り付けられた回転部材６４を回転させ
て、チャック手段６５を同じく素材バルブストック手段
１０側に向ける。そして、整列供給手段１１を運転して
素材バルブＡを順次整列して供給するとともに、供給さ
れた素材バルブＡのバルブステムをチャック手段６５に
より側面から挟持して保持する。この挟持位置はバルブ
の形状（長さや太さ等）に応じて適切な位置となるよう
に動作プログラムにより設定されている。

【００４１】次に、図１中の実線で示すように、旋回台
６７を素材バルブ保持装置３０側に旋回させるととも
に、揺動アーム手段６３を同じく素材バルブ保持装置３
０側に向けて揺動させる。この際、モータ６４を第２の
アーム部材６３ｂに対して回転させて、チャック手段６
５により把持された素材バルブＡが素材バルブ保持手段
３０に対して回転部材６４の回転軸を挟んだ位置になる
ようにする。

【００４２】次に、モータ６８を回転させて回転部材６
４を１８０゜回転させて、チャック手段６５により挟持
された素材バルブＡを素材バルブ保持手段３０の回転台
３８と進退ブロック４２との間に位置させる。

【００４３】次に、軸方向移動手段３５を素材バルブＡ
の軸線方向に移動させて支持部材３４の先端部が所定の
位置になったらその移動を停止する。なお、この停止位
置は、バルブの重心位置に対応して設定されており、バ
ルブの形状に応じて動作プログラムによって予め設定さ
れている。次に径方向移動手段３６を素材バルブＡの径
方向に近接させて支持部材３４の先端部を素材バルブＡ
のバルブステムの外面に当接させる。この後、チャック
手段６５による挟持を解除して、揺動アーム手段６３を
若干素材バルブＡから離間するように移動させる。これ
により、チャック手段６５による素材バルブＡの保持が
解除されて、前記支持部材３４により素材バルブＡが斜
めになった状態で保持される。この後、さらに径方向移
動手段３６を素材バルブＡの径方向に移動させて支持部
材３４により素材バルブＡを回転台３８の径方向に移動
させて、素材バルブＡの軸心と回転台３８の回転軸とが
同軸になるようにする。この径方向移動手段３６の移動
量も前記動作プログラムにより予め設定されている。

【００４４】ここで、揺動アーム手段６３により軸心の
調整を行った場合には、揺動といった動きの特質から円
弧状に動いて軸心の調整がやり難かったが、軸方向移動
手段３５と径方向移動手段３６とを備えたバルブ取付位
置決め手段３３を用いているので、素材バルブＡの軸心
と回転台３８の回転軸とが高精度で同軸になるようにす
ることができ、後述するようにバルブヘッドに肉盛溶接
を施した場合において周方向に均一な厚さの高品質の肉
盛溶接部を形成することができる。

【００４５】次に、シリンダー４３を伸張駆動して進退
ブロック４２を回転台３８側に前進させる。これによ
り、進退ブロック４２の中央部に形成された溝４１内に
素材バルブＡのバルブステム上部が挿入され、この溝４
１の底部と回転台３８との間に素材バルブＡが押圧保持
される。そして、径方向移動手段３６を縮小駆動して支
持部材３４を素材バルブＡの外面から退避させ、次い
で、モータ３９を回転駆動することにより回転台３８を
回転させると、素材バルブＡが回転台３８と一緒に回転
し始める。

【００４６】前記素材バルブＡの素材バルブ保持手段３
０への取り付けと並行してあるいはその前後で、移動台
２２をガイド柱２１に沿って移動させると共に移動台２
３を水平方向に移動させる。これにより、移動台２３に
固定された溶接トーチ２５が所定の位置に移動させられ
て、素材バルブ保持手段３０に保持された（又は保持さ
れる）素材バルブＡのバルブヘッドに上方から対向する
位置に配置される。この場合の移動台２２，２３の移動
量も、前記動作プログラムにより、素材バルブの形状等
に応じて予め設定されている。

【００４７】そして、粉体供給装置２６を駆動して前記
溶接トーチ２５に一定重量の溶接材料を供給し、溶接ト
ーチ２５内に設けられた貫通孔２５ｆ、２５ｆ‥から溶
接材料を噴射させつつ電極２５ｄにより高電流を加えて
溶接材料を溶融させて、素材バルブＡのバルブヘッドに
向けて噴射させる。ここで、素材バルブＡは素材バルブ
３０により斜めに支持されて回転させられるので、溶接
材料が外方へ流れ出ることがなくバルブヘッドの周方向
に均一に溶接材料が肉盛される。したがって、均質でば
らつきの少ない高品質の肉盛溶接部を形成させることが
できる。

【００４８】一方、溶接手段２０の駆動と同時に溶接ト
ーチの異常検出装置８０を作動させる。ここで、上記の
ようにアーク溶接を行なう場合には、溶接中に溶接トー
チ２５の先端部付近にスパッタが飛散し、これらがチッ
プ２５ｃに付着して貫通孔２５ｆ、２５ｆ‥を詰まらせ
たり、溶接材料の噴出により貫通孔２５ｆ、２５ｆ‥の
内部が摩耗され、その口径が拡大してしまうことがあ
り、これらの場合、前記溶接トーチ２５から発生するア
ルゴンガスの噴出音は変化する。前記溶接トーチの異常
検出装置８０によれば、溶接トーチ２５から発生するこ
の噴出音は、マイク８１により捕捉され、この噴出音
は、フィルタ８２、８３に入力される。

【００４９】第１のフィルタ８２においては、噴出音の
うち、基準周波数ｆ１以上の周波数成分がカットされ
る。そして、第１のフィルタ８２の出力は、第１の電圧
測定回路８４に入力され、その電圧ＶＣ１が計測されて
第１の比較器８６に入力される。第１の比較器８６は、
第１の基準電圧発生回路８８から出力された基準電圧Ｖ
１と第１の電圧測定回路８４で測定された電圧ＶＣ１と
を比較し、それらの値がＶＣ１＜Ｖ１となったときに警
告信号Ｓを発生し、警告ランプ駆動回路９０に警告信号
Ｓを出力する。警告ランプ駆動回路９０は、警告信号Ｓ
を入力したときに警告ランプ９１を駆動させてこれを点
灯させる。

【００５０】ここで、第１のフィルタ８２のカットオフ
周波数（基準周波数）ｆ１および第１の基準電圧発生回
路８８の基準電圧Ｖ１を適切に設定しておけば、溶接ト
ーチ２５の貫通孔２５ｆ、２５ｆ‥の開口面積が最小値
の限界を越えたときに第１のフィルタ８２からの電圧Ｖ
Ｃ１は、一定値を下回る。すなわち、このとき、基準電
圧Ｖ１を下回ることになる。この場合には、第１の比較
器８６により警告信号Ｓが発せられて、警告ランプ駆動
回路９０によって警告ランプ９１が点灯し、溶接トーチ
２５の貫通孔２５ｆ、２５ｆ‥の開口面積の異常が検出
される。

【００５１】一方、第２のフィルタ８３においては、噴
出音のうち、基準周波数ｆ２以下の周波数成分がカット
される。そして、第２のフィルタ８３の出力は、第２の
電圧測定回路８５に入力され、その電圧ＶＣ２が計測さ
れて第２の比較器８７に入力される。第２の比較器８７
は、第２の基準電圧発生回路８９から出力された基準電
圧Ｖ２と第２の電圧測定回路８５で測定された電圧ＶＣ
２とを比較し、それらの値がＶＣ２＜Ｖ２となったとき
に警告信号Ｓを発生し、警告ランプ駆動回路９０に警告
信号Ｓを出力する。警告ランプ駆動回路９０は、警告信
号Ｓを入力したときに警告ランプ９１を駆動させてこれ
を点灯させる。

【００５２】ここで、第１のフィルタ８２の場合と同
様、第２のフィルタ８３のカットオフ周波数ｆ２および
第２の基準電圧発生回路８９の基準電圧Ｖ２を適切に設
定しておけば、溶接トーチ２５の貫通孔２５ｆ、２５ｆ
‥の開口面積が最大値の限界を越えたときに第２のフィ
ルタ８３からの電圧ＶＣ２は、一定値を下回る。すなわ
ち、このとき、基準電圧Ｖ２を下回ることになる。この
場合には、警告信号Ｓが発せられて、警告ランプ駆動回
路９０によって、警告ランプ９１が点灯し、溶接トーチ
２５の貫通孔２５ｆ、２５ｆ‥の開口面積の異常が検出
される。

【００５３】一方、このように溶接トーチ２５により肉
盛溶接を行っている間に、次に肉盛溶接を行う素材バル
ブＡを素材バルブストック手段１０から素材バルブ保持
手段３０に近傍に搬送してくる。すなわち、素材バルブ
Ａを支持部材３４により支持した以降は、素材バルブＡ
の保持から解放されるので、揺動アーム手段６３の揺
動、旋回台６７の旋回、回転部材６４の回転を連動して
行い、バルブ搬送手段６０の回転部材６４に取り付けら
れたチャック手段６６を素材バルブストック手段１０の
素材バルブＡに対向させ、チャック手段６６により素材
バルブＡを挟持し、旋回台６７、揺動アーム部材６３等
を復帰させる。この際、チャック手段６６により挟持さ
れた素材バルブＡは素材バルブ保持手段３０に対して回
転部材６４の回転軸を挟んだ位置になるようにするとと
もに、溶接中の素材バルブＡに臨む位置には、素材バル
ブＡを挟持してないチャック手段６５が来るようにす
る。

【００５４】次に、肉盛溶接が完了したら、モータ３９
の回転を停止させて回転台３８の回転を停止させる。そ
して、揺動アーム手段６３を僅かに肉盛溶接がされた製
品バルブＢに近接する方向に移動させて、回転部材６４
に取り付けられた、素材バルブを挟持していないチャッ
ク手段６５を前記製品バルブＢの方に向けて移動させて
当該チャック手段６５を製品バルブＢのバルブステムを
挟むように配置する。次に、製品バルブＢをチャック手
段６５により挟持して保持する。次に、シリンダー４３
を縮小駆動して進退ブロック４２を斜め上方に移動させ
て進退ブロック４２による製品バルブＢの押圧を解除す
る。この状態で、モータ６８を回転させることにより回
転部材６４を１８０゜回転させる。すると、チャック手
段６５により挟持された製品バルブＢは回転部材６４を
中心を挟んだ位置に移動するとともに、チャック手段６
６に挟持された素材バルブＡは回転台３８と進退ブロッ
ク４２との間に位置させられる。そして、前述したのと
同様な手順で素材バルブＡを回転台３８の回転軸と同軸
に設置して、前述した手順と同様に素材バルブＡのバル
ブヘッドに肉盛溶接を施す。

【００５５】この素材バルブＡの素材バルブ保持手段３
０への保持と前後してチャック手段６５により挟持され
た製品バルブＢを製品バルブストック手段５０を搬送す
る。すなわち、揺動アーム手段６３の揺動及び旋回台６
７の旋回により、図１中の２点鎖線で示すように、揺動
アーム手段６３の先端側に取り付けられた回転部材６４
を製品バルブストック手段５０のパレット５３の上方に
移動させる。そして、チャック手段６５による製品バル
ブＢの挟持を解除させて、製品バルブＢを自然落下によ
りパレット５３内に収納するのである。ここで、製品バ
ルブＢは直前に肉盛溶接がされておりあまり高い位置か
ら落下させると、肉盛溶接部に傷ができたり亀裂が生じ
たり、あるいは、肉盛溶接部以外の部分に傷が発生する
等の不具合が生ずるので、揺動アーム手段６３をさらに
揺動させてチャック手段６５により挟持された製品バル
ブＢの高さをできるだけパレット５３に近接するように
移動させた後落下させるようにする。また、パレット５
３内には製品バルブＢは整列させることなくいわゆるバ
ラ詰めにされるわけであるが、パレット５３に貯蔵され
る製品バルブＢが少ない場合には低い位置で落下させ、
パレット５３内に次第に製品バルブＢがたまるにつれて
漸次高い位置で落下させるように移動制御する。これに
より、パレット５３内への製品バルブＢの円滑な収納を
図っている。

【００５６】次に、製品バルブＢを解放した後に、新た
な素材バルブＡを挟持すべく、揺動アーム手段６３や旋
回台６７を旋回させて、揺動アーム手段６３の先端に設
けられた回転部材６４を前記素材バルブストック手段１
０に向けて、前述した手順と同様に、回転部材６４に設
けられたチャック手段６５により素材バルブＡを挟持
し、前述した手順と同様に、揺動アーム手段６３の揺動
及び旋回台６７の旋回により素材バルブＡを素材バルブ
保持手段３０に向けて搬送する。この後再び前述の操作
を繰り返すことにより、素材バルブＡのバルブヘッドに
肉盛溶接を連続的に行うことができる。

【００５７】本実施例の肉盛溶接装置では、素材バルブ
Ａを素材バルブ保持手段３０により保持して溶接トーチ
２５により肉盛溶接を行っている最中に、次ぎに供給す
べき素材バルブＡを搬送してきたり、あるいは、製品バ
ルブＢを製品バルブストック手段５０に排出したりとい
った操作を同時並列的に動作をさせるようにしているの
で、素材バルブＡを供給するためのロスタイムを少なく
することができ、肉盛溶接の生産性を非常に高めること
ができる。

【００５８】また、本実施例の肉盛溶接装置によれば、
溶接トーチ２５の噴出音のうち、貫通孔２５ｆ、２５ｆ
‥の開口面積に依存する一定値以上のレベルを有する周
波数成分の周波数分布に基づいて前記開口面積の異常を
検出するようにした構成とされているため、溶接トーチ
２５の貫通孔２５ｆ、２５ｆ‥の開口部にスパッタが付
着して該開口部が詰まったり、また、前記貫通孔２５
ｆ、２５ｆ‥が摩耗して前記開口部が拡径することによ
り、該開口部の開口面積が変化して溶接トーチ２５が異
常となった場合にも、該開口部の開口面積に依存する一
定値以上のレベルを有する周波数成分の周波数分布を観
察し、この観察結果によって溶接トーチ２５の異常が自
動的に検出され、素材バルブＡに対して常に均一の肉盛
溶接を行なうことが可能となる。

【００５９】また、本実施例の肉盛溶接装置によれば、
溶接トーチの異常検出装置８０が、溶接トーチ２５の近
傍に配置されたマイク８１と、このマイク８１の出力信
号が入力され、カットオフ周波数ｆ１以上の周波数成分
をカットする第１のフィルタ８２およびカットオフ周波
数ｆ２以下の周波数成分をカットする第２のフィルタ８
３と、この第１のフィルタ８２の出力電圧を測定する第
１の電圧測定回路８４および第２のフィルタ８３の出力
電圧を測定する第２の電圧測定回路８５と、基準電圧Ｖ
１を出力する第１の基準電圧発生回路８８および基準電
圧Ｖ２を出力する第２の基準電圧発生回路８９と、前記
第１の電圧測定回路８４で測定した電圧ＶＣ１と前記第
１の基準電圧発生回路８８の出力電圧Ｖ１とを比較し、
ＶＣ１＜Ｖ１のときに警告信号Ｓを出力する第１の比較
器８６および前記第２の電圧測定回路８５で測定した電
圧ＶＣ２と前記第２の基準電圧発生回路８９の出力電圧
Ｖ２とを比較し、ＶＣ２＜Ｖ２のときに警告信号Ｓを出
力する第２の比較器８７と、警告信号Ｓを入力したとき
に警告ランプ９１を駆動させてこれを点灯させる警告ラ
ンプ駆動回路９０と、警告ランプ９１とから構成されて
いるため、マイク８１により溶接トーチ２５の噴出音を
捕捉することができ、構成が簡単ゆえ装置を容易に実現
できるとともに、溶接トーチ２５の異常が警告ランプ９
１の点灯により表示されるため、異常の知得が容易であ
るという効果が得られる。

【００６０】また、本実施例の肉盛溶接装置によれば、
内燃機関の吸気弁または排気弁用バルブを製造するに際
して、素材バルブＡのバルブヘッド２に異種材料を肉盛
溶接するための肉盛溶接装置であって、前記素材バルブ
Ａを保持し、該素材バルブＡをその軸線を中心として回
転させる回転台３８と、溶接トーチの異常検出装置８０
とを備えてなり、前記溶接トーチ２５が、その開口部を
前記回転台３８に支持される素材バルブＡのバルブヘッ
ド２に対向して位置するよう設けられた構成とされてい
るため、既設の肉盛溶接装置に対し、容易に溶接トーチ
の異常検出装置８０を適用することができるという効果
が得られる。

【００６１】なお、本実施例の肉盛溶接装置では、上記
のように、溶接トーチ２５の貫通孔２５ｆ、２５ｆ‥か
らの噴出音をマイク８１で検出することにより、貫通孔
２５ｆ、２５ｆ‥の開口面積の異常を検出したが、この
構成に代えて、溶接トーチ２５に取付けた振動検出器で
該溶接トーチ２５の振動を検出し、これにより貫通孔２
５ｆ、２５ｆ‥の開口面積の異常を検出してもよい。こ
の場合、振動検出器は、溶接トーチ２５の振動を電気信
号として出力するものであり、その場合の溶接トーチの
異常検出装置８０の構成は、図５に示したプロック図に
おいて、マイク８１を振動検出器に変更することでよ
い。また、この振動検出器を使用した場合は、マイク８
１を使用した場合と同様の作用に基づき、同様の効果を
得ることができる。

【００６２】また、本実施例では、溶接トーチ２５の貫
通孔２５ｆ、２５ｆ‥の開口面積の異常を検出したとき
に、警告ランプ９１を点灯させることにより、異常を知
得するようにしたが、この構成に代えて、警報音を発す
るようにしてもよい。さらに、警告ランプや警報音によ
って、異常を検出するだけでなく、電圧測定回路８４、
８５の出力電圧ＶＣ１、ＶＣ２を直接観察し、一定値以
下になったときをもって異常を検出するようにしてもよ
い。

【００６３】

【発明の効果】請求項１記載の溶接トーチの異常検出方
法によれば、貫通孔内に導入された粉体状の溶接材料を
該貫通孔の開口部から噴出させるとともに該溶接材料を
プラズマガスにより溶融させてワークに付着させるよう
にした溶接トーチを対象として、前記開口部の開口面積
の異常を検出する方法であって、前記溶接トーチの噴出
音のうち、前記開口部の開口面積に依存する一定値以上
のレベルを有する周波数成分の周波数分布に基づいて前
記開口面積の異常を検出するようにした構成とされてい
るため、前記溶接トーチの貫通孔の開口部にスパッタが
付着して該開口部が詰まったり、また、前記貫通孔が摩
耗して該開口部が拡径することにより、該開口部の開口
面積が変化して溶接トーチが異常となった場合にも、該
開口部の開口面積に依存する一定値以上のレベルを有す
る周波数成分の周波数分布を観察し、この観察結果によ
って溶接トーチの異常が自動的に検出され、ワークに対
して常に均一のアーク溶接を行なうことができる。

【００６４】請求項２ないし４記載の溶接トーチの異常
検出装置によれば、貫通孔内に導入された粉体状の溶接
材料を該貫通孔の開口部から噴出させるとともに該溶接
材料をプラズマガスにより溶融させてワークに付着させ
るようにした溶接トーチの異常検出装置であって、前記
溶接トーチの近傍に配置されたマイクまたは前記溶接ト
ーチに取付けられた振動検出器と、このマイクの出力信
号が入力され、基準周波数ｆ１以上の周波数成分をカッ
トする第１のフィルタまたは基準周波数ｆ２以下の周波
数成分をカットする第２のフィルタと、この第１のフィ
ルタの出力電圧を測定する第１電圧測定回路またはこの
第２のフィルタの出力電圧を測定する第２電圧測定回路
とを備えた構成とされているため、マイクまたは振動検
出器により溶接トーチの噴出音または溶接トーチ自体の
振動を捕捉することができ、前記請求項１記載の溶接ト
ーチの異常検出方法による効果に加えて、構成が簡単ゆ
え装置を容易に実現することができるという効果が得ら
れる。

【００６５】請求項５記載の肉盛溶接装置によれば、内
燃機関の吸気弁または排気弁用バルブを製造するに際し
て、素材バルブのバルブヘッドに異種材料を肉盛溶接す
るための肉盛溶接装置であって、前記素材バルブを保持
し、該素材バルブをその軸線を中心として回転させる回
転台と、請求項２ないし４記載の溶接トーチの異常検出
装置とを備えてなり、前記溶接トーチが、その開口部を
前記回転台に支持される素材バルブのバルブヘッドに対
向して位置するよう設けられた構成とされているため、
マイクまたは振動検出器により溶接トーチの噴出音また
は溶接トーチ自体の振動を捕捉することができ、前記請
求項１記載の溶接トーチの異常検出方法および請求項２
または３記載の溶接トーチの異常検出装置による効果に
加えて、既設の肉盛溶接装置に対し、容易に本発明を適
用することができるという効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例の肉盛溶接装置を示す正面図
である。

【図２】図１の肉盛溶接装置を示す平面図である。

【図３】図１の肉盛溶接装置に使用された溶接トーチを
示す図であり、（ａ）は側断面図、（ｂ）は（ａ）のイ
−イ線断面図である。

【図４】図１中の溶接トーチの異常検出装置を示す図で
ある。

【図５】図１中の溶接トーチの異常検出装置の詳細を示
すブロック図である。

【図６】図１の肉盛溶接装置により製造されるバルブを
示す部分断面図である。

【図７】従来一般の溶接トーチを示す図であり、（ａ）
は側断面図、（ｂ）は（ａ）のイ−イ線断面図である。

【符号の説明】

２ バルブヘッド ２５ 溶接トーチ ２５ｆ 貫通孔 ３８ 回転台 ８０ 溶接トーチの異常検出装置 ８１ マイク ８２ 第１のフィルタ ８３ 第２のフィルタ ８４ 第１の電圧測定回路 ８５ 第２の電圧測定回路 Ａ 素材バルブ（ワーク）

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 貫通孔内に導入された粉体状の溶接材料
   を該貫通孔の開口部から噴出させるとともに該溶接材料
   をプラズマガスにより溶融させてワークに付着させるよ
   うにした溶接トーチを対象として、前記開口部の開口面
   積の異常を検出する方法であって、 前記溶接トーチの噴出音のうち、前記開口部の開口面積
   に依存する一定値以上のレベルを有する周波数成分の周
   波数分布に基づいて前記開口面積の異常を検出するよう
   にした溶接トーチの異常検出方法。
2. 【請求項２】 貫通孔内に導入された粉体状の溶接材料
   を該貫通孔の開口部から噴出させるとともに該溶接材料
   をプラズマガスにより溶融させてワークに付着させるよ
   うにした溶接トーチの異常検出装置であって、 前記溶接トーチの近傍に配置されたマイクと、 このマイクの出力信号が入力され、基準周波数ｆ１以上
   の周波数成分をカットする第１のフィルタと、 この第１のフィルタの出力電圧を測定する第１の電圧測
   定回路とを備えてなることを特徴とする溶接トーチの異
   常検出装置。
3. 【請求項３】 貫通孔内に導入された粉体状の溶接材料
   を該貫通孔の開口部から噴出させるとともに該溶接材料
   をプラズマガスにより溶融させてワークに付着させるよ
   うにした溶接トーチの異常検出装置であって、 前記溶接トーチの近傍に配置されたマイクと、 このマイクの出力信号が入力され、基準周波数ｆ２以下
   の周波数成分をカットする第２のフィルタと、 この第２のフィルタの出力電圧を測定する第２の電圧測
   定回路とを備えてなることを特徴とする溶接トーチの異
   常検出装置。
4. 【請求項４】 請求項２または３記載の溶接トーチの異
   常検出装置において、前記マイクに代えて前記溶接トー
   チに取付けられた振動検出器としたことを特徴とする溶
   接トーチの異常検出装置。
5. 【請求項５】 内燃機関の吸気弁または排気弁用バルブ
   を製造するに際して、素材バルブのバルブヘッドに異種
   材料を肉盛溶接するための肉盛溶接装置であって、 前記素材バルブを保持し、該素材バルブをその軸線を中
   心として回転させる回転台と、 請求項２ないし４記載の溶接トーチの異常検出装置とを
   備えてなり、前記溶接トーチが、その開口部を前記回転
   台に支持される素材バルブのバルブヘッドに対向して位
   置するよう設けられていることを特徴とする肉盛溶接装
   置。