JP2001287037A - Tig溶接トーチ - Google Patents

Tig溶接トーチ

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JP2001287037A
JP2001287037A JP2000108391A JP2000108391A JP2001287037A JP 2001287037 A JP2001287037 A JP 2001287037A JP 2000108391 A JP2000108391 A JP 2000108391A JP 2000108391 A JP2000108391 A JP 2000108391A JP 2001287037 A JP2001287037 A JP 2001287037A
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torch
wire
filler wire
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JP2000108391A
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Shigeru Fujimoto
滋 藤本
Toshiji Nagashima
利治 永島
Katsuyoshi Hori
勝義 堀
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Mitsubishi Power Ltd
Mitsubishi Power Industries Ltd
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Babcock Hitachi KK
Bab Hitachi Industrial Co
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 トーチの回転ストロークが大きく、狭隘部の
溶接にも適し、小型でティーチングの簡素化やロボット
動作量の低減を図ることができ、溶接に適した角度でフ
ィラワイヤを添加できるTIG溶接トーチを提供する。 【解決手段】 トーチ本体3a内に非消耗電極7が配置
され、その非消耗電極7を中心としてトーチ本体3aが
回転するTIG溶接トーチにおいて、トーチ本体3a内
にワイヤ送給管9aが設けられ、そのトーチ本体3aが
回転支持部(ハウジング10)により回転可能に支持さ
れ、フィラワイヤ25をトーチ本体3aの回転支持部
(ハウジング10)よりも溶接部と反対側から前記ワイ
ヤ送給管9aに送給するように構成されていることを特
徴とする。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明はアーク溶接装置に係
り、特に溶接ロボットに搭載して操作性よくTIGアー
ク溶接またはホットワイヤTIGアーク溶接を行なうに
好適な溶接トーチに関する。
【0002】
【従来の技術】TIGアーク溶接法またはホットワイヤ
TIGアーク溶接法は、溶接部近傍に不活性ガス雰囲気
を形成して、非消耗電極であるタングステン電極と被溶
接物の間にアークを発生させ、フィラワイヤを供給して
溶接する方法である。
【0003】従来のTIGアーク溶接トーチは図9に示
すように、トーチ本体37やタングステン電極7などか
ら構成されるアークトーチ42aと、アークトーチ42
aと分離したワイヤガイド28、ワイヤガイド支持用ブ
ラケット27、給電チップ29、コンジット38b1な
どから構成されるフィラワイヤ添加機構43aとを備え
ている。溶接中にフィラワイヤ25は、溶接進行方向の
前方または後方から供給する。なお図中の4bはシール
ドガスノズル、26はブロックである。
【0004】通常はアークトーチ42aとフィラワイヤ
添加機構43aの位置関係は固定的であることが多い
が、複雑な形状の被溶接物への適用などのため図12に
示すように、フィラワイヤ添加機構43bを固定的に取
り付けたアークトーチ42bを回転可能にしたものがあ
る。即ち、固定側ハウジング47内のベアリング44で
アークトーチ42bを支持し、アークトーチ42bに取
り付けた歯車45bをモータ46で駆動する歯車45a
で回転することにより、アークトーチ42bを回転させ
る。なお図中の38b2はコンジットである。
【0005】また図10に示すように、ワイヤ送給管3
4をトーチケース30内にトーチボディ31a,31b
と一体に配置し、ワイヤ出口をシールドガスノズル4c
内に設けてトーチ本体の外側にワイヤガイド32の占有
スペースを必要としないアークトーチ35がある。なお
図中の33は給電チップ、36は絶縁体である。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】上記した従来のTIG
溶接トーチでは次のような問題があった。 (a)ロボットによる溶接などにおいて、図9に示すア
ークトーチ42aでは、トーチ本体37に対してフィラ
ワイヤ添加機構43aが固定されているので、溶接の方
向によりトーチの姿勢は制約を受ける。その点図12に
示すようにアークトーチ42bをタングステン電極7を
中心として回転可能な構造にすれば、トーチの姿勢を変
えずにフィラワイヤ25の添加方向を変えるので、トー
チ姿勢を一定に保ったまま溶接の進行方向を変更するこ
とが可能となり、ティーチング作業の簡素化やロボット
動作量の低減を図ることができる。しかしこの場合、ブ
ラケットに取り付けているロボットアームとコンジット
38b2との干渉により回転ストロークは通常±140
度どまりであり、制約を受ける。なおこれらの他に、ア
ークトーチの周りをフィラワイヤ添加機構だけ回転する
方式も知られているが、コンジットとロボットアームと
の干渉があり、フィラワイヤ添加機構の回転ストローク
は±160度どまりである。
【0007】(b)一方、図10に示すワイヤ送給管3
4をトーチケース30内に配置したトーチ35では、図
12のコンジット38b2による回転ストロークの制約
は解消されるが、フィラワイヤ25がタングステン電極
7と平行に近い角度で添加されるため、適切な溶接を行
なうことができる溶接条件の範囲が制約される。一般的
にはタングステン電極7とフィラワイヤ25との成す角
度を30〜60度の範囲で使用するのが望ましい。また
シールドガスノズル4c内にタングステン電極7の他に
ワイヤガイド32を配置するスペースも必要になるた
め、シールドガスノズル4cが大型になり、トーチ先端
部を小型化しにくく、狭隘部の溶接に不向きである。
【0008】(c)図11はシールドガスノズル4aの
外側におけるフィラワイヤ添加機構の占有スペースを図
10のトーチと同等なほど最小として、フィラワイヤ送
給管をトーチケース内に配置し、フィラワイヤ25をシ
ールドガスノズル4aの外側から添加する状態を示した
もので、フィラワイヤ25の先端部を曲げている。なお
図中の3a,3bはトーチケース、39はワイヤガイド
である。しかしこのようにフィラワイヤ25の先端部を
曲げれば、フィラワイヤ25の摩擦抵抗が相当に大きく
なりスムーズな送給が難しく、場合によっては送給不能
になるなどの問題を有している。
【0009】本発明の目的は、このような従来技術の欠
点を解消し、トーチの回転ストロークが大きく、狭隘部
の溶接にも適し、小型でティーチングの簡素化やロボッ
ト動作量の低減を図ることができ、溶接に適した角度で
フィラワイヤを添加できるTIG溶接トーチを提供する
ことにある。
【0010】
【課題を解決するための手段】上記目的を達成するため
本発明は、トーチ本体内にタングステン電極などの非消
耗電極が配置され、その非消耗電極を中心としてトーチ
本体が回転するTIG溶接トーチを対象とするものであ
る。
【0011】そして本発明の第1の手段は、トーチ本体
内に例えば銅管などからなるワイヤ送給管が設けられ、
そのトーチ本体が例えばアームなどの回転支持部により
回転可能に支持され、フィラワイヤをトーチ本体の回転
支持部よりも溶接部と反対側から前記ワイヤ送給管に送
給するように構成されていることを特徴とするものであ
る。
【0012】本発明の第2の手段は、第1の手段におい
て、前記ワイヤ送給管を非消耗電極とほぼ平行に設け、
そのワイヤ送給管のフィラワイヤ出口部をトーチ本体の
先端部に設けたシールドガスノズルの外側に近接して設
けたことを特徴とするものである。
【0013】本発明の第3の手段は、第2の手段におい
て、前記フィラワイヤ出口部にフィラワイヤの先端部が
前記非消耗電極の先端部側に向けて曲げ癖がつく曲げ癖
付与手段が設けられていることを特徴とするものであ
る。
【0014】本発明の第4の手段は、第3の手段におい
て、前記曲げ癖付与手段が複数の例えばベアリングや回
転自在の軸などからなる回転部材を有し、その回転部材
の回転によりフィラワイヤに曲げ癖をつけながら前記非
消耗電極の先端部側に送給するように構成されているこ
とを特徴とするものである。
【0015】本発明の第5の手段は、モータを内蔵する
アームに取り付けられたトーチのハウジングと、そのハ
ウジング内に配置されて前記モータにより回転する回転
体と、一方の端部が前記回転体に取り付けられ、他方の
端部に非消耗電極とシールドガスノズルを設置したトー
チケースと、前記回転体ならびにトーチケースの内部に
配置された水冷管とシールドガス管とフィラワイヤ送供
管とを有することを特徴とするものである。
【0016】本発明に係るTIG溶接トーチはフィラワ
イヤ送給管をトーチボディと一体にトーチケース内に配
置すれば、トーチ外側におけるフィラワイヤ添加機構の
占有スペースはシールドガスノズル近傍のワイヤガイド
部のみでよく、トーチを小型化(細径化)することがで
きる。
【0017】またフィラワイヤ送給管をトーチケース内
に配置することにより、ケーブル類と共にトーチ上部か
ら取り出すことができる。従ってロボットアームと一体
となった回転支持機構内に溶接トーチを置いて、溶接ト
ーチを回転できるので、コンジットとブラケットなどの
固定部との干渉によって生じる回転ストロークの制約を
無くすことができる。
【0018】さらにフィラワイヤ出口部のワイヤガイド
を転がり支持構造としているので、フィラワイヤ送給管
をシールドガスノズル外側近傍に配置して、フィラワイ
ヤの送給方向を変えながら(曲げながら)添加しても送
給抵抗を増加することなくフィラワイヤを添加すること
ができるので、非消耗電極とフィラワイヤの角度をより
大きくとることができる。
【0019】
【発明の実施の形態】次に本発明の実施形態に係るTI
G溶接トーチを図に基づいて説明する。図1はTIG溶
接トーチの外形を示す側面図、図2はTIG溶接トーチ
の正面図、図3は図2B−B線上の断面図、図4は図1
A−A線上の断面図、図5はトーチ先端部の拡大断面
図、図6は図4C−C線上の拡大断面図、図7は図5D
部でのワイヤガイドの拡大断面図、図8は図5E部での
ワイヤガイドの拡大断面図である。
【0020】TIG溶接トーチは、アーム1に設けた取
付部2をブラケットを介してロボットアーム(図示せ
ず)に取り付けて使用する。図3に示すようにアーム1
の取付部2の反対側に回転支持部を兼ねたハウジング1
0が組み付けてある。ハウジング10の内側にはベアリ
ング11を介して円筒状の回転体12,13が支持され
ている。
【0021】回転体12,13の外周には回転駆動用の
傘歯車14aが設けられ、回転体12,13は図3、図
4に示すように、トーチボディ8a,8b,8c,8
d、銅管8e1,8e2,8e3およびワイヤ送給管9
aなどを支持している。トーチボディ8dと銅管8e
1,8e2,8e3は鑞付けされている。トーチボディ
8a,8b,8cと銅管8i1,8i2および図示して
いない8i3は鑞付けされている。トーチボディ8bは
ブロック8fを介して銅管8e2,8e3と締結され、
この接合部はOリング8j1および図示していない8j
2,8j3でシールしている。
【0022】図3に示すように駆動源であるモータ18
は、アーム1内に収まるようにスペーサ40,41を介
してハウジング10に締結され、モータ18の回転軸と
軸16はカップリング17で連結されており、軸16は
ベアリング15に支持されている。軸16の先端に傘歯
車14bが取り付けられて、前記回転体13の傘歯車1
4aと噛合している。
【0023】図5に示すようにタングステン電極7はピ
ン22でトーチボディ8aの中心線上に押し付けられ、
ピン22とボールプランジャ23a,23bで自動交換
可能に保持されている。フィラワイヤ送給管9aはトー
チボディ8a,8b,8cなどと一体に配置され、シー
ルドガスノズル4aの近傍でかつ円筒状のトーチケース
3bの外側にフィラワイヤ出口を設けている。
【0024】フィラワイヤ送給管9aの先端部に、ワイ
ヤガイド6がネジ止めされている。図5、図7ならびに
図8に示すように、ワイヤガイド6の内部に所定の間隔
をおいてベアリング6b1、6b2がピン6c1、6c
2で取り付けられ、ベアリング6b1とベアリング6b
2のほぼ中間位置に配置された軸6dはベアリング6e
により回転可能に支持されている。フィラワイヤ25は
フィラワイヤ送給管9aを通ってワイヤガイド6に入
り、その中でベアリング6b1、6b2の外周と軸6d
の外周により3点曲げの形で曲げ加工されて出てくる。
【0025】図3と図4に示すようにトーチ3の上部に
おいて、アーク電流通電用水冷ケーブル19は継手8l
を介して銅管8e3に接続され、冷却水戻り用ホース2
1は継手8k1を介して銅管8e2に接続され、シール
ドガス供給用ホース20は継手8k2を介して銅管8e
1に接続されている。このようにフィラワイヤ25、冷
却水、シールドガスおよびアーク電流は全て円筒状の回
転体12,13の内部を通る構造になっている。
【0026】なお図中の3aは円筒状のトーチケース、
3dは蓋、5はケーブル類取出口、6aはワイヤガイド
ボディ、8gはボルト、9bは絶縁被覆、38aはコン
ジットである。
【0027】TIG溶接トーチ3は、アーム1に設けた
取付部2を介してロボットアームに取り付けられて溶接
を行なう。図3に示すようにモータ18の回転力はカッ
プリング17を介して軸16に伝達され、さらに傘歯車
14b,14aを介してトーチ3を回転させることがで
きる。前記モータ18は回転速度と回転量(位置)が制
御可能になっており、ロボット制御装置(図示せず)に
より回転制御することでロボットアームの動作とトーチ
3の回転を同期させることができ、ロボット制御の1軸
として機能する。
【0028】溶接に必要な電流はケーブル19から継手
8l、銅管8e3を介してトーチボディ8dに供給さ
れ、銅管8e1,8e2,8e3、ブロック8f、トー
チボディ8b,8c,8aを経てタングステン電極7へ
供給される。供給された電流により、タングステン電極
7と被溶接物(図示せず)の間でアークを発生させて溶
接を行なう。
【0029】トーチ3の外形を構成するケーブル類の取
出口5、ハウジング10、トーチケース3a,3b、回
転体12,13などは電気絶縁材で製作され、タングス
テン電極7以外の所から短絡事故を起こさないようにし
ている。ワイヤ送給管9aの外周も電気絶縁材9bで被
覆保護されている。
【0030】溶接部の酸化防止のためシールドガスを供
給し、溶接部を空気と遮断した不活性ガス雰囲気を形成
する。シールドガスはホース20から供給され、銅管8
e1、トーチボディ8b、銅管8i2、トーチボディ8
aを経てシールドガスノズル4a内へ供給される。銅管
8e1とトーチボディ8bの接合部にOリングが介在さ
れているから、シールドガスが洩れたり空気を巻き込ん
だりすることはない。供給されたシールドガスは、シー
ルドガスノズル4aからタングステン電極7の先端方向
に噴射され、溶接部の周囲に不活性ガス雰囲気を形成す
る。
【0031】溶接中はアーク熱によりタングステン電極
7やトーチボディ8aなどが温度上昇するため、冷却水
を循環させてトーチ3の温度上昇を抑えている。冷却水
源より供給された冷却水はホース21から銅管8e2、
トーチボディ8b、銅管8i1、トーチボディ8a、図
示していない銅管8i3、トーチボディ8b、銅管8e
3を循環した後に水冷ケーブル19を通してトーチ3外
に排出される。ケーブル19は水冷式ケーブルになって
おり、電流の供給と冷却水の循環路の機能を併せ持って
いる。銅管8e2とトーチボディ8bとの接合部はOリ
ング8j1が介在され、銅管8e3とトーチボディ8b
との接合部はOリング(図示せず)が介在され、冷却水
の漏出を防止している。
【0032】フィラワイヤ25はトーチ3から通常2m
程度離れた場所に設置されたワイヤ供給装置(図示せ
ず)からコンジット38a(図4参照)に挿通して、フ
ィラワイヤ送給管9a、ワイヤガイド6を経て溶接部に
供給される。図4に示すようにフィラワイヤ送給管9a
はタングステン電極7の中心軸とほぼ平行に配置され、
出口近傍においてやや外側に進路をとり、シールドガス
ノズル4aの外側近傍にフィラワイヤ25を誘導する。
フィラワイヤ送給管9aの出口部に取り付けられたワイ
ヤガイド6内には図5に示すように、フィラワイヤ25
をタングステン電極7の方向に向かわせるようにベアリ
ング6b1,6b2、軸6dを配置している。ワイヤガ
イド6内を通過する際、フィラワイヤ25はベアリング
6b1,6b2、軸6dにより進行方向をタングステン
電極7の方向にガイドされる。このときフィラワイヤ2
5はベアリング6b1,6b2、軸6dにより自然に曲
げ癖がつき、その曲げ癖により溶接部の方向に侵入す
る。ベアリング6b1,6b2、軸6dはフリーで回転
するからフィラワイヤ25との摩擦抵抗は殆どなく、円
滑にかつ安定してフィラワイヤ25を供給することがで
きる。
【0033】図5に示す例では2個のベアリング6b
1,6b2の外周とベアリング6eに支持された軸6d
でフィラワイヤ25をガイドしているが、全てベアリン
グに支持された軸でワイヤをガイドすれば、ワイヤガイ
ドをより小型化できる。
【0034】また、ワイヤガイドにおける転がり支持に
替えて、例えばフッ素系樹脂、ポリイミド系樹脂などの
潤滑性を有する材料でワイヤガイドを成形し、挿通する
フィラワイヤに曲げ癖がつくようなガイド部をそのワイ
ヤガイドに形成すると、さらにワイヤガイドが小型化で
きる。
【0035】前記の実施形態は通常のコールドワイヤを
添加するTIG溶接について説明したが、フィラワイヤ
送給管9aは導電性の良い銅管からなり、また周囲と電
気的に絶縁しているので、フィラワイヤ送給管9aを構
成する銅管にワイヤ電流を流すことによりホットワイヤ
TIG溶接を行なうこともできる。その際、フィラワイ
ヤ25への最終通電点はワイヤガイド6の出口部となる
ようにする。
【0036】図13は本発明の他の実施形態を示す図
で、フィラワイヤ送給管を内蔵したTIG溶接トーチ5
1を手で持てるようにハンドル52により緩く締め付け
られる形で差し込まれ、TIG溶接トーチ51は回転可
能に支持されている。
【0037】溶接トーチ51の内部構造は、図1〜図8
で説明した前記実施形態とほぼ同様である。ハンドル5
2にはアークのオン・オフとワイヤ送給のオン・オフを
行なうためのトーチスイッチ53が設けられ、トーチス
イッチ53の信号ケーブル54は弛ませて溶接トーチ5
1の非溶接部側(溶接部と反対側)に繋げている。フィ
ラワイヤ送給管は溶接トーチ51内にあり、その他のア
ーク電流、冷却水、シールドガスなども溶接トーチ51
内を通っている。それらのホースやケーブル類は全て溶
接トーチ51を回転自在に保持しているハンドル52よ
り非溶接部側(溶接部と反対側)にあるので、信号ケー
ブル54の弛みがなくなるまで、ハンドル52に対して
溶接トーチ51を手で自在に回転できる。従って、片手
で半自動TIG溶接する際にハンドル位置に対してワイ
ヤ挿入方向を自在に調整することができ、溶接作業がよ
り容易になる特長がある。
【0038】
【発明の効果】本発明によればフィラワイヤ送給管とブ
ラケット類との干渉による回転ストロークの制約が解消
され、回転ストロークが従来は±140度程度しかとれ
なかったのが±270度以上容易にとることができ、複
雑な形状の溶接におけるティーチング作業の簡素化やロ
ボットの動作量の低減を図ることができる。
【0039】またフィラワイヤ送給管がトーチ内部に配
置されているから、フィラワイヤ添加機構の占有スペー
スが殆ど不要で、トーチの先端部が小型化(細径化)で
き、狭隘部の溶接にも適している。
【0040】さらにフィラワイヤと非消耗電極の成す角
度を30度以上取ることができ、かつフィラワイヤの送
給抵抗が少なく、円滑かつ安定にワイヤ送給できるなど
の特長を有している。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明の実施形態に係るTIG溶接トーチの側
面図である。
【図2】そのTIG溶接トーチの正面図である。
【図3】図2B−B線上の断面図である。
【図4】図1A−A線上の断面図である。
【図5】トーチ先端部の拡大断面図である。
【図6】図4C−C線上の拡大断面図である。
【図7】図5D部でのワイヤガイドの拡大断面図であ
る。
【図8】図5E部でのワイヤガイドの拡大断面図であ
る。
【図9】従来の第1のTIG溶接トーチの側面図であ
る。
【図10】従来の第2のTIG溶接トーチの断面図であ
る。
【図11】従来の第3のTIG溶接トーチの側面図であ
る。
【図12】従来の第4のTIG溶接トーチの側面図であ
る。
【図13】本発明の他の実施形態に係るTIG溶接トー
チの側面図である。
【符号の説明】
1 アーム 3 トーチ 4a シールドガスノズル 5 ケーブル類取出口 6 ワイヤガイド 6b1,6b2 ベアリング 6d 軸 7 タングステン電極 9a フィラワイヤ送供路 10 ハウジング 12,13 回転体 14a,14b 傘歯車 16 軸 17 カップリング 18 モータ 19 アーク用水冷ケーブル 20 シールドガス用ホース 21 冷却水用ホース 51 TIG溶接トーチ 52 ハンドル 53 トーチスイッチ
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 永島 利治 広島県呉市宝町5番3号 バブ日立工業株 式会社内 (72)発明者 堀 勝義 広島県呉市宝町3番36号 バブコック日立 株式会社呉研究所内 Fターム(参考) 4E001 LC04 LD20 LH04 MD08 MD10 NA08

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 トーチ本体内に非消耗電極が配置され、
    その非消耗電極を中心としてトーチ本体が回転するTI
    G溶接トーチにおいて、 前記トーチ本体内にワイヤ送給管が設けられ、そのトー
    チ本体が回転支持部により回転可能に支持され、フィラ
    ワイヤをトーチ本体の回転支持部よりも溶接部と反対側
    から前記ワイヤ送給管に送給するように構成されている
    ことを特徴とするTIG溶接トーチ。
  2. 【請求項2】 請求項1記載において、前記ワイヤ送給
    管を非消耗電極とほぼ平行に設け、そのワイヤ送給管の
    フィラワイヤ出口部をトーチ本体の先端部に設けたシー
    ルドガスノズルの外側に近接して設けたことを特徴とす
    るTIG溶接トーチ。
  3. 【請求項3】 請求項2記載において、前記フィラワイ
    ヤ出口部にフィラワイヤの先端部が前記非消耗電極の先
    端部側に向けて曲げ癖がつく曲げ癖付与手段が設けられ
    ていることを特徴とするTIG溶接トーチ。
  4. 【請求項4】 請求項3記載において、前記曲げ癖付与
    手段が複数の回転部材を有し、その回転部材間を通過す
    る際にフィラワイヤに曲げ癖をつけながら前記非消耗電
    極の先端部側に送給するように構成されていることを特
    徴とするTIG溶接トーチ。
  5. 【請求項5】 モータを内蔵するアームに取り付けられ
    たトーチのハウジングと、 そのハウジング内に配置されて前記モータにより回転す
    る回転体と、 一方の端部が前記回転体に取り付けられ、他方の端部に
    非消耗電極とシールドガスノズルを設置したトーチケー
    スと、 前記回転体およびトーチケースの内部に配置されたシー
    ルドガス管とフィラワイヤ送供管とアーク電流の経路を
    兼ねる水冷管とを有することを特徴とするTIG溶接ト
    ーチ。
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