JP2002530203A - 自動プロセスに用いる溶接システム用トーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 溶接トーチ又はガンは、自動供給ユニット又はスプールから出る溶接ワイヤーを作動し、溶接アークをシールドする中性ガスを運び、そのノズルからアークを発生する要素である。本発明のガンのサポート又はボディー（２３）は、高耐熱性及び誘電性材料又は絶縁性材料から作られ、耐衝撃性なので、内部のショート発生を防止する。ガンのチューブ（２２）は、高電流でも電気抵抗及び熱の蓄積を減らすため、純銅製であり、冷却することなく４００アンペアまでの電流で作動し得る。装置の支持ホルダーに最適に取り付けられるように、ガンのボディー（２３）の外側に、ナイロン製のワッシャー（２０）を取り付ける。ノズルにこびりつきショートさせ得るスパッター（１７）を減らすため、ガンのボディー（２３）が有する外部冷却ダクトを使用して、空気を吹き込む。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】発明の目的 本明細書の発明の名称に記載したように、本発明は自動プロセス（又は自動製
造方法）に用いられる溶接システム用のトーチ（torch）に関する。本発明は、
同じ目的用に現在存し、その種類に関連すると考えられ得る特徴に関し、重要で
有利な特徴を提供する。

【０００２】 本来、溶接とは、二又はそれ以上の材料を結合して、単一のものを得ることで
あると理解されている。 溶接には多くの方式があるが、ここでは、フィラー（filler、溶加材）材料を
用いるアーク溶接（arc welding）についてのみ記載する。

【０００３】 フィラーを用いるアーク溶接法を正確に実施する場合、その溶接法は厳密な操
作条件を必要とする。トーチがいかに作動するかの説明に注力するが、直面する
問題を理解するために、アーク溶接法を知っていることが必要である。後ほど図
面を参照しながら説明するが、典型的な溶接システムは、以下の適切な要素を組
み込んでいる：

【０００４】 整流器ユニット；これは、ワイヤー（wire）を溶解するために必要な電圧と電
流を発生する。電流は連続電流（又は直流）であり、陰極を溶接装置のシャシー
（架台）又は溶接すべきパーツの支持体に接続する。 ワイヤーの供給ユニット又はスプール（spool）；これは、一定の速度で電極
ワイヤーを供給する機能を有する。このことは、アークの安定性を確保するため
に重要である。

【０００５】 ホース（hose）；この要素を通って、ワイヤー、整流器（正極）で発生した電
流及びガスは、溶接ガン（welding gun）へ運ばれる。 ガス；ガスは溶接アークの周囲で中性（又は不活性）の場又は雰囲気を形成す
る。アークが不活性なガスによって保護（又はシールド）されていない場合、大
気中に存在する酸素が電極ワイヤー及び溶接すべき材料と反応し、燃焼し、最終
結果として溶接部（フィレット部）が多孔質となり得る。

【０００６】 冷却器ユニット；これはモーターポンプ、ラジエーター、ベンチレーター及び
蒸留水用の小タンクで構成される独立タイプの冷却システムである。溶接ガンの
冷却が必要な場合、これらは２つの水用チューブも有さねばならない。

【０００７】 溶接トーチ又はガン；ワイヤー及びガスはこの要素から出、これはアークが発
生する場所である。ガンの内側で、より詳細にいうと、ガンの先端で、整流器ユ
ニットの正極とワイヤーとの間で接触が生じる。 良好な溶接を行うために、ガスの正確な量と同様に、溶接点までの距離、角度
、高温耐熱能力等のパラメーターを考慮することが必要なので、ガンの位置（又
は配置）は重要である。

【０００８】 これは、高温、スパッター（spatter）、ノック（knock）等の溶接操作の影響
を直接受ける要素である。 トーチのサポート；これらは溶接システムのシャシーに設けられた金属製のク
ランプであり、トーチを支持し、整流器の陰極に接続される。既に説明したよう
に、トーチ（又はガン）の位置は重要であり、溶接されるべき箇所が変わり得る
望ましくない動きを防止するために高い剛性が要求されるので、トーチのサポー
トをプラスチックで作ることはできない。

【０００９】 システムが使用可能とする場合、ワイヤーの供給ユニットに位置するガスバル
ブを開き、ある時間後、整流器とワイヤーの供給に関して運転を開始する。 ワイヤーが（溶接すべき）パーツと接触すると、ワイヤーは溶解し、アークが
生ずる。ワイヤーの供給ユニットは発生するアークの均一性を確保するため、一
定の移動速度を維持しなければならない。ワイヤーがガンを出るとき、ワイヤー
はアークによって溶解し、溶接すべき要素の上に溶解した材料が溶着する。ガン
から流出するガスは、酸素が入り材料を酸化することを防止するためにアークを
シールドする。

【００１０】発明の背景 現在の自動プロセスにおいて、清掃（又はクリーニング）、微調整又は故障に
よって生じる非生産性を伴なう多くの繰り返しのサイクルがあることによって、
溶接に固有の全ての問題は、一層悪化している。これらは、最小限に減じられる
べきである。これらの問題のなかで、次の問題を強調すべきである：

【００１１】 スパッター（spatter）；一度アークを発生すると、溶解した材料の一部は、
電磁場の影響のために飛沫（滴）として飛び散る。これらの飛沫はスパッターと
よばれ、ランダムに飛び散り、周囲を汚す。これらの飛沫の多くはガンのノズル
に入りこみ、最終的にはノズルの内側にこびり付く。このことは、ガスが正しく
流出し得るようにノズルを頻繁に掃除しなければならないということを意味する
。

【００１２】 衝撃；原則としてトーチは、ノック（knock、衝撃）を与えるべきではないが
、実際は、そのようにできない。パーツが治具に不正確に配置されることによっ
て、又はトーチが高さ調節シリンダーに配置されることによって、又は未知の理
由で溶接箇所が移動したことをオペレーターがみてオペレーターがノックするこ
とによって、ノックは発生する。このことは、内部の絶縁破壊の結果として、ガ
ンにおけるショートをもたらし得る。

【００１３】 温度；ガンはアークと極めて近接しているという事実から、温度は直接的にそ
の要素に影響を与える。ガンが適切に冷却されない場合、ガンの電気伝導度は増
加し、ガンを通る電流に悪影響を与えるであろう。これはガンの温度を上昇させ
、電流に対する一層大きな抵抗をもたらす。このことは、大きなエネルギーの消
費又はガンの破壊をもたらすこととなる。 上述のいずれの問題もガンの内部でショート（短絡）を生じ得、ガンを作動不
能とし得る。

【００１４】 常套のトーチの通常の構成には、以下の欠点がある： ノズルのサポート又はガンのボディーは金属製であり、特には青銅製であり、
その構造は、極めて簡単である。このことによってトーチに継続的な変形を生ず
る。 ガンのチューブ（又は筒）は、内側の水冷チャンバーを有する銅のパイプで作
られているが、このことはガンのチューブは十分な剛性を有さないことを意味す
る。

【００１５】 ガンのチューブとノズルのサポートの間の絶縁材料は薄すぎる。このことは絶
縁が不十分であり、金属製の要素の間にショートを生ずることを意味する。 クランプ用のボディーは青銅製なので、変形し易く、更に、トーチの残りの部
分と比較して大きすぎる。

【００１６】 これらの要素は、それらの構造から剛直性又は熱発散能力に欠けるという事実
を考慮すると、内側のガンのチューブを通る水によって、それらを冷却すること
が必要となり、このことによって、更に、他の制御パラメーター（液位（level
）、流量メーター、サーモスタット等）を追加することになる。 ノズル及び先端に付着するスパッターを除去するために送風機（ブロワー）を
取り付けることは不可能である。

【００１７】発明の説明 一般的に、本発明の目的である、自動プロセス（製造方法又は製造装置）にお
ける溶接システム（機械又は機械系）用トーチ（又は自動溶接システム用トーチ
）は、従来技術の溶接プロセス用トーチと同様に、ワイヤーが電流と接触する先
端を有して成る。先端は先端ホルダーにねじ込まれ、そして、これがガス分配器
にねじ込まれる特別の構成を示す。ガス、ワイヤー及び電力を送るガンのホース
も存在する。溶接すべき箇所にガスを向けるノズルがあり、同様に、ガンはホー
スに接続されている。

【００１８】 ガンのノズル又はボディーのサポート（支持体）は高い耐熱性を有する材料で
作られ、ノックと高温で生ずる変形に十分に耐性であり、完全に誘電性（又は絶
縁性）である。 ガンのチューブ（又は筒）は、純銅（solid copper）から作られる。これは電
気抵抗を減少させ、従って、高周波数の電流で発生する熱を減少させる。必要な
いずれかの冷却を用いることなく４００アンペアまでの電流を用いて操作できる
。

【００１９】 以上のガンの特別な構造は、ガンのボディー自身が絶縁体として機能するので
、内部のショートは起こり得ないということを意味する。 ガンのサポートの中に又は実際のガンのボディーの外側に設けられるナイロン
製のワッシャーのおかげで、装置を支持するクランプに良好に適合（又はフィッ
ト）する。

【００２０】 ４００アンペア以下で操作する場合、従来の技術で必要とされる冷却は不要と
なり、新しい装置のコストに加え、装置のメンテナンスコストが減らされる。 ガンのチューブ内の環状スロット内に存するＯ−リングを取り外し、ガンのサ
ポートもしくはガンのボディーに対して遮断し、適切な冷却導管を用いることで
、ノズルの内側のスパッター（又は飛沫）を除去するためにボディーを経由して
空気を吹き込むことができる。これによって通常の連続的な自動プロセスの通常
のクリーニング時間を短縮できる。

【００２１】 本発明は取り外し可能であり、従って、修理可能なトーチを提供する。更に、
それは自動化プロセスにおいて溶接作業を実施する最良の選択肢である。 本発明の特徴をより容易に理解するために、この詳細な説明の一体的な部分と
して、図面を添付している。これらの図面の図は、以下の通り例示にすぎず、本
発明はこれらによって何ら制限されるものではない。

【００２２】好ましい態様の説明 図面に記載されている数字を参照しながら、自動プロセスのトーチ又はガンを
有する典型的な（溶接）装置の全ての構成要素の構成（又はレイアウト）を理解
することができる。（溶接）装置は、ワイヤー供給ユニット（又はスプール）２
によって一定の速度で供給されるワイヤーを溶解するために必要な電圧及び電流
を発生する整流器ユニット１を有して成る。ワイヤーはホース３を経由して溶接
トーチ（又はガン）４に到る。ホース３は整流器が発生する電流及び溶接アーク
を保護する中性（又は不活性）ガスを運ぶ。

【００２３】 参照番号５は、独立した冷却システムである冷却ユニットを示す。溶接ガンに
冷却が必要な場合、ホースは２つの水のチューブも有する必要がある。 上述のように、ワイヤーとガスはトーチ４から出、これは、アークが発生する
場所でもある。より詳細には、溶接ワイヤーとの整流器１の正極の接触がトーチ
の先端で起こる。 トーチ４は、（溶接）装置のシャシーの一部であり、整流器１の陰極と接続さ
れている金属製のクランプによってサポート６に取り付けられている。

【００２４】 本明細書の最初に記載したが、アーク溶接の問題の１つは、一旦アークが発生
すると、溶解した材料の一部が飛沫（スパッター）として放出され、周囲を汚し
、これらのスパッターの多数が、ガンのノズルに入り込むという事実にある。図
２において、番号７はトーチ（又はガン）４のノズル８内のスパッターを示す。
このことから、ガス出口の遮断を防ぐために頻繁にクリーニングする必要がある
。

【００２５】 図３には、標準的な市販のトーチを示しており、トーチは先端９を有して成り
、先端はガンのチューブ１０にねじ込まれ、ノズル８に覆われている。番号１１
は絶縁体を示し、番号１２はガンのボディーを示す。 トーチ４のホース３への接続は、パーツ１３にねじ込むことによって行われ、
パーツ１３に冷却システム用の水入口１４及び水出口１５が配置される。 ガスは、分配器の孔１６を通過して出る。

【００２６】 図３に示す常套のトーチの構成によると、電流を伴なうワイヤーの必要な接触
は先端９で生ずる。ノズル８はガスが分散することを防ぎ、これによってガスを
アーク上に集中させる。ガスの分配器１６は孔を有し、ノズル８に向かってガス
が出ることを可能にする。ガンのチューブ１０はコネクター１３を介してホース
３に接続され、ガス、ワイヤー、及び電力を伝える。ガンのボディー１２（ガン
のチューブ１０と同様に、青銅製である）は、トーチ又はガン４が機械のクラン
プ６（図１参照）に取り付けられる箇所である。絶縁体１１は、電流がガンのチ
ューブ１０を通ってガンのボディー１２に流れ、ショートすることを防ぐ。

【００２７】 再び図２を参照すると、蓄積したスパッター７は、ガスが正しく流出すること
を妨げ、ガンの先端とボディーをショートさせるように絶縁体１１の上に蓄積す
る。 このような状況では、先端から、ワイヤー、溶接すべき箇所、シャシーへ、電
流はもはや流れない。その代わり、電流は、先端から、スパッター、ガンのボデ
ィー、ガンのクランプ、シャシーへ流れ、また電流はノズルから、スパッター、
ガンのボディー、ガンのクランプ、シャシーへ流れる。従って、ショートしたガ
ンに直面する。通常、絶縁体は回復され得ず、ガンはもはや役に立たない。

【００２８】 更に、溶接トーチ又はガン４の中央部（番号１７）は、ノックを受けやすく、
それによって内部の絶縁が破壊され、ガンにショートを生じやすい。この場合、
電流はガンのチューブ１０からガンのボディーに直接流れ、装置のシャシーに流
れることになる。

【００２９】 図４は、本発明に基づく、自動溶接システム用トーチの長尺方向の断面図を示
し、それは以下の要素を有して成る： １８ 先端 １９ Ｏ−リング ２０ ナイロン製のワッシャー ２１ ガンの接続部 ２２ ガンのチューブ ２３ ガンのサポート又はボディー ２４ ガスの分配器 ２５ 先端のホルダー ２６ ノズル。

【００３０】 常套の溶接トーチ又はガンを示す図３に関連して説明した場合と同様に、先端
１８にてワイヤーは電流と接触する。先端１８は先端ホルダー２５にねじ込まれ
ており、先端ホルダー２５はガスの分配器２４にねじ込まれている。ガンのチュ
−ブ２２はガス、ワイヤー及び電力を供給する。ノズル２６はガスを溶接箇所に
集中し、トーチは接続部（又はコネクション）２１を介してホースに接続される
。

【００３１】 図４に示す構成では、図３に示す常套のガンに関して次の優位性を示す： １．ガンのサポート又はボディー２３は、耐熱性が高く、完全に誘電性で、ノ
ック及び高温による変形に対して耐性が高い材料から作られる。 ２．ガンのチューブ２２は、純銅から作られ、これによって電気抵抗を減じ、
従って、チューブを通る高電流による発熱を減ずる。上述したように、冷却する
ことなく、４００アンペアまでの電流を用いて操作できる。 ３．実際のガンのボディー２３が絶縁体であるから、内部でショートを生じ得
ない。 ４．ナイロン製のワッシャー２０のおかげで、装置の支持クランプ６（図１参
照）により適合する。 ５．４００アンペア以下で操作する場合、冷却器をなくすことでコストを削減
できる。 ６．Ｏ−リング１９を外し、冷却ダクトを用いることで空気をノズル及び先端
に吹き込んでスパッター７（図２参照）を除去することができ、これによって連
続的な自動プロセスでクリーニング時間を短縮できる。 ７．トーチ（又はガン）は、修理できるように完全に分解することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】 図１は、自動プロセスに使用される、溶接トーチ又はガンを組み
込んでいる典型的な溶接装置の概略の立面図である。

【図２】 図２は、常套の溶接トーチ又はガンのノズルの断面図である。

【図３】 図３は、常套のトーチの長尺方向の断面図である。

【図４】 図４は、本発明の自動プロセスの溶接システム用トーチの長尺方
向の断面図である。

Claims (2)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接装置のシャシーの一部を構成する金属製のクランプに接
   続され、詳細な説明にて記載する溶接トーチ又はガンであって、溶加材料を用い
   るアーク溶接用のワイヤーが供給され、溶接アークをシールドする中性ガスが運
   ばれ、溶接アークを生ずる自動溶接システム用トーチであって、 ガスの分配器（２４）にねじ込まれている先端ホルダー（２５）にねじ込まれ
   ている先端（１８）を有し、 ガンのサポート又はボディー（２３）が、高い耐熱性及び耐ノック性を有し、
   誘電性である材料で作られ；ガンのチューブ（２２）は、電気抵抗を減らして高
   電流が流れる際に発生する熱を減らす純銅で作られ、４００アンペア以下で操作
   する場合、補助的な冷却を必要とせず；装置を支持するクランプ（６）に最適に
   適合するようにトーチ（又はガン）のボディー（２３）に嵌め込まれたナイロン
   製のワッシャー（２０）を有することを特徴とするトーチ。
2. 【請求項２】 ガンのチューブ（２２）とボディー（２３）の間に存在する
   Ｏ−リングを取り外すと、ノズル（２６）の内側に形成され得るスパッター（７
   ）を取り除くための空気を吹き込むために使用される外部冷却ダクトをガンのボ
   ディー（２３）が有することを特徴とする請求項１に記載の自動溶接システム用
   トーチ。