JP2003001422A - 溶接用シールド装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】溶接部位の酸化を回避しつつ溶接用トーチを高
速で移動させることができ、溶接時間を短縮することが
できる溶接用シールド装置を提供する。 【解決手段】溶接すべきワークの周囲を外気から遮蔽す
るための収容空間Ｓを有するシールド装置本体１８と、
溶接用トーチ１７が挿通され、当該溶接用トーチ１７の
先端を収容空間Ｓ内に配設されたワークに近接可能とし
た切欠き部１８ａと、シールド装置本体１８の収容空間
Ｓ内にシールドガスを導入するシールドガス導入手段
（１９，２０）とを備え、収容空間Ｓ内にシールドガス
を満たしつつ溶接するものである。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、溶接用トーチによ
るワークの溶接時、溶接部位にシールドガスを付与する
ことにより当該溶接部位を空気から遮蔽して酸化を防止
するための溶接用シールド装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】自動二輪車の排気マフラーとして、複数
の孔を有するパンチングメタルをローリング加工して成
る内筒部材、該内筒部材の外表面に配設された吸音材、
該吸音材の外側であって内筒部材と同心軸上に配設され
た外筒部材を備えたハウジング内を複数の室に隔成し、
基端側が自動二輪車のエキゾーストパイプに連結され、
先端側に排気を外へ排出するテールパイプが固定された
ものが、例えば特開平１１−１８２２２８号公報に開示
されている。尚、ここで開示された排気マフラーは、チ
タン製のものである。

【０００３】かかる排気マフラーの先端側には、図９に
示すように、テールパイプ１０１の他、内側部材１０
２、外側部材１０３及びテールパイプカバー１０４が配
設されており、これらの所定部位が溶接にてハウジング
に固定されている。例えば、同図中符号Ｐで示した部位
の溶接（即ち、外筒部材１０５の先端、内側部材１０２
及び外側部材１０３のフランジ端の溶接）は、図１０に
示すように、溶接用トーチＴによるＴＩＧ溶接で行われ
る。

【０００４】即ち、図示の如く、外筒部材１０５の先端
と内側部材１０２及び外側部材１０３のフランジ端とに
向かい合うよう溶接用トーチＴを位置させ、これと隣接
してアフターシールド手段Ａを位置させておき、排気マ
フラー側（又は溶接用トーチＴ側）を回転させるととも
に、トーチＴの電極に通電させることによって上記三端
面を溶接しつつアフターシールド手段Ａにて溶接部をシ
ールドしていた。

【０００５】ここで、シールド装置としてのアフターシ
ールド手段Ａは、下方に開口した噴出口からアルゴン又
はヘリウム等の不活性ガスを溶接後の部位に噴出させる
ものであり、かかる不活性ガスが周囲の空気を遮断する
ことにより、溶接熱により加熱された溶接部が雰囲気酸
素と反応して酸化し、剛性が低下するのを防止すること
ができる。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上記従
来のシールド装置においては、アフターシールド手段Ａ
に形成された所定径の噴出口から噴出される不活性ガス
によってシールドしているので、シールド範囲が狭く、
該範囲におけるシールドが完了するまで溶接を進めるこ
とができず、溶接用トーチＴによる溶接速度が限定され
てしまうという問題があった。

【０００７】特に、チタンのように極めて低い温度にて
酸化が生じるものを溶接する場合、酸化回避のためにシ
ールドを長時間必要とするため、他の汎用鋼材の溶接時
に比べてトーチＴによる溶接速度は更に遅くしなければ
ならない。このように、溶接時間が長時間に及べば、排
気マフラー製造のためのリードタイムが長期化し、製造
コストが悪化してしまうという問題があった。

【０００８】本発明は、このような事情に鑑みてなされ
たもので、溶接部位の酸化を回避しつつ溶接用トーチを
高速で移動させることができ、溶接時間を短縮すること
ができる溶接用シールド装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】請求項１記載の発明は、
溶接用トーチによるワークの溶接時、溶接部位にシール
ドガスを付与することにより当該溶接部位を空気から遮
蔽して酸化を防止するための溶接用シールド装置におい
て、溶接すべきワークの周囲を外気から遮蔽するための
収容空間を有するシールド装置本体と、前記溶接用トー
チが挿通され、当該溶接用トーチの先端を前記収容空間
内に配設されたワークに近接可能とした切欠き部と、前
記シールド装置本体の収容空間内にシールドガスを導入
するシールドガス導入手段とを備えたことを特徴とす
る。

【００１０】かかる構成によれば、シールド装置本体の
収容空間にワークを収容した後、シールドガス導入手段
によって収容空間内にシールドガスを導入しつつ、溶接
用トーチにてワークに対し所望の溶接を行う。

【００１１】請求項２記載の発明は、前記切欠き部が、
前記シールド装置本体の上面側又は底面側のいずれに設
けられるのかが、ワークの溶接部位に基づいて選択され
ることを特徴とする。

【００１２】請求項３記載の発明は、前記シールドガス
導入手段が、導入されるシールドガスが空気より比重が
大きい場合には前記シールド装置本体の上面側に形成さ
れることを特徴とする。

【００１３】かかる構成によれば、ワークが収容された
収容空間内にシールドガスを導入するにあたり、シール
ドガスが空気より比重が大きい場合にはシールド装置本
体の上面側から当該シールドガスを落下させつつ、溶接
用トーチにてワークに対し所望の溶接を行う。

【００１４】請求項４記載の発明は、前記シールドガス
導入手段が、前記シールド装置本体における上面又は底
面の略全域に亘って配設され、ＳＵＳウールを内在した
拡散手段と、該拡散手段にシールドガスを導入する導入
路とから成ることを特徴とする。

【００１５】かかる構成によれば、導入路から導入され
たシールドガスは拡散手段によって、その流速が緩慢化
されるとともに、シールド装置本体全域に亘って導入さ
れる。

【００１６】請求項５記載の発明は、前記ワークを載置
するとともに、所定速さで回転可能な載置台を有するこ
とを特徴とする。

【００１７】かかる構成によれば、ワークを載置台上に
載置しつつ、シールド装置本体内に収容しておき、シー
ルドガス導入手段にて収容空間内にシールドガスを導入
する。そして、載置台を回転させつつ溶接用トーチによ
る溶接を行うことにより、ワークの周方向に対する溶接
が可能とされる。

【００１８】請求項６記載の発明は、前記溶接用トーチ
は、前記シールド装置本体と独立して揺動可能とされた
ことを特徴とする。

【００１９】

【発明の実施の形態】以下、本発明の実施形態について
図面を参照しながら具体的に説明する。本実施形態に係
る溶接用シールド装置は、自動二輪車のチタン製の排気
マフラーの溶接時に適用されるものであり、まず当該排
気マフラーの詳細について説明する。

【００２０】かかる自動二輪車の排気マフラーは、図３
に示すように、多数の孔が形成されたパンチングメタル
をローリングして成る内筒部材１と、該内筒部材１の外
表面を覆って形成された耐熱性を有する吸音材２と、該
吸音材２の外側を覆うとともに内筒部材１と同軸上に配
設された外筒部材３とから成るハウジングを有し、該ハ
ウジング内が仕切部材４、５にて隔成され、複数の室
（第１室Ａ、第２室Ｂ及び第３室Ｃ）を形成して構成さ
れている。尚、上記構成部材及び以下に詳述する構成部
材は、チタンから成るものである（ボルト等の機能材に
ついては除く）。

【００２１】上記排気マフラーの基端側（同図中左端）
には、自動二輪車のエキゾーストパイプ（不図示）とボ
ルトｂにて連結するための導入口部材６が取り付けられ
る一方、先端側（同図中右端）には内側部材７、外側部
材８及びテールパイプカバー９とから成る排出口部材１
０が取り付けられている。尚、当該内側部材７及び外側
部材８のフランジ部と外筒部材３の先端とはＰの位置で
一括して溶接され、一体構成とされている。

【００２２】このテールパイプカバー９は、排気マフラ
ーの先端側で内側部材７及び外側部材８により支持され
るとともに、後述するテールパイプ１１を傾斜した状態
で固定するものである。尚、内側部材７と外側部材８と
が成す空間内に吸音材を配設し、当該空間が共鳴箱とし
て機能するのを防止するのが好ましい。

【００２３】また、該仕切部材４、５で仕切られた各室
間及び外気との連結は、第１パイプ１２、第２パイプ１
３及びテールパイプ１１により行われる。第１パイプ１
２は、一端が第１室Ａに開口するとともに他端が第３室
Ｃに開口するよう配設されており、当該第１室Ａと第３
室Ｃとを連結しており、第２パイプ１３は、一端が第２
室Ｂに開口するとともに他端が第３室Ｃに開口するよう
配設されており、当該第２室Ｂと第３室Ｃとを連結して
いる。

【００２４】即ち、仕切部材４の下方には、図４に示す
ような孔４ａが形成されており、該孔４ａに第１パイプ
１２の一端側が挿通された状態で溶接されるとともに、
仕切部材５の下方には、図４に示すような孔５ａが形成
されており、該孔５ａに第１パイプ１２の他端側が挿通
された状態で溶接されることにより、当該仕切部材４及
び５に亘って第１パイプ１２が固定された状態とされて
いる。

【００２５】一方、図５に示すように、仕切部材５には
２つの孔５ｃが形成されており、これら孔５ｃのそれぞ
れに第２パイプ１３が挿通された状態で溶接され、第２
室Ｂと第３室Ｃとを連結させた構成としている。また、
同図に示すように、仕切部材５における上方にも孔５ｂ
が形成されており、該孔５ｂにテールパイプ１１が傾斜
した状態にて挿通され溶接されている。

【００２６】かかるテールパイプ１１は、複数の孔を有
するパンチングメタルをローリングして成るものであ
り、仕切部材５側の外周には、外周パイプ１５が溶接に
より固定されている。この外周パイプ１５とテールパイ
プ１１の外周面との間には、吸音材１６が配設されてお
り、テールパイプ１１内を排気が通過する際に生じる音
を吸収している。

【００２７】上記のような構成により、自動二輪車のエ
キゾーストパイプから導出された排気は、第１室Ａから
第１パイプ１２を介して第３室Ｃに導かれた後、２つの
第２パイプ１３を介して第２室Ｂに導入され、そこから
テールパイプ１１を介して外に排出される。

【００２８】また、第１室Ａ内には、パンチングメタル
から成るバッフルプレート１４が配設され、第１室Ａ内
を排気が通過する際に生じる音波の周波数を高くしてい
る。これは、内筒部材１と外筒部材３との間に介在され
た吸音材３が、低域の周波数の音よりも高域の周波数の
音の方が吸収しやすいので、排気がバッフルプレート１
４を通過するよう構成したことによる。

【００２９】次に、上記排気マフラーの組立方法につい
て説明する。まず、図６に示すように、仕切部材４及び
５の孔４ａ及び５ａに第１パイプ１２を挿通させて溶接
にて固定、仕切部材５の孔５ｃに第２パイプ１３を挿通
させて溶接にて固定、外周パイプ１５及び内側部材７が
溶接されたテールパイプ１１を仕切部材５の孔５ｂに溶
接にて固定したサブアッシを製造しておく。

【００３０】かかるサブアッシを内筒部材１に対し先端
側から挿入し、当該内筒部材１と内側部材７の先端側と
を溶接するとともに、仕切部材４及び５をそれぞれの位
置で内筒部材１と溶接することにより、これらを一体化
する。この時、内筒部材１と各構成部材（仕切部材４及
び５）との溶接は、アークスポット溶接により所定ポイ
ントのみに対して行われており、溶接熱による影響を最
小限なものにしている。

【００３１】次に、図７に示すように、仕切部材４及び
５で隔成された第１室Ａ、第２室Ｂ及び第３室のうち、
第１室Ａの所定の位置にバッフルプレート１４を嵌め込
んで内筒部材１の内周面に対し溶接にて固定するととも
に、内筒部材の外周面に円筒状に形成された吸音材２を
装着する。そして、端部が導入口部材６と溶接された外
筒部材３を吸音材２の外周面に装着し、テールパイプカ
バー９及び外側部材８をテールパイプ１１側に装着す
る。

【００３２】その後、外筒部材３の先端と、内筒部材１
及び外側部材８のフランジとを一括して溶接し、これら
を一体構成とすることにより、一連の排気マフラーの主
な製造工程が終了する。このように製造された排気マフ
ラーにおける外筒部材３の外周面に所望の研磨、塗装工
程等が施されて自動二輪車のエキゾーストパイプ（不図
示）にボルトｂにより取り付けられることとなる。

【００３３】ここで、本発明においては、図３中の位置
Ｐにおける溶接時に、図１に示すような溶接用シールド
装置を用いている。かかる溶接用シールド装置は、溶接
用トーチ１７による排気マフラーの溶接時、溶接部位に
シールドガスを付与することにより当該溶接部位を空気
から遮蔽して酸化を防止するための溶接用シールド装置
であって、シールド装置本体１８と、切欠き部１８ａ
と、シールドガス導入手段（１９、２０）と、載置台２
１とから主に構成されている。

【００３４】シールド装置本体１８は、溶接すべきワー
ク（即ち排気マフラー）の周囲を外気から遮蔽するため
の収容空間Ｓを有するものであり、排気マフラーにおけ
る外筒部材１の外径より大きな内径を持った筒状に形成
されている。また、シールド装置本体１８の底面部は開
口して、排気マフラーを上方より覆うことが可能なよう
に形成されている。

【００３５】切欠き部１８ａは、シールド装置本体１８
の上面の一部を切り欠いたものであり、溶接用トーチ１
７が挿通され、当該溶接用トーチの先端を収容空間内に
配設された排気マフラーの先端部に近接可能としてい
る。尚、切欠き部１８ａの大きさは、あまり大きいと周
囲の空気が収容空間Ｓ内に多量に入り込んでしまい、シ
ールド効果が低下してしまうので、収容されるワークに
応じて適宜設計するのが好ましい。

【００３６】シールドガス導入手段は、シールド装置本
体１８の収容空間Ｓ内に空気よりも比重が大きいシール
ドガス（例えばアルゴンガス等）を導入するもので、図
２に示すように、拡散手段１９及び導入路２０で構成さ
れている。拡散手段１９は、シールド装置本体１８にお
ける上面の全域（切欠き部１８ａを除く）に亘って配設
され、パンチングメタルから成る筐体１９ａ内にＳＵＳ
ウール１９ｂを内在したものであり、導入路２０は、図
１において点線で示したように、拡散手段１９内で略Ｕ
字形に延びた先端部２０ａから図示しない不活性ガスの
供給源まで延設されたもので、筐体１９ａ内にシールド
ガスを導入するものである。

【００３７】先端部２０ａは、上方に開口した噴出口が
所定間隔離間して複数形成されており、供給源から供給
された不活性ガスは、上方に向かってＳＵＳウール１９
ｂ内に噴射され、筐体１９ａ内の略全域に拡散された
後、パンチングメタルの孔からシールド装置本体１８内
に導入されるため、シールド装置本体１８内全域に亘っ
てシールドすることができる。尚、筐体１９ａは、パン
チングメタルの他、ＳＵＳウール１９ｂを保持し、且つ
シールドガスを透過し得るものであれば、メッシュ状の
可撓性部材等他の部材であってもよい。

【００３８】即ち、拡散手段１９を具備しない場合、導
入路２０で導かれたシールドガスは、当該導入路の開口
部直下及びその近傍に偏在しつつシールド装置本体１８
内に導入されるので、極めて狭い範囲内のシールド効果
しか得られず、それ以外の範囲における溶接部位では酸
化が生じてしまう虞があったのに対し、本実施形態の如
く拡散手段１９を配設すれば、収容空間Ｓ内全域をシー
ルドすることができ、排気マフラーのいずれの部位を溶
接したとしても酸化を防止することができる。

【００３９】更に、拡散手段１９のＳＵＳウール１９ｂ
により、導入路２０から導かれたシールドガスの流速を
緩慢化させることができ、シールド装置本体１８内をシ
ールドガスが低速で落下させることができるので、シー
ルドガスの供給量を低減することができる。

【００４０】載置台２１は、ワークとしての排気マフラ
ーを載置するとともに、図示しない駆動源により所定速
さで回転可能なものである。これにより、載置台２１を
回転駆動させることにより、溶接用トーチ１７の位置は
固定のまま、外筒部材３の先端と内側部材７及び外側部
材８のフランジ端とが成す位置Ｐの全周に亘って連続的
に溶接することができる。

【００４１】ここで、シールド装置本体１８は、溶接用
トーチ１７と独立して上下動可能とされており、溶接用
トーチ１７が位置決めされた後にシールド装置本体１８
を下降させ、排気マフラーを覆ってもよく、シールド装
置本体１８で排気マフラーを覆った後に溶接用トーチ１
７を所定の位置に下降させるようにしてもよい。かかる
独立駆動機構により、溶接用トーチ１７及びシールド装
置本体１８の自由度を向上させることができる。

【００４２】上記溶接用シールド装置によれば、排気マ
フラーを収容した収容空間Ｓ内全域にシールドガスを導
入しているので、確実に溶接熱による酸化を防止するこ
とができるとともに、従来のアフターシールド手段等に
比べて、溶接時間を短縮することができる。

【００４３】次に、本発明における他の実施形態につい
て説明する。本実施形態に係る溶接用シールド装置は、
図８に示すように、上面が開口されたシールド装置本体
１８’と、該シールド装置本体１８’の底面に配設され
た拡散手段１９とを有し、導入路２０から空気よりも比
重が小さいシールドガス（例えばヘリウムガス等）を収
容空間Ｓ内に導入するものである。

【００４４】かかる溶接用シールド装置によれば、排気
マフラーが収容されたシールド装置本体１８’内全域に
シールドガスを導入して確実に酸化を防止することがで
き、且つ、シールド装置本体１８’の上面が開口してい
るので溶接用トーチ１７の移動或いは位置決めの自由度
を向上させることができる。また、本実施形態と先の実
施形態とを溶接条件に応じて使い分けるようにすれば、
空気より大きな比重のシールドガスを用いる場合と、空
気より小さな比重のシールドガスを用いる場合との両者
に対応することができ、汎用性をより向上させることが
できる。

【００４５】以上、実施形態について説明したが、本発
明はこれに限定されるものではなく、例えばチタン製排
気マフラーにおける他の部位を溶接するのに適用するこ
とができ、更には他のワークの溶接に適用することがで
きる。また、本発明の如きＴＩＧ溶接の他、ＭＩＧ溶接
やレーザ溶接等において適用することもできる。

【００４６】シールド装置本体や切欠き部等の形状は、
適宜設計することができるものとし、シールド装置本体
の断面形状が矩形や異形等のものを使用したり、或いは
切欠き部を他の形状に切り欠いたりしたものとしてもよ
い。尚、先の実施形態においては、載置台２１を回転さ
せているがシールド装置本体１８と連動させて溶接用ト
ーチ１７をワークに対して回転させる構成としてもよ
い。

【００４７】

【発明の効果】請求項１の発明によれば、ワークが収容
されたシールド装置本体の収容空間内にシールドガスを
導入し、常時溶接部位を雰囲気中の酸素から遮蔽するこ
とができるので、溶接部位の酸化を回避しつつ溶接用ト
ーチを高速で移動させることができ、溶接時間を短縮す
ることができる。

【００４８】請求項２及び請求項３の発明によれば、使
用されるシールドガスに応じたシールドガスの導入位置
とされるので、装置を汎用的に用いることができるとと
もに、常に高いシールド効果を得ることができる。

【００４９】請求項４の発明によれば、拡散手段により
シールドガスをシールド装置本体内に導入するので、シ
ールドガスが偏在することなく、ワークが収容された収
容空間全域に亘ってシールドすることができる。また、
ＳＵＳウールを介在させてシールドガスを導入している
ので、当該シールドガスの流速を緩慢化させ、その使用
量を低減することができる。

【００５０】請求項５の発明によれば、溶接用トーチを
固定させたまま、ワークの周方向に対する溶接を行うこ
とができる。

【００５１】請求項６の発明によれば、前記溶接トーチ
が、シールド装置本体と独立して揺動可能とされている
ので、溶接用トーチ角度に自由度を持たせることがで
き、上下左右に振らせることができる。よって、形状品
への対応も可能となる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施形態に係る溶接用シールド装置を
示す斜視図

【図２】本発明の実施形態に係る溶接用シールド装置に
おける拡散手段近傍を示す拡大断面図

【図３】本発明の実施形態に係る溶接用シールド装置が
適用される自動二輪車の排気マフラーを示す縦断面図

【図４】図３におけるＩＶ−ＩＶ線断面図

【図５】図３におけるＶ−Ｖ線断面図

【図６】本発明の実施形態に係る溶接用シールド装置が
適用される自動二輪車の排気マフラーにおける組立工程
を示す模式図

【図７】本発明の実施形態に係る溶接用シールド装置が
適用される自動二輪車の排気マフラーにおける組立工程
を示す模式図

【図８】本発明の他の実施形態に係る溶接用シールド装
置を示す透視図

【図９】従来のシールド装置が適用される自動二輪車の
排気マフラーを示す一部断面図

【図１０】従来のシールド装置を示す模式図

【符号の説明】

１…内筒部材 ２…吸音材 ３…外筒部材 ４、５…仕切部材 ６…導入口部材 ７…内側部材 ８…外側部材 ９…テールパイプカバー １０…排出口部材 １１…テールパイプ １２…第１パイプ １３…第２パイプ １４…バッフルプレート １５…外周パイプ １６…吸音材 ４ａ、５ａ〜５ｃ…孔 ｂ…ボルト １７…溶接用トーチ １８、１８’…シールド装置本体 １８ａ…切欠き部 １９…拡散手段 １９ａ…筐体 １９ｂ…ＳＵＳウール ２０…導入路 ２０ａ…先端部 ２１…載置台

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】溶接用トーチによるワークの溶接時、溶接
   部位にシールドガスを付与することにより当該溶接部位
   を空気から遮蔽して酸化を防止するための溶接用シール
   ド装置において、 溶接すべきワークの周囲を外気から遮蔽するための収容
   空間を有するシールド装置本体と、 前記溶接用トーチが挿通され、当該溶接用トーチの先端
   を前記収容空間内に配設されたワークに近接可能とした
   切欠き部と、 前記シールド装置本体の収容空間内にシールドガスを導
   入するシールドガス導入手段と、を備えたことを特徴と
   する溶接用シールド装置。
2. 【請求項２】前記切欠き部は、前記シールド装置本体の
   上面側又は底面側のいずれに設けられるのかが、ワーク
   の溶接部位に基づいて選択されることを特徴とする請求
   項１記載の溶接用シールド装置。
3. 【請求項３】前記シールドガス導入手段は、導入される
   シールドガスが空気より比重が大きい場合には前記シー
   ルド装置本体の上面側に形成されることを特徴とする請
   求項１又は請求項２記載の溶接用シールド装置。
4. 【請求項４】前記シールドガス導入手段は、 前記シールド装置本体における上面又は底面の略全域に
   亘って配設され、ＳＵＳウールを内在した拡散手段と、 該拡散手段にシールドガスを導入する導入路と、から成
   ることを特徴とする請求項１〜請求項３のいずれか１つ
   に記載の溶接用シールド装置。
5. 【請求項５】前記ワークを載置するとともに、所定速さ
   で回転可能な載置台を有することを特徴とする請求項１
   〜請求項４のいずれか１つに記載の溶接用シールド装
   置。
6. 【請求項６】前記溶接用トーチは、前記シールド装置本
   体と独立して揺動可能とされたことを特徴とする請求項
   １〜請求項５のいずれか１つに記載の溶接用シールド装
   置。