JP2005199298A - コレットボディ及びティグ溶接トーチ - Google Patents

Abstract

【課題】コレットとコレットボディとの接触面の焼き付きを防止して電極の交換を容易にし、アーク熱が電極からコレットボディを介してトーチボディへ伝わることを抑制して、大きい溶接電流を通電することができ、使用率を高くすることができるティグ溶接トーチを提供する。
【解決手段】トーチ本体と、トーチ本体の中心に位置する電極を支持するコレットと、金属部材内に接触して支持されてコレットと接触しこれを支持するコレットボディとを備え、コレットボディが、コレットボディの先端部に装着された軸芯部に電極の挿通孔を有する円筒状のインサート部材と、残部のコレットの挿入孔を有するコレットボディ本体とで構成し、インサート部材が電気伝導率が高く耐衝撃性及び耐磨耗性を有する導電性金属で形成され、コレットボディ本体が熱伝導率が低い導電性金属で形成されたティグ溶接トーチ。
【選択図】図１

Description

本発明は、ティグ溶接を行うための改良されたコレットボディ及びそれを使用するティグ溶接トーチに関するものである。

［従来技術１］
図２を参照して、従来技術１のティグ溶接トーチを説明する。図２は、従来技術のティグ溶接トーチの部分断面図である。同図において、トーチボディ１は、略筒状の金属部材１ａとこの金属部材１ａの周りを取囲む略筒状の絶縁部材１ｂとで形成されている。ハンドル部２は、作業者が手で握る部分であって、トーチボディ１の側面に取付けられ、ハンドル部２の回りは、絶縁部材で形成されている。
コレット３は、軸芯部に非消耗電極４（タングステン電極）を挿通する電極挿通孔３ａが設けられて、先端に先細テーパ部３ｂが形成され、先端から上記電極挿通孔３ａに沿って延びる図示を省略した縦すり割りが形成されている。
コレットボディ５は、軸芯部に電極挿通孔５ａが設けられ、先端部に複数個のガス噴出孔５ｃが形成されている。また、コレット３の先細テーパ部３ｂと内接触する先細テーパ部５ｂが先端に形成され、上記トーチボディ１の金属部材１ａの先端部に取付けられている。

コレット押え６は先端部におねじ部６ａが形成され、トーチボディ１の金属部材１ａに形成されためねじ部１ｃに取付けられている。このコレット押え６をトーチボディ１の金属部材１ａの後端部にねじ込んでいくことによって、コレット３の先細テーパ部３ｂがコレットボディ５の先細テーパ部５ｂに内接触して、コレット３の縦すり割りが締め付けられる。この結果、電極４が所定の位置に固定される。

ノズル７は、コレットボディ５を取囲んでトーチボディ１の先端に取付けられている。図示を省略したガスボンベから供給されたシールドガス８が、ハンドル部２内を通過し、トーチボディ１の金属部材１ａ内を通過して、コレット３とコレットボディ５との間を通過し、コレットボディ５の先端部に形成された複数個のガス噴出孔５ｃからノズル７の内面に噴出される。そして、このノズル７からシールドガス８が噴出されて、電極４の先端部に発生したアーク及び溶融池を空気から遮蔽する。
溶接時に、図示を省略した溶接用電源装置から供給された電力は、トーチボディ１の金属部材１ａ、コレットボディ５、コレット３を流れて電極４へ供給される。（例えば、特許文献１参照。）。通常、コレット３とコレットボディ５とは、それぞれの先端部のみで接触して電力が供給される。

次に、作用を説明する。上記の構成を有するティグ溶接トーチを使用して溶接を行うと、アーク熱によって電極４の先端部は数千度の温度に達する。そして、その熱がコレット３及びコレットボディ５を介してトーチボディ１へ伝わり、トーチボディ１が発熱する。
手動用の空冷式ティグ溶接トーチでは、トーチボディ１の発熱によってハンドル部２の温度上昇が４０度以上になると、作業者がこのハンドル部２を手で持って作業することが困難になる。そのため、概ねハンドル部２の温度上昇によってトーチボディ１へ通電される許容電流及び使用率が決定されることになる。

また、コレット３及びコレットボディ５の材質は、電力を電極４へ供給し易くするために、電気伝導率が高い導電性金属が要求されるために、銅又は銅合金（以下、銅合金という）が一般的に使用される。
一方、この銅合金は、熱伝導率が高い。そのために、特に、シールドガス８を冷却手段として使用している手動用の空冷式ティグ溶接トーチを使用して溶接を行うと、トーチボディ１の温度が非常に高くなり、作業者がハンドル部２を手で持って作業することが困難になる。従って、例えば、トーチボディ１へ通電される溶接電流が２００Ａを超え、使用率が５０％を超える溶接方法では、従来のティグ溶接トーチの使用は、困難である。

さらに、溶接作業中に電極の先端が消耗するために、この先端を削る必要がある。その場合、作業者は、ティグ溶接トーチの温度が冷めない高温状態でコレット押え６をトーチボディ１から取り外すことが多い。このとき、アーク熱がトーチボディ１及びコレット押え６に伝わっているために、トーチボディ１及びコレット押え６のそれぞれのねじ部が摩耗し、取付不良が頻繁に生じていた。
そのために、溶接電流が２００Ａを超える手動によりティグ溶接トーチを操作して行う溶接では、空冷式ティグ溶接トーチの代わりに、高価な水冷式ティグ溶接トーチが使用されていた。

［従来技術２］
一方、従来、アーク熱がトーチボディ１へ伝わることを、少しでも抑えるために、コレットおよびコレットボディに鋼製部材が使用されていた。鋼製部材は銅合金よりも抵抗値が大きいために、溶接電流が１００Ａを超えると、コレットとコレットボディ及び電極４とのそれぞれの給電接触部でアーキングが生じ、アークが不安定になる。また、これらの間で焼き付き現象が発生し、電極の交換が困難であった。
そのために、鋼製のコレットボディ及び鋼製のコレットを使用したティグ溶接トーチは、溶接電流が１００Ａ以下のティグ溶接に使用されているに過ぎなかった。

そこで、鋼製コレットボディと鋼製コレットの材質を銅合金にすると、焼き付き現象は緩和される。しかし、従来技術１で述べた不具合が発生していた。
特開２００２−８６２７３号公報

上述したように、従来技術１のティグ溶接トーチは、コレット３及びコレットボディ５の材質に熱伝導率が高い銅合金が使用されていた。そのために、特に、シールドガス８を冷却手段として使用している手動用の空冷式ティグ溶接トーチを用いて溶接を行うと、アーク熱がトーチボディ１に伝わり易く、トーチボディ１の温度が非常に高くなり、作業者がハンドル部２を手で持って作業することが困難であった。また、溶接作業中に電極の先端を削るために、作業者は、ティグ溶接トーチの温度が冷めない高温状態でコレット押え６をトーチボディ１から取り外すことが多い。そのために、トーチボディ１及びコレット押え６のそれぞれのねじ部が摩耗し、取付不良が頻繁に生じていた。
そのために、トーチボディ１へ通電される許容電流及び使用率が制限されていた。

また、上述した従来技術２のティグ溶接トーチでは、コレットおよびコレットボディに鋼製部材が使用されていた。鋼製部材は銅合金よりも抵抗値が大きいために、溶接電流が１００Ａを超えると、コレットとコレットボディ及び電極４とのそれぞれの給電接触部でアーキングが生じ、アークが不安定になる。また、これらの間で焼き付き現象が発生し、電極の交換が困難であった。そのために、トーチボディ１へ通電される許容電流及び使用率が制限されていた。

本発明は、コレットとコレットボディとの接触面の焼き付きを防止して電極の交換を容易にし、アーク熱が電極からコレットボディを介してトーチボディへ伝わることを抑制して、大きい溶接電流を通電することができ、使用率を高くすることができるティグ溶接トーチを提供することを目的としている。

上記目的を達成するために、第１の発明は、
金属部材と前記金属部材を取囲む絶縁部材とで形成されたトーチ本体と、
前記トーチ本体の中心に位置する電極を支持するコレットと、
前記金属部材内に接触して支持されて前記コレットと接触しこれを支持するコレットボディとを備えたティグ溶接トーチのコレットボディにおいて、
前記コレットボディの先端部に装着された軸芯部に前記電極の挿通孔を有する円筒状のインサート部材と、残部の前記コレットの挿入孔を有するコレットボディ本体とで構成し、
前記インサート部材が電気伝導率が高く耐衝撃性及び耐磨耗性を有する導電性金属で形成され、
前記コレットボディ本体が熱伝導率が低い導電性金属で形成されたことを特徴とするコレットボディである。

第２の発明は、
前記インサート部材が銅又は銅合金で形成され、前記コレットボディ本体が鋼で形成されたことを特徴とする第１の発明に記載のコレットボディである。

第３の発明は、
第１の又は第２の発明に記載のコレットボディを使用したティグ溶接トーチである。

本発明のティグ溶接トーチは、コレットボディ本体の材質が、銅より熱伝導性が低い鋼製の導電性金属であるので、アーク熱によって熱せられた電極の熱がコレットボディ本体を介してトーチボディへ伝えられることが抑制される。その結果、ティグ溶接トーチへ通電する溶接電流が２５０Ａで、使用率が５０％まで使用しても、ハンドル部の温度上昇を、許容範囲である４０度以下に抑えることができる。

また、銅合金製のコレットと接触するコレットボディのインサート部材が銅合金製であって、銅合金は鋼製部材よりも抵抗値が小さいため、コレット３とコレットボディ９及び電極４とのそれぞれの給電接触部でアーキングが生じることが無い。従って、コレットとコレットボディとの焼き付き現象は、ティグ溶接トーチへ通電する溶接電流が３００Ａで、使用率が６０％で使用しても発生せず、電極を容易に交換することができる。
この結果、ティグ溶接トーチへ通電する溶接電流が２５０Ａで、使用率が５０％で手動で空冷式ティグ溶接トーチを使用することが可能になり、手動での空冷式ティグ溶接トーチの適用範囲を拡大することができる。

発明の実施の形態を実施例に基づき図面を参照して説明する。
図１は、本発明のティグ溶接トーチの部分断面図である。同図において、コレットボディ９以外の機能は、図２の従来技術と同様であるので、同符号を付して説明を省略する。
図１において、コレットボディ９は、この先細テーパ部９ａを含む先端部内側に装着された円筒状のインサート部材９１と残部のコレットボディ本体９２とで構成されている。このインサート部材９１はコレットボディ本体９２の先端に圧着、圧入又は溶接等にて固定されている。

また、インサート部材９１は、軸芯部に電極挿通孔９１ａを有し、電気伝導率が高く耐衝撃性及び耐磨耗性を有する導電性金属、例えば、銅合金で形成されている。コレットボディ本体９２はコレット挿入孔９２ａを有し、熱伝導率が低い導電性金属、例えば、鋼（軟鋼、ステンレス鋼又は特殊鋼）で形成されている。

図１において、コレット押え６をトーチボディ１の金属部材１ａの後端部へねじ込むと、コレット３の先端部がインサート部材９１と接触し、電極４が所定の位置に固定される。そして、溶接時に、図示を省略した溶接用電源装置から供給された電力は、トーチボディ１の金属部材１ａ、コレットボディ本体９２、インサート部材９１及びコレット３を流れて電極４へ供給される。

インサート部材９１以外のコレットボディ９の表面部にメッキ処理を施し、コレットボディ本体９２の酸化を防止することができる。
なお、トーチボディ１の金属部材１ａの材質は通常、真鍮であるが、鋼製のコレットボディ９の後端部とトーチボディ１の金属部材１ａとのねじ結合部は、鋼製コレットボディの方が真鍮よりも熱膨張しにくいため、焼き付きが発生しない。

次に、作用を説明する。上記の構成を有するティグ溶接トーチを使用して溶接を行うと、アーク熱によって電極４の先端部は数千度の温度に達する。そして、その熱がコレット３及びコレットボディ９を介してトーチボディ１へ伝わる。しかし、コレットボディ本体９２の材質が、銅より熱伝導性が低い鋼製の導電性金属のため、電極４からトーチボディ１への熱伝導が抑制される。その結果、ティグ溶接トーチへ通電する溶接電流が２５０Ａで、使用率が５０％まで使用しても、ハンドル部２の温度上昇を許容範囲である４０度以下に抑えることができる。

また、銅合金製のコレット３と接触するコレットボディ９のインサート部材９１が銅合金製であって、銅合金は鋼製部材よりも抵抗値が小さいため、コレット３とコレットボディ９及び電極４とのそれぞれの給電接触部でアーキングが生じることが無い。従って、コレット３とコレットボディ９との焼き付き現象は、ティグ溶接トーチへ通電する溶接電流が３００Ａで、使用率が６０％で使用しても発生せず、電極を容易に交換することができる。
この結果、ティグ溶接トーチへ通電する溶接電流が２５０Ａで、使用率が５０％で手動で空冷式ティグ溶接トーチを使用することが可能になり、手動での空冷式ティグ溶接トーチの適用範囲を拡大することができる。

本発明のティグ溶接トーチの部分断面図である。 従来技術のティグ溶接トーチの部分断面図である。

符号の説明

１ トーチボディ
１ａ 金属部材
１ｂ 絶縁部材
１ｃ めねじ部
２ ハンドル部
３ コレット
３ａ 電極挿通孔
３ｂ 先細テーパ部
４ （非消耗）電極
５ コレットボディ
５ａ 電極挿通孔
５ｂ 先細テーパ部
５ｃ ガス噴出孔
６ コレット押え
６ａ おねじ部
７ ノズル
８ シールドガス
９ コレットボディ
９ａ 先細テーパ部
９１ インサート部材
９１ａ 電極挿通孔
９２ コレットボディ本体
９２ａ コレット挿入孔

Claims (3)

1. 金属部材と前記金属部材を取囲む絶縁部材とで形成されたトーチ本体と、
   前記トーチ本体の中心に位置する電極を支持するコレットと、
   前記金属部材内に接触して支持されて前記コレットと接触しこれを支持するコレットボディとを備えたティグ溶接トーチのコレットボディにおいて、
   前記コレットボディの先端部に装着された軸芯部に前記電極の挿通孔を有する円筒状のインサート部材と、残部の前記コレットの挿入孔を有するコレットボディ本体とで構成し、
   前記インサート部材が電気伝導率が高く耐衝撃性及び耐磨耗性を有する導電性金属で形成され、
   前記コレットボディ本体が熱伝導率が低い導電性金属で形成されたことを特徴とするコレットボディ。
2. 前記インサート部材が銅又は銅合金で形成され、前記コレットボディ本体が鋼で形成されたことを特徴とする請求項１に記載のコレットボディ。
3. 請求項１又は２に記載のコレットボディを使用したティグ溶接トーチ。
   

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