JP2007196252A - 溶接トーチ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】溶接トーチ1は、溶接ワイヤWを挿通したコンタクトチップ14と、このコンタクトチップ14を内設したトーチ本体11と、前記コンタクトチップ14より先端に配置されたノズル13と、を有する。この溶接トーチ1は、トーチ本体11とノズル13との間に設けられた屈曲可能なフレキシブルパイプ12と、このフレキシブルパイプ12に内設された屈曲用ケーブル21と、この屈曲用ケーブル21を進退させてフレキシブルパイプ12を屈曲させる駆動機構と、を備えている。
【選択図】図2
Description
しかしながら、図10(a)に示す水平板200に対して垂直な2枚の垂直板300,400間の溶接部510を溶接する場合には、垂直板300,400の間隔が狭くなることがある。このような場合、溶接トーチ100Bは、水平板200に垂直板400を接合する溶接部510に対して適正な溶接角K(45度)を取れないという問題点がある。
狭隘な場所の溶接部520であっても溶接できるようにした溶接トーチ100としては、図11に示すように、コンタクトチップ130およびガスチューブ140の先端部101をそれぞれくの字状に屈曲したものが知られている(例えば、特許文献1参照)。
また、溶接トーチ100は、コンタクトチップ130とガスチューブ140とを別々に設けているため、全体が大きくなるという問題点がある。
このように、図10(a)、(b)および図11に示す溶接トーチ100,100A,100Bで、種々な形状の溶接部500,510,520を溶接することを可能にするには、ノズル部分を交換しなければならないため、汎用性に欠けるという問題点がある。
なお、溶接トーチは、溶接ワイヤを挿通したコンタクトチップと、このコンタクトチップを内設したトーチ本体と、コンタクトチップより先端側に配置されたノズルと、を有するものであれば溶接の種類や溶接システムや溶接トーチの形状等は限定されない。溶接トーチは、例えば、アーク溶接やガス溶接であってもよい。
以下、シールドガスを用いたアーク溶接の溶接システムにおける溶接トーチを例に挙げて実施形態を説明する。
図1は、本発明の実施形態に係る溶接トーチが適用される溶接システムのブロック図である。
母材Pおよび接合部材D1,D2は、溶接が行われる金属製の溶接対象物であり、いわゆるワークや製品である。
母材Pは、例えば、板金からなり、接地ケーブル7によって溶接機5に電気的に接続されている。
図1に示すように、溶接システムSは、不活性ガスを使用するミグ(MIG)溶接や、不活性ガスと炭酸ガスとを使用するマグ(MAG)溶接等のアーク溶接のシステムであり、溶接トーチ1を用いて鋼板等からなる母材Pを接合部材D1,D2に溶接するものである。この溶接システムSは、母材Pと電極である溶接ワイヤWとの間に発生させたアークによって母材Pと溶接ワイヤWと接合部材D1,D2とを溶融させて接合させるものである。溶接ワイヤWから発生するアークは、大気中の窒素や酸素が溶接部10に混入するのを防止するために、シールドガスによってシールドされる。この溶接システムSは、後でそれぞれ詳述する駆動機構2と、送給装置3と、スプール4と、溶接機5と、ボンベBと、溶接トーチ1と、から主に構成されている。
駆動機構2は、溶接トーチ1のトーチ本体11の先端側に配設されたフレキシブルパイプ12を屈曲させてノズル13の向きを変えるための装置である。この駆動機構2は、例えば、フレキシブルパイプ12の長手方向に沿って設けられた1対2組の屈曲用ケーブル21を押し引きすることで、フレキシブルパイプ12を自在に屈曲させるようになっている。駆動機構2は、屈曲用ケーブル21と、屈曲用ケーブル21を進退移動させるためのプーリ22a,22bと、このプーリ22a,22bを回動させるモータMa,Mbと、モータMa,Mbを反転・正転させるためのコントロールスイッチ23と、制御部24とから主に構成されている。
なお、駆動機構2は、機構全体をトーチ本体11に内設しても、一部を内設してもどちらであってもよい。
図1に示すように、屈曲用ケーブル21は、進退移動することによりフレキシブルパイプ12を上下左右方向に適宜に屈曲させるためにコントロールするアングル用のケーブルであり、例えば、屈曲可能な金属製のケーブルから形成されている。この屈曲用ケーブル21は、フレキシブルパイプ12を上方向および下方向に屈曲させるために組をなす一対の屈曲用ケーブル21A,21Bと、フレキシブルパイプ12を左方向および右方向に屈曲させるために組をなす一対の屈曲用ケーブル21C,21Dとからなる。つまり、屈曲用ケーブル21は、合計2組4本のケーブルから構成されている。
なお、屈曲用ケーブル21は、一対以上であれば溶接トーチ1の可撓部1aをスムーズに屈曲させることができ、これに限定されないが、以下、2対2組のケーブルの場合を例に挙げて説明する。
左右用の屈曲用ケーブル21C,21Dは、基端部21Cb,21Db(図5(a)参照)が、プーリ22bの直線上に対向して配設され、先端のかしめ部21Ca,21Da(図5(a)参照)が、フレキシブルパイプ12の外側パイプ12bを挿通してこの外側パイプ12bの先端の左右に係止された一対のケーブルからなる。
左右用のプーリ22bは、モータMbが正転または反転によって回動して、屈曲用ケーブル21C,21Dをそれぞれ相対する方向に押し引きして移動させる部材である。
モータMa,Mbは、プーリ22a,22bをそれぞれ回動させる動力源であり、例えば、ベルト機構または歯車機構からなる減速機構(図示せず)を介在させてプーリ22a,22bを回動させるようになっている。
上下スイッチ23aは、一方がモータMaに電気的に接続され、他方が制御部24を介して溶接機5に電気的に接続されている。
左右スイッチ23bは、一方がモータMbに電気的に接続され、他方が制御部24を介して溶接機5に電気的に接続されている。
スプール4は、溶接ワイヤWを巻回したボビン状のものである。このスプール4に巻回された溶接ワイヤWは、送給装置3に引っ張られることにより、スプール4を回動させて引き出されるようになっている。
図1に示すように、送給装置3は、前記スプール4に巻回された溶接ワイヤWを溶接トーチ1に送るための装置である。この送給装置3は、溶接ワイヤWを搬送するためのフリクションローラ31と、このフリクションローラ31を回転させるための搬送モータMと、から構成されている。送給装置3の搬送モータMは、溶接機5に設けられた制御装置(図示せず)に電気的に接続されている。
なお、送給装置3の溶接ワイヤWは、コンタクトチューブ16およびコンタクトチップ14を介してトーチ本体11内に送り込まれるようになっている。
溶接機5は、母材Pと接合部材D1,D2とを溶接するためのアーク放電を発生させる電力を溶接トーチ1の溶接ワイヤWに供給する装置であり、不図示の制御装置と溶接電源とを備えている。この溶接機5には、コンタクトチップ14を介して溶接ワイヤWに電気的に接続された溶接ケーブル6と、母材Pに電気的に接続された接地ケーブル7と、が接続されている。
なお、溶接機5は、送給装置3の搬送モータMやボンベBのバルブに電気的に接続されていて、溶接ワイヤWやシールドガスの供給をコントロールできるようになっている。
図1に示すように、ボンベBは、溶接ワイヤWの先端から発生されるアークの周囲に送られるシールドガスを充填した容器である。このボンベBは、先端部が溶接トーチ1に内設されたガス通路12c(図3および図4参照)に連通するガスチューブBaが接続されて、ボンベB内のシールドガスが、ガスチューブBaを介して溶接トーチ1に送られるようになっている。
また、ガスチューブBa、および溶接ワイヤWは、溶接機5を経由して溶接ケーブル6と共に不図示のチューブ内を通って供給されるようにしてもよい。
次に、図2〜図4を参照して溶接トーチ1を説明する。
図2は、本発明の実施形態に係る溶接トーチを示す要部概略図である。
図2に示す溶接トーチ1は、中央部に溶接ワイヤWを備えて、ボンベB(図1参照)内のシールドガスを吹き付けながら溶接を行うためのものであり、溶接ガンとも言われている。この溶接トーチ1は、溶接ワイヤWを挿通したコンタクトチップ14と、このコンタクトチップ14を内設したトーチ本体11と、コンタクトチップ14より先端側に配置されたノズル13と、を有している。そのほか溶接トーチ1は、溶接ワイヤWに給電するための導電性金属からなるパイプ状のコンタクトチューブ16と、トーチ本体11とノズル13との間の可撓部1aに設けられた屈曲可能なフレキシブルパイプ12(図3および図4参照)と、このフレキシブルパイプ12内に挿通された屈曲用ケーブル21と、この屈曲用ケーブル21を進退させてフレキシブルパイプ12を屈曲させる駆動機構2(図1参照)と、を備えている。
なお、溶接トーチ1は、溶接ロボットなどの自動溶接機に取り付けられるものであっても、手動的に溶接するときの取手となるものであってもよい。
図2に示すように、トーチ本体11は、溶接トーチ1の基体を構成する略円筒状の部材である。このトーチ本体11には、コンタクトチューブ16と、コンタクトチップ14と、溶接ワイヤWと、駆動機構2の屈曲用ケーブル21と、ガス通路(図示せず)とが設けられている。トーチ本体11の先端側には、フレキシブルパイプ12と外筒15とが連結されている。
コンタクトチップ14は、溶接トーチ1に内設され、溶接機5に電気的に接続されたコンタクトチューブ16の先端に設置された交換可能な部材である。このコンタクトチップ14およびコンタクトチューブ16内には、溶接ワイヤWが供給可能に挿通されている。
図3および図4に示すように、フレキシブルパイプ12は、ノズル13の向きを変更可能な状態にするために、トーチ本体11の先端に配置された屈曲可能なパイプ状の部材からなる。フレキシブルパイプ12は、例えば、曲げ方向に可撓性を有するフレキシブルな絶縁性合成樹脂によって形成されている。このフレキシブルパイプ12は、基端部をトーチ本体11(図2参照)に螺着し、先端部にノズル13を螺着されて、トーチ本体11およびノズル13から結合・分離できるようになっている。
図3に示すように、このフレキシブルパイプ12には、溶接ワイヤ通路12dが設けられた中心側パイプ12aと、この中心側パイプ12aの外周部に配置された外側パイプ12bとを二重に配設してなる。
図4に示すように、フレキシブルパイプ12の先端部には、絶縁性および耐熱性を有し、溶接ワイヤWを支持するガイド13aが設けられている。
ここで、4フッ化エチレン樹脂とは、例えば、テフロン(登録商標)等からなり、耐熱性、耐寒性、耐薬品性、耐蝕性、非粘着性、低摩擦特性、電気特性、不燃性等の物性を兼ね備えた材料である。なお、このような物性を備えるものであれば、他のフッ素樹脂でもよい。
図4に示すように、ノズル13は、先端部中央に溶接ワイヤWを突出して、この溶接ワイヤWの周囲からシールドガスを噴射するものであり、外筒15の先端部外周に着脱自在に螺着されている。ノズル13は、セラミック等の耐熱性を有する絶縁体からなる略筒状の部材であり、基端側の開口部内に形成された雌ねじ状のねじ部13bが、外筒15の雄ねじ状のねじ部15bに螺合されている。ノズル13内には、中央部に、溶接ワイヤWが挿通される溶接ワイヤ通路13cを穿設して支持するガイド13aが一体形成され、このガイド13aの周囲に、シールドガスを噴射する噴射口13dが形成されている。
図5(a)、(b)に示すように外筒15は、多数の金属製の短管15aを自在継手構造によって蛇腹状に連設して屈曲可能した自在曲管からなる。この外筒15は、内設したフレキシブルパイプ12と共に屈曲用ケーブル21の移動によって屈曲するようになっている。外筒15は、基端部がトーチ本体11(図2参照)に固定され、先端部がノズル13(図4参照)に固定されている。
次に、図1〜図5を参照しながら溶接トーチ1の動作と共に、この溶接トーチ1で溶接するときの接合作業について説明する。
また、溶接トーチ1は、トーチ本体11とノズル13との間に配設したフレキシブルパイプ12および外筒15が、駆動機構2によって上下左右の屈曲用ケーブル21A〜21Dを進退させることによって四方八方へ自由に湾曲させることができる。
このため、溶接トーチ1は、溶接作業時に接合部材D1,D2および母材Pと干渉することが防止できる。その結果、このような相互の干渉等により、溶接システムSによる溶接作業の中断が回避されるので、溶接作業の効率を向上させることができる。
次に、図6〜図9を参照しながら前記母材Pおよび接合部材D1,D2の具体例として、サブフレーム8に溶接されるブラケット9A,9B,9Cを挙げて説明する。
図6は、本発明の実施形態に係る溶接トーチによって溶接した自動車用のサブフレームを示す斜視図である。図7は、図6の矢視X方向から見たブラケットの要部拡大斜視図である。図8は、図6の矢視Y方向から見たブラケットの要部拡大斜視図である。図9は、図6の矢視Z方向から見たブラケットの要部拡大斜視図である。
まず、図6を参照しながら前記母材Pとしてのサブフレーム8を説明する。
図6に示すように、自動車に搭載されるサブフレーム8には、形状がそれぞれ相違する複数のブラケット9A,9B,9Cがそれぞれ溶接されている。このサブフレーム8は、前記母材Pに相当する部材であって井桁状の金属フレームからなり、前記接合部材D1,D2としてのブラケット9A〜9C等を介在して不図示のサスペンションペンやエンジンを支持している。
次に、図7を参照しながら図2で示した接合部材D1,D2としてのブラケット9Aを説明する。
図7に示すブラケット9Aは、サブフレーム8の前側上面に溶接される金属製板部材であって、背面視して略直角三角形の2つの接合部材9Aa,9Abを、比較的狭い間隔L1で対向させて配置してなる。この接合部材9Aa,9Abをサブフレーム8に溶接する溶接部9Ac,9Adは、互い対向する下側角部(図7の太線で示す部分)である。接合部材9Aa,9Abは、高さH1が間隔L1より長く、溶接部9Ac,9Adの長さも間隔L1より長く形成されて、溶接部9Ac,9Ad間が狭くなっている。このため、溶接部9Ac,9Adを溶接する溶接作業は、行い難くなっている。
図8に示すブラケット9Bは、サブフレーム8の左後側上面に溶接される金属製板部材であって、側面視および正面視して共に略四角形に形成されている。このブラケット9Bは、左側に四角形に形成された開口部9Bbを有し、この開口部9Bbの周辺部位が補強用板部材8aによって覆われている。この場合、ブラケット9Bをサブフレーム8に溶接する溶接部9Baは、開口部9Bb内のコ字状の角部である。ブラケット9Bの溶接部9Baは、周囲がブラケット9Bの内壁によって覆われて、開口部9Bb内に配置されていることにより、左右の内壁間L2が狭く、サブフレーム8から内天井面までの高さH2が低い状態になっている。
図9に示すブラケット9Cは、サブフレーム8の左前側上面に溶接される金属製板部材であって、側面視して略コ字状に形成されている。このブラケット9Cは、下側に略四角形の舌片9Cbを有し、この舌片9Cbの左側半分が補強用板部材8bによって覆われている。この場合、ブラケット9Cをサブフレーム8に溶接する溶接部9Caは、高さH3の部位を舌片9Cb側に折曲した補強用板部材8bの折曲部8cによって覆われている。ブラケット9Cの溶接部9Caは、周囲が折曲部8cによって覆われて隠れた状態になっているため、溶接作業が行い難くなっている。
図7〜図9に示すように、サブフレーム8に各ブラケット9A〜9Cを溶接する溶接部9Ac,9Ad,9Ba,9Caが、ブラケット9A〜9Cや補強用板部材8bによって隠れた狭隘な状態になっている場合であっても、溶接トーチ1の先端部分が適宜に屈曲可能となっていることにより、溶接することができる。
例えば、外筒15は、フレキシブル成型された金属製のパイプを屈曲自在に形成したものであってもよい。なお、外筒15は、屈曲自在なパイプ状のものでればよく、例えば、金属製のコルゲート管や、螺旋状に巻回したフレキシブルな金属管等であってもよい。
また、溶接ワイヤWは、溶接トーチ1の中央部分に設置した溶接棒であってもよい。
2 駆動機構
11 トーチ本体
12 フレキシブルパイプ
12a 中心側パイプ
12b 外側パイプ
12c ガス通路
12d 溶接ワイヤ通路
13 ノズル
13a ガイド
14 コンタクトチップ
15 外筒
21,21A,21B,21C,21D 屈曲用ケーブル
W 溶接ワイヤ
Claims (6)
- 溶接ワイヤを挿通したコンタクトチップと、このコンタクトチップを内設したトーチ本体と、前記コンタクトチップより先端側に配置されたノズルと、を有する溶接トーチであって、
前記トーチ本体と前記ノズルとの間に設けられた屈曲可能なフレキシブルパイプと、
このフレキシブルパイプに内設された屈曲用ケーブルと、
この屈曲用ケーブルを進退させてフレキシブルパイプを屈曲させる駆動機構と、を備えたことを特徴とする溶接トーチ。 - 前記フレキシブルパイプには、前記溶接ワイヤを挿通する溶接ワイヤ通路が設けられ、
前記溶接ワイヤ通路は、フッ素樹脂から形成されていることを特徴とする請求項1に記載の溶接トーチ。 - 前記フレキシブルパイプは、前記溶接ワイヤ通路が設けられた中心側パイプと、この中心側パイプの外周部に配置された外側パイプとを二重に配設してなり、
前記中心側パイプと前記外側パイプとの間には、シールドガスを供給するためのガス通路が形成されていることを特徴とする請求項2に記載の溶接トーチ。 - 前記フレキシブルパイプの先端部には、絶縁性および耐熱性を有し、前記溶接ワイヤを支持するガイドを設けたことを特徴とする請求項1ないし請求項3のいずれか1項に記載の溶接トーチ。
- 前記駆動機構は、前記フレキシブルパイプの長手方向に沿って設けられた1対の前記屈曲用ケーブルを押し引きして屈曲させることを特徴とする請求項1ないし請求項4のいずれか1項に記載の溶接トーチ。
- 前記外側パイプは、基端部を前記トーチ本体に固定し、先端部を前記ノズルに固定した金属製の屈曲自在な外筒によって覆われていることを特徴とする請求項1ないし請求項5のいずれか1項に記載の溶接トーチ。
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