JP2015128790A - 複数電極の溶接トーチ - Google Patents

Abstract

【課題】 複数電極を備える溶接トーチによる溶接の、溶接スタート,エンド時のビード不具合を防止する。【解決手段】 トーチの中心軸に平行に延びる略平板状の絶縁部材１ａ，１ｂ；それぞれに電極収納空間およびそれに連なるノズルがあって、該絶縁部材を間において対向する第１および第２チップ基体２ａ，２ｂ；各チップ基体の電極配置空間に進入した第１および第２非消耗電極１２ａ，１２ｂ：および、前記絶縁部材を挟んだ第１および第２チップ基体を該絶縁部材と共に一体に支持する絶縁体である枠体１８：を備える。絶縁ブロックを貫通してチップ基体にねじ２４，２５をねじ込んで、絶縁ブロックにチップ基体を固定。又は、枠体１８をトーチ外筒２０の先端に着脱可に結合する固定具２２ａ，２２ｂで固定。【選択図】 図１

Description

本発明は、1つのトーチに複数電極を備える溶接トーチに関する。

従来の１トーチによるプラズマアーク溶接では、キーホール溶接を高速化すると、ビード形状が、中央部が盛り上がった凸形状で縁部が下がったアンダーカットができるため、高速化が難しい。２本トーチによるワンプール高速化もあるが、ワンプールとするにはトーチ同士を大きく傾けなければならず、引き合うアーク力と傾けたことによる磁気吹きで、アークが乱れやすく、不安定であった。

これを改善するために本出願人は１個のインサートチップに２個又は３個のノズルと各ノズルに連通する電極配置空間を形成して２個又は３個の非消耗電極で形成するプラズマアークでワークの複数点に同時に溶接加工を施すプラズマトーチを提供した（例えば特許文献１，２）。特許文献２には、２個の非消耗電極でプラズマアークを、さらに１個の非消耗電極でＴＩＧアークを生成する、プラズマ溶接とＴＩＧ溶接を同時に溶接加工する３電極トーチも提示した。特許文献３には、２個のノズル部材を1つのインサートチップに脱着可に装備するプラズマトーチを提示した。これらの複数電極トーチは、２個又は３個の電極配置空間と、同一直径線上に分布し各電極配置空間にそれぞれが連通し前記直径線と平行な溶接線に対向して開いた２個又は３個のノズルと、を備えるインサートチップ、および、該チップを装備し各電極配置空間に各非消耗電極を挿入したプラズマトーチあるいはプラズマ・ＴＩＧ混成トーチである。

これらの、複数電極を備える溶接トーチによれば、複数のアークで１つの溶融プールを形成する、ワンプール複数アークの溶接をすることができる。プラズマアークの横断面は、溶接の進行方向（ｙ）に長細い熱源となるため、熱量に対するビード幅（ｘ方向）は狭く抑えられ、高速化しても、高温割れが発生しない。また、ワンプール複数アークとすることで、表ビードを平らにすることができる。溶接の進行方向のアーク間隔が狭いため、短い溶接長のワーク（母材：溶接対象材）でも、同一パスでの溶接が可能であり、高速化ができる。また、アーク間隔が狭いため、後行アークは先行アークによる溶融プールを加熱するので、低入熱の後行溶接が可能である。

特開２０１１− ５０９８２号公報 特開２０１１−２２４５８７号公報 特開２０１２−１５７８６８号公報

ところが複数電極を備える溶接トーチの、上述の複数アークによる短距離複数点の同時溶接では、第１チップ基体（２ａ）および第２チップ基体（２ｂ）が一体形で電気的に同電位であることから、第１ノズル部材（７ａ）および第２ノズル部材（７ｂ）も同電位であるため、アークスタート部で一時的に第１ノズル部材（７ａ）を流れる先行アーク電流がアップする現象が起こり、幅広ビードやビードの溶け落ちが発生することがある。

これは、先行アークが発生している状態で後行アークを発生させた瞬間（着火電流〜溶接電流まで上昇する間）、後行アークの電圧は先行アークの電圧よりも２〜４Ｖ程高くなり、この差分によって、後行アーク電流が２０〜３０Ａ程減少して先行アーク電流にその分が加算されるためである。なお、後行アーク電流が定常電流になると、先行アークおよび後行アークがほぼ同電圧となるので、この現象は消滅する。

本発明は、複数電極を備える溶接トーチによる溶接の、溶接スタート,エンド時のビード不具合を防止することを目的とする。

（１）トーチの中心軸に平行に延びる略平板状の絶縁部材(1a,1b)；
それぞれに電極収納空間およびそれに連なるノズルがあって、該絶縁部材を間において対向する第１チップ基体(2a)および第２チップ基体(2b)；
各チップ基体の前記電極配置空間に進入した第１非消耗電極(12a)および第２非消耗電極(12b)：および、
前記絶縁部材(1a,1b)を挟んだ第１チップ基体(2a)および第２チップ基体(2b)を該絶縁部材と共に一体に支持する絶縁体である枠体(18)：
を備えることを特徴とする、複数電極を備える溶接トーチ。

なお、理解を容易にするために括弧内には、図面に示し後述する実施例の対応又は相当要素の記号もしくは対応事項を、例示として参考までに付記した。以下も同様である。

従来の、複数ノズルが開いた１個のチップ基体を介しての着火（アーク発生）電極から消火（アーク非発生）電極への電流リークは、本発明ではチップ基体が分割されて絶縁部材(1a,1b)で相互が絶縁されていて発生しないので、溶接スタートおよびエンド時のビード不具合を防止することができる。

（１ａ）は本発明の複数電極を備える溶接トーチの第１実施例であるプラズマトーチの縦断面図、（１ｂ）は該溶接トーチの上端の平面図、（１ｃ）は下端の底面図である。 （２ａ）は図１の（１ｂ）の２Ａ−２Ａ線縦断面図、（２ｂ）は２Ｂ−２Ｂ線断面図である。 （３ａ）は図1に示す第１ヘッドＨａの正面図、（３ｂ）は第２ヘッドＨｂの正面図である。 （４ａ１）は図１の（１ａ）に示す、第１チップ基体２aの拡大断面図、（４ａ２）は拡大平面図、（４ａ３）は拡大底面図、（４ａ４）は（４ａ２）の４Ａ４−４Ａ４線断面図である。（４ａ５）は（４ａ１）の右側面図、（４ａ６）は（４ａ１）の左側面図である。 （５ａ１）は図１の（１ａ）に示す第１絶縁ブロック９aの拡大断面図、（５ａ２）は拡大平面図、（５ｂ１）は図１の（１ａ）に示す第１ノズル部材７ａの拡大断面図、（５ｂ２）は拡大底面図である。（５ｃ１）は図１の（１ａ）に示す電極台間絶縁板１ｂの平面図、（５ｃ２）は左側面図である。（５ｄ１）は図１の（１ａ）に示すチップ間絶縁板１ａの平面図、（５ｄ２）は左側面図である。（５ｅ１）は図１の（１ａ）に示す枠体１８の平面図、（５ｅ２）は縦断面図、（５ｅ３）は横断面図である。 （６ａ）は図１の（１ａ）および図３の（３ａ）に示す第２ヘッドＨｂを左右反転して装備した１使用態様を示す縦断面図、（６ｂ）は第１ヘッドＨａも左右反転して装備したもう1つの使用態様を示す縦断面図である。 （７ａ）は本発明の第２実施例であるプラズマトーチの縦断面図、（７ｂ）は該溶接トーチの上端の平面図である。 （８ａ）は図７の（７ｂ）の８Ａ−８Ａ線縦断面図、（８ｂ）は８Ｂ−８Ｂ線断面図である。 （９ａ）は図７に示す第１ヘッドＨａの正面図、（９ｂ）は第２ヘッドＨｂの正面図である。 （１０ａ１）は図７の（７ａ）に示す、第１チップ基体２aの拡大断面図、（１０ａ２）は拡大平面図、（１０ａ３）は拡大底面図、（１０ａ４）は（１０ａ２）の１０Ａ４−１０Ａ４線断面図である。（１０ｂ１）は図７の（７ａ）に示す第２チップ基体２ｂの拡大断面図、（１０ｂ２）は拡大平面図、（１０ｂ３）は拡大底面図、（１０ｂ４）は（１０ｂ２）の１０Ｂ４−１０Ｂ４線断面図である。 （１１ａ１）は図７の（７ａ）に示す第１絶縁ブロック９aの拡大断面図、（１１ａ２）は拡大平面図、（１１ｃ１）は図７の（７ａ）に示す電極台間絶縁板１ｂの平面図、（１１ｃ２）は左側面図である。（１１ｄ１）は図７の（７ａ）に示すチップ間絶縁板１ａの平面図、（１１ｄ２）は左側面図である。（１１ｅ１）は図７の（７ａ）に示す枠体１８の平面図、（１１ｅ２）は縦断面図、（１１ｅ３）は横断面図である。 （１２ａ）は図７の（７ａ）および図９の（９ａ）に示す第１ヘッドＨａを左右反転して装備した１使用態様を示す縦断面図、（１２ｂ）は第２ヘッドＨｂも左右反転して装備したもう1つの使用態様を示す縦断面図である。 本発明の第３実施例であるプラズマトーチの縦断面図である。 図１３に示す第１ヘッドＨａの、図１３紙面と直交する縦断面図である。 （１５ａ１）は図１３に示す、第１チップ基体２aの拡大断面図、（１５ａ２）は拡大平面図、（１５ａ３）は拡大底面図、（１５ａ４）は（１５ａ２）の１５Ａ４−１５Ａ４線断面図である。（１５ｂ１）は図１３に示す第２チップ基体２ｂの拡大断面図、（１５ｂ２）は拡大平面図、（１５ｂ３）は拡大底面図、（１５ｂ４）は（１５ｂ２）の１５Ｂ４−１５Ｂ４線断面図である。 （１６ａ１）は図１３および図１４に示す給電台２８ａの縦断面図、（１６ａ２）は平面図、（１６ａ３）は（１６ａ２）の１６Ａ３−１６Ａ３線断面図、（１６ｃ１）は図１３に示す電極台間絶縁板１ｂの平面図、（１６ｃ２）は左側面図である。（１６ｄ１）は図１３に示すチップ間絶縁板１ａの平面図、（１６ｄ２）は左側面図である。 （１７ａ）は図１３に示す第１ヘッドＨａを左右反転して装備した１使用態様を示す縦断面図、（１７ｂ）は第２ヘッドＨｂも左右反転して装備したもう1つの使用態様を示す縦断面図である。

（２）前記第１および第２チップ基体(2a,2b)の、前記絶縁部材(1a)に対向する面に、シールドガスをチップ基体側面に沿ってトーチ先端に流す通流溝(29a,29b)がある、上記（１）に記載の、複数電極を備える溶接トーチ（図３）。

これによれば、第１，第２チップ基体(2a,2b)の間隙となる通流溝(29a,29b)をシールドガスが流下して電離ガスを吹き飛ばすので、第１，第２チップ基体(2a,2b)間の絶縁分離機能が高く、プラズマアーク発生電極（着火電極）から第１，第２チップ基体(2a,2b)を介しての、プラズマアーク非発生電極（消火電極）直下への電流リークを遮断する効果が高い。

（３）前記第１および第２チップ基体(2a,2b)の、前記枠体(18)に対向する側面に、シールドガスをチップ基体側面に沿ってトーチ先端に流す通流溝(29c,29d)がある、上記（１）又は（２）に記載の、複数電極を備える溶接トーチ（図３）。

これによれば、第１，第２チップ基体(2a,2b)の側面の通流溝(29c,29d)をシールドガスが流下するので、トーチヘッド部のシールド効果が高い。

（４）前記絶縁部材(1a)のチップ基体に対向する面に、シールドガスをチップ基体側面に沿ってトーチ先端に流す通流溝(1c)がある、上記（１）に記載の、複数電極を備える溶接トーチ（図１１の（１１ｄ１））。

これによれば、第１，第２チップ基体(2a,2b)の間隙をシールドガスが流下して電離ガスを吹き飛ばすので、第１，第２チップ基体(2a,2b)間の絶縁分離機能が高く、プラズマアーク発生電極（着火電極）から第１，第２チップ基体(2a,2b)を介しての、プラズマアーク非発生電極（消火電極）直下への電流リークを遮断する効果が高い。

（５）前記枠体(18)の、第１，第２チップ基体(2a,2b)の側面に接する内面には、シールドガスをチップ基体の側面に沿ってトーチ先端に流す多数の溝(19)がある、上記（１）又は（２）に記載の、複数電極を備える溶接トーチ（図１１の（１１ｅ１））。

（６）第１非消耗電極(12a)は、第１電極台(11a)，第１絶縁ブロック(9a)および第１チップ基体(2a)をこの順に貫通し；第２非消耗電極(12b)は、第２電極台(11b)，第２絶縁ブロック(9b)および第２チップ基体(2b)をこの順に貫通し；第１および第２チップ基体(2a,2b)に、前記枠体(18)がねじ留め(26)された；上記（１）に記載の、複数電極を備える溶接トーチ（図２の（２ａ））。

（７）第１および第２絶縁ブロック(9a,9b)がトーチ外筒(20)にねじ留め(23)され；第１および第２電極台(11a,11b)ならびに第１および第２絶縁ブロック(9a,9b)を貫通し第１および第２チップ基体(2a,2b)に螺合するねじ(24,25)の締付けによって、第１電極台(11a)，第１絶縁ブロック(9a)および第１チップ基体(2a)が一体に固着され、かつ、第２電極台(11b)，第２絶縁ブロック(9b)および第２チップ基体(2b)が一体に固着された；上記（６）に記載の、複数電極を備える溶接トーチ（図１の（１ｂ），図２の（２ａ））。

（８）前記枠体(18)をトーチ外筒(20)の先端に着脱可に結合する固定具(22a,22b)；を備える上記（１）に記載の、複数電極を備える溶接トーチ（図７の（７ａ），図１３）。

（９）第１チップ基体(2a)の先端が第２チップ基体(2b)の先端よりも、トーチ先端より突出する方向に突出した、上記（１）に記載の、複数電極を備える溶接トーチ（図１の（１ａ），図７の（７ａ），図１３）。

これによれば、第１チップ基体(2a)および第１非消耗電極(12a)を主要素とする第１ヘッド(Ha)を先行溶接に、第２チップ基体(2b)および第２非消耗電極(12b)を主要素とする第２ヘッド(Hb)を後行溶接に定めて、第１および第２チップ基体(2a,2b)の先端を結ぶ仮想線が溶接対象材（母材）の表面に平行になるようにトーチ姿勢を設定することにより、溶接トーチが、後行方向に傾斜した前進角となる。先行ノズル(8a)および後行ノズル(8b)と母材の距離が等しく、該距離（母材に対するトーチの距離）の設定が容易である。

（１０）第１チップ基体(2a)のトーチ軸方向の長さが第２チップ基体(2b)より長い、上記（９）に記載の複数電極を備える溶接トーチ。

トーチ外筒(20)内の第１および第２のチップ基体(2a,2b)の上端を同一位置にすると、第１チップ基体(2a)の先端が第２チップ基体(2b)の先端よりも、トーチ先端より突出する方向に突出するので、溶接トーチを、後行方向に傾斜した前進角とし、先行ノズル(8a)および後行ノズル(8b)と母材の距離を容易に等しく設定できる。

（１１）第１チップ基体(2a)および第２チップ基体(2b)は、中央に前記ノズル(8a,8b)が開いた笠部，該笠部に連続する幹部および該幹部の内空間である前記電極収納空間がある第１ノズル部材(7a)および第２ノズル部材(7b)を含む、上記（１）に記載の、複数電極を備える溶接トーチ（図１の（１ａ），図７の（７ａ），図１３）。

高熱によりノズル部材の下端のノズル部分が変形又は熔損したとき、該ノズル部材を新品と取り替えて、チップ基体はそのまま使用して、メンテナンスコストを安くすることができる。

（１２）前記幹部に雄ねじ(30a,30b)があり、前記チップ基体(2a,2b)の雌ねじ穴への前記ノズル部材(7a,7b)のねじ込みによって前記ノズル部材の笠部(7a,7b)が前記チップ基体(2a,2b)の先端面に圧接した；上記（１１）に記載の、複数電極を備える溶接トーチ（図１の（１ａ），図７の（７ａ））。

（１３）前記幹部に雄ねじ(30a,30b)があり、該雄ねじに螺合する袋ナット(27a,27b)の締込みによって前記ノズル部材の笠部(7a,7b)が前記チップ基体(2a,2b)の先端面に圧接した；上記（１１）に記載の、複数電極を備える溶接トーチ（図１３，図１４）。

（１４）前記笠部(7a,7b)の下向きテーパ面には、笠部(7a,7b)を固定保持して滑りを阻止するための掴み溝(31a,31b)がある；上記（１２）又は（１３）に記載の、複数電極を備える溶接トーチ（図１の（１ｃ），図５の（５ｂ１，５ｂ２））。

（１５）前記枠体(18)の、前記第１および第２チップ基体(2a,2b)を収納する内空間は横断面が４角形であり、第１および第２チップ基体(2a,2b)は、前記枠体(18)に収納される部位が、４角柱形である、上記（１）に記載の、複数電極を備える溶接トーチ。

（１６）第１チップ基体(2a)のトーチ中心軸に平行な基体中心軸より溶接方向に変位した位置に第１ノズル(8a)がある上記（１５）に記載の、複数電極を備える溶接トーチ。

これによれば、第１チップ基体(2a)を中心軸を中心に１８０°廻すことにより、すなわち左右を反転することにより、第１および第２ノズル(7a,7b)間の距離が変わる。２種のノズル間隔の1つを選択できる。

（１７）第２チップ基体(2b)のトーチ中心軸に平行な基体中心軸より溶接方向に変位した位置に第２ノズル(8b)がある上記（１５）又は（１６）に記載の、複数電極を備える溶接トーチ。

これによれば、第２チップ基体(2b)を中心軸を中心に１８０°廻すことにより、すなわち左右を反転することにより、第１および第２ノズル(7a,7b)間の距離が変わる。２種のノズル間隔の1つを選択できる。第１チップ基体(2a)のトーチ中心軸に平行な基体中心軸より溶接方向に変位した位置に第１ノズル(8a)がある態様では、３種のノズル間隔の1つを選択できる。

本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

−第１実施例（図１〜図６）−
図１の（１ａ）に、本発明の複数電極を備える溶接トーチの１実施例であるプラズマトーチの縦断面を示し、図１の（１ｂ）に、（１ａ）に示す溶接トーチの外筒２０の内部を上方から見下ろして示す。図１に示したプラズマトーチは、プラズマ溶接を行う形態のものである。このプラズマトーチのチップ基体は、第１チップ基体２ａと第２チップ基体２ｂに分かれており、両者間に耐熱性のチップ間絶縁板１ａがある。第１および第２チップ基体２ａ，２ｂは、トーチ外筒２０の下方部分に該当する４角枠状の枠体１８、に収納される部位が、４角柱形である。第１チップ基体２ａはトーチ外筒２０の内部の第１絶縁ブロック９ａの下部に固定されている。第１絶縁ブロック９ａの上部には第１電極台１１ａが固定されている。同様に、第２チップ基体２ｂは第２絶縁ブロック９ｂの下部に固定されている。第２絶縁ブロック９ｂの上部には第２電極台１１ｂが固定されている。第１，第２絶縁ブロック９ａ，９ｂ間と第１，第２電極台１１ａ，１１ｂ間に電極台間絶縁板１ｂがある。

各チップ基体２ａ，２ｂには、第１ノズル部材７ａおよび第２ノズル部材７ｂが、その上端の雄ねじを各チップ基体２ａ，２ｂの上端部の雌ねじ穴に下方からねじ込むことによって、装着されている。第１および第２ノズル部材７ａ，７ｂは、中央にノズル８ａ，８ｂが開いた笠部，該笠部に連続する幹部および該幹部の内空間である電極収納空間がある。前記幹部に雄ねじ３０ａ，３０ｂがあり、ノズル基体２ａ，２ｂの雌ねじ穴へのノズル部材のねじ込みによってノズル部材の笠部７ａ，７ｂがチップ基体２ａ，２ｂの先端面に圧接している。笠部７ａ，７ｂの下向きテーパ面には、笠部7a,7bをスパナやペンチなどの工具で固定保持して滑りを阻止するための掴み溝３１ａ，３１ｂがある。

各チップ基体２ａ，２ｂの各ノズル部材７ａ，７ｂの内空間である電極収納空間に、第１，第２センタリングストーン１０ａ，１０ｂで位置決めされた第１，第２タングステン電極（非消耗電極）１２ａ，１２ｂの各先端部が進入し、ノズル基体２ａ，２ｂのノズル８ａ，８ｂに対向している。

第１タングステン電極１２ａは、第１電極台１１ａ，第１絶縁ブロック９ａおよび第１チップ基体２ａをこの順に貫通し、第２タングステン電極１２ｂは、第２電極台１１ｂ，第２絶縁ブロック９ｂおよび第２チップ基体をこの順に貫通し、それぞれ第１電極台１１ａおよび第２電極台１１ｂに電気接続されかつ固定されている。

第１および第２チップ基体２ａ，２ｂに、枠体１８がねじ２６で固定されている（図２の（２ａ））。第１および第２絶縁ブロック９，９ｂがトーチ外筒２０にねじ２３で固定され、第１および第２電極台１１ａ，１１ｂならびに第１および第２絶縁ブロック９ａ，９ｂを貫通し第１および第２チップ基体２ａ，２ｂに螺合するねじ２４，２５の締付けによって、第１電極台１１ａ，第１絶縁ブロック９ａおよび第１チップ基体２ａが一体に固着され、かつ、第２電極台１１ｂ，第２絶縁ブロック９ｂおよび第２チップ基体２ｂが一体に固着されている（図１の（１ｂ），図２の（２ａ））。

第１電極台１１ａには、第１タングステン電極１２ａを覆う第１パイロットガス管１４ａ，第１シールドガス管１５ａ，第１注水管１６ａおよび第１配水管１７ａが接続されている。同様に、第２電極台１１ｂには、第２タングステン電極１２ｂを覆う第２パイロットガス管１４ｂ，第２シールドガス管１５ｂ，第２注水管１６ｂおよび第２配水管１７ｂが接続されている。

図５の（５ａ１）に第１絶縁ブロック９ａの上端面を、（５ａ２）に中央縦断面を示す。第２絶縁ブロック９ｂは第１絶縁ブロック９ａと同一形状である。図２の（２ａ）に示すように、第１電極固定ねじ１３ａで第１タングステン電極１２ａを第１電極台１１ａの壁面に押しつけることにより、第１タングステン電極１２ａは、第１電極台１１ａに固定され電気接続されている。第２タングステン電極１２ｂも同様な形態で第２電極台１１ｂに固定され電気接続されている。第１パイロットガス管１４ａに注入されるパイロットガスは、第１パイロットガス管１４ａから第１電極台１１ａ，第１絶縁ブロック９ａおよび第１チップ基体１ａの流体孔を通って第１ノズル部材７ａの電極収納空間に入り、そして第１ノズル８ａを通ってトーチ先端の下方に流出する。

図２の（２ｂ）に示すように、第１注水管１６ａに注入される冷却水は、第１注水管１６ａから第１電極台１１ａ，第１絶縁ブロック９ａおよび第１チップ基体１ａの水流路を通って第１チップ基体１ａの先端部に至りそして横流路を通り、さらに第１チップ基体１ａ，第１絶縁ブロック９ａおよび第１電極台１１ａの水流路を通り第１配水管１７ａを通してトーチ外に流出する。

同様に、第２パイロットガス管１４ｂに注入されるパイロットガスは、第２パイロットガス管１４ｂから第２電極台１１ｂ，第１絶縁ブロック９ｂおよび第２チップ基体１ｂの流体孔を通って第２ノズル部材７ｂの電極収納空間に入り、そして第２ノズル８ｂを通ってトーチ先端の下方に流出する。第２注水管１６ｂに注入される冷却水は、第２注水管１６ｂから第２電極台１１ｂ，第２絶縁ブロック９ｂおよび第２チップ基体１ｂの水流路を通って第２チップ基体１ｂの先端部に至りそして横流路を通り、さらに第２チップ基体１ｂ，第２絶縁ブロック９ｂおよび第２電極台１１ｂの水流路を通り第２配水管１７ｂを通してトーチ外に流出する。

上述の第１要素群によって第１ヘッドＨａが、第２要素群によって第２ヘッドＨｂが構成されている。図３の（３ａ）には第１ヘッドＨａの外観を、図３の（３ｂ）には第２ヘッドＨｂの外観を示す。

図１を再度参照する。第１ヘッドＨａと第２ヘッドＨｂは４角柱形であり、それらの間に平板状のチップ間絶縁板１ａおよび電極台間絶縁板１ｂを挟んで、一部はトーチ外筒に挿入され、一部はフランジ付４角枠状の枠体１８に挿入されている。電極台１１ａ，１１ｂおよび絶縁ブロック９ａ，９ｂを貫通しチップ基体２ａ，２ｂにねじ込まれたねじ２４，２５の締め込みによってねじ２４，２５が電極台１１ａ，１１ｂおよび絶縁ブロック９ａ，９ｂを締め付け、これにより電極台１１ａ，１１ｂ，絶縁ブロック９ａ，９ｂおよびノズル部材２ａ，２ｂが一体固定である。したがって、トーチ外筒２０に絶縁ブック９ａ，９ｂを留めるねじ２３を外しても、また、基体２ａ，２ｂに枠体１８を留めるねじ２６を外しても、ヘッドＨａ，Ｈｂの、図３に示す組み立て姿勢は崩れない。

再度図１を参照する。枠体１８にはシールドキャップ２１がねじで固定されている。この実施例では、シールドキャップ２１は大要で４角筒型であるが、溶接進行方向で後方（溶接直後箇所）のシールドを長くするために、該後方の上方までひさし２１ｆを伸ばしたものである。

この実施例では、チップ間絶縁版１aの表裏面および枠体１８の内面は平面であり、枠体１８の内面が、第１，第２チップ基体２ａ，２ｂの、シールドガス供給孔６ａ，６ｂに連通し基体２ａ，２ｂを周回する水平リング状に分布する外溝に対向する。チップ基体２ａ，２ｂの、チップ間絶縁版１aおよび枠体１８に対抗する側面には、図３および図４に示すように、縦方向（垂直方向）に延びる多数の溝１９ａ〜ｄが刻まれている。

図４に示すように、第１，第２チップ基体２ａ，２ｂには、第１，第２ノズル部材通し穴３ａ，３ｂ、第１，第２排水孔４ａ，４ｂ、第１，第２注水孔５ａ，５ｂ、および、第１，第２シールドガス供給孔６ａ，６ｂがある。第１，第２シールドガス管１５ａ，１５ｂに供給されるシールドガスは、第１，第２シールドガス供給孔６ａ，６ｂを通り、基体２ａ，２ｂを周回する外溝に出て、そして枠体１８の内面に対向する多数の溝２９ｃ，２９ｄを通ってシールドキャップ２１の内部に噴出する。このシールドガス流は第１，第２チップ基体２ａ，２ｂの外周面に沿って流下してシールドキャップ２１の先端開口から母材に向けて流出する。チップ基体２ａ，２ｂの、チップ間絶縁板１ａに対向する多数の通流溝２９ａ，２９ｂ（図３）を通ったシールドガスは、第１，第２チップ基体２ａ，２ｂの間隙を流下して電離ガスを吹き飛ばすので、第１，第２チップ基体２ａ，２ｂ間の絶縁分離機能が高い。

第１ノズル部材通し穴３ａには、図５の（５ｂ１）および（５ｂ２）に示す第１ノズル部材７ａが挿入されている（図１の（１ａ））。第１ノズル部材７ａの先端（下端）には、中央にノズル８ａが開いた笠部，該笠部に連続する幹部および該幹部に連続する雄ねじ部があって、前記幹部と雄ねじ部の間にシール材であるＯリング（図１の（１ａ））があり、内部にノズル８ａに連通する電極配置空間がある。

第２チップ基体２ｂの背丈（トーチ中心軸が延びる方向の長さ）は、第１チップ基体２ａの背丈よりも短いが、第２ノズル部材２ｂは第1ノズル部材と同一寸法である。これにより、図１の（１ａ）に示すように、第１チップ基体２ａのノズル部材７ａの先端が第２ノズル部材２ｂのノズル部材７ｂの先端よりも、下方に突出している。シールドキャップ２１の下端縁は、ノズル８ａ，８ｂが位置する仮想平面に平行であるので、傾斜している。これにより、第１ヘッドＨａを先行溶接に、第２ヘッドＨｂを後行溶接に定めて、第１および第２ノズル７ａ，７ｂが位置する仮想平面が溶接対象材の表面に平行になるようにトーチ姿勢を設定することにより、溶接トーチを、後行方向に傾斜した前進角姿勢とすることができる。先行ノズル８ａおよび後行ノズル８ｂと母材の距離を等しく設定することができ、また前進角を調整して少々異なった距離に設定することもできる。

第１，第２ノズル部材通し穴３ａ，３ｂの中心軸は、第１，第２チップ基体２ａ，２ｂの中心軸（チップ基体の上端部（最大幅）の中間点を通る垂直線）よりも右に（第１チップ基体２ａの場合）あるいは左に（第２チップ基体２ｂの場合）ずれているので、図１の（１ａ）に示す第１ノズル部材７ａおよび第２ノズル部材７ｂが、チップ基体２ａ，２ｂに対して同様にずれており、ノズル部材７ａ，７ｂの中心軸上にあるノズル８ａ，８ｂ間距離は短い。このノズル間距離をやや長く設定するには、第１ヘッドＨａまたは第２ヘッドＨｂを、図３に示す配置から、中心軸（縦軸）を中心に１８０°廻す。すなわち裏返す。これによりノズル８ａ，８ｂ間距離が少し長くなる。図６の（６ａ）には第２ヘッドＨｂを上記のように裏返した形態を示す。第１ヘッドＨａの方を裏返してもよい。第１ヘッドＨａを裏返すとともに第２ヘッドＨｂも裏返した形態を、図６の（６ｂ）に示す。この形態ではノズル８ａ，８ｂ間距離が最も長い。

図１を再度参照する。図示しない各パイロット電源により各タングステン電極１２ａ，１２ｂと各チップ基体２ａ，２ｂとの間にパイロットアークを発生させて、電極１２ａ，１２ｂと溶接対象材（母材）の間に、電極側が負で母材側が正のプラズマアーク電流を流す、溶接方向で先行の電極１２ａに給電するプラズマ電源（本溶接又は予熱用）および溶接方向で後行の電極１２ｂに給電するプラズマ電源（なめ付け溶接又は本溶接用）により、溶接アーク（プラズマアーク）を発生させると、プラズマアーク電流が各電極１２ａ，１２ｂと母材の間に流れて、１プール２アーク溶接が実現する。この溶接態様では、電極１２ａのプラズマアークによる本溶接又は予熱と、電極１２ｂによるなめ付け溶接又は本溶接とが行われる。すなわち、先行する電極１２ａで本溶接又は予熱で生成した溶融プールに後行する電極１２ｂでなめ付け溶接又は本溶接のプラズマアークが当たって、例えばキーホール溶接で形成される溶融プールを後方に送り、キーホール溶接で形成される溶融ビードを後行のなめ付け溶接が均す。これにより、母材表面と滑らかにつながるなめ付け溶接ビードとなる。例えば３ｍｍ未満の薄板の場合は、キーホール溶接が不可能なため、先行の溶接又は予熱によりビードが形成され、これが後行のなめ付け溶接により、滑らかなビードに変わる。従来のように、大電流ワンプール広幅溶接をするのとは違い、先行，後行ともそれぞれの機能に分け、必要最小限の低い電流で、ビード幅の狭い高速溶接ができる。また、先行アークを予熱として使い、後行アークで本溶接を行う方法でも高速化はできる。

−第２実施例（図７〜図１２）−
図７の（７ａ）に、本発明の複数電極を備える溶接トーチの第２実施例であるプラズマトーチの縦断面を示し、図７の（７ｂ）に、（１ａ）に示す溶接トーチの外筒２０の内部を上方から見下ろして示す。図７に示したプラズマトーチも、プラズマ溶接を行う形態のものである。第２実施例のプラズマトーチの構造の大部分は、上述の図１に示す第１実施例と同様であるが、第２実施例では、第１ヘッドＨａと第２ヘッドＨｂは、平板状のチップ間絶縁板１ａおよび電極台間絶縁板１ｂを挟んで、フランジ付４角枠状の枠体１８に挿入されて下支持され、そして４角筒状のトーチ外筒２０に挿入されている。上端が枠体１８のフランジに当るシールドキャップ２１に、第１および第２吊り下げフック２０ａ，２０ｂがあり、トーチ外筒２０に装備した、着脱可の固定具である第１および第２アジャストファスナー２２ａ，２２ｂの吊り上げリングがフック２０ａ，２０ｂに係合してそれらを吊り上げている。これにより、枠体１８がトーチ外筒２０に押し付けられて固定されている。この状態では、枠体１８の内面が、第１，第２チップ基体２ａ，２ｂの、シールドガス供給孔６ａ，６ｂに連通し基体２ａ，２ｂを周回する水平リング状に分布する外溝に対向する。枠体１８の該内面には、図１１の（１１ｅ１），（１１ｅ２），（１１ｅ３）に示すように、縦方向（垂直方向）に延びる多数の溝１９が刻まれている。また、（１１ｄ１），（１１ｄ２）に示すように、チップ間絶縁板１ａの、上記周回外溝に下方で接する位置に縦方向に延びる多数の突条が形成され、突条間が溝１ｃとなっている。すなわち、シールドガスをシールドキャップ２１内に吹き込むシールドガス通流溝１ｃ，１９が、ノズル基体２ａ，２ｂではなく、チップ間絶縁版１ａの表裏面と枠体１８の内表面に形成されている。

図７の（７ａ）に示されるアジャストファスナー２２ａ，２２ｂは、上端の略「く」の字形のレバーを引き起こすことにより、吊り上げリングをフック２０ａ，２０ｂから外して、枠体１８をトーチ外筒２０から分離することができる。すなわち、固定具であるアジャストファスナー２２ａ，２２ｂが、ノズル基体２ａ，２ｂを固着した枠体１８を、トーチ外筒２０に対して着脱可に結合している。

また、第１実施例と同様に、絶縁ブロック９ａ，９ｂをトーチ外筒２０にねじで止めてもよい。その場合、枠体１８およびシールドキャップ２１がアジャストファスナー２２ａ，２２ｂにより、トーチ外筒２０に対して着脱可に結合される。

第２実施例でも、第２チップ基体２ｂの背丈（トーチ中心軸が延びる方向の長さ）は、第１チップ基体２ａの背丈よりも短いが、第２ノズル部材２ｂは第１ノズル部材２ａと同一寸法である。これにより、図７の（７ａ）に示すように、第１チップ基体２ａのノズル部材７ａの先端が第２ノズル部材２ｂのノズル部材７ｂの先端よりも、下方に突出している。シールドキャップ２１の下端縁は、ノズル８ａ，８ｂが位置する仮想平面に平行であるので、傾斜している。これにより、第１ヘッドＨａを先行溶接に、第２ヘッドＨｂを後行溶接に定めて、第１および第２ノズル７ａ，７ｂが位置する仮想平面が溶接対象材の表面に平行になるようにトーチ姿勢を設定することにより、溶接トーチを、後行方向に傾斜した前進角姿勢とすることができる。先行ノズル８ａおよび後行ノズル８ｂと母材の距離を等しく設定することができ、また前進角を調整して少々異なった距離に設定することもできる。

第１，第２ノズル部材通し穴３ａ，３ｂの中心軸は、第１，第２チップ基体２ａ，２ｂの中心軸（チップ基体の上端部（最大幅）の中間点を通る垂直線）よりも右に（第１チップ基体２ａの場合）あるいは左に（第２チップ基体２ｂの場合）ずれているので、図７の（７ａ）に示す第１ノズル部材７ａおよび第２ノズル部材７ｂが、チップ基体２ａ，２ｂに対して同様にずれており、ノズル部材７ａ，７ｂの中心軸上にあるノズル８ａ，８ｂ間距離は短い。このノズル間距離をやや長く設定するには、第１ヘッドＨａまたは第２ヘッドＨｂを、図９に示す配置から、中心軸（縦軸）を中心に１８０°廻す。すなわち裏返す。これによりノズル８ａ，８ｂ間距離が少し長くなる。図１２の（１２ａ）には第１ヘッドＨａを上記のように裏返した形態を示す。第２ヘッドＨｂの方を裏返してもよい。第１ヘッドＨａを裏返すとともに第２ヘッドＨｂも裏返した形態を、図１２の（１２ｂ）に示す。この形態ではノズル８ａ，８ｂ間距離が最も長い。第２実施例のその他の構造および機能は、図１に示す第１実施例と同様である。

−第３実施例（図１３〜図１７）−
図１３に、本発明の複数電極を備える溶接トーチの第３実施例であるプラズマトーチの縦断面を示す。図１３に示したプラズマトーチも、プラズマ溶接を行う形態のものである。第３実施例のプラズマトーチの構造の大部分は、上述の図７に示す第２実施例と同様であるが、第３実施例では、ノズル基体２ａ，２ｂが短くノズル部材７ａ，７ｂがノズル基体２ａ，２ｂを下から上に貫通する。ノズル基体２ａ，２ｂのノズル部材通し穴に上から挿入したナット（円筒状ナット）２７ａ，２７ｂの雌ねじ穴にノズル部材７ａ，７ｂの上端部の雄ねじ３０ａ（図５の（５ｂ１））を受け入れてナットをねじ締め込みすることによって、ノズル部材７ａ，７ｂをノズル基体２ａ，２ｂに固着している。絶縁ブロック９ａ，９ｂとノズル基体2ａ，2ｂとの間には、給電台２８ａ，２８ｂを介挿して基体２ａ，２ｂからの袋ナット２７ａ，２７ｂの上突出部分を覆っている。電極台１１ａ，１１ｂおよび絶縁ブロック９ａ，９ｂを貫通し給電台２８ａ，２８ｂにねじ込まれた通しねじ２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂが電極台１１ａ，１１ｂ，絶縁ブロック９ａ，９ｂおよび給電台２８ａ，２８ｂを締め付けることにより、電極台１１ａ，１１ｂ，絶縁ブロック９ａ，９ｂおよび給電台２８ａ，２８ｂが一体となる。第３実施例のその他の構造および機能は、図７に示す第２実施例と同様である。

なお、上述の各実施例は２個のチップ基体（２本の非消耗電極）を用いるものであるが、本発明の溶接トーチには、３個以上のチップ基体（３本以上の非消耗電極）と２以上のチップ間絶縁板を用いる形態もある。

Ｈａ：第１ヘッド
Ｈｂ：第２ヘッド
１ａ：チップ間絶縁板
１ｂ：電極台間絶縁板
１ｃ：シールドガス通流溝
２ａ：第１チップ基体
２ｂ：第２チップ基体
３ａ：第１ノズル部材通し穴
３ｂ：第２ノズル部材通し穴
４ａ：第１排水孔
４ｂ：第２排水孔
５ａ：第１注水孔
５ｂ：第２注水孔
６ａ：第１シールドガス供給孔
６ｂ：第２シールドガス供給孔
７ａ：第１ノズル部材
７ｂ：第２ノズル部材
８ａ：第１ノズル
８ｂ：第２ノズル
９ａ：第１絶縁ブロック
９ｂ：第２絶縁ブロック
１０ａ：第１センタリングストーン
１０ｂ：第２センタリングストーン
１１ａ：第１電極台
１１ｂ：第２電極台
１２ａ：第１タングステン電極（第１非消耗電極）
１２ｂ：第２タングステン電極（第２非消耗電極）
１３ａ：第１電極固定ねじ
１３ｂ：第２電極固定ねじ
１４ａ：第１パイロットガス管
１４ｂ：第２パイロットガス管
１５ａ：第１シールドガス管
１５ｂ：第２シールドガス管
１６ａ：第１注水管
１６ｂ：第２注水管
１７ａ：第１排水管
１７ｂ：第２排水管
１８：枠体
１９：シールドガス通流溝
２０：トーチ外筒
２１：シールドキャップ
２２ａ，２２ｂ：アジャストファスナー
２３：留めねじ
２４ａ，２４ｂ，２５ａ，２５ｂ：通しねじ
２６：留めねじ
２７ａ，２７ｂ：ナット
２８ａ，２８ｂ：給電台
２９ａ〜２９ｄ：シールドガス通流溝
３０ａ，３０ｂ：雄ねじ
３１ａ，３１ｂ：掴み溝

Claims (17)

1. トーチの中心軸に平行に延びる略平板状の絶縁部材；
   それぞれに電極収納空間およびそれに連なるノズルがあって、該絶縁部材を間において対向する第１チップ基体および第２チップ基体；
   各チップ基体の前記電極配置空間に進入した第１非消耗電極および第２非消耗電極：および、
   前記絶縁部材を挟んだ第１チップ基体および第２チップ基体を該絶縁部材と共に一体に支持する絶縁体である枠体：
   を備えることを特徴とする、複数電極を備える溶接トーチ。
2. 第１および第２チップ基体の、前記絶縁部材に対向する面に、シールドガスをチップ基体側面に沿ってトーチ先端に流す通流溝がある、請求項１に記載の、複数電極を備える溶接トーチ。
3. 第１および第２チップ基体の、前記枠体に対向する側面に、シールドガスをチップ基体側面に沿ってトーチ先端に流す通流溝がある、請求項１又は２に記載の、複数電極を備える溶接トーチ。
4. 前記絶縁部材のチップ基体に対向する面に、シールドガスをチップ基体側面に沿ってトーチ先端に流す通流溝がある、請求項１に記載の、複数電極を備える溶接トーチ。
5. 前記枠体の、第１，第２チップ基体の側面に接する内面には、シールドガスをチップ基体の側面に沿ってトーチ先端に流す多数の溝がある、請求項１又は２に記載の、複数電極を備える溶接トーチ。
6. 第１非消耗電極は、第１電極台，第１絶縁ブロックおよび第１チップ基体をこの順に貫通し；第２非消耗電極は、第２電極台，第２絶縁ブロックおよび第２チップ基体をこの順に貫通し；第１および第２チップ基体に、前記枠体がねじ留めされた；請求項１に記載の、複数電極を備える溶接トーチ。
7. 第１および第２絶縁ブロックがトーチ外筒にねじ留めされ；第１および第２電極台ならびに第１および第２絶縁ブロックを貫通し第１および第２チップ基体に螺合するねじの締付けによって、第１電極台，第１絶縁ブロックおよび第１チップ基体が一体に固着され、かつ、第２電極台，第２絶縁ブロックおよび第２チップ基体が一体に固着された；請求項６に記載の、複数電極を備える溶接トーチ。
8. 前記枠体をトーチ外筒の先端に着脱可に結合する固定具；を備える請求項１に記載の、複数電極を備える溶接トーチ。
9. 第１チップ基体の先端が第２チップ基体の先端よりも、トーチ先端より突出する方向に突出した、請求項１に記載の、複数電極を備える溶接トーチ。
10. 第１チップ基体のトーチ軸方向の長さが第２チップ基体より長い、請求項９に記載の複数電極を備える溶接トーチ。
11. 第１チップ基体および第２チップ基体は、中央に前記ノズルが開いた笠部，該笠部に連続する幹部および該幹部の内空間である前記電極収納空間がある第１ノズル部材および第２ノズル部材を含む、請求項１に記載の、複数電極を備える溶接トーチ。
12. 前記幹部に雄ねじがあり、前記チップ基体の雌ねじ穴への前記ノズル部材のねじ込みによって前記ノズル部材の笠部が前記チップ基体の先端面に圧接した；請求項１１に記載の、複数電極を備える溶接トーチ。
13. 前記幹部に雄ねじがあり、該雄ねじに螺合する袋ナットの締込みによって前記ノズル部材の笠部が前記チップ基体の先端面に圧接した；請求項１１に記載の、複数電極を備える溶接トーチ。
14. 前記笠部の下向きテーパ面には、笠部を固定保持して滑りを阻止するための掴み溝がある；請求項１２又は１３に記載の、複数電極を備える溶接トーチ。
15. 前記枠体の、前記第１および第２チップ基体を収納する内空間は横断面が４角形であり、第１および第２チップ基体は、前記枠体に収納される部位が、４角柱形である、請求項１に記載の、複数電極を備える溶接トーチ。
16. 第１チップ基体のトーチ中心軸に平行な基体中心軸より溶接方向に変位した位置に第１ノズルがある請求項１５に記載の、複数電極を備える溶接トーチ。
17. 第２チップ基体のトーチ中心軸に平行な基体中心軸より溶接方向に変位した位置に第２ノズルがある請求項１５又は１６に記載の、複数電極を備える溶接トーチ。

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