JP2017070980A - 溶接トーチ、溶接装置、及び、溶接製品の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 アークプラズマの形状を制御することを可能とした溶接トーチを提供する。【解決手段】 溶接トーチ１０は、筒状のノズル本体２０、及び、その内側を通りノズル本体２０の先端部２１に露出する電極１２を備える。ノズル本体２０に設けられた供給通路５０は、ノズル本体２０の先端部２１の噴射口５２からシールドガスを噴射供給する。吸引通路６０は、ノズル本体２０において供給通路５０より径方向内側、且つ、電極１２の周囲に設けられ、ノズル本体２０の先端部２１の吸引口６５からシールドガスを吸引する。吸引通路６０は、ワーク２，３と電極１２との相対移動方向Ａに直交する方向の流路断面の最小幅Ｆが、相対移動方向Ａの流路断面の最小幅Ｇより大きい。そのため、吸引通路６０は、相対移動方向Ａに直交する方向におけるシールドガスの吸引力が、相対移動方向Ａにおけるシールドガスの吸引力より大きいものとなる。【選択図】図２

Description

本発明は、溶接トーチ、それを用いた溶接装置、及び、溶接製品の製造方法に関する。

従来、金属材料からなる接合対象物（以下「ワーク」という）を接合する技術として利用されるアーク溶接が知られている。アーク溶接の一種であるＴＩＧ（Tungsten Inert Gas）溶接は、タングステンからなる電極の周囲にアルゴンガス等の不活性ガスをシールドガスとして供給し、ワークと電極との間のアーク放電により発生するアークプラズマの熱でワークを溶融し、接合するものである。
特許文献１に記載の溶接装置は、筒状に形成された電極の内側からシールドガスをワークに向けて噴射しつつ、電極とワークとの間にアーク放電を発生させ、ワークの溶接を行うものである。

特開２００６−５１５２１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の溶接装置は、電極のワーク側の開口から噴射されたシールドガスが、ワークに沿って拡散する。これにより、アークプラズマは、シールドガスの存在する領域に広がった形状となる。そのため、この溶接装置は、ワークへの溶接の溶け込みが浅くなる、または、ワークにひずみが生じることが考えられる。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、アークプラズマの形状を制御することを可能とした溶接トーチ、それを用いた溶接装置、及び、溶接製品の製造方法を提供することを目的とする。

第１発明の溶接トーチは、ノズル本体（２０）、電極（１２）、供給通路（５０）および吸引通路（６０）を備える。電極は、筒状のノズル本体の内側を通り、ノズル本体の先端部（２１）に露出する。供給通路は、ノズル本体に設けられ、ノズル本体の先端部からシールドガスを噴射供給する。吸引通路は、ノズル本体において供給通路より径方向内側、且つ、電極の周囲に設けられ、ノズル本体の先端部側からシールドガスを吸引する。その吸引通路は、ワークと電極とが相対移動する方向（以下、「相対移動方向Ａ」という）に直交する方向の流路断面の最小幅（Ｆ）が、相対移動方向Ａの流路断面の最小幅（Ｇ）と同一又はそれより大きい。そのため、吸引通路によるシールドガスの吸引力は、相対移動方向Ａに直交する方向における吸引力が、相対移動方向Ａにおける吸引力と同じか、または、それより大きいものとなる。したがってワークと電極との間に形成されるアークプラズマの形状は、直径が小さい略円形状、または、相対移動方向Ａに長軸を有する略楕円形状となる。その結果、ワークの溶接箇所でアークプラズマが高密度化するので、ワークに溶接を深く溶け込ませることができる。

第２発明は、第１発明の溶接トーチを備えた溶接装置の発明である。この溶接装置は、溶接トーチに加えて、設置部（６）、電源部（７）、ガス供給源（８）およびガス排出機構（９）を備える。溶接トーチは、設置部に設置されるワークの溶接箇所に電極が向くように設置される。電源部は、溶接トーチの電極に電力を供給する。ガス供給源は、溶接トーチの供給通路にシールドガスを供給する。ガス排出機構は、溶接トーチの吸引通路を負圧にして吸引通路からシールドガスを排出する。
これにより、第２発明は、第１発明と同様に、ワークに対する溶接の深溶け込みを可能とする。

第３発明は、溶接製品の製造方法の発明である。この製造方法は、ワーク設置工程（Ｓ１）、トーチ設置工程（Ｓ２）、噴射工程（Ｓ３）、吸引工程（Ｓ４）および溶接（Ｓ５）工程を含む。ワーク設置工程では、ワークを溶接装置の設置部に設置する。トーチ設置工程では、溶接装置に溶接トーチを設置する。噴射工程では、溶接トーチが備えるノズル本体に設けられた供給通路から、ノズル本体の先端部とワークとの間の空間におけるノズル本体の中心軸側へ向けてシールドガスを噴射供給する。吸引工程では、ノズル本体において供給通路より径方向内側、且つ、電極の周囲に設けられた吸引通路により、ノズル本体の先端部側からシールドガスを吸引する。溶接工程では、電極からワークにアーク放電しつつ、ワークと電極とを相対移動する。
これにより、噴射工程で供給通路から噴射供給されたシールドガスは、吸引工程で吸引通路に吸引される。そのため、ワークと電極との間に形成されるアークプラズマの形状が狭小化する。したがって、ワークの溶接箇所でアークプラズマが高密度化するので、ワークに溶接を深く溶け込ませることができる。

本発明の第１実施形態による溶接装置の構成図である。 第１実施形態の溶接トーチの断面図である。 図２のＩＩＩ方向における溶接トーチ先端部の平面図である。 図３のＩＶ−ＩＶ線における溶接トーチ先端部の断面図である。 図３のＶ−Ｖ線における溶接トーチ先端部の断面図である。 図２のＶＩ部分の拡大図である。 図２および図６のＶＩＩ−ＶＩＩ線の断面図である。 第１実施形態の溶接トーチによるアークプラズマの模式図である。 第１実施形態の溶接トーチによるアークプラズマの模式図である。 溶接装置を用いた溶接製品の製造方法のフローチャートである。 本発明の第２実施形態による溶接トーチ先端部の平面図である。 本発明の第３実施形態による溶接トーチ先端部の平面図である。 本発明の第４実施形態による溶接トーチ先端部の平面図である。 第４実施形態の溶接トーチによるアークプラズマの模式図である。 本発明の第５実施形態による溶接トーチ先端部の平面図である。 本発明の第６実施形態による溶接トーチ先端部の平面図である。 本発明の第７実施形態による溶接トーチ先端部の断面図である。 比較例の溶接トーチと、それによるアークプラズマの模式図である。

以下、本発明の複数の実施形態を図面に基づき説明する。
（第１実施形態）
本発明の第１実施形態を図１から図１０に示す。第１実施形態の溶接装置１は、金属からなる２つのワーク２，３の接続箇所４をアーク溶接によって接合するものである。
図１に示すように、溶接装置１は、基台５、設置部６、電源部７、ガス供給源８、ガス排出機構９および溶接トーチ１０などを備えている。
ワーク２，３は、基台５に設けられた設置部６に設置される。基台５には、溶接トーチ１０を支持する支持部１１が設けられている。溶接トーチ１０は、その溶接トーチ１０が備える電極１２が、２つのワーク２，３を溶接する箇所に向くように設けられている。設置部６または支持部１１の駆動により、ワーク２，３と溶接トーチ１０とは、２つのワーク２，３の接続箇所４が延びる方向に相対移動可能である。これにより、溶接トーチ１０により２つのワーク２，３の接続箇所４を溶接する際、その溶接が行われる箇所は、２つのワーク２，３の接続箇所４が延びる方向に移動する。

電源部７は、その正極または負極の一方から延びる配線１６が溶接トーチ１０が備える電極１２に電気的に接続され、正極または負極の他方から延びる配線１７が設置部６またはワーク２，３に電気的に接続されている。電源部７は、電極１２とワーク２，３に電力を供給し、電極１２とワーク２，３に所定の電位差を与える。
ガス供給源８は、溶接トーチ１０が備える供給通路のパイプ接続口５１にパイプ１３を通じて、アルゴンガスからなるシールドガスを供給する。
ガス排出機構９は、例えばコンプレッサであり、溶接トーチ１０が備える気体通路のエアパイプ接続口６３にパイプ１４を通じて空気を供給する。
制御部１５は、マイクロコンピュータなどから構成されている。制御部１５は、ワーク２，３と溶接トーチ１０との相対移動速度、または、電源部７から電極１２とワーク２，３に供給される電力など、溶接装置１の各部を制御する。

次に、溶接トーチ１０の構成及びその作用効果ついて説明する。
図２に示すように、溶接トーチ１０は、ノズル本体２０、ガイド部材３０、電極把持部４０、電極１２、供給通路５０、吸引通路６０、気体通路６１およびオリフィス６２等を備えている。この溶接トーチ１０が備えるノズル本体２０、ガイド部材３０および電極把持部４０などの各部品は、例えば金属３Ｄプリンタにより形成することが可能である。金属３Ｄプリンタは、平らに敷いた微細な金属粉末にレーザーを照射して一層ずつ焼結させ、この工程を繰り返すことで３次元造形する粉末焼結法により、例えば内側に湾曲した空間を有するような種々の形状の部品を形成可能である。

ノズル本体２０は、筒状に形成され、軸方向の先端部２１側からノズル部２２、および、直方体状の基端部２３を有している。ノズル部２２と基端部２３とは、一体に形成されている。ノズル本体２０は、その内側にガイド部材３０が挿入可能であると共に、吸引通路６０を形成する軸孔２４を有する。この軸孔２４は、軸方向の先端部２１側から絞り孔２８、小径孔２５、テーパ孔２６および大径孔２７の順に形成されている。

ガイド部材３０は、ノズル本体２０の先端部２１側から、小径部３１、テーパ部３２および大径部３３を有する。小径部３１と大径部３３とは円筒状である。小径部３１の外径は、大径部３３の外径より小さい。また、テーパ部３２は、小径部３１と大径部３３とを接続している。ガイド部材３０は、大径部３３の一部とテーパ部３２と小径部３１とが、ノズル本体２０の軸孔２４の内側に設けられている。
また、ガイド部材３０は、大径部３３から径方向外側に延びる第１フランジ部３４および第２フランジ部３５を有する。ガイド部材３０の第１フランジ部３４と、ノズル本体２０の基端部２３とは、ボルト３６により固定されている。
ガイド部材３０は、その中央に電極１２を通す孔３７を有する。ガイド部材３０は、電極１２の外周を囲み、電極１２の位置決めを行うものである。

電極把持部４０は、ガイド部材３０のノズル本体２０とは反対側に設けられる。電極把持部４０に設けられた第３フランジ部４１と、ガイド部材３０の第２フランジ部３５は、ボルト４２により固定されている。電極把持部４０は、電極１２を把持すると共に、電極１２の先端が消耗した際にノズル本体２０の先端部２１側に向けて電極１２を送り出すことが可能である。なお、電極把持部４０のノズル本体２０とは反対側に電極キャップ４３が設けられている。
電極１２は、例えばタングステンにより棒状に形成されている。電極１２は、電極把持部４０に把持されると共に、ガイド部材３０の中央の孔３７を通り、ノズル本体２０の先端部２１に露出している。

供給通路５０は、ノズル本体２０の内部に設けられる。供給通路５０は、ノズル本体２０の基端部２３にパイプ接続口５１を有し、ノズル本体２０の先端部２１に噴射口５２を有する。パイプ接続口５１には、ガス供給源８からパイプ１３を通じてシールドガスが供給される。図３に示すように、本実施形態では、ノズル本体２０の先端部２１において、電極１２の周囲に４個の楕円状の噴射口５２が設けられている。
なお、図３では、この溶接トーチ１０を用いてワーク２，３の溶接を行う際、ワーク２，３に対し溶接トーチ１０が相対移動する方向を矢印Ａで示している。以下の説明では、この方向を相対移動方向Ａと称する。
２個の噴射口５２は、相対移動方向Ａに並び、且つ、電極１２を挟んで対称となる位置に設けられている。また、他の２個の噴射口５２は、相対移動方向Ａと直交する方向に並び、且つ、電極１２を挟んで対称となる位置に設けられている。

図２に示すように、供給通路５０は、パイプ接続口５１からノズル本体２０の先端部２１側へ方向を変えてノズル部２２の軸と平行に延びる軸通路５３と、その軸通路５３と噴射口５２とを連通する傾斜通路５４とを有する。図４および図５に示すように、傾斜通路５４は、ノズル本体２０の基端部２３側から先端部２１側に向かいノズル本体２０の中心軸Ｏ側へ傾斜している。これにより、供給通路５０は、噴射口５２からシールドガスを、ノズル本体２０の先端部２１とワーク２，３との間の空間におけるノズル本体２０の中心軸Ｏ側へ向けて噴射供給することが可能である。また、傾斜通路５４は、ノズル本体２０の基端部２３側から先端部２１側に亘り、径外方向へ凸の円弧状に湾曲している。さらに、傾斜通路５４は、ノズル本体２０の基端部２３側から先端部２１側に向かい、流路断面積が次第に小さくなっている。これにより、供給通路５０は、シールドガスの流体抵抗を低減すると共に、シールドガスの噴射圧を高めることが可能である。

吸引通路６０は、ノズル本体２０の軸孔２４の内壁と、ガイド部材３０の外壁との間に形成される。即ち、吸引通路６０は、ノズル本体２０において供給通路５０より径方向内側、且つ、電極１２の周囲に設けられている。
また、図２及び図６に示すように、ノズル本体２０の基端部２３には、気体通路６１が設けられている。気体通路６１は、一方の側にエアパイプ接続口６３を有し、他方の側６６が大気開放されている。エアパイプ接続口６３には、ガス排出機構９としてのコンプレッサからパイプ１４を通じて空気が供給される。これにより、図６の矢印Ｈに示すように、気体通路６１には、所定圧の空気が流れる。

図６および図７に示すように、吸引通路６０と気体通路６１とが連通する箇所にオリフィス６２が設けられている。即ち、吸引通路６０と気体通路６１とはオリフィス６２を経由して連通している。また、吸引通路６０は、オリフィス６２に向かい流路断面積が徐々に小さくなる筒状のテーパ流路６４を有する。これにより、気体通路６１に気体が流れると、オリフィス６２が負圧になり、図６の矢印Ｉに示すように、吸引通路６０を通じてノズル本体２０の先端部２１側からシールドガスが吸引される。

図３に示すように、吸引通路６０の吸引口６５は、ノズル本体２０の先端部２１に設けられる。この吸引口６５は、相対移動方向Ａに直交する方向の内壁間の距離Ｂが、相対移動方向Ａの内壁間の距離Ｃよりも長い形状である。一方、吸引口６５から露出する電極１２は円柱状である。そのため、吸引通路６０は、相対移動方向Ａに直交する方向の流路断面の最小幅Ｆ（図４参照）が、相対移動方向Ａの流路断面の最小幅Ｇ（図５参照）より大きい。したがって、相対移動方向Ａに直交する方向におけるシールドガスの吸引力は、相対移動方向Ａにおけるシールドガスの吸引力より大きいものとなる。

また、図４に示すように、吸引通路６０の吸引口６５の断面積Ｄは、その吸引口６５よりも奥側に位置する吸引通路６０の流路断面積Ｅよりも小さい。これにより、吸引通路６０は、ノズル本体２０の先端部２１とワーク２，３との間の空間から吸引口６５へ吸い込まれるシールドガスの流速を速くすることが可能である。なお、図４および図５の矢印Ｊは、供給通路５０からノズル本体２０の先端部２１に供給され、吸引通路６０に吸引されるシールドガスの流れを示している。

図４，図５，図８および図９では、本実施形態の溶接トーチ１０を用いて溶接を行う際のアークプラズマ７０の模式図を示している。
本実施形態では、相対移動方向Ａに直交する方向におけるシールドガスの吸引力が、相対移動方向Ａにおけるシールドガスの吸引力より大きいので、図４及び図８の矢印７１に示すようにシールドガスは相対移動方向Ａに直交する方向に比較的大きく圧縮され、相対移動方向Ａに長軸を有する略楕円形状となる。そのため、アークプラズマ７０の形状も、相対移動方向Ａに直交する方向に圧縮されて高密度化し、相対移動方向Ａに延びた略楕円形状となる。したがって、本実施形態の溶接装置１は、ワーク２，３に対する母材溶融部７３の深溶け込みが可能となる。また、ワーク２，３のひずみを抑制できる。

ここで、比較例の溶接トーチ１００を用いて溶接を行う際のアークプラズマ８０の模式図を図１８に示す。比較例の溶接トーチ１００は、吸引通路を備えていない構成である。また、比較例の溶接トーチ１００は、供給通路５００からワーク２，３に対し垂直にシールドガスを噴射する構成である。この場合、図１８の矢印８１に示したように、供給通路５００からワーク２，３に向けて噴射されたシールドガスは、ワーク２，３付近で径方向外側に向きを変え、ワーク２，３に沿って拡散する。そのため、アークプラズマ８０は、シールドガスの存在する領域に広がった形状となる。したがって、比較例の溶接装置１００では、アークプラズマ８０の幅Ｗが広くなりエネルギ密度が小さくなるので、ワーク２，３に対する母材溶融部７３の溶け込みが浅くなる、または、ワーク２，３に広い範囲でひずみが生じることが考えられる。

これに対し、図４、図５、図８および図９に示したように、本実施形態の溶接トーチ１０を用いて溶接を行う際のアークプラズマ７０は、相対移動方向Ａに直交する方向に圧縮され、相対移動方向Ａに長軸を有する略楕円形状となる。なお、図４，図５，図８および図９の破線８０は、比較例の溶接トーチ１００を用いて溶接を行う際のワーク２，３のアークプラズマを模式的に示したものである。
ここで、図９の溶接箇所において、電極１２がワーク２，３に対して相対移動する方向の前側から順に母材昇温部７２、母材溶融部７３、母材冷却部７４とする。この場合、本実施形態の溶接トーチ１０を用いた溶接では、比較例の溶接トーチ１００を用いた溶接よりも、母材溶融部７３の長さが長くなるので、ワーク２，３に溶接を深く溶け込ませることができる。

次に、本実施形態の溶接装置１を用いた溶接製品の製造方法について、図１０等を参照して説明する。
この製造方法は、ワーク設置工程Ｓ１、トーチ設置工程Ｓ２、噴射工程Ｓ３、吸引工程Ｓ４および溶接工程Ｓ５などを含んでいる。なお、この製造方法において、ワーク設置工程Ｓ１とトーチ設置工程Ｓ２とは、順番を逆にしてもよく、同時に行ってもよい。また、この製造方法において、噴射工程Ｓ３と吸引工程Ｓ４と溶接工程Ｓ５とは、同時に行うものである。

ワーク設置工程Ｓ１では、溶接装置１の設置部６にワーク２，３を設置する（図１参照）。
トーチ設置工程Ｓ２では、ワーク２，３の溶接箇所に電極１２が向くように溶接トーチ１０を設置する。
続いて、噴射工程Ｓ３では、溶接トーチ１０が備えるノズル本体２０に設けられた供給通路５０から、ノズル本体２０の先端部２１とワーク２，３との間の空間におけるノズル本体２０の中心軸Ｏ側へ向けてシールドガスを噴射供給する（図４及び図５参照）。

吸引工程Ｓ４では、ノズル本体２０において供給通路５０より径方向内側、且つ、電極１２の周囲に設けられた吸引通路６０により、ノズル本体２０の先端部２１側からシールドガスを吸引する。このとき、本実施形態の溶接トーチ１０では、上述した構成により、相対移動方向Ａにおけるシールドガスの吸引力が、相対移動方向Ａにおけるシールドガスの吸引力より大きいものとなっている。
そして、溶接工程Ｓ５では、電極１２からワーク２，３にアーク放電しつつ、ワーク２，３と電極１２とを相対移動する。これにより、２つのワーク２，３の接続箇所４は、相対移動方向Ａに順に溶接接合される。

上述した第１実施形態は、次の作用効果を奏する。
（１）第１実施形態の溶接トーチ１０が備える吸引通路６０は、相対移動方向Ａに直交する方向の流路断面の最小幅Ｆが、相対移動方向Ａの流路断面の最小幅Ｇより大きい。そのため、ワーク２，３と電極１２との間に形成されるアークプラズマ７０の形状は、相対移動方向Ａに長軸を有する略楕円形状となる。したがって、ワーク２，３の溶接箇所でアークプラズマ７０が高密度化するので、ワーク２，３に溶接を深く溶け込ませることができる。

（２）第１実施形態では、吸引通路６０の吸引口６５は、相対移動方向Ａに直交する方向の内壁間の距離Ｂが、相対移動方向Ａの内壁間の距離Ｃよりも長い形状である。
これにより、例えば円柱状の電極１２を使用した場合、相対移動方向Ａに直交する方向の流路断面の最小幅Ｆを、相対移動方向Ａの流路断面の最小幅Ｇより大きくすることができる。

（３）第１実施形態では、吸引口６５の断面積Ｄは、その吸引口６５よりもノズル本体２０の奥側に位置する吸引通路６０の流路断面積Ｅよりも小さい。
これにより、ノズル本体２０の先端部２１とワーク２，３との間の空間から吸引口６５へ吸い込まれるシールドガスの流速を速くすることが可能である。したがって、アークプラズマ７０の形状を狭小化することができる。

（４）第１実施形態では、吸引通路６０と気体通路６１とが連通する箇所にオリフィス６２が設けられる。
これにより、気体通路６１に気体を流すことにより、オリフィス６２が負圧となり、吸引通路６０から気体通路６１にシールドガスが排出される。そのため、ガス排出機構９として、例えば真空ポンプなどを用いることなく、コンプレッサのみを用いることで、吸引通路６０からシールドガスを排出することが可能になる。したがって、この溶接トーチ１０は、吸引通路６０および気体通路６１の内径を小さくすることが可能であるので、その体格を小型化することができる。また、この溶接トーチ１０を備えた溶接装置１も、その体格を小型化することができる。

（５）第１実施形態では、吸引通路６０は、オリフィス６２に向かい流路断面積が徐々に小さくなる筒状のテーパ流路６４を有する。
これにより、吸引通路６０からオリフィス６２へ流れるシールドガスの流体抵抗が低減する。そのため、吸引通路６０からオリフィス６２を通り気体通路６１へ排出されるシールドガスの流量を増やすことが可能である。したがって、ノズル本体２０の先端部２１とワーク２，３との間の空間から吸引通路６０へ吸い込まれるシールドガスの流速を速くすることができる。

（６）第１実施形態では、吸引通路６０およびオリフィス６２は、ノズル本体２０の軸孔２４の内壁とガイド部材３０の外壁の間に形成される。
これにより、ノズル本体２０の内壁の形状とガイド部材３０の外壁の形状により、吸引通路６０およびオリフィス６２の形状を容易に形成することが可能である。

（７）第１実施形態では、供給通路５０が有する傾斜通路５４は、ノズル本体２０の基端部２３側から先端部２１側に向かいノズル本体２０の中心軸Ｏ側へ傾斜している。
これにより、供給通路５０は、ワーク２，３と電極１２との間に形成されるアークプラズマ７０に向けてシールドガスを噴射供給することが可能である。そのため、アークプラズマ７０の形状を狭小化することができる。

（８）第１実施形態では、供給通路５０が有する傾斜通路５４は、ノズル本体２０の基端部２３側から先端部２１側に亘り、径外方向へ凸の円弧状に湾曲している。
これにより、供給通路５０を流れるシールドガスの流体抵抗を低減することが可能である。したがって、供給通路５０から噴射されるアークプラズマ７０の圧力を高め、アークプラズマ７０の形状を狭小化することができる。

（９）第１実施形態では、ノズル本体２０の先端部２１に設けられた供給通路５０の噴射口５２は、ノズル本体２０の周方向に複数個設けられるものである。
これにより、アークプラズマ７０の形状を周方向に亘り狭小化することができる。

（１０）第１実施形態の溶接トーチ１０は、溶接装置１に用いられるものである。
これにより、この溶接装置１は、ワーク２，３に溶接を深く溶け込ませることができる。なお、従来レーザー溶接装置で行っていた溶接作業に代えて、この溶接装置１を使用して溶接作業を行うことも可能である。それにより、溶接設備を小型化すると共に、溶接作業に使用する電源設備のコストを低減することができる。

（１１）第１実施形態による溶接製品の製造方法では、噴射工程Ｓ３において、溶接トーチ１０が備えるノズル本体２０に設けられた供給通路５０から、ノズル本体２０の先端部２１とワーク２，３との間の空間におけるノズル本体２０の中心軸Ｏ側へ向けてシールドガスを噴射供給する。また、吸引工程Ｓ４では、吸引通路６０により、ノズル本体２０の先端部２１側からシールドガスを吸引する。
これにより、ワーク２，３と電極１２との間に形成されるアークプラズマ７０の形状が狭小化する。したがって、ワーク２，３の溶接箇所でアークプラズマ７０が高密度化するので、ワーク２，３に溶接を深く溶け込ませることができる。

（１２）第１実施形態による溶接製品の製造方法では、吸引工程Ｓ４において、相対移動方向Ａに直交する方向におけるシールドガスの吸引力が、相対移動方向Ａにおけるシールドガスの吸引力より大きい。
これにより、アークプラズマ７０の形状を、相対移動方向Ａに長軸を有する略楕円形状にすることができる。

（第２実施形態）
本発明の第２実施形態を図１１に示す。なお、以下に説明する複数の実施形態において、上述した第１実施形態と実質的に同一の構成には同一の符号を付して説明を省略する。
第２実施形態では、吸引通路６０の吸引口６５は円形である。即ち、図１１において、Ｂ＝Ｃである。また、第２実施形態では、電極１２は、軸方向から見た形状が、相対移動方向Ａに長軸を有する略楕円形状である。これにより、吸引通路６０は、相対移動方向Ａに直交する方向の流路断面の最小幅が、相対移動方向Ａの流路断面の最小幅より大きいものとなる。そのため、相対移動方向Ａに直交する方向におけるシールドガスの吸引力は、相対移動方向Ａにおけるシールドガスの吸引力より大きくなる。したがって、ワーク２，３と電極１２との間に形成されるアークプラズマ７０の形状は、相対移動方向Ａに長軸を有する略楕円形状となる。よって、第２実施形態においても、上述した第１実施形態と同一の作用効果を奏することができる。

（第３実施形態）
本発明の第３実施形態を図１２に示す。第３実施形態では、供給通路５０の噴射口５２が、ノズル本体２０の周方向に６個均等間隔で設けられている。
また、第３実施形態では、吸引通路６０の吸引口６５は、相対移動方向Ａに長軸を有する略楕円形状である。即ち、図１２において、Ｂ＝Ｃである。電極１２は、軸方向から見た形状が円形である。そのため、吸引通路６０は、相対移動方向Ａに直交する方向の流路断面の最小幅が、相対移動方向Ａの流路断面の最小幅より大きいものとなる。そのため、相対移動方向Ａに直交する方向におけるシールドガスの吸引力は、相対移動方向Ａにおけるシールドガスの吸引力より大きくなる。よって、第３実施形態においても、上述した第１、第２実施形態と同一の作用効果を奏することができる。

（第４実施形態）
本発明の第４実施形態を図１３および図１４に示す。第４実施形態では、吸引通路６０の吸引口６５は円形である。また、電極１２は、軸方向から見た形状が円形である。即ち、図１３において、Ｂ＝Ｃである。そのため、吸引通路６０は、相対移動方向Ａに直交する方向の流路断面の最小幅と、相対移動方向Ａの流路断面の最小幅とが略同一となる。したがって、相対移動方向Ａに直交する方向におけるシールドガスの吸引力と、相対移動方向Ａにおけるシールドガスの吸引力とは全周に亘り略同一となる。

図１４では、第４実施形態の溶接トーチ１０を用いて溶接を行う際のアークプラズマ７０の模式図を示している。図１４の矢印Ｊは、シールドガスの流れを示したものである。なお、図１４の破線８０は、上述した比較例によるアークプラズマの形状を模式的に示したものである。
第４実施形態では、図１４の矢印７１に示すように、シールドガスは周方向に均一に圧縮され、略円柱状ものとなる。そのため、アークプラズマ７０の形状も、周方向に均一に圧縮されて狭小化した、比較的直径が小さい略円柱状のものとなる。したがって、ワーク２，３の溶接箇所でアークプラズマ７０が高密度化するので、ワーク２，３に溶接を深く溶け込ませることができる。

（第５実施形態）
本発明の第５実施形態を図１５に示す。第５実施形態では、供給通路５０の噴射口５２１が、ノズル本体２０の周方向に連続してリング状に設けられている。この第５実施形態においても、上述した第１−４実施形態と同一の作用効果を奏することができる。

（第６実施形態）
本発明の第６実施形態を図１６に示す。第６実施形態では、供給通路５０の噴射口５２は、ノズル本体２０の周方向に設けられた４個の小噴射口５２と、その４個の小供給口よりも径方向外側の位置で、ノズル本体２０の周方向に連続してリング状に設けられたリング供給口５２１とを有する。この第６実施形態においても、上述した第１−５実施形態と同一の作用効果を奏することができる。

（第７実施形態）
本発明の第７実施形態を図１７に示す。図１７は、第１実施形態における図７と同一箇所の断面図である。第７実施形態では、吸引通路６０のテーパ流路６４と気体通路６１とを連通するオリフィス６２は、周方向に連続して設けられている。この構成によっても、気体通路６１に気体が流れると、オリフィス６２が負圧になり、吸引通路６０を通じてノズル本体２０の先端部２１側からシールドガスが吸引される。
この第７実施形態においても、上述した第１−６実施形態と同一の作用効果を奏することができる。

（他の実施形態）
（１）上述した実施形態では、供給通路５０の噴射口５２を均等間隔に４個または６個設けるか、または噴射口５２１をリング状とした。これに対し、他の実施形態では、ワーク２，３を溶接する際に発生する溶接ヒュームの圧力に応じて、供給通路５０の噴射口５２，５２１の形状、位置、大きさなどを設定してもよい。

（２）上述した実施形態では、ガス排出機構９としてコンプレッサを使用した。これに対し、他の実施形態では、ガス排出機構９は、コンプレッサに代えて、真空ポンプを使用してもよい。この場合、真空ポンプは、吸引通路６０からシールドガスを直接吸引する構成とすることが可能である。

（３）上述した実施形態では、溶接トーチ１０は、電極１２の周囲に電極１２を支持するガイド部材３０を備える構成とした。これに対し、他の実施形態では、溶接トーチ１０は、ガイド部材３０を廃止してもよい。この場合、ノズル本体２０の内壁と電極１２との間に吸引通路６０が形成されることとなる。

（４）上述した実施形態では、溶接トーチ１０は、ノズル本体２０、ガイド部材３０および電極把持部４０などの部品を金属３Ｄプリンタにより形成するものとした。これに対し、他の実施形態では、それらの部品を切削加工で形成してもよい。
このように、本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、上述した複数の実施形態を組み合わせることに加え、発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の形態で実施可能である。

１０・・・溶接トーチ
１２・・・電極
２０・・・ノズル本体
２１・・・先端部
５０・・・供給通路
６０・・・吸引通路

Claims (15)

1. ワーク（２，３）に対しアーク溶接を行う溶接トーチにおいて、
   筒状のノズル本体（２０）と、
   前記ノズル本体の内側を通り、前記ノズル本体の先端部（２１）に露出する電極（１２）と、
   前記ノズル本体に設けられ、前記ノズル本体の前記先端部側へシールドガスを噴射供給する供給通路（５０）と、
   前記ノズル本体において前記供給通路より径方向内側、且つ、前記電極の周囲に設けられ、前記ノズル本体の前記先端部側からシールドガスを吸引する吸引通路（６０）と、を備え、
   前記吸引通路は、前記ワークと前記電極とが相対移動する方向（Ａ）に直交する方向の流路断面の最小幅（Ｆ）が、前記ワークと前記電極とが相対移動する方向の流路断面の最小幅（Ｇ）と同一又はそれより大きいものとした溶接トーチ。
2. 前記ノズル本体の前記先端部に設けられた前記吸引通路の吸引口（６５）は、前記ワークと前記電極とが相対移動する方向に直交する方向の内壁間の距離（Ｂ）が、前記ワークと前記電極とが相対移動する方向の内壁間の距離（Ｃ）よりも長い形状である請求項１に記載の溶接トーチ。
3. 前記ノズル本体の前記先端部に設けられた前記吸引通路の吸引口の断面積（Ｄ）は、その吸引口よりも前記ノズル本体の奥側に位置する前記吸引通路の流路断面積（Ｅ）よりも小さいものである請求項１または２に記載の溶接トーチ。
4. 気体が流れる気体通路（６１）と、
   前記吸引通路と前記気体通路とが連通する箇所に設けられたオリフィス（６２）と、をさらに備える請求項１から３のいずれか一項に記載の溶接トーチ。
5. 前記吸引通路は、前記オリフィスに向かい流路断面積が徐々に小さくなるテーパ流路（６４）を有する請求項４に記載の溶接トーチ。
6. 前記電極の周囲に設けられたガイド部材（３０）をさらに備え、
   前記吸引通路および前記オリフィスは、前記ノズル本体の内壁と前記ガイド部材の外壁の間に形成されたものである請求項４または５に記載の溶接トーチ。
7. 前記供給通路は、前記ノズル本体の基端部（２３）側から前記先端部側に向かい前記ノズル本体の中心軸（Ｏ）側へ傾斜している請求項１から６のいずれか一項に記載の溶接トーチ。
8. 前記供給通路は、前記ノズル本体の基端部側から前記先端部側に向かい、流路断面積が次第に小さくなっている請求項１から７のいずれか一項に記載の溶接トーチ。
9. 前記供給通路は、前記ノズル本体の基端部側から前記先端部側に亘り、径外方向へ凸の円弧状に湾曲している請求項１から８のいずれか一項に記載の溶接トーチ。
10. 前記ノズル本体の前記先端部に設けられた前記供給通路の噴射口（５２）は、前記ノズル本体の周方向に複数個設けられるものである請求項１から９のいずれか一項に記載の溶接トーチ。
11. 前記ノズル本体の前記先端部に設けられた前記供給通路の噴射口（５２１）は、前記ノズル本体の周方向に連続してリング状に設けられるものである請求項１から９のいずれか一項に記載の溶接トーチ。
12. 前記ノズル本体の前記先端部に設けられた前記供給通路の噴射口は、
    前記ノズル本体の周方向に設けられた複数の小噴射口（５２）と、
    複数の前記小噴射口よりも径方向外側の位置で、前記ノズル本体の周方向に連続してリング状に設けられたリング噴射口（５２１）と、を有するものである請求項１から９のいずれか一項に記載の溶接トーチ。
13. ワークに対しアーク溶接を行う溶接装置において、
    前記ワークを設置する設置部（６）と、
    前記ワークの溶接箇所に電極が向くように設置される請求項１から１２のいずれか一項に記載の溶接トーチと、
    前記溶接トーチが備える前記電極に電力を供給する電源部（７）と、
    前記溶接トーチが備える供給通路にシールドガスを供給するガス供給源（８）と、
    前記溶接トーチが備える吸引通路を負圧にして前記吸引通路からシールドガスを排出するガス排出機構（９）と、を備えた溶接装置。
14. ワークを溶接装置の設置部に設置するワーク設置工程（Ｓ１）と、
    前記溶接装置に溶接トーチを設置するトーチ設置工程（Ｓ２）と、
    前記溶接トーチが備えるノズル本体に設けられた供給通路から、前記ノズル本体の先端部と前記ワークとの間の空間における前記ノズル本体の中心軸側へ向けてシールドガスを噴射供給する噴射工程（Ｓ３）と、
    前記ノズル本体において前記供給通路より径方向内側、且つ、前記電極の周囲に設けられた吸引通路により、前記ノズル本体の先端部側からシールドガスを吸引する吸引工程（Ｓ４）と、
    前記電極から前記ワークにアーク放電しつつ、前記ワークと前記電極とを相対移動する溶接工程（Ｓ５）と、を含む溶接製品の製造方法。
15. 前記吸引工程では、前記ワークと前記電極とが相対移動する方向に直交する方向におけるシールドガスの吸引力が、前記ワークと前記電極とが相対移動する方向におけるシールドガスの吸引力より大きいものである請求項１４に記載の溶接製品の製造方法。

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