JP2017113760A - 溶接トーチ、溶接ロボット、及び溶接システム - Google Patents

Abstract

【課題】シールドガス不良を防止しつつ、コンタクトチップとオリフィス支持ナットとの間にスパッタが入り込むのを防止することができる溶接トーチ、溶接ロボット、及び溶接システムを提供する。【解決手段】トーチ銃身１１に取り付けられるチップ２０は、トーチ銃身１１に取り付けられる筒状のチップボディ３０と、チップボディ３０の外周に挿入される筒状のオリフィス４０と、チップボディ３０の先端外周に着脱自在に取り付けられ、オリフィス４０をチップボディ３０の外周に支持するオリフィス支持ナット５０と、チップボディ３０の先端内周に着脱自在に取り付けられる筒状のコンタクトチップ６０と、チップボディ３０とコンタクトチップ６０との間に配置される環状のシールド部材７０と、を備え、シールド部材７０の外径Ｄ１は、オリフィス支持ナット５０の先端外径Ｄ２以上、オリフィス４０の外径Ｄ３以下に設定される。【選択図】図４

Description

本発明は、ガスシールドアーク溶接に用いる溶接トーチ、溶接ロボット、及び溶接システムに関する。

従来の溶接トーチとして、トーチ銃身に接続される筒状のチップボディと、チップボディの外周に先端側から挿入される筒状のオリフィスと、チップボディの先端外周に着脱自在に設けられ、オリフィスをチップボディに支持するオリフィス支持ナットと、チップボディの先端に着脱自在に設けられる筒状のコンタクトチップと、を備えるものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

また、従来では、回転台上に設けられた長尺ブラシ及び短尺ブラシをノズル内に挿入して回転させることにより、溶接トーチのノズルの内周面及びチップの外周面に付着したスパッタを除去する溶接トーチのノズル清掃装置が知られている（例えば、特許文献２参照）。

特開２０１４−２３３７２３号公報 特開平０５−１３８３６１号公報

ところで、上記特許文献１に記載の溶接トーチでは、コンタクトチップとオリフィス支持ナットとの間にスパッタが入り込むため、スパッタの蓄積速度が増加してしまう可能性があり、また、コンタクトチップとオリフィス支持ナットの脱着時にネジ部分にスパッタが噛み込まれて、チップボディが損傷する可能性があった。

また、上記特許文献２に記載のノズル清掃装置では、コンタクトチップとオリフィス支持ナットとの間に入り込んだスパッタを除去することが困難であるため、清掃回数が増えてしまい、溶接機の自動運転の妨げとなっていた。また、清掃回数が増えることによりブラシの摩耗が激しくなるため、ブラシの交換頻度が高く、溶接コストが増加する可能性があった。

また、従来では、コンタクトチップの先端から飛来するスパッタを防ぐための部材をノズル内に配置することは、ノズル内のシールドガスの流通を妨げ、シールドガス不良が生じる可能性があるため行われていなかった。

本発明は、前述した課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、シールドガス不良を防止しつつ、コンタクトチップとオリフィス支持ナットとの間にスパッタが入り込むのを防止することができる溶接トーチ、溶接ロボット、及び溶接システムを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係る溶接トーチは、トーチ銃身と、前記トーチ銃身に取り付けられるチップと、前記トーチ銃身に取り付けられ、前記チップを内部に収容する筒状のノズルと、を備え、ガスシールドアーク溶接に用いられる溶接トーチであって、前記チップは、前記トーチ銃身に取り付けられる筒状のチップボディと、前記チップボディの外周に挿入される筒状のオリフィスと、前記チップボディの先端外周に着脱自在に取り付けられ、前記オリフィスを前記チップボディの外周に支持するオリフィス支持ナットと、前記チップボディの先端内周に着脱自在に取り付けられる筒状のコンタクトチップと、前記チップボディと前記コンタクトチップとの間に配置される環状のシールド部材と、を備え、前記シールド部材の外径は、前記オリフィス支持ナットの先端外径以上、前記オリフィスの外径以下に設定されることを特徴とする。

また、本発明に係る溶接トーチにおいて、前記シールド部材の板厚は、０．５ｍｍ〜３．０ｍｍに設定され、前記シールド部材の内径は、前記コンタクトチップの着脱部分の外径の１．５倍以下に設定されることを特徴とする。

また、本発明に係る溶接トーチにおいて、前記シールド部材の前記コンタクトチップの先端側の表面は、平面に形成され、前記平面の表面粗さ（Ｒａ）は、５０μｍ以下に設定されることを特徴とする。

また、本発明に係る溶接トーチにおいて、前記シールド部材の表面は、純銅又は銅を５０重量％以上含む合金で構成されることを特徴とする。

また、本発明に係る溶接ロボットは、溶接トーチを備えることを特徴とする。

また、本発明に係る溶接システムは、溶接ロボットと、溶接電源と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、チップボディとコンタクトチップとの間に配置される環状のシールド部材を備え、シールド部材の外径は、オリフィス支持ナットの先端外径以上、オリフィスの外径以下に設定されるため、シールドガス不良を防止しつつ、コンタクトチップとオリフィス支持ナットとの間にスパッタが入り込むのを防止することができる。

本発明に係る溶接トーチの一実施形態が用いられた溶接ロボットの概略側面図である。 図１に示す溶接トーチの一部切欠き側面図である。 図２に示す溶接トーチの分解斜視図である。 図２に示す溶接トーチのチップの断面図である。 図２に示す溶接トーチのチップの分解断面図である。 溶接トーチのコンタクトチップの交換及びチップの清掃を説明するための図であり、（ａ）はノズルを取り外した状態を示す側面図であり、（ｂ）はチップの外周をブラシで清掃する状態を示す側面図であり、（ｃ）は摩耗したコンタクトチップとシールド部材を取り外した状態を示す側面図であり、（ｄ）は新しいコンタクトチップとシールド部材を取り付ける状態を示す側面図であり、（ｅ）はノズルを取り付けた状態を示す側面図である。 チップの第１変形例を説明する断面図である。 チップの第２変形例を説明する断面図である。

以下、本発明に係る溶接トーチの一実施形態について、図面に基づいて詳細に説明する。

≪溶接トーチの構成について≫
まず、本実施形態の溶接トーチの全体像を把握するために、溶接トーチが用いられた溶接ロボット１について説明する。

溶接ロボット１は、図１及び図２に示すように、ワイヤパック２と、トーチケーブル３と、ワイヤ送給装置４と、溶接電源５と、マニピュレータ６と、溶接トーチ１０と、を備える。なお、図１中の符号Ａは、溶接対象である母材である。

ワイヤパック２は、図１に示すように、溶接ワイヤＷの供給源であり、所定量の溶接ワイヤＷが格納されるものである。溶接ワイヤＷは、例えば、銅めっきワイヤ、銅めっきなしワイヤ等を用いることができる。

トーチケーブル３は、溶接電源５から供給される溶接電流、ワイヤパック２に格納される溶接ワイヤＷ、及び不図示のシールドガス格納装置から供給されるシールドガスを溶接トーチ１０に供給するものである。トーチケーブル３は、一端がワイヤ送給装置４に接続され、他端が溶接トーチ１０に接続されている。

ワイヤ送給装置４は、トーチケーブル３を介して、溶接ワイヤＷをローラ等により繰り出して溶接トーチ１０に送給するものである。そして、このワイヤ送給装置４を備えることにより、溶接ワイヤＷが溶接トーチ１０に自動的に供給される。

溶接電源５は、溶接電流の供給源であり、ワイヤ送給装置４及びトーチケーブル３を介して溶接トーチ１０に溶接電流を供給する。

マニピュレータ６は、先端に溶接トーチ１０が取り付けられた多関節ロボットであり、不図示のロボット制御装置により動作が制御される。

＜溶接トーチ＞
溶接トーチ１０は、図２及び図３に示すように、マニピュレータ６に取り付けられるトーチ銃身１１と、トーチ銃身１１に取り付けられるチップ２０と、トーチ銃身１１に取り付けられ、チップ２０を内部に収容する円筒状のノズル２１と、を備え、ガスシールドアーク溶接を行うものである。

（トーチ銃身）
トーチ銃身１１の先端部には、チップ２０及びノズル２１が取り付けられる円筒状のホルダ１２が形成されている。そして、ホルダ１２の内周面には、チップ２０のチップボディ３０を螺合させる雌ねじ部１２ａが形成され、ホルダ１２の外周面には、ノズル２１を螺合させる雄ねじ部１２ｂが形成されている。なお、トーチ銃身１１には、トーチケーブル３を介して溶接電流、溶接ワイヤＷ、及びシールドガスが供給されている。

また、トーチ銃身１１は、ホルダ１２内に配置され、溶接ワイヤＷをガイドするインナチューブ１３を備える。このインナチューブ１３は、ホルダ１２の先端から突出して設けられており、ホルダ１２の雌ねじ部１２ａにチップボディ３０を螺着することにより、チップボディ３０内に挿入されるようになっている。

（チップ）
チップ２０は、図４及び図５に示すように、トーチ銃身１１に取り付けられる筒状のチップボディ３０と、チップボディ３０の外周に先端側から挿入される筒状のオリフィス４０と、チップボディ３０の先端外周に着脱自在に取り付けられ、オリフィス４０をチップボディ３０の外周に支持するオリフィス支持ナット５０と、チップボディ３０の先端内周に着脱自在に取り付けられる筒状のコンタクトチップ６０と、チップボディ３０とコンタクトチップ６０との間に挟み込まれる円環状のシールド部材７０と、を備える。

（チップボディ）
チップボディ３０は、銅等の通電性を有する金属材料からなる円筒形状の部材であり、その後端部の外周面にトーチ銃身１１のホルダ１２の雌ねじ部１２ａに螺合する雄ねじ部３１が形成されている。また、チップボディ３０は、トーチ銃身１１のホルダ１２の雌ねじ部１２ａに螺着されると、インナチューブ１３の外周面との間に一定の空間を形成する。

また、チップボディ３０の外周面には、チップボディ３０の外周に挿入されたオリフィス４０に当接して、オリフィス４０の位置決めを行うフランジ部３２が形成されている。また、チップボディ３０には、オリフィス４０側にシールドガスを供給する複数（本実施形態では４つ）の貫通穴３３が周方向に等間隔で形成されている。

また、チップボディ３０の先端部の内周面には、コンタクトチップ６０を螺合させる雌ねじ部３４が形成されている。また、チップボディ３０の先端部の外周面には、オリフィス支持ナット５０を螺合させる雄ねじ部３５が形成されている。

（オリフィス）
オリフィス４０は、セラミック材料からなる円筒形状の部材であり、チップボディ３０に装着された状態において、チップボディ３０の貫通穴３３よりも先端側の位置に、シールドガスをノズル２１内に噴出する複数（本実施形態では８つ）のガス噴出穴４１が周方向に等間隔で形成されている。

また、オリフィス４０の内周面には、８つのガス噴出穴４１と連通する周溝４２が形成されている。この構成により、チップボディ３０の貫通穴３３から供給されたシールドガスが周溝４２を介してガス噴出穴４１にスムーズに導かれるので、ガス噴出穴４１から噴出されるシールドガスを整流化することができる。

また、オリフィス４０の後端部の外周面には、オリフィス４０の外周面とノズル２１の内周面との隙間を閉塞するフランジ部４３が形成されている。これにより、フランジ部４３よりもトーチ銃身１１側にスパッタが進入することを防止することができる。

そして、オリフィス４０は、チップボディ３０に装着された状態において、チップボディ３０の雄ねじ部３５にオリフィス支持ナット５０を螺着することにより、チップボディ３０のフランジ部３２とオリフィス支持ナット５０との間に挟み込まれて、チップボディ３０に支持される。

（オリフィス支持ナット）
オリフィス支持ナット５０は、銅等の通電性を有する金属材料からなるリング形状の部材であり、その内周面に、チップボディ３０の先端部の雄ねじ部３５に螺合する雌ねじ部５１が形成されている。

また、オリフィス支持ナット５０の外周面の前側部分には、先端側に向かうに従って縮径するテーパ面５２が全周に亘って形成されている。また、オリフィス支持ナット５０の外周面の後側部分には、スパナ等の工具を用いて締め付けを行うための２つの平行面が径方向対称に形成されている。そして、オリフィス４０は、オリフィス支持ナット５０により締め付けられるため、周方向の回転が抑制される。

また、オリフィス支持ナット５０の材料としては、スパッタが付着しにくい材料を用いた方が好ましい。具体的には、スパッタの付着後の清掃実験を行った結果、クロム銅が好適であり、黄銅を用いてもよい。

（コンタクトチップ）
コンタクトチップ６０は、溶接電流を溶接ワイヤＷに供給すると共に、溶接対象の母材Ａに溶接ワイヤＷをガイドするものである。コンタクトチップ６０は、銅等の通電性を有する金属材料で形成されている。

コンタクトチップ６０は、その軸中心に溶接ワイヤＷをガイドする導通穴６１を有する円筒形状の部材である。導通穴６１の後端部には、後側に向かうに従って拡径する誘導テーパ面６１ａが形成されており、この誘導テーパ面６１ａにより溶接ワイヤＷが導通穴６１にスムーズに導入される。

また、コンタクトチップ６０の後端部の外周面には、チップボディ３０の雌ねじ部３４に螺合する雄ねじ部６２が形成されている。そして、コンタクトチップ６０の雄ねじ部６２をチップボディ３０の雌ねじ部３４に螺着することにより、コンタクトチップ６０の導通穴６１がインナチューブ１３の先端開口に対向するように配置される。

（シールド部材）
シールド部材７０は、コンタクトチップ６０の雄ねじ部６２に後側から挿入される円環状の板部材である。そして、シールド部材７０がコンタクトチップ６０の雄ねじ部６２に挿入された状態で、コンタクトチップ６０の雄ねじ部６２をチップボディ３０の雌ねじ部３４に螺着することにより、シールド部材７０がチップボディ３０とコンタクトチップ６０との間に挟持される。これにより、シールド部材７０は、オリフィス４０及びオリフィス支持ナット５０よりも前方に配置されている。

そして、図５に示すように、シールド部材７０の外径Ｄ１は、オリフィス支持ナット５０の先端外径Ｄ２以上、オリフィス４０の外径Ｄ３以下に設定されている。そして、シールド部材７０の外径Ｄ１がオリフィス支持ナット５０の先端外径Ｄ２より小さい場合、チップボディ３０とオリフィス支持ナット５０との隙間やチップボディ３０とオリフィス４０との隙間にスパッタが入り込み、蓄積することにより、シールドガス不良やスパッタの噛み込みによるチップボディの損傷（自動交換時の停止）が生じてしまう。また、シールド部材７０の外径Ｄ１がオリフィス４０の外径Ｄ３より大きい場合、ノズル２１内のシールドガスの流れが乱流となるため、シールドガス不良が発生してしまう。

また、シールド部材７０の板厚Ｔは、０．５ｍｍ〜３．０ｍｍに設定されている。そして、シールド部材７０の板厚Ｔが０．５ｍｍ以上の場合、スパッタ付着時の熱によるシールド部材７０の歪みを抑制することができる。また、シールド部材７０の板厚Ｔが３．０ｍｍ以下の場合、シールド部材７０の外周面にスパッタが付着するのを抑制することができる。

また、シールド部材７０の内径Ｄ４は、コンタクトチップ６０の着脱部分である雄ねじ部６２の外径Ｄ５の１．５倍以下に設定されている。そして、シールド部材７０の内径Ｄ４が雄ねじ部６２の外径Ｄ５の１．５倍以下の場合、シールド部材７０の径方向のズレを抑制することができ、より対称性を維持したシールドが可能となる。

また、本実施形態のシールド部材７０は、円環状の板部材であるため、シールド部材７０の前面（シールド部材７０のコンタクトチップ６０の先端側の表面）７０Ｆ及び後面（シールド部材７０のコンタクトチップ６０の後端側の表面）７０Ｒは平面にそれぞれ形成されている。そして、シールド部材７０の前面７０Ｆ及び後面７０Ｒの表面粗さ（Ｒａ）は、５０μｍ以下に設定されている。そして、シールド部材７０の前面７０Ｆ及び後面７０Ｒの表面粗さ（Ｒａ）が５０μｍ以下の場合、シールド部材７０の前面７０Ｆ及び後面７０Ｒへのスパッタの付着を抑制することができ、さらに、シールド部材７０の前面７０Ｆ及び後面７０Ｒの表面粗さ（Ｒａ）が２０μｍ以下の場合においては、スパッタの付着をより抑制することができる。このため、例え、スパッタが付着したとしても、清掃装置のブラシ等で容易に除去することができる。なお、表面粗さ（Ｒａ）は、算術平均粗さであって、粗さ曲線から、その平均線の方向に基準長さだけ抜き取り、この抜き取り部分の平均線から測定曲線までの偏差の絶対値を合計し、平均した値である。

なお、スパッタは、発生時、溶融した状態の金属であり、ノズル２１の内面等の表面に付着し、凝固することで蓄積していく。そして、スパッタが付着する表面の粗さが大きい場合、付着した溶融金属は表面の凹凸に入り込み、凝固後、強固な機械的接合となりやすく、除去が困難になる。

また、シールド部材７０の表面は、純銅又は銅を５０重量％以上含む合金で構成されている。これは、シールド部材７０の全体が純銅又は銅を５０重量％以上含む合金で形成される場合と、シールド部材７０の表面に純銅又は銅を５０重量％以上含む合金のコーティングが形成される場合のどちらでもよい。

そして、シールド部材７０の表面が純銅又は銅を５０重量％以上含む合金で構成される場合、シールド部材７０へのスパッタの付着を抑制することができ、例え、スパッタが付着したとしても、清掃装置のブラシ等で容易に除去することができる。さらに、純銅又は銅を５０重量％以上含む合金である場合、溶鉄−固体銅間の濡れ性が悪くなるため、付着したスパッタをより剥離しやすくなる。

（ノズル）
ノズル２１は、金属材料からなる円筒形状の部材であり、溶接対象の母材Ａに対して、オリフィス４０のガス噴出穴４１から噴出されるアルゴン（Ａｒ）や炭酸ガス（ＣＯ_２）等のシールドガスを噴射するものである。また、ノズル２１は、チップ２０を内部に収容することが可能な内部空間を有する。また、ノズル２１の後端部の内周面には、トーチ銃身１１のノズル２１の雄ねじ部１２ｂに螺合する雌ねじ部２１ａ（図６（ｅ）参照）が形成されている。

次に、溶接トーチ１０を構成するコンタクトチップ６０の交換及びチップ２０の清掃について説明する。なお、コンタクトチップ６０の導通穴６１の内面が溶接ワイヤＷにより摩耗するため、所定の溶接時間経過後にコンタクトチップ６０を交換する必要がある。また、ノズル２１の内面及びチップ２０の外面（オリフィス４０、オリフィス支持ナット５０、コンタクトチップ６０、及びシールド部材７０の外面）に、溶接時間の経過と共にスパッタが付着するため、これらの面を清掃する必要がある。また、シールド部材７０は、清掃後そのまま使用可能であるが、コンタクトチップ６０の交換の都合上、コンタクトチップ６０と共に交換される。

ここでは、溶接トーチ１０を構成するコンタクトチップ６０を自動で交換すると共に、チップ２０の外面を自動で清掃する装置（以下「交換清掃装置」と呼ぶ）を用いる場合を想定する。交換清掃装置は、例えば、特開２０１２−１３０９２８号公報や特開平７−６０４４８号公報に記載される技術を用いてもよいし、他の公知の技術を用いてもよい。なお、コンタクトチップ６０の交換やチップ２０の清掃は、手動で行うことも可能である。その場合は、以下の説明における「交換清掃装置」を「交換清掃者」と読み替える。

最初に、交換清掃装置は、ノズル２１を回転させ、ノズル２１をトーチ銃身１１から取り外す（図６（ａ）参照）。

続いて、交換清掃装置は、金属製のブラシＢをチップ２０の外面に押し当てた状態で、周方向や軸方向に摺動させることでスパッタを除去し、チップ２０の外面を清掃する（図６（ｂ）参照）。なお、図示していないが、取り外したノズル２１の内面も清掃される。

続いて、交換清掃装置は、コンタクトチップ６０を回転させ、チップボディ３０からコンタクトチップ６０をシールド部材７０と共に取り外す（図６（ｃ）参照）。そして、本実施形態の溶接トーチ１０では、オリフィス４０がオリフィス支持ナット５０により支持されているため、コンタクトチップ６０を取り外してもオリフィス４０は落下しない。

続いて、交換清掃装置は、新しいコンタクトチップ６０と新しいシールド部材７０を、チップボディ３０の先端に取り付ける（図６（ｄ）参照）。そして、本実施形態の溶接トーチ１０では、シールド部材７０は、チップボディ３０とコンタクトチップ６０との間に挟持される。

続いて、交換清掃装置は、清掃後のノズル２１をトーチ銃身１１に取り付ける（図６（ｅ）参照）。これにより、溶接トーチ１０を構成するコンタクトチップ６０の交換及びチップ２０の清掃が終了する。

以上説明したように、本実施形態の溶接トーチ１０によれば、チップボディ３０とコンタクトチップ６０との間に挟み込まれる円環状のシールド部材７０を備え、シールド部材７０の外径Ｄ１が、オリフィス支持ナット５０の先端外径Ｄ２以上、オリフィス４０の外径Ｄ３以下に設定されるため、コンタクトチップ６０とオリフィス支持ナット５０との間にスパッタが入り込むのを防止することができる。また、ノズル２１内のシールドガスの流通を妨げることがないため、シールドガス不良を防止することができる。

また、本実施形態の溶接トーチ１０によれば、オリフィス４０及びオリフィス支持ナット５０よりも前方にシールド部材７０が配置されるため、オリフィス４０及びオリフィス支持ナット５０の外周に飛来するスパッタをシールド部材７０で防いで、その外周に付着するスパッタを減少させることができる。従って、交換清掃装置のブラシＢによるチップ２０の清掃時間を短縮することができると共に、ブラシＢの摩耗を抑制することができるため、溶接機の自動運転を効率化することができると共に、ブラシＢの交換頻度が下がり溶接コストを削減することができる。また、硬いセラミック材料からなるオリフィス４０の清掃時間を短縮することができるので、ブラシＢの摩耗をより抑制することができる。

また、本実施形態の溶接トーチ１０によれば、シールド部材７０の内径Ｄ４が、コンタクトチップ６０の雄ねじ部６２の外径Ｄ５の１．５倍以下に設定されるため、シールド部材７０の径方向のズレを抑制することができ、より対称性を維持したシールドが可能となる。

また、本実施形態の溶接トーチ１０によれば、シールド部材７０の前面７０Ｆ及び後面７０Ｒの表面粗さ（Ｒａ）が、５０μｍ以下に設定されるため、シールド部材７０の前面７０Ｆ及び後面７０Ｒへのスパッタの付着を抑制することができ、例え、スパッタが付着したとしても、清掃装置のブラシ等で容易に除去することができる。

また、本実施形態の溶接トーチ１０によれば、シールド部材７０の表面が、純銅又は銅を５０重量％以上含む合金で構成されるため、シールド部材７０へのスパッタの付着を抑制することができ、例え、スパッタが付着したとしても、清掃装置のブラシ等で容易に除去することができる。

次に、本実施形態のチップ２０の第１変形例として、図７に示すように、オリフィス支持ナット５０の軸方向長さを延長して、オリフィス支持ナット５０の前端面をチップボディ３０の前端面と面一にしてもよい。この場合、シールド部材７０は、チップボディ３０及びオリフィス支持ナット５０とコンタクトチップ６０との間に挟み込まれる構成となる。なお、本変形例では、オリフィス支持ナット５０の軸方向長さを延長したが、チップボディ３０の軸方向長さを短縮してもよい。

次に、本実施形態のチップ２０の第２変形例として、図８に示すように、オリフィス支持ナット５０の軸方向長さを更に延長して、オリフィス支持ナット５０の前端面をチップボディ３０の前端面よりも前側に出してもよい。この場合、シールド部材７０は、オリフィス支持ナット５０とコンタクトチップ６０との間に挟み込まれる構成となる。なお、本変形例では、オリフィス支持ナット５０の軸方向長さを延長したが、チップボディ３０の軸方向長さを短縮してもよい。

なお、本発明は上記実施形態に例示したものに限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
例えば、上記実施形態では、シールド部材は、独立した部材であるが、これに限定されず、オリフィス支持ナットやコンタクトチップに一体に形成されていてもよい。

本発明の作用効果を確認するため、下記表１に示す実施例１〜８及び比較例１〜３のシールド部材を備える溶接トーチを用意して、それぞれに対して溶接試験を行った。本試験では、１時間の連続溶接と自動清掃（コンタクトチップ交換、ノズル清掃）を１０回（計１０時間）繰り返し行い、シールドガスのシールド性、連続自動運転性、及びスパッタ付着性を確認した。

次に、本試験の溶接条件について説明する。但し、ここで説明する溶接条件は一例であり、本発明の実施形態が以下の溶接条件に限定されるものではない。
［溶接条件］
溶接電流：３００Ａ
アーク電圧：３２Ｖ
溶接速度：３０ｃｍ／ｍｉｎ
ワイヤ突出長さ：２５ｍｍ
シールドガス：１００％ＣＯ_２ガス
オリフィスの外径：１４ｍｍ
オリフィス支持ナットの先端外径：１０ｍｍ
コンタクトチップの雄ねじ部の外径：６ｍｍ

上記表１におけるシールド性に関しては、溶接部分にピットが発生した場合は、シールドガス不良が発生したとして×とし、ピットが発生しない場合は○とした。また、連続自動運転性に関しては、自動清掃時に運転が停止した場合を×とし、１０時間停止しなかった場合を○とした。また、スパッタ付着性に関しては、シールド性及び連続自動運転性が共に○の場合のみ、シールド部材のスパッタ付着量を計測した。シールド部材のスパッタ付着量が３ｇ以下のときは、自動清掃後シールド部材に付着したスパッタが残る可能性が低く、次溶接時にスパッタ付着による堆積をさらに抑制することができる。よって、シールド部材のスパッタ付着量が３ｇ以下の場合は、好ましい条件として○とし、３ｇを超える場合は△とした。

表１から明らかなように、実施例１、５、７、８は、シールド性及び連続自動運転性が共に良好で、スパッタ付着量も３ｇ以下の少量であるので、好ましい条件であることがわかった。

また、実施例２は、シールド性及び連続自動運転性が共に良好で、スパッタ付着量が３ｇを超えている。そして、スパッタ付着量が３ｇを超えたのは、実施例２のシールド部材の内径がコンタクトチップの雄ねじ部の外径の１．５倍（９ｍｍ）より大きいことから、交換時にシールド部材が径方向へのズレが生じたまま装着されたためと考えられる。

また、実施例３は、シールド性及び連続自動運転性が共に良好で、スパッタ付着量が３ｇを超えている。そして、スパッタ付着量が３ｇを超えたのは、実施例３のシールド部材の板厚が３．０ｍｍより大きいことから、シールド部材の外周面にスパッタが付着したためと考えられる。

また、実施例４は、シールド性及び連続自動運転性が共に良好で、スパッタ付着量が３ｇを超えている。そして、スパッタ付着量が３ｇを超えたのは、実施例４のシールド部材の材質が銅を５０重量％以下含む合金であることから、スパッタの剥離性が劣っていたためと考えられる。

また、実施例６は、シールド性及び連続自動運転性が共に良好で、スパッタ付着量が３ｇを超えている。そして、スパッタ付着量が３ｇを超えたのは、実施例６のシールド部材の表面粗さ（Ｒａ）が５０μｍを超えて粗くなったことによって、スパッタの剥離性が劣化したためと考えられる。

また、比較例１は、シールド部材の外径がオリフィス支持ナットの先端外径（１０ｍｍ）より小さい場合である。この比較例１では、スパッタに対するシールド効果が低いため、オリフィスの外面やコンタクトチップとオリフィス支持ナットとの間にスパッタが蓄積し、シールドガス不良が生じて、最終的にコンタクトチップ交換時に運転が停止した。

また、比較例２は、シールド部材の外径がオリフィスの外径（１４ｍｍ）より大きい場合である。この比較例２では、スパッタに対するシールド効果は高いものの、シールドガスの流通がシールド部材により妨げられるため、シールドガス不良が生じてしまった。

また、比較例３は、シールド部材が用いられない従来の溶接トーチの場合である。この比較例３では、溶接を重ねるごとにノズル内にスパッタが蓄積し、シールドガス不良が生じて、最終的にコンタクトチップ交換時に運転が停止した。

１０ 溶接トーチ
１１ トーチ銃身
２０ チップ
２１ ノズル
３０ チップボディ
４０ オリフィス
５０ オリフィス支持ナット
６０ コンタクトチップ
７０ シールド部材
７０Ｆ 前面（シールド部材の表面）
７０Ｒ 後面（シールド部材の表面）
Ｄ１ シールド部材の外径
Ｄ２ オリフィス支持ナットの先端外径
Ｄ３ オリフィスの外径
Ｄ４ シールド部材の内径
Ｄ５ コンタクトチップの雄ねじ部の外径
Ｔ シールド部材の板厚

Claims (6)

1. トーチ銃身と、前記トーチ銃身に取り付けられるチップと、前記トーチ銃身に取り付けられ、前記チップを内部に収容する筒状のノズルと、を備え、ガスシールドアーク溶接に用いられる溶接トーチであって、
   前記チップは、
   前記トーチ銃身に取り付けられる筒状のチップボディと、
   前記チップボディの外周に挿入される筒状のオリフィスと、
   前記チップボディの先端外周に着脱自在に取り付けられ、前記オリフィスを前記チップボディの外周に支持するオリフィス支持ナットと、
   前記チップボディの先端内周に着脱自在に取り付けられる筒状のコンタクトチップと、
   前記チップボディと前記コンタクトチップとの間に配置される環状のシールド部材と、を備え、
   前記シールド部材の外径は、前記オリフィス支持ナットの先端外径以上、前記オリフィスの外径以下に設定されることを特徴とする溶接トーチ。
2. 前記シールド部材の板厚は、０．５ｍｍ〜３．０ｍｍに設定され、
   前記シールド部材の内径は、前記コンタクトチップの着脱部分の外径の１．５倍以下に設定されることを特徴とする請求項１に記載の溶接トーチ。
3. 前記シールド部材の前記コンタクトチップの先端側の表面は、平面に形成され、
   前記平面の表面粗さ（Ｒａ）は、５０μｍ以下に設定されることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接トーチ。
4. 前記シールド部材の表面は、純銅又は銅を５０重量％以上含む合金で構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の溶接トーチ。
5. 請求項１〜４のいずれか１項に記載の溶接トーチを備えることを特徴とする溶接ロボット。
6. 請求項５に記載の溶接ロボットと、溶接電源と、を備えることを特徴とする溶接システム。

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