JP2020011292A

JP2020011292A - Ｔｉｇ溶接用トーチ

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Publication number: JP2020011292A
Application number: JP2019025920A
Authority: JP
Inventors: 勝則和田; Katsunori Wada
Original assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Current assignee: Taiyo Nippon Sanso Corp
Priority date: 2019-02-15
Filing date: 2019-02-15
Publication date: 2020-01-23
Anticipated expiration: 2038-07-19
Also published as: JP6578078B1

Abstract

【課題】非消耗電極の冷却性能を向上させたＴＩＧ溶接用トーチを提供する。【解決手段】被溶接物との間でアークを発生させる非消耗電極２Ａと、非消耗電極２Ａを内側に挿入した状態で支持するコレット３Ａと、非消耗電極２Ａを先端側から突出させた状態でコレット３Ａを内側に保持すると共に、冷却液Ｗが循環される流路が設けられたコレットボディ５Ａと、非消耗電極２Ａの周囲を囲んだ状態で、アークによって生じた被溶接物の溶融池に向かってシールドガスを放出するトーチノズル６Ａと、コレットボディ５Ａと熱的に接続された状態で取り付けられると共に、コレット３Ａと接触した状態で、その先端から非消耗電極２Ａを突出させる中心孔７ａが設けられた冷却チップ７Ｈとを備え、冷却チップ７Ｈは、コレットボディ５Ａと共に、流路の一部を構成している。【選択図】図９

Description

本発明は、ＴＩＧ溶接用トーチに関する。

金属や非鉄金属などを母材として用いた構造物（被溶接物）の溶接には、従来よりＴＩＧ溶接（Tungsten Inert Gas welding）又はプラズマアーク溶接等のＧＴＡＷ（Gas Tungsten Arc welding）と呼ばれる非消耗電極式のガスシールドアーク溶接が用いられている。

ＴＩＧ溶接では、非消耗電極と、トーチノズルと、トーチボディとを備えるＴＩＧ溶接用トーチを使用し、非消耗電極（−）と被溶接物（＋）との間でアークを発生させて、このアークの熱により被溶接物を溶かして溶融池（プール）を形成しながら溶接が行われる。また、溶接中は電極の周囲を囲むトーチノズルからシールドガスを放出し、このシールドガスで大気（空気）を遮断しながら溶接が行われる。

これに対して、プラズマアーク溶接では、非消耗電極と、水冷のインサートチップ（拘束ノズルとも言う。）と、シールドキャップと、トーチボディとを備えるプラズマアーク用トーチを使用し、非消耗電極とインサートチップとの間で電気的にプラズマ化されたプラズマガス（作動ガスとも言う。）を流す。このとき発生するプラズマ流（プラズマジェット）をインサートチップで絞り込み、インサートチップの内壁形状によるウォール効果（プラズマ流の気流の流れを安定させる効果）や、インサートチップを冷却することで得られるサーマルピンチ効果（プラズマ流を周囲から冷却することで緊縮し高温となる効果）を利用して、エネルギー密度が高められたプラズマアークを発生させる。また、プラズマアークは、シールドキャップから放出されるシールドガスによるサーマルピンチ効果を受けて更に絞り込まれる。

プラズマアーク溶接では、このようにエネルギー密度が高く、アーク形状が円柱状に絞り込まれたプラズマアークを熱源として溶接が行われる。また、プラズマアークには、移行型と非移行型とがある。移行型のプラズマアークは、非消耗電極（−）と被加工物（＋）との間で電流を流す方式であり、導電性の被加工物に対してのみ適用が可能である。一方、非移行型のプラズマアークは、非消耗電極（−）とインサートチップ（＋）との間で電流を流す方式であり、非導電性の被加工物に対しても適用が可能である。さらに、プラズマアークは、上述した溶接の用途に限らず、例えば、被加工物に対するロウ付けや、接合、切断、溶射、溶融炉などにも利用されている。

ところで、上述したプラズマアーク用トーチでは、高温のプラズマアークによるインサートチップの溶損を防止するために、冷却液（水）の循環によりインサートチップを冷却する水冷式の冷却機構（チラー）が用いられている。

しかしながら、チラーの故障などでインサートチップが冷却されない場合には、インサートチップの損傷に留まらず、トーチボディが溶損することになる。この場合、修理などのコストが上昇することになる。

また、インサートチップの先端部は、プラズマアークによる高温に晒されるだけでなく、溶接スパッタの付着等の影響によって、消耗が激しい部分である。この場合、寿命の短いインサートチップの先端部分のみならず、チップ自体を交換する必要があるため、交換によるコストも上昇することになる。

そこで、本願出願人は、インサートチップの先端部に着脱自在に取り付けられるチップを設けることによって、チップの取付強度及び交換のし易さを確保しつつ、インサートチップの冷却性能の向上を可能としたプラズマアーク用トーチを提案している（下記特許文献１を参照。）。

また、ＴＩＧ溶接用トーチでも、冷却機構を設けて、冷却液（水）の循環によりトーチボディ等を冷却することが行われている。

一方、ＴＩＧ溶接用トーチでは、非消耗電極のアーク熱による消耗を抑制するために、この非消耗電極を冷却する必要がある。また、非消耗電極の冷却効果を上げるためには、この非消耗電極の先端と、冷却液（水）が循環される流路との距離をできるだけ短くする必要がある。

特開２０１７−１１９２９７号公報

本発明は、このような従来の事情に鑑みて提案されたものであり、非消耗電極の冷却性能を向上させたＴＩＧ溶接用トーチを提供することを目的とする。

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕被溶接物との間でアークを発生させる非消耗電極と、
前記非消耗電極を内側に挿入した状態で支持するコレットと、
前記非消耗電極を先端側から突出させた状態で前記コレットを内側に保持すると共に、冷却液が循環される流路が設けられたコレットボディと、
前記非消耗電極の周囲を囲んだ状態で、アークによって生じた被溶接物の溶融池に向かってシールドガスを放出するトーチノズルと、
前記コレットボディと熱的に接続された状態で取り付けられると共に、前記コレットと接触した状態で、その先端から前記非消耗電極を突出させる中心孔が設けられた冷却チップとを備え、
前記冷却チップは、前記コレットボディと共に、前記流路の一部を構成していることを特徴とするＴＩＧ溶接用トーチ。
〔２〕前記冷却チップは、前記コレットボディの先端側から内側に挿入された状態で、前記コレットボディに対して着脱自在に取り付けられていることを特徴とする前記〔１〕に記載のＴＩＧ溶接用トーチ。

以上のように、本発明によれば、非消耗電極の冷却性能を向上させたＴＩＧ溶接用トーチを提供することが可能である。

本発明の第１の実施形態に係るＴＩＧ用トーチの構成を示し、（ａ）はその断面図、（ｂ）はその先端側から見た平面図である。第１の変型例であるＴＩＧ用トーチの構成を示し、（ａ）はその断面図、（ｂ）はその先端側から見た平面図である。第２の変型例であるＴＩＧ用トーチの構成を示し、（ａ）はその断面図、（ｂ）はその先端側から見た平面図である。第３の変型例であるＴＩＧ用トーチの構成を示し、（ａ）はその断面図、（ｂ）はその先端側から見た平面図である。第４の変型例であるＴＩＧ用トーチの構成を示し、（ａ）はその断面図、（ｂ）はその先端側から見た平面図である。第５の変型例であるＴＩＧ用トーチの構成を示す断面図である。第６の変型例であるＴＩＧ用トーチの構成を示す断面図である。本発明の第２の実施形態に係るＴＩＧ溶接用トーチの構成を示す断面斜視図である。図８に示すＴＩＧ溶接用トーチの要部を拡大した断面斜視図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。
なお、以下の説明で用いる図面においては、各構成要素を見やすくするため、構成要素によって寸法の縮尺を異ならせて示すことがあり、各構成要素の寸法比率などが実際と同じであるとは限らないものとする。

（第１の実施形態）
先ず、本発明の第１の実施形態として、例えば図１（ａ），（ｂ）に示すＴＩＧ溶接用トーチ１Ａについて説明する。なお、図１（ａ）は、ＴＩＧ溶接用トーチ１Ａの構成を示す断面図である。図１（ｂ）は、ＴＩＧ溶接用トーチ１Ａを先端側から見た平面図である。

本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ａは、被溶接物Ｓとの間でアークを発生させる非消耗電極２と、非消耗電極２を内側に挿入した状態で支持するコレット３と、非消耗電極２を先端側から突出させた状態でコレット３を内側に保持すると共に、冷却液Ｗが循環されるウォータージャケット（流路）４が設けられたコレットボディ５と、非消耗電極２の周囲を囲んだ状態でコレットボディ５に取り付けられると共に、アークによって生じた被溶接物Ｓの溶融池に向かってシールドガスを放出するトーチノズル６と、コレットボディ５と熱的に接続された状態で取り付けられると共に、その先端から非消耗電極２を突出させる中心孔７ａが設けられた冷却チップ７Ａとを概略備えている。

非消耗電極２は、例えばタングステンなどの融点の高い金属材料を用いて形成された長尺状の電極棒からなる。また、非消耗電極２には、タングステンの他に、例えば酸化トリウムや酸化ランタン、酸化セリウム、酸化イットリウム、酸化ジルコニウムなどの酸化物を添加したものを用いることができる。

コレット３は、例えば銅又は銅合金などの電気伝導性及び熱伝導性に優れた金属材料を用いて形成された概略円筒状の部材からなる。コレット３は、軸線方向に貫通する貫通孔３ａを有し、この貫通孔３ａの内側に挿入された非消耗電極２を軸線方向にスライド可能に支持する。コレット３の先端側には、複数のスリット３ｂが周方向に並んで設けられている。複数のスリット３ｂは、コレット３の先端から軸線方向の中途部に亘って直線状に切り欠かれている。これにより、各スリット３ｂの間の先端部分３ｃが縮径方向に弾性変形可能となっている。また、コレット３の先端部には、漸次縮径されたテーパー部３ｄが設けられている。

コレットボディ５は、例えば銅又は銅合金などの電気伝導性及び熱伝導性に優れた材料を用いて形成された概略円筒状の部材からなる。コレットボディ５は、軸線方向に貫通する貫通孔５ａを有し、この貫通孔５ａの基端側から挿入されたコレット３を内側に保持する。

また、コレットボディ５の貫通孔５ａは、第１のシールドガスＧ１が流れる流路を形成している。貫通孔５ａの内側には、コレット３のテーパー部３ｄが当接される縮径部５ｂが設けられている。縮径部５ｂは、非消耗電極２を貫通させる程度に縮径されている。これにより、コレットボディ５の先端部からは、貫通孔５ａを貫通した非消耗電極２のみを突出させることが可能となっている。

コレットボディ５の先端側には、貫通孔５ａを介して供給された第１のシールドガスＧ１を放出するセンターノズル５ｃが設けられている。また、コレットボディ５の側面には、貫通孔５ａに向けて第１のシールドガスＧ１を供給するガス供給口５ｄが設けられている。一方、コレットボディ５の後端側には、貫通孔５ａの後端側を閉塞するトーチキャップ８が螺合により着脱自在に取り付けられている。

ウォータージャケット４は、冷却液（水）Ｗの循環によりコレットボディ５を冷却する冷却機構（チラー）５０と接続されている。これにより、コレットボディ５は、ウォータージャケット４を流れる冷却液（水）Ｗにより冷却されることになる。

トーチノズル６は、例えば耐熱性に優れたセラミックなどを用いて概略円筒状に形成されたノズル形状を有している。トーチノズル６は、コレットボディ５の外周面との間で第２のシールドガスＧ２が流れる流路を形成すると共に、コレットボディ５の外周面に螺合により着脱自在に取り付けられている。なお、トーチノズル６は、その先端側が漸次縮径されたノズル形状であってもよい。

冷却チップ７Ａは、概略円筒状に形成されて、コレットボディ５の先端側からコレットボディ５の内側に挿入された状態で、コレットボディ５に対して螺合により着脱自在に取り付けられている。また、冷却チップ７Ａは、その先端側が絞り込まれたテーパー形状を有している。

冷却チップ７Ａの中心孔７ａは、非消耗電極２と接触した状態で、その先端から非消耗電極２を突出させている。また、冷却チップ７Ａは、第１のシールドガスＧ１を放出するガス放出口９を有している。ガス放出口９は、中心孔７ａの周囲に並んで設けられた複数の孔部９ａにより構成されている。

以上のような構成を有するＴＩＧ溶接用トーチ１Ａは、電源装置６０と接続されている。電源装置６０は、従来より一般に使用されている直流式及び／又は交流式のＴＩＧ溶接用電源装置であり、ＴＩＧ溶接用トーチ１Ａと溶接ケーブル（図示せず。）を介して接続されて、ＴＩＧ溶接用トーチ１Ａへの電力並びに第１及び第２のシールドガスＧ１，Ｇ２の供給を行う。

電源装置６０では、マイナス(−)端子側にトーチ側ケーブル６１ａを介して非消耗電極２が電気的に接続され、且つ、プラス(＋)端子側に母材側ケーブル６１ｂを介して被溶接物Ｓが電気的に接続されている。

これにより、非消耗電極２と被溶接物Ｓとの間でアークを発生させて、このアークの熱により被溶接物Ｓを溶かして溶融池（プール）を形成しながら溶接が行われる。また、溶接中は非消耗電極２の周囲を囲むトーチノズル６から第１及び第２のシールドガスＧ１，Ｇ２を放出し、これらのシールドガスＧ１，Ｇ２により大気（空気）を遮断しながら溶接が行われる。

なお、第１及び第２のシールドガスＧ１，Ｇ２については、特に限定されるものではなく、例えばアルゴン（Ａｒ）やヘリウム（Ｈｅ）等の不活性ガスや、アルゴン（Ａｒ）に水素（Ｈ_２）、ヘリウム（Ｈｅ）、窒素（Ｎ_２）等のガスを添加した混合ガスを用いることができる。また、アルゴン（Ａｒ）とヘリウム（Ｈｅ）との混合ガスに水素（Ｈ_２）、窒素（Ｎ_２）等のガスを添加した混合ガスを用いることができる。また、第２ののシールドガスＧ２については、上述した組成のガスの他に、アルゴン（Ａｒ）又はアルゴン（Ａｒ）とヘリウム（Ｈｅ）との混合ガスに、例えば炭酸ガス（ＣＯ_２）や酸素（Ｏ_２）等の酸化性ガスを添加したものを用いてもよい。

本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ａでは、上述した冷却チップ７Ａがコレットボディ５と熱的に接続された状態で取り付けられている。また、冷却チップ７Ａの中心孔７ａから非消耗電極２の先端を突出させた状態で、この非消耗電極２が冷却チップ７Ａと接触している。

すなわち、本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ａでは、冷却液（水）Ｗの循環により冷却されるコレットボディ５と冷却チップ７Ａを介して非消耗電極２が熱的に接続された状態となっている。これにより、非消耗電極２の冷却効果を上げることができ、この非消耗電極２のアーク熱による消耗を抑制することが可能である。また、冷却チップ７Ａの交換も容易である。

（第１の変型例）
次に、本発明の第１の変形例として、例えば図２（ａ），（ｂ）に示すＴＩＧ溶接用トーチ１Ｂについて説明する。
なお、図２（ａ）は、ＴＩＧ溶接用トーチ１Ｂの構成を示す断面図である。図２（ｂ）は、ＴＩＧ溶接用トーチ１Ｂを先端側から見た平面図である。また、以下の説明では、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｂは、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１Ａが備える冷却チップ７Ａの代わりに、冷却チップ７Ｂを備える以外は、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１Ａと基本的に同じ構成を有している。

具体的に、このＴＩＧ溶接用トーチ１Ｂにおいて、冷却チップ７Ｂは、その先端から複数の孔部９ａ（ガス放出口９）の周囲を囲むように円筒状に突出されたノズル部７ｂを有している。この構成の場合、複数の孔部９ａ（ガス放出口９）から放出された第１のシールドガスＧ１をノズル部７ｂにより絞り込むことができる。

本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｂでは、上述した冷却チップ７Ｂがコレットボディ５と熱的に接続された状態で取り付けられている。また、冷却チップ７Ｂの中心孔７ａから非消耗電極２の先端を突出させた状態で、この非消耗電極２が冷却チップ７Ｂと接触している。

すなわち、本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｂでは、冷却液（水）Ｗの循環により冷却されるコレットボディ５と冷却チップ７Ｂを介して非消耗電極２が熱的に接続された状態となっている。これにより、非消耗電極２の冷却効果を上げることができ、この非消耗電極２のアーク熱による消耗を抑制することが可能である。また、冷却チップ７Ｂの交換も容易である。

（第２の変型例）
次に、本発明の第２の変形例として、例えば図３（ａ），（ｂ）に示すＴＩＧ溶接用トーチ１Ｃについて説明する。
なお、図３（ａ）は、ＴＩＧ溶接用トーチ１Ｃの構成を示す断面図である。図３（ｂ）は、ＴＩＧ溶接用トーチ１Ｃを先端側から見た平面図である。また、以下の説明では、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｃは、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１Ａが備える冷却チップ７Ａの代わりに、冷却チップ７Ｃを備える以外は、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１Ａと基本的に同じ構成を有している。

具体的に、このＴＩＧ溶接用トーチ１Ｃにおいて、冷却チップ７Ｃは、ガス放出口９として、上記冷却チップ７Ａが備える複数の孔部９ａの代わりに、複数の切欠部９ｂを有している。複数のスリット部９ｂは、中心孔７ａの周囲に並んで設けられている。また、各切欠部９ｂは、中心孔７ａの周面を軸線方向に切り欠くように形成されている。

また、冷却チップ７Ｃは、その先端から複数の切欠部９ｂ（ガス放出口９）の周囲を囲むように円筒状に突出されたノズル部７ｂを有している。この構成の場合、複数の切欠部９ｂ（ガス放出口９）から放出された第１のシールドガスＧ１をノズル部７ｂにより絞り込むことができる。

本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｃでは、上述した冷却チップ７Ｃがコレットボディ５と熱的に接続された状態で取り付けられている。また、冷却チップ７Ｃの中心孔７ａから非消耗電極２の先端を突出させた状態で、この非消耗電極２が冷却チップ７Ｃと接触している。

すなわち、本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｃでは、冷却液（水）Ｗの循環により冷却されるコレットボディ５と冷却チップ７Ｃを介して非消耗電極２が熱的に接続された状態となっている。これにより、非消耗電極２の冷却効果を上げることができ、この非消耗電極２のアーク熱による消耗を抑制することが可能である。また、冷却チップ７Ｃの交換も容易である。

（第３の変型例）
次に、本発明の第３の変形例として、例えば図４（ａ），（ｂ）に示すＴＩＧ溶接用トーチ１Ｄについて説明する。
なお、図４（ａ）は、ＴＩＧ溶接用トーチ１Ｄの構成を示す断面図である。図４（ｂ）は、ＴＩＧ溶接用トーチ１Ｄを先端側から見た平面図である。また、以下の説明では、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｄは、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１Ａが備える冷却チップ７Ａの代わりに、冷却チップ７Ｄを備える以外は、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１Ａと基本的に同じ構成を有している。

具体的に、このＴＩＧ溶接用トーチ１Ｄにおいて、冷却チップ７Ｄは、ガス放出口９として、上記冷却チップ７Ａが備える複数の孔部９ａの代わりに、複数の切欠部９ｃを有している。複数の切欠部９ｃは、中心孔７ａの周囲に並んで設けられている。また、各切欠部９ｂは、冷却チップ７Ｄの先端側を周方向に分断しながら軸線方向に切り欠くように形成されている。

本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｄでは、上述した冷却チップ７Ｄがコレットボディ５と熱的に接続された状態で取り付けられている。また、冷却チップ７Ｄの中心孔７ａから非消耗電極２の先端を突出させた状態で、この非消耗電極２が冷却チップ７Ｄと接触している。

すなわち、本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｄでは、冷却液（水）Ｗの循環により冷却されるコレットボディ５と冷却チップ７Ｄを介して非消耗電極２が熱的に接続された状態となっている。これにより、非消耗電極２の冷却効果を上げることができ、この非消耗電極２のアーク熱による消耗を抑制することが可能である。また、冷却チップ７Ｄの交換も容易である。

（第４の変型例）
次に、本発明の第４の変形例として、例えば図５（ａ），（ｂ）に示すＴＩＧ溶接用トーチ１Ｅについて説明する。
なお、図５（ａ）は、ＴＩＧ溶接用トーチ１Ｅの構成を示す断面図である。図５（ｂ）は、ＴＩＧ溶接用トーチ１Ｅを先端側から見た平面図である。また、以下の説明では、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｅは、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１Ａが備える冷却チップ７Ａの代わりに、冷却チップ７Ｅを備える以外は、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１Ａと基本的に同じ構成を有している。

具体的に、このＴＩＧ溶接用トーチ１Ｅにおいて、冷却チップ７Ｅは、上記冷却チップ７Ａが備える複数の孔部９ａ（ガス放出口９）を省略した構成である。これにより、本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｅは、トーチノズル６から第２のシールドガスＧ２のみを放出する構成となっている。

本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｅでは、上述した冷却チップ７Ｅがコレットボディ５と熱的に接続された状態で取り付けられている。また、冷却チップ７Ｅの中心孔７ａから非消耗電極２の先端を突出させた状態で、この非消耗電極２が冷却チップ７Ｅと接触している。

すなわち、本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｅでは、冷却液（水）Ｗの循環により冷却されるコレットボディ５と冷却チップ７Ｅを介して非消耗電極２が熱的に接続された状態となっている。これにより、非消耗電極２の冷却効果を上げることができ、この非消耗電極２のアーク熱による消耗を抑制することが可能である。また、冷却チップ７Ｅの交換も容易である。

（第５の変型例）
次に、本発明の第５の変形例として、例えば図６に示すＴＩＧ溶接用トーチ１Ｆについて説明する。
なお、図６は、ＴＩＧ溶接用トーチ１Ｆの構成を示す断面図である。また、以下の説明では、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｆは、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１Ａが備える冷却チップ７Ａの代わりに、冷却チップ７Ｆを備える以外は、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１Ａと基本的に同じ構成を有している。

具体的に、このＴＩＧ溶接用トーチ１Ｆにおいて、冷却チップ７Ｆは、上記冷却チップ７Ａが備える複数の孔部９ａ（ガス放出口９）を省略した構成である。これにより、本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｆは、トーチノズル６から第２のシールドガスＧ２のみを放出する構成となっている。

また、冷却チップ７Ｆは、コレットボディ５と共に、ウォータージャケット４の一部を構成している。このため、ウォータージャケット４を構成するコレットボディ５と冷却チップ７Ｆとの間は、Ｏリング１０によって液密に封止（シール）されている。これにより、冷却チップ７Ｆは、コレットボディ５と共に、ウォータージャケット４を流れる冷却液（水）Ｗにより冷却されることになる。

本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｆでは、上述した冷却チップ７Ｆがコレットボディ５と熱的に接続された状態で取り付けられると共に、冷却液（水）Ｗの循環によりコレットボディ５及び冷却チップ７Ｆを冷却している。また、冷却チップ７Ｆの中心孔７ａから非消耗電極２の先端を突出させた状態で、この非消耗電極２が冷却チップ７Ｆと接触している。

すなわち、本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｆでは、冷却液（水）Ｗの循環により冷却される冷却チップ７Ｆと非消耗電極２が熱的に接続された状態となっている。これにより、非消耗電極２の冷却効果を上げることができ、この非消耗電極２のアーク熱による消耗を抑制することが可能である。また、冷却チップ７Ｆの交換も容易である。

（第６の変型例）
次に、本発明の第６の変形例として、例えば図７に示すＴＩＧ溶接用トーチ１Ｇについて説明する。
なお、図７は、ＴＩＧ溶接用トーチ１Ｇの構成を示す断面図である。また、以下の説明では、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｇは、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１Ａが備える冷却チップ７Ａの代わりに、冷却チップ７Ｇを備える以外は、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１Ａと基本的に同じ構成を有している。

具体的に、このＴＩＧ溶接用トーチ１Ｇにおいて、冷却チップ７Ｇは、上記冷却チップ７Ａが備える複数の孔部９ａ（ガス放出口９）を省略した構成である。これにより、本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｇは、トーチノズル６から第２のシールドガスＧ２のみを放出する構成となっている。

また、冷却チップ７Ｇの中心孔７ａには、上記縮径部５ｂの代わりに、非消耗電極２の尖形となる先端部と当接される縮径部７ｃが設けられている。縮径部７ｃは、非消耗電極２の先端部を貫通させる程度に縮径されている。これにより、冷却チップ７Ｇの先端部からは、中心孔７ａを貫通した非消耗電極２の先端部（テーパー状の部分）のみを突出させることが可能となっている。

本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｇでは、上述した冷却チップ７Ｇがコレットボディ５と熱的に接続された状態で取り付けられている。また、冷却チップ７Ｇの中心孔７ａから非消耗電極２の先端を突出させた状態で、この非消耗電極２が冷却チップ７Ｇと接触している。

すなわち、本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｇでは、冷却液（水）Ｗの循環により冷却されるコレットボディ５と冷却チップ７Ｇを介して非消耗電極２が熱的に接続された状態となっている。これにより、非消耗電極２の冷却効果を上げることができ、この非消耗電極２のアーク熱による消耗を抑制することが可能である。また、冷却チップ７Ｇの交換も容易である。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態として、例えば図８及び図９に示すＴＩＧ溶接用トーチ１Ｈについて説明する。
なお、図８は、ＴＩＧ溶接用トーチ１Ｈの構成を示す断面斜視図である。図９は、ＴＩＧ溶接用トーチ１Ｈの要部を拡大した断面斜視図である。また、以下の説明では、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１Ａと同等の部位については、説明を省略すると共に、図面において同じ符号を付すものとする。

本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｈは、被溶接物Ｓ（図８，９において図示せず。）との間でアークを発生させる非消耗電極２Ａと、非消耗電極２Ａを内側に挿入した状態で支持するコレット３Ａと、非消耗電極２Ａを先端側から突出させた状態でコレット３Ａを内側に保持すると共に、冷却液Ｗが循環されるウォータージャケット（流路）４Ａが設けられたコレットボディ５Ａと、コレットボディ５Ａが取り付けられるトーチボディ１１と、非消耗電極２Ａの周囲を囲んだ状態でトーチボディ１１に取り付けられると共に、アークによって生じた被溶接物Ｓの溶融池に向かってシールドガスを放出するトーチノズル６Ａと、コレットボディ５Ａと熱的に接続された状態で取り付けられると共に、その先端から非消耗電極２Ａを突出させる中心孔７ａが設けられた冷却チップ７Ｈとを概略備えている。

このうち、非消耗電極２Ａは、上記非消耗電極２と同様の構成を有しているが、本実施形態では、上記非消耗電極２よりも長尺のものを用いている。また、コレット３Ａは、貫通孔３ａと、複数のスリット３ｂと、先端部分３ｃと、テーバー部３ｄといった上記コレット３と同様の構成を有しているが、本実施形態では、上記コレット３Ａよりも長尺のものを用いている。

コレットボディ５Ａは、貫通孔５ａと、センターノズル５ｃと、ガス供給口５ｄ（図８，９において図示せず。）といった上記コレットボディ５と同様の構成を有しているが、上記コレットボディ５よりも長尺のものを用いている。また、コレットボディ５Ａの後端側には、トーチキャップ８Ａが螺合により着脱自在に取り付けられている。トーチキャップ８Ａには、第１のシールドガスＧ１を貫通孔５ａに向けて供給するガス供給口８ａが設けられている。

トーチボディ１１は、例えば軟鋼やステンレス鋼などの鋼材又は真鍮等を用いて概略円筒状に形成された外筒部材１２と、絶縁樹脂を用いて概略円筒状に形成された絶縁部材１３とを有している。

外筒部材１２は、非消耗電極２Ａに電力を供給する給電部を形成している。また、外筒部材１２の内側に形成された貫通孔１２ａは、その中心に非消耗電極２Ａを配置すると共に、非消耗電極２Ａの周囲からコレットボディ５Ａの貫通孔５ａに向けて第１のシールドガスＧ１を供給する流路を形成している。

コレットボディ５Ａは、貫通孔１２ａの内側に挿入された状態で、外筒部材１２に対して螺合により着脱自在に取り付けられている。また、外筒部材１２は、コレットボディ５Ａの外周面との間で第２のシールドガスＧ２が流れる流路を形成している。

絶縁部材１３は、コレットボディ５Ａの外周部を覆うと共に、貫通孔１２ａの内側に挿入された状態で、外筒部材１２に対して螺合により着脱自在に取り付けられている。

コレットボディ５Ａと外筒部材１２との間には、冷却液（水）Ｗが循環されるウォータージャケット（流路）１４が設けられている。ウォータージャケット１４は、外筒部材１２の内周面を周方向に切り欠くリング状の溝部１２ｂと、コレットボディ５Ａの外周面とによって構成されている。また、ウォータージャケット１４を構成するコレットボディ５Ａと外筒部材１２との間は、Ｏリング１５によって液密に封止（シール）されている。Ｏリング１５は、ウォータージャケット１４を挟んだ軸線方向の両側にそれぞれ配置されている。

ウォータージャケット４Ａ，１４は、冷却液（水）Ｗの循環によりコレットボディ５Ａを冷却する冷却機構（チラー）５０（図８，９において図示せず。）と接続されている。これにより、コレットボディ５Ａは、ウォータージャケット４Ａ，１４を流れる冷却液（水）Ｗにより冷却されることになる。

トーチノズル６Ａは、上記トーチノズル６と同様の構成を有しているが、本実施形態では、コレットボディ５Ａの外周面との間で第２のシールドガスＧ２が流れる流路を形成すると共に、外筒部材１２の外周面に螺合により着脱自在に取り付けられている。また、トーチノズル６Ａは、その先端側が漸次縮径されたノズル形状を有している。

冷却チップ７Ｈは、概略円筒状に形成されて、コレットボディ５Ａの先端側から内側に挿入された状態で、コレットボディ５Ａに対して螺合により着脱自在に取り付けられている。また、冷却チップ７Ｈの先端には、拡径方向に突出したフランジ部７ｄが設けられている。冷却チップ７Ｈは、このフランジ部７ｄがコレットボディ５Ａの先端に当接した状態で取り付けられている。

冷却チップ７Ｈは、コレット３Ａと接触している。具体的に、中心孔７ａの内側には、コレット３Ａのテーパー部３ｄが当接される縮径部７ｅが設けられている。縮径部７ｅは、非消耗電極２Ａを貫通させる程度に縮径されている。これにより、冷却チップ７Ｈの先端部からは、中心孔７ａを貫通した非消耗電極２Ａのみを突出させることが可能となっている。

また、冷却チップ７Ｈは、コレットボディ５Ａと共に、ウォータージャケット４Ａの一部を構成している。このため、ウォータージャケット４Ａを構成するコレットボディ５Ａと冷却チップ７Ｈとの間は、Ｏリング１０Ａによって液密に封止（シール）されている。これにより、冷却チップ７Ｈは、コレットボディ５Ａと共に、ウォータージャケット４Ａを流れる冷却液（水）Ｗにより冷却されることになる。

以上のような構成を有するＴＩＧ溶接用トーチ１Ｈは、電源装置６０（図８，９において図示せず。）と接続されている。電源装置６０は、ＴＩＧ溶接用トーチ１Ｈと溶接ケーブル（図示せず。）を介して接続されて、ＴＩＧ溶接用トーチ１Ｈへの電力並びに第１及び第２のシールドガスＧ１，Ｇ２の供給を行う。

電源装置６０では、図示を省略するものの、マイナス(−)端子側にトーチ側ケーブル６１ａを介して非消耗電極２Ａが電気的に接続され、且つ、プラス(＋)端子側に母材側ケーブル６１ｂを介して被溶接物Ｓが電気的に接続されている。

これにより、非消耗電極２Ａと被溶接物Ｓとの間でアークを発生させて、このアークの熱により被溶接物Ｓを溶かして溶融池（プール）を形成しながら溶接が行われる。また、溶接中は非消耗電極２Ａの周囲を囲むトーチノズル６Ａから第１及び第２のシールドガスＧ１，Ｇ２を放出し、これらのシールドガスＧ１，Ｇ２により大気（空気）を遮断しながら溶接が行われる。

本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｈでは、上述した冷却チップ７Ｈがコレットボディ５及びコレット３Ａと熱的に接続された状態で取り付けられると共に、冷却液（水）Ｗの循環によりコレットボディ５Ａ及び冷却チップ７Ｈを冷却している。

すなわち、本実施形態のＴＩＧ溶接用トーチ１Ｈでは、冷却液（水）Ｗの循環により冷却される冷却チップ７Ｈとコレット３Ａとが熱的に接続された状態となっている。これにより、コレット３Ａと熱的に接続された非消耗電極２Ａの冷却効果を上げることができ、この非消耗電極２Ａのアーク熱による消耗を抑制することが可能である。また、冷却チップ７Ｈの交換も容易である。

なお、本発明は、上記実施形態のものに必ずしも限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において種々の変更を加えることが可能である。
例えば、上記冷却チップ７Ａ〜７Ｄ，７Ｇについては、上記冷却チップ７Ｆと同様に、コレットボディ５と共に、ウォータージャケット４の一部を構成し、このウォータージャケット４を流れる冷却液（水）Ｗにより冷却される構成とすることも可能である。

また、上記ＴＩＧ溶接用トーチ１Ａ〜１Ｈでは、非消耗電極２，２Ａの先端が冷却チップ７Ａ〜７Ｈの先端よりも外側に突き出した状態となっているが、非消耗電極２，２Ａの先端を冷却チップ７Ａ〜７Ｈの先端よりも内側に引き込んだ状態とすることで、プラズマアーク用トーチとして利用することも可能である。さらに、従来のプラズマアーク用トーチの先端に設けられた拘束チップを本発明の冷却チップ７Ａ〜７Ｈに変更することで、プラズマアーク用トーチからＴＩＧ溶接用トーチに変換することも可能である。

１Ａ〜１Ｈ…ＴＩＧ溶接用トーチ２，２Ａ…非消耗電極３，３Ａ…コレット４，４Ａ…ウォータージャケット（流路）５，５Ａ…コレットボディ６，６Ａ…トーチノズル７Ａ〜７Ｈ…冷却チップ７ａ…中心孔７ｂ…ノズル部８，８Ａ…トーチキャップ９…ガス放出口９ａ…孔部９ｂ，９ｃ…切欠部１０，１０Ａ…Ｏリング１１…トーチボディ１２…外筒部材１３…絶縁部材１４…ウォータージャケット１５…Ｏリング５０…冷却機構（チラー）６０…電源装置Ｇ１…第１のシールドガスＧ２…第２のシールドガス

上記目的を達成するために、本発明は以下の手段を提供する。
〔１〕被溶接物との間でアークを発生させる非消耗電極と、
前記非消耗電極を内側に挿入した状態で支持するコレットと、
前記非消耗電極を先端側から突出させた状態で前記コレットを内側に保持すると共に、冷却液が循環される流路が設けられたコレットボディと、
前記非消耗電極の周囲を囲んだ状態で、アークによって生じた被溶接物の溶融池に向かってシールドガスを放出するトーチノズルと、
前記コレットボディと熱的に接続された状態で取り付けられると共に、前記コレットの先端側と接触した状態で、その先端から前記非消耗電極を突出させる中心孔が設けられた冷却チップとを備え、
前記冷却チップは、前記コレットボディと共に、前記流路の一部を構成していることを特徴とするＴＩＧ溶接用トーチ。
〔２〕前記冷却チップは、前記コレットボディの先端側から内側に挿入された状態で、前記コレットボディに対して着脱自在に取り付けられていることを特徴とする前記〔１〕に記載のＴＩＧ溶接用トーチ。

Claims

被溶接物との間でアークを発生させる非消耗電極と、
前記非消耗電極を内側に挿入した状態で支持するコレットと、
前記非消耗電極を先端側から突出させた状態で前記コレットを内側に保持すると共に、冷却液が循環される流路が設けられたコレットボディと、
前記非消耗電極の周囲を囲んだ状態で、アークによって生じた被溶接物の溶融池に向かってシールドガスを放出するトーチノズルと、
前記コレットボディと熱的に接続された状態で取り付けられると共に、前記コレットと接触した状態で、その先端から前記非消耗電極を突出させる中心孔が設けられた冷却チップとを備え、
前記冷却チップは、前記コレットボディと共に、前記流路の一部を構成していることを特徴とするＴＩＧ溶接用トーチ。
前記冷却チップは、前記コレットボディの先端側から内側に挿入された状態で、前記コレットボディに対して着脱自在に取り付けられていることを特徴とする請求項１に記載のＴＩＧ溶接用トーチ。