JP2022070060A - スポット溶接用の狭窄ノズル付きｔｉｇ溶接トーチ - Google Patents

Abstract

【課題】手スポット溶接時に電極用ノズルを確実且つ良好に冷却できるＴＩＧ溶接トーチを提供する。【解決手段】トーチボディ２と、前記トーチボディ２に着脱自在に挿着され、陰極に接続されるタングステン電極棒３を保持する電極コレット４と、前記タングステン電極棒３を同心状に支持してタングステン電極棒３との間にシールドガスＧが流れるガス通路５ｅを形成すると共に、ガス通路５ｅから前記タングステン電極棒３の先端部へ向かってシールドガスＧを噴出する狭窄ノズル５と、前記トーチボディ２の先端部に設けられ、先端部が先窄まり状に形成されて狭窄ノズル５から突出するタングステン電極棒３の先端部を周囲から取り囲むと共に、アースケーブルを介して陽極に接続される導電性を有する筒状の電極用ノズル７とを備え、前記電極用ノズル７に、シールドガスＧのガス抜き口７ａと、冷却水が流通する冷却水流通路７ｄとを形成する。【選択図】図２

Description

本発明は、例えば、ステンレス板、鋼板、銅板、アルミ板等の金属板（母材）をスポット溶接（仮付け溶接）するために用いるものであり、特に、非消耗式のタンクズテン電極を備えたＴＩＧ溶接トーチに改良を加えたスポット溶接用の狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチに関する。

一般にスポット溶接（仮付け溶接）は、二枚の金属板を仮付けする場合や、金属板の接合箇所にあまり高い接合強度を必要としない場合等に用いられるものであり、スポット溶接（仮付け溶接）を行う際の継手の形状には、重ね継手、突合せ継手、角継手、へり継手、Ｔ継手等が使用されている。

一般に、二枚の金属板を重ねて行うスポット溶接には、抵抗溶接が広く利用されているが、抵抗溶接は、電気抵抗の少ない銅板やアルミ板等の金属板のスポット溶接（仮付け溶接）に不向きである。

そのため、銅板やアルミ板等の金属板のスポット溶接には、例えば、非消耗式のタンクズテン電極を備えたＴＩＧ溶接トーチを使用するＴＩＧ溶接が用いられている。

ＴＩＧ溶接トーチを用いるＴＩＧ溶接において良好なスポット溶接を行うには、下記の各点に注意する必要がある。
（１）スポット溶接する箇所にアークが確実に移行するように狙い位置を定める。
（２）タングステン電極棒と金属板の距離を一定に保ち、アーク長が一定になるようにする。
（３）タングステン電極棒と金属板との短絡を防止する。

しかし、ＴＩＧ溶接トーチを用いるＴＩＧ溶接においては、スポット溶接の狙い位置を定めたり、アーク長を一定に保ったり、短絡を防止したりするには、作業者の経験が必要になるうえ、技量に個人差があるので、熟練者でなければ良好なスポット溶接を行えないと言う問題がある。

また、タングステン電極棒と金属板が短絡した場合には、タングステン電極棒の先端が消耗し、タングステン電極棒を研磨しなければならず、作業性が極めて悪くなると言う問題がある。

上述した問題を解決するＴＩＧ溶接トーチしては、本件発明者が先に開発したスポット溶接用の狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチ（特許文献１）が知られている。

即ち、前記狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチは、図示していないが、導電性を有する筒状の電極用ノズルを、トーチの先端部にタングステン電極棒の先端部周囲を取り囲むように取り付け、導電性の電極用ノズルを金属板（母材）の溶接すべき箇所に押し付けて接触させることにより、スポット溶接の狙い位置を容易に定めることができるようにする共に、アーク長を一定に保つことができるようにしたものである。

国際公開第ＷＯ２０２０／１３７９４９号

しかしながら、上述した狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチにおいても、未だ解決すべき問題点が残されている。

即ち、前記狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチは、筒状の電極用ノズルの周囲に筒状の断熱カバーを配置し、電極用ノズルと断熱カバーとの間に、シールドガスが流れる環状の冷却通路を形成し、スポット溶接時に加熱される電極用ノズルを冷却するようにしているが、電極用ノズル内の加熱された後のシールドガスが環状の冷却通路内に流れるようになっているため、電極用ノズルをあまり冷却することができないという問題があった。

本発明は、このような問題点に鑑みて為されたものであり、その目的は、手スポット溶接時に電極用ノズルを確実且つ良好に冷却できるようにしたスポット溶接用の狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチを提供することにある。

上記目的を達成するため、本発明に係るスポット溶接用の狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチは、トーチボディと、前記トーチボディに着脱自在に挿着され、陰極に接続されるタングステン電極棒を保持する電極コレットと、前記タングステン電極棒を同心状に支持してタングステン電極棒との間にシールドガスが流れるガス通路を形成すると共に、ガス通路から前記タングステン電極棒の先端部へ向かってシールドガスを噴出する狭窄ノズルと、前記トーチボディの先端部に設けられ、先端部が先窄まり状に形成されて狭窄ノズルから突出するタングステン電極棒の先端部を周囲から取り囲むと共に、アースケーブルを介して陽極に接続される導電性を有する筒状の電極用ノズルとを備え、前記電極用ノズルに、シールドガスのガス抜き口と、冷却水が流通する冷却水流通路とを形成したことに特徴がある。

前記電極用ノズルは、トーチボディの先端部に設けられ、アースケーブルを介して陽極に接続されると共に、シールドガスのガス抜き口を形成した導電性を有する筒状のアース接続金具と、アース接続金具の先端部に着脱自在に設けられ、冷却水が流通する冷却水通路、冷却水流通路に連通する冷却水供給口及び冷却水流通路に連通する冷却水排出口を形成した導電性を有する筒状の冷却ノズル体と、冷却ノズル体の先端部に着脱自在に設けられ、先端部が先窄まり状に形成されて先窄まり状の先端がタングステン電極棒の先端よりも外方に位置する導電性を有する筒状のノズルチップとを備えていることが好ましい。

前記冷却ノズル体は、基端部が筒状のアース接続金具の先端部に着脱自在に螺着され、先端部に筒状のノズルチップの基端部が着脱自在に螺着される筒状の内筒と、内筒の周囲に配置され、内筒との間に冷却水が流通する環状の冷却水流通路を形成する筒状の外筒とを備え、前記外筒に冷却水流通路に連通する冷却水供給口及び冷却水流通路に連通する冷却水排出口を形成することが好ましい。

前記アース接続金具と冷却ノズル体の外筒をそれぞれ黄銅により形成し、前記冷却ノズル体の内筒とノズルチップをそれぞれ銅材により形成することが好ましい。

前記ノズルチップの先端面に、ノズルチップの直径方向に沿って形成され、角継手の角部に嵌合されるＶ字状の位置決め溝を形成することが好ましい。

前記ノズルチップの先端部外周面に、Ｔ継手の隅部に面接触状態で接触する対向状の位置決め面を形成することが好ましい。

本発明に係るスポット溶接用の狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチは、電極用ノズルに冷却水が流通する冷却水流通路を形成しているため、スポット溶接時に電極用ノズルを確実且つ良好に冷却することができる。その結果、本発明に係るスポット溶接用の狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチは、サーマルピンチ効果が高められ、アークがエネルギー密度の高い安定したアークとなり、溶融プールの安定性及び深い溶け込みが得られる。また、電極用ノズルの温度が一定に保たれ、スポット径の安定性を図ることができる。更に、電極用ノズルが確実且つ良好に冷却されるため、作業者が電極用ノズルに触れても火傷をすることがなく、作業者の安全性を確保することができる。

本発明の実施形態に係るスポット溶接用の狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチの正面図である。 同じく狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチの縦断面図である。 同じく狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチの要部の拡大縦断面図である。 図３のａ－ａ線断面図である。 狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチに用いる電極用ノズルの拡大縦断面図である。 図５に示す電極用ノズルを分解した状態の拡大縦断図である。 図５に示す電極用ノズルの冷却ノズル体を分解した状態の拡大縦断図である。 狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチに用いる電極用ノズルの他の例を示し、角継手のスポット溶接を行う場合に用いる電極用ノズルの拡大縦断面図である。 図８に示す電極用ノズルの拡大底面図である。 狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチに用いる電極用ノズルの更に他の例を示し、Ｔ継手のスポット溶接を行う場合に用いる電極用ノズルの拡大縦断面図である。 図１０に示す電極用ノズルの拡大側面図である。 図１０に示す電極用ノズルの拡大底面図である。

以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。

図１～図４は本発明の実施形態に係るスポット溶接用の狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチ１を示し、当該狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチ１は、ステンレス板、鋼板、銅板、アルミ板等の二枚の金属板Ｗ（以下、母材Ｗと言う）をスポット溶接（仮付け溶接）するために用いるものであり、電極用ノズル７に冷却水が流れる冷却水流通路７ｄを形成して電極用ノズル７を冷却すると共に、電極用ノズル７を上下方向に複数に分割し、最も下端部側に位置する部分を別の形状のものに交換できるようにして様々な継手形状（突合せ継手、角継手、へり継手、Ｔ継手、重ね継手等）に対応できるようにしたものである。

前記狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチ１は、筒状のトーチボディ２と、トーチボディ２に着脱自在に挿着され、陰極に接続されるタングステン電極棒３を保持すると共に、シールドガスＧを通す筒状の電極コレット４と、タングステン電極棒３を同心状に支持してタングステン電極棒３との間にシールドガスＧが流れるガス通路５ｅを形成すると共に、ガス通路５ｅからタングステン電極棒３の先端部へ向かってシールドガスＧを高速で噴出させる狭窄ノズル５と、トーチボディ２の先端部に設けられ、先端部が先窄まり状に形成されて狭窄ノズル５から突出するタングステン電極棒３の先端部を周囲から取り囲むと共に、アースケーブル６を介して陽極に接続される導電性を有する筒状の電極用ノズル７とを備えており、前記電極用ノズル７に、シールドガスＧのガス抜き口と、冷却水が流通する冷却水流通路７ｄとを形成したものである。

尚、図１及び図２において、８は電極コレット４の中間部を覆う絶縁材（例えば、布入りベークライト）製の筒状のコレットホルダー、９はコレットホルダー８を電極コレット４に固定する止めネジ、１０は電極コレット４の基端部にホース用接続金具１１を介して接続されたシールドガス供給用のガスホース、１２は電極コレット４にケーブル用止めネジ１３により接続固定されたトーチケーブル、６は電極用ノズル７に端子用止め具１４により接続固定されたアースケーブル６、１５はトーチボディ２に設けられてスイッチケーブル（図示省略）を介して電源制御部に接続されるトーチスイッチである。

前記トーチボディ２は、図２に示す如く、先端部（図２に示すトーチボディ２の下端部）が小径に形成された絶縁材（例えば、布入りベークライト）製の筒状のトーチ本体２Ａと、トーチ本体２Ａ内に挿着固定され、導電性を有する材料（例えば、黄銅や銅等）により先端部が小径に形成された筒状接続金具２Ｂとを備えており、トーチ本体２Ａの小径の先端部外周面には、電極用ノズル７が着脱自在に螺着される雄ネジ２ａが形成されている。

また、筒状接続金具２Ｂの小径部分の先端部（図２に示す筒状接続金具２Ｂの下端部）内周面には、狭窄ノズル５が着脱自在に螺着される雌ネジ２ｂが形成され、筒状接続金具２Ｂの大径部分の基端部（図２に示す筒状接続金具２Ｂの上端部）内周面には、電極コレット４が上下自在に螺挿される雌ネジ２ｃが形成されている。

更に、筒状接続金具２Ｂの小径部分の中間部内周面には、筒状接続金具２Ｂの先端に向って漸次縮径する第１テーパ面２ｄが形成されている。

前記電極コレット４は、図２に示す如く、先端部（図２に示す電極コレット４の下端部）に半径方向へ縮拡径自在な小径のコレットチャック部４ａが形成され、基端部（図２に示す電極コレット４の上端部）の外周面の一部にトーチボディ２の筒状接続金具２Ｂの基端部内周面に形成した雌ネジ２ｃに軸線方向へ移動自在（上下動自在）に螺着される雄ネジ４ｂを形成した黄銅製（又は銅製）の筒状のコレット本体４Ａと、先端部がコレット本体４Ａの基端部にコレット本体４Ａと一直線状にネジ接続され、基端部にホース用接続金具１１を介してガスホース１０が接続される黄銅製（又は銅製）の筒状のケーブル・ホース接続金具４Ｂとを備えており、ガスホース１０から供給されたシールドガスＧがケーブル・ホース接続金具４Ｂ内及びコレット本体４Ａ内を順次流れるようになっている。この電極コレット４のケーブル・ホース接続金具４Ｂの内径及びコレット本体４Ａの内径は、タングステン電極棒３の外形よりも大径に形成されており、ケーブル・ホース接続金具４Ｂの内周面とタングステン電極棒３の外周面との間、コレット本体４Ａの内周面とタングステン電極棒３の外周面との間には、シールドガスＧが流れる環状通路が形成されている。

また、コレット本体４Ａのコレットチャック部４ａには、図３に示す如く、シールドガスＧが流通可能な割り溝４ｃが形成され、コレットチャック部４ａの先端部内周面には、タングステン電極棒３を把持する凸部４ｄが形成されている。

更に、コレット本体４Ａのコレットチャック部４ａの先端には、図３に示す如く、筒状接続金具２Ｂの第１テーパ面２ｄに係合する第２テーパ面４ｅが形成されている。従って、電極コレット４をトーチボディ２の筒状接続金具２Ｂ内にねじ込んで行くと、電極コレット４のコレットチャック部４ａに形成した第２テーパ面４ｅが筒状接続金具２Ｂの第１テーパ面２ｄに係合し、電極コレット４のコレットチャック部４ａが縮径する方向へ締め付けられ、コレットチャック部４ａの凸部４ｄによって電極コレット４に挿通されたタングステン電極棒３を把持する。このとき、コレットチャック部４ａの割り溝４ｃの溝幅は、コレットチャック部４ａが締め付けられることにより狭まっても、シールドガスＧが流通可能な隙間が形成されるような寸法に設定されている。そのため、コレットチャック部４ａの割り溝４ｃを通過したシールドガスＧは、筒状接続金具２Ｂの小径部分の内周面とタングステン電極棒３の外周面との間に形成された環状通路を通って狭窄ノズル５の内部へ流通できるようになる。

そして、電極コレット４のコレット本体４Ａには、ケーブル用止めネジ１３を介してトーチケーブル１２の端子１２ａが接続固定されている。このトーチケーブル１２は、電源制御部（図示省略）の陰極端子に接続されている。従って、電極コレット４に挿着されたタングステン電極棒３は、電極コレット４を介して電源制御部（図示省略）の陰極に接続されることになる。

前記狭窄ノズル５は、タングステン電極棒３の先端部外周に配置されてタングステン電極棒３の先端部が突出する状態で且つタングステン電極棒３を同心状に支持し、タングステン電極棒３との間に環状のガス通路５ｅを形成してシールドガスＧをガス通路５ｅからタングステン電極棒３の先端部周囲に高速で噴射させるものである。

即ち、前記狭窄ノズル５は、導電性及び強度性等に優れた銅材（ベリリウム銅又はクロム銅）により筒状体に形成されており、図３及び図４に示す如く、タングステン電極棒３の先端部周囲にタングステン電極棒３と同心状に配置され、タングステン電極棒３の先端部外周面との間に環状のガス通路５ｅを形成する筒状のノズル本体５ａと、ノズル本体５ａの内周面に円周方向へ所定の間隔をおいて突出形成され、タングステン電極棒３をノズル本体５ａの中心位置に保持するノズル本体５ａの長手方向に沿う複数の位置決め用突条５ｂと、複数の位置決め用突条５ｂ間に形成され、ノズル本体５ａの長手方向に平行に延びてガス通路５ｅ内を流れるシールドガスＧを整流化する複数のガス整流溝５ｃとを備えており、ノズル本体５ａの基端部（図３に示すノズル本体５ａの上端部）外周面には、トーチボディ２の筒状接続金具２Ｂの先端部内周面に形成した雌ネジ２ｂに着脱自在に螺着される雄ネジ５ｄが形成されている。

また、位置決め用突条５ｂ及びガス整流溝５ｃは、図４に示す如く、それぞれノズル本体５ａの内周面に円周方向へ等角度ごとに配置されており、ノズル本体５ａの先端開口からシールドガスＧをタングステン電極棒３の先端部周囲に均等に流せるようになっている。

更に、位置決め用突条５ｂ及びガス整流溝５ｃは、ノズル本体５ａの先端から離れた位置に形成され、また、位置決め用突条５ｂ及びガス整流溝５ｃの下流側に位置するガス通路５ｅの内径は、位置決め用突条５ｂ及びガス整流溝５ｃの上流側に位置するガス通路５ｅの内径よりも大きく形成されている。その結果、ガス通路５ｅ内に流入したシールドガスＧは、ガス整流溝５ｃを通過して整流化され、ガス通路５ｅの下流側部分で安定化してからノズル本体５ａの先端開口から噴出されることになる。

前記電極用ノズル７は、導電性を有する金属材により先端部が先窄まり状の筒状に形成されており、上下方向に三つに分割され、最も下端部（先端部）側に位置する部分（ノズルチップ７Ｃ）を別の形状のものに交換できるようにして様々な継手形状（突合せ継手、角継手、へり継手、Ｔ継手、重ね継手等）に対応できるようにしたものである。

即ち、電極用ノズル７は、トーチボディ２の先端部に設けられ、アースケーブル６を介して陽極に接続されると共に、シールドガスＧのガス抜き口７ａを形成した導電性を有する筒状のアース接続金具７Ａと、アース接続金具７Ａの先端部（図２及び図３に示すアース接続金具７Ａの下端部）に着脱自在に設けられ、冷却水が流通する冷却水流通路７ｄ、冷却水流通路７ｄに連通する冷却水供給口７ｅ及び冷却水流通路７ｄに連通する冷却水排出口７ｆを形成した導電性を有する筒状の冷却ノズル体４Ｂと、冷却ノズル体４Ｂの先端部（図２及び図３に示す冷却ノズル体７Ｂの下端部）に着脱自在に設けられ、先端部が先窄まり状に形成されて先窄まり状の先端がタングステン電極棒３の先端よりも外方に位置する導電性を有する筒状のノズルチップ７Ｃとを備えている。

具体的には、前記アース接続金具７Ａは、図２、図３、図５、図６に示す如く、比較的安価な導電性を有する材料（例えば、黄銅）により筒状に形成されており、アース接続金具７Ａの基端部（図２及び図３に示すアース接続金具７Ａの上端部）内周面には、トーチ本体２Ａの先端部外周面に形成した雄ネジ２ａに着脱自在に螺着される雌ネジ７ｂが形成され、アース接続金具７Ａの先端部（図２及び図３に示すアース接続金具７Ａの下端部）内周面には、冷却ノズル体４Ｂが着脱自在に螺着される雌ネジ７ｃが形成されている。

また、アース接続金具７Ａの先端部には、円周方向へ所定の間隔を空けて形成され、電極用ノズル７内のシールドガスＧを溶融プールより発生する金属蒸気と一緒に外部へ逃がす複数の穴状のガス抜き口７ａが形成されている。この穴状のガス抜き口７ａの数、形状及び大きさ数等は、電極用ノズル７内のシールドガスＧを外部へ逃がして電極用ノズル７内のシールドガスＧの乱流を防止でき、且つ電極用ノズル７内の溶融プールより発生する金属蒸気を外部へ良好且つ確実に排出できるように設定されている。本実施形態では、アース接続金具７Ａには、穴状のガス抜き口７ａが円周方向へ沿って９０度毎に四つ形成されている。

更に、アース接続金具７Ａは、当該アース接続金具７Ａにアースケーブル６の端子６ａを接続するための端子用止め具１４を備えている。この端子用止め具１４は、アース接続金具７Ａのワッシャ１６を介して螺着されたボルトから成る。また、アースケーブル６は、電源制御部（図示省略）の陽極端子に接続されている。尚、この端子用止め具１４は、図示していないが、アース接続金具７Ａに螺着された小ネジとしても良く、或いは、アース接続金具７Ａに螺着された頭なしネジ及び頭なしネジに螺合するナットから成る端子用止め具としても良い。

前記冷却ノズル体４Ｂは、図２、図３、図５～図７に示す如く、基端部が筒状のアース接続金具７Ａの先端部（図２及び図３に示すアース接続金具７Ａの下端部）に着脱自在に螺着され、先端部に筒状のノズルチップ７Ｃの基端部（図２及び図３に示すノズルチップ７Ｃの上端部）が着脱自在に螺着される筒状の内筒７Ｂ′と、内筒７Ｂ′の周囲に配置され、内筒７Ｂ′との間に冷却水が流通する環状の冷却水流通路７ｄを形成する筒状の外筒７Ｂ″とを備えており、前記外筒７Ｂ″の周壁に、冷却水流通路７ｄに連通する冷却水供給口７ｅ及び冷却水流通路７ｄに連通する冷却水排出口７ｆがそれぞれ形成されている。

前記内筒７Ｂ′は、導電性を有する材料（例えば、無酸素銅）により形成されており、内筒７Ｂ′の先端部（図２及び図３に示す内筒７Ｂ′の下端部）外周面には、外筒７Ｂ″の先端面（下端面）が気密状に当接する下部フランジ７ｇが形成され、内筒７Ｂ′の基端部（図２及び図３に示す内筒７Ｂ′の上端部）外周面には、雄ネジ７ｈを形成した上部フランジ７ｉが形成されている。

また、内筒７Ｂ′の先端部内周面には、ノズルチップ７Ｃが着脱自在に螺着される雌ネジ７ｊが形成され、内筒７Ｂ′の基端部外周面には、アース接続金具７Ａの雌ネジ７ｃに着脱自在に螺着される雄ネジ７ｋが形成されている。

前記外筒７Ｂ″は、比較的安価な導電性を有する材料（例えば、黄銅）により形成されており、外筒７Ｂ″の基端部（図２及び図３に示す外筒７Ｂ″の上端部）内周面には、内筒７Ｂ′の上部フランジ７ｉに形成した雄ネジ７ｈに気密状に螺着される雌ネジ７ｌが形成され、外筒７Ｂ″の上面には、アース接続金具７Ａの下端部が嵌合される窪み部７ｍが形成されている。

また、外筒７Ｂ″の周壁には、冷却水流通路７ｄに連通する冷却水供給口７ｅ及び冷却水排出口７ｆがそれぞれ形成されている。冷却水供給口７ｅには、継手（図示省略）を介して冷却水を供給する冷却水供給用配管又は冷却水供給用ホース（何れも図示省略）が接続され、冷却水排出口７ｆには、継手（図示省略）を介して冷却水を排出する冷却水排出用配管又は冷却水排出用ホース（何れも図示省略）が接続されている。

前記ノズルチップ７Ｃは、図２、図３、図５、図６に示す如く、導電性を有する材料（例えば、無酸素銅）により冷却ノズル体４Ｂよりも小径で且つ先端部が先窄まり状に形成されており、ノズルチップ７Ｃのノズル径（ノズルチップ７Ｃの先端開口の内径）は、溶接電流の大きさによって所定の内径に形成されている。ノズルチップ７Ｃのノズル径及び溶接電流を変えることによって、溶融プールの大きさ（外径）を調整できるようになっている。

また、ノズルチップ７Ｃの基端部（図２及び図３に示すノズルチップ７Ｃの上端部）外周面には、冷却ノズル体４Ｂの先端部内周面に形成した雌ネジ７ｊに着脱自在に螺着される雄ネジ７ｎが形成されている。ノズルチップ７Ｃは、冷却ノズル体４Ｂに着脱自在となっているため、ノズルチップ７Ｃを別形状のノズルチップ７Ｃに交換できるようになっている。

そして、電極用ノズル７は、トーチボディ２の先端部に取り付けたときに、狭窄ノズル５の先端部から突出するタングステン電極棒３の先端部と同心状に配置されると共に、電極用ノズル７の先端（ノズルチップ７Ｃの先端）がタングステン電極棒３の先端よりも外方に位置し、タングステン電極棒３の先端部を取り囲むようになっている。従って、狭窄ノズル５及びタングステン電極棒３の先端部は、タングステン電極棒３の先端部を取り囲むようになっている。

尚、狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチ１のトーチボディ２の外周面には、図２に示す如く、トーチスイッチ１５が設けられており、このトーチスイッチ１５はスイッチケーブル（図示省略）を介して電源制御部（図示省略）に接続されている。

また、電源制御部（図示省略）は、トーチスイッチ１５の操作に従って狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチ１にシールドガスＧを供給すると共に、シールドガスＧの流れが安定してから電圧を所定時間印加してアーク（アークプラズマ）を発生させるように制御されている。また、スポット溶接する際の電流値や時間は、母材Ｗの材質や板厚等によって決定されている。

而して、上述した狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチ１を用いて突き合せた二枚の母材Ｗをスポット溶接する場合について説明する。

先ず、溶接電流の大きさに応じてタングステン電極棒３の先端と電極用ノズル７の先端面との距離（アーク長）を設定する。

アーク長を所定の値に設定したら、電極用ノズル７の先端面を二枚の突き合せた母材Ｗのスポット溶接する箇所に面接触状態で当接させる（図３参照）。

このとき、溶接電流、シールドガスＧの流量、シールドガスＧの種類、溶接時間等の溶接条件は、母材Ｗの材質や板厚等に応じて最適の条件下に設定されている。また、タングステン電極棒３を陰極とし、電極用ノズル７を陽極としている。そのため、母材Ｗの電極用ノズル７が接触する位置がアースとなる。更に、電極用ノズル７の冷却ノズル体４Ｂには、冷却水が常時流されている。

電極用ノズル７を母材Ｗに当接させたら、トーチスイッチ１５を押す。そうすると、狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチ１にシールドガスＧが供給されると共に、シールドガスＧの流れが安定してからタングステン電極棒３と母材Ｗとの間に電圧が印加される。そうすると、シールドガスＧの雰囲気中でタングステン電極棒３の先端と母材Ｗとの間にアーク（アークプラズマ）が所定時間発生する。これにより、母材Ｗの一部が溶融し、母材Ｗにスポット溶接が行われる。

尚、狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチ１に供給されたシールドガスＧは、電極コレット４内を流下し、狭窄ノズル５のガス通路５ｅ内に流入する。

ガス通路５ｅに流入したシールドガスＧは、その速度を増して高速ガスとなると共に、複数のガス整流溝５ｃを通過することにより整流され、高速整流ガスとなってノズル本体５ａの先端開口からアークの周囲に直線状に噴出される。

狭窄ノズル５から噴出されたシールドガスＧは、タングステン電極棒３の先端部周囲に流れて電極用ノズル７内の空間に流入した後、電極用ノズル７のアース接続金具７Ａに形成した穴状のガス抜き口７ａから溶融プールより発生する金属蒸気と一緒に外部へ放出される。

また、スポット溶接しているときには、電極用ノズル７の冷却ノズル体４Ｂに形成した冷却水流通路７ｄに冷却水が流通しており、電極用ノズル７を常時冷却するようになっている。

上述した狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチ１は、電極用ノズル７に冷却水が流通する冷却水流通路７ｄを形成しているため、スポット溶接時に電極用ノズル７を確実且つ良好に冷却することができる。その結果、スポット溶接用の狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチ１は、サーマルピンチ効果が高められ、アークがエネルギー密度の高い安定したアークとなり、溶融プールの安定性及び深い溶け込みが得られる。また、電極用ノズル７の温度が一定に保たれ、スポット径の安定性を図ることできる。更に、電極用ノズル７が確実且つ良好に冷却されるため、作業者が電極用ノズル７に触れても火傷をすることがなく、作業者の安全性を確保することができる。

また、狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチ１は、アース接続金具７Ａと冷却ノズル体４Ｂの外筒７Ｂ″を比較的安価な黄銅製とし、冷却ノズル体４Ｂの内筒７Ｂ′とノズルチップ７Ｃを無酸素銅製としているため、電極用ノズル７全体を銅製としたものに比較してコスト低減を図れる。

図８及び図９は狭窄ノズル付きＴＩ８およびずＧ溶接トーチ１に用いられる電極用ノズル７の他の例を示し、当該電極用ノズル７は、角継手のスポット溶接に用いられるものであり、トーチボディ２の先端部に設けられ、導電性を有する筒状のアース接続金具７Ａと、アース接続金具７Ａの先端部に着脱自在に設けられ、導電性を有する筒状の冷却ノズル体４Ｂと、冷却ノズル体４Ｂの先端部に着脱自在に設けられ、導電性を有する筒状のノズルチップ７Ｃとを備え、ノズルチップ７Ｃのみを別の形状のノズルチップ７Ｃに交換したものである。

即ち、前記ノズルチップ７Ｃは、図８及び図９に示す如く、ノズルチップ７Ｃの先端面に角継手の角部に嵌合されるＶ字状の位置決め溝７ｏをノズルチップ７Ｃの直径方向に沿って形成したものであり、その他の部分の形状及び構造は、図２、図３及び図５に示すノズルチップ７Ｃと同様の形状及び構造に形成されている。尚、図８に示すアース接続金具７Ａ及び冷却ノズル体４Ｂは、図２、図３及び図５に示すアース接続金具７Ａ及び冷却ノズル体４Ｂと全く同じものであり、同じ部位・部材には、同一の参照番号を付している。

図１０～図１２は狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチ１に用いられる電極用ノズル７の更に他の例を示し、当該電極用ノズル７は、角継手のスポット溶接に用いられるものであり、トーチボディ２の先端部に設けられ、導電性を有する筒状のアース接続金具７Ａと、アース接続金具７Ａの先端部に着脱自在に設けられ、導電性を有する筒状の冷却ノズル体４Ｂと、冷却ノズル体４Ｂの先端部に着脱自在に設けられ、導電性を有する筒状のノズルチップ７Ｃとを備え、ノズルチップ７Ｃのみを別の形状のノズルチップ７Ｃに交換したものである。

即ち、前記ノズルチップ７Ｃは、図１０～図１２に示す如く、ノズルチップ７Ｃの先端部外周面に、Ｔ継手の隅部に面接触状態で接触する対向状の位置決め面７ｐを形成したものであり、その他の部分の形状及び構造は、図２、図３及び図５に示すノズルチップ７Ｃと同様の形状及び構造に形成されている。尚、図１０に示すアース接続金具７Ａ及び冷却ノズル体４Ｂは、図２、図３及び図５に示すアース接続金具７Ａ及び冷却ノズル体４Ｂと全く同じものであり、同じ部位・部材には、同一の参照番号を付している。

図８及び図１０に示す電極用ノズル７を用いた狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチ１は、図１及び図２に示す狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチ１と同様の作用効果を奏することができると共に、角継手やＴ継手のスポット溶接を確実且つ容易に行うことができる。

尚、上記の各実施形態においては、電極用ノズル７のアース接続金具７Ａと冷却ノズル体４Ｂとを別体としたが、他の実施形態においては、アース接続金具７Ａと冷却ノズル体４Ｂの外筒７Ｂ″とを一体的に形成して良い。

また、上記の各実施形態においては、電極用ノズル７の冷却ノズル体４Ｂとノズルチップ７Ｃとを別体としたが、他の実施形態においては、冷却ノズル体４Ｂの内筒７Ｂ′とノズルチップ７Ｃとを一体的に形成しても良い。

更に、上記の各実施形態においては、電極用ノズル７のアース接続金具７Ａと冷却ノズル体４Ｂの内筒７Ｂ′とを着脱自在に螺着するようにしたが、他の実施形態においては、アース接続金具７Ａと冷却ノズル体４Ｂの外筒７Ｂ″とを着脱自在に螺着するようにしても良い。

更に、上記の各実施形態においては、冷却ノズル体４Ｂの内筒７Ｂ′とノズルチップ７Ｃとを着脱自在に螺着するようにしたが、他の実施形態においては、冷却ノズル体４Ｂの外筒７Ｂ″とノズルチップ７Ｃとを着脱自在に螺着するようにしても良い。

１は狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチ
２はトーチボディ
３はタンクズテン電極棒
４は電極コレット
５は狭窄ノズル
５ｅはガス通路
６はアースケーブル
７は電極用ノズル
７ａはガス抜き口
７ｄは冷却水流通路
Ｇはシールドガス

Claims (6)

1. トーチボディと、
   前記トーチボディに着脱自在に挿着され、陰極に接続されるタングステン電極棒を保持する電極コレットと、
   前記タングステン電極棒を同心状に支持してタングステン電極棒との間にシールドガスが流れるガス通路を形成すると共に、ガス通路から前記タングステン電極棒の先端部へ向かってシールドガスを噴出する狭窄ノズルと、
   前記トーチボディの先端部に設けられ、先端部が先窄まり状に形成されて狭窄ノズルから突出するタングステン電極棒の先端部を周囲から取り囲むと共に、アースケーブルを介して陽極に接続される導電性を有する筒状の電極用ノズルとを備え、
   前記電極用ノズルに、シールドガスのガス抜き口と、冷却水が流通する冷却水流通路とを形成したことを特徴とするスポット溶接用の狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチ。
2. 前記電極用ノズルは、トーチボディの先端部に設けられ、アースケーブルを介して陽極に接続されると共に、シールドガスのガス抜き口を形成した導電性を有する筒状のアース接続金具と、アース接続金具の先端部に着脱自在に設けられ、冷却水が流通する冷却水通路、冷却水流通路に連通する冷却水供給口及び冷却水流通路に連通する冷却水排出口を形成した導電性を有する筒状の冷却ノズル体と、冷却ノズル体の先端部に着脱自在に設けられ、先端部が先窄まり状に形成されて先窄まり状の先端がタングステン電極棒の先端よりも外方に位置する導電性を有する筒状のノズルチップとを備えていることを特徴とする請求項１に記載のスポット溶接用の狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチ。
3. 前記冷却ノズル体は、基端部が筒状のアース接続金具の先端部に着脱自在に螺着され、先端部に筒状のノズルチップの基端部が着脱自在に螺着される筒状の内筒と、内筒の周囲に配置され、内筒との間に冷却水が流通する環状の冷却水流通路を形成する筒状の外筒とを備え、前記外筒に冷却水流通路に連通する冷却水供給口及び冷却水流通路に連通する冷却水排出口を形成したことを特徴とする請求項２に記載のスポット溶接用の狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチ。
4. 前記アース接続金具と冷却ノズル体の外筒をそれぞれ黄銅により形成し、前記冷却ノズル体の内筒とノズルチップをそれぞれ銅材により形成したことを特徴とする請求項２又は請求項３に記載のスポット溶接用の狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチ。
5. 前記ノズルチップの先端面に、ノズルチップの直径方向に沿って形成され、角継手の角部に嵌合されるＶ字状の位置決め溝を形成したことを特徴とする請求項２～４の何れかに記載のスポット溶接用の狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチ。
6. 前記ノズルチップの先端部外周面に、Ｔ継手の隅部に面接触状態で接触する対向状の位置決め面を形成したことを特徴とする請求項２～４の何れかに記載のスポット溶接用の狭窄ノズル付きＴＩＧ溶接トーチ。

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