JP3524137B2 - 溶接トーチおよびそれを用いた溶接装置 - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、例えば自動アーク溶接
装置などに使用する溶接トーチに係り、特に溶接用ワイ
ヤを安定して溶接部に案内し送給するに好適な溶接トー
チに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】図１０に、ホットワイヤＴＩＧ溶接法と
して従来から一般的に用いられている溶接装置の構成を
示す。

【０００３】ＴＩＧトーチ１の中のタングステン電極２
と母材３に直流溶接用のアーク電源４を接続し、アルゴ
ン・シールドガス中でタングステン電極２を負極として
アーク５を形成する。溶接用の添加ワイヤ６は、ワイヤ
送給装置７からコンジット８およびそれと連結されたワ
イヤトーチ９の通電チップ１０およびセラミックガイド
チップ１１を通ってアーク形成部に導かれて母材３と接
触させる。

【０００４】ワイヤ加熱電源１２の一方の出力端子を通
電チップ１０と接続し、他方の出力端子を母材３に接続
して電流を添加ワイヤ６に流して通電チップ１０と母材
３間（エクステンション）でジュール発熱させ、それに
より添加ワイヤ６の溶融速度を高めている。添加ワイヤ
６は、ＴＩＧトーチ１の先端にあるガスシールドノズル
１３の外側から挿入されている。

【０００５】従来はワイヤトーチ９をＴＩＧトーチ１に
相対的に固定していても、添加ワイヤ６の曲がり癖（曲
率および曲がりの方向）が変動すると、タングステン電
極２近傍の溶融池１４に挿入されている添加ワイヤ６の
先端位置が変動し、ワイヤ６の溶融状態が著しく変化
し、また、しばしばワイヤ６がタングステン電極２に接
触して溶接困難となることがあった。

【０００６】そこで通電チップ１０の先に絶縁性のセラ
ミックガイド１１を置き、なるべくアーク５の近くまで
ワイヤ６をガイドすることも行われていた。それでもセ
ラミック製のガイドチップ１１がアーク５によって損傷
することを避けるため、ガイドチップ１１先端から溶融
池１４までのワイヤ長さは１５ｍｍ以上にすることが必
要であり、ワイヤ６先端位置の変動を抑制することが難
しかった。

【０００７】ワイヤ先端位置の変動を抑制するために、
発明者らは先に、図１１に断面形状を示すような三角孔
のセラミック製のガイドチップ１５を提案した。これは
ワイヤの外径より０．０５ｍｍ程度大きい直径の内接円
を持つ正三角形孔のセラミック製のワイヤガイドであ
る。ジュール加熱で５００〜８００℃程度に加熱された
ワイヤ６が三角形の３辺で拘束されて真っ直ぐになり、
曲げ癖をなくして送り出される機能を有する。これによ
ってワイヤ挿入位置が極めて安定し、ホットワイヤＴＩ
Ｇ溶接の安定化に大きく寄与した。

【０００８】ワイヤ径に近い細い丸孔のガイドチップを
用いても同様な矯正効果が得られるが、ワイヤに付着し
たメッキ屑などの異物がガイドチップ内に蓄積されて直
ぐワイヤ詰まりを起こすので実用できない。しかし、三
角孔にすると、３辺でワイヤ６を拘束しながら３隅の空
間でメッキ屑など異物が搬送されるので、ワイヤ詰まり
を起こさない特徴があり、実用可能となったものであ
る。

【０００９】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、上述し
たチップ、即ち三角孔のセラミックス製のガイドチップ
１５を製作するためには、高価な複雑形状の金型を製作
することが必要となり、また焼結時の収縮量のばらつき
などのために、孔形状を精度よく製作することがかなり
難しいという課題が残されていた。

【００１０】また、通過するワイヤ６自体の直径の変動
も考慮して、孔の内接円形をワイヤ径より多少大きくし
て置かなければならなかったので、ワイヤ径を孔の内接
円と一致させた場合と比較して、ワイヤを真っ直ぐにす
る程度がより少なくなるなどの問題も残されていた。

【００１１】さらに、アークや加熱されたワイヤによる
熱衝撃で三角孔の隅部から、ひび割れが時折発生した。
また、セラミックスチップは細く比較的脆いので、出口
側のワイヤに横から力が掛かると、しばしばチップ先端
が欠け落ち、破損するという点でも課題が残されてい
た。

【００１２】本発明の目的は、ガイド孔内でのワイヤの
遊びをより少なくし、より直線状にワイヤを矯正するこ
とにある。

【００１３】また、本発明の他の目的は、製作容易なガ
イド形状にし、形状的に熱衝撃に弱い部分を少なくし、
外力が掛かっても、より割れにくい構造のセラミックガ
イドを提供することにある。

【００１４】さらに、本発明の他の目的は、ワイヤ通電
をより確実に行い、かつチップ寿命の長いトーチ構造に
することにある。

【００１５】

【課題を解決するための手段】上記目的は、通電加熱に
より軟化したワイヤを案内する凹溝を備えたセラミック
からなる凹溝セラミック部材と、その凹溝に沿ってワイ
ヤが送給されるようワイヤを凹溝に押さえつけるセラミ
ックからなる押さえ部材と、その押さえ部材を押してい
るバネ手段とを備えることにより達成される。

【００１６】また、上記目的は、押さえ部材よりワイヤ
入口側にワイヤ通電用チップを配置して、凹溝セラミッ
ク部材にワイヤを押さえつける形で接触通電することに
より達成される。

【００１７】

【作用】凹溝にワイヤを押しつける形で、ワイヤ外径に
密着した例えば三角形状を２つのセラミック部材で構成
できるので、高温に加熱されたワイヤはより真っ直ぐに
矯正されて送出される。凹溝セラミック部材はグリーン
ボデイを切削加工するだけで、あるいは安価に製作でき
る簡単な金型で成型できる。また、押さえ部材は平面状
でよいので、製作は容易である。

【００１８】構造的にこれら部材に要求される製作精度
の裕度も非常に大きくなり、歩留りが非常に改善され
る。ノッチは凹溝部のみとなり、三角孔に比較して耐
熱、耐衝撃性の点でも改善される。また、ワイヤに横方
向から力が加えられたときには押さえ部材を押している
バネの作用で、ガイドに掛かる力を相当に逃げることが
できる。

【００１９】通電用チップは多少磨耗しても、バネで常
にワイヤに押しつけられる構造になっているので、通常
の丸孔通電チップの場合と比較して、安定した接触通電
が保たれ、また長寿命化する。

【００２０】

【実施例】図１はホットワイヤＴＩＧ溶接装置のワイヤ
トーチに本発明を適用した実施例を示す図で、ホットワ
イヤ用のワイヤトーチ１６の構造を示している。図２な
いし図７は、図１に示すＡ−ＡないしＦ−Ｆ断面図であ
る。

【００２１】ワイヤ６は、図１０に示したワイヤ送給装
置７からコンジット８を通ってトーチボデイ１７に送給
されてくる。そしてワイヤ６はトーチボデイ１７のガイ
ド孔１８を通ってＶ溝部材１９のＶ溝２０に沿ってワイ
ヤトーチ１６先端に達し、ワイヤトーチ１６を出て図１
０に示した母材３の溶融池１４に到達する。Ｖ溝部材１
９は窒化ケイ素など絶縁性の耐熱・耐磨耗性のセラミッ
クスから構成され、取りつけネジ２１ｈ，２１ｉでトー
チボデイ１７に固定されている。

【００２２】Ｖ溝２０は、ワイヤ６の直径をＤとする
と、深さＤないし１．４Ｄの正三角形状にしている。従
って、深さ１．７ｍｍの三角形状溝にすると、直径１．
２ｍｍないし１．６ｍｍのワイヤにそのまま使用でき
る。トーチボデイ１７は、図１０に示すワイヤ加熱電源
１２の出力端子と電気的に接続されており、可撓性の通
電用銅板２２、通電チップ２３を経てワイヤ６に通電さ
れる。通電チップ２３はバネ２４ｅ，２４ｆでＶ溝部材
１９側に押されていて接触通電を確実に行うようになっ
ており、併せて通電チップ２３が多少磨耗しても使用で
きるよう長寿命化も図っている。

【００２３】ワイヤ６先端は図示していない母材３に接
触し、通電チップ２３と母材３間でワイヤ６は通電加熱
されるが、その途中で窒化ケイ素など絶縁性の耐熱・耐
磨耗性のセラミックス部材からなる押さえ部材２５で高
温になり軟化したワイヤ６をＶ溝２０に押さえつけ、曲
げ癖を持っていたワイヤ６をＶ溝２０と押さえ部材２５
からなる３辺で矯正し、真っ直ぐにしてワイヤトーチ１
６先端から送り出す。押さえ部材２５は、図１ , 図３ , 図
４に示すようにバネ２４ａ〜２４ｆによって押さえられ
ている。上記はホットワイヤＴＩＧ溶接装置のワイヤト
ーチに適用した実施例について説明したが、本発明はホ
ットワイヤＴＩＧ溶接装置のワイヤトーチに限るもので
はなく、ＭＡＧ溶接などと組み合わせた各種のホットワ
イヤ溶接装置のワイヤトーチにも適用できる。

【００２４】さらに、本発明はホットワイヤ用のワイヤ
トーチに限定されることなく、ＭＡＧ溶接などシールド
ノズルを備えた消耗電極アーク溶接用トーチにもそのま
ま適用できる。ことにＭＡＧ溶接などの場合、ワイヤの
曲げ癖の量や曲げ癖の方向の変動によるアーク狙い位置
の変動によってビード蛇行が生じる問題点があったが、
本発明によりワイヤ曲げ癖の影響が除かれたので、ロボ
ット溶接などの溶接作業の再現性が著しく増し、ビード
蛇行に基づく溶接不良の発生が著しく減少した。 図１
の実施例ではＶ溝と平面の組み合わせで三角断面を形成
したが、図８は他の実施例のセラミックガイド部の断面
図で、Ｖ溝部材２６のＶ溝内に押さえ部材２７の凸部が
入り込む形の断面でも同様な機能を発揮できる。この場
合のＶ溝は、ワイヤ直径をＤとすると、深さ１．７Ｄな
いし３Ｄの正三角形状にしている。 図９はさらに他の
実施例のセラミックガイド部の断面図で、Ｖ溝部材２８
も押さえ部材２９も直角のＶ溝とした場合である。

【００２５】以上の実施例ではＶ溝で構成したが、本発
明はＶ溝に限られるものではなく、Ｖ溝に近い他の例え
ばＵ溝などの断面形状であっても同様な機能を発揮でき
る場合も含まれる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば、Ｖ溝に代表される凹溝
と１平面で構成される三角形の３辺がワイヤの外周に密
接するように押しつけられるので、従来のワイヤ径より
大きい直径の内接円を持つように製作されていた三角孔
セラミックチップを用いる場合に比較して、ワイヤがよ
り真っ直ぐに矯正されて送出され、ワイヤ挿入位置が安
定し、溶接作業がより安定するという効果がある。

【００２７】また、三角孔チップの場合は、１つのチッ
プは１つの公称ワイヤ径にしか適用できなかったが、本
発明のワイヤガイドによれば、１組のワイヤガイドで適
用できる公称ワイヤ径範囲が広がる。

【００２８】また、本発明によれば、凹溝セラミック部
材はグリーンボデイを切削加工するだけで、あるいは安
価に製作できる簡単な金型で成型できる。また、押さえ
部材は平板状でよいので、製作は容易である。そして、
これら部材に要求される製作の許容誤差範囲は従来の三
角孔セラミックチップの場合より相当に大きくなり、製
作時の歩留りが非常に改善された。

【００２９】さらに、本発明によれば、ノッチは１個の
凹溝部のみとなり、従来の三角孔セラミックチップの場
合に比較して、耐熱、耐衝撃性の点でも改善された。

【００３０】また、メッキ屑などの異物は押さえ部材と
凹溝部材間に構成されたギャップから排出されるので、
三角孔チップと比較しても、さらにワイヤ詰まりが発生
しにくい構造になっているため、ワイヤ詰まりは全く発
生しない。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るワイヤガイドが適用されるワイヤ
トーチの一実施例の構造図である。

【図２】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図３】図１のＢ−Ｂ断面図である。

【図４】図１のＣ−Ｃ断面図である。

【図５】図１のＤ−Ｄ断面図である。

【図６】図１のＥ−Ｅ面図である。

【図７】図１のＦ−Ｆ断面図である。

【図８】本発明に係るワイヤガイドの他の実施例の構造
図である。

【図９】本発明に係るワイヤガイドのさらに他の実施例
の構造図である。

【図１０】ホットワイヤＴＩＧ溶接装置構成の説明図で
ある。

【図１１】従来の三角孔ガイドチップの断面図である。

【符号の説明】

６ ワイヤ７ ワイヤ送給装置 １２ ワイヤ加熱電源 １６ ワイヤトーチ １９，２６，２８ Ｖ溝部材（凹溝セラミック部材） ２０ Ｖ溝（凹溝）２４ａ〜２４ｆ バネ ２５，２７，２９ 押さえ部材

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (56)参考文献 特開 平７−40052（ＪＰ，Ａ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 9/26 - 9/29 B23K 9/12

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワイヤを溶接部に案内する溶接トーチに
   おいて、通電加熱により軟化したワイヤを案内する凹溝
   を備えたセラミックからなる凹溝セラミック部材と、そ
   の凹溝に沿ってワイヤが送給されるようワイヤを凹溝に
   押さえつけるセラミックからなる押さえ部材と、その押
   さえ部材を押しているバネ手段とを備えたことを特徴と
   する溶接トーチ。
2. 【請求項２】 請求項１において、前記押さえ部材より
   ワイヤ入口側にワイヤ通電用チップを配置し、該チップ
   で凹溝セラミック部材にワイヤを押さえつけて接触通電
   することを特徴とする溶接トーチ。
3. 【請求項３】 ワイヤ送給装置と、そのワイヤ送給装置
   から送給されたワイヤを溶接部に案内する溶接トーチ
   と、前記ワイヤに通電するワイヤ加熱電源を備えた溶接
   装置において、前記溶接トーチが、通電加熱により軟化
   したワイヤを案内する凹溝を備えたセラミックからなる
   凹溝セラミック部材と、その凹溝に沿ってワイヤが送給
   されるようワイヤを凹溝に押さえつけるセラミックから
   なる押さえ部材と、その押さえ部材を押しているバネ手
   段とを備えたことを特徴とする溶接装置。