JP3531889B2

JP3531889B2 - 揺動式プラズマト−チ

Info

Publication number: JP3531889B2
Application number: JP32546395A
Authority: JP
Inventors: 野忠星; 田達郎和
Original assignee: 日鐵溶接工業株式会社
Priority date: 1995-12-14
Filing date: 1995-12-14
Publication date: 2004-05-31
Anticipated expiration: 2015-12-14
Also published as: JPH09164486A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、溶接，切断，穿孔，加
熱等に用いるプラズマトーチに関する。

【０００２】

【従来の技術】例えば隅肉溶接などの角部のな溶接を行
う場合に、プラズマアークによる溶接が行われている。
これは、プラズマアーク溶接はアークの熱集中性が良
く、尚かつ指向性が良いことから角部の狹あい部迄アー
クのふらつきなくアーク熱を照射，溶融溶接が出来る特
性による。しかし、溶接する部材の形状によっては接合
部が密着しておらず、締られた形状のプラズマアークを
用いて溶接材ギャップの大きな溶接を行う場合がある。
図６には、これらの例を示す。図６の（ａ）は、ベ−ス
鋼板Ｗ２に、隙間（ギャップｄ）を置いて平行な鋼板Ｗ
１の端縁をプラズマト−チＴで重ね隅肉溶接する態様で
あり、（ｂ）は、パイプＷ３，Ｗ４同志を周面で溶接す
る態様であり、（ｃ）は、板金ケースＷ６の角部分など
のプレス曲げ加工部に部品Ｗ５の平面を溶接する態様で
あり、（ｄ）は、自動車外板の溶接の際の板継ぎのよう
に、板状の被溶接材Ｗ７の端部を、それを受ける鋼板の
段差部に埋めるように溶接する態様である。これらを行
なうプラズマアーク溶接は、アークの熱集中性が良い反
面、適正脚長が最大３〜４ｍｍと短く、図６の（ａ）〜
（ｄ）に示すような溶接ギャップ又は脚長の大きな溶接
を行うと、溶接ビードがブリッジしないなどの不具合を
生じる可能性がある。また隅肉溶接においても、大脚長
の溶接を行うと、例えば図６の（ｃ）において、垂直に
配置された部品Ｗ５の溶融金属が重力により下方向に落
ちて不均衡なビードとなる上、部品Ｗ５にアンダーカッ
トなどの不具合を生じることもある。さらに、トーチが
狙い位置から少しでもずれると、不均一ビードとなった
り、アンダ−カットを生じたり、ブリッジしない等の不
具合が生じるので高精度な倣いが必要であり、高精度な
倣い機構を用いると溶接装置が複雑で高価となる。作業
者の手作業で倣いを行なう場合は、作業能率が低下す
る。

【０００３】これらの問題点を解決する為に、特開平２
−２１０７９９号公報においては、プズマガスの軸方向
の流速を抑制し、プラズマのキンク（Ｋｉｎｋ）不安定
性による変形力を利用して、アークを高速回転させる方
法が提案されている。また、特開平４−１７８２８２号
公報によれば、トーチ内に複数個の電極を設けて交流電
源より交流電圧を供給し、磁気発生装置によりプラズマ
アークを回転運動させ、母材を広範囲に照射加熱する方
法が示されている。これによれば、幅広な脚長のプラズ
マ溶接が実現される。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかし、特開平２−２
１０７９９号公報に示す方法では、キンク不安定性を利
用しているため定量的な回転数、回転角度及び均一性の
ある熱分布等を得ることが難かしい。すなわち、均一な
ビードが得られにくい。また、特開平４−１７８２８２
号公報に示す方法では、電極を複数個必要とする上、回
転駆動用の磁気発生装置が必要となる等、装置としては
大型となり広い作業スペースを必要とする。又装置が複
雑で高価である。

【０００５】本発明は、アークの熱集中性が高いにもか
かわらず、ア−クの作用領域を定量的に広くすることを
目的とする。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明の揺動式プラズマ
ト−チは、放電電極(1)；該放電電極(1)のワ−ク指向線
(Lo)に対して外開口が偏位(θ)したノズル(2a)を有する
ノズル部材(2)；該ノズル部材(2)の内空間にプラズマ用
ガスを供給するガス流路；および、該ノズル部材(2)を
前記ワ−ク指向線(Lo)を実質上中心にして回転駆動する
駆動手段((M,mr,32,33,37)；を備える。なお、理解を容
易にするためにカッコ内には、図面に示し後述する実施
例の対応要素の記号を、参考までに付記した。

【０００７】これによれば、駆動手段(M,mr,32,33,37)
がノズル部材(2)を回転駆動するのに伴い、ノズル(2a)
の外開口がワ−ク指向線(Lo)に対して偏位(θ)したもの
であるので、該ノズル(2a)の中心線が円錐面を描くよう
に回転して、該ノズル(2a)から出るプラズマも同じく円
錐面を描くように回転する。該円錐の下底側でプラズマ
が加工対象材に当るので、時系列平均で見ると、加工対
象材に対してプラズマ作用領域が広い。したがってト−
チの狙い位置が少々ずれても、意図した箇所にプラズマ
アークが作用する。溶接においては、倣い精度が低くて
もよく、また、脚長の長い溶接や合わせ部ギャップ大の
溶接が可能となる。なお、ノズル(2a)の内開口はワーク
指向線(Lo)に対して実質上整合するのが好ましいが、ワ
ーク指向線(Lo)に対して少々偏位してもよい。

【０００８】

【発明の実施の形態】第１態様では、駆動手段(M,mr,3
2,33,37)は、電気モ−タ(M)を含む定方向連続回転駆動
機構(図1,図)であり、第２態様では、電気モ−タ(M)を
含む交互反転駆動機構（図７）である。本発明の他の目
的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明よ
り明らかになろう。

【０００９】

【実施例】

−第１実施例− 図１に、本発明の第１実施例の溶接トーチＴを示す。以
下、各図においてｚ方向を上とし、ｙ方向を右とすると
ともにｙｚ平面に垂直な方向ｘ（図１においては紙面の
裏から表へ向う方向）を溶接トーチＴの溶接方向とす
る。図１は隅肉溶接を行う態様を示している。

【００１０】ｘｙ平面に水平な地上基礎（図示せず）上
に水平に水平金属平板Ｗｙが置かれ、水平金属平板Ｗｙ
には垂直にしかもｘ軸に対して平行となるように垂直金
属平板Ｗｚが立てられている。この２枚の金属平板Ｗ
ｙ，Ｗｚは、溶接トーチＴを支持する作業者により双方
の接触点（交接線）Ｏをｘ方向に溶接される。

【００１１】この実施例では、タングステン棒（溶接電
極）１は直線状の棒体であり、その先端が加工対象材
（ワ−ク）を狙う線すなわちワ−ク指向線Ｌｏは、タン
グステン棒１の中心線と合致する。作業者は、タングス
テン棒１の中心線でもあるワ−ク指向線Ｌｏが交接線Ｏ
に交わるように狙い、溶接トーチＴを傾けて支持する。
以下、水平金属平板Ｗｙは水平板Ｗｙと称し、垂直金属
平板Ｗｚは垂直板Ｗｙと称するとともに、交接線Ｏを狙
い位置とも称す。なお、水平板Ｗｙおよび垂直板Ｗｙは
本実施例においては、同じ材料のSM400Aである。

【００１２】溶接トーチＴの基体Ｂは、中空の略円筒状
の部材の外周面にアームを装着したものである。基体Ｂ
のアーム部分の内部にはシールドガス，（冷却）水，パ
イロットガス（プラズマ用ガス）の流路が形成されてお
り、基体Ｂの内周面に連通する。水路は水を外部より基
体Ｂの内部に送り込み、溶接トーチＴの内部に絶縁水路
２０ａを介して循環させて再び外部に放出し（図１に実
線矢印で示す）、シールドガス流路は、シールドガスを
外部より溶接トーチＴの内部に送り込む（図１に点線矢
印で示す）。また、パイロットガス流路は、パイロット
ガスを外部より溶接トーチＴの内部に送り込む（図１に
２点鎖線矢印で示す）。

【００１３】以下、溶接トーチＴのノズル２に向う方向
を先端方向とし、その反対方向を尾端方向とすれば、基
体Ｂの尾端部には基体Ｂより直径の小さい略円筒形の電
極台８の先端部が挿入されており、基体Ｂの内周面に一
体固着されている。電極台８の先端部の周面には軸中心
を同一にしたリング状の溝が刻まれており、基体Ｂの内
周面の壁との間に水路を形成する。該水路は、基体Ｂの
アーム部分の内部の水路と連通している。基体Ｂより突
出した電極台８の円筒状の尾端部の内部には、先端部を
スリットの切込みにより周方向に４分割したチャック９
が挿入され、ねじ込まれている。チャック９はさらに、
中心線Ｌｏに沿って延びる先端が円錐形に突出したタン
グステン棒１を挾持する。電極台８の後端部は案内リン
グ１０内に進入してネジ結合しており、案内リング１０
はカバーＣに覆われている。カバーＣの案内リング１０
を電極台８に対してねじ込むことによりチャック９の尾
端部が電極台８の尾端部の内部の円錐内壁面（テーパ
面）に押し付けられて、タングステン棒１の軸心に向か
う方向に曲がろうとしてタングステン棒１を強圧する。
これによりタングステン棒１は電極台８に対して一体に
固着されている。すなわち、電極台８は基体Ｂに対して
一体であるので、タングステン棒１は基体Ｂに対して一
体である。

【００１４】一方、基体Ｂの円柱形内空間には略円筒形
である支持部材Ｕａの尾端に固着された絶縁スペーサ７
があり、絶縁スペーサ７の尾端は電極台８の先端に固着
された状態で受けられる。支持部材Ｕａは基体Ｂの中間
部から先端にかけてモールド固定されている。基体Ｂお
よび支持部材Ｕａの先端面は面一であり、シールドガス
噴射口５ａを有するねじリング５が固着されており、ね
じリング５の先端部の外周の雄ねじにシールドキャップ
６がねじ結合している。すなわち、基体Ｂ，支持部材Ｕ
ａ，ねじリング５およびにシールドキャップ６は皆一体
である。

【００１５】支持部材Ｕａおよびねじリング５は、その
内空間にＯリングおよびベアリングｂ２を介して中空筒
状の回転水路金具２０ｂを、軸心すなわち中心線Ｌｏを
中心とする回転が自在であるように支持する。基体Ｂの
シールドガス流路に送り込まれるシールドガスは、ねじ
リング５の内壁と金具２０ｂの外壁が形成する空間に送
り込まれてねじリング５のシールドガス噴射口５ａを通
ってシールドキャップ６に出て、シールドキャップ６の
先端開口から先端チップ（ノズル部材）２の外空間に出
る。金具２０ｂは止めリングｂ３により回転自在な状態
を保持しつつｚ方向位置を固定されており、その先端部
はシールドキャップ６の内空間に突出している。金具２
０ｂの尾端は、支持部材Ｕａの内壁にリング状に設けら
れた基体Ｂの水路に連通する溝に達して止まる。支持部
材Ｕａの尾端から前述の溝に達する内壁は、Ｏリングお
よびベアリングｂ１を介して金具２０ｂよりさらに直径
の小さな中空筒状のノズル台３を、金具２０ｂと同様に
中心線Ｌｏを基準とした回転が自在であるように支持す
る。金具２０ｂの内壁とノズル台３の外壁は、支持部材
Ｕａの内壁にリング状に設けられた溝を介して基体Ｂの
水路に連通する水路を形成する。

【００１６】回転水路金具２０ｂの先端部には、円錐形
に突出したタングステン棒１の先端を囲むように中空の
略円錐形である金属製の先端チップ２が装着されてい
る。先端チップ２の、タングステン棒１の先端の円錐形
にならうように円錐形となった中央部にはノズル２ａが
ある。ノズル２ａの、タングステン棒１の先端と対向す
る内開口は先端チップ２の中心（中心線＝ワ−ク指向線
Ｌｏの位置）にあるが、ノズル２ａは中心線Ｌｏに対し
てθの角度をなし、ノズル２ａの、ワ−ク（の交接線
０）に対向する外開口は中心線すなわちワ−ク指向線Ｌ
ｏより偏位している。先端チップ２は、Ｏリングを介
してノズル台３の先端に固定され、該溝の外周縁は金具
２０ｂの先端部にＯリングを介してノズル台３の先端に
固定されている。つまり、金具２０ｂ，ノズル台３およ
び先端チップ２は一体に固着されており、支持部材Ｕａ
およびねじリング５を介して基体Ｂに、回動自在に支持
されている。

【００１７】ノズル台３の尾端部には歯付プーリ３７が
固着されている。歯付プ−リ３７に結合したタイミング
ベルト３３には歯付プ−リ３２が結合している。歯付プ
−リ３２は電気モ−タＭの回転軸ｍａに固着されてい
る。したがって電気モ−タＭが回転すると、ノズル台３
が回転する。ノズル台３が回転すれば、金具２０ｂ，ノ
ズル台３およびチップ２がそれに伴い一体で中心線Ｌｏ
を中心として回転する。金具２０ｂの内壁とノズル台３
の外壁が形成する水路は、先端チップ２に形成された溝
により閉じられる。基体Ｂの水路より流入した水（冷却
水）は該水路を通って基体Ｂの絶縁水路２０ａを通過
し、それに連通する電極台８と基体Ｂの内周面の壁との
間に形成された水路を通って基体Ｂの前述の水路とは異
る水路を通って外部の冷却水循環機構（図示せず）に放
出される。

【００１８】また、ノズル台３の内壁にはリング状のセ
ンタリングストーン４が固着されている。タングステン
棒１はこのセンタリングストーン４の中心を回転自在に
貫通し、その軸心は先端チップ２およびノズル台３の中
心軸すなわち中心線Ｌｏと実質上一致している。センタ
リングストーン４には、ノズル２ａの内開口に対向する
先端面からその裏側の後端面に通じる通気孔が開けられ
ている。基体Ｂのパイロットガス流路に送り込まれるパ
イロットガスは、ノズル台３の内壁とタングステン棒１
の間の空間に送り込まれ、センタリングストーン４の通
気孔を通って先端チップ２の内空間に出て、先端チップ
２のノズル２ａから外空間に放出される。なお、センタ
リングストーン４はノズル台３に固着されているので、
ノズル台３が回転すれば、金具２０ｂ，ノズル台３およ
び先端チップ２と同様に一体で、中心線Ｌｏを中心とし
て回転する。しかし、それに対してタングステン棒１は
チャック９により電極台８を介して基体Ｂに対して固定
されている。すなわち回転しない。

【００１９】ここまでに説明した中で、従来使用されて
いたプラズマ溶接トーチとの構造上の大きな違いは、先
端チップ２が金具２０ｂ，ノズル台３を介して、基体Ｂ
およびタングステン棒１に回転自在に支持されている点
である。従来のプラズマトーチにおいて、先端チップ２
は基体Ｂに対して固定された状態にあった。その使用態
様としては、まず先端チップ（ノズル部材）２とタング
ステン棒１間に高周波電圧を印加してパイロットアーク
を発生させる。次にタングステン棒１と被溶接材との間
に主電圧を印加してパイロットアークを被溶接材に移行
させ、主アークを発生させるのが一般的である。本実施
例の溶接トーチＴには、前述の機構に加えてさらに先端
チップ２を回転駆動する機構が備わる。これにより、主
アークの発生方法については従来と同様であるが、発生
した主アークは、先端チップ２の回転によりノズル２ａ
が描く円錐面と同様な円錐面を描くように回転する。以
下に図を参照しながら説明する。

【００２０】図２に、図１の２Ａ−２Ａ線断面を示す。
溶接トーチＴの基体Ｂの外周には、略箱型である支持部
材３０が垂直に固着されており、支持部材３０の外壁に
は電気モータＭが、中心線Ｌｏと平行に支持されてい
る。モータＭの回転軸ｍａが中心線Ｌｏと平行に先端方
向に突出している。回転軸ｍａには駆動プーリ３２が固
着されている。プーリ３２にはタイミングベルト３３が
装着されており、タイミングベルト３３はノズル台３の
尾端部に固着された歯付プーリ３７に掛け渡されてい
る。支持部材３０の内壁には、タイミングベルト３３の
回転方向と垂直に案内溝３０ａがある。案内溝３０ａに
は、ベルト押えロ−ラとしてのベアリング３４が装着さ
れたＵ字型のスライダ３６が案内されており、ボルト３
５の締めつけにより案内溝３０ａ内の位置を固定され
る。タイミングベルト３３はベアリング３４により外周
を内側に向けて押圧されており、ボルト３５を緩めて案
内溝３０ａに沿ってスライダ３６の位置を動かすことに
より、ベアリング３４のタイミングベルト３３の押圧の
度合を変えることができる。

【００２１】例えば図１および図２に実線矢印ｍｒで示
す方向にモータＭの回転軸ｍａが回転した場合を考え
る。回転軸ｍａとそれに固着されたプーリ３２が実線矢
印ｍｒ方向に回転することにより、タイミングベルト３
３を介してプーリ３７とそれが固着されたノズル台３が
実線矢印ｍｒで示す方向に回転する。すると、それに一
体である先端チップ２および回転水路金具２０ｂが同様
に回転する。

【００２２】図３の（ａ）は、溶接トーチＴの先端部分
の拡大縦断面図であり、（ｂ）は、トーチＴの先端チッ
プ２の先端部をワ−ク側から１点鎖線矢印３Ｂで示した
方向より見た図である。前述のように、先端チップ２の
先端に設けられたノズル２ａは、その中心線（穴中心
線）がワ−ク指向線Ｌｏ（＝タングステン棒１の中心線
Ｌｏ）に対してθだけ傾斜している。先端チップ２が実
線矢印ｍｒで示す方向に回転した時、先端チップ２が１
回転する時間を４分割した時間を単位時間とすると、あ
る時点（：実線の丸２ａ）を基準とし、それから単位
時間が経過するごとにその瞬間のノズル２ａの位置をそ
れぞれ，，として（ｂ）に点線の丸で示す。すな
わち、ノズル２ａの外開口は、中心線Ｌｏを中心とする
円を画いて回転する。

【００２３】次に本実施例による隅肉溶接の態様を説明
する。さて、再び図１を参照されたい。基体Ｂの回転水
路金具２０ｂに連通する水路にはパイロット電源Ｖｐの
正極が接続されており、電極台８に連通する水路にはパ
イロット電源Ｖｐの負極が高周波結合用のトランスを介
して接続されている。また、電極台８には主電源Ｖｓの
負極が接続されており、主電源Ｖｓの正極は垂直板Ｗｚ
あるいは水平板Ｗｙ（本実施例においては水平板Ｗｙ）
に接続されている。パイロット電源Ｖｐによりパイロッ
ト電圧が印加されている状態で高周波電源Ｖｈにより高
周波電圧が加えられると、タングステン棒１と先端チッ
プ２間にパイロットアークが発生する。パイロットアー
クの発生後、高周波電圧は停止する。さらに、パイロッ
トアークが発生した状態において主電源Ｖｓにより主電
圧を印加すると、タングステン棒１と主電源Ｖｓの負極
が接続された垂直板Ｗｚあるいは水平板Ｗｙ（本実施例
においては水平板Ｗｙ）との間に主アークが発生する。

【００２４】主アークの発生後、必要に応じて作業者が
モータＭに正転あるいは逆転の通電指令を与えると、モ
ータＭがそれに従い、正転又は逆転する。本実施例にお
いては、モータＭの出力軸ｍａが溶接進行方向ｘに対し
て図１，図２，図３および後に提示する図４に実線矢印
ｍｒで示す方向に回転するよう通電指令を与えた場合に
ついて述べる。

【００２５】図４の（ａ）は、ノズル２ａが図３にで
示される位置にある時の先端チップ２の縦断面図を示す
斜視図であり、（ｂ）は、ノズル２ａから出たプラズマ
がワ−クと当る位置（溶接位置）を示す斜視図である。
先端チップ２の回転に伴い、溶接位置が図３の（ｂ）に
示す→→→と変化し、ノズル２ａより噴射され
るプラズマは、図４の（ｂ）に示すような交接線Ｏを中
心として螺旋を画きながら垂直板Ｗｚ，水平板Ｗｙ上を
移動する。すなわち交接線Ｏに沿って垂直板Ｗｚと水平
板Ｗｙとを溶接してゆく。

【００２６】図５は、ノズル２ａの指向方向が先端チッ
プ２の回転に伴い変化した場合の、狙い位置Ｏに対する
実際の溶接位置の変化を、図３の（ｂ）の〜対応で
示したものであり、（ａ）はに対応し、（ｂ）は，
に対応するとともに（ｃ）はに対応している。これ
によりプラズマが狙い位置Ｏを中心に幅広に振られてい
るのが分かる。この状態で図４の（ａ）に示す溶接進行
方向から溶接ワイヤを供給して溶接する。

【００２７】上述の第１実施例によれば、先端チップ２
のガス噴出口２ａが中心線Ｌｏを中心として回転するの
に伴い放射されるプラズマアークが狙い位置Ｏを中心と
した大脚長のビードを形成する。すなわち、プラズマト
ーチを用いて図６に示すような溶接ギャップの大きな被
溶接材をも溶接し得る。そして、溶融した金属にはプラ
ズマアークのアーク力により垂直板Ｗｚ側へ常に押し上
げる力が作用する為、垂直板Ｗｚ側へ常に金属が供給さ
れてビードは等脚長となる。先端チップ２の回転速度は
電気モータＭの回転と同様に一定であるので一点にアー
クが集中することなく、また、アークの回転力により溶
融プールを撹拌平滑にするので、表面が平坦でムラの無
いビードが安定して得られる。

【００２８】さらに、回転流とすることによりプラズマ
アークの狙いの範囲が広がるので、狙い位置Ｏよりトー
チＴの狙いが多少ずれてもブリッジするようになり、高
精度の高価な倣いを必要としない上に高速で大脚長のビ
ードが形成できるので、プラズマトーチの被溶接材の種
類に対する応用範囲が広がるとともに、作業効率が上昇
する。

【００２９】−第２実施例− 図７に、第１実施例の図２に対応する第２実施例の横断
面を示す。この実施例では電気モ−タＭの回転軸ｍａ
に、一周分の平歯Ｇ１と半周分よりやや少い扇形平歯Ｇ
２を上下（回転軸ｍａが延びる方向）２段に有する駆動
歯車３２Ａが固着されている。この駆動歯車３２Ａに、
従動歯車３２Ｂの一周分の平歯Ｇ２が噛み合っいる。平
歯Ｇ１とＧ２は、半径が同一で同一歯数であるので、駆
動歯車３２Ａに対して従動歯車３２Ｂは同一速度ではあ
るが逆方向に回転する。従動歯車３２Ｂも、該平歯Ｇ２
と、半周分よりやや少い扇形平歯Ｇ４を上下（回転軸ｍ
ａが延びる方向）２段に有する。扇形平歯Ｇ４も、Ｇ３
と半径が同一で同一歯数である。歯付駆動プ−リ３２Ｃ
は、この第２実施例では扇形平歯Ｇ３，Ｇ４の両者に噛
み合う一周分の平歯Ｇ５を有するが、駆動歯車３２Ａと
３２Ｂが、その一方の扇形平歯（Ｇ４）が歯付駆動プ−
リ３２Ｃの平歯Ｇ５と噛み合っているときには他方の扇
形平歯（Ｇ３）は平歯Ｇ５とは噛み合わないように、１
８０度の角度差をもって、噛み合っている。その他の構
造は、上述の第１実施例と同じである。この第２実施例
によれば、電気モ−タＭの回転により、図７に示すよう
に駆動歯車３２Ａが時計方向に回転しているとき、従動
歯車３２Ｂは反時計方向に回転している。図７に示す状
態では、従動歯車３２Ｂの扇形平歯Ｇ４が歯付駆動プ−
リ３２Ｃの平歯Ｇ５と噛み合っているので、プ−リ３２
Ｃが時計方向に回転し、ノズル台３（ノズル２）が時計
方向に回転する。この回転により、従動歯車３２Ｂの扇
形平歯Ｇ４が歯付駆動プ−リ３２Ｃの平歯Ｇ５から外れ
ると、今度は駆動歯車３２Ａの扇形平歯Ｇ３が歯付駆動
プ−リ３２Ｃの平歯Ｇ５と噛み合い、プ−リ３２Ｃが反
時計方向に回転し、ノズル台３（チップ２）が反時計方
向に回転する。

【００３０】これにより、例えば駆動歯車３２Ａに対し
てプ−リ３７の回転速度比が１であると、駆動歯車３２
Ａが１回転する間、プ−リ３７（チップ２）は略半回転
の範囲で１往復回転（時計方向半回転と反時計方向半回
転）する。往復回転範囲の中心を交接線０に合せ、回転
によるプラズマの振れを水平板Ｗｙ，垂直板Ｗｘに略等
分配にすると、交接線０を中心とするいわゆるウィ−ビ
ング溶接となる。

【００３１】駆動歯車３２Ａに対してプ−リ３７の回転
速度比が１より小さいと、チップ２の回転範囲は１８０
度より小さく、駆動歯車３２Ａに対してプ−リ３７の回
転速度比が１より大きいとチップ２の回転範囲は１８０
度より大きい。すなわち、駆動歯車３２Ａからプ−リ３
７に至る回転伝達機構の速度伝達比により、チップ２の
回転範囲が定まる。すなわち、該回転伝達機構により、
交接線０の延びる方向および直交する方向の振り幅を設
定することができる。なお、歯Ｇ３，Ｇ４，Ｇ５はロ−
ラ面としてもよい。

【００３２】第２実施例のような所定角度範囲内の交互
反転は、電気モ−タＭを繰返し反転駆動することによっ
ても実現でき、具体的には、例えば図１を参照すると、
電気モ−タＭにロ−タリエンコ−ダを付設し、あるいは
タイミングベルト３３はタイミングマ−ク付のものとし
てこのマ−クを検出するフォトセンサを設置して、歯付
プ−リ３２の所定角度の回転毎に電気モ−タＭを正転駆
動／逆転駆動する。これも本発明の範囲内にあるが、こ
の変形例では、電気モ−タＭのロ−タが慣性負荷とな
り、反転駆動特に高速の場合には不利な面がある。上述
の第２実施例は、反転運動するのは歯付プ−リ３２Ｃ以
下であり電気モ−タＭおよび歯車３２Ａ，３２Ｂは定方
向連続回転であるので、比較的に高速の反転駆動に有利
である。

【００３３】次の表１に、本発明の実施例による溶接結
果（テストＮｏ．が丸付番号のもの）と、比較例（従来
例）の溶接結果（テストＮｏ．が丸無しのもの）を示
す。

【００３４】

【表１】

【００３５】溶接条件は次の通りである。

【００３６】＊溶接材料ＳＭ４００Ａ板厚６ｔ＊溶接ワイヤＹＭ−２８Ｓ φ１．２＊共通条件シールドガス１０リットル／min（Ａｒ）パイロットガス表記（Ａｒ＋７％Ｈ₂）タングステン棒２％トリューム入りタングステン φ３．２トーチ前進角５° トーチ傾斜角４５° ＊実施例ノズル穴外開口のシフト量０．６７mm 角度θ １５° 表１上のテストＮｏ．１は、従来（回転なし）の隅肉溶
接結果であり，テストＮｏ．２は、大脚長出しの例であ
るが、下板側凸形の変形ビードとなり、形状的にあまり
良くない。（回転なし）テストＮｏ．３は、Ｎｏ．２に近い条件で回転アークに
て行った例であり、平滑なビード形状となった。

【００３７】テストＮｏ．４は、さらに大脚長５．１mm
での条件で、回転アーク使用で大脚長化が出来た。

【００３８】テストＮｏ．５，６は、従来法でのセンタ
ーへの狙いずれのテストを行ったもので−０．５mm（水
平板Ｗｙ側へ0.5mmトーチ狙点Ｏをシフト）では、不等
辺ビードながらブリッジした溶接が出来たが、−１．０
mmでは、ブリッジしない溶接不良となった。

【００３９】テストＮｏ．７，８は、回転アークでのセ
ンターへの狙いずれのテスト結果で、−１．０mmでは、
不等辺ビードながらブリッジした溶接が出来たが、−
１．５mmでは、ブリッジしない溶接不良となったが、回
転アークの方が狙いずれ変化に対して許容量が大きいこ
とが判る。

【００４０】テストＮｏ．９は、従来法では、速度を３
５cm／min 程にすると条件範囲は非常に狭くなり、ビー
ド途中でピットが出たり融合不良によるブリッジしない
不良ケ所が出易くなった。

【００４１】テストＮｏ．１０〜１１は、回転アークで
は溶接速度を従来法よりもアップしても縦板，下板共十
分溶かすことができるため、ブリッジしない等の融合不
良が発生しなくなった。

【００４２】従来法では、溶融プールは重力で下板側に
多く付き易く、下凸形ビードになり易い。本発明の実施
例を隅肉に使用すると、供給されたワイヤは図４の
（ａ）の部で溶け、溶融したメタルは、プラズマアー
クのアーク力によりの縦板側へ常に押し上げる力が作
用する為、縦板側へ常にメタルが供給される為、ビード
は割合等脚長の理想に近いビード形状となる効果があ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１実施例の溶接トーチＴの縦断面
図である。

【図２】図１に示す溶接トーチＴの横断面図（図１の
２Ａ−２Ａ線断面図）である。

【図３】（ａ）は、図１に示す溶接トーチＴの先端部
分の拡大縦断面図であり、（ｂ）は、トーチＴの先端チ
ップ２の先端部を（ａ）の１点鎖線矢印３Ｂで見た平面
図である。

【図４】（ａ）は、図１に示すノズル２ａが図３に
で示される位置にある時の先端チップ２の縦断面を示す
斜視図であり、（ｂ）は、ノズル２ａの回転による垂直
板Ｗｚ，水平板Ｗｙ上の溶接位置を示す斜視図である。

【図５】（ａ）は、図１に示すノズル２ａの位置が図
３の（ｂ）に示すの位置にある時の、先端チップ２の
ノズルから噴射するプラズマの方向を示す縦断面図、
（ｂ）はノズル２ａの位置が図３の（ｂ）に示す，
の位置にある時の縦断面図、（ｃ）はノズル２ａの位置
が図３の（ｂ）に示すの位置にある時の縦断面図であ
る。

【図６】（ａ）は、上下方向に隙間のある状態で配置
された板状の被溶接材Ｗ１，Ｗ２の溶接部分のギャップ
ｄを表す横断面図であり、（ｂ）は、並行に並べられた
パイプ状の被溶接材の溶接部分のギャップｄを表す横断
面図であり、（ｃ）は、垂直に立てられた被溶接材Ｗ５
の表面と９０度に折り曲げられた被溶接材Ｗ６の角部に
よる溶接部分のギャップｄを表す横断面図であり、
（ｄ）は、板状の被溶接材Ｗ７の端部と、表面に段差の
ある被溶接材の段差部による溶接部分のギャップｄを表
す横断面図である。

【図７】本発明の第２実施例の主要部の横断面図であ
る。

【符号の説明】

１：タングステン棒２：先端チップ２ａ：ノズル３：ノズル台４：センタリングストーン５：ねじリング５ａ：シールドガス噴射口６：シールドキャッ
プ７：絶縁スペーサ８：電極台９：チャック１０：案内リング２０ａ：絶縁水路２０Ｂ：回転水路金
具３０ａ：案内溝３０，３１：支持部
材３２，３７：プーリー３３：タイミングベ
ルト３４：ベアリング３５：ボルト３６：スライダＢ：基体ｂ２，ｂ１：ベアリングｂ３：止めリングＣ：カバーＬｏ：基準線Ｍ：モータｍａ：回転軸Ｏ：接触点（狙い位置）Ｔ：溶接トーチＵａ：支持部材Ｖｈ：高周波電源Ｖｐ：パイロット電源Ｖｓ：主電源Ｗｙ：水平金属平板（水平板）Ｗｚ：垂直金属平板
（垂直板）

フロントページの続き (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 10/00 H05H 1/26

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】放電電極；該放電電極のワ−ク指向線に対
して外開口が偏位したノズルを有するノズル部材；該ノ
ズル部材の内空間にプラズマ用ガスを供給するガス流
路；および、該ノズル部材を前記ワ−ク指向線を実質上中心にして回
転駆動する駆動手段；を備える揺動式プラズマト−チ。
【請求項２】前記駆動手段は、電気モ−タを含む定方向
連続回転駆動機構である、請求項１記載の揺動式プラズ
マトーチ。
【請求項３】前記駆動手段は、電気モ−タを含む交互反
転駆動機構である、請求項１記載の揺動式プラズマトー
チ。