JP6550228B2

JP6550228B2 - 溶接トーチ

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Publication number: JP6550228B2
Application number: JP2014223243A
Authority: JP
Inventors: 文夫清水; 尚孝鶴丸
Original assignee: Daihen Corp
Current assignee: Daihen Corp
Priority date: 2014-10-31
Filing date: 2014-10-31
Publication date: 2019-07-24
Anticipated expiration: 2034-10-31
Also published as: JP2016087628A

Description

本発明は、溶接ケーブル、溶接ケーブルに内挿されるライナ、および溶接ケーブルの先端に接続されるトーチ本体を備えた溶接トーチに関する。

たとえば消耗電極ガスシールドアーク溶接において、溶接ロボットや走行台車を用いた自動溶接や、作業者が操作する半自動溶接の手法が採用されている。これら自動溶接等の溶接作業時においては、ワイヤ送給機から溶接トーチに向けて溶接ワイヤが送り出され、また、溶接トーチには電力およびシールドガスに供給される。

溶接トーチは、たとえば、溶接ケーブル、ライナ、およびトーチ本体を備えて構成される（たとえば特許文献１を参照）。溶接ケーブルは、筒状導体部に絶縁体が被覆された構成を有し、筒状導体部は多数の金属細線の撚り線構造とされている。溶接ケーブルの基端部はワイヤ送給機側に取り付けられ、溶接ケーブルの先端部には、トーチ本体が取り付けられる。ライナは、ワイヤ送給機から送り出された溶接ワイヤを案内するものであり、溶接ケーブルに内挿されている。ライナの基端部は、溶接ケーブルの基端部に固定的に取り付けられている。ライナは、たとえば、基端側にある筒状の金具と、この金具に接続された螺旋状のコイル部とからなる。上記金具とコイル部とは圧着などの手段によって接続固定されており、上記金具が溶接ケーブルの基端部に固定される。ライナの先端部は、トーチ本体の内部に挿入されており、トーチ本体の先端側に設けられた給電チップに至っている。なお、溶接トーチと溶接ケーブルを区別して呼称する場合もあり、これらを区別して呼ぶ場合、上記したトーチ本体が溶接トーチと呼ばれる。また、溶接ケーブルは、コンジットケーブルなど他の呼び名で表される場合もある。

自動溶接において、トーチ本体は溶接ロボットや走行台車に搭載される。溶接ケーブルについては、溶接ロボットや走行台車の動きに追従して取り回す必要があり、溶接ケーブルの長さは比較的に長くされている。溶接作業において、溶接ケーブルが曲げや捻りなどの動作を繰り返す。そうすると、溶接ケーブルにおいては、金属細線の撚りが戻り、溶接ケーブルの全長が伸びる場合がある。溶接ケーブルに内挿されたライナについては、基端部が固定されている一方、先端部が固定されていないと、溶接ケーブルが伸びた分だけ、ライナ先端が給電チップから後退し、給電チップとライナ先端との間に隙間が生じることになる。このように隙間が生じると、溶接ワイヤの送給が不安定、溶接品質の低下を招く虞があった。

これに対し、上記特許文献１においては、ライナの先端部をトーチ本体に固定する構成が開示されている。このようにライナの先端部がトーチ本体に固定されていると、ライナ先端が給電チップから離れることは阻止することができ、上記した溶接ケーブルの全長が伸びることに起因する不具合を解消することができる。

しかしながら、溶接ケーブルの金属細線の撚りの戻りに起因して、溶接ケーブル自体に捻れが生じる場合がある。上述のようにライナの両端（基端部および先端部）が固定される場合、溶接ケーブルが捻れると、ライナに捻り力が作用する。そうすると、ライナの金具とコイル部との接続部分が破断して、溶接ワイヤの送給不良を招く虞があった。

また、ライナは内部を挿通する溶接ワイヤのメッキ粉等が堆積しやすく、交換頻度が比較的に高い部品である。したがって、溶接ケーブルやトーチ本体へのライナの取り付け部分を比較的簡単な構造にして、交換作業性を良くすることが望まれる。

特許第４７３９８２５号公報

本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、溶接ケーブルに内挿されるライナについて、取付構造の簡素化を図りつつ、溶接ケーブルの伸びや捻れに起因する不都合を解消するのに適した溶接トーチを提供することをその課題とする。

上記の課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を採用した。

本発明よって提供される溶接トーチは、トーチ本体と、長手筒状とされており、基端部がワイヤ送給機側に取り付けられ、かつ先端部に上記トーチ本体が取り付けられた溶接ケーブルと、上記溶接ケーブルに内挿されており、基端部が上記溶接ケーブルの上記基端部に取り付けられ、かつ先端部が上記トーチ本体に取り付けられた、溶接ワイヤを案内するためのライナと、上記溶接ケーブルの上記基端部に対する上記ライナの上記基端部の取付部位、および上記トーチ本体に対する上記ライナの上記先端部の取付部位のうち少なくとも一方に設けられ、上記溶接ケーブルもしくは上記トーチ本体に対する上記ライナの軸方向への移動を防止し、かつ上記ライナと上記溶接ケーブルもしくは上記トーチ本体との相対回転を許容する係止手段と、を備えることを特徴としている。

好ましい実施の形態においては、上記係止手段は、上記ライナに設けられた径方向外向きの環状溝と、上記トーチ本体もしくは上記溶接ケーブルに設けられ、上記環状溝に進入しうる係止部材と、を含んで構成される。

好ましい実施の形態においては、上記係止部材は、上記環状溝に対して当該環状溝の径方向に沿って進退移動可能なネジ部材である。

好ましい実施の形態においては、上記係止手段は、上記係止部材の上記環状溝からの後退を防止する後退防止機構を有する。

好ましい実施の形態においては、上記後退防止機構は、上記係止部材が取り付けられた状態における上記環状溝への上記係止部材の進入長さが、上記取り付けられた状態の上記係止部材と当該係止部材が後退するときに当接する当接部との隙間よりも大となる構成を含む。

本発明のその他の特徴および利点は、添付図面を参照して以下に行う詳細な説明によって、より明らかとなろう。

本発明に係る溶接トーチの一例を示す外観図である。溶接ケーブルおよびライナの基端部を示す要部斜視図である。溶接ケーブルおよびライナの基端部を示す要部縦断面図であり、（ａ）は係止部材を取り付ける前の状態、（ｂ）は係止部材を取り付けた状態を示す。溶接ケーブルの基端部をワイヤ送給機側に取り付けた状態の一例を示す要部縦断面図である。図４のＶ−Ｖに沿う断面図である。トーチ本体周辺の要部縦断面図である。係止手段の他の構成例を示す要部縦断面図である。

以下、本発明の好ましい実施形態につき、図面を参照しつつ具体的に説明する。

図１は、本発明に係る溶接トーチの一例を示す外観図である。本実施形態の溶接トーチ１００は、溶接ケーブル２００と、ライナ３００と、トーチ本体４００とを備えている。溶接トーチ１００は、たとえば、消耗電極ガスシールドアーク溶接を行うための溶接装置に使用され、走行台車を用いた自動溶接に適したものである。

溶接ケーブル２００は、ワイヤ送給機（図示略）から送り出された溶接ワイヤをトーチ本体２００に導くものであり、全体として長手筒状とされている。溶接トーチ１００を自動溶接に用いる場合において、溶接ケーブル２００の長さは比較的に長くされる。図１では中間部を省略しているが、溶接ケーブル２００の全長は、たとえば６ｍ〜１０ｍ程度である。

溶接ケーブル２００は、ケーブル本体２１０、ホルダ２２０，２３０、および接続部材２４０を備えて構成されている。詳細な図示説明は省略するが、ケーブル本体２１０は、筒状導体部が絶縁カバーによって被覆された構成を有し、筒状導体部は多数の金属細線の撚り線構造とされている。

接続部材２４０は、ケーブル本体２１０の一方の端部に連結固定されている。当該連結部がホルダ２２０によって保持されている。接続部材２４０は、本発明でいう「溶接ケーブルの基端部」に相当する部分である。

図２、図３に示すように、接続部材２４０は、概略円筒状とされており、後述するライナ３００の取付金具３１０を支持している。より詳細には、図３に示すように、接続部材２４０の基端部２４１には、他の部位よりも内径寸法が大である取付穴２４２が形成されており、ライナ３００の取付金具３１０がこの取付穴２４２にほぼ隙間のない状態で内挿される。また、図２に示すように、接続部材２４０の基端部２４１は、外周部分が一部切除されたような形状とされており、平坦面２４３を有する。図３（ａ）に示すように、基端部２４１には、平坦面２４３から取付穴２４２まで径方向に通じるネジ穴２４５が形成されている。

図１に示すように、ホルダ２３０は、ケーブル本体２１０の他方の端部に設けられており、トーチ本体４００を保持している。詳細は後述するが、本実施形態においては、接続部材２４０は、ワイヤ送給機に設けられた筒状のワイヤ出口６００に接続されている（図４参照）。

なお、溶接ケーブル２００は、トーチ本体４００へ電力およびシールドガスを供給する役割も担う。図１に示すように、溶接ケーブル２００の適所には、シールドガスを供給するためのホース２６１、ならびに、電力供給用、スイッチ用、および制御用の各ケーブル２６２，２６３，２６４が連結されている。

ライナ３００は、ワイヤ送給機から送り出される溶接ワイヤをトーチ本体４００まで案内するものであり、溶接ケーブル２００に内挿されている。図３に示すように、ライナ３００は、基端側にある筒状の取付金具３１０と、この取付金具３１０に接続されたコイル部３２０とを備えている。コイル部３２０は、金属線材が螺旋状に巻回された構成であり、概略円筒状である。コイル部３２０の基端部は、圧着等の適宜手段によって取付金具３１０に接続固定されている。なお、コイル部３２０の外周は、取付金具３１０に当接する部位から軸方向へ所定長さの範囲において樹脂カバー３２１に覆われている。詳細な図示説明は省略するが、ケーブル本体２１０とコイル部３２０との間の空間はシールドガスを流すための通路として機能する。

取付金具３１０は、概略円筒状とされており、コイル部３２０よりも外径寸法が大きい。取付金具３１０は、ライナ３００の装着時において接続部材２４０に支持される部分である。取付金具３１０の外径寸法は、接続部材２４０（取付穴２４２）の内径寸法よりも僅かに小さい。ライナ３００を装着する際には、コイル部３２０の先端を接続部材２４０の基端から挿入し、取付金具３１０を接続部材２４０の取付穴２４２に挿入する。

取付金具３１０の適所には、径方向外向きの環状溝３１１が形成されている。ライナ３００の装着時において、環状溝３１１と接続部材２４０のネジ穴２４５とは、径方向に見て重なる位置にある。ネジ穴２４５には、セットボルト５００が取り付けられている。セットボルト５００は、たとえば頭部５１０およびネジ軸部５２０を有し、いわゆる六角穴付ボルトと呼ばれる形態である。図３（ａ）、（ｂ）から理解されるように、ネジ軸部５２０をネジ穴２４５に螺合させて頭部５１０を回すと、セットボルト５００は、環状溝３１１の径方向に沿って進退移動する。図３（ｂ）に示すように、セットボルト５００を締め付けた状態において、頭部５１０は接続部材２４０の平坦面２４３に圧接している。このとき、ネジ軸部５２０は環状溝３１１に進入しており、ネジ軸部５２０の先端と環状溝３１１の底部とは接触しておらず、また、両者間には僅かな隙間がある。ここで、ライナ３００に軸方向（図中左右方向）の力が作用しても、取付金具３１０（環状溝３１１を構成する側壁部）がセットボルト５００（ネジ軸部５２０）によって係止され、接続部材２４０（溶接ケーブル２００基端部）に対するライナ３００の基端部の軸方向への移動は防止される。

一方、ネジ軸部５２０の先端および環状溝３１１の底部の間には隙間があるため、ライナ３００と接続部材２４０（溶接ケーブル２００）との相対回転は許容される。環状溝３１１を有する取付金具３１０（ライナ３００）、ネジ穴２４５を有する接続部材２４０（溶接ケーブル２００）、およびセットボルト５００は、係止手段を構成する。また、セットボルト５００は、本発明でいう「係止部材」に相当する。

図３（ｂ）に示されるように、セットボルト５００の締め付け時（頭部５１０が平坦面２４３に圧接する状態）において、環状溝３１１へのネジ軸部５２０の進入長さは一定となる。なお、本実施形態において、セットボルト５００は、頭部５１０の厚みが小さいものが用いられるが、その意義については後述する。

接続部材２４０（溶接ケーブル２００の基端部）は、たとえばワイヤ送給機のワイヤ出口に接続される。図４、図５は、接続部材２４０をワイヤ送給機（図示略）のワイヤ出口６００に接続した状態の一例を示す。ワイヤ出口６００は、接続部材２４０の外径寸法とほぼ同じ内径寸法を有する接続用穴６１０を備えており、接続部材２４０は、接続用穴６１０に挿入されている。

図５に示されるように、セットボルト５００の頭部５１０の厚みが小さいことにより、当該頭部５１０は接続用穴６１０の内面と干渉することなく接続用穴６１０に収容される。このとき、頭部５１０と接続用穴６１０の内面との間には僅かな隙間が設けられている。そして、環状溝３１１へのセットボルト５００（ネジ軸部５２０）の進入長さＬ１は、頭部５１０と接続用穴６１０の内面において頭部５１０が当接しうる部位（当接部）との間の隙間Ｌ２よりも大きい。これら寸法の一例を挙げると、進入長さＬ１が３ｍｍ程度、隙間Ｌ２が０．５ｍｍ程度であり、進入長さＬ１が隙間Ｌ２よりも十分に大きい。図５に示した状態において、仮にセットボルト５００が緩んで環状溝３１１から後退したとしても、セットボルト５００の頭部５１０がすぐに接続用穴６１０の内面（当接部）に当たり、セットボルト５００の緩みが止まる。このようにセットボルト５００が緩んでも、進入長さＬ１と隙間Ｌ２とが上記のような関係にあることにから、環状溝３１１へのセットボルト５００（ネジ軸部５２０）の進入長さＬ１は十分に確保され、接続部材２４０（溶接ケーブル２００）に対する取付金具３１０（ライナ３００）が軸方向への移動は防止される。このようなワイヤ出口６００への接続部材２４０の接続構造は、後退防止機構を構成する。

なお、ワイヤ出口６００の適所には、抜け止めボルト６２０が設けられている。抜け止めボルト６２０は、接続用穴６１０の径方向外寄り部分を周方向に横切るように取り付けられている。抜け止めボルト６２０が接続部材２４０の段部２４６と係合することにより、接続部材２４０の接続用穴６１０（ワイヤ出口６００）からの抜け出しが防止される。

図１に示すように、トーチ本体４００は、溶接ケーブル２００（ケーブル本体２１０）の先端部に取り付けられている。図６に示すように、トーチ本体４００は、トーチボディ４１０、チップボディ４２０、絶縁部材４３０、給電チップ４４０、およびノズル４５０を備えている。ライナ３００（コイル部３２０）の先端部は、チップボディ４２０に内挿されつつ給電チップ４４０まで延びている。チップボディ４２０の適所には、セットビス４６０が取り付けられている。セットビス４６０は、チップボディ４２０の径方向に沿って形成されたネジ穴に螺合されている。セットビス４６０は、先端が鋭利な形状を有し、いわゆる六角穴付止めネジと呼ばれる形態である。セットビス４６０を締め付けると、当該セットビス４６０の先端がコイル部３２０の外面に食い込み、ライナ３００（コイル部３２０）の先端部がトーチ本体４００に固定される。なお、絶縁部材４３０はチップボディ４２０に外嵌されており、セットビス４６０が緩んでもすぐに絶縁部材４３０に当たる。このような構成により、絶縁部材４３０はセットビス４６０の緩み止めとして機能しており、トーチ本体４００へのライナ３００（コイル部３２０）の先端部の固定状態が適切に維持される。

次に、上記した実施形態に係る溶接トーチ１００の作用について説明する。

溶接トーチ１００を用いて自動溶接を行うと、溶接ケーブル２００は曲げや捻じりなどの動作が繰り返す。そうすると、溶接ケーブル２００において、筒状導体部の金属細線の撚りが戻り、溶接ケーブル２００の全長が伸びたり、溶接ケーブル２００自体に捻れが生じる場合がある。

本実施形態の溶接トーチ１００によれば、溶接ケーブル２００に内挿されたライナ３００の先端部はトーチ本体４００に固定されている。ライナ３００の基端部（取付金具３１０）については、上述のように、接続部材２４０に取り付けたセットボルト５００がライナ３００の環状溝３１１に進入する構成によって、接続部材２４０（溶接ケーブル２００基端部）に対するライナ３００の基端部の軸方向への移動は防止される。したがって、ライナ３００は溶接ケーブル２００の伸びに追従するので、溶接ケーブル２００が伸びることによって生じる不具合を解消することができる。

また、上述のように、ライナ３００の基端部（取付金具３１０）と接続部材２４０（溶接ケーブル２００）との相対回転は許容される。これにより、溶接ケーブル２００が捻れても、ライナ３００に捻り力は作用しない。したがって、溶接ケーブル２００の捻れに起因するライナ３００の破損等の不具合を回避することができる。

また、ライナ３００の基端部における上記の係止構造は、セットボルト５００および環状溝３１１を設けるといった比較的に簡単な構造によって実現可能である。また、ライナ３００を交換する際には、セットボルト５００、セットビス４６０を外すことによって交換可能であるので、交換作業性に優れている。

セットボルト５００の締め付け時には、環状溝３１１へのセットボルト５００（ネジ軸部５２０）の進入長さは一定となる。これにより、セットボルト５００による係止が的確になされ、ライナ３００の不用意な抜け出し等が防止される。

図５等を参照して上述したように、本実施形態においては、セットボルト５００が緩んでも当該セットボルト５００の環状溝３１１からの後退が防止されている。これにより、セットボルト５００による係止がより確実になされる。

図１〜図５を参照した上述の実施形態では、ライナ３００の基端部側に係止手段を設ける場合について説明したが、図７は、ライナ３００の先端部側に係止手段を設ける場合を示している。

図７は、トーチ本体４００におけるチップボディ４２０および絶縁部材４３０の要部断面を示している。図７に示すように、ライナ３００（コイル部３２０）の先端部には、係止用金具３３０が圧着等の適宜手段によって外嵌固定されている。係止用金具３３０には、径方向外向きの環状溝３３１が形成されている。環状溝３３１とチップボディ４２０に形成されたネジ穴４２１とは、径方向に見て重なる位置にある。

ネジ穴４２１には、セットボルト５００が取り付けられている。当該セットボルト５００は、図２〜図５等に示したセットボルト５００と同様の構成であり、頭部５１０およびネジ軸部５２０を有する。ネジ軸部５２０をネジ穴４２１に螺合させて頭部５１０を回すと、セットボルト５００は、環状溝３３１の径方向に沿って進退移動する。セットボルト５００を締め付けた状態において、頭部５１０はチップボディ４２０の外周面に圧接している。このとき、ネジ軸部５２０は環状溝３３１に進入しており、また、ネジ軸部５２０の先端と環状溝３３１の底部とは接触しておらず、両者間には僅かな隙間がある。ここで、ライナ３００に軸方向（図中左右方向）の力が作用しても、セットボルト５００（ネジ軸部５２０）が係止用金具３３０（環状溝３３１を構成する側壁部）によって係止され、チップボディ４２０（トーチ本体４００）に対するライナ３００の先端部の軸方向への移動は防止される。

一方、ネジ軸部５２０の先端および環状溝３３１の底部の間には隙間があるため、ライナ３００とチップボディ４２０（トーチ本体４００）との相対回転は許容される。セットボルト５００の締め付け時（頭部５１０がチップボディ４２０の外周面に圧接する状態）において、環状溝３３１へのネジ軸部５２０の進入長さは一定となる。

図７に示すように、セットボルト５００を締め付けた状態において、頭部５１０と絶縁部材４３０の内面との間には僅かな隙間が設けられている。そして、環状溝３３１へのセットボルト５００（ネジ軸部５２０）の進入長さＬ３は、頭部５１０と絶縁部材４３０の内面において頭部５１０が当接しうる部位（当接部）との間の隙間Ｌ４よりも大きい。図７に示した状態において、仮にセットボルト５００が緩んで環状溝３３１から後退したとしても、セットボルト５００の頭部５１０がすぐに絶縁部材４３０の内面（当接部）に当たり、セットボルト５００の緩みが止まる。このようにセットボルト５００が緩んでも、進入長さＬ３と隙間Ｌ４とが上記のような関係にあることにから、環状溝３３１へのセットボルト５００（ネジ軸部５２０）の進入長さＬ３は十分に確保され、チップボディ４２０（トーチ本体４００）に対する係止用金具３３０（ライナ３００）の軸方向への移動は防止される。このようなライナ３００の先端部の係止構造は、後退防止機構を構成する。そして、図７に示したライナ３００先端部の係止構造は、図１〜図５を参照して上述したライナ３００の基端部の係止構造と同様の効果を奏する。

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の範囲は上記した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した事項の範囲内でのあらゆる変更は、すべて本発明の範囲に包摂される。

上記実施形態において、係止手段がライナの基端部に設けられた構成、および係止手段がライナの先端部に設けられた構成についてそれぞれ説明したが、ライナの両端部（基端部および先端部の各々）に係止手段を設けてもよい。

係止手段の具体的な構成についても、セットボルト５００を用いた上記実施形態の構成に限定されるものではない。溶接ケーブルもしくはトーチ本体に対するライナの軸方向への移動を防止し、かつライナと溶接ケーブルもしくはトーチ本体との相対回転を許容するものであれば、種々の変更が可能である。

上記実施形態において、ライナはコイル部を具備する構成としたが、これに代えて、たとえば樹脂製のチューブを備えたライナを用いてもよい。

１００溶接トーチ
２００溶接ケーブル
２１０ケーブル本体
２２０，２３０ホルダ
２４０接続部材
２４１基端部
２４２取付穴
２４３平坦面
２４５ネジ穴
２４６段部
２６１ホース
２６２，２６３，２６４ケーブル
３００ライナ
３１０取付金具
３１１環状溝
３２０コイル部
３２１樹脂カバー
３３０係止用金具
３３１環状溝
４００トーチ本体
４１０トーチボディ
４２０チップボディ
４２１ネジ穴
４３０絶縁部材
４４０給電チップ
４５０ノズル
４６０セットビス
５００セットボルト（係止部材）
５１０頭部
５２０ネジ軸部
６００ワイヤ出口
６１０接続用穴
６２０抜け止めボルト

Claims

トーチ本体と、
長手筒状とされており、基端部がワイヤ送給機側に取り付けられ、かつ先端部に上記トーチ本体が取り付けられた溶接ケーブルと、
上記溶接ケーブルに内挿されており、基端部が上記溶接ケーブルの上記基端部に取り付けられ、かつ先端部が上記トーチ本体に取り付けられた、溶接ワイヤを案内するためのライナと、
上記溶接ケーブルの上記基端部に対する上記ライナの上記基端部の取付部位に設けられ、上記溶接ケーブルに対する上記ライナの軸方向への移動を防止し、かつ上記ライナと上記溶接ケーブルとの相対回転を許容する係止手段と、
を備え、
上記係止手段は、上記ライナに設けられた径方向外向きの環状溝と、上記溶接ケーブルに設けられ、上記環状溝に対して当該環状溝の径方向に沿って進退移動可能なネジ部材と、を含み、
上記係止手段は、上記ネジ部材の上記環状溝からの後退を防止する後退防止機構を有し、
上記後退防止機構は、上記ネジ部材が取り付けられた状態における上記環状溝への上記ネジ部材の進入長さが、上記取り付けられた状態の上記ネジ部材と当該ネジ部材が後退するときに当接する当接部との隙間よりも大となる構成を含み、
上記ネジ部材は、上記溶接ケーブルの上記基端部に形成された平坦面に圧接させられる頭部を有し、
上記溶接ケーブルの上記基端部は、上記平坦面に圧接された上記頭部よりも径方向の外側に位置する部位を含み、
上記頭部の厚さが、上記ネジ部材が螺合するネジ穴の軸方向の寸法よりも小さいことを特徴とする、溶接トーチ。