JP6958893B2 - 溶接トーチのノズル清掃装置 - Google Patents

Description

本発明は、ガスシールド式溶接トーチのノズルを清掃する清掃装置に関し、特に、ノズルの内面及び先端に堆積したスパッタを除去する構造の技術分野に属する。

一般に、ガスシールドアーク溶接を行う現場では、ガスシールド式溶接トーチが使用されている。ガスシールド式溶接トーチはノズルを備えており、このノズルからガスを噴出しながら溶接用ワイヤを供給するように構成されている。溶接時にはスパッタが発生し、発生したスパッタはノズルの先端だけでなくノズルの内面にも付着して堆積してしまう。スパッタの堆積は、溶接不良を招く恐れがあるとともに、自動溶接設備の場合には設備停止に繋がる恐れがある。そのため、ノズルは定期的に清掃する必要がある。

溶接トーチのノズル清掃装置としては、例えば特許文献１〜３に開示されているものが知られている。特許文献１は、ノズル内に挿入されるコイルバネと、段付きブラシと、コイルバネ及び段付きブラシを回転させる回転機構とを備えている。ノズルを清掃する場合には、コイルバネをノズル内に挿入してノズルの内面のスパッタを除去し、その後、ノズルの先端を段付きブラシに接触させてノズルの先端のスパッタを除去するようにしている。

特許文献２は、ノズル内に挿入されるコイルバネと、ノズルの先端に冷気を供給する冷気供給手段とを備えており、ノズルの内面のスパッタはコイルバネで除去し、ノズルの先端のスパッタは冷気の供給によって除去するようにしている。

特許文献３は、ノズル内に挿入されるコイルバネと、ノズルの先端に接触する刃具とを備えている。ノズルを清掃する場合には、コイルバネをノズル内に挿入してノズルの内面のスパッタを除去し、その後、ノズルの先端を刃具に接触させてノズルの先端のスパッタを除去するようにしている。

特開２００８−３０２３６８号公報 実用新案登録第３１５８３８５号公報 特開２００３−３１１４２３号公報

ところで、特許文献１では、ノズルの内面をコイルバネで、ノズルの先端を段付きブラシでそれぞれ清掃するようにしているので、少なくとも２工程が必要になり、清掃に要する時間が長時間化してしまう。また、スパッタの堆積状態や段付きブラシの摩耗状態に応じて、ノズルを段付きブラシへ当てるときの当て方を変える必要がある。

また、特許文献２では、ノズルの内面をコイルバネで、ノズルの先端を冷気でそれぞれ清掃するようにしているが、一般にノズルに使用されている銅合金の熱膨張係数とスパッタの熱膨張係数の差程度ではノズルの先端のスパッタを除去するのに十分な効果は期待できない。

さらに、特許文献３では、ノズルの内面をコイルバネで、ノズルの先端を刃具でそれぞれ清掃するようにしているので、特許文献１と同様に、少なくとも２工程が必要になり、清掃に要する時間が長時間化してしまう。また、スパッタの堆積状態や刃具の摩耗状態に応じてノズルを刃具へ当てるときの当て方を変える必要がある。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、ノズルの内面及び先端に堆積したスパッタを一工程で確実に除去できるようにして溶接品質及び効率を高めることにある。

上記目的を達成するために、本発明では、ノズル内に挿入される内面清掃用弾性部材と、この内面清掃用弾性部材とは別にノズルの先端に当接する先端清掃用弾性部材とを設け、内面清掃用弾性部材及び先端清掃用弾性部材を回転駆動するようにした。

第１の発明は、ガスシールド式溶接トーチのノズルを清掃する溶接トーチのノズル清掃装置において、上記ノズルの先端から該ノズルの内部に挿入されて該ノズルの内面に接触する内面清掃用弾性部材と、上記内面清掃用弾性部材を囲むように配置され、上記ノズルの先端に接触する先端清掃用弾性部材と、上記内面清掃用弾性部材及び上記先端清掃用弾性部材を上記ノズルの軸心周りに回転駆動する駆動部とを備え、上記内面清掃用弾性部材及び上記先端清掃用弾性部材は、上記ノズルの軸心方向に圧縮変形するように配置されたコイルバネであることを特徴とする。

この構成によれば、ノズルに内面清掃用弾性部材を挿入すると、内面清掃用弾性部材がノズルの内面に接触する。このとき、先端清掃用弾性部材が内面清掃用弾性部材を囲むように配置されているので、先端清掃用弾性部材がノズルの先端に接触することになる。この状態で内面清掃用弾性部材が回転すると、ノズルの内面に堆積しているスパッタを内面清掃用弾性部材が擦り取る。ノズルの内面におけるスパッタの堆積状態が異なる場合や内面清掃用弾性部材の摩耗状態が初期と異なる場合には、内面清掃用弾性部材が弾性変形することで対応可能である。また、先端清掃用弾性部材が回転すると、ノズルの先端に堆積しているスパッタを先端清掃用弾性部材が擦り取る。ノズルの先端におけるスパッタの堆積状態が異なる場合や先端清掃用弾性部材の摩耗状態が初期と異なる場合には、先端清掃用弾性部材が弾性変形することで対応可能である。つまり、ノズルの内面及び先端に付着したスパッタを一工程で確実に除去することが可能になる。

また、内面清掃用弾性部材及び先端清掃用弾性部材が低コストで得られる。また、ノズルをロボット等で移動させて清掃を行う際にノズルの多少の位置ずれを内面清掃用弾性部材及び先端清掃用弾性部材の圧縮変形等で許容することが可能になる。

第２の発明は、第１の発明において、上記先端清掃用弾性部材の一端が上記ノズルの先端に接触するように配置されることを特徴とする。

この構成によれば、ノズルの先端に堆積したスパッタを、先端清掃用弾性部材の一端、即ちコイルバネの端部によって削るようにして取ることが可能になる。

第３の発明は、第２の発明において、上記内面清掃用弾性部材における上記ノズルへの挿入方向先端は、上記先端清掃用弾性部材の一端よりも上記ノズルへの挿入方向へ突出していることを特徴とする。

この構成によれば、内面清掃用弾性部材をノズルの内部に十分に挿入することが可能になる。

第４の発明は、第１から３のいずれか１つの発明において、上記先端清掃用弾性部材のバネ定数は、上記内面清掃用弾性部材のバネ定数よりも大きく設定されていることを特徴とする。

すなわち、内面清掃用弾性部材及び先端清掃用弾性部材を回転させると遠心力によって回転ブレが発生することがあるが、この発明では、先端清掃用弾性部材のバネ定数が大きいので、先端清掃用弾性部材がぶれにくくなる。さらに、この先端清掃用弾性部材に囲まれるように配置されている内面清掃用弾性部材は、先端清掃用弾性部材によって外方から支持されているので内面清掃用弾性部材もぶれにくくなる。

第５の発明は、第１から４のいずれか１つの発明において、上記先端清掃用弾性部材の線径は、上記内面清掃用弾性部材の線径よりも大きく設定されていることを特徴とする。

この構成によれば、先端清掃用弾性部材の線径が大きいので、ノズルが径方向に多少位置ずれしたとしても、先端清掃用弾性部材がノズルの先端に接触し易くなる。また、内面清掃用弾性部材の線径が小さいので、内面清掃用弾性部材をノズルの内部に挿入し易くなる。

第６の発明は、第１から５のいずれか１つの発明において、上記駆動部は、上記内面清掃用弾性部材及び上記先端清掃用弾性部材が固定される固定部材と、該固定部材を回転させるモーターとを備えていることを特徴とする。

この構成によれば、モーターによって固定部材を回転させると、内面清掃用弾性部材及び先端清掃用弾性部材を同時に回転駆動することが可能になる。

第１の発明によれば、ノズルの内面に接触する内面清掃用弾性部材と、ノズルの先端に接触する先端清掃用弾性部材とをノズルの軸心周りに回転駆動するようにしたので、ノズルの内面及び先端に付着したスパッタを一工程で確実に除去することができ、溶接品質及び効率を高めることができる。

また、内面清掃用弾性部材及び先端清掃用弾性部材をコイルバネとしたので、低コスト化を図りながら、ノズルの多少の位置ずれを許容することができる。

第２の発明によれば、ノズルの先端に堆積したスパッタをコイルバネの端部によって確実に除去することができる。

第３の発明によれば、内面清掃用弾性部材の挿入方向先端を先端清掃用弾性部材の一端から突出させたので、内面清掃用弾性部材をノズルの内部に十分に挿入してノズルの内面の広い範囲を清掃することができる。

第４の発明によれば、内面清掃用弾性部材及び先端清掃用弾性部材の回転ブレを抑制することができる。

第５の発明によれば、先端清掃用弾性部材の線径を内面清掃用弾性部材の線径よりも大きくしたので、先端清掃用弾性部材をノズルの先端に接触させ易くなり、また、内面清掃用弾性部材をノズルの内部に挿入し易くなる。

第６の発明によれば、内面清掃用弾性部材及び先端清掃用弾性部材を共通のモーターで回転駆動することができるので、構造をシンプルにすることができる。

実施形態に係る溶接トーチのノズル清掃装置の斜視図である。 溶接トーチのノズル清掃装置の平面図である。 溶接トーチのノズル清掃装置の正面図である。 溶接トーチのノズル清掃装置の断面図であり、溶接トーチを清掃している状態を示す。

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。尚、以下の好ましい実施形態の説明は、本質的に例示に過ぎず、本発明、その適用物或いはその用途を制限することを意図するものではない。

図１は、本発明の実施形態に係る溶接トーチのノズル清掃装置１を斜め上方から見た斜視図であり、図２は、溶接トーチのノズル清掃装置１を上方から見た平面図であり、図３は、溶接トーチのノズル清掃装置１の正面図である。

（溶接設備の構成）
溶接トーチのノズル清掃装置１は、例えばガスシールドアーク溶接を行う現場に設置されるものであり、図４に示すようにガスシールド式溶接トーチ１００のノズル１０１の内面及び先端１０１ｂを同時に清掃できるように構成されている。すなわち、ガスシールドアーク溶接を行う現場では、図４に示すガスシールド式溶接トーチ１００が使用されている。ガスシールド式溶接トーチ１００は円筒状部材からなるノズル１０１と、ノズル１０１の内部に配設されるワイヤ支持部材１０２とを備えている。ワイヤ支持部材１０２は、ノズル１０１と同心上に配置された柱状部材であり、ワイヤ支持部材１０２の中心部に形成された孔１０２ａにワイヤ（図示せず）が挿入されて供給されるようになっている。ノズル１０１の内面１０１ａとワイヤ支持部材１０２の外面との間には、全周に亘って隙間が形成されている。

溶接時にはスパッタが発生する。発生したスパッタは、ノズル１０１の先端１０１ｂに付着して堆積するだけでなく、ノズル１０１の内面１０１ａとワイヤ支持部材１０２の外面との間に隙間があるので、この隙間にも侵入してノズル１０１の内面１０１ａに付着して堆積することがある。

また、上記ガスシールド式溶接トーチ１００は、自動溶接設備に使用することができる。ガスシールド式溶接トーチ１００を例えばロボットに把持させてロボットによって所定の軌跡を描くように移動させることで、作業者によらず、自動で溶接を行うことが可能になる。尚、ガスシールド式溶接トーチ１００は自動溶接設備に限定されるものではなく、作業者が持って移動させながら各種溶接を行うようにすることもできる。

（溶接トーチのノズル清掃装置１の構成）
図１〜図３に示すように、溶接トーチのノズル清掃装置１は、本体部１０と、ノズル１０１の先端１０１ｂから該ノズル１０１の内部に挿入されて該ノズル１０１の内面１０１ａに接触する内面清掃用弾性部材２０と、内面清掃用弾性部材２０を囲むように配置され、ノズル１０１の先端１０１ｂに接触する先端清掃用弾性部材３０とを備えている。ノズル清掃装置１は、溶接設備の一部とすることもできる。

本体部１０は、筐体１１と、図３及び図４に示す駆動ユニット（駆動部）１４とを備えている。筐体１１は、例えば溶接現場の溶接設備に固定することができるようになっている。筐体１１を固定する場所は、実際に溶接が行われる場所から離れており、かつ、ロボットによって溶接トーチ１００を移動させることができる範囲内としておくのが好ましい。

駆動ユニット１４は、内面清掃用弾性部材２０及び先端清掃用弾性部材３０を溶接トーチ１００のノズル１０１の軸心周りに回転駆動するためのものである。駆動ユニット１４は、筐体１１の内部に収容された状態で該筐体１１に固定されるモーター１２と、内面清掃用弾性部材２０及び先端清掃用弾性部材３０が固定される固定部材１３とを備えており、固定部材１３をモーター１２によって回転することで内面清掃用弾性部材２０及び先端清掃用弾性部材３０を回転駆動することができるように構成されている。

モーター１２は従来から周知の電動機である。図４に示すように、モーター１２には制御装置４０が接続されている。制御装置４０は、外部から入力された信号や手動スイッチ（図示せず）のＯＮ／ＯＦＦ操作に基づいてモーター１２に電流を供給してモーター１２を作動状態にし、また、モーター１２への電流の供給を遮断してモーター１２を停止させることができるように構成されている。制御装置４０によってモーター１２の回転速度（単位時間当たりの回転数）を調整することもできる。

モーター１２には出力軸１２ａが設けられている。モーター１２は、出力軸１２ａが上下方向に延びる姿勢とされ、かつ、出力軸１２ａが筐体１１の上面から上方へ突出するように配置されている。固定部材１３は、略円板状の部材で構成されている。固定部材１３は出力軸１２ａと直交するように配置されており、固定部材１３の上面１３ａは略水平に延びている。固定部材１３の上面１３ａに、内面清掃用弾性部材２０及び先端清掃用弾性部材３０の下端が例えば溶接等により固定されるようになっている。固定部材１３の下面には出力軸１２ａの上端が嵌合する嵌合孔１３ｂが形成されている。出力軸１２ａは、その上端が固定部材１３の嵌合孔１３ｂに嵌合した状態で固定されている。

内面清掃用弾性部材２０は、溶接トーチ１００のノズル１０１の軸心（図３に符号Ｘで示す）方向に圧縮変形するように配置されたコイルバネである。この実施形態では、ノズル１０１の軸心が上下方向に延びているので、内面清掃用弾性部材２０の圧縮変形の方向は上下方向となる。内面清掃用弾性部材２０の長さ（上下方向の寸法）は、ノズル１０１の清掃範囲の上下方向の寸法よりも長く設定されている。内面清掃用弾性部材２０の上側がノズル１０１の先端１０１ｂから該ノズル１０１の内部に挿入されて該ノズル１０１の内面１０１ａに接触する部分である。従って、内面清掃用弾性部材２０の外径は、ノズル１０１の内径よりも若干小さめに設定されている。

先端清掃用弾性部材３０は、溶接トーチ１００のノズル１０１の軸心（図３に符号Ｘで示す）方向に圧縮変形するように配置されたコイルバネであり、内面清掃用弾性部材２０と同様に、先端清掃用弾性部材３０の圧縮変形の方向は上下方向となる。また、先端清掃用弾性部材３０の上端（一端）３０ａはノズル１０１の先端１０１ｂに接触するように配置されている。

先端清掃用弾性部材３０の内径は、内面清掃用弾性部材２０の外径よりも大きく設定されており、先端清掃用弾性部材３０と内面清掃用弾性部材２０との間には隙間を形成しておくことができる。さらに、先端清掃用弾性部材３０の外径は、溶接トーチ１００のノズル１０１の内径よりも大きく設定されており、先端清掃用弾性部材３０がノズル１０１に入らないようになっている。また、先端清掃用弾性部材３０の外径及び内径は、ノズル１０１の先端１０１ｂに先端清掃用弾性部材３０の上端３０ａが接触するように設定されている。すなわち、先端清掃用弾性部材３０の外径は、ノズル１０１の先端１０１ｂの内径よりも大きくなっており、先端清掃用弾性部材３０の内径は、ノズル１０１の先端１０１ｂの外径よりも小さくなっている。

内面清掃用弾性部材２０におけるノズル１０１への挿入方向先端（上端）２０ａは、先端清掃用弾性部材３０の上端３０ａよりもノズル１０１への挿入方向（上方）へ突出している。この突出寸法は、ノズル１０１の清掃範囲の上下方向の寸法と同程度にすることができる。内面清掃用弾性部材２０を構成する線材の線径は、ノズル１０１とワイヤ支持部材１０２との隙間よりも小さく設定されている。さらに、内面清掃用弾性部材２０の内径は、ワイヤ支持部材１０２の外径よりも若干大きめに設定されている。

また、先端清掃用弾性部材３０のバネ定数は、内面清掃用弾性部材２０のバネ定数よりも大きく設定されている。これにより、外力が作用した際に、内面清掃用弾性部材２０に比べて先端清掃用弾性部材３０の方が変形し難くなる。

さらに、先端清掃用弾性部材３０を構成する線材の線径は、内面清掃用弾性部材２０を構成する線材の線径よりも大きく設定されている。具体的には、先端清掃用弾性部材３０を構成する線材の線径は、ノズル１０１の周壁部分の厚み寸法よりも大きくなっている。

（ノズル清掃方法）
次に、上記のように構成されたノズル清掃装置１を使用して溶接トーチ１００のノズル１０１を清掃する要領について説明する。制御装置４０からモーター１２に電流を供給してモーター１２の出力軸１２ａが回転すると、固定部材１３が回転して内面清掃用弾性部材２０及び先端清掃用弾性部材３０が回転する。内面清掃用弾性部材２０及び先端清掃用弾性部材３０には形状のゆがみ等が発生することは避けられないので、内面清掃用弾性部材２０及び先端清掃用弾性部材３０に遠心力が作用すると回転ブレを生じることがある。このとき、先端清掃用弾性部材３０のバネ定数が内面清掃用弾性部材２０のバネ定数よりも大きいので、先端清掃用弾性部材３０がぶれにくくなる。さらに、このぶれにくい先端清掃用弾性部材３０に囲まれるように内面清掃用弾性部材２０が配置されているので、先端清掃用弾性部材３０によって内面清掃用弾性部材２０を外方から支持することができ、内面清掃用弾性部材２０もぶれにくくなる。

内面清掃用弾性部材２０及び先端清掃用弾性部材３０を回転させている状態で、溶接トーチ１００のノズル１０１をロボットにより移動させて、ノズル１０１の先端１０１ｂを内面清掃用弾性部材２０及び先端清掃用弾性部材３０の上端２０ａ、３０ａと対向するように配置した後、図４に示すように、ノズル１０１を下方へ移動させて内面清掃用弾性部材２０の上側部分をノズル１０１の先端１０１ｂから該ノズル１０１の内部に挿入する。そして、先端清掃用弾性部材３０がノズル１０１の先端１０１ｂに接触するまでノズル１０１を下方へ移動させる。

こうすると、内面清掃用弾性部材２０の上側部分がノズル１０１の内面１０１ａに接触する。内面清掃用弾性部材２０が回転しているので、ノズル１０１の内面１０１ａに堆積しているスパッタを内面清掃用弾性部材２０が擦り取る。ノズル１０１の内面１０１ａにおけるスパッタの堆積状態が異なる場合や内面清掃用弾性部材２０の摩耗状態が初期と異なる場合には、内面清掃用弾性部材２０が径方向に弾性変形することで対応可能である。

また、内面清掃用弾性部材２０が回転によってぶれると、内面清掃用弾性部材２０がワイヤ支持部材１０２の外面に接触する。これにより、ワイヤ支持部材１０２の外面に堆積しているスパッタも除去することができる。

また、先端清掃用弾性部材３０も回転しているので、ノズル１０１の先端１０１ｂに堆積しているスパッタを先端清掃用弾性部材３０の上端３０ａが擦り取る。特に、先端清掃用弾性部材３０の上端３０ａがスパッタに当たることで、スパッタを削るようにして除去することができる。また、ノズル１０１の先端１０１ｂにおけるスパッタの堆積状態が異なる場合や先端清掃用弾性部材３０の摩耗状態が初期と異なる場合には、先端清掃用弾性部材３０が軸心方向や径方向に弾性変形することで対応可能である。つまり、ノズル１０１の内面１０１ａ及び先端１０１ｂに付着したスパッタを内面清掃用弾性部材２０及び先端清掃用弾性部材３０によって一工程で確実に除去することが可能になる。

また、ノズル１０１をロボットで移動させて清掃を行う際にはノズル１０１が多少位置ずれすることがあるが、このノズル１０１の位置ずれを内面清掃用弾性部材２０及び先端清掃用弾性部材３０の圧縮変形等で許容することが可能になる。

（実施形態の作用効果）
以上説明したように、この実施形態に係る溶接トーチのノズル清掃装置１によれば、ノズル１０１の内面１０１ａに接触する内面清掃用弾性部材２０と、ノズル１０１の先端１０１ｂに接触する先端清掃用弾性部材３０とをノズル１０１の軸心周りに回転駆動するようにしたので、ノズル１０１の内面１０１ａ及び先端１０１ｂに付着したスパッタを一工程で確実に除去することができ、溶接品質及び効率を高めることができる。

また、内面清掃用弾性部材２０及び先端清掃用弾性部材３０をコイルバネとしたので、低コスト化を図りながら、ノズル１０１の多少の位置ずれを許容することができる。

また、内面清掃用弾性部材２０の挿入方向先端２０ａを先端清掃用弾性部材３０の一端３０ａから突出させたので、内面清掃用弾性部材２０をノズル１０１の内部に十分に挿入してノズル１０１の内面１０１ａの広い範囲を清掃することができる。

上述の実施形態はあらゆる点で単なる例示に過ぎず、限定的に解釈してはならない。さらに、特許請求の範囲の均等範囲に属する変形や変更は、全て本発明の範囲内のものである。

以上説明したように、本発明に係る溶接トーチのノズル清掃装置は、例えばガスシールド式溶接トーチのノズルを清掃する場合に使用することができる。

１ ノズル清掃装置
１４ 駆動ユニット（駆動部）
２０ 内面清掃用弾性部材
３０ 先端清掃用弾性部材
１００ 溶接トーチ
１０１ ノズル
１０１ａ 内面

Claims (6)

1. ガスシールド式溶接トーチのノズルを清掃する溶接トーチのノズル清掃装置において、
   上記ノズルの先端から該ノズルの内部に挿入されて該ノズルの内面に接触する内面清掃用弾性部材と、
   上記内面清掃用弾性部材を囲むように配置され、上記ノズルの先端に接触する先端清掃用弾性部材と、
   上記内面清掃用弾性部材及び上記先端清掃用弾性部材を上記ノズルの軸心周りに回転駆動する駆動部とを備え、
   上記内面清掃用弾性部材及び上記先端清掃用弾性部材は、上記ノズルの軸心方向に圧縮変形するように配置されたコイルバネであることを特徴とする溶接トーチのノズル清掃装置。
2. 請求項１に記載の溶接トーチのノズル清掃装置において、
   上記先端清掃用弾性部材の一端が上記ノズルの先端に接触するように配置されることを特徴とする溶接トーチのノズル清掃装置。
3. 請求項２に記載の溶接トーチのノズル清掃装置において、
   上記内面清掃用弾性部材における上記ノズルへの挿入方向先端は、上記先端清掃用弾性部材の一端よりも上記ノズルへの挿入方向へ突出していることを特徴とする溶接トーチのノズル清掃装置。
4. 請求項１から３のいずれか１つに記載の溶接トーチのノズル清掃装置において、
   上記先端清掃用弾性部材のバネ定数は、上記内面清掃用弾性部材のバネ定数よりも大きく設定されていることを特徴とする溶接トーチのノズル清掃装置。
5. 請求項１から４のいずれか１つに記載の溶接トーチのノズル清掃装置において、
   上記先端清掃用弾性部材の線径は、上記内面清掃用弾性部材の線径よりも大きく設定されていることを特徴とする溶接トーチのノズル清掃装置。
6. 請求項１から５のいずれか１つに記載の溶接トーチのノズル清掃装置において、
   上記駆動部は、上記内面清掃用弾性部材及び上記先端清掃用弾性部材が固定される固定部材と、該固定部材を回転させるモーターとを備えていることを特徴とする溶接トーチのノズル清掃装置。

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