JP7142300B2 - 溶接トーチ - Google Patents

Description

（関連出願の相互参照）
本願は、２０１８年４月９日付けで提出された日本特許出願２０１８－０７４９４９を基礎とする優先権を主張するとともに、これに開示されたすべての内容は、参考として本願に一体のものとして統合する。

（技術分野）
本発明は、先端部から溶接ワイヤとシールドガスを供給しつつ溶接する消耗電極型のアーク溶接に用いられる溶接トーチに関する。

溶接トーチは、トーチボディと、トーチホルダと、フィードユニットを備える。

トーチボディは、螺旋状に巻回された線材で構成された溶接ワイヤの通路となるインナーチューブと、インナーチューブが挿入された湾曲した導管と、導管の先端側に設けられたチップおよびノズルとを備えている。

トーチホルダは、トーチボディの基端部を支持するとともに導管とインナーチューブとの間にシールドガスを供給するガス供給部を備えている。

フィードユニットは、トーチホルダの上流側に配置された送り機構を備え、送り機構はインナーチューブに対して溶接ワイヤを正送または逆送するように構成されている。

特許文献１には、トーチボディの湾曲部でインナーチューブ（特許文献１には、「コンジットライナ」と表記されている。）の内側表面と溶接ワイヤとの間で大きな接触摩擦力が生じると、ワイヤが送り機構でスリップしてアーク切れが発生したり、あるいは接触摩擦で生じる溶接ワイヤの摩耗粉によりインナーチューブに詰り（閉塞）が発生するといった課題を解決するために、巻線間隔を所定間隔に設定することで接触摩擦力を低減し、摩耗粉の発生を抑制するインナーチューブが開示されている。

特開平０９－７０６６５号公報

しかし、従来の溶接トーチにおいては、トーチホルダに設けたガス供給部から供給されるシールドガスがトーチホルダの上流側に配置されたフィードユニットに逆流する不都合を回避するために、インナーチューブの外周を熱収縮チューブなどにより被覆していたことから、摩耗粉が微少量であってもインナーチューブ内部に蓄積して、インナーチューブに詰りが発生する虞があり、そのため溶接トーチの分解清掃作業を定期的に（頻繁に）行なう必要があった。

本発明に係る態様は、上述の課題に鑑み、分解清掃作業を頻繁に行なわなくても、摩耗粉によるインナーチューブの閉塞を回避できる溶接トーチを提供することを目的とする。

本発明に係る態様は、溶接トーチに関し、この溶接トーチは、螺旋状に巻回した巻線で溶接ワイヤの通路を構成するインナーチューブと、インナーチューブが挿入された、湾曲部を有する導管と、導管の先端側に設けられたチップおよびノズルを備えたトーチボディと、トーチボディの基端部を支持するとともに、導管とインナーチューブとの間にシールドガスを供給するガス供給部を備えたトーチホルダと、トーチホルダの上流側に配置され、インナーチューブに対して溶接ワイヤを正送または逆送する送り機構を備えたフィードユニットと、フィードユニットへのシールドガスの逆流を抑制するシール機構と、を備え、インナーチューブの巻線間にシールドガスが通流可能な空隙が形成され、インナーチューブとの摺動により生じた溶接ワイヤの摩耗粉が空隙を介してノズルから吐出可能に構成される。

本発明の実施形態によれば、分解清掃作業を頻繁に行なわなくても、摩耗粉によるインナーチューブの閉塞を回避することができる溶接トーチを提供することができる。

溶接トーチの斜視図である。 （ａ）は溶接トーチの正面図であり、（ｂ）は溶接トーチの側面図である。 図２（ａ）のＡ－Ａ線から見た断面図である。 トーチボディの１つの部分（図３の破線Ｃ２で囲まれた部分）の拡大図である。 図２（ｂ）のＢ－Ｂ線から見た断面図である。 （ａ）はトーチホルダの別の部分（図３の破線Ｃ１で囲まれた部分）の拡大図であり、（ｂ）は同分解斜視図である。

図面を参照しながら、本発明に係る溶接トーチの実施形態について以下説明する。
［基本的実施形態］
溶接トーチは、線材を螺旋状に巻回した巻線を用いて溶接ワイヤの通路を構成するインナーチューブと、インナーチューブが挿入され湾曲部を有する導管と、導管の先端側に設けられたチップおよびノズルを備えたトーチボディと、トーチボディの基端部を支持するとともに導管とインナーチューブとの間にシールドガスを供給するガス供給部を有するトーチホルダと、トーチホルダの上流側に配置されインナーチューブに対して溶接ワイヤを正送または逆送する送り機構と、を備えたフィードユニットを備える。

また溶接トーチは、シールドガスがインナーチューブの巻線の間を流れるような空隙が形成され、インナーチューブと溶接ワイヤとの摺動により生じた溶接ワイヤの摩耗粉が空隙を介してノズルから吐出されるように構成されるとともに、フィードユニットへのシールドガスの逆流を抑制するシール機構を備えている。

またシール機構は、インナーチューブの基端部が固定され、送り機構により正送または逆送される溶接ワイヤをインナーチューブに案内するガイド部材と、ガイド部材とインナーチューブとの間に設けられたシール部材で構成されている。さらに、導管の湾曲部に対応するインナーチューブの部位の巻線の間隔が他の部位の巻線の間隔より密になるように構成されている。

［具体的実施形態］
添付図面を参照しながら、以下に溶接トーチの構成を詳述する。
図１および図２（ａ）ならびに図２（ｂ）に示すように、溶接トーチ１は、トーチボディ１０と、トーチホルダ２０と、フィードユニット３０を備え、消耗電極型のアーク溶接装置に組み込まれるものである。溶接トーチ１は、トーチボディ１０の先端部ＦＥから溶接対象物に向けてシールドガスおよび溶接ワイヤ４０を供給し、溶融した溶接ワイヤ４０をシールドガスで包囲して保護しながら溶接対象物を溶接するように構成さている。

溶接トーチ１は、フィードユニット３０に取り付けられたブラケット６０を介して多関節型アームとして構成されたマニピュレータ（図示せず）の先端（遠位端）に固定される。また溶接トーチ１は、ロボット装置（図示せず）の制御によって、所定の溶接計画線（予定された溶接軌跡）に沿って移動するマニピュレータの動きに応じて溶接対象物を溶接するように構成されている。

図３に示すように、トーチボディ１０は、絶縁部材１１と、絶縁部材１１で被覆された導管１２を有し、トーチボディ１０の基端部ＢＥで導管１２がトーチホルダ２０に支持され、トーチボディ１０の先端側ＦＥで導管１２の内側に螺着（ねじ止め固定）された接続金具１３を介してチップ１４が着脱自在に取り付けられるとともに、接続金具１３に固定されたノズルホルダ１７を介してノズル１５が取り付けられている。

トーチボディ１０の基端部ＢＥから直線状に延出した導管１２は、溶接対象物へのアプローチ範囲を広げるために一方向に湾曲する湾曲部１２Ｃが形成され、さらに先端部ＦＥに向けて直線状に延出するように形成されている。

導管１２の内部には、鉄製の線材を螺旋状に巻回した巻線を用いて溶接ワイヤ４０の通路を構成するインナーチューブ１６が挿入配置されている。インナーチューブ１６の基端側１６Ｂは、フィードユニット３０に設けた下部ガイド部材３５に固定され、インナーチューブ１６の先端側１６Ｆは、接続金具１３を介してチップ１４に接続されている。溶接ワイヤ４０は、フィードユニット３０から送給され、基端側１６Ｂからインナーチューブ１６に挿入されて、チップ１４から溶接部位に送り出される。

図１および図２（ａ）ならびに図２（ｂ）に示すように、トーチホルダ２０には高圧のシールドガスを供給するためのガス供給管を接続するための配管５１（導入管）が設けられている。また図３に示すように、シールドガスは、配管５１（図１参照）を通ってインナーチューブ１６を包囲するように配置されたガス供給部５２に導かれ、インナーチューブ１６の内部およびインナーチューブ１６の長手方向に沿って形成された通気路５３に圧入され、その後通気路５３と連通する導管１２およびインナーチューブ１６の内部に沿ってトーチボディ１０の先端側ＦＥから噴射される。

図４に示すように、導管１２およびインナーチューブ１６に沿って流れるシールドガスは、導管１２に螺着された接続金具１３に形成されたガス噴出孔１３Ｈから噴き出され、ノズルホルダ１７に取り付けられたノズル１５と接続金具１３との間に形成される筒状の間隙を通って溶接対象部位に向けて噴射される。

図５に示すように、フィードユニット３０は、モータケーシング３１（図１参照）に収容されたフィードモータ３３と、フィードモータ３３の駆動軸３３Ａに取り付けられたフィードローラ３６と、フィードローラ３６に圧接された加圧ローラ３７とからなる送り機構と、フィードローラ３６および加圧ローラ３７を挟んで上方に設けられた上部ガイド部材３４と、下方に設けられた下部ガイド部材３５を備えている。

上部ガイド部材３４および下部ガイド部材３５は、溶接ワイヤ４０とほぼ同径の開口部を備え、フィードユニット３０のケーシング上端に形成されたワイヤ挿入孔３２（図１参照）から導かれた溶接ワイヤ４０は、上部ガイド部材３４および下部ガイド部材３５に案内されてインナーチューブ１６に導かれる。

フィードローラ３６の周面には溶接ワイヤ４０を位置決めするＶ溝またはＵ溝が形成され、フィードローラ３６と加圧ローラ３７に押圧された溶接ワイヤ４０は、フィードモータ３３が正転することによって溶接部位に向けて正送され、フィードモータ３３が逆転することによって溶接部位から後退するように逆送される。アーク形成時に溶接ワイヤ４０から被溶接部に飛散するスパッタの発生量を低減するために、フィードモータ３３が高速で正送および逆送するように制御される。

図６（ａ）および図６（ｂ）に示すように、下部ガイド部材３５の内壁面には、螺旋状に巻回されたインナーチューブ１６のコイル形状に合わせた雌ネジ部３５Ａが形成され、この雌ネジ部３５Ａにインナーチューブ１６の基端側１６Ｂを螺合させることによりインナーチューブ１６が下部ガイド部材３５に固定されている。

そして、上述したガス供給部５２から圧入されたシールドガスが下部ガイド部材３５の開口３５Ｈからフィードユニット３０内部に逆流しないように、下部ガイド部材３５とインナーチューブ１６との間に弾性のシール部材３８が介装されている。シール部材３８の素材としてゴムまたはエラストマーが好適に用いられる。即ち、下部ガイド部材３５およびシール部材３８によりシール機構が構成されている。なお、図５および図６（ａ）に示す二点鎖線は溶接ワイヤ４０の経路である。

このような溶接トーチ１を用いて溶接作業を行なう際に、フィードユニット３０によって高速で溶接ワイヤ４０の正送と逆送が繰り返されるようになる。そして溶接ワイヤ４０は、正送されるとき、送り機構による押出し力が付勢されるが、チップ１４での抵抗を受けるために、導管１２の湾曲部１２Ｃに対応するインナーチューブ１６の湾曲部で溶接ワイヤ４０との摩擦が大きくなる。また溶接ワイヤ４０は、逆送されるとき、溶接ワイヤ４０に送り機構による引き込み力が作用するが、チップ１４での抵抗を受けるために、導管１２の湾曲部１２Ｃに対応するインナーチューブ１６の湾曲部で溶接ワイヤ４０との摩擦が大きくなり、溶接ワイヤ４０とインナーチューブ１６との摩擦による摩耗粉が発生する。

そのような場合に備えて、溶接トーチ１は、シールドガスがインナーチューブ１６の巻線の間を流れるような空隙が形成され、溶接ワイヤの摩耗粉がこの空隙を介してシールドガスとともにノズル１５から吐出されるように構成されている。

インナーチューブ１６の内径は溶接ワイヤ４０の外径より僅かに（例えば０．５ｍｍ程度）大きく設計され、導管１２の内径はインナーチューブ１６の外径より十分に（例えば２ｍｍ程度）大きく設計され、チップ１４の開口径は溶接ワイヤ４０の外径とほぼ同じとなるように設計されている。

したがって、数十μｍから数百μｍの粒径の摩耗粉は、チップ１４から吐き出されることなくインナーチューブ１６の巻線間の間隙を通って、シールドガスとともに導管１２とインナーチューブ１６の間の空間を流下して、接続金具１３に形成されたガス噴出孔１３Ｈを通ってノズル１５から吐出されるようになる。

なお、インナーチューブ１６の巻線間の空隙から導管１２に移動した摩耗粉は、上述したシール機構が設けられているので、フィードユニット３０内部にシールドガスとともに逆流することはなく、摩耗粉に起因する送り機構の送給性能の低下を防止することができる。

さらに、図３に示すように、摩耗粉が発生しやすいインナーチューブ１６の湾曲部（導管１２の湾曲部１２Ｃに対応する位置）では巻線ピッチＰ２を前後の直線領域の巻線ピッチＰ１よりも密に設定することにより、溶接ワイヤ４０との接触面圧を低下させて摩耗粉の発生を抑制し、粗い巻線ピッチＰ１の直線領域でインナーチューブ１６の内部から導管１２側に摩耗粉が移動するように構成されている。

すなわちインナーチューブ１６は、湾曲部１２Ｃに対応する位置における巻線間隔が他の部位の巻線間隔より密になるように構成されていればよい。巻線ピッチＰ１，Ｐ２の具体的な値は特に限定されるものではなく、摩耗粉の粒径、湾曲部での目標とする接触面圧などによって適宜設定すればよい。

シールドガスは、溶接中に酸素と溶融金属（溶接ワイヤ等）との反応を回避するためのガスであり、一般的には溶融金属と化学反応を起こさないアルゴンガスやヘリウムガスが用いられるが、二酸化炭素などが混合されていてもよい。

上述した実施形態は本発明の一例に過ぎず、各部の具体的な構成は上述した具体例に限定されるものではなく、本発明の作用効果が奏される範囲で適宜変更設計可能であることはいうまでもない。

本発明によれば、溶接ワイヤの摩耗粉がシールドガスとともにノズルから噴射され、長期にわたり清掃作業を行なうことなく溶接作業ができる溶接トーチを提供することができるようになる。

１：溶接トーチ
１０：トーチボディ
１１：絶縁部材
１２：導管
１２Ｃ：湾曲部
１３：接続金具
１３Ｈ：ガス噴出孔
１４：チップ
１５：ノズル
１６：インナーチューブ
１７：ノズルホルダ
２０：トーチホルダ
５１：配管
５２：ガス供給部
５３：通気路
３０：フィードユニット
３１：モータケーシング
３２：ワイヤ挿入孔
３３：フィードモータ（送り機構）
３４：上部ガイド部材
３５：下部ガイド部材
３６：フィードローラ（送り機構）
３７：加圧ローラ（送り機構）
３８：シール部材
４０：溶接ワイヤ
６０：ブラケット

Claims (2)

1. 螺旋状に巻回した巻線で溶接ワイヤの通路を構成するインナーチューブと、
   前記インナーチューブが挿入された、湾曲部を有する導管と、
   前記導管の先端側に設けられたチップおよびノズルを備えたトーチボディと、
   前記トーチボディの基端部を支持するとともに、前記導管と前記インナーチューブとの間にシールドガスを供給するガス供給部を備えたトーチホルダと、
   前記トーチホルダの上流側に配置され、前記インナーチューブに対して前記溶接ワイヤを正送または逆送する送り機構を備えたフィードユニットと、
   前記フィードユニットへのシールドガスの逆流を抑制するシール機構と、を備え、
   前記インナーチューブの巻線間にシールドガスが通流可能な空隙が形成され、前記インナーチューブとの摺動により生じた前記溶接ワイヤの摩耗粉が前記空隙を介して前記ノズルから吐出可能に構成され、
   前記導管の前記湾曲部に対応する前記インナーチューブの部位の前記巻線の間隔が他の部位の巻線の間隔より密になるように構成されている、溶接トーチ。
2. 前記シール機構は、前記インナーチューブの基端部が固定され、前記溶接ワイヤを前記インナーチューブに案内するガイド部材と、前記ガイド部材と前記インナーチューブとの間に設けられたシール部材で構成されている、請求項１に記載の溶接トーチ。

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