JP7475199B2 - 溶接トーチ - Google Patents

Description

本発明は、溶接トーチに関する。

アーク溶接は、チップに保持された溶接ワイヤの先端を母材に設けた開先に近接させ、溶接ワイヤと母材との間に電圧を印加し、アークを生じさせて実行される。この際、溶接の品質に悪い影響を与えるスラグ、スパッタ等の生成を防止するためには、チップの周囲をノズル筒で囲い、シールドガスを流して、アークが空気に触れることを防止する必要がある。

また、特許文献１の溶接トーチでは、ノズル筒において、シールドガスが排出される先端部の内周面に螺旋状のフィン又は溝を設けることによって、ノズル筒から排出されるシールドガスが螺旋状の旋回流になるようにすることが開示されている。

特開平７－２４１６８２号公報

しかし、特許文献１の溶接トーチにおいては、ノズル筒の内周面に螺旋状のフィン又は溝が設けられており、ノズル筒の製造が容易ではない。また、ノズル筒の先端部にのみ螺旋状のフィン又は溝が設けられているので、シールドガスが確実に螺旋状の旋回流になるとは担保出来ない。

本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、簡単な構成にて、シールドガスを確実に螺旋状の旋回流にさせることができる溶接トーチを提供することにある。

本発明に係る溶接トーチは、一端部から溶接ワイヤを送り出す棒状のチップと、前記チップの周囲を囲うノズル筒とを備え、シールドガスを用いてアーク溶接を行う溶接トーチにおいて、前記チップ及び前記ノズル筒の間に介在し、前記ノズル筒の内周面の接線方向に対して斜めに前記シールドガスを排出する複数の貫通孔を有する円筒部材を備えることを特徴とする。

本発明にあっては、前記円筒部材の前記貫通孔から、前記ノズル筒の内周面に向けて、前記内周面の接線方向に対して斜めに前記シールドガスが排出される。以降、シールドガスが前記ノズル筒の内周面に沿って流れるので、螺旋状の旋回流になる。

本発明に係る溶接トーチは、各貫通孔の方向は、前記円筒部材の径方向に対して一方向に傾いていることを特徴とする。

本発明にあっては、各貫通孔の方向が前記円筒部材の径方向に対して一方向に傾いているので、前記内周面の接線方向に対して斜めに前記シールドガスが前記貫通孔から排出され、螺旋状の旋回流になる。

本発明に係る溶接トーチは、前記円筒部材は前記チップの他端部を囲んでおり、各貫通孔では、前記円筒部材の外側の外端が、前記円筒部材の内側の内端よりも前記チップの前記一端部寄りに形成されていることを特徴とする。

本発明にあっては、各貫通孔の方向が前記円筒部材の径方向に対して一方向に傾いており、かつ、前記円筒部材の外側の外端が、前記円筒部材の内側の内端よりも前記チップの前記一端部寄りに形成されている。よって、前記内周面の接線方向に対して斜めに前記シールドガスが前記貫通孔から排出され、螺旋状の旋回流になる。

本発明に係る溶接トーチは、前記ノズル筒では、全長の半分以上の範囲に、前記シールドガスの流れを案内する、螺旋状の案内溝が内側に形成されていることを特徴とする。

本発明にあっては、前記ノズル筒の内周面に、全長の半分以上の範囲に亘って螺旋状の案内溝が形成されており、前記円筒部材貫通孔から排出されたシールドガスの流れが前記案内溝によって案内され、より確実に螺旋状の旋回流になる。

本発明によれば、簡単な構成にて、シールドガスを確実に螺旋状の旋回流にさせることができる。

実施の形態１に係る溶接トーチを示す模式図である。 実施の形態１の溶接トーチの分解図である。 実施の形態１の溶接トーチの断面図である。 オリフィスを示す模式図である。 図４のＶ－Ｖ線によるオリフィスの横断面図である。 ノズル筒の半裁断面図である。 溶接トーチにおけるシールドガスの流れを説明する断面図である。 実施の形態２に係る溶接トーチのオリフィスを示す模式図である。 図８のＩＸ－ＩＸ線によるオリフィスの縦断面図である。 図８のＸ－Ｘ線によるオリフィスの横断面図である。

以下に、本発明の実施の形態に係る溶接トーチを、図面に基づいて詳述する。

（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係る溶接トーチ３を示す模式図である。溶接トーチ３は母材との間で発生するアークを用いて溶接を行う。

溶接トーチ３は、曲がった筒形状を有するトーチボディ２の一端側に設けられており、トーチボディ２の他端側にはハンドル部１１が設けられている。溶接電源、溶接ワイヤ及びシールドガスの供給源（図示せず）からハンドル部１１まで送られた電力、溶接ワイヤ及びシールドガスはトーチボディ２を介して溶接トーチ３に供給される。ハンドル部１１はスイッチ１０を有しており、スイッチ１０は溶接トーチ３への電圧の印加及び遮断を切り替える。

ハンドル部１１はチューブ１３を介して溶接電源、溶接ワイヤ及びシールドガスの供給源に連結されており、溶接電力、溶接ワイヤ及びシールドガスは、チューブ１３を介して、ハンドル部１１まで供給される。例えば、チューブ１３は、溶接ワイヤを保持する保持管１４を有している。保持管１４はハンドル部１１を経て、トーチボディ２を通り、溶接トーチ３まで延びている。溶接ワイヤは保持管１４を介して溶接トーチ３に供給される。

ハンドル部１１とチューブ１３との連結部にはコイルばね１２が巻装されている。チューブ１３の折り曲げを防止するために、チューブ１３の一端側はコイルばね１２の内側を通ってハンドル部１１に連結されている。

図２は、実施の形態１の溶接トーチ３の分解図である。図３は、実施の形態１の溶接トーチ３の断面図である。説明の便宜上、図３においては保持管１４を共に示している。

溶接トーチ３は、トーチボディ２に接続されたチップボディ７を備えている。チップボディ７は細長い円筒形の部材である。チップボディ７の一端部には、内周にネジが形成された拡径部７３が設けられており、チップボディ７は、トーチボディ２の端部に設けられた螺合部２１に拡径部７３を螺合させて接続されている。また、チップボディ７は、保持管１４が挿入される挿入孔７２を内側に有する。

チップボディ７の他端部には、チップボディ７を内外に貫通する内外貫通孔７１が周方向に例えば等間隔にて形成されている。また、チップボディ７の他端部にはチップ８が連結されている。

チップ８は軸心を貫通する細径のワイヤ保持孔８１を有する丸棒状の部材であり、チップ８の一端部は先端に向けて徐々に縮径している。チップ８の他端部には、外周にネジが形成されており、チップ８は他端部をチップボディ７の他端部に螺合させて同軸連結されている。これによって、ワイヤ保持孔８１と挿入孔７２とが連通する。

チップボディ７の外側には、インシュレータ６とオリフィス９（円筒部材）とが外嵌されている。
インシュレータ６は、金属製の内筒と絶縁材料製の外筒とを備える円筒形の部材である。インシュレータ６は、チップボディ７において内外貫通孔７１の形成位置と拡径部７３との間を覆っている。インシュレータ６の一端部６１の外周には雄ネジが形成されており、後述するノズル筒５が連結されている。

図４は、オリフィス９を示す模式図である。
オリフィス９は絶縁材料製の円筒形の部材である。オリフィス９は、一端部にフランジ９２が周設されており、他端部９３に向けて徐々に縮径している。

オリフィス９は、軸長方向における中間部に、周壁を内外に貫通する連通貫通孔９１が複数形成されている。複数の連通貫通孔９１は、軸長方向において同一位置に、オリフィス９の周方向に、例えば、等間隔にて、並設されている。

図３に示すように、オリフィス９の内壁には、軸長方向において一端から半分に亘って拡張部９５が形成されている。また、オリフィス９は、内外貫通孔７１の形成位置を含むチップボディ７の他端部とチップ８の他端部とを囲むように設けられている。
これによって、オリフィス９の内側においては、拡張部９５とチップボディ７の他端部の外側との間であって、内外貫通孔７１の付近に、隙間Ｇが形成される。

図５は、図４のＶ－Ｖ線によるオリフィス９の横断面図である。図５は、連通貫通孔９１の形成態様を示している。図５においては、説明の便宜上、オリフィス９の径方向を一点鎖線にて示しており、ノズル筒５の内周面を実線にて示している。

各連通貫通孔９１はその方向が、夫々の位置で、オリフィス９の径方向に対し、軸長方向と垂直の軸断面視で、同じ方向に傾いている。例えば、各連通貫通孔９１の方向はオリフィス９の径方向に対して、等角度傾いていることが望ましい。

より詳しくは、各連通貫通孔９１は、オリフィス９の内周面側の内端９１２と、オリフィス９の外周面側の外端９１１とを有する。内端９１２及び外端９１１は、軸断面視で、オリフィス９の径方向において対応する位置ではなく、外端９１１は内端９１２よりも、周方向に沿って、一方向にシフトした位置に形成されている。全ての連通貫通孔９１において、外端９１１は周方向に対して同一方向にシフトして形成されている。

また、各連通貫通孔９１の内端９１２は、隙間Ｇを介して内外貫通孔７１に連通しており、外端９１１はノズル筒５の内周に対向している（図３参照）。
以上の構成により、各連通貫通孔９１は、ノズル筒５の内周面の接線方向（図５の二点鎖線参照）に対して斜めにシールドガスを排出する（図５の矢印参照）。

更に、オリフィス９の外側はノズル筒５によって取り囲まれている。ノズル筒５はオリフィス９及びチップ８の全長を覆うように設けられている。ノズル筒５は、金属製の円筒材料からなる。

図６は、ノズル筒５の半裁断面図である。
ノズル筒５の一端部では、内周面に、インシュレータ６の一端部６１と螺合する雌ネジ５２が形成されている。よって、ノズル筒５は、前記一端部がインシュレータ６と螺合している。一方、ノズル筒５の他端部５１はチップ８の先端部を覆っている。

また、ノズル筒５の内周面には、軸長方向において前記一端部の縁から略１／３の位置に、オリフィス９のフランジ９２と当接する凹部５３が周設されている。よって、オリフィス９が凹部５３に掛止されている。更に、ノズル筒５の内周面には、軸長方向において他端から略１／２の位置まで、案内溝５４が形成されている。案内溝５４は螺旋状に形成されている。

以上のような構成を有する実施の形態１の溶接トーチ３では、溶接が実行される際、溶接ワイヤが保持管１４を介してチップボディ７まで供給される。斯かる溶接ワイヤは、チップ８のワイヤ保持孔８１内を通って、チップ８の先端部からワイヤ保持孔８１の開口を介して送り出される。また、チップ８に保持された溶接ワイヤの先端を母材１００に設けた開先２００に近接させ、溶接ワイヤと母材１００との間に電圧を印加し、アークを生じさせる。

このとき、シールドガスは、チューブ１３を介してハンドル部１１まで供給され、更にトーチボディ２を経て溶接トーチ３に供給される。
図７は、溶接トーチ３におけるシールドガスの流れを説明する断面図である。図７においてはシールドガスの流れを矢印にて示している。

シールドガスは、保持管１４とチップボディ７の挿入孔７２の内周面との間に形成された環状の通路に沿ってチップボディ７内に流れ、内外貫通孔７１からチップボディ７の外側、即ちオリフィス９の内側に排出される。チップボディ７から排出されたシールドガスはオリフィス９の拡張部９５とチップボディ７の外側との間に形成された隙間Ｇを通ってオリフィス９の連通貫通孔９１からオリフィス９の外側、即ちノズル筒５の内側に流れ出す。

この際、上述の如く、各連通貫通孔９１の方向が、夫々の位置で、オリフィス９の径方向に対して同じ方向に傾いているので、各連通貫通孔９１から流れ出すシールドガスは、ノズル筒５の内周面の接線方向（図５の二点鎖線参照）に対して斜めに、ノズル筒５の内周面と当たる。よって、シールドガスは、ノズル筒５の内周面と衝突して流れがランダムになるのではなく、ノズル筒５の内周面に案内されて流れの方向が変わるだけで、一定の指向性を持つようになる。

以上のようにしてノズル筒５の内側に流れ込んだシールドガスは、ノズル筒５の内周面に沿って、他端部５１側に流れるが、以上のように、シールドガスが一定の指向性を持つことから、螺旋状の旋回流になる。
更に、ノズル筒５の内周面には、螺旋状に案内溝５４が形成されているので、シールドガスは、案内溝５４に案内されて、より確実に螺旋状の旋回流を形成する。

以上のように螺旋状の旋回流になったシールドガスは、ノズル筒５の他端部５１から排出される。排出されたシールドガスは、ノズル筒５から排出された後も、なお螺旋状の旋回流を維持しつつ母材１００に向かって流れる。よって、シールドガスの広がりが抑制される。

この際、ハンドル部１１のスイッチ１０の操作によって、前記溶接電源からチップ８と母材との間に電力が供給される。また、溶接ワイヤはチップ８に設けたワイヤ保持孔８１を介してチップ８と接触するので、溶接ワイヤに電力が供給され、溶接ワイヤと母材１００との間でアークが発生する。発生したアークによってチップ８の一端から送り出される溶接ワイヤが解けて溶接対象である開先２００に落ちる。

このとき、シールドガスは、アークの周囲を囲い、大気との接触を防ぐことによって、溶接品質の妨げとなるスラグ及びスパッタの生成を防止する。なお、オリフィス９はチップボディ７にスパッタが付着することを防止する。

実施の形態１の溶接トーチ３は、以上のように、シールドガスが、ノズル筒５の内周面の接線方向に対して斜めに、各連通貫通孔９１からノズル筒５の内側に流れ出す。即ち、実施の形態１の溶接トーチ３では、シールドガスが一定の指向性を持った状態で、ノズル筒５内に流れ込むので、シールドガスは確実に螺旋状の旋回流になる。

従って、実施の形態１の溶接トーチ３では、例えば、チューブ１３が長く、シールドガスの供給源からハンドル部１１にシールドガスが供給されるまで時間がかかるなど、溶接作業開始直後にシールドガスの量が少量である場合であっても、シールドガスの広がりを抑制して、高いシールド性を担保することができる。

更に、実施の形態１の溶接トーチ３においては、ノズル筒５の内周面に、軸長方向においてノズル筒５の他端から略１／２の位置まで、案内溝５４が形成されている。従って、シールドガスが案内溝５４によって十分に案内されるので、シールドガスが確実に螺旋状の旋回流を形成する。なお、実施の形態１の溶接トーチ３において案内溝５４は必須ではなく、省略しても良い。

以上においては、複数の連通貫通孔９１が、オリフィス９の周壁において、軸長方向の同一位置で、周方向に並設されている場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではない。各連通貫通孔９１又は一部の連通貫通孔９１が、オリフィス９の軸長方向において異なる位置に形成されても良い。

また、以上においては、オリフィス９が８個の連通貫通孔９１を有する場合を例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、８個よりも多い連通貫通孔９１を有しても良く、８個よりも少ない連通貫通孔９１を有しても良い。

（実施の形態２）
図８は、実施の形態２に係る溶接トーチ３のオリフィス９を示す模式図であり、図９は、図８のＩＸ－ＩＸ線によるオリフィス９の縦断面図である。
オリフィス９は、絶縁材料製の円筒形の部材であり、一端部にフランジ９２が周設され、他端部９３に向けて徐々に縮径している。オリフィス９の内壁には、軸長方向において一端から半分に亘って拡張部９５（図９参照）が形成されている。

オリフィス９には、軸長方向における中間部に、周壁を内外に貫通する連通貫通孔９１Ａが複数形成されている。複数の連通貫通孔９１Ａは、軸長方向において同一位置に、オリフィス９の周方向に、例えば、等間隔にて、並設されている。

図１０は、図８のＸ－Ｘ線によるオリフィス９の横断面図である。図１０においては、説明の便宜上、オリフィス９の径方向を一点鎖線にて示しており、ノズル筒５の内周面を実線にて示している。

各連通貫通孔９１はその方向が、夫々の位置で、オリフィス９の径方向に対し、軸断面視で、同じ方向に傾いている。例えば、各連通貫通孔９１の方向はオリフィス９の径方向に対して、等角度傾いていることが望ましい。

即ち、各連通貫通孔９１Ａは、オリフィス９の内周面側の内端９１２Ａと、オリフィス９の外周面側の外端９１１Ａとを有する。内端９１２Ａ及び外端９１１Ａは、オリフィス９の径方向において対応する位置ではなく、外端９１１Ａは内端９１２Ａよりも周方向に沿って一方向にシフトしており、かつ、外端９１１Ａは内端９１２Ａよりもオリフィス９の他端部９３側にシフトした位置に形成されている。全ての連通貫通孔９１Ａにおいて、外端９１１Ａは周方向及び軸長方向において同一方向にシフトして形成されている。

実施の形態２においても、実施の形態１と同様にオリフィス９Ａが組み付けられる。即ち、オリフィス９Ａは、内外貫通孔７１の形成位置を含むチップボディ７の他端部とチップ８の他端部とを囲むように設けられる。これによって、オリフィス９Ａの内側においては、拡張部９５とチップボディ７の他端部の外側との間であって、内外貫通孔７１の付近に、隙間Ｇが形成される（図３参照）。

また、図３の如く、各連通貫通孔９１Ａの内端９１２Ａは、隙間Ｇを介して内外貫通孔７１に連通しており、外端９１１Ａはノズル筒５の内周に対向している。
以上の構成により、各連通貫通孔９１Ａは、ノズル筒５の内周面の接線方向（図１０の二点鎖線参照）に対して斜めにシールドガスを排出する（図１０の矢印参照）。

以上のような構成を有する実施の形態２の溶接トーチ３では、チューブ１３を介して供給され、ハンドル部１１及びトーチボディ２を経て溶接トーチ３に供給されたシールドガスが、保持管１４とチップボディ７の挿入孔７２の内周面との間に形成された環状の通路を通って、内外貫通孔７１からチップボディ７の外側、即ちオリフィス９の内側に排出される。チップボディ７から排出されたシールドガスはオリフィス９の拡張部９５とチップボディ７の外側との間に形成された隙間Ｇを通ってオリフィス９の連通貫通孔９１Ａからオリフィス９の外側、即ちノズル筒５の内側に流れ出す。

上述の如く、各連通貫通孔９１Ａの方向が、夫々の位置で、オリフィス９の径方向に対して同じ方向に傾いており、かつ、各連通貫通孔９１Ａの外端９１１Ａは内端９１２Ａよりもオリフィス９の他端部９３側にシフトして形成されている。よって、各連通貫通孔９１Ａから流れ出すシールドガスは、ノズル筒５の内周面の接線方向（図１０の二点鎖線参照）に対して斜めに、かつオリフィス９の軸長方向において他端部９３側に排出されてノズル筒５の内周面と当たる。

従って、シールドガスは、ノズル筒５の内周面と衝突して流れがランダムになるのではなく、ノズル筒５の内周面に案内されて流れの方向が変わるだけで、一定の指向性を持ち、ノズル筒５の周方向及び軸長方向において速度成分を有する。

以上のようにして、ノズル筒５の内側に流れ込んだシールドガスは、ノズル筒５の内周面に沿って、他端部５１側に流れるが、以上のように、シールドガスがノズル筒５の周方向及び軸長方向において速度成分を持つことから、螺旋状の旋回流になる。この際、シールドガスは、案内溝５４に案内されて、より確実に螺旋状の旋回流を形成する。

このように螺旋状の旋回流になったシールドガスは、ノズル筒５の他端部５１から排出される。旋回流になったシールドガスは、ノズル筒５から排出された後も、なお螺旋状の旋回流を維持しつつ母材１００に向かって流れる。
従って、実施の形態２の溶接トーチ３では、シールドガスが、ノズル筒５から排出されて母材１００に届く間に広がることを抑制できる。

実施の形態２の溶接トーチ３は、以上のように、シールドガスが、ノズル筒５の内周面の接線方向に対して斜めに、各連通貫通孔９１からノズル筒５の内側に流れ出すので、シールドガスは一定の指向性を持った状態で、ノズル筒５内に流れ込む。よって、シールドガスは確実に螺旋状の旋回流になる。

更に、実施の形態２の溶接トーチ３では、各連通貫通孔９１Ａにおいて、外端９１１Ａが内端９１２Ａよりもオリフィス９の他端部９３側にシフトしているので、シールドガスがノズル筒５の周方向だけでなく、軸長方向の速度成分を有する。よって、ノズル筒５内で有効に螺旋状の旋回流が生じる。

従って、実施の形態２の溶接トーチ３では、チューブ１３が長く、シールドガスの供給源からハンドル部１１にシールドガスが供給されるまで時間がかかるなど、溶接作業開始直後にシールドガスの量が少量である場合であっても、シールドガスの広がりを抑制して、高いシールド性を担保することができる。

実施の形態１と同様の部分については、同一の符号を付して詳細な説明を省略する。

３ 溶接トーチ
５ ノズル筒
８ チップ
９ オリフィス
５４ 案内溝
９１，９１Ａ 連通貫通孔
９１１，９１１Ａ 外端
９１２，９１２Ａ 内端

Claims (3)

1. 一端部から溶接ワイヤを送り出す棒状のチップと、前記チップの周囲を囲うノズル筒とを備え、シールドガスを用いてアーク溶接を行う溶接トーチにおいて、
   前記チップ及び前記ノズル筒の間に介在し、前記ノズル筒の内周面の接線方向に対して斜めに前記シールドガスを排出する複数の貫通孔を有する円筒部材を備え、
   前記円筒部材は前記チップの他端部を囲んでおり、
   各貫通孔では、前記円筒部材の外側の円孔の外端が、前記円筒部材の内側の円孔の内端よりも前記チップの前記一端部寄りに形成されており、
   前記外端が前記内端よりも小さい径を有していることを特徴とする溶接トーチ。
2. 各貫通孔の方向は、前記円筒部材の径方向に対して一方向に傾いていることを特徴とする請求項１に記載の溶接トーチ。
3. 前記ノズル筒では、全長の半分以上の範囲に、前記シールドガスの流れを案内する、螺旋状の案内溝が内側に形成されていることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接トーチ。

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