JPH0311871B2 - - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 この発明はシールドガスで冷却される改良され
た溶接トーチ、特に、自動溶接装置用のトーチで
あつて、空気吹出しによつてガスノズルが周期的
に清掃されるトーチに関するものである。

溶接技術においては、消耗電極を用いたガスシ
ールド溶接のための自動作動装置用の冷却トー
チ、いわゆるロボツトトーチが知られている。こ
の種のトーチにおいては、そのガスノズルを時々
清掃する必要がある。清掃周期は次の点に依存し
て決められる。それはトーチがどのような温度ま
で上昇するか、そして高温下でガスノズルに必然
的に生じるスパツタ（Schweissspritzer）がガス
ノズルに永続して付着する可能性があるかどう
か、さらに上記溶接スパツタが成長することによ
り最終的な溶接ができなくなるかどうかという点
である。

この発明の課題は、自動作動溶接装置用のロボ
ツトトーチとして使用することができ、内部から
外部への周期的な空気吹出しが可能で、しかもガ
スノズルの領域における冷却を改善することによ
つて、スパツタが永続して付着することなく、吹
出除去された状態とすることのできるガスシール
ド溶接トーチを提供することにある。

上記課題は、管状カバーの端部に設けたノズル
取付部にガスノズルを取着し、このガスノズル取
付部に隣接してスパツタ防護体を配設し、一方管
状カバーの内部に配置された電導性の内管を備
え、この電導性の内管はその先端部に電導ノズル
が取着されると共に、その外周部には長手方向に
延びる複数の溝を有し、さらにこの内管は被覆に
よつて外部と電気的に絶縁されており、また上記
溝内を流れるシールドガスで冷却されるべく構成
され、さらに上記内管の他端部にはトーチ体を設
け、このトーチ体にはホース受容部を接続して成
るガスシールド溶接トーチであつて、 (a) 上記内管の長手方向に延びる複数の溝は、そ
の先端部が上記スパツタ防護体の内部領域にお
いて上記ガスノズルの手前で開口して終え、一
方その他端部が上記トーチ体の内部において環
状室内に通ずるものであり、 (b) 上記内管と同軸に外管が設けられており、上
記内管と外管との間には絶縁層が介設され外管
と内管とを電気的に絶縁しており、上記外管は
ガスノズル取付部の内側まで延びるようにされ
ており、さらに外管は上記管状カバーに囲まれ
て外管の外周部に形成してある長手方向に延び
る複数の溝で冷却水導通路を形成しており、こ
の冷却水導通路の端部はガスノズル取付部の内
側で環状溝によつて互いに連通しており、 (c) 一方上記トーチ体の内部には第１穿孔、第２
穿孔及び第３穿孔が設けられており、第１穿孔
は上記外管外周部の溝によつて構成された冷却
水導通路の一の群と冷却水給入部との間を連通
しており、上記第２穿孔は上記外管外周部の溝
によつて構成された冷却水導通路の他の群を冷
却水排出部に連通しており、上記第３穿孔は上
記内管の溝の端部に位置する上記環状室に吹出
空気／シールドガス給入部を連通している自動
溶接装置用の水冷式ガスシールド溶接トーチに
よつて解決される。

この発明のガスシールド溶接トーチは、ガスノ
ズルを取りはずさずにガスノズルの清掃をなすこ
とのできる、吹出装置を備えたいわゆるロボツト
トーチである。周期的に欠かすことのできない清
掃は、空気がガスノズルの内から外へ吹き出すこ
とによつて行われる。ガスノズルにスパツタが永
続して付着するのを避けるために、上記空気ある
いは圧搾空気には、特に分離剤が添加される。そ
れによつて、付着したスパツタは強力な空撃を伴
う簡単な吹出しによつて除去されることになり、
ガスノズルを取りはずして機械的に清掃するとい
う必要はないのである。上記効果を持続するため
には、一方でガスノズルとトーチとをその領域内
で充分に冷却し、チリ片やスパツタの焼付を避け
ること、他方では内から外への吹出しのための空
気を充分に自由に使用できることが重要となつて
くる。

これはガスノズル取付部を水冷すること、及び
内管を通したシールドガスでの直接的なガス冷却
をガスノズル取付部に対して行うことによつて、
トーチがガスノズルを直接冷却することで達せら
れる。さらに絶縁層を比較的良好な熱伝導性の層
とすることにより、その内部領域は、外管におけ
る冷却液によつて、間接的に冷却されることとな
る。

トーチはホース受容部を通じて電流、水、シー
ルドガス及び吹出空気を連帯して案内している。
この発明にしたがつて構成されるトーチでは、ト
ーチ体の領域において、上記の案内される物質等
の分配がなされる。内管の長手方向に延びる溝
は、シールドガスをガスノズル内に到達させるた
めのシールドガス用の導通路として用いられる。
このシールドガス導通路はまた、吹出しによるト
ーチの清掃段階の間は、圧搾空気の案内路として
用いられることになる。上記溝はトーチ体の内部
で始まり、そして電導ノズルを受容する電導ノズ
ル取付部側の内管の端部の手前まで達している。
この端部は、スパツタ防護体を内部に位置させた
ガスノズル内部領域に位置している。このことは
トーチの長手軸の回りにおけるシールドガスの均
質な流出あるいは吹出空気の均質な流出を可能と
するのである。シールドガスまたは圧搾空気はま
ず溝から径方向外方に流出し、スパツタ防護体を
備えたガスノズルの内壁に達することになる。こ
のガス流は上記の壁で方向を変え、そしてガスノ
ズルから長手軸外方へと流出することになる。上
記ガス流の方向転換により良好な吹出効果が与え
られることになる。特に、例えば、６つの導通路
（溝）は圧搾空気の流れを強力にするのに充分な
横断面を与えることになるのである。

トーチの電流を導通する内側部、すなわち内管
は外側部、すなわち外管に対して電気的に絶縁さ
れている。内管は、トーチ体内部から、この内管
に沿いトーチ頭部の領域における溝の開口端手前
までを、例えばポリテトラフルオルエチレン等の
薄壁の絶縁管で包囲されている。この絶縁材料
は、水冷される領域での充分な熱伝導をも可能と
すべく、比較的良好な熱伝導性の材料でなければ
ならない。外周部に溝を形成した内管もまた、陽
極酸化によつて表面に電気絶縁層を備えた材料に
より構成することができる。この電気絶縁層は比
較的良好な熱伝導性を有するものである。このよ
うな材料としては、例えば、アルミニウムまたは
アルミニウム合金が挙げられる。

トーチの外部に向けて電気絶縁された内側部、
すなわち内管は、外管の中に配置されている。こ
の外管にも同様に外周部に溝が形成されている。
この外管もまた、トーチ体の内部から延び、そし
てトーチの管状カバーから外へ露出している。ト
ーチの頭部においては、ガスノズル取付部が管状
カバーに連結されている。上記外管はその溝と共
に、ガスノズル取付部の内側まで達する。ガスノ
ズル取付部の領域内では、長手方向に延びる溝
は、環状溝によつて、相互に連通しており、冷却
水のための前進導通路と後退導通路とを形成して
いる。このようにして形成された冷却水導通路は
外管の長手方向に延びる溝を管状カバーで囲んで
形成したものである。

トーチの内側部におけるガスによるガスノズル
取付部の直接冷却、さらに管状カバー内における
液体、例えば水によるガスノズル取付部の直接冷
却、それに伴うガスノズルの直接冷却、という冷
却に関する熱交換により、一段と良好な冷却効果
が得られ、しかもトーチ頭部を全質量の軽量化さ
れたコンパクトな仕上がりとすることが可能とな
る。この発明にしたがうトーチ頭部の構成は非常
に軽量化された敏感なロボツト頭部であり、コン
パクトな構成方式にもかかわらず、高電流負荷を
許容し、そのため溶接機全体からみてもより良好
な電流調節を可能とするものである。

この構成は吹出空気案内のための追加の導通路
を全く必要とせず、単にトーチ体のところ、ある
いはトーチ体近傍のところまで空気とシールドガ
スとを別々に案内するだけでよいという利点を有
している。ホース受容部においては、シールドガ
スは吹出空気のホースとは別個のホースを通して
逆止弁のところまで案内されることになる。トー
チ体またはその近傍において、シールドガスと圧
搾空気は、シールドガス導管内に配置された通常
の自己作動形逆止弁を備えたＴ字状導管部を介し
て合流するようにされており、圧搾空気導管を通
して圧搾空気の衝撃が生じるとすぐに、シールド
ガス導管内の逆止弁が閉となり、その領域におけ
るシールドガスと吹出空気との混合が避けられる
ことになる。

トーチ体はその一側部にホース受容部を接続す
ると共に、他側部に本来のトーチを接続する構成
とされている。内管はトーチ体内部で終えてお
り、その溝は環状室と連絡している。そしてこの
環状室は、第３穿孔を介して、トーチ体の後方側
における吹出空気／シールドガス接続部と連通し
ている。

トーチ体の基端部には、さらに冷却水給入部と
冷却水排出部とが配設されているが、こられの各
部は、外管の溝と、第１及び第２穿孔を介して連
通した状態となつており、これにより冷却液の給
排を行う冷却水導通路系統を形成している。流体
の供給は冷却水給入部を介してなされる。トーチ
体と対向する接続部材の電気的絶縁によつて、ト
ーチの外面部には少しも電流の導通が起こらない
ように安全化されている。

特別な実施例によれば、ガスノズルはねじ式連
結リングによつてガスノズル取付部の外周部に確
実に保持される。このねじ連結リングはガスノズ
ルをガスノズル取付部にしつかり定着させ、吹出
しに際してこのガスノズルがガスノズル取付部か
ら脱落したりしないこと、及びガスノズルの、ひ
つ掻き等による外部からの機械的清掃に際してそ
の姿勢を維持することを保証するのに必要であ
る。その反面、ガスノズルはわずかな費用で交換
可能でなければならない。それはガスノズルの場
合、使用時間の経過に伴つて生じる摩耗部が問題
となるからである。しかしこの発明にしたがつて
構成されたトーチによれば、上記使用時間は従来
のトーチに比べて長くされるのである。

この発明を図面に基づき詳細に説明する。

第１図にはガスシールド溶接トーチが示されて
いるが、このガスシールド溶接トーチは、ガスノ
ズル１を備えており、その内部にはスパツタ防護
体２を位置させている。図示するように、このス
パツタ防護体２はその基端側の直径の小さい部分
をガスノズル取付部４の先端部で把握することに
よつて支持されている。上記ガスノズル１の内部
には、電導ノズル３が長手方向の中心軸上に位置
している。この電導ノズル３は導電性の内管１０
の端部に設けた電導ノズル受容部３ａに取着され
ている。上記ガスノズル１はガスノズル取付部４
にねじ式連結リング５によつて保持されており、
ガスノズル１の望ましくない脱落を防止してい
る。トーチの中心部においては、上記電導ノズル
受容部３ａからトーチ体１３の内部までを内管１
０が延びており、その内部空間１２には、電極
と、この電極を挿通するライナがトーチを通して
導かれることになる。上記内管１０はその外周部
にプロフイール、すなわち長手方向に延びる溝１
１を備えた管である。この内管１０は絶縁体９に
よつて包囲されている。このようにして絶縁され
た内管１０のまわりには、これは同軸に外管７が
配置されており、さらにこの外管７の外周部は管
状カバー６で包囲されている。上記同軸プロフイ
ール管系統はトーチ体１３内部まで延びている。
このトーチ体１３は外周部に段を形成した円筒状
をしており、基端部には電気絶縁パツキング１７
が配置されている。すなわちこの電気絶縁パツキ
ング１７はホース受容部のための接続部材２２
と、本来のトーチ体との間に介設されているので
ある。内管の溝１１はトーチ体の接続部材内に形
成した環状室内部で終わつている。この環状室は
吹出空気／シールドガス接続部１６の内部と連通
するようにされているのである。１４，１５はそ
れぞれ冷却水給排部を示している。

第２図には、ねじ式連結リング５でガスノズル
取付部４に取着されたガスノズル４を詳細に示し
ている。さらにガスノズル取付部４がどのようし
て管状カバー６に取着されているかということ、
及び溝を備えた外管７がガスノズル取付部４の内
部まで延びていることを示している。

第２図に示すように、トーチ体１３では、冷却
液の給排が筒部１４，１５を介して行われ、これ
らの筒部１４，１５は、トーチ体１３を貫通して
形成した第１及び第２穿孔２３，２４を介して、
外管７の溝８と連通している。トーチ体１３と接
続部材２２との間には、電気絶縁パツキング１７
が介設されているが、一方接続部材２２と外管７
との間の電気的接触を確実に断絶するため、水導
通のための穿孔内には、トーチ体１３と接続部材
２２との移行領域において絶縁ソケツト２５が配
設されている。このソケツト、別称間隔部材２５
の長さは、特に10mmにされている。このことは、
トーチ体と接続部材とのこの位置における電位差
による電食（galvanischer Abrieb）を確実に避
けることにもなる。接続部材２２は図示しないね
じでトーチ体１３に固定されている。

第３図は両プロフイール管の構成、配置を最も
わかりやすく示すものである。内管１０は、その
外周部に溝１１を備え、その溝１１を吹出空気／
シールドガス導通路として採用している。なお内
管１０の内部空間１２には電極を挿通したライナ
が導通される。上記内管１０は絶縁層９で包囲さ
れている。上記内管１０は、この管と同軸の外管
７に包囲されている。この外管７は長手方向にの
びる溝８を有している。そして外管７や管状カバ
ー６で包囲されている。このようにしてトーチの
中心部に吹出空気／シールドガス導通路系統が、
そしてその周囲に冷却液導通路系統が相互に独立
して形成されているのである。

第３図に示す実施例においては、６つの吹出空
気／シールドガス導通路１１と８つの水導通路８
とを備えている。上記８つの水導通路のうち、４
つは冷却水給入に、他の４つは冷却水排出に用い
られることになる。このようにすることによつ
て、ガスノズル取付部４は液体、例えば水で直接
冷却することができ、しかも特に強力な冷却を可
能とするために充分な面積を与えられることにな
るのである。

第４図には、逆止弁を備えたシールドガスと圧
搾空気との合流部の縦断面が示されている。この
合流部は本来のトーチ体に対しホース受容部の端
部に設けられるものである。１８は逆止弁、１９
はトーチ接続部、２０はシールドガス導通のため
の接続部、２１は圧搾空気接続部をそれぞれ示し
ている。シールドガス接続部２０内には球体が配
置され、この球体に対応して弁座が設けられてお
り、これらが通常の自己作動形の逆止弁として機
能するようにされている。すなわちこの逆止弁は
圧搾空気接続部２１の領域からの圧力負荷を受け
てシールドガス接続部２０を閉鎖するようになさ
れているのである。シールドガス流と吹出空気と
の合流部に関する上記実施例は単なる一実施例で
あつて、合流部に関する原理及び通常の逆止弁の
配置に関する原理が保たれる範囲内で構造的に変
更することが可能である。吹出空気とシールドガ
スとの合流部は、特にトーチ体に対してホース受
容部の端部近傍に位置するようにする。

第５図は第２図におけるＡ−Ｂ線断面図であつ
て、トーチ体１３の内部に形成した第１及び第２
穿孔２３，２４と、水導通路としての溝８との接
続部分を示している。外管７の端部においては、
溝８間を短い距離にわたつて延びると共に、溝８
間を連通するブリツジが相離れた２箇所に設けら
れている。この２つのブリツジによつて、個々の
溝８を互いに連通する連通室は、２つの半環状の
連通室に分割されることになり、各連通室にそれ
ぞれ第１及び第２穿孔２３，２４が通ずるように
されているのである。これにより水の給入のため
の導通路と排出のための導通路とが互いに分離さ
れることになる。トーチ体は種々の材料で構成す
ることができるが、低熱伝導性で電気絶縁性の材
料で構成されるのが好ましい。

第６図には、接続部材２２をトーチ体１３にね
じ固定する構成を示している。このねじ固定は袋
ねじ２７によつて行われる。そしてこの袋ねじ２
７は接続部材に対して絶縁体２６で電気絶縁され
ている。その他の態様でねじ固定することも可能
であるが、重要なことは、ねじが接続部材２２に
対し電気的に絶縁されることである。

第７図は第２図のＹ方向矢視図であつて、接続
部材２２は３つのねじ２７と、ライナ接続部（内
管１０の内部空間）１２とを備えている。また吹
出空気／シールドガス接続部を１６で示し、１
４，１５はそれぞれ冷却水給排部を示している。

なお上記実施例においては、消耗電極使用の溶
接装置のトーチについて説明したが、非消耗電極
使用の溶接装置のトーチについても同様に適用す
ることができるのはもとよりである。

【図面の簡単な説明】

第１図及び第２図はそれぞれこの発明のガスシ
ールド溶接トーチの縦断面図、第３図は第２図に
おけるＣ−Ｄ線断面図、第４図は逆止弁を備えた
シールドガスと吹出空気との合流部を示す縦断面
図、第５図は第２図におけるＡ−Ｂ線断面図、第
６図は第７図のＸ−X′線要部断面図、第７図は
第２図におけるＹ方向矢視図である。 １……ガスノズル、２……スパツタ防護体、３
……電導ノズル、４……ガスノズル取付部、６…
…管状カバー、７……外管、８，１１……溝、９
……絶縁層、１０……内管、１３……トーチ体、
１４……冷却水給入部、１５……冷却水排出部、
１６……吹出空気／シールドガス給入部、２３…
…第１穿孔、２４……第２穿孔。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 管状カバーの端部に設けたノズル取付部にガ
   スノズルを取着し、このガスノズル取付部に隣接
   してスパツタ防護体を配設し、一方管状カバーの
   内部に配置された電導性の内管を備え、この電導
   性の内管はその先端部に電導ノズルが取着される
   と共に、その外周部には長手方向に延びる複数の
   溝を有し、さらにこの内管は被覆によつて外部と
   電気的に絶縁されており、また上記溝内を流れる
   シールドガスで冷却されるべく構成され、さらに
   上記内管の他端部にはトーチ体を設け、このトー
   チ体にはホース受容部を接続して成るガスシール
   ド溶接トーチであつて、 (a) 上記内管の長手方向に延びる複数の溝は、そ
   の先端部が上記スパツタ防護体の内部領域にお
   いて上記ガスノズルの手前で開口して終え、一
   方その他端部が上記トーチ体の内部において環
   状室内に通ずるものであり、 (b) 上記内管と同軸に外管が設けられており、上
   記内管と外管との間には絶縁層が介設され外管
   と内管とを電気的に絶縁しており、上記外管は
   ガスノズル取付部の内側まで延びるようにされ
   ており、さらに外管は上記管状カバーに囲まれ
   て外管の外周部に形成してある長手方向に延び
   る複数の溝で冷却水導通路を形成しており、こ
   の冷却水導通路の端部はガスノズル取付部の内
   側で環状溝によつて互いに連通しており、 (c) 一方上記トーチ体の内部には第１穿孔、第２
   穿孔及び第３穿孔が設けられており、第１穿孔
   は上記外管外周部の溝によつて構成された冷却
   水導通路の一の群と冷却水給入部との間を連通
   しており、上記第２穿孔は上記外管外周部の溝
   によつて構成された冷却水導通路の他の群を冷
   却水排出部に連通しており、上記第３穿孔は上
   記内管の溝の端部に位置する上記環状室に吹出
   空気／シールドガス給入部を連通している ことを特徴とする自動溶接装置用の水冷式ガスシ
   ールド溶接トーチ。 ２ 上記ガスノズル取付部に対し、その外側に配
   置されるガスノズルが、ねじ式連結リングによつ
   て保持されることを特徴とする特許請求の範囲第
   １項記載の自動溶接装置用の水冷式ガスシールド
   溶接トーチ。 ３ 上記吹出空気／シールドガス給入部の近傍
   に、分岐導管を位置させ、シールドガスの流通す
   る側の導管内に自己作動する逆止弁を配置したこ
   とを特徴とする特許請求の範囲第１項または第２
   項記載の自動溶接装置用の水冷式ガスシールド溶
   接トーチ。 ４ 上記内管が、陽極酸化によつて形成された電
   気絶縁層を備えた材料から成ることを特徴とする
   特許請求の範囲第１項または第２項記載の自動溶
   接装置用の水冷式ガスシールド溶接トーチ。 ５ 上記トーチ体に隣接して接続部材をねじによ
   つて固定すると共に、上記トーチ体と接続部材と
   の間にパツキングを介装してトーチ体と接続部材
   とを電気的に絶縁し、一方トーチ体内に形成した
   上記第１及び第２穿孔の始点部分と接続部材に形
   成した冷却水給排部との間には電気絶縁性の中空
   円筒状の間隔部材が介設されていることを特徴と
   する特許請求の範囲第１項または第２項記載の自
   動溶接装置用の水冷式ガスシールド溶接トーチ。