KR101041132B1 - 가스 용접용 토치 - Google Patents

Abstract

본 발명은 용접 케이블의 소재를 알루미늄재의 경량소재로 대체하여 가스 용접용 토치의 경량화를 구현하고, 바디 어댑터와 용접 케이블 사이의 결합부위에 구리보다 작은 저항특성을 구현하는 금속봉을 설치하여 저항발열에 의한 케이블의 단락 및 파손 문제를 해소하며, 토치 핸들과 용접 케이블 사이의 접속부위에 구체 관절부를 적용하여 용접 케이블로부터 토치 핸들의 자유로운 선회 움직임을 허용하고 이를 통해 용접중 위빙 작업시 토치 핸들의 유연성을 확보하여 작업자의 손목 부위에 대한 피로도를 경감시킬 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

전술한 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전원과 가스 및 용접 와이어(36)를 공급하고 바디 어댑터(30)와 결합되는 용접 케이블(3)과, 상기 바디 어댑터(30)와 상기 용접 케이블(3)의 일단부를 내장하는 토치 핸들(1) 및, 상기 토치 핸들(1)의 선단에 구비되고 상기 용접 케이블(3)에 대한 상기 토치 핸들(1)의 자유로운 선회 동작을 허용하는 구체 관절부(5)를 포함하는 것을 특징으로 한다.

토치, 가스 용접, 용접 케이블, 토치 핸들, 구체 관절, 경량화, 저항발열

Description

가스 용접용 토치{Gas welding torch}

본 발명은 가스 용접용 토치에 관한 것으로, 보다 상세하게는 알루미늄 소재의 용접 케이블을 적용하여 가스 용접용 토치의 경량화를 도모하고 바디 어댑터와 용접 케이블 사이의 결합부위에 구리 보다 작은 전기적 저항특성을 구현하는 금속봉을 적용하여 저항발열에 따른 단락의 문제를 해소하며 토치 핸들과 용접 케이블 사이의 접속부위에 구체 관절부를 적용하여 위빙 작업시 피로도를 경감할 수 있도록 하는 가스 용접용 토치에 관한 것이다.

일반적으로 이산화탄소 가스 용접용 토치는 용가재에 작용하는 소모전극 와이어를 일정한 속도로 용융지에 송급하면서 전류를 가해 와이어와 모재 사이에서 아크를 발생시켜 용접을 수행하는 것으로, 용접시 장시간 동안의 사용이 통상적일 뿐만 아니라 작업시 그 위치를 용접부위를 따라 항상 휴대하면서 이동해야 하므로 경량화에 대한 요구가 지속되고 있는 실정이다.

이에 따라, 종래에는 가스 용접용 토치의 용접 케이블에 대한 소재를 구리에 서 경량의 알루미늄 소재로 대체하였는 데, 이는 가스 용접용 토치의 경량화라는 소기 목적의 달성에는 기여할 수 있었으나, 구리에 비해 알루미늄 소재가 가지는 전기저항의 상대적 큼으로 인해 두께가 20 ~ 70mm 정도의 후판을 용접하기 위해 대전류의 사용시 저항발열의 과다를 초래하였고, 이로 인해 토치 핸들의 발열과 용접 케이블의 경화 현상을 유발함과 더불어 극단적인 경우 케이블의 단락 및 파손이라는 부수적 문제를 유발하게 되었다.

또한, 알루미늄 소재의 용접 케이블을 갖춘 가스 용접용 토치에서는 종래 구리 소재에 비해 강성이 상대적으로 큼과 더불어 유연성이 떨어지기 때문에 용접중 위빙 작업시 토치 핸들을 자유롭게 선회하는 데 많은 어려움이 있을 뿐만 아니라, 이로 인해 작업자의 손목부위에 가해지는 피로도가 가중되는 문제점을 내재하고 있었다.

이에 본 발명은 상기와 같은 제반 사안들을 감안하여 안출된 것으로, 용접 케이블의 소재를 알루미늄재의 경량소재로 대체하여 가스 용접용 토치의 경량화를 구현하고, 바디 어댑터와 용접 케이블 사이의 결합부위에 구리 보다 작은 전기적 저항특성을 구현하는 금속봉을 설치하여 저항발열에 의한 케이블의 단락 및 파손 문제를 해소하며, 토치 핸들과 용접 케이블 사이의 접속부위에 구체 관절부를 적용하여 용접 케이블로부터 토치 핸들의 자유로운 선회 움직임을 허용하고 이를 통해 용접중 위빙 작업시 토치 핸들의 유연성을 확보하여 작업자의 손목 부위에 대한 피로도를 경감시킬 수 있도록 하는 데 그 목적이 있다.

상기와 같은 목적을 달성하기 위한 본 발명은, 전원과 가스 및 용접 와이어를 공급하고 바디 어댑터와 결합되는 용접 케이블과, 상기 바디 어댑터와 상기 용접 케이블의 일단부를 내장하는 토치 핸들 및, 상기 토치 핸들의 선단에 구비되고 상기 용접 케이블에 대한 상기 토치 핸들의 자유로운 선회 동작을 허용하는 구체 관절부를 포함하는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 있어, 상기 구체 관절부는 상기 토치 핸들의 일단부에 형성된 볼 소켓과, 상기 볼 소켓에 대해 피벗 결합되고 상기 용접 케이블을 내부에 수용하는 볼 스터드를 구비하고, 상기 볼 스터드는 일단부에 상기 용접 케이블에 의해 수축되는 주름부를 형성한 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 구체 관절부는 상기 볼 소켓에 대한 상기 볼 스터드의 상측 선회각 보다 하측 선회각이 더 크게 설정되는 것을 특징으로 하고, 상기 볼 소켓과 상기 볼 스터드는 상측 선회각의 한계지점을 이루기 위해 상기 볼 소켓의 외측 선단부위에 상측 돌출단부와 상기 볼 스터드의 내측 선단부위에 상측 곡률단부를 각각 형성함과 더불어, 하측 선회각의 한계지점을 이루기 위해 상기 볼 소켓의 외측 선단부위에 하측 돌출단부와 상기 볼 스터드의 내측 선단부위에 하측 곡률단부를 각각 형성하고, 상기 상측 선회각은 13도로 설정되며 상기 하측 선회각은 25도로 설 정되는 것을 특징으로 한다.

그리고, 본 발명에 있어, 상기 용접 케이블은 중심부에서 상기 용접 와이어의 송급을 위해 배치된 스프링 라이너와 상기 스프링 라이너의 둘레에 배치되고 상기 바디 어댑터와 결합되어 가스의 공급을 위한 통로를 형성하는 가스 공급관 및 상기 가스 공급관의 둘레에 배치되어 전원을 인가하는 알루미늄 소재의 파워선을 구비하고, 상기 파워선에는 길이방향을 따라 금속봉이 내장되며, 상기 용접 케이블과 상기 바디 어댑터 사이는 압착링에 의해 결합되는 것을 특징으로 한다.

또한, 상기 금속봉은 상기 압착링과 동일한 길이로서 구리 보다 작은 저항특성을 가지는 합금 소재로 이루어지고, 상기 파워선의 중심부에 대해 방사상으로 상호 이격된 위치로 배치되도록 매설되는 것을 특징으로 한다.

본 발명에 따른 가스 용접용 토치에 의하면, 용접 케이블에 있어 파워선의 소재를 구리 보다 경량인 알루미늄재의 경량소재로 대체하여 가스 용접용 토치의 전체 중량을 보다 가볍게 하는 장비의 경량화를 구현할 수 있게 된다.

그리고, 본 발명은 바디 어댑터와 용접 케이블의 파워선 사이의 전기적 접속부위에 걸쳐 다수의 금속봉을 설치하여 기존 구리 보다 작은 전기적 저항특성을 매개로 저항발열의 정도를 낮출 수 있어, 저항발열에 의한 용접 케이블의 단락 및 파손을 예방할 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 토치 핸들과 용접 케이블 사이의 설치부위에 구체 관절부를 적용함으로써, 용접 케이블로부터 토치 핸들의 자유로운 선회 움직임을 허용할 수 있고, 이를 통해 용접중 위빙 작업시 토치 핸들의 유연성을 확보하여 작업자의 손목 부위에 대한 피로도를 경감시킬 수 있게 된다.

이하, 본 발명의 실시예를 첨부된 예시도면을 참조로 상세히 설명한다.

도면에 도시된 바와 같이, 본 발명에 따른 가스 용접용 토치는 크게 토치 핸들(1)과 용접 케이블(3)로 구성된다. 상기 토치 핸들(1)은 토치 바디와 가스 디퓨져, 노즐 및 용접팁(이상 도시안됨) 등을 포함한다. 상기 용접 케이블(3)은 상기 토치 바디와 교통하도록 연결되는 황동 재질의 바디 어댑터(30)를 구비함과 더불어, 전원을 인가하는 파워선(32), 이산화탄소 가스를 공급하는 가스 공급관(34), 용접 와이어(36)를 공급하는 스프링 라이너(38) 등을 포함한다.

먼저, 상기 토치 핸들(1)은 상하로 분할되는 중공형상의 몸체로서, 일측에 용접시 상기 파워선(32)을 통한 전원의 제공과 상기 가스 공급관(34)을 통한 이산화탄소 가스의 공급 및 상기 용접 와이어(36)의 송급을 각각 제어하기 위한 버튼부(10)와, 상기 버튼부(10)의 조작에 의해 해당 신호를 용접기 본체(도시안됨) 등에 출력하는 스위치 모듈(12)을 구비한다.

상기 토치 핸들(1)은 상기 바디 어댑터(30)와 상기 용접 케이블(3)의 일단부를 내장하고, 상기 토치 핸들(1)과 상기 용접 케이블(3) 사이의 접속부위에 구체 관절부(5;Ball jointed portion)를 구비한다. 상기 토치 핸들(1)과 상기 구체 관절 부(5)는 모두 플라스틱과 같은 유연 소재로 이루어진다.

상기 구체 관절부(5)는 상기 토치 핸들(1)의 일단부에 대해 상기 용접 케이블(3)이 피벗지점을 기준으로 선회 가능하게 장착되도록 하는 기능을 수행함으로써 상기 용접 케이블(3)에 대한 상기 토치 핸들(1)의 유연성을 확보하는 데 기여하게 된다. 즉, 상기 구체 관절부(5)는 상기 토치 핸들(1)과 상기 용접 케이블(3) 사이의 설치부위에서 상기 용접 케이블(3)로부터 상기 토치 핸들(1)의 자유로운 선회 움직임을 허용하여 용접중 위빙 작업시 상기 토치 핸들(1)에 대한 유연성을 확보함으로써, 작업자의 손목 부위에 대한 피로도를 경감시킬 수 있게 된다.

이를 위해, 상기 구체 관절부(5)는 상기 토치 핸들(1)의 일단부에 일체로 형성된 중공형상의 볼 소켓(50)과, 상기 볼 소켓(50)에 피벗 결합되고 상기 볼 소켓(50)과 함께 상기 용접 케이블(3)을 내부에 수용하는 중공형상의 볼 스터드(52)를 구비한다.

이때, 상기 볼 스터드(52)는 일단부에 상기 용접 케이블(3)의 움직임에 따라 부드럽게 수축되어 상기 용접 케이블(3)에 대한 상기 토치 핸들(1)의 선회각의 자유도를 증진시키기 위한 중공형상의 주름부(54)를 일체로 형성한다.

상기 구체 관절부(5)는 상기 볼 소켓(50)에 대한 상기 볼 스터드(52)의 상측 선회각(상부관절각도) 보다 하측 선회각(하부관절각도)이 더 크게 설정되는 바, 바람직하게는 상기 상측 선회각은 대략 13도로 설정되고, 상기 하측 선회각은 대략 25도로 설정되어 최대 선회각도(최대관절각도)는 대략 38도로 설정된다.

이때, 선회각의 기준은 상기 토치 핸들(1)에 있어 상기 용접 케이블(3)이 설 치되는 부위에 해당하는 상기 볼 소켓(50)의 축방향 중심선과 상기 볼 스터드(52)의 축방향 중심선 사이의 각도를 의미하는 것으로, 이는 상기 구체 관절부(5)의 피벗지점의 중심점에 대한 상기 용접 케이블(3)의 선회방향 각도의 정도와 동일한 것이다.

또한, 선회각에 있어 상/하측의 구분은 상기 바디 어댑터(30)에 대해 토치 바디를 통해 연결되는 가스 디퓨져와 노즐 및 용접팁의 배치 방향에 따른 작업자의 파지 위치를 기준으로 한 것으로, 더욱 상세하게는 작업자의 손목 부위에 대한 운동방향을 기준으로 한 것이다.

이를 위해, 상기 볼 소켓(50)과 상기 볼 스터드(52)는 상측 선회각의 한계지점을 형성하는 상측 돌출단부(50a)와 상측 곡률단부(52a)를 구비함과 더불어, 하측 선회각의 한계지점을 형성하는 하측 돌출단부(50b)와 하측 곡률단부(52b)를 구비한다.

여기서, 상기 상/하측 돌출단부(50a,50b)는 각각 상기 볼 소켓(50)의 상/하측 곡률부위에 있어 외측 선단부위에 형성된 것이고, 상기 상/하측 곡률단부(52a,52b)는 각각 상기 볼 스터드(52)의 상/하측 곡률부위에 있어 내측 선단부위에 형성된 것이다. 즉, 상기 상/하측 돌출단부(50a,50b)와 상기 상/하측 곡률단부(52a,52b) 사이의 상호 접촉에 의해 상기 볼 소켓(50)에 대한 상기 볼 스터드(52)의 상측 선회각과 하측 선회각에 대한 한계지점을 설정하게 된다.

한편, 상기 용접 케이블(3)은 상기 바디 어댑터(30)의 일단부와 구리 소재의 압착링(56)에 의한 압착을 매개로 결합되고, 전술한 바와 같이 전원을 인가하는 파 워선(32)과 이산화탄소 가스를 공급하는 가스 공급관(34) 및 용접 와이어(36)를 공급하는 스프링 라이너(38)를 포함한다.

이때, 상기 파워선(32)은 종래 구리 소재를 대체하여 경량재질의 알루미늄 소재로 이루어지고, 상기 압착링(56)이 설치되는 부위에는 상기 알루미늄 소재의 파워선(32)에서 수반되는 전기저항에 의한 발열을 해소하기 위한 금속봉(58)이 내장되는 바, 상기 금속봉(58)은 상기 압착링(56)의 길이와 동일한 길이로 형성되고, 구리와 구리 보다 작은 저항특성을 가지는 금속의 합금으로 이루어진다.

즉, 상기 금속봉(58)은 상기 바디 어댑터(30)와 상기 파워선(32) 사이의 전기적 접속부위에서 기존 구리 보다 작은 전기적 저항특성을 구현하여 발열의 정도를 낮추고, 이를 통해 저항발열에 의한 상기 파워선(32)의 단락 및 파손을 방지하게 된다. 예컨대, 상기 금속봉(58)은 구리와 금의 합금소재 또는 구리와 은의 합금소재로 이루어질 수 있고, 특히 은과의 합금소재일 경우에 적어도 35% 이상의 은을 함유한 구리 소재의 은납봉으로 이루어지는 것이 바람직하다.

이 경우, 상기 용접 케이블(3)의 단면 구성은 다음과 같다. 먼저, 중심부에 용접 와이어(36)의 송급을 위한 스프링 라이너(38)가 배치되고, 상기 스프링 라이너(38)의 동심원상 둘레에 이산화탄소 가스의 공급을 위한 통로를 형성하는 가스 공급관(34)이 배치되며, 상기 가스 공급관(34)의 동심원상 둘레에 파워선(32)이 배치된다.

이때, 상기 금속봉(58)은 상기 파워선(32)의 동심원상 중심부에 대해 방사상의 위치로 상호 이격된 상태에서 상기 용접 케이블(3)의 길이방향을 따라 삽입되어 매설된다.

또한, 상기 바디 어댑터(30)는 상기 가스 공급관(34)의 일단부와 상호 끼움방식으로 결합되어 상기 스프링 라이너(38)의 둘레에 대해 가스의 공급을 위한 통로를 형성하고, 상기 바디 어댑터(30)와 상기 가스 공급관(34) 사이의 결합부위 외주에서 상기 압착링(56)이 상기 파워선(32)의 둘레에 압착되어 이들 사이의 결합을 견고하게 한다.

따라서, 상기와 같은 구성의 본 발명의 가스 용접용 토치는 상기 토치 핸들(1)과 상기 용접 케이블(3) 사이의 설치부위에서 상기 구체 관절부(5)를 적용하여 이를 통해 상기 용접 케이블(3)로부터 상기 토치 핸들(1)의 자유로운 선회 움직임을 허용할 수 있게 되고, 이를 통해 용접시 토치의 위빙 동작을 보다 용이하게 구현할 수 있어 작업자의 손목 부위에 대한 피로도를 경감시킬 수 있게 된다.

또한, 본 발명은 상기 용접 케이블(3)에 있어 파워선(32)을 구리 보다 경량 소재인 알루미늄 소재로 변경함으로써 가스 용접용 토치의 경량화를 구현할 수 있게 되고, 특히 바디 어댑터(30)와 파워선(32) 및 가스 공급관(34) 및 파워선(32) 사이의 전기적 접속부위의 구간에 걸쳐 금속봉(58)을 매설하여 통전시 수반되는 저항발열의 정도를 낮추고, 이를 통해 용접시 저항발열에 의한 파워선(32)의 단락 및 파손에 대한 문제를 해소할 수 있게 된다.

즉, 용접시 황동 재질의 바디 어댑터(30)와 알루미늄 소재의 파워선(32) 사이에서 저항 차이로 인해 발생하는 저항 발열에 대한 문제는 상기 금속봉(58)이 가지는 작은 저항특성을 통해 해소할 수 있어 저항발열에 의한 상기 파워선(32)의 단 락 및 파손을 방지하게 된다.

이상과 같이 본 발명의 바람직한 실시예에 대해 첨부된 도면을 참조로 하여 설명하였으나, 본 발명은 상술한 특정의 실시예에 의해 한정되는 것이 아니며, 본 발명이 속하는 기술분야에서 통상의 지식을 가진 자에 의해 본 발명의 기술적 사상과 이하에서 기재되는 청구범위의 균등범위 내에서 다양한 형태의 수정 및 변형이 가능함은 물론이다.

도 1은 본 발명에 따른 가스 용접용 토치에 있어 토치 핸들과 용접 케이블의 결합부위를 도시한 단면도.

도 2는 본 발명의 요부에 해당하는 구체 관절부에 있어 볼 소켓으로부터 볼 스터드를 분해하여 도시한 도면.

도 3은 도 2의 분해 사시도.

도 4는 용접 케이블과 바디 어댑터 사이의 결합부위를 도시한 단면도.

도 5는 도 4의 ⅴ-ⅴ선 단면도.

< 도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명 >

1-토치 핸들 3-용접 케이블

5-구체 관절부 10-버튼부

12-스위치 모듈 30-바디 어댑터

32-파워선 34-가스 공급관

36-용접 와이어 38-스프링 라이너

50-볼 소켓 52-볼 스터드

54-주름부 56-압착링

58-금속봉

Claims (6)

1. 전원과 가스 및 용접 와이어를 공급하고 바디 어댑터와 결합되는 용접 케이블;

   상기 바디 어댑터와 상기 용접 케이블의 일단부를 내장하는 토치 핸들; 및

   상기 토치 핸들의 일단부에 형성된 볼 소켓과, 상기 볼 소켓에 대해 피벗 결합되고 상기 용접 케이블을 내부에 수용하는 볼 스터드를 구비하고, 상기 볼 스터드는 일단부에서 상기 용접 케이블에 의해 수축되는 주름부를 형성하는 구체 관절부를 포함하는 가스 용접용 토치.
2. 삭제
3. 청구항 1에 있어서,

   상기 구체 관절부는 상기 볼 소켓에 대한 상기 볼 스터드의 상측 선회각 보다 하측 선회각이 더 크게 설정되는 것을 특징으로 하는 가스 용접용 토치.
4. 청구항 3에 있어서,

   상기 볼 소켓과 상기 볼 스터드는 상측 선회각의 한계지점을 이루기 위해 상 기 볼 소켓의 외측 선단부위에 상측 돌출단부와 상기 볼 스터드의 내측 선단부위에 상측 곡률단부를 각각 형성함과 더불어, 하측 선회각의 한계지점을 이루기 위해 상기 볼 소켓의 외측 선단부위에 하측 돌출단부와 상기 볼 스터드의 내측 선단부위에 하측 곡률단부를 각각 형성하고, 상기 상측 선회각은 13도로 설정되며 상기 하측 선회각은 25도로 설정되는 것을 특징으로 하는 가스 용접용 토치.
5. 청구항 1 또는 청구항 3 내지 청구항 4 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 용접 케이블은 중심부에서 상기 용접 와이어의 송급을 위해 배치된 스프링 라이너와 상기 스프링 라이너의 둘레에 배치되고 상기 바디 어댑터와 결합되어 가스의 공급을 위한 통로를 형성하는 가스 공급관 및 상기 가스 공급관의 둘레에 배치되어 전원을 인가하는 알루미늄 소재의 파워선을 구비하고, 상기 파워선에는 길이방향을 따라 금속봉이 내장되며, 상기 용접 케이블과 상기 바디 어댑터 사이는 압착링에 의해 결합되는 것을 특징으로 하는 가스 용접용 토치.
6. 청구항 5에 있어서,

   상기 금속봉은 상기 압착링과 동일한 길이로서 구리 보다 작은 저항특성을 가지는 합금 소재로 이루어지고, 상기 파워선의 중심부에 대해 방사상으로 상호 이격된 위치로 배치되도록 매설되는 것을 특징으로 하는 가스 용접용 토치.

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