(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
中心部に軸方向に延びるワイヤ送給孔が貫通しているコンタクトチューブ又は給電チップと、該コンタクトチューブ又は給電チップの側壁に形成され前記ワイヤ送給孔に達する単数又は複数の押え具挿入孔と、該押え具挿入孔にねじ込まれた有底筒部をもつ押え具と、前記有底筒部の底壁に一端が支持されたスプリングと、該スプリングの他端を支持するスペーサと、該スペーサに接触し、前記有底筒部の縮径開口部で抜止めされている加圧ボールとを備え、前記スプリングの弾撥力で前記ワイヤ送給孔を通る溶接ワイヤが前記ワイヤ送給孔の内周面に押し付けられる高速ＭＩＧ溶接用溶接トーチ。
【請求項２】
押え具挿入孔の内周面に雌ネジが刻設されており、有底筒部の外周面に刻設された雄ネジを前記雌ネジと螺合することにより、コンタクトチューブ又は給電チップに押え具が着脱自在に取り付けられている請求項１記載の高速ＭＩＧ溶接用溶接トーチ。
【請求項３】
溶接用ワイヤをワイヤ送給孔の内周面に押し付ける力が、コンタクトチューブ又は給電チップに対する押え具のねじ込み量で調整される請求項１又は２記載の高速ＭＩＧ溶接用溶接トーチ。
【請求項４】
コンタクトチューブ又は給電チップに装着された押え具に更に抜止め用のナットが螺合されている請求項１〜３の何れかに記載の高速ＭＩＧ溶接用溶接トーチ。
【請求項５】
硬質絶縁材料でできた加圧ボールを使用する請求項１〜４の何れかに記載の高速ＭＩＧ溶接用溶接トーチ。
【請求項６】
コンタクトチューブ又は給電チップの軸方向に延びる直線上に複数の押え具が配列されている請求項１〜５の何れかに記載の高速ＭＩＧ溶接用溶接トーチ。
【請求項７】
コンタクトチューブ又は給電チップの軸方向に設けられた複数の押え具がコンタクトチューブ又は給電チップの周方向に関して異なる位置に配列されている請求項１〜５の何れかに記載の高速ＭＩＧ溶接用溶接トーチ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【産業上の利用分野】
本発明は、高速走行する溶接ワイヤに確実に給電しながらアルミニウム等の金属材料を高速ＭＩＧ溶接することに適した溶接トーチに関する。
【０００２】
【従来の技術】
ＭＩＧ溶接では、図１に示すように母材Ａに溶接トーチ１を対向させ、スプール２から送り出された溶接ワイヤａで溶接する。溶接ワイヤａは、モータ３で駆動される送給ローラ４でスプール２から繰り出され、コンタクトチューブ５のワイヤ送給孔６を経由して溶接部に送られる。このとき、コンタクトチューブ５を介して溶接ワイヤａが溶接電源７に接続されており、溶接ワイヤａと母材Ａとの間に電圧が印加される。なお。コンタクトチューブ５に替え、図２に示すような給電チップ８を使用することもある。
溶接ワイヤａの先端ｂは、溶接電源７からの電圧印加により母材Ａとの間に発生するアークｃで加熱されて溶滴となって滴下し、溶融プールｄを形成する。溶融プールｄは、溶接の進行に伴って冷却され、溶接ビードｅとなる。なお、溶接ノズル９とコンタクトチューブ５との間にある環状空間を介してＡｒ等の不活性ガスＧを溶接部に向けて吹き付け、溶接部を保護雰囲気下に維持する。
【０００３】
給電チップ８は、溶接トーチ１の部分断面を詳細に示す図２にみられるように、溶接トーチ１の外管１０に挿入された溶接ワイヤ挿通管１１に螺合されている。溶接ワイヤａが給電チップ８のワイヤ送給孔６を通過するとき、ワイヤ送給孔６の内壁面に接触した箇所が給電ポイントＰとなり、溶接電源７から溶接ワイヤａに給電される。コンタクトチューブ５を用いた給電も、ほぼ同様な方法で行われる。
コンタクトチューブ５又は給電チップ８に形成されているワイヤ送給孔６は、通常、溶接ワイヤａの径よりも０．２〜０．４ｍｍだけ大きな内径に設計されている。そのため、溶接ワイヤａにブレが生じ、狙い位置が一定化しないばかりか、給電ポイントＰが得られにくい。その結果、溶接ワイヤａと母材Ａとの間に発生するアークｃが不安定化し、健全な溶接ビードｅの形成が困難になる。
【０００４】
給電チップに溶接ワイヤを確実に接触させるため、バネで付勢される押え具を給電チップに設け、給電チップに設けたワイヤ送給孔の内壁面に溶接ワイヤを押し付けることが特開昭６４−１８５８２号公報で紹介されている。しかし、給電チップの構造が複雑になり、また押え具を設けたことによって溶接ワイヤの円滑な送給が阻害され易い。更には、ワイヤ送給孔及び押え具の内壁面に溶接ワイヤが摺擦することにより発生した金属粉，屑等が内部に堆積し易く、これによっても溶接ワイヤの円滑な送給が阻害される。
この点、特開昭６１−１８２８８６号公報で紹介されているように、スプリングで付勢された加圧ボールによって溶接ワイヤをワイヤ送給孔の内壁面に押し付ける方式を採用すると、押え具を使用した場合に比較して金属粉，屑等の発生が少なく溶接ワイヤも円滑に送給される。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
特開昭６１−１８２８８６号公報で紹介された給電チップは、図３に示すようにワイヤ送給孔６に達する貫通孔を側壁に形成し、硬質材でできた球状又は半球状の加圧ボール１２及びスプリング１３を貫通孔に入れ、スプリング１３の一端を支持するキャップ１４で蓋をしている。スプリング１３は、加圧ボール１２とキャップ１４との間で圧縮され、その反力としての弾撥力を加圧ボール１２に加える。
しかし、加圧ボール１２は、スプリング１３で直接押されているため円滑に回転できず、溶接ワイヤａとの間に滑り摩擦が発生する。滑り摩擦は、加圧ボール１２が硬質材であることと相俟つて溶接ワイヤａの摩耗を促進させる。その結果、依然として摩耗粉が発生し易く、発生した摩耗粉がワイヤ送給孔６内に堆積し溶接ワイヤａの円滑な送給が阻害される。また、加圧ボール１２をスプリング１３で押す構造であるため、加圧ボール１２の摩耗によって溶接ワイヤａをワイヤ送給孔６の内壁面に押し付ける圧力が徐々に弱くなり、給電効率が低下する虞れがある。
本発明は、このような問題を解消すべく案出されたものであり、コンタクトチューブ又は給電チップに内装する加圧ボールと溶接ワイヤとの接触を摺動摩擦から転り摩擦に替えることにより、安定条件下で溶接ワイヤに給電すると共に、溶接ワイヤを円滑に送給することができ、耐久性に優れた溶接トーチを提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】
本発明の高速ＭＩＧ溶接用溶接トーチは、その目的を達成するため、中心部に軸方向に延びるワイヤ送給孔が貫通しているコンタクトチューブ又は給電チップと、該コンタクトチューブ又は給電チップの側壁に形成され前記ワイヤ送給孔に達する単数又は複数の押え具挿入孔と、該押え具挿入孔にねじ込まれた有底筒部をもつ押え具と、前記有底筒部の底壁に一端が支持されたスプリングと、該スプリングの他端を支持するスペーサと、該スペーサに接触し、前記有底筒部の縮径開口部で抜止めされている加圧ボールとを備え、前記スプリングの弾撥力で前記ワイヤ送給孔を通る溶接ワイヤが前記ワイヤ送給孔の内周面に押し付けられることを特徴とする。
【０００７】
押え具挿入孔の内周面に雌ネジが刻設し、有底筒部の外周面に刻設された雄ネジを前記雌ネジと螺合することにより、コンタクトチューブ又は給電チップに押え具が着脱自在に取り付けられる。また、溶接用ワイヤをワイヤ送給孔の内周面に押し付ける力は、コンタクトチューブ又は給電チップに対する押え具のねじ込み量で調整される。
押え具にナットを螺合するとき、コンタクトチューブ又は給電チップから押え具が抜止めされる。加圧ボールとしては、電流の流入やスパークの発生を避けるため、セラミックス等の硬質絶縁材料で作ることが好ましい。
複数の押え具を装着するとき、コンタクトチューブ又は給電チップの軸方向に延びる直線上に配列することができる。或いは、コンタクトチューブ又は給電チップの周方向に関して異なる位置に配列しても良い。
【０００８】
【実施の形態】
加圧ボール１２をスプリング１３で直接押す図３の構造では、前述したようにスプリング１３の端部が加圧ボール１２に押し付けられているため、加圧ボール１２の回転が抑制される。その結果、加圧ボール１２と溶接ワイヤａとが摺動接触し、両者間の摩擦力により溶接ワイヤ送入荷重が増加する。溶接ワイヤ送入荷重を過度に増加させると溶接ワイヤａに座屈が生じるので、加圧ボール１２の押圧力を小さくせざるを得ない。通常の速度で溶接する場合には押圧力が小さくても給電損失による溶接ビード不良が生じる欠陥にならないが、溶接速度が２．５ｍ／分を超える高速溶接では、微小時間の給電欠損でも単位時間当りの溶着金属が不足するため溶接欠陥になり易い。また、溶接ワイヤａや加圧ボール１２が激しく摩耗し、ワイヤ送給孔６が詰まり易くなる。
そこで、高速溶接において加圧ボール１２と溶接ワイヤａとの摺動接触を解消するためには、一定した弾撥力を加圧ボール１２に加える条件下で、加圧ボール１２の回転を保証することが必要になる。
【０００９】
本発明に従った溶接トーチでは、図４（ｂ）に示すように給電チップ８の側壁に単数又は複数の押え具挿入孔１５を形成している。押え具挿入孔１５は、給電チップ８の中心を軸方向に延びるワイヤ送給孔６に達し、その内面には雌ネジ１６（図５）が刻設されている。図４の例では、給電チップ８の軸方向に延びる直線上に３個の押え具挿入孔１５，１５，１５が配列されているが、各押え具挿入孔１５，１５，１５間の円周方向に関する位置関係を若干ずらせることも可能である。すなわち、複数方向から溶接ワイヤａをワイヤ送給孔６の内周面に押し付けるとき、ワイヤ送給孔６内における溶接ワイヤａの偏在が確実に解消される。
押え具挿入孔１５には、図４（ｂ）に示すように押え具２０がねじ込まれ、ナット１７で抜止めされている。押え具２０は、図６に示すように有底円筒状の筒部２１をもち、筒部２１の外周面に刻設されている雄ネジ（図示せず）を押え具挿入孔１５の雌ネジ１６に螺合することにより給電チップ８に固着される。固着された押え具２０にナット１７を締結することにより、溶接ワイヤａの送給時等に発生する振動で押え具２０が緩み或いは抜け落ちることが防止される。なお、ナット１７による抜止めに替えて、バヨネット継手で押え具２０を給電チップ８に固着することも可能である。
【００１０】
筒部２１は、内部に収容した加圧ボール２３が抜け落ちないように、先端が若干縮径した開口部２２をもっている。加圧ボール２３には、筒部２１の底壁２４で一端が支持されたスプリング２５の弾撥力がスペーサ２６を介して加えられる。加圧ボール２３とスプリング２５との間にスペーサ２６を介在させることにより、図３のスプリング１３を加圧ボール１２に直接押し付ける方式と異なり、加圧状態でも加圧ボール２３の円滑な回転が保証される。その結果、加圧ボール２３が溶接ワイヤａを加圧しながら溶接ワイヤａの周面を回転し、加圧ボール２３と溶接ワイヤａとの間の摺動摩擦が大幅に少なくなる。したがって、溶接ワイヤａの摩耗による摩耗粉の発生が少なくなり、溶接ワイヤ送給孔６の内部が清浄に保たれる。また、加圧ボール２３の摩耗も抑制されるため、一定した押圧力で溶接ワイヤａがワイヤ送給孔６の内周面に押し付けられ、欠損が生じることもない。
【００１１】
加圧ボール２３には、電気の流入やスパークの発生を抑えることから、セラミックス等の硬質絶縁材料を使用することが好ましい。同様に筒部２１を硬質絶縁材料製とすることにより、電気の流入，スパークの発生等による加圧ボール２３のダメージが抑えられる。スプリング２５としては、給電チップ８内を送給される溶接ワイヤａの挿通荷重が１３０ｇｆ程度になるようにした場合、一本のバネ圧荷重が１１０〜１３０ｇｆ程度のものが使用される。
一つの押え具２０を給電チップ８に装着した場合でも、加圧ボール２３によって溶接ワイヤａが給電チップ８の内周面に押し付けられ、溶接ワイヤａへの円滑な通電が保証される。また、溶接ワイヤａの表面を加圧ボール２３が回転するため、加圧ボール２３との摩擦接触によって溶接ワイヤａが摩耗することが少なくなり、摩耗粉によるトラブルがなくなる。
更に、複数の押え具２０を図示するように給電チップ８に取り付けるとき、溶接ワイヤａの送給状態が安定化する。
【００１２】
すなわち、スプール２から送り出された溶接ワイヤａには巻きぐせが付いており、ワイヤ送給孔６内を蛇行しながら走行する。このような溶接ワイヤａを一つの押え具２０でワイヤ送給孔６の内周面に押し付けようとすると、その箇所の内周面が破壊され易く、破壊が１か所に集中するため、給電チップ８との接触不良によって溶接ワイヤａへの給電が不安定化する。その結果、溶接条件に変動を来し、健全な溶接ビードｅが形成され難くなる。
この点、複数の押え具２０で溶接ワイヤａをワイヤ送給孔６の内周面に押し付ける場合、溶接ワイヤａがワイヤ送給孔６の内周面に接触する給電ポイントが複数に分散されるため、スパーク等による破壊が１か所に集中することが無くなり、長期間にわたって安定した給電状態が維持される。また、ワイヤ送給孔６内で溶接ワイヤａが蛇行や振動によって移動しても、何れかの押え具２０で溶接ワイヤａがワイヤ送給孔６の内壁に押し付けられる確率が高くなり、給電欠陥が継続発生する確率が極めて小さくなる。その結果、給電欠陥又はその継続発生に起因する溶接欠陥の発生が抑えられる。また、単体の押え具２０の固定が緩み破損等の故障が生じた場合にあっても、溶接作業の中断には至らない。
【００１３】
押え具２０は、押え具挿入孔１５にねじ込まれている。そのため、押え具２０が損傷した場合、押え具挿入孔１５から押え具２０を取り出し、新規な押え具２０と容易に交換できる。更に、押え具挿入孔１５に対する押え具２０のねじ込み量によって、加圧ボール２３が溶接ワイヤａを押え具挿入孔１５の内周面に押し付ける力が調整される。そのため、溶接ワイヤａの径に多少の変動があっても、十分な押圧力が得られる。また、規格が異なる溶接ワイヤａを送給する場合、サイズが異なる押え具２０を装着することによって必要な押圧力が得られる。
以上においては、給電チップ８に押え具２０を装着した溶接トーチを説明した。しかし、押え具２０が装着される対象は給電チップ８に限ったものではなく、図１に示したコンタクトチューブ５に対しても同様に押え具２０を装着できる。
【００１４】
【実施例】
孔径１．４ｍｍのワイヤ送給孔６を開けた肉厚２．４ｍｍの銅製給電チップ８に、先端から６ｍｍ，１３ｍｍ，２０ｍｍだけ離れた３か所に、ワイヤ送給孔６に達するＭ３の雌ネジつき押え具挿入孔１５を形成した。各押え具挿入孔１５にＭ３の雄ネジを形成した押え具２０をねじ込んだ。
押え具２０としては、単体で１１０〜１３０ｇｆのバネ圧をもつものを使用した。押え具２０を装着した給電チップ８に溶接ワイヤａを挿通し、そのときのワイヤ挿通荷重を秤量計で測定したところ、１３０ｇｆでおおむね一定し、溶接ワイヤａの移動もスムーズであった。
【００１５】
そこで、溶接ワイヤａと母材Ａとの間に２３Ｖの電圧を印加し、標準電流２１８Ａを供給しながら、溶接速度３．５ｍ／分で母材Ａをアーク溶接した。溶接中に電圧及び電流を測定したところ、電圧，電流共に変動が非常に少なく、変動幅も大きく低減した結果が得られた。このように一定化された電圧，電流で母材Ａがアーク溶接されるため、形成された溶接ビードｅも幅及び高さが一定化した健全なものであった。
溶接長９６ｍだけ母材Ａを溶接した後、溶接トーチ１を分解し、給電チップ８から押え具２０を取り出した。取り出された押え具２０は、損傷が極めて軽微であり、再使用に十分耐えるものであった。そこで、同じ押え２０を装着した溶接トーチ１を用いた溶接を再開したところ、１７６ｍ以上の溶接が可能であった。また、溶接ワイヤａを介してスプリング２５の弾撥力が加わるワイヤ送給孔６の内周面もスパークによるダメージがほとんど観察されず、溶接ワイヤ送給孔６の内部に摩擦粉が検出されなかった。
【００１６】
比較のため、スペーサ２６を取り除いた押え具２０を給電チップ８に装着し、同様な溶接ワイヤａの送給試験及び溶接試験を行った。この場合、スプリング２５で加圧ボール２３が溶接ワイヤａに直接押し付けられるため、加圧ボール２３は、回転せずに溶接ワイヤａに摺動摩擦した。そのため、ワイヤ送給孔６の内周面に対する溶接ワイヤａの押圧状態が不規則的に変化し易く、溶接電圧電流及び溶接電流が変動し易く、変動幅も大きくなった。その結果、得られた溶接ビードｅに形状不良等の欠陥が発生した。また、同じ溶接長９６ｍだけ母材Ａを溶接した後では、加圧ボール２３は、再使用できない程度にひどく損傷していた。
【００１７】
【発明の効果】
以上に説明したように、本発明の溶接トーチにおいては、スプリングと加圧ボールとの間にスペーサを介在させた押え具をコンタクトチューブ又は給電チップに取外し可能に装着している。そのため、スペーサを介してスプリングの弾撥力が加圧ボールに加えられるので、加圧ボールは、回転しながら溶接ワイヤをワイヤ送給孔の内周面に押し付ける。すなわち、溶接ワイヤと加圧ボールとの間が摺動摩擦でないため、溶接ワイヤ，加圧ボールの摩耗及び摩耗粉の発生が抑えられ、安定条件下で溶接ワイヤに給電され、溶接条件が安定化する。その結果、高速溶接にあっても健全なビードが形成される。しかも、加圧ボールの損傷も少なくなるので耐久性が向上し、仮に損傷した場合でも押え具の交換が容易であるため、溶接作業性が飛躍的に向上する。
【図面の簡単な説明】
【図１】アーク溶接の説明図
【図２】従来の溶接トーチの断面図
【図３】スプリングで加圧ボールを直接押し付ける給電チップの断面図
【図４】本発明に従った給電チップを軸方向（ａ）及び半径方向（ｂ）に見た一部を断面で示す図
【図５】溶接ワイヤをワイヤ送給孔に加圧ボールで押し付けていることを示す給電チップの軸方向断面図
【図６】複数の押え具を備えた給電チップの部分断面図
【符号の説明】
１：溶接トーチ    ２：スプール    ３：モータ    ４：送給ローラ    ５：コンタクトチューブ    ６：ワイヤ送給孔    ７：溶接電源    ８：給電チップ
９：溶接ノズル    １０：外管    １１：溶接ワイヤ挿通管    １２，２３：加圧ボール    １３，２５：スプリング    １４：キャップ    １５：押え具挿入孔    １６：雌ネジ    １７：ナット    ２０：押え具    ２１：有底筒部
２２：縮径開口部    ２４：底壁    ２６：スペーサ
Ａ：母材    ａ：溶接ワイヤ    ｂ：ワイヤ先端    ｃ：アーク    ｄ：溶融プール    ｅ：溶接ビード
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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