(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接トーチアセンブリ（１００）において、
第一の壁厚を有する本体部分（１０２）と、
前記本体部分（１０２）の下流に配置され、前記第一の壁厚より薄い第二の壁厚を有する先端部分（１１０）と、
前記先端部分（１１０）の外面から前記本体部分（１０２）の外面へと半径方向に延びる第一の段差部分（１０７）と、
を含む内部ガンチューブ（１０１）と、
前記内部ガンチューブ（１０１）の下流に配置されたディフューザ（１２０）であって、
前記ディフューザ（１２０）の上流側に配置された空洞（１３１）であって、
前記内部ガンチューブ（１０１）の前記先端部分（１１０）をその中に受け入れる第一の部分と、
前記内部ガンチューブ（１０１）の前記本体部分（１０２）の一部をその中に受け入れる第二の部分と、
を有する空洞（１３１）と、
前記ディフューザ（１２０）の上流端に配置され、前記第一の部分から前記第二の部分へと半径方向に外側に延びる第二の段差部分（１２３）と、
を含むディフューザ（１２０）と、
を含み、
前記内部ガンチューブ（１０１）が前記ディフューザ（１２０）と完全に係合すると、前記第二の段差部分（１２３）が前記第一の段差部分（１０７）と接触し、
前記ディフューザ（１２０）は、前記ディフューザ（１２０）の外面に破壊溝（２００）をさらに含み、前記破壊溝（２００）は、前記ディフューザ（１２０）の前記空洞（１３１）の下流に配置されることを特徴とする溶接トーチアセンブリ（１００）。
【請求項２】
請求項１に記載のアセンブリにおいて、
前記ディフューザは、軸方向に延びて、前記空洞（１３１）の第二の部分を画定する、軸方向の延長部分（１２７）を含むことを特徴とするアセンブリ。
【請求項３】
請求項２に記載のアセンブリにおいて、
前記軸方向の延長部分（１２７）の内面は、前記本体部分（１０２）の前記外面と、好ましくは摩擦嵌めによって係合することを特徴とするアセンブリ。
【請求項４】
請求項３に記載のアセンブリにおいて、
前記軸方向の延長部分（１２７）の前記内面の軸方向の長さは、前記第一の段差部分（１０７）の半径方向の厚さと等しいか、これより長いことを特徴とするアセンブリ。
【請求項５】
請求項３または４に記載のアセンブリにおいて、
前記軸方向の延長部分（１２７）の前記内面の軸方向の長さの、前記第一の段差部分（１０７）の半径方向の厚さに対する比は１：１．４５であることを特徴とするアセンブリ。
【請求項６】
請求項１乃至５の何れか１項に記載のアセンブリにおいて、
前記第一の段差部分（１０７）の半径方向の厚さは、前記本体部分（１０２）の外径の１０〜２０％の範囲内であることを特徴とするアセンブリ。
【請求項７】
請求項１乃至６の何れか１項に記載のアセンブリにおいて、
前記第二の段差部分の内側コーナ部分が、面取りされているか、丸みが付けられていることを特徴とするアセンブリ。
【請求項８】
特に請求項１乃至７の何れか１項に記載の溶接トーチアセンブリにおいて、
第一の壁厚を有する本体部分（１０２）と、
前記本体部分（１０２）の下流に配置され、前記第一の壁厚より薄い第二の壁厚を有する先端部分（１１０）と、
前記先端部分（１１０）の外面から前記本体部分（１０２）の外面へと半径方向に延びる段差部分（１０７）と、
を含む内部ガンチューブ（１０１）と、
前記内部ガンチューブ（１０１）の下流に配置されたディフューザ（１２０）であって、
前記ディフューザ（１２０）の上流側に配置され、その中に前記内部ガンチューブ（１０１）の前記先端部分が配置され、前記ディフューザ（１２０）に連結される空洞（１３１）と、
前記ディフューザ（１２０）の上流端に配置されたロッキング部分（１０７）と、
を含むディフューザ（１２０）と、
を含み、
前記内部ガンチューブ（１０１）が前記ディフューザ（１２０）と完全に係合すると、前記段差部分（１０７）は前記ロッキング部分（１０７）と接触することを特徴とするアセンブリ。
【請求項９】
請求項８に記載のアセンブリにおいて、
前記ロッキング部分（１０７）の内面は、前記本体部分（１０２）の前記外面と係合することを特徴とするアセンブリ。
【請求項１０】
請求項９に記載のアセンブリにおいて、
前記本体部分の前記外面と係合する前記ロッキング部分の前記内面の軸方向の長さは、前記段差部分の半径方向の厚さと等しいか、それより長いことを特徴とするアセンブリ。
【請求項１１】
請求項９または１０に記載のアセンブリにおいて、
前記本体部分の前記外面と係合する前記ロッキング部分の前記内面の軸方向の長さの、前記段差部分の半径方向の厚さに対する比は１：１．４５であることを特徴とするアセンブリ。
【請求項１２】
請求項１乃至１１の何れか１項に記載のアセンブリにおいて、
前記空洞（１３１）は、前記内部ガンチューブ（１０１）の前記先端部分を螺合接続により受け、前記ディフューザ（１２０）を前記内部ガンチューブ（１０１）に連結することを特徴とするアセンブリ。
【請求項１３】
請求項１乃至１２の何れか１項に記載のアセンブリにおいて、
前記ディフューザ（１２０）は、前記空洞（１３１）の下流端において半径方向に延びる肩部分（１２５）を含み、前記内部ガンチューブが前記ディフューザ（１２０）と完全に係合すると、前記内部ガンチューブの前記先端部分と前記肩部分との間にギャップが存在することを特徴とするアセンブリ。
【請求項１４】
請求項１に記載のアセンブリにおいて、
前記破壊溝（２００）はＶ字型溝であることを特徴とするアセンブリ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本願は、米国仮特許出願第６１／９２４，５３２号明細書の優先権を主張するものであり、同仮出願の全体を参照によって本願に援用する。
【０００２】
本発明と合致する装置、システム、および方法は溶接に関し、より詳しくは、耐久性が改善された溶接トーチおよび溶接トーチ構成部品に関する。より詳しくは、本発明は、特許請求の範囲の請求項１および８の前提部分に記載の溶接トーチアセンブリに関する。
【背景技術】
【０００３】
一般的なＧＭＡＷおよびＧＴＡＷ方式の溶接作業においては、自動、半自動、および手棒型のどちらの作業溶接でも、溶接部にアークを発生させるために溶接トーチ／ガンを使用する。しばしば、トーチ／ガンは手荒く扱われ、あるいは加工物と強く接触して、トーチ／ガンが重大な損傷を受け、有効に使用できなくなる場合がある。例えば、手棒型および半自動型作業では、使用者はトーチをハンマのように使って溶接部からスラグを削り落としがちであり、また、自動／ロボット式溶接作業では、トーチが加工物や工作機械等に衝突する場合がありうる。こうした事象はトーチとトーチ構成部品に損傷を与えかねず、トーチに対する衝突負荷が横方向である場合は特に損傷を与える可能性が高い。このような負荷によってトーチ、特にトーチのグースネック部分が曲がる傾向があり、これはワイヤの送給およびトーチの他の動作に悪影響を与えうる。
【０００４】
従来の、伝統的な、また既に提案されている技法のその他の限界や欠点は、そのような技法を図面に関して本願の他の部分に記載されている本発明の実施形態と比較すれば、当業者にとって明らかとなるであろう。
【発明の概要】
【０００５】
本発明のある例示的な実施形態は、ディフューザと内部ガンチューブとの間に接続部を有し、それによってディフューザとガンチューブとの間の強度が増大され、溶接トーチと上流の構成部品への不注意による損傷が防止される溶接ガンアセンブリである。ディフューザは、内部ガンチューブの中でもより頑丈な部分の少なくとも一部と係合し、重複する係合部分を含む。この係合によって、ガンチューブとディフューザとの間に接続がより強力で、より安定したものとなる。
【０００６】
本発明の他の例示的な実施形態は、内部ガンチューブと、内部ガンチューブの下流に設置されたディフューザと、を含む溶接トーチアセンブリである。内部ガンチューブは、本体部分と、本体部分の下流に配置された先端部分と、を有する。先端部分の壁厚は本体部分のそれより薄い。内部ガンチューブは段差部分をさらに含み、これは先端部分の外面から本体部分の外面へと半径方向に延びる。ディフューザは、その上流側に配置された空洞を含む。空洞内では、内部ガンチューブの先端部分が配置され、それがディフューザと連結される。ディフューザは、その上流端に配置されたロッキング部分をさらに含む。内部ガンチューブがディフューザと完全に係合すると、内部ガンチューブの段差部分がディフューザのロッキング部分と接触する。その他の実施形態は、後述の説明、図面、および特許請求の範囲に記載されている。
【図面の簡単な説明】
【０００７】
本発明の上記および／またはその他の態様は、下記のような図面を参照しながら本発明の例示的な実施形態を詳しく説明すれば、より明らかとなるであろう。
【０００８】
【図１】図１は、本発明の溶接ガンアセンブリの一部のある例示的な実施形態を示す。
【図２】図２は、図１に示されている実施形態のディフューザと内部ガンチューブを示す。
【図３】図３は、図１のディフューザの斜視図を示す。
【図４】図４は、本発明のディフューザの他の例示的な実施形態を示す。
【図５】図５は、本発明のトーチアセンブリの別の図を示す。
【発明を実施するための形態】
【０００９】
ここで、添付の図面を参照しながら本発明の例示的な実施形態を以下に説明する。説明されている例示的な実施形態は、本発明の理解を助けるためのものであり、本発明の範囲を如何様にも限定するものではない。全体を通じて、同様の参照番号は同様の要素を示す。
【００１０】
本願の全体を通じて、溶接トーチおよび溶接ガンという用語の使用は、どちらの用語もトーチ／ガンアセンブリを説明するために当業者にとって使用されているため、互換的とされていることを理解するべきである。
【００１１】
前述のように、トーチは様々な事象、特に高負荷の衝突が関わる事象により損傷を受ける可能性がある。ロボット型設備では、このような事象はトーチが不注意によって加工物と衝突した時に起こりうる。これらの衝突は、トーチにグースネックがある場合に特に損傷を与える可能性が高い。グースネック部分は、トーチの先端作業端より上流に位置し、一般に、ガンチューブの中の２０〜６０度の範囲の角度を有する屈曲部である。多くの損傷事例が発生するのは、この屈曲部領域である。特に、トーチがもともと屈曲していることにより、この領域はトーチに負荷が加わった際にさらに曲がりやすい。この屈曲部領域が外的負荷からさらに曲がると、ガンチューブ内の消耗材料の通過を大きく阻害する可能性がある。ある極端な場合には、大きく曲がりすぎて、消耗材料や、さらにはシールドガスの通路を完全に塞ぐこともある。さらに、既知のトーチにおいては、トーチの既存の構成から、トーチのディフューザと内部ガンチューブとの間の接続は、構造または内部ガンチューブの中に構造的に脆弱な箇所が存在することになるような接続であり、そこもまた非常に損傷を受けやすい。本発明の実施形態は、これらの問題に対処し、完全性と可用性が改善されたトーチを作る。
【００１２】
図１は、本発明の例示的なトーチアセンブリ１００の作業端部分を示している。明瞭にするために、ガンチューブのグースネック部分はこの図には示されていない。さらに、溶接トーチの構成と動作は一般に知られているため、ここではこのような構成と動作の詳細を詳しく説明しない。図のように、トーチアセンブリ１００は多数の構成部品からなり、消耗材料とシールドガスの両方を溶接作業加工物へと供給するために使用される。トーチアセンブリ１００は内部ガンチューブ１０１を含み、これは本体部分（または上流部分）１０２と先端部分１１０を有し、図のように、本体部分１０２の壁厚は先端部分１１０より厚い。内部ガンチューブ１０１は絶縁材１０３と外側ガンチューブシース１０５により被覆されている。ガンチューブ１０１の先端１１０には、溶接作業用のシールドガスを適正に方向付け、分散させるのに役立つディフューザ１２０が螺合されている。ディフューザ１２０の下流端にコンタクトチップ１３０が連結され、これは一般に、溶接中にコンタクトチップ１３０の中心を通る消耗材料の中に溶接電流を通すために使用される。ディフューザ１２０の外側にノズル１４０が螺合され、このノズル１４０は、図のようにディフューザが螺合された内側ノズル構成部品１４１と、絶縁部分１４３と、外側ノズル部分１４５からなる。絶縁部分１４３は、外側ノズル部分１４５をトーチアセンブリ１００の通電部品から絶縁する。ノズル１４０は、シールドガスをディフューザ１２０からトーチアセンブリ１００の先端と溶接作業加工物へと向けるために使用される。
【００１３】
図１に示されているように、内部ガンチューブ１０１とディフューザ１２０との間の構造的接続は、接続部が構造的完全性を増大させるようになされている。この接続は図２にも示されており、同図では明瞭にするために上述の構成部品の一部が省かれている。図のように、内部ガンチューブ１０１の先端部分１１０の壁厚は、内部ガンチューブ１０１の上流部分１０２（すなわち、本体部分）の壁厚より薄い。先端部分１１０はディフューザ１２０の端空洞１３１に挿入されて、機械的に（例えば、ねじ山を使って）連結され、図１に示されているように、端空洞１３１の上流部分の内径は、端空洞１３１の下流部分より大きい。ディフューザ１２０はまた、肩部分１２９の下流にあるディフューザ空洞１２２を有し、肩部分１２９によってディフューザ１２０の端空洞１３１がディフューザ空洞１２２から分離される。内側ガンチューブ１０１はまた、先端１０８を有し、これは、ディフューザ１２０の端空洞１３１の中に完全に挿入されたときに、先端１０８と肩部分１２９との間に小さなギャップを作る。例示的な実施形態において、このギャップは非常に小さいが、先端１０８が肩部分１２９と接触しない。これらの表面間が少しでも接触すると、トーチアセンブリ１００の正しい構成と完全性が損なわれる可能性がある。また、図１および２の各々に示されているように、ディフューザ１２０の上流端はロッキング部分（または段差部分）１２３を含み、これはディフューザ１２０の外面から半径方向に外側へと延びる。完全に組み立てられたときに、ロッキング部分１２３が内部ガンチューブ１０１と係合して、ガンチューブ１０１の上流部分１０２と係合するようにロックする。具体的には、ロッキング部分１２３は内部ガンチューブ１０１と、そのより厚い部分で係合する。これについて、以下にさらに説明する。
【００１４】
図１および２の例示的な実施形態に示されているように、ガンチューブ１０１の上流部分１０２と先端部分１１０との間の移行部にロッキング肩部分（または段差部分）１０７があり、これは内側ガンチューブ１０１の先端部分１１０の外壁から上流部分１０２の外壁へと半径方向に延びる。完全に組み立てられたときに、ディフューザ１２０のロッキング部分１２３がロッキング肩部分１０７および上流部分１０２の外面と係合する。図２においてわかるように、ディフューザ１２０のロッキング部分１２３は内部ガンチューブ１０１のロッキング肩部分１０７をロッキング肩部分１０７の半径方向に外側から取り囲む。具体的には、ロッキング部分１２３は肩係合部分１２５を含み、これは、ディフューザ１２０が完全に取り付けられると、ロッキング肩部分１０７と接触する。さらに、ロッキング部分１２３は延長部分１２７を含み、これは内部ガンチューブ１０１の上流部分１０２の外面の長さに沿って（または、内部ガンチューブ１０１の軸方向に）延びる。延長部分１２７は、端空洞１３１の、より大きい内径を有する上流部分を画定し、その内面１２８が上流部分１０２の外面と係合する。本発明の例示的な実施形態において、内面１２８と上流部分１０２の外面との係合は、これらの表面間で少なくとも一部が接触している摩擦嵌め型の接続である。この接続が緩すぎると、本発明の構造的完全性の改善の一部が十分に実現されないかもしれない。さらに、いくつかの例示的な実施形態において、内面１２８と肩係合部分１２５（すなわち、段差部分の内側コーナ部分）との間の移行部は面取りされ、またはそこに丸みが付けられている。これは、この接続点での応力集中を軽減するのに役立つ。
【００１５】
本発明の例示的な実施形態において、肩部分１０７の半径方向の高さ（すなわち、半径方向の厚さ）は、ディフューザ１２０と内部ガンチューブ１０１との接続部において、内部ガンチューブ１０１の上側部分１０２の外径の１０〜２０％の範囲内である。他の例示的な実施形態において、半径方向の高さは１０〜１５％の範囲内である。このような半径方向の高さ（先端部分１１０の外面と上側部分１０２の外面との間の距離）は、十分な構造的安定性を提供し、その一方で、ガンチューブ１０１の構造的完全性は確実に保たれる。さらに、他の例示的な実施形態において、内面１２８の長さは、肩部分１０７の半径方向の高さと少なくとも同じか、それより長い。すなわち、内部ガンチューブ１０１上のロッキング部分１２３の内面１２８の長さは、チューブ１０１の先端部分１１０と上流部分１０２との間の高さの差と少なくとも同じか、それより長い。本発明の例示的な実施形態において、内面１２８は肩部分１０７より、ロッキング肩部分１０７の０〜４５％の範囲の距離だけ長い。本発明の他の例示的な実施形態において、内面１２８は肩部分１０７より、ロッキング肩部分１０７の高さの２０〜４５％の範囲の距離だけ長い。内面１２８をロッキング肩部分１０７の高さより長くすることによって、ディフューザ１２０と内部ガンチューブ１０１との間の曲げ強度が大幅に増大する。しかしながら、内面１２８の長さが長くなりすぎると、構成部品間で所望の構造的完全性を実現するような所望の嵌りを保証しにくくなるであろう。
【００１６】
上述の接続構造により、ノズル／ディフューザに不注意でかけられた負荷または力はすべて、内部ガンチューブ１０１のより厚い部分（すなわち、上流部分）１０２に直接向けられる。このような接続構造は、これまではガン／トーチ構成に採用されていなかった。いくつかの既知の接続方法では、ディフューザは内部ガンチューブの狭い部分にしか連結されない。このような接続構造では、ノズル／ディフューザにかかる負荷はすべて、ガンチューブの中のより薄い部分にしか向けられず、それがガンチューブに大きな損傷を与える可能性があり、時には交換が必要となる。本明細書で説明されている接続構造により、トーチに対する側方負荷と軸方向負荷のどちらにも対しても大きな耐力を有する構成が実現される。実際に、本明細書で説明されるように構成されたトーチは、構成部品の厚さをそれほど厚くせずに、既知のトーチの２倍の衝突負荷に耐えられる。本明細書に記載されている構造により、力と衝突の負荷は、より簡単に内部ガンチューブ１０１の上側部分へと向けられ、それによって構造はより安定なものとなる。図３は、上述のディフューザ１２０の斜視図を示す。
【００１７】
本発明の他の例示的な実施形態が図４に示されている。この実施形態において、ディフューザ１２０は、ディフューザ１２０の外面上に破壊溝２００をさらに含む。図４に示されるように、この溝２００は、ディフューザ１２０の端空洞１３１の下流に配置されてもよい。破壊溝２００によってディフューザ１２０に脆弱箇所ができ、それによって、力または負荷がトーチの先端に加わったときにディフューザ１２０は破壊溝２００で折れる。これによってディフューザは壊れるが、ディフューザ１２０の上流にある溶接システムの構成部品はすべて保護され、ノズル部品等、トーチの端にある構成部品が保護される。すなわち、溝２００は、トーチアセンブリ１００が閾値を超える衝突負荷または力を受けたときに、ディフューザ１２０の下流部分（溝２００の下流）が内部ガンチューブ１０１に連結されたままのディフューザ１２０の上流部分から切り離される。このような特徴によって、上流側の構成部品、例えばロボットアーム部品やトーチのグースネック部分その他は、衝突が起こっても損傷を受けない。例示的な実施形態において、溝の形状と深さは、最適な破壊状態が達成されるように選択される。例えば、例示的な実施形態において、破壊溝２００の深さは、溝２００の先端地点におけるディフューザ１２０の壁厚の３５〜６５％の範囲内である。さらに、例示的な実施形態において、溝２００は溝に向かって尖った、または狭い底面（すなわち、Ｖ字溝）２００を有する。これは図４に示されており、同図は溝２００を三角形として示している。このような形状は応力を溝２００に集中させるのを助け、それによって、ディフューザ１２０は所望の位置で壊れる。もちろん、溝２００は、所望の破壊能力が実現されるかぎり、他の形状であってもよい。
【００１８】
図５は、本発明の典型的なトーチまたはガンアセンブリを示しており、グースネック部分１０も示されている。
【００１９】
本発明の特許請求されている主題を、特定の実施形態に関して説明してきたが、当業者であれば、特許請求されている主題の範囲から逸脱することなく、各種の変更を加えてもよく、また等価物と置換してもよいことがわかるであろう。さらに、特定の状況または材料を特許請求されている主題の教示に適応させるために、その範囲から逸脱することなく、各種の改良を加えてもよい。したがって、特許請求されている主題は開示されている特定の実施形態に限定されず、特許請求されている主題は付属の特許請求の範囲内に含まれるすべての実施形態を包含することが意図される。
【符号の説明】
【００２０】
１００  トーチアセンブリ
１０１  ガンチューブ
１０２  本体部分
１０３  絶縁材
１０７  ロッキング肩部分
１０８  先端
１１０  先端部分
１２０  ディフューザ
１２２  ディフューザ空洞
１２３  ロッキング部分
１２５  肩係合部分
１２７  延長部分
１２８  内面
１２９  肩部分
１３０  コンタクトチップ
１３１  空洞
１４０  ノズル
１４１  内側ノズル部品
１４３  絶縁部分
１４５  外側ノズル部分
２００  溝
【図１】
0006480942.tif 000002
【図２】
0006480942.tif 000003
【図３】
0006480942.tif 000004
【図４】
0006480942.tif 000005
【図５】
0006480942.tif 000006