(57)【要約】      （修正有）【課題】ＴＩＧ溶接に対する摺熟度が不十分な作業者の溶接作業やまた一方では、視界が十分届かない狭隘な場所など、溶接環境が悪いところでの溶接作業においても、十分な溶接品質を確保できるＴＩＧ溶接用のトーチを提供する。【解決手段】位置制御装置４４では、ＴＩＧ溶接作業を始めるときでタッチスタートして、本電流が流れたのちアーク電圧は、ＡＶＣ装置が作る電圧は、距離の大きさを表す位置情報を有していることがわかる。位置制御装置４４では、ＡＶＣ装置の電圧が一定になるようにトーチ電極の位置制御を行うものである。すなわち距離が大きくなって、電圧が高くなろうとすると、距離が小さくなる方向に位置を変え、電圧が目標値になったとき、位置変化も停止する。このように、トーチ電極とワーク５２の距離の変化がない状態を作ることにより、溶接作業を助けると共に溶接品質を確保するものである。【選択図】図５
0003185500.tif 000002
【実用新案登録請求の範囲】
【請求項１】
ＴＩＧ溶接時、作業者が握るトーチのホールダ本体に対し、トーチ本体を移動可能なように、電極およびこれに連結された溶接用電源ラインや冷却水配管を一体にし、トーチ本体の外周部を囲むように摺動機構を設け、トーチ本体に取り付けられた電動式アクチュエータにより、ホールダ本体との相対位置を変化させることが可能なようにし、その相対位置を検出するためのポテンシオメータを設け、タッチスタート時に、ＴＩＧ溶接機の制御用ＡＶＣ装置が出力する電極の電圧が一定となるように、トーチ電極の位置を制御することを特徴とするＴＩＧ溶接装置用トーチ。
【請求項２】
請求項１に示すＴＩＧ溶接装置用トーチにおいて、ホールダ本体とワークとの関係位置を一定に保持し易いようにホールダ本体にガイド棒を設けること。
【考案の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】本考案はＴＩＧ溶接装置を利用して、手溶接を行うときに用いるトーチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】図６〜図９に従来より一般的に用いられている溶接装置および手溶接装置用のトーチの関係を示す。図９は、ＴＩＧ溶接機とＴＩＧ溶接機とＴＩＧ溶接装置用のトーチの関係を示す模式図である。図９において、ＴＩＧ溶接機１１５で、溶接用の電力を供給する電源装置を１１６、トーチの電極を冷却するための冷却水装置１１７およびシールドガス装置１１８が内蔵されている。そして、電源装置１１６の出力は、銅管でできている冷却水供給管１１３に接続され、これを通して図６に示すトーチ本体１０２、電極支持体１０３、コレット１０４、を経て電極１０１伝導される。【０００３】冷却水装置１１７は、トーチ本体１０２、および電極１０１に生ずるジュール熱および溶接時に伝わってくる熱を除去するための冷却水を供給し、冷却後の水を排水するものである。シールドガス装置１１８、溶接時に電極１０１およびワーク１２０の溶接部を不活性ガスで覆い、酸化物の混入を防止するためのシールドガスを供給するものである。【０００４】ＡＶＣ装置は、溶接時、電極１０１とワーク１２０の間に発生するアークを安定させるものである。ＡＶＣ装置を簡単に説明すると、溶接を開始するとき、図９においてＴＩＧ溶接機１１５のメインスイッチを投入し、そして順次シールドガス装置１１８、冷却水装置１１７、そして、最後に電源装置１１６を起動させ、溶接準備完了状態にし、トーチ電極１０１をワーク１２０に接触させておき、この状態から静かにトーチ電極１０１を上方に上げた瞬間に、アークが発生するようにし、同時にこのときの電圧を検出し、もし手動溶接中にワーク１０２との距離が大きくなり、トーチ電極１０１の電流が小さくなっていた場合は、電圧を高くして、アークの安定を図る。そして、もし距離が小さくなり、電流が大きくなっていた場合は、電圧を下げて、一定の電流になるように制御する。このように、起動時にはじめて、アークを発生したときの電圧を基に、距離の大きさに対応し、一定の電流になるように電圧を制御する装置である。【０００５】図６は、従来より一般に使用されているＴＩＧ溶接用トーチの横断面である。また、図７は図６のＥ−Ｅ断面図、図８はＦ−Ｆ断面図である、冷却水供給管１０９および冷却水排水管１１０は、前述の冷却水装置１１７に連結されている。シールドガス管１１１は、シールドガス装置１１８に連結されている。また、冷却水供給管１０９は、絶縁体で被服された銅管で作られており、これに溶接用の電気を流すことが可能なように電源装置１１６の出力端子に接続されている。トーチ本体１０２に、前述の冷却水供給管１０９、冷却水排管１１０、シールドガス管１１１がロウ付けされている。またトーチ本体１０２には、電極支持体１０３およびトーチキャップ１０６が、ねじ締結されている。そして、電極支持体１０３には、コレット１０４、コレット締付具１０５によって、トーチ電極１０１が、トーチ本体１０２に締結固定されている。電極支持体１０３の外周部を包むようにノズル１０８が設けられ、トーチ本体１０２に締結されている。【０００６】冷却水供給管１０９は、トーチ本体１０２に設けられ密封されたリング状の溝に連結されており、このリング状溝には、冷却水供給管１０９の取付位置よりやや隔れたところに冷却水排水管１１０が連結されている。トーチキャップ１０６は、絶縁材料で作られており、トーチ電極１０１を覆い、トーチ電極１０１に通電中の漏電や感電を防止する。【０００７】トーチ本体１０２は、絶縁材料で作られた絶縁ホールダ１０７の中に取付けられ、絶縁ホールダ１０７の下方は、冷却水供給管１０９、冷却水排水管１１０、シールドガス管１１１を覆うようにし、溶接時にはここを握りトーチ電極１０１とワーク１２０に対し一定のすきまを保持するように操作される。【０００８】冷却水供給管１０９、冷却水排水管１１０、シールドガス管１１１には、冷却水供給管継手１１２、冷却水排水管継手１１３、シールドガス管継手１１４が設けられており、図示されていないがＴＩＧ溶接機１１５のそれぞれの元管すなわち冷却水供給元管１２６、シールドガス元管１２７に接続される。そしてトーチ本体１０２を支持している絶縁ホールダ１０７の動きを拘束しないような柔軟性を保つように、十分な長さを有している。【０００９】ＴＩＧ溶接を行うときは、前述のようにＴＩＧ溶接機１１５の電源装置１１６、冷却水装置１１７、シールドガス装置１１８のスイッチと弁を起動状態にし、図９に示すように、トーチの絶縁ホールダ１０７を溶接用手袋と通して保持し、ワーク１２０に接近させて、アークを発生させ、反対の手に同様に溶接用手袋をして、溶接棒１２１を持ち、アークの中にそう入し、溶融しながら溶接を進めていく。このとき、トーチ電極１０１に流れる電流のためトーチ電極１０１、トーチ本体１０２がジュール熱で加熱されると共に、アークの輻射熱も加わるが、トーチ本体１０２を流れる冷却水により冷却される。また供給されるシールドガスは、トーチ本体１０２を流れる冷却水により冷却される。また供給されるシールドガスは、トーチ本体１０２の中心部から、前部電極支持体１０３と、トーチ電極１０１で作る環状の狭いすきまを通り、コレット１０４のスリ割りのすきまを通って、絶縁カバー１０８の内側を流れ、ワーク１２０に向け、噴射される。そして、このシールドガスによって、溶接中の溶融している金属を覆い、周りの空気との接触を防ぎ、酸化を防止することができる。【００１０】溶接作業を続けている間にトーチ電極１０１の先端は損耗するので、このときは絶縁カバー１０８をはずし、コレット締付具１０５をゆるめ、トーチ電極１０１を引き出し長さを調整し、コレット１０４をコレット締付具１０５を締め付けることにより、同じような姿勢で溶接作業を行うことが可能となる。
【考案が解決しようとする課題】
【００１１】  ＴＩＧ溶接機１１５において、ＡＶＣは溶接品質や溶接作業能率を保持するためには非常に有効であるが、それでも十分とはいえず作業者の技量に依存するところが大きい。また、例えば配管の溶接などで、溶接作業が狭隘なため、十分な視界が得られず、ミラーを用いて、反射映像を頼りに溶接作業をしなければならないことがあり、このようなときは、トーチ電極１０１とワーク１２０との距離が一定にできないためビートが不均一となったり、あるときは距離がゼロになり、トーチ電極１０１が溶融した金属と溶着し、トーチ電極１０１を引き離しても、トーチ電極１０１の材料の一部が溶接部に残留するので溶接品質を確保するため、グラインダーなどでこれを取り除いた後、再び溶接作用を続けて実施しなければならず、溶接作業能率を著しく低下させてしまうという問題がある。
【課題を解決しようとする手段】
【００１２】前述の課題を解決するため、本考案では、次のような構成を採用する。ＴＩＧ溶接時に作業者が握るホールダ本体に対し、トーチ本体をトーチ電極の長手方向に移動可能なように、トーチ電極およびこれに連結された溶接用電源ライン、冷却水供給管、シールドガス管を一体にし、トーチ本体の外周部を囲むように摺動機構を設け、トーチ本体に取付けられた電動式アクチュレータにより、ホールダ本体との間の相対的な位置を変化させることが可能な構造にする。
【００１３】そして、ＴＩＧ溶接作業を開始するときに行うタッチスタート時に、ＴＩＧ溶接機のＡＶＣ装置が設定しているトーチ電極の電圧が一定となるように、トーチ本体の位置を制御することによって、ＴＩＧ溶接作業時、トーチ電極とワークの相対的な距離が変化して、ＡＶＣ装置の電圧が変化しようとするとき、トーチ本体が移動し、電圧が一定になる距離を保ち、アークの安定を図るようにする。
【効果】
【００１４】ＴＩＧ溶接の作業者が握っているホールダ本体の位置がワークに対し不用意に位置が変化しても、トーチ電極の位置が自動制御されるため、トーチ電極とワークの距離が一定に保たれるので、安定したアークが維持される。その結果、溶接品質が保持されると共に、アークが消えたり、トーチ電極がワークに接触し、溶接中の金属にトーチ電極の先端が溶着することはない。
【考案実施の形態】
【００１５】以下、本考案実施の形態について図１〜図５に沿って説明する。図の中の符号は、いずれの図でも同じものを用いている。
【００１６】図１は、本考案のＴＩＧ溶接用トーチの横断面図で、図２は図１のＡ−Ａ断面図で、図３はＣ−Ｃ段目図、図４はＤ−Ｄ断面図である。また図５は、ＴＩＧ溶接装置全体の中でのトーチやＴＩＧ溶接機とそれぞれの装置の概念を示す図である。図１において、トーチ本体２に対し、電極支持体３、コレット４およびコレット締付具５によりトーチ電極１が締付けられ、固定されている。トーチ本体２、電極支持体３、コレット４およびコレット締付具５は電気の良導体材料で作られている。一方後部トーチカバー６は絶縁材料で作られており、トーチ電極１を支持すると共に、電気絶縁とし、作業者がトーチ電極１に触れ電感するのを防止する。トーチ本体２に対し、図１に示すように、下方に３本の配管すなわち冷却水供給管２３、冷却水排水管２４、シールドガス管２５が、ロウ付されている。それぞれの配管は冷却水供給管継手２７、冷却水排水管継手２８、シールドガス管継手３４を介して図５に示すＴＩＧ溶接機４０に内蔵されている冷却水装置４２、シールドガス供給装置４３に対し、冷却水元管４７、シールドガス元管４６を介して連結されている。また電源装置４１の出力は冷却水装置４２から出ている冷却水元管４７そして冷却水供給管２３に接続されており、これを通じて、トーチ本体２に伝えられる。トーチ本体２に上記３本の配管が取付けられているが、これらの配管とホールダ本体２１の間には空間を設けており、トーチ本体２の図１において左右方向の限られた範囲の移動に対し拘束しない構造としている。トーチ本体２は図３、図４に示すように矩形断面をしており、トーチ本体ガイド７およびトーチガイド台９で構成される矩形の空間に嵌装され、図３、図４では表示されていないが、小さなすきまを介しており、トーチ電極１の長手方向に、摺動可能となっている。トーチ本体２の下部にはアクチュエータめねじ部１２が締結されており、アクチュレータねじ棒１３がねじ込まれている。アクチュエータねじ棒１３は、２個の軸受２９で支えられ、その中央に歯車１４が取り付けられ、これに伝えられる回転力により回転し、アクチュエータめねじ部１２を図１において左右に駆動することができる。歯車に対して、図２に示すように、電動機１７の回転が歯車１６を経て、歯車１４に伝えられる。また歯車１４の回転は歯車１５を経て、ポテンシオメータ１８の軸を回し、結果的にアクチュエータめねじ部１２の位置信号を発するような構造となっている。
【００１７】図６は本考案のＴＩＧ溶接機４０の実施例である。ＴＩＧ溶接機４０には、電源装置４１、冷却水装置４２、シールドガス装置４３に加えてトーチ電極１の位置制御をするための位置制御装置４４が設けられている。電源装置４１は、トーチ電極１に、ＴＩＧ溶接用の直流の電気を送るための装置で、商用の直流電源に接続される、タッチスタートの電圧の制御を行う。またＴＩＧ溶接作業時のアークを安定させるため、タッチスタート時の電圧を基に、トーチ電極１とワーク５２との間の距離の変化に伴なう電流の変化を検知し、電圧を加減して、一定の電流を流すための電圧制御を行う。この装置はＡＶＣ装置と呼ばれているものである。ＡＶＣ装置はトーチ電極１に送る電気の電圧を制御しているが、この電圧は、トーチ電極１とワーク５２の間の距離の大きさを表す位置情報でもある。それで、電圧を一定にすることが、結果的に距離を一定にすることになるので、電圧をリファレンス信号として位置制御を行う位置制御装置４４が設けられている。
【００１８】位置制御装置４４では、ＴＩＧ溶接作業を始めるときでタッチスタートして、本電流が流れたのちアーク電圧は、ＡＶＣ装置が作る電圧は、距離の大きさを表す位置情報を有していることがわかる。位置制御装置４４では、ＡＶＣ装置の電圧が一定になるようにトーチ電極１の位置制御を行うものである。すなわち距離が大きくなって、電圧が高くなろうとすると、距離が小さくなる方向に位置を変え、電圧が目標値になったとき、位置変化も停止する。このように、トーチ電極１とワーク５２の距離の変化がない状態を作ることにより、溶接作業を助けると共に溶接品質を確保するものである。
【００１９】本考案のＴＩＧ溶接用トーチにおいても、トーチ電極１とワーク５２の距離を一定に保持することは望ましい。そして、この距離を一定にするための位置制御をするが、位置制御の範囲があり、この限界を越えることはできない。一般のＴＩＧ溶接においては、アークの状況や、トーチ電極１とワーク５２の距離を目視し、マニュアルで調整するが、本考案のトーチでは、距離が自動的にほぼ一定に保たれるため、目視でも判断できないことがある。このため、ホールダ本体７とワーク５２の関係距離を一定に保つ必要があり、本考案のホールダ本体７には、ガイド棒３２が取付けられている。このガイド棒３２は、ベース部をガイド棒取付ねじ３５により締結されているので、必要に応じて位置や方向を変えることが可能である。ＴＩＧ溶接時は、ガイド棒３２をワーク５２または溶接用作業台５３に当てて、ホールダ本体７は静かに移動させることにより、ホールダ本体７とワーク５２の関係距離を大きく変化させずに移動することができる。
【００２０】シールドガス装置４３は、溶接作業前よりシールドガスを流し、トーチ電極１やワーク５２のまわりの空気を排除するための弁を開閉するものであるが、実施例では、溶接作業前後にマニュアル操作する装置とした。
【００２１】位置制御装置４４は、電源装置４１のＡＶＣ装置との関係は前述のとおりであるが、溶接作業が終わった段階で、トーチ本体２位置が自動的に中立位置に戻される。また、何かの都合で元電源が遮断されたようなときは、トーチ本体２の位置は、溶接作業最後の位置に留まっているが、ＴＩＧ溶接機４０の元スイッチが投入されたとき、トーチ本体２の位置は、自動的に中立位置に戻される。
【考案の効果】
【００２２】ＴＩＧ溶接において、トーチ電極１とワーク５２の距離を正しく一定に保つことは、ＴＩＧ溶接の品質確保と作業能率に不可欠である。これまで、距離を正しく一定に保つことは、溶接作業者の技量に依存してきたが、本考案のＴＩＧ溶接機によりトーチ電極１の位置を自動制御することにより、距離の補正がなされ、技量には影響されず、高い溶接品質を確保することができる。また環境の悪い場所でのＴＩＧ溶接作業を行わなければならないときは、十分な技量が発揮できず、不測のホールダ本体の動きが生じ、トーチ電極１とワーク５２の距離が変化しようとしても、位置制御装置が作動し、距離を補正してくれるので、ＴＩＧ溶接の品質が保たれると共に、距離が小さくなりすぎて、溶接金属にトーチ電極１が接触し、アークが消えるだけでなく、トーチ電極１が溶接部に溶着することもなく、作業能率を低下させることがない。
【図面の簡単な説明】
【００２３】
【図１】本考案のＴＩＧ溶接用トーチの横断面図で、トーチの構成を示す図である。図２の断面Ｂ−Ｂを示したものである。
【図２】図１の断面Ａ−Ａを示す図で、トーチの構成を示す図である。
【図３】図１の断面Ｂ−Ｂを示す図である。
【図４】図１の断面Ｄ−Ｄを示す図である。
【図５】本考案のＴＩＧ溶接用トーチを用いて溶接を行う場合の溶接機の構成と、トーチとの関係を概念的に示した図である。
【図６】従来より用いられているＴＩＧ溶接用トーチの横面図である。
【図７】図６の断面Ｅ−Ｅを示す図である。
【図８】図６の断面Ｆ−Ｆを示す図である。
【符号説明】
【００２４】図１〜５において
１  トーチ電極
２  トーチ本体
３  電極支持体
４  コレット
５  コレット締付部
６  トーチキャップ
７  トーチ本体カバー
８  ノズル
９  トーチ本体ガイド
１０  アクチュエータ前方支持台
１１  アクチュエータ支持台
１２  アクチュエータめねじ部
１３  アクチュエータねじ棒
１４  アクチュエータねじ棒歯車
１５  ポテンシオメータ軸歯車
１６  電動機軸歯車
１７  電動機
１８  ポテンシオメータ
１９  カバー
２０  ホールダ本体取付台
２１  ホールダ本体
２２  カバー取付ねじ
２３  冷却水供給管
２４  冷却水排出管
２５  シールドガス管
２６  配管支持体
２７  冷却水供給管継手
２８  冷却水排水管継手
２９  軸受
３０  シールドガス管継手
３１  サイドカバー
３２  ガイド棒
３３  電線ケーブル
３４  電機コネクター
３５  ガイド棒取付ねじ
４０  ＴＩＧ溶接機
４１  電源装置
４２  冷却水装置
４３  シールガス装置
４４  位置制御装置
４５  位置制御用電源ケーブル
４６  シールドガス元管
４７  冷却水元管
４８  トーチ電極電圧信号線
５０  電源アース線
５１  溶接棒
５２  ワーク
５３  溶接用作業台
５４  商用電源接続線
５５  冷却水源接続管
５６  シールドガス源接続管
【００３０】図６、図７、図８において
１０１  トーチ電極
１０２  トーチ本体
１０３  電極支持体
１０４  コレット
１０５  コレット締付具
１０６  トーチキャップ
１０７  ホールダ本体
１０８  ノズル
１０９  冷却水供給管
１１０  冷却水排出管
１１１  シールドガス管
１１２  冷却水供給管継手
１１３  冷却水排水管継手
１１４  シールドガス管継手
１１５  ＴＩＧ溶接機
１１６  電源装置
１１７  冷却水装置
１１８  シールドガス装置
１１９  ＴＩＧ溶接用アース線
１２０  ワーク
１２１  溶接棒
１２２  商用電源接続線
１２３  冷却水接続管
１２４  シールドガス接続管
１２５  トーチ電極電圧信号線
１２６  冷却水供給管元管
１２７  シールドガス管元管
【図１】
0003185500.tif 000003
【図２】
0003185500.tif 000004
【図３】
0003185500.tif 000005
【図４】
0003185500.tif 000006
【図５】
0003185500.tif 000007
【図６】
0003185500.tif 000008
【図７】
0003185500.tif 000009
【図８】
0003185500.tif 000010
【図９】
0003185500.tif 000011
【手続補正書】
【提出日】平成25年5月31日(2013.5.31)
【手続補正１】
【補正対象書類名】実用新案登録請求の範囲
【補正対象項目名】請求項２
【補正方法】変更
【補正の内容】
【請求項２】
請求項１に示すＴＩＧ溶接用トーチにおいて、ホールダ本体にガイド棒を設けたことを特徴とするＴＩＧ溶接用トーチ。
【手続補正２】
【補正対象書類名】明細書
【補正対象項目名】００２３
【補正方法】変更
【補正の内容】
【００２３】
【図面の簡単な説明】
【図１】本考案のＴＩＧ溶接用トーチの横断面図で、トーチの構成を示す図である。図２の断面Ｂ−Ｂを示したものである。
【図２】図１の断面Ａ−Ａを示す図で、トーチの構成を示す図である。
【図３】図１の断面Ｂ−Ｂを示す図である。
【図４】図１の断面Ｄ−Ｄを示す図である。
【図５】本考案のＴＩＧ溶接用トーチを用いて溶接を行う場合の溶接機の構成と、トーチとの関係を概念的に示した図である。
【図６】従来より用いられているＴＩＧ溶接用トーチの横面図である。
【図７】図６の断面Ｅ−Ｅを示す図である。
【図８】図６の断面Ｆ−Ｆを示す図である。
【図９】従来より用いられているＴＩＧ溶接用トーチを用いて、溶接を行う場合の溶接機の構成とトーチの関係を概念的に示した図である。