(57)【要約】【課題】狭開先の溶接を高品質で実施可能にするとともに、簡単な構造にしてメンテナンスを容易にしたガスシールドアーク溶接トーチを提供すること。【解決手段】シールドガスを噴出するトーチノズル２１と、トーチノズル２１内に配設された内筒３０に挿設されている溶接ワイヤ１１とを具備してなるガスシールドアーク溶接トーチ２０において、トーチノズル２１が、シールドガスを噴出する端部ノズル２２とノズル本体２３とを軸方向に分割した別体構造とされ、ノズル本体２３と端部ノズル２２との間に可撓性及び耐熱性を有する絶縁変形体２４を介装することにより、溶接ワイヤ１１をトーチ本体の軸線上に固定した状態で、ノズル本体２３に対して端部ノズル２２を変位可能に連結した。【選択図】図１
2008200723.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドガスを噴出するトーチノズルと、該トーチノズル内に配設された内筒に挿設されている電極棒とを具備してなるガスシールドアーク溶接トーチにおいて、
前記トーチノズルが、シールドガスを噴出する端部ノズルとノズル本体とを軸方向に分割した別体構造とされ、
前記ノズル本体と前記端部ノズルとの間に可撓性及び耐熱性を有する絶縁変形体を介装することにより、前記電極棒を前記トーチ本体の軸線上に固定した状態で、前記ノズル本体に対して前記端部ノズルを変位可能に連結したことを特徴とするガスシールドアーク溶接トーチ。
【請求項２】
補助シールドガス用ノズルを備え、該補助シールドガス用ノズルが、シールドガスを噴出する端部ノズルとノズル本体とを軸方向に分割した別体構造とされ、前記ノズル本体と前記端部ノズルとの間に可撓性及び耐熱性を有する絶縁変形体を介装して前記ノズル本体に対して前記端部ノズルを変位可能に連結されていることを特徴とする請求項１に記載のガスシールドアーク溶接トーチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶融金属や溶接部位を空気から遮断しながら、良質な溶接を行えるようにしたガスシールドアーク溶接に使用するトーチ構造に係り、特に、トーチ軸線を挿通する電極に母材と同種の金属棒（溶接ワイヤ）を用いるミグ（ＭＩＧ）溶接や、マグ（ＭＡＧ）溶接のいずれにも適用可能なガスシールドアーク溶接用トーチに関する。
【背景技術】
【０００２】
ガスシールドアーク溶接のうち、たとえば図７に示すミグ（ＭＩＧ）溶接は、通常ワ−ク（アルミニウム母材等）Ｗの端部がＶ字あるいはレ型状に加工された開先１内をガスシールドアーク溶接用トーチ（以下、「溶接トーチ」と呼ぶ）１０の先端から電極となる溶接ワイヤ１１と非酸化性のシールドガス（アルゴンガス等）の両方を同時に送給しながら溶接を行う方法である。
このようなガスシールドアーク溶接では、開先角度αの大きさに応じて溶接ワイヤ１１やシ−ルドガス等の総供給量及び溶接工数等が決まるので、工費低減のためには開先角度αをできるだけ小さくすることが望ましい。このため、溶接トーチ１０先端の端部ノズル１２もできるだけ小さくし、また、溶接トーチ１０の先端に突き出す溶接ワイヤ１１の長さ（エクステンション長さ）もできるだけ短くする等の工夫がされている。
【０００３】
一方、上述したガスシールドアーク溶接では、たとえば図８及び図９に示すように、溶接トーチ１０を開先１の範囲内でオシレート（揺動）しながら溶接している。すなわち、溶接トーチ１０を保持するロボットアーム等の装置は、溶接トーチ１０を開先１の幅方向（図中の白抜矢印１３）へオシレートさせながら溶接方向（図中の白抜矢印１４）へ走行移動して溶接を行っている。なお、図中の符号１５は溶接金属である。
また、ノズルとトーチ本体との間に弾性部材を設けることにより、ノズルと固定物との接触による衝撃力を的確に吸収し、溶接トーチの破損や誤動作等を防止して良質な溶接を効率よく行うことができるノズル角度可変型溶接トーチが提案されている。
（たとえば、特許文献１及び２参照）
【特許文献１】特開平５−２２０５７６号公報
【特許文献２】実公平５−２９８号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
しかしながら、上述した従来技術によれば、たとえば図９（ｂ）に示すように、工費低減等の目的で開先１を狭める（開先角度αを小さくする）と、端部ノズル１２の揺動可能範囲に制約を受ける。すなわち、端部ノズル１２が開先１の壁面に当接することで、溶接ワイヤ１１の先端の揺動可能範囲はＬ′となる。このため、必要な揺動範囲を確保することができず、従って、溶融金属１５′の両端には、溶け込みを得られない溶込不良部分１６が生じてしまう。すなわち、図９（ａ）に示す開先１が広い場合の良好な溶接金属１５と比較すると、開先１の両壁面付近には、溶接ワイヤ１１が到達しないことに起因する溶込不良部分１６が形成されている。このような溶込不良部分１６は、開先角度が小さい開先１の溶接箇所に融合不良を生じる原因になる。
【０００５】
上述した溶込不良部分１６の低減対策として、端部ノズル１２の先端部側が細くなるように傾斜面１２ａを形成した先細ノズルを採用することも可能ではあるが、たとえば溶接ワイヤ１１等の制約により、端部ノズル１２の先端部を細径化するには限界がある。
このような背景から、狭開先の溶接を高品質で実施可能になり、しかも、簡単な構造でメンテナンスを容易にしたガスシールドアーク溶接トーチの開発が望まれる。
本発明は、上記の事情に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、狭開先の溶接を高品質で実施可能にするとともに、簡単な構造にしてメンテナンスを容易にしたガスシールドアーク溶接トーチを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明は、上記の課題を解決するため、下記の手段を採用した。
本発明に係るガスシールドアーク溶接トーチは、シールドガスを噴出するトーチノズルと、該トーチノズル内に配設された内筒に挿設されている電極棒とを具備してなるガスシールドアーク溶接トーチにおいて、
前記トーチノズルが、シールドガスを噴出する端部ノズルとノズル本体とを軸方向に分割した別体構造とされ、前記ノズル本体と前記端部ノズルとの間に可撓性及び耐熱性を有する絶縁変形体を介装することにより、前記電極棒を前記トーチ本体の軸線上に固定した状態で、前記ノズル本体に対して前記端部ノズルを変位可能に連結したことを特徴とするものである。
【０００７】
このようなガスシールドアーク溶接トーチによれば、トーチノズルが、シールドガスを噴出する端部ノズルとノズル本体とを軸方向に分割した別体構造とされ、ノズル本体と端部ノズルとの間に可撓性及び耐熱性を有する絶縁変形体を介装することにより、電極棒をトーチ本体の軸線上に固定した状態で、ノズル本体に対して端部ノズルを変位可能に連結した構成としたので、トーチノズルを揺動させて溶接する場合、端部ノズルが溶接部の開先壁面と当接すると折曲されて変位する。しかし、電極棒の先端はトーチ本体の軸線上に保持されるため、電極棒の先端が揺動方向の移動可能範囲に受ける制約は、絶縁変形体の折曲により低減される。
【０００８】
上記の発明においては、補助シールドガス用ノズルを備え、該補助シールドガス用ノズルが、シールドガスを噴出する端部ノズルとノズル本体とを軸方向に分割した別体構造とされ、前記ノズル本体と前記端部ノズルとの間に可撓性及び耐熱性を有する絶縁変形体を介装して前記ノズル本体に対して前記端部ノズルを変位可能に連結されていることが好ましく、これにより、補助シールドガス用ノズルが噴出するシールドガスにより、開先が狭い場合の溶接でも十分なシールド性を確保することができる。
【発明の効果】
【０００９】
上述した本発明によれば、電極棒の先端が揺動して溶接する揺動可能範囲の制約を小さくすることができるので、狭開先の溶接をする場合においても、良好な溶接金属を確実に形成できる溶接可能範囲を広げることができる。また、絶縁変形体により連結された別体構造の補助シールドガス用ノズルを設けたので、十分なシールドガスにより良好なシールド性を確保し、良好な溶接金属のビードを形成して溶接することができる。従って、狭開先の溶接を高品質に実施可能となり、しかも、簡単な構造でメンテナンスを容易にしたガスシールドアーク溶接トーチを提供できるという顕著な効果が得られる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１０】
以下、本発明に係るガスシールドアーク溶接トーチの一実施形態を図面に基づいて説明する。
図１に示すガスシールドアーク溶接トーチ（以下、「溶接トーチ」と呼ぶ）２０は、シールドガスを噴出するトーチノズル２１と、該トーチノズル２１内に配設された内筒３０に挿設されている溶接ワイヤ（電極棒）１１とを具備している。
内筒３０の先端部側には、溶接ワイヤ１１に通電するコンタクトチップ３１が取り付けられている。なお、トーチノズル２１と内筒３０との間には、所定の隙間が形成されている。
【００１１】
トーチノズル２１は、軸方向に二分割した端部ノズル２２及びノズル本体２３の別体構造とされる。一方の端部ノズル２２は、トーチノズル２１の先端部側に位置してシールドガスを噴出する部分である。
別体構造のトーチノズル２１は、ノズル本体２３と端部ノズル２２との間に可撓性及び耐熱性を有する絶縁変形体２４を介装して連結されている。このため、トーチノズル２１は、溶接ワイヤ１１をノズル本体２３及び溶接トーチ２０の軸線上に固定した状態を維持するとともに、図中に想像線で示したように、端部ノズル２２が絶縁変形体２３の連結部分で折曲されてノズル本体２３に対し変位可能となる。なお、端部ノズル２２の外周側には、たとえば図３に示すように、先端部側の径を小さくする傾斜面２２ａを形成することが好ましい。
【００１２】
上述した絶縁変形体２４には、たとえばシリコンゴムチューブやフッ素ゴムチューブ、あるいはシリコンゴムやフッ素ゴムを蛇腹状の筒に成形したものが使用される。
これは、絶縁変形体２４を取り付ける位置付近において、溶接時の温度が１００℃〜１５０℃程度の高温となり、さらに、端部ノズル２２がコンタクトチップ３１と接触する可能性があるためである。従って、ノズル本体２３に対して端部ノズル２２を折曲可能とする柔軟な可撓性を有する絶縁変形体２４は、端部ノズル２２とノズル本体２３との間を絶縁可能な絶縁性を有するとともに、溶接時の高温に耐えうる耐熱性を備えていることが必要になる。なお、シリコンゴム及びフッ素ゴムはともに絶縁性の高い素材とされ（日本工業規格／ＪＩＳ  Ｋ  ６２７１参照）、さらに、シリコンゴムの使用可能温度は２８０℃程度まで、フッ素ゴムの使用可能温度は３００℃程度までとされる。
【００１３】
上述した構成の溶接トーチ２０は、開先角度を狭くしたアルミニウム母材等のワークＷに開先１を形成して溶接する場合、図２及び図３に示すように、白抜矢印１３の方向に揺動して端部ノズル２２の傾斜面２２ａが開先壁面に当接すると、絶縁変形体２２の変形によりノズル本体２３に対して折曲される。このような端部ノズル２２の折曲は、内筒３０及び溶接ワイヤ１１を溶接トーチ２０の軸中心に保持したままなされる。すなわち、開先１の壁面に当接して折曲変形するのは、端部ノズル２２のみとなる。
このため、溶接ワイヤ１１の先端が開先１内で揺動可能な範囲Ｌは、傾斜面１２ａを設けた従来構造のＬ′（図９（ｂ）参照）よりさらに広がって大きくなる（Ｌ＞Ｌ′）。このとき、トーチノズル２０とともに内筒３０も折曲される構造とすれば、折曲時には溶接ワイヤ１１の先端が開先１の中心を向くように内向きに変化するので、その分揺動可能範囲が小さくなるため好ましくない。
【００１４】
この結果、開先１の開先角度を小さくしても必要な揺動可能範囲Ｌを確保できるので、溶接ワイヤ１１の先端が適切な位置に存在する状態で溶接を行い、良好な溶込が得られる良好な溶接金属１５を確実に形成することができる。従って、上述した構成の溶接トーチ２０は、溶接ワイヤ１１やシールドガスの供給量及び溶接工数が少なくてすむ開先角度の小さい溶接を高品質に実施可能となる。
また、上述した構成の溶接トーチ２０は、絶縁変形体２４により連結した分割構造が単純であるから、すなわち、絶縁変形体２４に端部ノズル２２及びノズル本体２３の端部を嵌合するだけの簡単な構造であるから、スラッジ除去等のメンテナンスも容易である。
【００１５】
ところで、上述した構成の溶接トーチ２０は、たとえば図４に示すように、端部ノズル２２の先端からシールドガスＳを噴出させてシールドした状態で溶接する。このとき、溶融部の過熱により上昇気流が発生し、この上昇気流に起因する煙突効果により溶接部の溶接金属１５の溶融部分１５ｈがシールドガスＳによって十分にシールドされずに露出する場合がある。このようなシールド不良が生じると、高融点酸化物の生成による溶込不良や、ガス巻き込みによるブローホールが形成されることにより、シールド不良のビードが形成されるという不具合が懸念される。なお、図４において、図中の符号ＷｈはワークＷが温められた部分である。
【００１６】
そこで、上述したシールド不良を防止するため、図５に示す他の実施形態の溶接トーチ２０Ａは、トーチノズル２１が移動する溶接方向（白抜矢印１４）の下方に、一体に揺動及び移動する補助シールドガス用ノズル４０を備えている。この補助シールドガス用ノズル４０は、シールドガスを噴出する端部ノズル４１とノズル本体４２とを軸方向に分割した別体構造とされ、ノズル本体４２と端部ノズル４１との間には可撓性及び耐熱性を有する絶縁変形体４３が介装されている。なお、図５において上述した実施形態と同様の部分には同じ符号を付し、その詳細な説明は省略する。
すなわち、溶接トーチノズル２０Ａは、トーチノズル２１に使用したものと同様の絶縁変形体４３により、ノズル本体４２に対して端部ノズル４１が揺動方向の変位が可能に連結されている。なお、端部ノズル４１については、上述した端部ノズル２２と同様に、先端部の径を小さくするように傾斜面４１ａ（図６参照）を形成することが好ましい。
【００１７】
このような構成とすれば、溶接トーチノズル２０Ａが揺動する際には、トーチノズル２１と補助シールドガス用ノズル４０とが一体に揺動するので、補助シールドガス用ノズル４０から噴出したシールドガスＳ１が溶接部過熱による上昇気流を受けて上昇し、トーチノズル２１から噴出したシールドガスＳによりシールドできないシールド不良の解消が可能となる。すなわち、補助シールドガス用ノズル４０から噴出されて上昇するシールドガスＳ１は、シールドガスＳから露出していた溶融部分１５ｈの下部を確実にシールドすることができる。
【００１８】
こうしてシールド不良が解消されると、高融点酸化物の生成による溶込不良や、ガス巻き込みによるブローホールの形成を防止できるので、シールド不良のビードが形成されるという不具合を防止することができる。従って、上述した構成の溶接トーチ２０Ａは、溶接ワイヤ１１やシールドガスの供給量及び溶接工数が少なくてすむ開先角度の小さい溶接を行う際、シールド不良を防止してより一層高品質なビードを形成することができる。
【００１９】
このように、上述した本発明によれば、溶接ワイヤ１１の先端が揺動して溶接する揺動可能範囲の制約を小さくすることができるので、狭開先の溶接をする場合においても、良好な溶接金属１５を確実に形成できる溶接可能範囲を広げることができる。また、絶縁変形体４３により連結された別体構造の補助シールドガス用ノズル４０を設けたので、十分なシールドガスＳ，Ｓ１により良好なシールド性を確保し、良好な溶接金属１５のビードを形成して溶接することができる。従って、上述した溶接トーチ２０，２０Ａは、狭開先の溶接を高品質に実施可能とし、しかも、簡単な構造でメンテナンスが容易である。
なお、本発明は上述した実施形態に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲内において適宜変更することができる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
【図１】本発明に係るガスシールドアーク溶接トーチの一実施形態を示す断面図である。
【図２】図１のガスシールドアーク溶接トーチを用いて溶接する動作を示す斜視図である。
【図３】本発明の作用を示す説明図で、ガスシールドアーク溶接トーチが揺動した状態を示している。
【図４】図１のガスシールドアーク溶接トーチを用いた溶接で生じるシールド不良を示す説明図である。
【図５】本発明に係るガスシールドアーク溶接トーチについて、他の実施形態を示す斜視図である。
【図６】図５に示したガスシールドアーク溶接トーチがシールド不良を解消することを示す説明図である。
【図７】ガスシールドアーク溶接の一例として、狭開先のミグ（ＭＩＧ）溶接を示す断面図である。
【図８】従来のガスシールドアーク溶接トーチを用いて溶接する動作を示す斜視図である。
【図９】本発明の課題を説明する図であり、（ａ）は開先が広い場合の良好な溶接金属を示し、（ｂ）は開先が狭い場合に溶込不良部分が生じた溶接金属を示している。
【符号の説明】
【００２１】
１    開先
１１    溶接ワイヤ
２０，２０Ａ    ガスシールドアーク溶接トーチ
２１    トーチノズル
２２，４１    端部ノズル
２３，４２    ノズル本体
２４，４３    絶縁変形体
４０    補助シールドガス用ノズル
【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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【図７】
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【図８】
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【図９】
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