(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドガスを整流するラティス構造のガスレンズを備え、
前記ガスレンズは複数の梁が三次元状に繋ぎ合わされてなる立体的網目状格子構造を有し、
前記複数の梁は、位相を違えて厚み方向に積層された複数のメッシュシートを形成するように平面状に繋ぎ合わされた複数の横梁と、前記複数のメッシュシートの層間において前記複数のメッシュシートの格子点同士を繋ぐ複数の縦梁とを含む、
溶接トーチ。
【請求項２】
非消耗電極と、
前記非消耗電極を保持する電極ホルダと、
前記電極ホルダが挿入されるスリーブ、前記スリーブの周囲にシールドガス流路を形成する流路形成部、及び、前記非消耗電極の前記電極ホルダから延出した先端部の周囲にシールドガス案内空間を形成するノズルを有するトーチ本体とを、備え
前記ガスレンズが、前記トーチ本体の前記シールドガス流路と前記シールドガス案内空間とを隔てるように設けられている、
請求項１に記載の溶接トーチ。
【請求項３】
前記ガスレンズの内周部が前記スリーブの外周面と接続され、前記ガスレンズの外周部が前記ノズルの内周面と接続されている、
請求項２に記載の溶接トーチ。
【請求項４】
前記ガスレンズが、前記スリーブ及び前記ノズルと一体的に形成されている、
請求項２又は３に記載の溶接トーチ。
【請求項５】
前記シールドガス流路が、前記スリーブの周囲に形成され、前記ガスレンズに臨む内周流路と、前記内周流路の周囲に形成され、前記内周流路と隔壁により隔たれた外周流路とを含み、
前記隔壁に、前記外周流路から前記内周流路へのシールドガスの流入を許容する連通口が設けられている、
請求項２〜４のいずれか一項に記載の溶接トーチ。
【請求項６】
前記外周流路を、シールドガスの流入部を含む第１部分と、余の第２部分とに周方向に２分割したときに、前記第１部分の前記隔壁の開口率よりも、前記第２部分の前記隔壁の開口率が大きい、
請求項５に記載の溶接トーチ。
【請求項７】
前記内周流路を形成している壁に、前記外周流路から前記内周流路へ流入したシールドガスの流れを前記ガスレンズへ向けて偏向させる案内部が形成されている、
請求項５又は６に記載の溶接トーチ。
【請求項８】
前記非消耗電極は、電極軸部と、前記電極軸部から先端に向かって漸次縮径する電極テーパ部とを有し、
前記電極ホルダは、スリ割りの無いホルダ筒部と、前記ホルダ筒部の外周壁に形成された第１ネジ部と、前記ホルダ筒部の端部開口の一方を閉塞するホルダ頭部とを有し、
前記スリーブは、前記非消耗電極及び前記ホルダ筒部が挿入されるスリーブ入口と、前記第１ネジ部と螺合して前記電極ホルダの挿脱方向の移動を許容する第２ネジ部と、前記電極テーパ部の最小径よりも大きく且つ最大径よりも小さい内径のスリーブ出口とを有し、
前記スリーブに前記ホルダ筒部が挿入され、当該ホルダ筒部に前記電極軸部が挿入され、前記電極テーパ部が前記スリーブ出口の開口縁に当接し、前記電極軸部が前記ホルダ頭部に当接する、
請求項２に記載の溶接トーチ。
【請求項９】
チューブ同士の突合せ溶接を行う全姿勢溶接装置であって、
請求項１〜８のいずれか一項に記載の溶接トーチと、
前記溶接トーチを前記チューブの回りに回転させる回転機構とを、備える、
全姿勢溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、チューブの突合せ溶接を行う全姿勢溶接装置に好適な溶接トーチ、及びこの溶接トーチを備えた全姿勢溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】  従来、チューブ同士の突合せ溶接を自動的に行う全姿勢溶接装置が知られている。このような全姿勢溶接装置は、例えば、ボイラパネルなどの、複数のチューブが狭いピッチで配列される装置の製造に用いられることがある。特許文献１では、上記のような狭隘な間隙を通過できる溶接トーチとそれを備えた全姿勢溶接装置が開示されている。【０００３】  特許文献１の溶接トーチは、非消耗電極と、非消耗電極が挿入されるコレットと、トーチ本体と、高剛性の多孔質リングとを備えている。トーチ本体は、コレットに貫通される天井壁と、その天井壁及びコレットに面するシールドガス流路を取り囲む胴部とを有している。多孔質リングは、シールドガス流路を閉塞するようにトーチ本体の胴部に接合されており、コレットの先端と当接するテーパ状の内周面を有している。この溶接トーチでは、非消耗電極が挿入されたコレットの先端が多孔質リングの内周面によって縮径されることによって、非消耗電極がコレットに保持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２０１５−１７４１４１号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  特許文献１の溶接トーチの多孔質リングは、空隙率が３０〜６０％の剛体である。この多孔質リングは、例えば、３Ｄプリンタを用いて、原料として使用する金属粉末へのレーザー光の照射をパルス的に行うことによって、トーチ本体に一体的に形成される。
【課題を解決するための手段】
【０００６】  ところが、３Ｄプリンタを用いて上記手法で多孔質リングを形成する場合に、多孔質リングの空隙率を安定的に制御することが難しい。従って、特許文献１の溶接トーチには、歩留まり向上の点で改良の余地が残されている。【０００７】
そこで、本発明の一態様に係る溶接トーチは、シールドガスを整流するラティス構造のガスレンズを備え、前記ガスレンズは複数の梁が三次元状に繋ぎ合わされてなる立体的網目状格子構造を有し、前記複数の梁は、位相を違えて厚み方向に積層された複数のメッシュシートを形成するように平面状に繋ぎ合わされた複数の横梁と、前記複数のメッシュシートの層間において前記複数のメッシュシートの格子点同士を繋ぐ複数の縦梁とを含むことを特徴としている。  
【０００８】  また、本発明の一態様に係る全姿勢溶接装置は、チューブ同士の突合せ溶接を行う全姿勢溶接装置であって、前記溶接トーチと、前記溶接トーチを前記チューブの回りに回転させる回転機構とを、備えることを特徴としている。【０００９】  上記溶接トーチ及び全姿勢溶接装置では、ガスレンズがラティス構造を有している。ガスレンズをラティス構造とすることにより、３Ｄプリンタを用いて造形されたガスレンズに規則的な空隙が形成される。そのため、ガスレンズが多孔質体である場合と比較して、ガスレンズの空隙率が安定する。これにより、このようなガスレンズを備えた溶接トーチの歩留まりの向上が期待される。
【発明の効果】
【００１０】  本発明によれば、３Ｄプリンタを用いて造形されたガスレンズを備える溶接トーチの、歩留まりの向上を実現することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、本発明の一実施形態に係る溶接トーチが装備された全姿勢溶接装置の正面図である。
【図２】図２は、図１に示す全姿勢溶接装置の側面図である。
【図３】図３は、溶接トーチの平面図である。
【図４】図４は、図３のIV−IV線に沿った断面図である。
【図５】図５は、図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図である。
【図６】図６は、図４のVI−VI線に沿った断面図である。
【図７】図７は、ガスレンズの平面図である。
【図８】図８は、ガスレンズの部分的な拡大平面図である。
【図９】図９は、図８のIX−IX線に沿った断面図である。
【図１０】図１０は、ガスレンズの斜視図である。
【図１１】図１１は、変形例２に係る溶接トーチの平面図である。
【図１２】図１２は、図１１のXII−XII線に沿った断面図である。
【図１３】図１３は、図１２のXIII−XIII線に沿った断面図である。
【図１４】図１４は、変形例３に係る溶接トーチの平面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】  次に、図面を参照して本発明の実施の形態を説明する。先ず、本発明の一実施形態に係る全姿勢溶接装置１の概略構成から説明する。
【００１３】〔全姿勢溶接装置１〕  図１及び図２に示された全姿勢溶接装置１は、チューブ１０同士の突合せ溶接を自動的に行うものである。溶接方法は、例えば、ＴＩＧ（Tungsten  Inert  Gas）溶接であってよい。
【００１４】  溶接装置１は、溶接トーチ３と、溶接トーチ３をチューブ１０の回りに回転させる回転機構２と、溶接トーチ３を三次元的に移動させる３つの直動機構（第一直動機構１２、第二直動機構１４、及び第三直動機構１６）とを備えている。
【００１５】  第一直動機構１２は溶接トーチ３をチューブ１０の軸方向（例えば、水平方向）に移動し、第二直動機構１４及び第三直動機構１６は溶接トーチ３をチューブ１０の軸方向と直交する面上の互いに直交する方向（例えば、水平方向及び鉛直方向）に移動する。但し、溶接トーチ３を三次元的に移動させるには、必ずしも３つの直動機構を用いる必要はない。例えば、第二直動機構１４及び第三直動機構１６に代えて、後述する回転部材２１に対して溶接トーチ３をチューブ１０の半径方向に移動する半径方向移動機構が採用されてもよい。あるいは、溶接トーチ３は、必ずしも三次元的に移動させられる必要はなく、チューブ１０の軸方向と直交する面上で二次元的に移動させられてもよい。
【００１６】  第一直動機構１２は、チューブ１０の軸方向と平行なベースプレート１１に取り付けられている。ベースプレート１１には、チューブ１０をクランプするクランプ機構１８が設けられている。第二直動機構１４は、取付座１３を介して第一直動機構１２の可動部に固定されている。第三直動機構１６は、取付座１５を介して第二直動機構１４の可動部に固定されている。なお、第一乃至第三直動機構１２，１４，１６の位置が相互に入れ替え可能であることは言うまでもない。
【００１７】  回転機構２は、チューブ１０の軸方向と直交する板状のテーブル２０を含む。テーブル２０は、取付座１７を介して第三直動機構１６の可動部に固定されている。テーブル２０には、チューブ１０が嵌まり込み可能な略Ｕ字状の回転部材２１が回転可能に支持されている。また、テーブル２０にも、チューブ１０が嵌まり込み可能な切欠き２０ａが形成されている。
【００１８】  回転部材２１は、チューブ１０の軸方向から見たときに円弧状の外周面を有しており、この外周面には外歯が形成されている。テーブル２０には、モータ２６が取り付けられているとともに、ギア列が支持されている。ギア列は、モータ２６の出力軸に固定された駆動ギア２５から回転部材２１へトルクを伝達する。なお、図２では、図面の簡略化のためにギア列及びモータ２６が省略されている。
【００１９】  上記のギア列は、駆動ギア２５と噛み合う大径の第一従動ギア２４と、第一従動ギア２４と噛み合う一対の第二従動ギア２３と、第二従動ギア２３及び回転部材２１と噛み合う一対の第三従動ギア２２とを含む。このような構成により、回転部材２１の開口部が一方の第三従動ギア２２に差し掛かったとしても、他方の第三従動ギア２２により回転部材２１にトルクが伝達される。
【００２０】  溶接トーチ３は、例えば、回転部材２１の中央に、チューブ１０の軸方向に突出するように固定される。溶接トーチ３は、チューブ１０の半径方向と直交する板状のトーチ本体４と、電極ホルダ７を介してトーチ本体４に支持された非消耗電極５とを含む。
【００２１】  非消耗電極５は、チューブ１０における溶接部位との間にアークを発生させるためのものである。ここで、溶接部位とは、例えば、チューブ１０同士の接合部に開先が取られていて何層も溶接層を形成する場合には、一層目では開先の底部であり、二層目以降では、前回の層のことである。そして、非消耗電極５と溶接部位との間には、図略のワイヤ供給装置から溶接ワイヤ（図示略）が供給される。
【００２２】  以上の構成の溶接装置１では、溶接トーチ３が、回転機構２によりチューブ１０の回りに回転させられながら、第一乃至第三直動機構１２，１４，１６により所定の軌道に沿って移動させられる。このとき、溶接トーチ３の位置は、非消耗電極５から溶接部位までの距離が所定値となるように第一乃至第三直動機構１２，１４，１６により微調整される。
【００２３】  回転部材２１は導電性を有し、トーチ本体４及びそれに保持された非消耗電極５を備える溶接トーチ３は導電性を有し、その溶接トーチ３を支持している回転部材２１も導電性を有する。回転部材２１を回転可能にしているテーブル２０には、適宜位置にチューブ挿入用の切欠きが形成されている。そして、回転部材２１とテーブル２０との間には、回転部材２１が１回転する間に、当該回転部材２１の裏面と接続し続ける給電ブラシ（図示略）が設けられている。このようにして、溶接トーチ３へは、給電ブラシから回転部材２１を介して電力が供給される。そのため、溶接トーチ３に接続されるライン類を削減することができ、トーチ周辺構成の総厚を薄くすることができる。
【００２４】〔溶接トーチ３の構成〕  ここで、溶接トーチ３の構成を詳細に説明する。図３は溶接トーチ３の平面図、図４は図３のIV−IV線に沿った断面図、図５は図４のＶ−Ｖ線に沿った断面図、図６は図４のVI−VI線に沿った断面図である。
【００２５】  図３〜図６に示すように、溶接トーチ３は、非消耗電極５と、電極ホルダ７と、トーチ本体４とを備えている。非消耗電極５の軸方向は、チューブ１０の半径方向と平行である。非消耗電極５は電極ホルダ７に保持され、電極ホルダ７はトーチ本体４に形成されたスリーブ４４に挿入されている。以下、説明の便宜上、図３及び図４に示すように、非消耗電極５の軸方向を上（Ｕ）下（Ｄ）方向（先端側を下方、その反対側を上方）、チューブ１０の軸方向を前（Ｆ）後（Ｂ）方向、それらの二方向と直交する方向を左（Ｌ）右（Ｒ）方向ということがある。
【００２６】  電極ホルダ７は、非消耗電極５の軸方向と直交する六角形板状の頭部７１と、頭部７１から下向きに延びるホルダ筒部７２とを含む。ホルダ筒部７２内には、ホルダ筒部７２の下側から非消耗電極５が挿入される。電極ホルダ７に挿入された非消耗電極５は、その先端部が電極ホルダ７から延出している。ホルダ筒部７２の外周面には、ネジ山７３が形成されている。また、ホルダ筒部７２の先端部には、縮径を許容するためのスリット（図示略）が形成されており、ホルダ筒部７２はコレットとしての機能を有する。
【００２７】  トーチ本体４は、チューブ１０の半径方向から見たときに概ね矩形状を呈する基部４０と、基部４０の右側部から右側方へ向けて突出する継手部４８とを一体的に有している。継手部４８には図略のホースが接続され、このホースを通じて基部４０内に形成されたシールドガス流路５１，５２へシールドガスが供給される。
【００２８】  基部４０には、電極ホルダ７を保持するスリーブ４４、スリーブ４４の周囲にシールドガス流路５１，５２を形成する流路形成部４１、非消耗電極５の電極ホルダ７から延出した先端部の周囲にシールドガス案内空間５３を形成するノズル４２、及び、シールドガス流路５１とシールドガス案内空間５３とを隔てるガスレンズ９が、一体的に形成されている。
【００２９】  スリーブ４４は、チューブ１０の半径方向（即ち、非消耗電極５の軸方向）と平行に延びている。スリーブ４４の内周面には、ネジ溝４６が形成されている。このネジ溝４６は、スリーブ４４に螺入される電極ホルダ７のネジ山７３と螺合する。スリーブ４４の先端部（下端部）は、下方へ向かって窄まるテーパ形状を有している。このスリーブ４４のテーパ形状により、電極ホルダ７に非消耗電極５が挿入された状態で電極ホルダ７がスリーブ４４の内周のネジ溝４６にねじ込まれると、ホルダ筒部７２はスリーブ４４の先端部から縮径する方向に加圧され、非消耗電極５が電極ホルダ７に保持される。
【００３０】  流路形成部４１は、スリーブ４４の周囲にシールドガス流路５１，５２を形成している。本実施形態に係るシールドガス流路５１，５２は、内周流路５１と外周流路５２とを含んでいる。内周流路５１は、スリーブ４４の周囲に形成された環状の流路であって、ガスレンズ９に臨んでいる。外周流路５２は、内周流路５１の周囲に形成された環状の通路である。外周流路５２は継手部４８の流路５５と接続流路５６によって接続されている。
【００３１】  内周流路５１と外周流路５２との間は、隔壁４７によって隔たれている。隔壁４７には、内周流路５１と外周流路５２とを連通し、外周流路５２から内周流路５１へのシールドガスの流入を許容する連通口５０が形成されている。本実施形態では、複数の連通口５０が隔壁４７に周方向に分散して設けられており、内周流路５１の全周囲からその内部へシールドガスが流入する。
【００３２】  各連通口５０は、隔壁４７の上部であって、より内周流路５１の天井により近い位置、換言すれば、ガスレンズ９からより離れた位置に設けられている。なお、接続流路５６は、連通口５０よりも下方において、外周流路５２と接続されている。よって、接続流路５６より外周流路５２へ流入するシールドガスの流れは、隔壁４７に当接する。これにより、シールドガスが連通口５０を通じて直接に内周流路５１へ流入することが防がれている。
【００３３】  内周流路５１の天井は、スリーブ４４の基端部と滑らかに連続しており、スリーブ４４の基端部と内周流路５１の天井との境界部分は曲面で接続されている。このように内周流路５１を形成している壁に形成された曲面部分は、外周流路５２から内周流路５１へ流入したシールドガスの流れをガスレンズ９へ向けて偏向させる案内部５４として機能する。
【００３４】  ノズル４２は、流路形成部４１から下方へ突出する円周状のリップ４５を含んで、流路形成部４１の下方に設けられている。本実施形態においては、ノズル４２の内周壁と、隔壁４７とが、非消耗電極５の軸方向に連続している。リップ４５の先端部（下端部）は、非消耗電極５の先端部よりも上方、且つ、スリーブ４４の先端部よりも下方に位置している。リップ４５の先端部は、対向するチューブ１０の外周面に沿うように、湾曲している。このリップ４５によって、ガスレンズ９からノズル４２の開口縁までの距離、即ち、ノズル４２の長さが延長される。
【００３５】  ノズル４２によって、その内周側にシールドガス案内空間５３が形成されている。シールドガス案内空間５３では、ガスレンズ９から流出したシールドガスが、拡散しないで、ノズル４２の延伸方向、即ち、非消耗電極５の軸方向と平行な層流状に流れるように整流される。
【００３６】  ガスレンズ９は、シールドガスを層流に整流するものであって、内周流路５１とシールドガス案内空間５３との間を隔てている。ガスレンズ９は非消耗電極５を中心とする中空円盤形状を呈している。ガスレンズ９の内周部は、スリーブ４４の先端部の外周面と接続され、ガスレンズ９の外周部はノズル４２の内周面（又は、隔壁４７の内周面）と接続されている。ガスレンズ９については、後ほど詳述する。
【００３７】  なお、本実施形態に係るトーチ本体４は、導電性の金属から成り、金属３Ｄプリンタで製作されている。但し、継手部４８は、必ずしもトーチ本体４に一体的に形成されている必要はなく、溶接または螺合構造によりトーチ本体４に接合されていてもよい。金属３Ｄプリンタでトーチ本体４を製作する際には、例えば、原料としての金属粉末に、レーザー光を照射する。レーザー光の照射により、個々の金属粉末が溶融し、溶融した金属粉末同士が融合してソリッド構造が生み出される。金属粉末の材質は、例えば、銅及び銅合金、鋼、ステンレス、アルミニウム、チタン、ニッケル合金などである。
【００３８】  上記構成の溶接トーチ３では、継手部４８の流路５５を通じて導入されたシールドガスは、接続流路５６を通じて、先ず、外周流路５２へ流入する。外周流路５２に拡散したシールドガスは、連通口５０を通じて、内周流路５１へ流入する。内周流路５１へ流入するシールドガスの流れは、連通口５０からスリーブ４４へ向かい、内周流路５１の天井とスリーブ４４との境界部に位置する案内部５４に当接し、当該案内部５４の曲面に案内されて向きを変え、ガスレンズ９へと向かう。シールドガスは、ガスレンズ９を通過するうちに整流されて層流となってシールドガス案内空間５３へ流出し、ノズル４２の先端からチューブ１０へ向けて噴出する。
【００３９】〔ガスレンズ９の構成〕  ここで、ガスレンズ９の構成について詳細に説明する。図７はガスレンズ９の平面図、図８はガスレンズ９の部分的な拡大平面図、図９は図８のIX−IX線に沿った断面図、図１０はガスレンズの斜視図である。
【００４０】  図７〜図１０に示すように、ガスレンズ９はラティス構造を有している。換言すれば、ガスレンズ９は、細長い梁９０，９２が三次元状に繋ぎ合わされた立体的網目状格子である。なお、金属３Ｄプリンタで製造可能なように、ラティス構造を形成している細長い梁９０，９２の直径Φは最小で０．２ｍｍ程度である。
【００４１】  本実施形態に係るガスレンズ９は、横梁９０を平面状に繋ぎ合わされて成るメッシュシート９１が、位相を違えて、非消耗電極５の軸方向に積み重ねられ、更に、上下に積層されたメッシュシート９１の格子点同士が縦梁９２で繋ぎ合わされた構造を有している。このようなラティス構造を有するガスレンズ９には、梁９０，９２によって規則的な空隙が形成されている。なお、図８では、メッシュシート９１のうち４セルの格子が示されており、複数のメッシュシート９１が位相を違えて厚み方向に積み重ねられた様子が示されている。また、図９では、メッシュシート９１の格子点同士が斜めの縦梁９２で繋ぎ合わされた、立体的網目状格子が明らかとなっている。
【００４２】  上記構成のガスレンズ９において、スリーブ４４の先端部と接続されているガスレンズ９の内周部は、スリーブ４４にねじ込まれる電極ホルダ７からの圧力に抗するために、ガスレンズ９の余の部分と比較して高い剛性が要求される。そこで、ガスレンズ９の内周部の、とりわけ、スリーブ４４との結合部の空隙率は、ガスレンズ９の余の部分と比較して低い値（例えば１０％以下）にとどめられている。空隙率は、見掛け体積及びガスレンズ９の構成材料の真密度から求めることができる。
【００４３】  以上に説明したように、本実施形態の溶接トーチ３は、シールドガスを整流するラティス構造のガスレンズ９を備えることを特徴としている。
【００４４】  また、本実施形態の全姿勢溶接装置１は、溶接トーチ３と、溶接トーチ３をチューブ１０の回りに回転させる回転機構２とを、備えることを特徴としている。
【００４５】  上記溶接トーチ３及び全姿勢溶接装置１では、ガスレンズ９がラティス構造を有している。ガスレンズ９をラティス構造とすることにより、３Ｄプリンタを用いて造形されたガスレンズ９には規則的な空隙が形成されている。そのため、ガスレンズ９が多孔質体である場合と比較して、ガスレンズ９の空隙率が安定する。これにより、このようなガスレンズ９を備えた溶接トーチ３の歩留まりの向上が期待される。
【００４６】  また、上記実施形態の溶接トーチ３では、ガスレンズ９は、複数の梁９０が平面状に繋ぎ合わされて成るメッシュシート９１が、位相を違えて厚み方向に重ねられた構造を有している。積層されたメッシュシート９１の格子点同士は縦梁９２で繋ぎ合わされている。
【００４７】  上記実施形態では、溶接トーチ３のガスレンズ９は横梁９０と縦梁９２とが繋ぎ合わされた三次元立体的網目状格子構造を有しているが、これに限定されず、ガスレンズ９は、３Ｄプリンタを用いて規則的な空隙を造形しうるラティス構造を有していればよい。例えば、ガスレンズ９は、複数の梁９０が平面状に繋ぎ合わされて成るメッシュシート９１が、位相を違えて幾重に重ね合わされた構造ものであってもよい。但し、本実施形態のように、メッシュシート９１の層間に、格子点同士を繋ぐ縦梁９２が設けられることで、ガスレンズ９を通過するシールドガスは、ラティス構造の横梁９０だけでなく、縦梁９２によっても整流される。これにより、縦梁９２が設けられない場合と比較して、メッシュシート９１の積層枚数が減っても、同等の整流効果が得られる。換言すれば、縦梁９２が設けられない場合と比較して、メッシュシート９１の積層枚数を減らすことができ、ガスレンズ９の厚さ（即ち、非消耗電極５の軸方向の寸法）を抑えることができる。
【００４８】  また、本実施形態に係る溶接トーチ３は、非消耗電極５と、非消耗電極５が挿入される電極ホルダ７と、電極ホルダ７を保持するスリーブ４４、スリーブ４４の周囲にシールドガス流路５１を形成する流路形成部４１、及び、非消耗電極５の電極ホルダ７から延出した先端部の周囲にシールドガス案内空間５３を形成するノズル４２を有するトーチ本体４とを、備えている。そして、ガスレンズ９が、トーチ本体４のシールドガス流路５１とシールドガス案内空間５３とを隔てるように設けられている。
【００４９】  また、本実施形態に係る溶接トーチ３において、ガスレンズ９の内周部がスリーブ４４の外周面と接続され、ガスレンズ９の外周部がノズル４２（又は、隔壁４７）の内周面と接続されている。
【００５０】  これにより、シールドガス流路５１とシールドガス案内空間５３との間隙から、ガスレンズ９を通過しないシールドガスが漏れ出すことを防止することができる。また、金属３Ｄプリンタを用いて、ガスレンズ９がトーチ本体４の他の要素と一体的に造形される場合に、ガスレンズ９の内周部が剛体であるスリーブ４４に支持され、ガスレンズ９の外周部が剛体であるノズル４２に支持されるため、ガスレンズ９が安定して造形される。
【００５１】  また、本実施形態に係る溶接トーチ３において、ガスレンズ９が、スリーブ４４及びノズル４２と一体的に形成されている。本実施形態では、トーチ本体４の、ガスレンズ９、スリーブ４４、及びノズル４２は、金属３Ｄプリンタで造形されている。
【００５２】  このように、金属３Ｄプリンタによる造形技術を用いて、ソリッドなメタル部と、それよりも空隙率の高いガスレンズ９とを、一つのトーチ本体４に組み合わせた溶接トーチ３を安価に製造することができる。
【００５３】  また、本実施形態に係る溶接トーチ３では、シールドガス流路５１，５２が、スリーブ４４の周囲に形成され、ガスレンズ９に臨む内周流路５１と、内周流路５１の周囲に形成され、内周流路５１と隔壁４７により隔たれた外周流路５２とを含んでいる。そして、隔壁４７に、外周流路５２から内周流路５１へのシールドガスの流入を許容する連通口５０が設けられている。
【００５４】  このように、シールドガス流路５１，５２を、内周流路５１とその外周側に設けられた外周流路５２との内外二重構造とすることで、トーチ本体４の非消耗電極５の軸方向と平行な方向の寸法（即ち、厚さ）を抑えても、十分にシールドガスを層流化することができる。この結果、シールドガス流路が一つの空間である場合と比較して、溶接トーチ３を扁平化する、即ち、厚さを薄くすることができる。
【００５５】  また、本実施形態に係る溶接トーチ３では、内周流路５１を形成している壁に、外周流路５２から内周流路５１へ流入したシールドガスの流れをガスレンズ９へ向けて偏向させる案内部５４が形成されている。
【００５６】  これにより、内周流路５１へ流入したシールドガスの流れは、案内部５４以外の壁と衝突して拡散することなく、効率的にガスレンズ９へ案内される。
【００５７】〔変形例〕  以上に本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明の精神を逸脱しない範囲で、上記実施形態の具体的な構造及び／又は機能の詳細を変更したものも本発明に含まれ得る。上記の構成は、例えば、以下のように変更することができる。なお、変形例１〜３の説明では、前述の実施形態と同一又は類似の部材には図面に同一の符号を付し、説明を省略する。
【００５８】（変形例１）  上記実施形態に係る溶接トーチ３において、内周流路５１と外周流路５２との隔壁４７に設けられた連通口５０は、隔壁４７を貫く孔である。但し、連通口５０の態様はこれに限定されない。連通口５０は、例えば、スリットであったり、内周流路５１へ向けて拡径するテーパ孔（図１２、参照）であったりしてもよい。また、連通口５０を通過するシールドガスに流動抵抗を与えるために、連通口５０に旋回羽根などの障害物が設けられてもよい。
【００５９】（変形例２）  上記実施形態に係る溶接トーチ３において、内周流路５１と外周流路５２との隔壁４７に設けられた連通口５０は、隔壁４７において周方向に均等な間隔で並べられている。但し、連通口５０の配置は、上記実施形態に限られず、隔壁４７において周方向に偏って設けられていてもよい。図１１は変形例２に係る溶接トーチ３Ａの平面図、図１２は図１１のXII−XII線に沿った断面図、図１３は図１２のXIII−XIII線に沿った断面図である。図１１〜１３に示す変形例２に係る溶接トーチ３Ａでは、外周流路５２を、シールドガスの流入部を含む第１部分と、余の第２部分とに周方向に２分割したときに、第１部分の隔壁４７の開口率よりも、第２部分の隔壁４７の開口率が大きい。なお、外周流路５２におけるシールドガスの流入部とは、外周流路５２と接続流路５６との接続部のことである。
【００６０】  特に、図１１及び図１３に明確に示されるように、変形例２に係る溶接トーチ３Ａでは、隔壁４７に同じサイズの複数の連通口５０が形成されており、第１部分の隔壁４７に設けられた連通口５０の数よりも、第２部分の隔壁４７に設けられた連通口５０の数が多い。その結果、第１部分の隔壁４７の開口率よりも、第２部分の隔壁４７の開口率が大きくなっている。但し、第１部分の隔壁４７に設けられた連通口５０の開口面積よりも、第２部分の隔壁４７に設けられた連通口５０の開口面積を大きくすることで、第１部分の隔壁４７の開口率よりも、第２部分の隔壁４７の開口率を大きくしてもよい。
【００６１】  上記のように、外周流路５２の第１部分の隔壁４７の開口率よりも、第２部分の隔壁４７の開口率を大きくすることで、外周流路５２の第１部分に流入したシールドガスが第２部分まで回り込みやすくなり、シールドガスを外周流路５２で拡散させることができる。
【００６２】（変形例３）  上記実施形態に係る溶接トーチ３において、電極ホルダ７はその筒部７２にコレットとしての機能を備えている。但し、以下に説明する変形例３に係る溶接トーチ３Ｂのように、電極ホルダ７からコレットとしての機能を省くこともできる。図１４は、変形例３に係る溶接トーチ３Ｂの平面図である。
【００６３】  変形例３に係る溶接トーチ３Ｂは、非消耗電極５Ｂと、電極ホルダ７Ｂと、トーチ本体４とを備えている。非消耗電極５は電極ホルダ７Ｂに保持され、電極ホルダ７Ｂはトーチ本体４に形成されたスリーブ４４に挿入されている。
【００６４】  非消耗電極５Ｂは、電極軸部５ａと、電極軸部５ａから先端に向かって漸次縮径する電極テーパ部５ｂとを有する。
【００６５】  電極ホルダ７Ｂは、ホルダ筒部７２と、ホルダ筒部７２の外周壁に形成されたネジ山７３（第１ネジ部）と、ホルダ筒部７２の端部開口の一方を閉塞するホルダ頭部７１とを一体的に有する。前述の実施形態に係る溶接トーチ３のホルダ筒部７２の長さは、スリーブ入口４４ａからスリーブ出口４４ｂまでの長さと実質的に同じであるが（図４、参照）、本変形例に係る溶接トーチ３Ｂのホルダ筒部７２の長さは、スリーブ入口４４ａからスリーブ出口４４ｂまでの長さよりも短い。そのため、スリーブ４４に螺入されたホルダ筒部７２の先端は、スリーブ出口４４ｂに到達しない。
【００６６】  ホルダ筒部７２には、前述の実施形態とは異なって、スリ割りが形成されていない。つまり、本変形例に係るホルダ筒部７２はコレットとしての機能を備えていない。筒部７２の外周部には、ネジ山７３が設けられている。ホルダ筒部７２の内径は、電極軸部５ａを遊挿できるように、電極軸部５ａの外径よりも若干大きい。電極軸部５ａの外径は、前述の実施形態に係る非消耗電極５の外径よりも大きく、前者は後者の１．５倍以上であってよい。
【００６７】  スリーブ４４は、非消耗電極５Ｂ及びホルダ筒部７２が挿入されるスリーブ入口４４ａと、ネジ山７３と螺合するネジ溝４６（第２ネジ部）と、電極テーパ部５ｂの最小径よりも大きく且つ最大径よりも小さい内径のスリーブ出口４４ｂとを有する。なお、本変形例では、スリーブ４４にネジ溝４６が設けられ、電極ホルダ７Ｂにネジ山７３が設けられているが、スリーブ４４にネジ山が設けられ、電極ホルダ７Ｂにネジ溝が設けられても構わない。電極ホルダ７Ｂのネジ山７３はスリーブ４４のネジ溝４６と螺合しており、これにより、電極ホルダ７Ｂの挿脱方向の移動が許容されている。つまり、電極ホルダ７Ｂがスリーブ４４に相対して回転することによって、スリーブ４４に対し電極ホルダ７Ｂを挿脱方向に移動させることができる。
【００６８】  本変形例に係るスリーブ４４では、スリーブ出口４４ｂの近傍は先端に向かって漸次縮小するテーパ形状を呈している。そして、このテーパ形状の勾配は、電極テーパ部５ｂの勾配よりも大きい。但し、スリーブ出口４４ｂの近傍がテーパ形状である必要はなく、例えば、スリーブ４４のスリーブ出口４４ｂ側の端面が閉塞され、そこにスリーブ出口４４ｂとなる開口が設けられてもよい。
【００６９】  上記構成の溶接トーチ３Ｂでは、スリーブ入口４４ａからスリーブ出口４４ｂまでの長さは、ホルダ筒部７２の長さよりも長く、且つ、非消耗電極５Ｂの長さよりも短い。従って、スリーブ入口４４ａからスリーブ４４に挿入された溶接トーチ３Ｂは、その先端部分がスリーブ出口４４ｂから突出する。非消耗電極５Ｂは、電極テーパ部５ｂがスリーブ出口４４ｂの開口縁と当接することによって、スリーブ４４への挿入方向への移動が規制される。そのため、非消耗電極５Ｂのスリーブ４４からの突出長は、テーパ部５９の長さや勾配で調整可能である。
【００７０】  上記構成の溶接トーチ３Ｂでは、スリーブ４４にホルダ筒部７２が挿入され、ホルダ筒部７２に電極軸部５ａが挿入され、電極テーパ部５５ｂがスリーブ出口４４ｂの開口縁に当接し、電極軸部５ａがホルダ頭部７１に当接している。スリーブ４４に電極ホルダ７Ｂがねじ込まれることにより、非消耗電極５Ｂはスリーブ４４と電極ホルダ７Ｂとの間で軸方向に加圧された状態となっている。つまり、電極ホルダ７Ｂの軸力によって、非消耗電極５Ｂがトーチ本体４に保持されている。
【００７１】  このように本変形例に係る溶接トーチ３Ｂでは、コレットを省いているが、非消耗電極５Ｂがスリーブ４４と電極ホルダ７Ｂとによってトーチ本体４に相対位置が固定された状態で保持されている。このような溶接トーチ３Ｂでは、電極ホルダ７Ｂが消耗部品であるコレットを備えないため、非消耗電極５Ｂを交換する際に、電極ホルダ７Ｂを再利用することができる。
【符号の説明】
【００７２】１  全姿勢溶接装置２  回転機構３，３Ａ，３Ｂ  溶接トーチ４  トーチ本体５，５Ｂ  非消耗電極５ａ  電極軸部５ｂ  電極テーパ部５ｔ  テーパ部７，７Ｂ  電極ホルダ７１  ホルダ頭部７２  ホルダ筒部７３  ネジ山９  ガスレンズ１０  チューブ１１  ベースプレート１２，１４，１６  直動機構１８  クランプ機構２０  テーブル２１  回転部材２２，２３，２４  従動ギア２５  駆動ギア２６  モータ４０  基部４１  流路形成部４２  ノズル４４  スリーブ４４ａ  スリーブ入口４４ｂ  スリーブ出口４５  リップ４６  ネジ溝４７  隔壁４８  継手部５０  連通口５１  内周流路（シールドガス通路）５２  外周流路（シールドガス通路）５３  シールドガス案内空間５４  案内部５６  接続流路９０，９２  梁９１  メッシュシート
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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