(57)【要約】【課題】ＭＩＧ溶接を中断する必要がなく、しかも簡便な構成でスパッタを除去する。【解決手段】トーチ１０は、ワークに対してシールドガスを供給するガスノズル３０と、該ガスノズル３０の軸上に設けられ、ワークＷに対して中心部から電極ワイヤ１８を供給するチップ３４と、該チップ３４に回転自在に軸支された回転体３６とを有する。回転体３６は、チップ３４に軸支される軸受部３８に接続されてシールドガスの流れによって回転力を受ける複数枚の羽根４０と、各羽根４０の先端部を連結する環状体４２と、ガスノズル３０の内面に沿って軸方向に延在するスパッタ除去用プレート４４とを有する。【選択図】図２
2005334892.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
流体を供給する中空のガスノズルと、
前記ガスノズルの軸上に設けられ、ワークに対して中心部から電極ワイヤを供給するチップと、
前記チップに回転自在に軸支された回転体と、
を有し、
前記回転体は、前記チップに軸支される軸受部と、
前記流体の流れによって回転力を受ける羽根と、
前記ガスノズルの内面に沿って軸方向に延在する異物除去部材と、
を備えることを特徴とするＭＩＧ溶接用のトーチ。
【請求項２】
請求項１記載のＭＩＧ溶接用のトーチにおいて、
前記流体は、前記ワークの溶接部を保護する不活性のシールドガスであることを特徴とするＭＩＧ溶接用のトーチ。
【請求項３】
請求項１記載のＭＩＧ溶接用のトーチにおいて、
前記回転体は、前記羽根を複数枚備えるとともに、各羽根の先端部が接続された環状体を有し、
前記異物除去部材は前記環状体に接続されていることを特徴とするＭＩＧ溶接用のトーチ。
【請求項４】
請求項１記載のＭＩＧ溶接用のトーチにおいて、
前記異物除去部材は、前記ガスノズルの先端部まで延在していることを特徴とするＭＩＧ溶接用のトーチ。
【請求項５】
請求項１記載のＭＩＧ溶接用のトーチにおいて、
前記回転体は、セラミックスで構成されていることを特徴とするＭＩＧ溶接用のトーチ。
【請求項６】
請求項１記載のＭＩＧ溶接用のトーチにおいて、
前記異物除去部は、前記羽根と同方向の回転力を受ける受風部を有することを特徴とするＭＩＧ溶接用のトーチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ガスノズルに付着するスパッタを除去することのできるＭＩＧ溶接用のトーチに関する。
【背景技術】
【０００２】
ＭＩＧ溶接（Material Inert Gus arc welding）は、トーチにおけるガスノズルからシールドガスを供給するとともに、ガスノズルの軸上に設けられたチップの中心部から電極ワイヤを供給して、該電極ワイヤを溶融させてワークの溶接を行うものである。ＭＩＧ溶接はＴＩＧ溶接等に比べて高能率であり、アルミニウム、銅合金、軟鋼等の溶接に用いられている。シールドガスにはアルゴン等の不活性ガスが用いられ、溶接時の溶融金属が酸化又は窒化することがなく、被覆剤やフラックスが不要になる等の特徴がある。
【０００３】
ところで、ＭＩＧ溶接では溶融池から溶滴が飛散することがあり、溶滴がガスノズル先端または内面にスパッタとして付着して溶接効率の低下や品質劣化を招く。このスパッタを除去するために、ブラシを回転させるスパッタ除去装置（例えば、特許文献１参照）、ノズルを押しつける力を利用するスパッタ除去装置（例えば、特許文献２参照）及び表面に凹凸を有する回転工具によってスパッタを除去するスパッタ除去装置（例えば、特許文献３参照）が提案されている。
【０００４】
【特許文献１】特開昭６１−１７３７７号公報
【特許文献２】特開２００３−１４２５号公報
【特許文献３】特許第３３６７３４０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記の特許文献１〜３で開示されているスパッタ除去装置は、ＭＩＧ溶接を行うトーチとは別体のものであって、ガスノズルのスパッタを除去する際にはＭＩＧ溶接を中断してトーチを移動させてスパッタ除去装置に装着する必要がある。また、ブラシや工具を回転させたりノズルを押しつけるための動力が必要であり、しかもこれらのスパッタ除去装置の構造は繁雑である。
【０００６】
さらに、トーチをロボットの先端部に装着してＭＩＧ溶接を行うことがあるが、この場合、溶接作業の動作教示の他に、スパッタを除去するための動作を教示する必要があり、オペレータの負担が大きい。
【０００７】
本発明はこのような課題を考慮してなされたものであり、簡便な構成でスパッタの除去を可能にするＭＩＧ溶接用のトーチを提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【０００８】
本発明に係るＭＩＧ溶接用のトーチは、流体を供給する中空のガスノズルと、前記ガスノズルの軸上に設けられ、ワークに対して中心部から電極ワイヤを供給するチップと、前記チップに回転自在に軸支された回転体と、を有し、前記回転体は、前記チップに軸支される軸受部と、前記流体の流れによって回転力を受ける羽根と、前記ガスノズルの内面に沿って軸方向に延在する異物除去部材と、を備えることを特徴とする。
【０００９】
このように、異物除去部材を備える回転体をガスノズル内で回転させることにより、ガスノズルに付着するスパッタを簡便な構成で除去することができる。
【００１０】
この場合、前記流体は、前記ワークの溶接部を保護する不活性のシールドガスとするとＭＩＧ溶接を行っている最中にスパッタを除去することができ、自浄作用ともいえる作用を奏する。これによってＭＩＧ溶接を中断する必要がなく、作業効率及び溶接システムの稼働率が向上する。
【００１１】
また、前記回転体は、前記羽根を複数枚備えるとともに、各羽根の先端部が接続された環状体を有し、前記異物除去部材は前記環状体に接続するようにしてもよい。これにより、異物除去部材に加わる力は、環状体を介して各羽根に均等に分散され、特定の羽根に力が集中することがなくバランスがよい。
【００１２】
前記異物除去部材は、前記ガスノズルの先端部まで延在しているとよい。これにより、ガスノズルの先端部にスパッタが付着することを防止できる。
【００１３】
前記回転体は、セラミックス製であると、表面を滑らかにすることができスパッタが付着しにくい。また、セラミックスは耐熱性に優れることから高温雰囲気中でも使用可能であって、高温のスパッタが接触してもその部分が変形又は変質することがない。セラミックスは軽量であることからシールドガスの流れによって容易に回転することができる。
【００１４】
前記異物除去部は、前記羽根と同方向の回転力を受ける受風部を有すると、前記回転体は一層確実に回転する。
【発明の効果】
【００１５】
本発明に係るＭＩＧ溶接用のトーチによれば、異物除去部材を備える回転体をガスノズル内で回転させることにより、ガスノズルに付着するスパッタを簡便な構成で除去することができる。また、回転体をシールドガスの流れで回転させることにより、ＭＩＧ溶接を中断する必要がなく、作業効率及び溶接システムの稼働率が向上する。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１６】
以下、本発明に係るＭＩＧ溶接用のトーチについて実施の形態を挙げ、添付の図１〜図３を参照しながら説明する。
【００１７】
図１に示すように、本実施の形態に係るＭＩＧ溶接用のトーチ１０は、溶接システム１２におけるロボット１４の先端部にエンドエフェクタとして設けられている。溶接システム１２は、ワークＷに対してＭＩＧ溶接を行うシステムであり、ロボット１４、制御部１５及び電源盤１６を有する。トーチ１０は、制御部１５の作用下にワークＷを溶接する機能を有するとともに、ロボット１４の動作によって、種々の位置に移動可能であり、また種々の姿勢を採り得る。
【００１８】
トーチ１０にはリール２２から供給される電極ワイヤ１８と、電源ケーブル２４と、ガスパイプ２６とが接続されている。ＭＩＧ溶接を行う際、電極ワイヤ１８はリール２２からチップ先端部２０に向けて送り出しローラ（図示せず）によって所定速度で送り出されるとともに、ボンベ２８に蓄えられたシールドガス（流体）が制御部１５及びガスパイプ２６を介してトーチ１０のガスノズル３０に供給される。シールドガスとしてはアルゴンガス、ＣＯ2等の不活性ガスを挙げることができる。また、電源盤１６から供給される電力が制御部１５の作用下に電極ワイヤ１８に供給され、チップ先端部２０からワークＷに向けてアーク５０（図３参照）が発生し、ＭＩＧ溶接が行われる。
【００１９】
図２に示すように、トーチ１０は、前記のガスノズル３０と、該ガスノズル３０の軸中心部に設けられワークＷに対して中心部から電極ワイヤ１８を供給するチップ３４と、該チップ３４に回転自在に軸支された回転体３６とを有する。シールドガスはガスパイプ２６からチップ３４内を通り、回転体３６よりも上流側の通過孔３７からガスノズル３０内へ送給され、先端開口部へ向かって噴出される。ガスノズル３０は円筒形であり、ワークＷに対してシールドガスを供給可能な形状となっている。ガスノズル３０はシールドガスを送給可能なように中空であればよく、例えば、やや円錐形となっていてもよい。
【００２０】
回転体３６は、チップ３４に軸支される軸受部３８と、該軸受部３８に接続されてシールドガスの流れによって回転力を受けるプロペラ形の羽根４０と、各羽根４０の先端部と一体的に構成されてガスノズル３０の内周に沿うように形成される環状体４２と、該環状体４２からガスノズル３０の内面に沿って軸方向に延在するスパッタ除去用プレート（異物除去部材）４４とを備える。
【００２１】
軸受部３８は、チップ３４に対して回転自在となるように設けられており、各羽根４０の根元部が接続されている。羽根４０は、軸受部３８を中心として等間隔の放射状に５枚設けられており、各羽根４０の先端部は環状体４２の内面に接続され、一体的に回転する。また、環状体４２及びスパッタ除去用プレート４４の外周面はガスノズル３０の内面に略接するように設定されている。スパッタ除去用プレート４４は、軸受部３８を中心とした対称な位置に２本設けられており、ガスノズル３０の内面に付着するスパッタ５６（図３参照）を除去可能なようにそれぞれガスノズル３０の先端部まで延在している。
【００２２】
この回転体３６は、セラミックスで構成されており、耐熱性に優れ、表面が滑らかであって、しかも軽量であるという特徴を有する。すなわち、表面が滑らかであることからスパッタ５６が付着しにくいとともに、耐熱性に優れることから高温雰囲気中でも使用可能であって、高温のスパッタ５６が接触してもその部分が変形又は変質することがない。また、軽量であることからシールドガスの流れによって容易に回転することができる。羽根４０の枚数は５枚に限らず、スパッタ除去用プレート４４の枚数は２枚に限らず、それぞれ適当な枚数を等間隔に設ければよい。
【００２３】
次に、このように構成されるトーチ１０を備える溶接システム１２を用いて、ワークＷをＭＩＧ溶接する手順について説明する。
【００２４】
先ず、図示しないロボットコントローラにより、ロボット１４を動作させてトーチ１０におけるチップ３４の先端部をワークＷの溶接箇所に対して適当な位置に配置させる。次いで、制御部１５の作用下にトーチ１０にシールドガスを供給するとともに給電を行い、ＭＩＧ溶接を行う。このとき、図３に示すように、シールドガスがガスノズル３０からワークＷに対して噴出され、このガス雰囲気中において給電された電極ワイヤ１８の先端部とワークＷとの間にアーク５０が発生する。該アーク５０中では、電極ワイヤ１８が溶けた溶滴５２が高速度で溶融池５４に対して噴出され、電極ワイヤ１８は溶融する速度に応じて送り出しローラにより送り出される。アーク５０は、シールドガスに囲まれていることから、溶滴５２及び溶融池５４が酸化又は窒化することがなく、被覆剤やフラックスが不要である。
【００２５】
シールドガスはガスノズル３０内を通過する際に羽根４０に当たって回転体３６を回転させ、これによって２つのスパッタ除去用プレート４４はガスノズル３０の内面に沿って回転移動する。
【００２６】
ことろで、溶滴５２は一部が溶融池から飛散してスパッタ５６となり、ガスノズル３０の内面に達することがあるが、スパッタ除去用プレート４４がガスノズル３０の内面に沿ってほぼ隙間無く回転移動していることから、該スパッタ除去用プレート４４によってガスノズル３０の内面に付着したスパッタ５６は即時に除去される。この際、スパッタ５６は高温のままであって完全には凝固していない状態であり除去しやすい。また、スパッタ除去用プレート４４を含む回転体３６は、セラミックス製であることから耐熱性に優れており、高温のスパッタ５６に接触する部分が変形又は変質することがない。セラミックスの特性として、回転体３６の表面は滑らかであって、スパッタ５６が付着しにくい。スパッタ除去用プレート４４によって除去可能なものはスパッタ５６に限らず、ガスノズル３０の内面に付着した埃等の異物も除去可能であることはもちろんである。
【００２７】
スパッタ５６を除去する際に、該スパッタによってスパッタ除去用プレート４４に加わる力は、環状体４２を介して各羽根４０に均等に分散され、特定の羽根４０に力が集中することがない。
【００２８】
次に、第１〜第３の変形例に係るＭＩＧ溶接用のトーチ１０ａ、１０ｂ及び１０ｃについて説明する。なお、上記のトーチ１０と同じ部分については同符号を付し、その詳細な説明を省略する。
【００２９】
図４に示すように、第１の変形例に係るＭＩＧ溶接用のトーチ１０ａは、スパッタ除去用プレート（異物除去部材）５７を備える回転体３６ａを有する。スパッタ除去用プレート５７は前記スパッタ除去用プレート４４に相当し、回転体３６ａは前記回転体３６に相当するものである。スパッタ除去用プレート５７の先端部は、周方向の一方に向かって厚くなる受風部５８となっており、シールドガスの流れによって回転力を受けることから羽根４０と同じ作用を奏する。受風部５８が受ける回転力の方向は、羽根４０が受ける回転力の方向と同方向である。このように、スパッタ除去用プレート５７が受風部５８を有することから、回転体３６はより確実に回転することができる。
【００３０】
図５に示すように、第２の変形例に係るＭＩＧ溶接用のトーチ１０ｂに設けられた回転体３６ｂは、前記回転体３６と同様に、軸受部３８と、５枚の羽根４０と、環状体４２及び２本のスパッタ除去用プレート４４とを有する。回転体３６ｂは、さらに軸受部５９と、該軸受部５９に接続された５枚の羽根６０と、各羽根６０の先端部と一体的に構成されてガスノズル３０の内周に沿うように形成される環状体６２とを有する。羽根６０は羽根４０と同形状である。環状体６２は環状体４２と同形状であって、ガスノズル３０の内面に沿った複数の支持部６４により接続されている。スパッタ除去用プレート４４は、環状体６２からガスノズル３０の内面に沿って先端部まで延在している。
【００３１】
軸受部５９は、チップ３４において軸受部３８よりもやや先端側で軸支されており、５枚の羽根６０は、軸受部５９を中心として等間隔の放射状に５枚設けられている。各羽根４０と各羽根６０は軸方向からみて交互に配置されており、それぞれの羽根４０及び６０にシールドガスが当たるようになっている。換言すれば、隣接する羽根４０同士及び隣接する羽根６０同士の角度は７２°であることから、羽根４０と羽根６０は位相が３６°（＝７２°／２）ずれた位置に配置されている。
【００３２】
このようなトーチ１０ｂにおける回転体３６ｂは、５枚の羽根４０及び５枚の羽根６０の合計１０枚の羽根により回転力を受けることから、より確実に回転する。特に、上流側の羽根４０が下流側の羽根６０に対してシールドガスを遮ることがないように配置されているため、羽根６０も有効に回転力を発生する。また、２つの軸受部３８及び５９で軸支されていることにより、回転体３６ｂは一層安定的な回転が可能である。
【００３３】
図６に示すように、第３の変形例に係るＭＩＧ溶接用のトーチ１０ｃに設けられた回転体３６ｃは、前記回転体３６と同様に、軸受部３８と、５枚の羽根４０と、環状体４２とを有する。回転体３６ｃは、さらにスパッタ除去用螺旋プレート（異物除去部材）７０及び７２を有する。このスパッタ除去用螺旋プレート７０及び７２は前記スパッタ除去用プレート４４に相当するものであり、軸受部３８を中心とした対称な位置に設けられ、それぞれ環状体４２からガスノズル３０の先端部まで延在している。スパッタ除去用螺旋プレート７０及び７２は、長尺で薄い板をそれぞれ同方向に同じ回数捻った形状であり、捻りの位相が９０°ずれて配置されている。
【００３４】
スパッタ除去用螺旋プレート７０及び７２は螺旋形状であることからシールドガスが通過するときに回転力を受け、その回転力の方向は羽根４０が受ける回転力の方向と同じであり、回転体３６ｃはより確実に回転する。
【００３５】
スパッタ除去用螺旋プレート７０及び７２は、チップ３４からみた外周側がガスノズル３０の内面に接しており、しかも環状体４２と一体的に回転することから、ガスノズル３０の内面に付着するスパッタ５６を除去することができる。
【００３６】
スパッタ除去用螺旋プレート７０とスパッタ除去用螺旋プレート７２は捻りの位相が９０°ずれるように配置されていることから、ガスノズル３０の内面に当接する軸方向位置がずれており、軸方向位置を相互に補完するようにスパッタ５６の除去を行うことができる。
【００３７】
例えば、スパッタ除去用螺旋プレート７０の先端部７０ａは、ガスノズル３０内面における先端部の第１環状領域７４に接しており、この部分に付着するスパッタ５６の除去を行うことができる。一方、第１環状領域７４に隣接する上流側の第２環状領域７６に対してはスパッタ除去用螺旋プレート７２は接していない。しかしながら、スパッタ除去用螺旋プレート７２の先端部７２ａよりも９０°ねじれた上流側の部分７２ｂが第２環状領域７６に接していることから、部分７２ｂによって該第２環状領域７６に付着するスパッタ５６の除去を行うことができる。結局、ガスノズル３０の内面はスパッタ除去用螺旋プレート７０又は７２のいずれかに接しており、いかなる位置においてもスパッタ５６を除去可能である。
【００３８】
上記したように、ＭＩＧ溶接用のトーチ１０を用いることにより、ＭＩＧ溶接を行っている最中にガスノズル３０の内面に達したスパッタ５６を除去することができ、自浄作用ともいえる作用を奏する。これによってＭＩＧ溶接を中断する必要がなくなり連続的な溶接処理を行うことができ、作業効率及び溶接システム１２の稼働率が向上する。
【００３９】
また、ガスノズル３０内にスパッタ５６等の異物が付着しないことから、アーク５０の不良や、シールドガスの供給量が不足するという事態を回避できる。
【００４０】
さらに、スパッタ５６はトーチ１０の一部である回転体３６の作用によって除去されることからスパッタ５６を除去するための別置き専用装置が不要である。
【００４１】
さらにまた、回転体３６はシールドガスの流れによって回転することから、付加的な動力や装置が不要であり、小型、且つ軽量である。回転体３６はチップ３４を中心として回転するが、回転体３６自体は可動部分のない簡便な構成であって動作の信頼性が高く、また、従来技術に係るトーチに対してもチップの一部を改造することによって取り付け可能である。
【００４２】
ロボット１４は、スパッタ５６を除去するための専用の動作を行う必要がなく、この動作のための教示手続を省略することができ、オペレータの負担が軽減する。
【００４３】
なお、異物除去部材としてのスパッタ除去用プレート４４は、回転体３６の回転速度やスパッタ５６の除去性能等を考慮して、種々の形状を採ることができ、例えば、ブラシ形状又はステー形状（スパッタ除去部材）であってもよい。また、回転体３６の回転速度を検出して、所定の回転速度となるようにシールドガスの供給量を調整するようにしてもよい。
【００４４】
前記の通り、回転体３６は通過するシールドガスの流体力によって回転するが、このための流体はシールドガスに限らず水、油、空気等でもよい。この場合、所定のメンテナンス時に、シールドガスに代えて水、油、空気等の流体を供給して回転体３６を回転させてガスノズル３０内の異物を除去するようにするとよい。
【００４５】
回転体３６はセラミックス製に限らず、例えば、銅合金等の金属製、合成樹脂製又はこれらの材質にセラミックスコーティングを施したものであってもよい。羽根４０はプロペラ型に限らず、流体の力を受けて回転力を受ける部材であればよい。また、回転体３６ａ、３６ｂ及び３６ｃについても、回転体３６の効果と同様の効果を奏することは当然である。
【００４６】
本発明に係るＭＩＧ溶接用のトーチは、上述の実施の形態に限らず、本発明の要旨を逸脱することなく、種々の構成を採り得ることはもちろんである。
【図面の簡単な説明】
【００４７】
【図１】本実施の形態に係るＭＩＧ溶接用のトーチを備える溶接システムのブロック図である。
【図２】本実施の形態に係るＭＩＧ溶接用のトーチの一部断面斜視図である。
【図３】ＭＩＧ溶接を行う際におけるトーチの断面側面図である。
【図４】第１の変形例に係るＭＩＧ溶接用のトーチの一部断面斜視図である。
【図５】第２の変形例に係るＭＩＧ溶接用のトーチの一部断面斜視図である。
【図６】第３の変形例に係るＭＩＧ溶接用のトーチの一部断面斜視図である。
【符号の説明】
【００４８】
１０、１０ａ〜１０ｃ…トーチ    １２…溶接システム
１８…電極ワイヤ                ２０…チップ先端部
３０…ガスノズル                ３４…チップ
３６、３６ａ〜３６ｃ…回転体    ３８、５９…軸受部
４０、６０…羽根                ４２、６２…環状体
４４、５７…スパッタ除去用プレート
５０…アーク                    ５２…溶滴
５６…スパッタ                  ７０、７２…スパッタ除去用螺旋プレート
【図１】
2005334892.tif 000003
【図２】
2005334892.tif 000004
【図３】
2005334892.tif 000005
【図４】
2005334892.tif 000006
【図５】
2005334892.tif 000007
【図６】
2005334892.tif 000008