(57)【要約】【課題】  液体冷却によるアーク溶接トーチを提供する。【解決手段】  液体冷却式溶接装置（１４）が、トーチヘッドボデー（６２）の全長に沿って延伸しているヘリカル冷却フィン（６４）を有している。スリーブ（６６）がトーチヘッドボデー周囲に設置されていて、トーチヘッドボデーをおおうフローチャンネルを形成している。スリーブは液体入口（７０）及び液体出口（７２）を有していて、液体をフローチャンネルへ流入しそこから流出させるようになっている。液体冷却式溶接装置が、ヘリカル冷却フィンから液体に熱を伝達するべく液体を導へために、液体入口と液体出口の間にバッフル（６８）を有している。【選択図】      図１
2005111560.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーチヘッドボデー（６２）とスリーブ（６６）とバッフル（６８）とを具備する、液体冷却式溶接装置（１４）において：
該トーチヘッドボデー（６２）は、自身の中に設置された溶接電極（４４）に電気を伝えるべく操作可能であり、該トーチヘッドボデー（６２）は、自身の全長に沿って延在するヘリカル冷却フィン（６４）を有していて；
該スリーブ（６６）は該トーチヘッドボデー（６２）周囲に配置されていて、該スリーブ（６６）は、液体（２４）が該トーチヘッドボデー（６２）をおおって流れることを可能にするべく液体入口（７０）及び液体出口（７２）を有していて、該液体出口（７２）は該液体入口（７０）に隣接して配置されており；
該バッフル（６８）は、該スリーブ（６６）内で該液体入口（７０）と該液体出口（７２）との間に設置されていて、該液体（２４）を該トーチヘッドボデー（６２）の全長に沿って流れるべく導びくようになっており、該ヘリカル冷却フィン（６４）が熱を該液体（２４）に伝達するようになっている；液体冷却式溶接装置。
【請求項２】
該液体入口（７０）に連結された液体供給ライン（５４）と、該液体出口（７２）に連結された液体もどりライン（５６）とを具備する、請求項１に記載の液体冷却式溶接装置。
【請求項３】
該ヘリカル冷却フィン（６４）が、該液体（２４）を該液体入口（７０）から該バッフル（６８）の端部へ、該トーチヘッドボデー（６２）の周囲でヘリカル状に流すようになっている、請求項２に記載の液体冷却式溶接装置。
【請求項４】
該液体（２４）が、該バッフル（６８）の端部（８０）から該液体出口へ、該トーチヘッドボデー（６２）の周囲をヘリカル状に流れる、請求項２に記載の液体冷却式溶接装置。
【請求項５】
該トーチヘッドボデー（６２）における通路（８４）と連結されたガス供給ライン（５２）を具備する、請求項２に記載の液体冷却式溶接装置。
【請求項６】
ハンドル（５１）が、該液体供給ライン（５４）、該液体もどりライン（５０）及びガスライン（５４）をおおって、該トーチヘッドボデー（６２）に取りはずし可能に取りつけられている、請求項５に記載の液体冷却式溶接装置。
【請求項７】
該液体（２４）が、該バッフル（６８）の内表面（７８）と該トーチヘッドボデー（６２）の外表面とにより形成された環状流体チャンネルの中を、該液体入口（７０）から該バッフル（６８）の該端部へ流れる、請求項１に記載の液体冷却式溶接装置。
【請求項８】
該トーチヘッドボデー（６２）が、軸方向チャンネル（８６）とガス入口（８４）とを具備していて：
該軸方向チャンネル（８６）は、該トーチヘッドボデー（６２）が溶接電極（４４）を受け入れるべく、該トーチヘッドボデー（６２）を貫通して延伸しており；
該ガス入口（８４）は、該トーチヘッドボデー（６２）の側面を貫通して中空内部の（８６）中へ延伸していて、ガス（２０）が、該軸方向チャンネル（８６）に流入し該軸方向（８６）チャンネルを介して該溶接電極（４４）周囲を流れるようになっている；請求項１に記載の液体冷却式溶接装置。
【請求項９】
該ガス入口（８４）が、該液体入口（７０）と該液体出口（７２）とに隣接して配置されている、請求項８に記載の液体冷却式溶接装置。
【請求項１０】
該冷却液体（２４）が該液体入口（７０）から該バッフル（６８）の該端部へ流れるのと同一の軸方向へ、ガス（２０）が該軸方向チャンネル（８６）を介して流れる、請求項９に記載の液体冷却式溶接装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接の分野、特に液体冷却式アーク溶接トーチの分野に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
本項は、以下に説明及び／又は特許請求の範囲として記載の本発明における種々の実施態様に関連する従来技術における実施態様を読者に紹介するものである。本説明は、本発明における種々の実施態様の理解を容易にするために、読者に背景技術を提供するのに役立つものと思われる。従って、本説明はこの観点から読まれるものであり、従来技術を承認しているものではない。
【０００３】
アーク溶接は、電流が工作物内に局所的な溶融をもたらすために使用される溶接方法である。多くの異なるタイプの溶接方法がある。アーク溶接の一例は、ＴＩＧ（タングステンイナートガス）溶接（ガスタングステンアーク溶接、ＧＴＡＷ又はＨＥＬＩＡＲＣとしても知られている）である。ＴＩＧ溶接は、電気アークが手持式溶接トーチのような溶接器具と金属工作物との間に維持されているタイプのアーク溶接方法である。通常溶接器具はトーチヘッドに連結された円柱状の電極を含んでいる。アークは、電極と工作物との間を流れる電気により発生される。通常、電極は、タングステンで構成されている。アーク溶接用の電気は、電気ケーブルにより溶接器具のトーチヘッドと連結された電源により提供される。
【０００４】
トーチヘッドを介して流れる電気は、多量の熱を発生する。さらに、トーチヘッドと工作物とを介して流れる電気は、トーチヘッドへ伝達される熱を発生する。トーチヘッドに導入された熱はトーチのコンポーネントを損傷する。さらに、熱はトーチを保持することをむつかしくする。発生された熱量はトーチを介して流れる電流の函数である。トーチは低電流レベルにおいては空気冷却であってもよい。しかしながら、トーチを介して流れる電流量が増加するに従って、トーチを十分に冷却する能力は減少してゆく。従って、トーチヘッド内から多量の熱を除去するために、従って高電流レベルでトーチを作動可能にする、液体冷却式溶接トーチが開発されてきた。通常液体冷却ユニットは、溶接トーチを冷却するべく液体流れを供給するために、溶接トーチと連結されている。冷却ユニットは溶接トーチから液体に伝達された熱も除去する。しかしながら、液体冷却ユニットは装置を著しく高価なものとしている。一般に小容量の液体冷却ユニットは大容量の液体冷却ユニットと比較してそれほど高価ではない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
従って、液体冷却により溶接トーチからの除熱量を増加する技術の必要性がある。より詳細には、トーチヘッドから多量の熱を除去するために、溶接トーチを介して液体が流れることを可能にする技術の必要性がある。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
トーチヘッドボデーとスリーブとバッフルとを具備する、液体冷却式溶接装置において：
該トーチヘッドボデーは、自身の中に設置された溶接電極に電気を伝えるべく操作可能であり、該トーチヘッドボデーは、自身の全長に沿って延在するヘリカル冷却フィンを有していて；
該スリーブは該トーチヘッドボデー周囲に配置されていて、該スリーブは、液体が該トーチヘッドボデーをおおって流れることを可能にするべく液体入口及び液体出口を有していて、該液体出口は該液体入口に隣接して配置されており；
該バッフルは、該スリーブ内で該液体入口と該液体出口との間に設置されていて、該液体を該トーチヘッドボデーの全長に沿って流れるべく導びくようになっており、該ヘリカル冷却フィンが熱を該液体に伝達するようになっている。
【０００７】
本発明における前述したおよび他の利点と特徴とが、添付図面を参照して以下の説明を読むことにより明瞭になるであろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００８】
本発明における一つ以上の特定の実施態様を以下に説明する。これらの実施態様の詳細な説明を提供するにあたって、実際に実施するすべての実施態様が本明細書に説明されているわけではない。以下のことは理解されるべきであって、エンジニアリングあるいはデザインプロジェクトにおける、実施にあたっての改良において、開発者の特定なゴールを達成するために、多くの特定な実施方法の決定がなされたにちがいなくて、その特定なゴールは、設備及びビジネスに関する制約に従うものであり、実施方法も次々と変化するものである。さらに、そのような開発の努力は、複雑かつ時間を要するものであるが、当業者の定形的な設計製作運転に役立つ開示であることが理解されるべきである。
【０００９】
図１に溶接装置１０を示めす。例示の実施態様において、溶接装置１０は、溶接機１２、液体冷却式ＴＩＧ溶接トーチアセンブリ１４、及び液体冷却ユニット１６を備えている。しかしながら、ここで説明する技術は、ＴＩＧ溶接装置というよりはむしろアーク溶接装置に適用可能である。溶接機１２は、ユーザが溶接トーチアセンブリ１４を用いて溶接可能な電力を提供するべく操作可能である。液体冷却ユニット１６は、溶接時に発生する溶接トーチアセンブリ１４からの熱を除去するために液体流れを提供するべく操作可能である。
【００１０】
フレキシブルなガスホース１８が、溶接機１２とトーチアセンブリ１４との間に連結されていて、溶接機１２がシールドガス２０を溶接トーチアセンブリに供給できるようになっている。液体ホース２２が液体冷却ユニット１６と溶接トーチアセンブリ１４との間に連結されていて、液体冷却ユニット１６が冷却液体をトーチアセンブリ１４に供給できるようになっている。さらに、電力ケーブル２６がトーチアセンブリ１４と溶接機１２との間に連結されている。電力ケーブル２６は、電流３０が溶接機１２からトーチアセンブリ１４へ流れるための電路を提供しているのと同様に、加熱された冷却液体２８がトーチアセンブリ１４から流れるための流路を提供している。電力ケーブル２６は溶接機１２と接続されているコネクタ３２を有していて、トーチアセンブリ１４を溶接機１２と電気的に連結するようになっている。液体ホース３４はコネクタ３２と連結されていて、加熱された冷却液体２８が液体冷却ユニット１６へもどるためのもどり流路を提供するようになっている。例示の溶接装置１０は、工作物を溶接機１２と電気的に接続するための、クランプ３６及びもどりケーブル３８を備えている。
【００１１】
例示の実施態様において、調整ガスシリンダ４０及びホース４２が備えられていて、ガス２０を溶接機１２へ供給するようになっている。しかしながら他のガス２０供給源が使用されてもよい。さらに調整ガスシリンダ４０又は他のガス供給源が、トーチアセンブリ１４と連結されていてもよい。
【００１２】
液体冷却式トーチアセンブリ１４は、トーチアセンブリ１４に取りつけられた電極４４へ電流を流すようになっており、かつトーチアセンブリ１４からのガス２０の流れを導びくようになっている。液体冷却式トーチアセンブリ１４は電極４４とガス２０とを受け入れるためのトーチヘッド４６を有している。電極４４は、トーチヘッド４６の一方の端部を貫通して設置されている。後方キャップ４８は、トーチヘッド４６の他方の端部をシールするべく備えられている。液体冷却式トーチアセンブリ１４は、トーチヘッド４６と連結されたノズル５０も備えていて、液体冷却式トーチアセンブリ１４からガス２０が所望するパターンで流れるべく導びくようになっている。ハンドル５１が液体冷却式トーチアセンブリ１４に備えられていて、ユーザが電極４４を操作できるようになっている。
【００１３】
図２に液体冷却式トーチアセンブリ１４の一部が図示されている。例示の実施態様において、液体冷却式トーチアセンブリ１４は、ガスチューブ５２と液体供給チューブ５４と液体もどりチューブ５６とを備えている。絶縁カバーが液体冷却式トーチアセンブリをおおって取りつけられていて、トーチヘッド４６とガスチューブ５２と液体供給チューブ５４と液体もどりチューブ５６とを電気的に絶縁するようになっている。例示の実施態様において、もどりチューブ５６は電気３０をトーチヘッド４６へ通電している。液体もどりチューブ５６は、電力ケーブル２６から電気と液体とを受け入れるようになっているフィッティング５８を有している。ガスチューブ５２と液体供給チューブ５４とは、それぞれガスホース１８と液体ホース２２とへ接続用の流体コネクタ６０が取りつけられている。
【００１４】
図３−５において、トーチヘッド４６は、トーチヘッドボデー６２とスリーブ６６とバッフル６８とを備えていて；そのトーチヘッドボデー６２は、トーチヘッドボデー６２周囲に延在しているヘリカル冷却フィン６４を有していて；そのスリーブ６６は、トーチヘッドボデー６２をおおって設置されていて、冷却液体２４がトーチヘッド４６を介して流れる空間を形成しており；そのバッフル６８は冷却液体２４の流れを導くためのものである。液体供給チューブ５４（図２に示めす）は、スリーブ６６における液体入口７０と連結されている。液体入口７０は、冷却液体２４が液体供給チューブ５４から溶接トーチ４６の中へ流れることを可能にしている。逆に、液体もどりチューブ５６（図２に示めす）は、スリーブ６６における液体出口７２と連結されている。液体出口７２は、加熱された冷却液体２６がトーチヘッド４６を流出して液体もどりチューブ５６へ流れることを可能にしている。例示の実施態様において、液体入口７０及び液体出口７２は、スリーブ６６の一方の端部にお互いに近くに配置されている。
【００１５】
バッフル６８は液体入口７０を介して流入する液体２８を偏流していて、冷却液体２４が、ヘリカル冷却フィン６４をおおってトーチヘッドボデー６２の全長に沿って強制的に流れるようになっている。液体入口７０と液体出口７２とがおたがいに隣接して配置されているので、もしバッフル６８が流れをさまたげるべく液体入口７０と液体出口７２との間に設置されていないと、冷却液体２４は、液体入口７０から液体出口７２へ単純に直すぐ流れる。例示の実施態様において、バッフル６８は、バッフル６８の両側の二つの各々に沿って設置されたフランジ７４を有している。フランジ７４は、バッフル６８をスリーブ６６に取りつけるべく、スリーブ６６における対応する二つの溝７６の中へ差し込まれるようになっている。しかしながら、バッフル６８をスリーブ６６に取りつける他の方法が使用されてもよい。
【００１６】
例示の実施態様において、冷却液体は液体入口７０を介してトーチヘッド４６の中へ流入し、加熱された液体２６は液体出口７２を介してトーチヘッド４６へ流出する。冷却液体２４はガス２０とほぼ同一方向に流れる。ヘリカル冷却フィン６４は、冷却液体２４がトーチヘッドボデー６２周囲をヘリカル状に流れるようにしている。例示の実施態様において、冷却液体２４は、トーチヘッドボデー６２とバッフル６８の内表面７８との間でトーチヘッドボデー６２周囲をヘリカル状に流れ、強制対流によりトーチヘッドボデー６２から熱を除去するように図示されている。しかしながら、冷却流体２４の一部あるいは全部が冷却フィン６４をおおって直線的に流れてもよい。さらに冷却液体２４が冷却流体２４の乱流を含んでいてもよい。冷却液体２４がバッフル６８の端部に到達すると、冷却液体２４は方向を反転し、バッフル６８の外表面８２とスリーブ６６との間に形成されたフローチャンネルにおける液体出口７２に向かって反対方向に流れる。
【００１７】
しかしながら、冷却液体２４がトーチヘッド４６を介して流れる方向は反転されてもよい。例えば、液体供給チューブ５４及び液体もどりチューブ５６が反転されてもよい。この配置において、冷却液体２４は、液体出口７２を介してトーチヘッド４６へ流入する。冷却液体は、バッフル６８の外表面８２とスリーブ６６との間に形成されたチャンネルを、液体出口７２からバッフル６８の端部８０へ流れる。続いて、冷却液体２４は、方向を変え、トーチボデー６２の周囲をバッフル６８の端部８０から液体入口７０へヘリカル状に流れる。
【００１８】
トーチヘッドボデー６２のヘリカル冷却フィン６４は、トーチヘッドボデー６２から冷却液体２４への熱伝達の効率を強化している。例えば、ヘリカル冷却フィン６４は、トーチヘッドボデー６２と冷却液体２４との間の対流熱伝達用の表面積を増加させている。さらに、冷却液体をトーチヘッドボデー６２周囲をヘリカル状に流すことにより、ヘリカル冷却フィンが熱交換器としてのトーチヘッドボデー６２の有効長さを増加している。このことは、多量の熱をトーチヘッドボデー６２から冷却液体２４へ伝達することを可能にしている。さらに、ガス２０がトーチヘッドボデー６２の内部を介して流れている。トーチヘッドボデー６２はガス入口８４を有していて、ガス２０がトーチヘッドボデー６２の側面を中央チャンネル８６へ流れることを可能にしている。なお中央チャンネル８６はトーチヘッドボデー６２を貫通して延在している。
【００１９】
図１及び３において、中央チャンネル８６も、中央チャンネル８６の一方の端部を貫通して溶接電極４４を収容している。設置する際、後方キャップ４８が中央チャンネル８６の他方の端部をシールしていて、ガスが、工作物の方へというよりはむしろトーチヘッド４６の後方から流出するのを防ぐようになっている。ガス２０は、ガス入口８４から中央チャンネル８６を介してノズル５０へすなわち工作物へ向けて流れる。
【００２０】
電気が液体供給チューブ５４からスリーブ６６へ流れる。例示の実施態様において、電気は、一対のスリーブリング８８により、スリーブ６６からトーチヘッドボデー６２へ流れる。しかしながら電流をスリーブ６６がトーチヘッドボデーに流すために他の装置が使用されてもよい。電気はトーチヘッドボデー６２から電極４４へ流れる。コレットとコレットボデーのような種々の装置が電極４４をトーチヘッドボデー６２へ取りつけるために使用されてもよい。これらの装置も電極４４をトーチヘッドボデーと電気的に連結するのに役立っている。
【００２１】
図６に図示するように、トーチヘッドボデー６２は、トーチヘッドボデー６２の全長周囲に延在する単一のヘリカルフィン６４を有している。ヘリカル冷却フィン６４の全長とトーチヘッドボデー６２の全長との割合は変更してもよい。さらに、トーチヘッドボデー６２は、トーチヘッドボデー６２に沿って全長にあるいは部分的に延在する、複数のヘリカル冷却フィンにより形成されていてもよい。
【００２２】
前述したように、トーチヘッドボデー６２は、電極を受け入れるようになっている中空内部８６を有している。コレット及びコレットボデー、又は他の装置が電極４４をトーチヘッドボデー６２へ取りつけるのに使用されてもよい。ガス入口開口部８４は、ガスが電極４４周囲を流れるべくトーチヘッド６２の中空内部８６に流入することを可能にしている。後方キャップが、トーチヘッドボデー６２のねじ部分９０に取りつけられ中空部分８６をシールすることができる。コレットボデーあるいはガスレンズのような部材を取りつけた溶接電極はトーチヘッドボデー６２の第二ねじ部分９２に取りつけることができる。
【００２３】
さらに、トーチヘッド６２は電気をスリーブ６６から電極４４へ伝えるようになっている。例示の実施態様において、トーチヘッドボデー６２は、スリーブ６６受け入れ用の複数の円筒表面９４を有している。さらに一対のノッチ９６がトーチヘッドボデー６２に備えられていて、シールバーリング８８を受け入れるようになっている。スリーブ６６が、トーチヘッドボデー６２をおおって設置されると、スリーブ６６はろう付け、はんだ付け又は他の方法によりトーチヘッドボデーに取りつけられてもよい。好ましくは、トーチヘッドボデー６２は銅−鉛−ニッケル合金で構成されている。しかしながら他の導電性材料がトーチヘッドボデー６２を形成するために使用されてもよい。
【００２４】
図７に図示するように、スリーブ６６はほぼ円筒状であってトーチヘッドボデー６２周囲に流路空間を形成している。図３において、スリーブ６６が、液体入口７０と液体出口７２との二つの穴を有している。例示の実施態様において、スリーブ６６に二つの溝７６が形成されていて、その二つの溝は、１８０°離間していて、図５に示めすバッフル６８のフランジ７４と係合するようになっている。しかしながら、もしバッフル６８のフランジが異なる方向に配向されているなら、スリーブ６６は異なる方向に形成されてもよい。
【００２５】
前述したように、スリーブ６６は電気を液体供給チューブ５４からトーチヘッドボデー６２へ伝えるようになっている。好ましくは、スリーブは導電性のすぐれた銅で構成されている。しかしながら他の導電性材料がスリーブ６６を形成するのに使用されてもよい。
【００２６】
図８に示めすように、例示のバッフル６８は、ほぼ半円筒状であって、トーチヘッドボデー６２周囲に延在するようになっている。しかしながら、バッフル６８は他の形状あるいは輪かくであってもよい。バッフル６８はフレキシブルな材料で形成されていて、バッフル６８のフランジ７４スリーブ６６における溝７６の中へ曲げられるようになっている。好ましくは、バッフル６８はステンレン鋼で構成されている。しかしながら他の材料がバッフル６８を形成するべく使用されてもよい。
【００２７】
前述の実施態様において、すぐれた液体冷却装置を備えた溶接トーチ装置１０が提供された。冷却液体２４は、トーチヘッドボデー６２の全長に沿って延在するヘリカル冷却フィン６４をおおって流れるべく導びかれ、トーチヘッドボデー６２から除熱するようになっている。ヘリカル冷却フィン６４は、トーチヘッドボデー６２から冷却液体２４への熱伝達の効率を強化している。ヘリカル冷却フィン６４は、熱伝達に寄与するトーチヘッドボデー６２の表面積を増加させている。さらに、ヘリカル冷却フィン６４は、冷却液体２４をトーチヘッドボデー６２周囲をヘリカル状に流すことにより、冷却液体２４がトーチヘッドボデー６２をおおって流れる有効長さを増加している。バッフル６８は、冷却液体２４がトーチヘッドボデー６２の全長に沿って流れるべく導びいていて、液体入口７０及び液体出口７２は、トーチヘッド４６の一方の端部にお互いに隣接して配置されている。
【００２８】
本発明において、種々の修正及び別の実施態様も想定されるが、特定の実施態様が図面に例示されここに説明されてきた。しかしながら、本発明は開示した特定の実施態様に限定することを意図しているものではない。むしろ本発明は、特許請求の範囲に規定されるような本発明の精神と範囲とに関連する、すべての修正、等価な形態、および別の形態を含むことを意図しているものである。
【図面の簡単な説明】
【００２９】
【図１】図１は、本発明の実施の形態における、液体冷却式ＴＩＧ溶接機の斜視図である。
【図２】図２は、本発明の実施の形態における、液体冷却式溶接トーチの立面図である。
【図３】図３は、本発明の実施の形態における、液体冷却式溶接トーチヘッドの部分切取図である。
【図４】図４は、図３における液体冷却式溶接トーチヘッドの線４−４から見た断面図である。
【図５】図５は、図４における溶接トーチヘッドの線５−５から見た断面図である。
【図６】図６は、本発明の実施態様における、トーチヘッドボデーの断面図である。
【図７】図７は、本発明の実施態様における、スリーブの断面図である。
【図８】図８は、本発明の実施態様における、バッフルの斜視図である。
【符号の説明】
【００３０】
１４    液体冷却式溶接装置
２４    液体
６２    トーチヘッド
６４    ヘリカル冷却フィン
６６    スリーブ
６８    バッフル
【図１】
2005111560.tif 000003
【図２】
2005111560.tif 000004
【図３】
2005111560.tif 000005
【図４】
2005111560.tif 000006
【図５】
2005111560.tif 000007
【図６】
2005111560.tif 000008
【図７】
2005111560.tif 000009
【図８】
2005111560.tif 000010