(57)【要約】【課題】  溶接機の作動時に発生するシールドガスの突出流量を抑えることを可能とするガス被包アーク溶接用溶接トーチを提供すること。【解決手段】  トーチ本体１０と溶接チップ１８が接合され連通形成される中空領域１１に、径が細くシールドガス噴出孔２２を有する小径通路２０が設けられることにより、シールドガスが径の細い小径通路２０を通過する際に、その流れを制限される。このことにより、シールドガスの突出流量を低下させることができる。【選択図】図１
2007054872.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端部に設けられる溶接チップと、該溶接チップと連結されたトーチ本体と、
前記溶接チップと前記トーチ本体を所定の間隙を設けて覆う溶接ノズルと、を有し、  
前記溶接チップと前記トーチ本体とには、シールドガス及び溶接ワイヤを通過させるための中空領域が連通形成され、
前記中空領域の側壁部にはシールドガスを噴出するシールドガス噴出孔が設けられた溶接トーチにおいて、
前記中空領域は、
前記シールドガスの上流側より下流側で所定の長さに亘って内径を小さく絞った小径通路を有し、
前記シールドガス噴出孔は、
前記小径通路の側壁部に形成したことを特徴とするガス被包アーク溶接用溶接トーチ。
【請求項２】
前記小径通路は、
前記トーチ本体内部の前記中空領域に第１テーパ部を形成して径を絞り、この小径状態を前記チップの所定位置まで連続させて形成され、
前記溶接チップ内部の前記小径通路端部に第２テーパ部を形成して更に径を絞り、前記溶接チップの先端までを溶接ワイヤ用通路としたことを特徴とする請求項１に記載のガス被包アーク溶接用溶接トーチ。
【請求項３】
前記シールドガス噴出孔は、
前記溶接チップ内の前記小径通路の第２テーパ部近傍に設けたことを特徴とする請求項２に記載のガス被包アーク溶接用溶接トーチ。
【請求項４】
前記溶接ノズルは、
前記溶接チップの先端突出量を増大させた短尺ノズルとしたことを特徴とする請求項１〜３の何れか１項に記載のガス被包アーク溶接用溶接トーチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接用溶接トーチ、特にガス被包アーク溶接に使用されるガス被包アーク溶接用溶接トーチに関するものである。
【背景技術】
【０００２】
金属を接合する手段のひとつとしてアルゴン、ヘリウム又は炭酸ガスなどをシールドガスとして使用するガス被包アーク溶接がある。このガス被包アーク溶接には消耗電極（溶接ワイヤ）を用いる消耗電極式溶接と、非消耗電極を用いる非消耗電極式溶の２種類がある。
【０００３】
図５は、前者の消耗電極式溶接用の溶接トーチの縦断面図を示している。溶接トーチの先端部である溶接チップ１００はトーチ本体１０４の先端部に結合固定されており、溶接ノズル１０２がこれら溶接チップ１００及びトーチ本体１０４に、所定の間隙であるノズル空間１０３をあけて、取り付けられている。また、溶接チップ１００とトーチ本体１０４は内部に連通形成された中空領域１０５を有している。この中空領域１０５はトーチ本体１０４の内部では、内径の大きなシールドガス通穴１０６として、溶接チップ１００の内部では、溶接ワイヤ１１２を通過させる溶接ワイヤ用通路１０７として構成されている。また、シールドガス通穴１０６の側壁部には、シールドガス噴出孔１０８が等間隔に６箇所設けられている。
【０００４】
この従来の溶接トーチについてその作動状態を説明する。消耗電極と溶加材を兼ねる溶接ワイヤ１１２が図示しない送給手段により、トーチ本体１０４のシールドガス通穴１０６に自動的に送給され、この溶接ワイヤ１１２には、図示しない溶接電源から電圧が印加される。これにより、溶接ワイヤ１１２と被溶接部材Wとの間にアークを発生させ、被溶接部材Wと溶接ワイヤ１１２自身を溶融して接合を行うものである。
【０００５】
また、シールドガスＸは図示しない供給手段からシールドガス通穴１０６に供給され、シールドガス噴出孔１０８から溶接ノズル１０２のノズル内部１０３に噴射され、そこを通過し、溶接ノズル１０２の先端開口部から溶接部にリング状に吹き付けられる。このシールドガスＸは、溶融金属を大気から遮断して被溶接部材Wにブローホール（気泡）を発生させないようにするためと、アークを保護し安定させるために用いられている。
【０００６】
このような消耗電極式溶接の場合、スパッタが溶接チップ１００や溶接ノズル１０２の先端部に付着することがある。スパッタを付着させたまま放っておくと、溶接チップ１００が溶接ノズル１０２に接触した状態となったり、溶接ノズル１０２の下端部が被溶接部材に触れた状態が生じる。この状態が生じると電触（ショート）状態になってしまったり、或いは、シールドガスＸの流れが乱されることにより溶接時のブローホールの原因となってしまうということがあった。
【０００７】
上記のような消耗電極式溶接におけるスパッタの付着という事態への対応手段は、多くの特許文献に記されている。例えば、溶接ノズルの壁面と溶接チップ本体の表面を、絶縁性の樹脂、例えば、フッ素樹脂製のチューブやウレタンシートなどで被覆するというものである（特許文献１）。これによると、スパッタが溶接ノズルや溶接チップに付着してしまっても、それらが絶縁性の樹脂で覆われているためにショート状態が起こりづらくなるというものである。
【０００８】
また、ガス被包アーク溶接用トーチのノズルに関する発明で、溶接ノズルの全表面に耐熱性を有する塗膜、例えば、エポキシ系樹脂を塗装したものがある（特許文献２）。これによると、溶接作業中に発生したスパッタは、溶接ノズルに塗装されているエポキシ系樹脂などの塗膜に向かって飛んでくるが、スパッタと塗膜との親和力が低いため、スパッタは溶接ノズルに付着しづらくなるというものである。
【０００９】
【特許文献１】実開平５−５２５７号公報
【特許文献２】特開２００３−２２０４７２公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１０】
しかしながら、上記特許文献１、特許文献２に示した技術では、シールドガスの噴出量に関して以下のような問題を含んでいる。すなわち、停止状態から作動状態に切り替えた後の短い時間の間（シールドガスの供給開始直後の時間）に、設定流量の２倍ほどのシールドガスがシールドガス噴出孔から放出されてしまう（この時のシールドガスの流量を「突出流量」という）。この様な使用開始時の突出流量はシールドガスの使用量が不必要に増加することを意味する（図４の二点鎖線参照）。このシールドガスの突出流量は、長時間溶接機を作動状態にしている場合はそれほど問題ではないが、溶接作業の都合で停止状態と作動状態を頻繁に切り替える必要がある場合、その都度シールドガスが設定流量の２倍も流れてしまうので、大きな無駄となっている。
【００１１】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、溶接機の作動時に発生するシールドガスの突出流量を抑えることを可能とするガス被包アーク溶接用溶接トーチを提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
上記の目的を達成する請求項１に記載のガス被包アーク溶接用溶接トーチの発明は、先端部に設けられる溶接チップと、該溶接チップと連結されたトーチ本体と、前記溶接チップと前記トーチ本体を所定の間隙を設けて覆う溶接ノズルと、を有し、前記溶接チップと前記トーチ本体とには、シールドガス及び溶接ワイヤを通過させるための中空領域が連通形成され、前記中空領域の側壁部にはシールドガスを噴出するシールドガス噴出孔が設けられた溶接トーチにおいて、前記中空領域は、前記シールドガスの上流側より下流側で所定の長さに亘って内径を小さく絞った小径通路を有し、前記シールドガス噴出孔は、前記小径通路の側壁部に形成したことを特徴とする。
【００１３】
請求項２に記載の発明は、請求項１に記載のガス被包アーク溶接用溶接トーチにおいて、前記小径通路は、前記トーチ本体内部の前記中空領域に第１テーパ部を形成して径を絞り、この小径状態を前記チップの所定位置まで連続させて形成され、前記溶接チップ内部の前記小径通路端部に第２テーパ部を形成して更に径を絞り、前記溶接チップの先端までを溶接ワイヤ用通路としたことを特徴とする。
【００１４】
請求項３に記載の発明は、請求項２に記載のガス被包アーク溶接用溶接トーチにおいて、前記シールドガス噴出孔は、前記溶接チップ内の前記小径通路の第２テーパ部近傍に設けたことを特徴とする。
【００１５】
請求項４に記載の発明は、請求項１〜３の何れか１項に記載のガス被包アーク溶接用溶接トーチにおいて、前記溶接ノズルは、前記溶接チップの先端突出量を増大させた短尺ノズルとしたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
上記請求項１の発明によると、シールドガスが中空領域に供給され、所定長さに亘って内径を絞った小径通路に流れ込み、そこに設けられたシールドガス噴出孔より、噴出される。この課程において、シールドガスは内径を絞った小径通路を通過しなければならず、この小径通路の部分でガスの流れが制限される。従って、シールドガス導入時のシールドガス噴出孔からの流量が制限されシールドガスの突出流量を抑えることができる。また、突出流量の生じる時間帯の経過後は、特に流量が落ちることがなく問題はない。
【００１７】
請求項２の発明は、トーチ本体から溶接チップにかけて形成された第１テーパ部と第２テーパ部の間の中空領域が小径通路となるものであり、この構成により上述の突出流量の抑制効果を確実に得ることができる。
【００１８】
請求項３の発明は、溶接チップの小径通路の第２テーパ部近傍にシールドガス噴出孔を設けたことにより、シールドガス噴出孔と溶接が行われる溶接部との距離が短くなる。これにより、シールドガスのシールドガス噴出孔からの噴出速度を速い状態に維持して溶接部に噴出することができ、シールドガスの噴射の流れが乱れにくくなり、シールドガスによる溶接部保護作用を良好なものとすることができる。
【００１９】
請求項４の発明によると、溶接部から溶接ノズルの先端までの距離が離れているので、溶接作業時におこるスパッタの溶接ノズルへの付着を大幅に減少させることが可能となる。これは、上述の請求項１〜３の構成より、シールドガスが内径の絞られている小径通路内を通過することで、シールドガスの流速が増加し、これに伴いシールドガス吹き出し孔からのシールドガスの噴射速度が速くなる。従って、本請求項に係る発明のように溶接ノズルを短くしても、シールドガスは大きく拡散することなく、溶接部に吹き付けられるので、アークを安定させるという機能に支障はない。従って、突出流量を制限しつつ、スパッタの付着を低減することができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２０】
以下、本発明に係るアーク溶接用溶接トーチの実施の形態を、図面を参照にして詳細に説明する。図１は、本発明における実施の形態である消耗電極式ガス被包アーク溶接機の溶接トーチ１の縦断面図を示している。溶接トーチ１において、先端部である溶接チップ１８は、トーチ本体１０と接合部１６においてねじ止めで結合固定されている。また、トーチ本体１０には溶接ノズル２８が接合部３０にて結合固定されており、溶接ノズル２８は、溶接チップ１８及びトーチ本体１０の先端部以外を所定の間隙であるノズル空間２８ａをあけて覆っている。溶接ノズル２８の覆い部分の長さは図５の従来の構成よりも短く設定され、すなわち、溶接チップ１８のチップ先端部１８ａは、溶接ノズル２８のノズル先端口２８ｂからの突出量が同じく従来の構成よりも長い約１mmとされている。
【００２１】
また、トーチ本体１０と溶接チップ１８の結合状態において、トーチ本体１０と溶接チップ１８の内部には、中空領域１１が連通形成される。この中空領域１１は、トーチ本体１０の内部では大径のシールドガス通穴１２として構成され、トーチ本体１０内部の接合部１６の近傍に形成された第１テーパ部１４にて縮径されるまで伸長している。この第１テーパ部１４からは、縮径された小径通路２０となっており、溶接チップ１８の略中央部付近に設けた第２テーパ部１９まで伸長している。そして、更に第２テーパ部１９で縮径されて、溶接チップ１８のチップ先端部１８ａまで貫通する溶接ワイヤ用通路２６となっている。
【００２２】
なお、本実施の形態では、トーチ本体１０の上端から下端近傍までのシールドガス通穴１２の内径は約６mmとされ、また、トーチ本体１０の下端近傍から溶接チップ１８の途中位置までに亘る小径通路は内径約２．５mmとされ、更に連続する溶接ワイヤ様通路は内径約１．２mmとされている。
【００２３】
図２は、溶接チップ１８のみを抜き出して示した縦断面図であり、図示のように溶接チップ１８の図上最上部であるチップ最上端１８ｂの下方位置には直径約１mmのシールドガス噴出孔２２が等間隔に４箇所設けられている。なお、図５に示した従来の溶接トーチに設けられたシールドガス噴出孔１０８の６個よりも少なくなっている。また、チップ最上端１８ｂからシールドガス噴出孔２２までの距離Ｌ１は１５mmに設定されており、チップ最上端１８ｂから第２テーパ部１９までの距離Ｌ２は２０mmに設定されている。
【００２４】
次に、上記の構成における溶接トーチ１の作用と効果について説明する。図３は、図１の溶接トーチの作動状態を示す説明図である。入力電源（図示せず）を入れることにより、不活性ガス（例えば、アルゴン）の供給源からのガス通路に設けられたガスバルブ（図示せず）が開き不活性ガスであるシールドガスＸがトーチ本体１０のシールドガス通穴１２に送られ、同時に図示しないワイヤ送給装置から溶接ワイヤ２４がシールドガス通穴１２に送られる。このシールドガスＸは、シールドガス通穴１２、第１テーパ部１４、小径通路２０を通過して、シールドガス噴出孔２２から噴出され、ノズル空間２８aを通過しノズル先端口２８ｂから溶接部に向かって噴射される。また、溶接ワイヤ２４は、シールドガス通穴１２、小径通路２０、溶接ワイヤ用通路２６を通過して、被溶接部材Ｗ方向に送給される。
【００２５】
上述の構成により、シールドガス通穴１２からシールドガスＸが送られてきても、領域が狭くなっている第１テーパ部１４を通過する際に物理的抵抗を受けるため、シールドガスの小径通路２０への流入が制限される。従って、シールドガス元圧が一定ならば、上述の「突出流量」を低下させることができる。この突出流量の低下を表すグラフを図４に示す。
【００２６】
図４は、時間あたりにノズル先端口２８ｂから噴出されるシールドガスＸの流量を表わしている。実線６０は設定流量を表しており、二点鎖線６２は従来の「突出流量」を表しており、一点鎖線６４は本実施の形態における「突出流量」を表している。同図から理解されるように、一点鎖線６４で示した本実施の形態における「突出流量」は、設定流量より高いものの、二点鎖線６２で示した従来の「突出流量」よりは低くなっている。具体的には、一点鎖線６４で示した本実施の形態における「突出流量」は、二点鎖線６２で示した従来の「突出流量」より２０％程度低下している。これにより、「突出流量」によるコストの無駄を大幅に抑えることができる。
【００２７】
また、シールドガスＸは、シールドガス通穴１２から第１テーパ部１４を通過し、相対的に細い径を持つ小径通路２０に流れこむことにより、シールドガスＸが絞り込まれ流速が増加しており、更に、シールドガス噴出孔２２が従来よりも溶接部に近い位置にあるため、溶接部に吹き付けられるまでにシールドガスの流速の低下が抑制される。従って、シールドガス噴出孔２２から放出されるシールドガスＸはノズル先端口２８ｂから放出される際も流速が高く、ノズル先端口２８ｂから溶接部に向かって拡散せずに吹き付けられる。
【００２８】
本実施の形態では溶接ノズル２８を短尺としているため、ノズル先端口２８ｂからチップ先端部１８aが従来よりも突出し、その結果、溶接ノズル２８の先端から溶接部までの距離が離れている。しかしながら、上述のようにシールドガスＸは、従来よりも流速が増加した状態でノズル先端口２８ｂから噴出されるので、溶接ノズル２８が短くなっていてもガス流は拡散することなく、溶接部に吹き付けられる。以上のことにより、アークを外気から遮断し保護する機能を従来と同様に保つことができる。
【００２９】
更に、溶接ノズル２８の先端が溶接部から離れた構造となっていることから、溶接部から飛散するスパッタが溶接ノズル２８の先端に付着しづらい。また、仮にスパッタが付着しても、溶接ノズル２８が短く被溶接部材Wと距離が離れていることから溶接ノズル２８と被溶接部材Ｗは接触しづらいので、溶接ノズル２８に付着するスパッタと被溶接部材Wとの接触により起こるショート状態を防止することができる。従って、溶接ノズル２８の清掃周期を延長することができ、作業効率が上昇する。
【００３０】
具体的には、溶接電流を１８０Ａ、溶接電圧を２２Ｖ、溶接ワイヤの内径を１．２mm、溶接チップ１８の先端から被溶接部材までの距離を１５mmとした場合、清掃期間を最大で６６％程度延長することができる。以上のようなことから、本実施の形態における溶接トーチ１は、その目的とするシールドガスの「突出流量」の低減という作用だけでなく、これと同時に溶接ノズル２８へのスパッタの付着を減らし、清掃周期を延長させるという作用を奏するものである。
【００３１】
また、上記本実施の形態は、消耗電極式ガス被包アーク溶接機への応用例を示したが、溶接ワイヤ２４を非消耗電極に変更した非消耗電極式ガス被包アーク溶接機に本発明を適用することができる。その場合も上述した消耗電極式ガス被包アーク溶接用溶接トーチと同じ構成で適用可能であり、シールドガスの突出流量を抑えることができる。
【００３２】
なお、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、発明の要旨の範囲内で種々の変更が可能である。例えば、シールドガス通穴１２や小径通路２０の内径、更にはシールドガス噴出孔の数やサイズは本発明の機能を奏する範囲において調整可能である。
【図面の簡単な説明】
【００３３】
【図１】本実施の形態におけるガス被包アーク溶接機の溶接トーチの縦断面図である
【図２】図１の溶接チップのみの縦断面図である。
【図３】図１の溶接トーチの作動状態を示す説明図である。
【図４】本実施の形態における突出流量と設定流量及び従来の突出流量の比較を、横軸を時間、縦軸を流量としてグラフ化した図である。
【図５】従来のガス被包アーク溶接機の溶接トーチの縦断面図である。
【符号の説明】
【００３４】
１      溶接トーチ
１０    トーチ本体
１１    中空領域
１２    シールドガス通穴
１４    第１テーパ部
１８    溶接チップ
１８ａ  チップ先端部
１９    第２テーパ部
２０    小径通路
２２    シールドガス噴出孔
２６    溶接ワイヤ用通路
２８    溶接ノズル
２８ａ  ノズル空間
２８ｂ  ノズル先端口
６２    従来のアーク溶接機におけるシールドガスの突出流量
６４    本発明のアーク溶接機におけるシールドガスの突出流量
【図１】
2007054872.tif 000003
【図２】
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【図３】
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【図４】
2007054872.tif 000006
【図５】
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