(57)【要約】【課題】溶接作業者は防塵マスクを装着しているが、防塵マスクは粒状の物質は濾過可能であるがガス状の物質は通り抜けてしまう問題がる。このため、溶接トーチに吸引装置を設け排気装置に連結して溶接ヒュームを強制的に吸引する方法が提案されている。しかしながら、溶接トーチ先端部で溶接ヒュームを吸引するとシールドガスを吸引してしまいシールド機能低下やシールドガスの使用量が増大するなどの問題がある。【解決手段】溶接トーチにエアを吹き込んで駆動羽根を回転することにより、従動羽根で溶接ヒュームを吸引し、旋回羽根でシールドガスに旋回力を付加しシールドガスに運動エネルギを与えることにより、溶接面のシールド効果を確保する。従動羽根にはネオジ磁石を取り付け、シールドガスを帯電させアーク中のピンチ効果を高めるとともにシールドガスの消費量を削減する。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドガスを用いるアーク溶接用の溶接トーチ先端近傍をフードに収納し、該フードは前記溶接トーチに固定された支持体で支持されており、該フード上部には排気管を設け、該排気管が吸引装置に連結されている前記溶接トーチにおいて、前記溶接トーチの外周にスリーブを嵌挿し、該スリーブに軸受を嵌挿し、該軸受に回転円筒を嵌挿し、該回転円筒の外周部に複数の駆動羽根を配設し、前記回転円筒に延長円筒をねじ込んで連結し、該延長円筒の外周部に複数の従動羽根を設け、前記延長円筒の内周部に複数の旋回羽根を設け、前記フードにエア配管を貫通せしめ、該エア配管から前記駆動羽根に向けてエアを噴射し、前記駆動羽根に回転力を付加することにより、前記回転円筒と前記延長円筒と前記従動羽根と前記旋回羽根を回転せしめることを特徴とする溶接トーチ。
【請求項２】
前記溶接トーチの先端部とコンタクトチップの間には短管を挿入してあり、該短管は前記溶接トーチのねじ込み部及び前記コンタクトチップのねじ込み部とねじ込みによって接合されており、前記短管にはシールドガス噴出口が設けられていることを特徴とする請求項１記載の溶接トーチ。
【請求項３】
前記従動羽根にネオジ磁石を取り付けていることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の溶接トーチ。
【請求項４】
前記延長円筒の先端部に鍔部材を摺動自在に取り付け、該鍔部材は前記延長円筒の任意の位置で固定できるようにしていることを特徴とする請求項１又は請求項２又は請求項３記載の溶接トーチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ＣＯ２溶接、ＭＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接などの溶接トーチの内部に駆動羽根による回転機構を設け、旋回羽根でシールドガスに回転力（旋回力）を与え、シールドガスの直進力を高めることによりシールドガス量を削減するとともに、従動羽根により溶接ヒュームを強力に吸引し吸引装置で排出する。この方式は既存の溶接トーチをそのまま流用可能であり、簡単なアタッチメントを取り付けるだけで溶接と同時に排気が可能になる。最低限の投資効果にて溶接作業者と工場内従事者の健康を守ることが可能である。かつ、駆動羽根もしくは従動羽根に取り付けたネオジ磁石による誘導起電力によるアーク柱のピンチ効果にてスプレイ移行が一段と大きくなるためスパッタの減少に繋がる。
【背景技術】
【０００２】
溶接のシールドガスとしてはＣＯ２溶接（炭酸ガスアーク溶接）が主流である。例えば、１９９７年のＣＯ２製造量は１０２．２万トンであるがその内、溶接用シールドガスとして３６．２万トン使用されている。年間製造量の３５．４％が溶接用シールドガスとして消費されているのである。ＣＯ２は５０００〜７０００℃の溶接熱にて最大２％の量が解離し一酸化炭素とオゾンに分離する。化学式は、ＣＯ２→ＣＯ↑＋Ｏ、Ｏ２＋Ｏ→Ｏ３↑である。ＣＯは０．２％吸い込むだけで死亡する危険性の高いガスである。ＣＯ２は我々人類が１００年後にはこの地球に住みにくくなるような地球温暖環境の最大の原因である。本発明は、溶接用シールドガスとしてのＣＯ２を３０％削減可能な溶接トーチである。
【０００３】
溶接作業時はシールドガスや溶接ヒュームが発生し作業者に健康障害を与える可能性がある。基本的には防塵マスクをして作業するが溶接ヒュームの成分を完全に除去できるものではない。ＣＯ２溶接やＭＡＧ溶接においては、ＣＯ２が工業的に安価に製造でき、しかも液化することにより運搬が容易なため溶接用シールドガスとして最も大量に使用されている。ソリッドワイヤは表面に銅メッキが施してある。銅メッキすることで細径ワイヤに大電流を流すことができる。電気抵抗は断面積に比例し長さに反比例することから銅メッキすることにより電気抵抗を小さくし大電流を流せるように工夫しているのである。低電流であればグロビュール移行も小さいためスパッタも少ないが、厚板溶接となると１８０アンペア以上となるため溶滴移行はグロビュール移行となりスパッタも多くなり凹凸の比較的大きいビードを形成する。グロビュール移行とは溶滴移行の一種で、電極となる溶接ワイヤの先端がアーク熱によって溶融し溶滴が大きな粒となって母材へ移行する溶滴移行のことである。グロビュール移行の溶滴は電極の直径かそれ以上の大きな溶滴となって移行する。グロビュール移行は、一般にはスパッタが多くなる傾向がある。低水素系溶接棒、炭酸ガスアーク溶接、小電流のＭＡＧ溶接やＭＩＧ溶接などに見られる現象である。また複合ワイヤに脱酸剤としてＳｉ、Ｍｎなどのフラックスが入っている。ワイヤの送給性をよくするため４フッ化エチレン（Ｃ２Ｈ４Ｆ４）がコーティングしてある。これらが５０００〜７０００℃の溶接熱にて分解し溶接ヒュームとなる。溶接ヒュームに含まれているＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４などの酸化鉄、ＴｉＯ２（ルチール）、ＳｉＯ２（酸化ケイ素）、ＭｎＯ２（酸化マンガン）などの粒子は防塵マスクである程度除去できるが、ＣＯ（一酸化炭素）、Ｏ３（オゾン）、ＨＦ（フッ化水素）、Ｃ２Ｈ４（エチレン）は既存の防塵マスクでは吸着不可能である。それぞれのガスに対して専門のマスクが必要であり、これを一つのマスクでカバーするのは不可能である。
【０００４】
ＣＯ２溶接、ＭＡＧ溶接、ＭＩＧ溶接はいずれもアーク温度は５０００〜７０００℃の高温のためワイヤ溶滴移行中に溶解金属蒸気及びフラックスガス化による無機質のガス化蒸気が激しく発生しシールドガス１０〜２５リットル／ｍｉｎ中に混合されて溶接ヒュームとして高温ミックス蒸気となって大気中に放出される。溶接ヒューム中の酸化鉄を主体とする脱酸剤（Ｓｉ、Ｍｎなど）の酸化物、作業性安定のためのルチール（ＴｉＯ２）、ガス発生剤の炭酸カルシウム（ＣａＣｏ３）、酸化カルシウム（ＣａＯ）などが連続的に大気中に放出される。溶接ヒューム中の微細な粒子は上昇気流に乗って溶接作業者の周辺を漂うので、作業者は防塵マスクを装着しなければならない。
【０００５】
溶接ヒュームの化学組成の１例を表１に示す。出典は「ミグ・マグ溶接入門シリーズ（日本溶接協会監修）」である。（１）は炭酸ガスアーク溶接ソリッドワイヤ、（２）は炭酸ガスアーク溶接フラックス入りワイヤ、（３）は被覆アーク溶接イルミナト系、（４）は被覆アーク溶接低水素系、（５）は被覆アーク溶接無害低水素系である。
【表１】
2013188754.tif 000003
【０００６】
各種アーク溶接のヒューム発生量の一例を表２に示す。出典は「ミグ・マグ溶接入門シリーズ（日本溶接協会監修）」である。
【表２】
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【０００７】
ＣＯ２溶接用複合フラックス入りワイヤには溶接スラグ剥離剤としてビスマス（Ｂｉ）や鉛（Ｐｂ）を酸化物の形で０．００５〜０．０１％入れている。ビスマスや鉛の低融点金属は金属蒸気となりその圧力で溶接母材に張り付いたフラックスを微量持ち上げるので簡単に残留フラックスを除去できる。日本メーカーの溶接棒は酸化ビスマス（ＢｉＯ２）主体のため健康上の害は少ないが、輸入溶接棒の中には酸化鉛（ＰｂＯ２）が日本の規制値を超えて入っている場合もあるので注意が必要である。ガスシールド剤としてＣＯ２を発生させ塩基度をアップして耐力をアップさせるために石灰石（ＣａＯ）、炭酸カルシウム（ＣａＣＯ３）、炭酸バリウム（ＢａＣＯ３）などが重量比４０〜５０％入っている。アーク吹付をよくするために、蛍石（ＣａＦ）、フッ化ナトリウム（ＮａＦ）、氷晶石（Ｋ３ＡＬＦ３）などが入っておりフッ素（Ｆ）換算値で最大５ｗｔ％となる。脱酸剤換算値で３〜５ｗｔ％のフェロシリコン（ＦｅＳｉ）やフェロマンガン（ＦｅＭｎ）やフェロチタン（ＦｅＴｉ）などが入っている。アーク安定剤として重量比約２０％近いルチール（ＴｉＯ２）などが入っている。これらの無機化合物が５０００〜７０００℃のアーク熱にて金属蒸気と無機ガスとなるので、溶接ヒュームは爆発的に連続して生まれ出る。ＣＯ２→ＣＯ＋Ｏ，Ｏ＋Ｏ２→Ｏ３（オゾン）が溶接ヒューム中に最大２％発生する。これらのガスを従来の防塵マスクで濾過するのは不可能である。０．５〜５．０ミクロンレベルの小さな酸化物及び無機物の溶接ヒュームを防塵マスクで完全に吸着するのは困難で、短時間の吸い込みを長期間に渡り吸引すると塵肺の原因となる。咳、痰、喘息、息切れの要因となり将来の肺合併症の原因となる。シールドガスはＣＯ２の他にＡｒ＋ＣＯ２、Ａｒ＋Ｏ２などが使用されるが、人体に有害な一酸化炭素（ＣＯ）、オゾン（Ｏ３）、窒素酸化物（ＮＯｘ）がアーク熱近辺に生まれる。例えば一酸化炭素の人体への影響は、０．０１ｖ％以上では健康に有害で、０．０２〜０．０５ｖ％では中毒作用が起こり、０．１ｖ％以上では数時間呼吸すると危険であり、０．２ｖ％以上では３０分以上呼吸すると死亡の恐れがある。一酸化炭素は体内のヘモグロビンに吸着することで細胞に必要とする酸素運搬を１０００倍以上害するため脳細胞は一番にやられる。軟鋼用溶接ワイヤ１．６ｍｍφを４３５Ａ、３０Ｖ、２５ｃｍ／ｍｉｎ、イナートガスとしてＣＯ２を１４リットル／ｍｉｎの条件で溶接した場合、一酸化炭素の濃度はアークから１０ｃｍ付近で０．１ｖ％、３０ｃｍ付近で０．００５ｖ％である。オゾンは体内に入るとＯ３→Ｏ２＋Ｏに分離するも活性酸素として残留すると細胞異常の原因となり長期に渡り吸引することで癌化する危険性がある。
【０００８】
溶接ヒュームの各成分が人体に及ぼす影響を以下に示す。（１）酸化鉄は脱酸剤Ｓｉ、Ｍｎなどの量によりＦｅＯ、Ｆｅ２Ｏ３、Ｆｅ３Ｏ４となる。酸化鉄とＳｉが結合したものを吸引するとじん肺の危険性があるが防塵マスクで１００％除去できる粒度である。（２）Ｓｉ（ケイ素）は脱酸剤としてフェロシリコン金属粉（ＦｅＳｉ）として入るため分離して単独のＳｉＯ２（酸化ケイ素）となる。鋭いガラス状の形態を呈するため長期に渡り肺に入るとリンパ組織、気管支炎、毛細血管で詰まりの原因を作り肺細胞に入って肺がんの要因となる。石綿に似たような症状を発生させる危険な物質であるが防塵マスクで防げる。（３）Ｍｎ（マンガン）は脱酸剤としてフェロマンガン金属粉（ＦｅＭｎ）として入り分離して単独でＭｎＯ２（二酸化マンガン）としてフラックススラグとなる。マンガンヒュームダストを３０ｇ／ｍ３以上の濃度で長期間吸引すると神経を侵されて幻覚症状が現れる。防塵マスクで防止可能である。（４）フッ化物は低水素溶接棒やステンレス系溶接棒に含有されている。手棒や複合ワイヤに必須成分として添加するため、悪寒、発熱、咳などに伴う肺細胞を刺激するため癌化しやすい。防塵マスクはハロゲン専用マスクでないと濾過出来ないため高価であり、使用時間も最大１２０分に制限されているため交換頻度が高くなる。一般の防塵マスクでは全く代用できない問題がある。（５）亜鉛は亜鉛酸化物のヒュームの蒸気粒子が低融点のため５０００〜７０００℃の熱により０．１μｍ以下の粒子も多く通常の防塵マスクは素通りする。金属蒸気による発熱、悪寒、筋肉痛、頭痛が一晩中続く。煙草を吸うと甘く感じるため簡単に判断できる。専用の集塵機を設け作業場をフード、ダクトで換気する必要がある。（６）鉛はスラグ剥離剤としてＰｂＯ２（酸化鉛）の形で０．００５〜０．０１％入れることで金属蒸気圧にてスラグを浮かす。便秘、頭痛、筋肉痛、吐き気、風邪とよく似た症状がでるため誤診断する場合がある。防塵マスクでは遮断できないので排気設備が必要となる。（７）炭素は硬化肉盛り棒を使用した時に吸引する場合が多いが１００％防塵マスクにて吸収可能である。無マスクで作業すると肺着色（黒色）となる。（８）銅は金属ヒュームで発熱、悪寒、煙草の甘味感覚、吐き気、嘔吐、下痢、皮膚呼吸による表面の緑青による寝汗が出る。亜鉛と症状が似ている。（９）ベリリウムは銅合金の硬化元素として添加するためベリリウム銅などの溶接をする場合に生じる。酸化物は肺への影響である呼吸困難、食欲減退を引き起こす。防塵マスクで除去可能である。（１０）クロム（Ｃｒ）はステンレス鋼などを溶接する際に発生する酸化クロム（ＣｒＯ２）のヒュームとなる。酸化クロムはＣｒが水蒸気やクロム酸カリウム（Ｋ２ＣｒＯ４・２Ｈ２Ｏ）やフラックス中の氷晶石（Ｋ３ＡＬＦ３）が反応して生じる。ヒュームを吸い込むと痙攣や皮膚潰瘍、鼻孔汚損、喘息が出る。防塵マスクにて濾過可能である。Ｃｒは３価、４価、５価、６価があり全て有害である。（１１）ニッケル（Ｎｉ）はステンレス鋼溶接で発生する。ニッケル化合物は発がん性が強く主としてグラインダ加工粉、切削粉にて発生するが防塵マスクで除去可能である。溶接ヒュームに含まれるＮｉＯ���は生まれにくいため防塵マスクで除去可能である。（１２）アルミニウム溶接は１００％ＡｒガスのＴＩＧ溶接かＭＩＧ溶接であり、ＡＬ自体が低融点のためガス化しやすく金属蒸気となりやすい。酸化してＡＬ２Ｏ３となると硬いため呼吸器系を害する。（１３）アスベストは溶接後の保温として使うことが多く鉱物性ケイ酸塩を含有するため２０〜５０μｍ粒子は肺線維症を引き起こし発がん性の高い有害物質であるも防塵マスクで徐塵できる。（１４）カドミウムは銀ロウ溶接棒に入っているためガスロウ付けの際低温のため金属蒸気ガスとしてヒュームとなる。骨に沈殿するためイタイイタイ病の原因となる。防塵マスクで１００％徐塵できないので排気設備が必要である。（１５）マグネシウムはアルミ合金に入っているためヒュームは発熱の原因となり肺機能を害する。防塵マスクでは濾過不可能なため排気設備が必要である。（１６）一酸化炭素（ＣＯ）は血液の酸素運搬機能を急激に落とすため脳内ダメージが大きく一瞬でも大量に吸うと神経障害を生じる。痙攣、呼吸困難となり死にいたる。溶接作業者は少量を慢性的に吸うケースが多い。そのため頭痛、吐き気、知覚低下、中枢神経障害や動脈硬化に由来する心臓障害の原因となる。（１７）オゾン（Ｏ３）は０．１ｐｐｍでも鼻や喉の刺激がある。０．１ｐｐｍ以上を吸うと頭痛、嘔吐、胸痛、肺水腫、呼吸困難などの症状がみられる。溶接作業者の一般のマスクでは防ぐことが困難であるため極力３０ｃｍ以上離れて風上側より溶接する。慢性的に一般毒性物であり活性酸素として体内に入るため病原菌による抵抗力低下に繋がる。アーク光による紫外線は空気中の酸素をオゾン化するため周囲に対する遮光対策も必要である。（１８）二酸化窒素（ＮＯ２）は０．０２〜０．０３ｐｐｍでも喘息の原因となる。溶接にて生れ出ることは少ないが溶接面などの塗料を除去せず溶接すると発生する。前もって塗料を除去することにより防止可能である。（１９）フッ化水素（ＨＦ）は一般に低水素系やステンレス系の溶接棒中のフッ素と大気中の湿度と反応して生れる。０．０１ｐｐｍで鼻、喉、気管支炎などの呼吸器系の障害に繋がる。一般のマスクでは防止できないのでフッ素専用のマスクや排気設備が必要である。
【０００９】
低水素系の複合ワイヤ、ステンレス系の複合ワイヤには最大５ｗｔ％のフッ化物が入っているため１０〜２０ｖ％のフッ化ガスが発生する。これらは神経性ガスのため急激な悪寒と下痢と金属蒸気による発熱などのため風邪と勘違いする場合が多い。防塵マスクを素通りして作業者が吸引するためである。このようにフッ化ガスの場合は低濃度でも風邪に似たような症状が出る。ＣＯ、Ｏ３，ＨＦ、有機溶剤に対してそれぞれの特性に適合した適正な防塵マスクを使用するのが望ましい。また、溶接する作業場所全体を工場外に排気するのが根本的な対策であるが多額の投資が必要である。
【００１０】
以上のように溶接作業時に発生する溶接ヒュームは作業者にとって有害であることからいろいろな対策が提案されている。
【００１１】
特許文献０１（特開平１０−２３０３９０号広報）において、Ｎｉ−Ｃｒステンレス鋼からなる芯線の表面に塗布されている被覆剤の成分及び成分量が示されている。例えば、Ｔｉ酸化物、金属炭酸塩、金属フッ化物、Ｓｉ酸化物、Ｎｉ粉、Ｃｒ粉、Ｍｎ粉、Ｂｉ，Ｓ、Ｐｂなどが含有されている。これらの成分はガス発生剤、アーク安定剤、スラグ剥離剤としての機能を発揮するために必要な低融点金属蒸気を発生させる役割を持っている。ワイヤの供給性を良くするためワイヤ表面には四フッ化エチレン（Ｃ２Ｈ４Ｆ４）がコーティングされているため溶接中にフッ化ガスが発生する。このフッ化ガスは専用マスクでないと防げない。溶接作業者が使用する従来のマスクは酸化物主体の防塵マスクであり、ＣＯ、Ｏ３、Ｆなどのガスは吸収不可能である。即ち、溶接ヒュームを吸収するためのマスクには万能マスクはないことを説明している。溶接ヒュームを溶接トーチで直接吸引できれば最も効率で簡単であり優れた方法である。
【００１２】
特許文献０２（特開平５−３２９６５０号広報）や特許文献０３（特開平１１−２９１０４６号広報）の方法の問題点は溶接トーチに直接排煙機構が併設されており、ホース途中より専用の吸い込み機にセットする方法であり非常に小型で作業者の手元操作が楽であり実用性が高い。しかし、シールドガスを吸い込みやすいのでシールドガス効果が低下する問題や大量のシールドガスが必要になる問題がある。また、吸い込み位置にてシールドガスの流れを乱さぬように調節ソケットの調整が必要である。シールドガスの機能を満足しながら溶接ヒュームを吸引するのは困難である。
【００１３】
特許文献０４（実開昭４９−５８８２３号広報）や特許文献０５（特開２００９−１７２６５２号広報）には、溶接トーチに溶接ヒュームを吸引する機構と鍔部材を設け、鍔部材がシールドガスの乱れを防止するとともにシールドガスが無駄に排気されることを防いでいる方法が提案されている。通常、シールドガスの量や圧力は小さいので溶接トーチから噴出されたシールドガスは鍔部材を迂回して吸引口に吸引されてしまう。従って、シールドガス効果が低下する問題や大量のシールドガスが必要になる問題は解消できない。
【００１４】
特許文献０２、０３、０４，０５による方法は、溶接トーチに吸引装置を設け溶接ヒュームを吸引するだけの機能であるため、溶接ヒュームの吸収効率は優れているが同時に大量のシールドガスを吸引してしまうのでシールドガスによる大気の遮断効果が低下して溶接品質が低下する問題やシールドガスの使用量が増大する問題がある。溶接ヒュームを溶接トーチで吸引する方法は最良の方法であるが、同時にシールドガスの使用量を低減する方法を併用しなければ根本解決にならないのである。溶接ヒュームの成分分析は難しいので分析結果はあまり明確になっていないが単なる防塵マスクでは防げない成分も多い。成分ごとに防塵マスクを取り換えたり、一定時間ごとに取り換えたりするのは現実的には困難であることから溶接トーチで確実に吸引し、作業者が吸引しないような対策をとる方法が一番確実で効率的である。溶接作業時は確実に２ｖ％の有害ガス（ＣＯ、Ｏ３、Ｆ）が発生するが防塵マスクだけで対応しているのが実態である。最低限防塵マスクは有効であるも、ＣＯ２→ＣＯ＋Ｏ、Ｏ２＋Ｏ→Ｏ３と生れる解離ガスの有害性は防塵マスクだけではカットできないのである。溶接ヒューム中の粒子、金属蒸気、無機質を顕微鏡で観察すると、重力と表面張力によりほとんどが丸形状であるため肺に刺さって塵肺になる危険性は少ないが、長期に渡り２％の有害ガスを吸引するのは健康上問題である。１種類のマスクで防塵と有害ガスを同時カットするのは不可能である。溶接トーチ先端で溶接ヒュームを吸引し、作業者から十分安全な距離を確保した場所で放散する方法が求められている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１５】
【特許文献０１】特開平１０−２３０３９０号広報「ステンレス鋼溶接用被覆アーク溶接棒」
【特許文献０２】特開平５−３２９６５０号広報「溶接トーチ用排煙装置」
【特許文献０３】特開平１１−２９１０４６号広報「半自動溶接機のトーチ用ヒューム吸引ノズル装置」
【特許文献０４】実開昭４９−５８８２３号広報「溶接機用集塵装置」
【特許文献０５】特開２００９−１７２６５２号広報「溶接ヒューム回収装置」
【特許文献０６】特開２００９−１５６５１８号広報「金属体用の溶断ノズル」
【特許文献０７】特願２００９−２５５１０５号広報「金属体用の溶断ノズル」
【非特許文献】
【００１６】
【非特許文献０１】元素３の新知識、桜井弘（編）、講談社
【非特許文献０２】ミグ・マグ溶接入門、日本溶接協会監修、産報出版
【非特許文献０３】有害物質小辞典、泉邦彦著、研究者
【非特許文献０４】二酸化炭素と地球環境、大前巌著、中公新書
【非特許文献０５】オゾンの不思議、伊藤泰郎著、ブルーバックス
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１７】
溶接作業時に発生する溶接ヒュームには人体に有害な成分を多く含んでいる。従来溶接作業者は防塵マスクを装着しているが、防塵マスクは粒状の物質は濾過可能であるがガス状の物質は通り抜けてしまう問題がる。このため、溶接トーチに吸引装置を連結して溶接ヒュームを強制的に吸引する方法が提案されている。しかしながら、溶接トーチ先端部で溶接ヒュームを吸引するとシールドガスを吸引してしまい溶接金属の酸化やシールドガスの使用量が増大する問題がある。本発明の課題は、溶接トーチ先端部から溶接ヒュームを吸引する方法において、（１）シールドガスのシールド効果を低下させずに溶接ヒュームを確実に吸引する、（２）シールドガスの使用量を削減することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１８】
第１の解決手段は特許請求項１に示すように、シールドガスを用いるアーク溶接用の溶接トーチ先端近傍をフードに収納し、該フードは前記溶接トーチに固定された支持体で支持されており、該フード上部には排気管を設け、該排気管が吸引装置に連結されている前記溶接トーチにおいて、前記溶接トーチの外周にスリーブを嵌挿し、該スリーブに軸受を嵌挿し、該軸受に回転円筒を嵌挿し、該回転円筒の外周部に複数の駆動羽根を配設し、前記回転円筒に延長円筒をねじ込んで連結し、該延長円筒の外周部に複数の従動羽根を設け、前記延長円筒の内周部に複数の旋回羽根を設け、前記フードにエア配管を貫通せしめ、該エア配管から前記駆動羽根に向けてエアを噴射し、前記駆動羽根に回転力を付加することにより、前記回転円筒と前記延長円筒と前記従動羽根と前記旋回羽根を回転せしめる溶接トーチである。
【００１９】
第２の解決手段は特許請求項２に示すように、前記溶接トーチの先端部とコンタクトチップの間には短管を挿入してあり、該短管は前記溶接トーチのねじ込み部及び前記コンタクトチップのねじ込み部とねじ込みによって接合されており、前記短管にはシールドガス噴出口が設けられている溶接トーチである。
【００２０】
第３の解決手段は特許請求項３に示すように、前記従動羽根にネオジ磁石を取り付けている溶接トーチである。
【００２１】
第４の解決手段は特許請求項４に示すように、  前記延長円筒の先端部に鍔部材を摺動自在に取り付け、該鍔部材は前記延長円筒の任意の位置で固定できるようにしている溶接トーチである。
【発明の効果】
【００２２】
第１の手段による効果は以下である。（１）フードが吸引装置に連結されているので溶接ヒュームを吸引できる。（２）エアや吸引装置によって吸引された溶接ヒュームやシールドガスが駆動羽根に衝突し駆動羽根を回転させるので回転筒が回転し、従動羽根や旋回羽根が回転する。（３）エアの圧力や流量を変化させることにより駆動羽根の回転数や回転トルクを調整できるので、溶接ヒュームの吸い込み量を調整できる。（４）シールドガスの旋回力を調整することによりシールドガスを溶接面に強く吹き付けることができるのでフードの吸引力に負けることがなくなり溶接面を確実にシールドできる。（５）シールドガスに運動エネルギを付加することにより、溶接面のシールド効果がアップするのでシールドガスの使用量を削減できる。（６）従動羽根の回転により溶接ヒュームが効率的に吸引される。
【００２３】
第２の手段による効果は以下である。（１）既存の溶接トーチを改造することなくいくつかのアタッチメントを取り付けるだけで溶接ヒュームの吸引機構を付加できる。（２）シールド噴射口を旋回羽根近くに配設できるので、シールドガスに強い旋回力を与えることができる。
【００２４】
第３の手段による効果は以下である。（１）シールドガスに帯電できるのでアーク柱を安定できる。（２）シールドガスのピンチ効果により溶接面のシール効果がアップするのでシールドガスの削減ができる。
【００２５】
第４の手段による効果は以下である。（１）シールドガスが直接フードから吸引されるのを防止できる。（２）鍔部材の底面に沿ってシールドガスが広がるので溶接面を均一にシールドできる。（３）鍔部材が回転するので、溶接面に当たって鍔部材に上昇してきたシールドガスに回転を与え再度溶接面に戻すことができるのでシールドガスのシール効果をアップできる。この効果によりシールドガスの使用量を削減できる。
【図面の簡単な説明】
【００２６】
【図１】は本発明による溶接トーチの断面図である。
【図２】は従来の溶接トーチの正面図で部分断面図である。
【図３】は本発明の溶接トーチのＡ−Ａ断面図である。
【図４】は本発明の溶接トーチのＢ−Ｂ断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２７】
本発明の実施形態を請求項１〜請求項４及び図１、図２、図３、図４に基づいて説明する。
【００２８】
第１の解決手段は特許請求項１に示すように、シールドガスを用いるアーク溶接用の溶接トーチ１０先端近傍をフード２０に収納し、該フード２０は前記溶接トーチ１０に固定された支持体２１で支持されており、該フード２０上部には排気管２２を設け、該排気管２２が吸引装置に連結されている前記溶接トーチ１０において、前記溶接トーチ１０の外周部にスリーブ１１を嵌挿し、該スリーブ１１に軸受１２を嵌挿し、該軸受１２に回転円筒３０を嵌挿し、該回転円筒３０の外周部３０ａに複数の駆動羽根３１を配設し、前記回転円筒３０に延長円筒４０をねじ込んで連結し、該延長円筒４０の外周部４０ａに複数の従動羽根４１を設け、前記延長円筒４０の内周部４１ｂに複数の旋回羽根４２を設け、前記フード２０にエア配管３２を貫通せしめ、該エア配管３２から前記駆動羽根３１に向けてエアを噴射し前記駆動羽根３１に回転力を付加することにより、前記回転円筒３０と前記延長円筒４０と前記従動羽根４１と前記旋回羽根４２を回転せしめる溶接トーチ１０である。
【００２９】
図２は既存の標準的なガスシールド溶接トーチ１１０の断面図である。本発明の溶接トーチ１０は既存の溶接トーチ１１０にいくつかのアタッチメントを付加して、溶接トーチ１０に吸引機能を持たせたものである。溶接トーチ１１０の先端部１１０ａにコンタクトチップ１５０がネジ込み部により装着されている。フード１１１は溶接トーチ１１０に差し込み式（ソケット式）になっており、ソケット部１１１ａで固定されている。シールドガスは噴出口１１０ｂから噴出し、フード１１１によってガイドされ溶接面に導かれ溶接面をシールドする。シールドガスは通常１５〜２５リットル／ｍｉｎで噴出されるが、溶接作業者が母材の材質や板厚や周囲の風の状況や湿度に応じて経験的に決定し調節している。溶接ワイヤ１７０はインナーチューブ（図示せず）を経由してトーチ本体１１０から送り出されるが、ワイヤ送給装置（図示せず）にかかる負荷を軽減するためワイヤ１７０表面には主として四フッ化エチレンが塗布されている。これがアーク熱にて分解し、ＣＯ２→ＣＯ＋Ｏ↑、Ｏ＋Ｏ２→Ｏ３↑、結果的にＯ３（オゾン）＋Ｆ（フッ素）と混合したガスが生れる原因のひとつである。神経性ガスであり悪寒などの症状がでるので専用のマスクが必要である。低水素系ワイヤ、ステンレス系ワイヤを使用する場合はフッ化物の含有量が多くなるので特に必要である。
【００３０】
図１は本発明による溶接トーチ１０の断面図である。色塗り部は既存溶接トーチ１１０部分を示している。フード２０は支持体２１で支持されている。フード２０は２分割になっておりそれぞれビス２１ａにて支持体２１に固定されている。上部フード２０ａには覆い２２が取り付けられ上方からの大気を遮断している。また、上部フード２０ａには排気管２２が取り付けられており吸引装置（図示せず）に連結されている。吸引装置は家庭用掃除機で代用できるような小型集塵機や工場集塵ダクトやエジェクターなどに連結できるが、溶接トーチで吸引する溶接ヒュームを十分に吸引できればよい。溶接作業場の状況に応じて選択可能である。下部フード２０ｂにはエア配管３２が貫通して取り付けられており、下部フード２０ｂ内にエアを吹き込めるようにしている。
【００３１】
溶接トーチ１０にスリーブ１１を取り付けている。スリーブ１１は既存の溶接トーチ１１０のフード１１１を取り外して取り付けている。スリーブ１１には軸受１２を嵌挿している。軸受１２は２個装着し、嵌挿した回転円筒３０の安定性を高めている。回転円筒３０には駆動羽根３１を取り付けている。回転円筒３０には延長円筒４０をネジこみ部４０ｃでねじ込んで取り付けている。延長円筒４０の外周部４０ａには従動羽根４１を取り付けている。延長円筒４０の内周部４０ｂには旋回羽根４２が取り付けられている。エア配管３２からエアを吹き付けることにより駆動羽根３１が回転し、その回転力で回転円筒３０や延長円筒４０や従動羽根４１や旋回羽根４２が回転する。
【００３２】
スリーブ１１を装着することにより、既存溶接トーチ１１０のシールドガス噴出口１１０ｃが閉塞してしまうので、トーチ１０の先端１０ａとコンタクトチップ５０の間に短管６０を挿入して、短管６０に噴出口を設ける。短管はネジこみ部１０ｂとねじ込み部５０ａでねじ込み接続する。既存溶接トーチ１１０のねじ込み部１１０ｂと本発明の溶接トーチ１０のねじ込み部１０ｂと５０ａは同一仕様である。従って、短管６０は既存の溶接トーチ１１０を流用して組み込み可能である。短管６０には設けたシールドガス噴出口６０ａは旋回羽根４２に向けて下向きにし、さらに短管６０の接線方法に設けることによりシールドガスに回転力（旋回力）を効率的に付加できる。
【００３３】
駆動羽根３１は高力アルミニウム２０１４〜２０１７のように軽量で強度の高い材量が望ましい。表面には溶接ヒュームからの摩耗を防止するためにカニゼンメッキなどの耐摩耗対策をするのが望ましい。駆動羽根３１は０．３〜０．５ＭＰａのエアを吹き付けることにより回転する。また、吸引装置による吸引力でも回転力を付加される。駆動羽根３１を回転させることにより回転円筒３０と延長円筒４０と従動羽根４１と旋回羽根４２が回転する。駆動羽根の回転数は最大１２００ｒｐｍである。溶接ヒュームの発生状況やシールドガスの使用量によって回転数を調整する。回転数の調整はエア圧力や流量を調整することにより容易に設定可能である。駆動羽根３１は６〜１２枚取り付けるのがよい。
【００３４】
従動羽根４１は延長円筒４０の外周部４０ａに取り付けられている。従動羽根４１は４〜８枚取り付けるのがよい。従動羽根の回転によりフード入り口のシールドガスや溶接ヒュームの流れを整流化する働きがあり、シールドガスのシールド効果を乱さないようにする機能を有し溶接ヒュームを効率的に吸引できる。
【００３５】
旋回羽根４２は延長円筒４０の内周部４０ｂに取り付けられている旋回羽根４２は８〜１２枚取り付けるのがよい。旋回羽根４２は狭い空間に取り付けることから加工が難しいので例えば、純銅をワイヤカットで加工して製作する方法が用いられる。旋回羽根４２を純銅で製作するとスパッタや溶接ヒュームの付着防止効果がある。旋回羽根４２はシールドガスに直進力を与えアーク中のピンチ効果を高める作用がある。シールドガスのシール効果をアップできるため従来よりも約３０％のシールドガスを低減できた。旋回羽根４２は旋回するのではなく回転するのであるが、シールドガスを溶接面で旋回させることから旋回羽根４２と表現している。従来の溶接トーチ１１０に吸引機構を設けた構造は各種提案されているが、シールドガスを強力に吸い込むため溶接のシールが不十分であり、それをカバーするためにシールドガス量の使用量を増やしていた。そのため溶接トーチ１０による溶接ヒュームの吸引方法は現実には普及していないのが実態であった。
【００３６】
特許文献０６（特開２００９−１５６５１８号広報）の発明は本発明者によるものであるが、切断ガスに旋回力を与えるとピンチ効果にて切断炎が狭く絞られることから高温となるため狭開先切断が可能となった。この切断原理の応用で、溶接シールドガスに最大１２００ｒｐｍの回転を与えると溶接面で旋回し、シールドガスにピンチ効果が与えられるためシールドガスを３０％削減することが可能である。シールドガスに旋回運動エネルギを付加することでシールドガスの直進力が強くなり溶接近辺の風の影響を受けにくくなるためシールド効果が大きくなる。シールドガスに旋回力を与えることにより、シールドガスを溶接面に強く押し付けることになるのでシールドガスの密度をアップでき大気が侵入しにくくなる。また、シールドガスは運動エネルギが付加されているので、ある程度溶接面周辺に広がったのちにフードから吸い込まれるのでシールド効果が低下することはない。シールドガスに運動エネルギを付加した分だけシールドガスを削減できる。
【００３７】
シールドガスに最大１２００ｒｐｍの回転を与えることでシールドガスの直進力をアップさせるため少ない量でも周囲の風に負けず溶接が可能となった。駆動羽根の回転力はエア圧０．３〜０．５ＭＰａのエアモータの原理にて与えられる。フード２０に吹き込んだエアはエジェクター機能もあることから溶接ヒューム吸い込みの役割も果たす。旋回羽根４２は８〜１２枚の羽根取り付ける。旋回羽根４２は溶接トーチ１０の軸方向に対して１０〜２０°の捩じれ角を有している。８００〜１２００ｒｐｍで回転し、溶接トーチ１０より出るシールドガスに旋回力（回転力）を付加する。
【００３８】
第２の解決手段は特許請求項２に示すように、前記溶接トーチ１０の先端部１０ａとコンタクトチップ５０の間には短管６０を挿入してあり、該短管６０は前記溶接トーチ１０のねじ込み部１０ｂ及び前記コンタクトチップのねじ込み部５０ａとねじ込みによって接合されており、前記短管６０にはシールドガス噴出口６０ａが設けられている溶接トーチ１０である。
【００３９】
スリーブ１１を装着することにより、既存溶接トーチ１１０のシールドガス噴出口１１０ｃが閉塞する。そのためトーチ１０の先端１０ａとコンタクトチップ５０の間に短管６０を挿入する。短管はネジこみ部１０ｂとねじ込み部５０ａでねじ込み接続する。既存溶接トーチ１１０のねじ込み部１１０ｂと本発明の溶接トーチ１０のねじ込み部１０ｂと５０ａは同一仕様である。従って、短管６０は既存の溶接トーチ１１０に組み込み可能である。短管６０にはシールドガス噴出口６０ａを設けている。噴出孔６０ａは旋回羽根４２に向けることにより旋回羽根４２で旋回力を付加しやすくなる。また、短管６０の接線方向に噴出することにより旋回力（回転力）を付加できる。
【００４０】
第３の解決手段は特許請求項３に示すように、前記従動羽根４１にネオジ磁石４３を取り付けている溶接トーチ１０である。
【００４１】
ネオジ磁石４３は接着剤やロウ付けやビスなどによって従動羽根４１に取り付ける。ネオジ磁石４３は３００００ガウス／個以上の磁力を有している。従動羽根４１の材質は電磁誘導体とするためＳＳ材が適している。ネオジ磁石４３によりシールドガスが帯電するのでアーク柱のピンチ力がアップする。本発明では、ネオジ磁石４３は従動羽根４１に取り付けているが、回転円筒３０や延長円筒４０や旋回羽根４２に取り付けることもできる。従動羽根４１や旋回羽根４２をネオジ磁石４３そのもので製作する方法もある。
【００４２】
特許文献０７（特願２００９−２５５１０５号広報）の発明は本発明者の発明であるが、切断ガスに帯電させ切断炎に磁場を与える原理を応用したものである。従動羽根４１にネオジ磁石４３（３００００ガウス／個）を２０〜３０個設置し最大１２００ｒｐｍで回転することでフレミングの左手の法則で電磁誘導コイルと同じ役目を果たすためアーク柱が絞られるピンチ効果のためアーク電圧が上昇しスプレイ移行となる。溶接アーク柱はＣＯ２溶接の場合はスプレイ移行とグロビュール移行の混合で１８０アンペアを境として急激にグロビュール移行となる。粒子状の降下溶滴は一種のスイッチの役割をしておりオンオフの入り切りを瞬時に繰り返している。最大１２００ｒｐｍ回転による電流の入り切りがスイッチと同じ働きをするため自動的に起電力を生みスプレイ移行となるためスパッタが低減し、スパッタ自体が超微粒スパッタとなることによりスパッタ除去が簡単になる。ガス切断トーチの磁力効果を溶接トーチ１０の溶接ヒューム吸引に応用した。
【００４３】
従動羽根４１に３０〜４０個の３００００ガウス／個のネオジ磁石を取り付け、ネオジ磁石が最大１２００ｒｐｍ回転することで強磁場による電磁誘導電流を生みだしトーチ内を通過するシールドガス、ＣＯ２、ＣＯ２＋Ａｒ、Ａｒ、Ｈｅなどに帯電するため結果的に凸レンズが太陽光を絞り込むのと同じような原理にて磁場レンズでアーク柱にピンチ力を与えるためアーク電流・電力がアップし、従来のグロビュール移行でありながらスパッタの少ない溶接が可能でスプレイ移行となる。従来市販されているＡｒ８０％＋ＣＯ２０％のサンアークガス（太陽日酸（株）製）と同じ作業性を示す。強磁場を生みだす最大の原理は回転する磁場が連続して入り切りのスイッチを兼用しているためである。ネオジ磁石４３配列と従動羽根４１の回転にて自動的に発生する電磁誘導磁場でありオンオフスイッチ効果にて起電力が生れる。
【００４４】
第４の解決手段は特許請求項４に示すように、前記延長円筒４０の先端部４０ｃに鍔部材４４を摺動自在に取り付け、該鍔部材４４は前記延長円筒４０の任意の位置で固定できるようにしている溶接トーチ１０である。
【００４５】
鍔部材４４は延長円筒の先端部４０ｄを摺動自在に移動可能になっており、ビス４５によって固定される。シールドガスや溶接ヒュームは鍔部材４４を迂回してフード２０入り口から吸引される。鍔部材４４は最大１２００ｒｐｍで回転するのでシールドガスや溶接ヒュームに滑らかな回転を付加しシールド効果を高める作用がある。従来の鍔部材４４は回転しないのでシールドガスや溶接ヒュームに運動エネルギを付加することができず、溶接ヒュームやシールドガスはフード２０入り口の吸引力によって強力に吸引されてしまうのでシールドガスのシール効果が小さくなっていた。本発明による鍔部材４４はシールドガスを削減する効果もある。
【符号の説明】
【００４６】
１０：溶接トーチ
１０ａ：トーチ先端
１０ｂ：ねじ込み部
１１：スリーブ
１２：軸受
２０：フード
２０ａ：上部フード
２０ｂ：下部フード
２１：支持体
２１ａ：ビス
２２：覆い
２３：排気管
３０：回転円筒
３１：駆動羽根
３２：エア配管
４０：延長円筒
４０ａ：外周部
４０ｂ：内周部
４０ｃ：ねじ込み部
４０ｄ：先端部
４１：従動羽根
４２：旋回羽根
４３：ネオジ磁石
４４：鍔部材
４５：ビス
５０：コンタクトチップ
５０ａ：ねじ込み部
６０：短管
６０ａ：噴出口
７０：溶接ワイヤ
１１０：既存の溶接トーチ
１１０ａ：先端部
１１０ｂ：噴出口
１１１：フード
１１１ａ：ソケット部
１７０：溶接ワイヤ
【図１】
2013188754.tif 000005
【図２】
2013188754.tif 000006
【図３】
2013188754.tif 000007
【図４】
2013188754.tif 000008