(57)【要約】【課題】溶接等を行う際に発生する溶接ヒュームを、効率的、かつ確実に除去できるヒューム除去溶接装置および溶接方法を提供する。【解決手段】溶接トーチ２と、該溶接トーチに隣接して設けられ、ヒュームを除去するクリーニング手段１３とを備えたヒューム除去溶接装置において、前記クリーニング手段は、矩形状の容器８と、該容器に設けられたブラシ３と、該容器の内部を循環する冷媒とからなるヒューム除去溶接装置。【選択図】図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接トーチと、該溶接トーチに隣接して設けられ、ヒュームを除去するクリーニング手段とを備えたヒューム除去溶接装置において、
前記クリーニング手段は、矩形状の容器と、該容器に設けられたブラシと、該容器の内部を循環する冷媒とからなることを特徴とするヒューム除去溶接装置。
【請求項２】
前記ブラシは前記容器の下端部に挿脱可能に設けられたブラシ支持部に固定されていることを特徴とする請求項１に記載されたヒューム除去溶接装置。
【請求項３】
溶接トーチと、該溶接トーチの回転軸と、該溶接トーチに隣接して設けられ、ヒュームを除去するクリーニング手段とを備えたヒューム除去溶接装置において、
前記クリーニング手段は、前記回転軸の端部外周に設けられたブラシと、前記回転軸の内部を循環する冷媒とからなることを特徴とするヒューム除去溶接装置。
【請求項４】
前記ブラシは前記回転軸に挿脱可能に設けられたブラシ支持部に固定されていることを特徴とする請求項３に記載されたヒューム除去溶接装置。
【請求項５】
溶接時に発生する溶接ヒュームを除去するヒューム除去溶接方法において、
発生したヒュームを冷却し凝着して除去することを特徴とするヒューム除去溶接方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ヒューム除去装置を備えた溶接装置および溶接方法に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、溶接等を行う際に発生する溶接ヒュームは、アークにより数千度に熱せられ溶融し、急速に熱上昇を起こした金属等の蒸気で、やがて中空にて浮遊し、その後０.５〜５．０ミクロンの粉塵に変化し、溶接の加工品質の劣化や作業環境の悪化を引き起こすことが多く、これを防止するため、さまざまなヒューム除去手段が提案されている。
【０００３】
一般的なヒューム除去手段としては、図５に示すように、レーザ溶接装置１００により、板材Ｗの突合せ溶接を行う場合において、突合せ部ＷＴのレーザ溶接時に発生するヒュームＨに、除去用ノズル１０１からシールドガスＧを噴射することにより、ヒュームＨを吹き飛ばして除去する方法がある（特許文献１）。
【０００４】
また、図６に示すように、被加工材Ｗを切断、溶接などの加工をする場合、被加工位置Ｐを四方の外壁１０２で覆い、一方の外壁１０２に設けられたヒューム排出ガス供給ノズル１０３から、外壁１０２で覆われた空間内に、ヒュームＨを排出するヒューム排出ガスを供給し、他方の外壁１０２に設けられたヒューム吸引ノズル１０４によりヒューム含有ガスを吸引して除去する方法がある（特許文献２）。
【０００５】
さらに、図７に示すように、金属などの溶接加工時に発生するスパッタやヒュームＨなどの飛散物を、レーザ加工ヘッドＳの光学系１０５と加工対象物Ｗとの間に設けた磁着装置１０７により磁着して除去する方法（特許文献３）等がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００６】
【特許文献１】特開平５−２０８２８５号公報
【特許文献２】特開２００４−１０４３号公報
【特許文献３】特開２００８−３０７５７３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
上記特許文献１に記載の方法では、高温で軽くなり、浮き上がってきたヒュームＨをシールドガスＧによって吹き飛ばすものであるが、空中を漂うヒュームＨは除去できるものの、板材Ｗに付着したヒュームＨを除去することは困難であるという問題があった。
【０００８】
また、上記特許文献２に記載の方法では、ヒューム排出ガスによりヒュームＨを吸引して除去するものであるが、吸引時の負圧によってヒュームＨの除去がなされるため、外壁１０２で囲まれた空間と被加工材Ｗとの気密性が重要となる。しかし、溶接中は外壁１０２も移動させる必要があるため、気密性が低下して、被加工材Ｗに付着したヒュームＨの吸引は困難であるという問題があった。
【０００９】
さらに、上記特許文献３に記載の方法では、磁着装置１０７と加工対象物Ｗの間の距離が大きいため、加工対象物Ｗに付着した飛散物を磁着して、完全に除去することは困難であるという問題があった。
【００１０】
本発明は、上記課題を解決するためになされたものであり、溶接等を行う際に発生する溶接ヒュームを、効率的、かつ確実に除去できるヒューム除去溶接装置および溶接方法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】
【００１１】
上記課題を解決するために本発明のヒューム除去溶接装置は、溶接トーチと、該溶接トーチに隣接して設けられ、ヒュームを除去するクリーニング手段とを備えたヒューム除去溶接装置において、前記クリーニング手段は、矩形状の容器と、該容器に設けられたブラシと、該容器の内部を循環する冷媒とを備えたものであり、また、溶接トーチと、該溶接トーチの回転軸と、該溶接トーチに隣接して設けられ、ヒュームを除去するクリーニング手段とを備えたヒューム除去溶接装置において、前記クリーニング手段は、前記回転軸の端部外周に設けられたブラシと、前記回転軸の内部を循環する冷媒とを備えたものである。
【００１２】
また、本発明のヒューム除去溶接方法は、溶接時に発生する溶接ヒュームを除去するヒューム除去溶接方法において、発生したヒュームを冷却し凝着して除去するものである。
【発明の効果】
【００１３】
本発明のヒューム除去溶接装置および溶接方法によれば、溶接等を行う際に発生する溶接ヒュームを、効率的、かつ確実に除去できる。
【図面の簡単な説明】
【００１４】
【図１】本発明の第１の実施形態に係るヒューム除去溶接装置の全体図。
【図２】本発明の第１の実施形態に係るクリーニング手段の要部拡大断面図。
【図３】本発明の第２の実施形態に係るヒューム除去溶接装置の全体図。
【図４】本発明の第２の実施形態に係るクリーニング手段の要部拡大断面図。
【図５】本発明の従来例１に係る溶接装置の全体図。
【図６】本発明の従来例２に係る溶接装置の全体図。
【図７】本発明の従来例３に係る溶接装置の全体図。
【発明を実施するための形態】
【００１５】
[第１の実施形態]
以下、本発明の第１の実施形態に係るヒューム除去溶接装置および溶接方法について、図１、図２を参照して説明する。  
図１に示すように、ヒューム除去溶接装置は、被溶接材４、４の突合せ部２２を溶接するための溶接アーク１を発生する溶接トーチ２、溶接トーチ２を支持する基台１２、ヒューム５を除去するクリーニング手段１３、基台１２を上下方向に貫通する３本のスライド７、各スライド７間に取付けられ、ヒューム５を除去する際、クリーニング手段１３を被溶接材４に付勢するためのばね６を備えている。
【００１６】
被溶接材４は板状のステンレス鋼であり、また、図１における被溶接材４に付された矢印は溶接方向を示す。  
ここでは、溶接のための溶接機、被覆材、保護ガスなどの機材等についての説明は省略している。
【００１７】
クリーニング手段１３は、矩形状の容器８、容器８の下端部に固定されたブラシ３、容器８内部を循環する冷却水、冷却水を導入、排出する循環パイプ９とからなっている。図１における循環パイプ９に付された矢印は冷却水の導入、排出方向を示す。
【００１８】
ブラシ３はブラシ支持部１１に植毛して固定され、矩形状の容器８の下端部に形成されたアリ溝部１０に側方から挿入して使用するので、ブラシ３にヒューム５が入り込んで掻き取り機能が劣化した場合、脱毛した場合などに、ブラシ支持部１１をアリ溝部１０から取り出して新品に交換することができる。  
ここでは、ブラシ３を交換可能なカセット形態のものとしたが、矩形状の容器８の下端面にブラシ３を直接、植毛固定して使用することも可能である。
【００１９】
冷却水の循環は、図示しないポンプによって行われる。  
ブラシ３の材料としては、金属材料、プラスチック材料のものが採用される。  
金属材料としては、スチール、ステンレス鋼、真鍮、リン青銅などが好適であり、耐熱性が高いため、溶接アーク１に近い位置で効率的にヒューム５を除去できる。特に、スチールを用いるとともに、クリーニング手段１３に永久磁石などの図示しない磁化手段を付加することにより、鉄からなるヒューム５の除去にはより効果的である。
【００２０】
プラスチック材料としては、ナイロン、ダイヤ入りナイロン、砥粒入りナイロン、ポリエステル、塩化ビニールなどが好適であり、これらプラスチック材料は帯電するためにヒューム５の除去効率が向上する。
【００２１】
ブラシ３の冷却は、冷却水以外にヘリウムガスなどの気体を用いてもよい。また、冷却水、冷却ガス以外に、ペルチェ素子等の電気的素子による冷却も適用可能である。  
矩形状の容器８の材質としては、ブラシ３が設けられた底面を熱伝導性の良い金属、その他の壁面はセラミックなどの断熱材を用いることが望ましい。  
本実施形態における溶接条件は次の通りである。
【００２２】
【表１】
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【００２３】
以上、本実施形態では、矩形状の容器８内部に循環パイプ９を通して冷却水が循環することによりブラシ３を冷却し、空中に漂う噴霧状のヒュームを冷却して短時間で凝着を促し、ブラシ３で効率的に粒状化したヒューム５を掻き取り除去することができる。
【００２４】
[第２の実施形態]
次に、本発明の第２の実施形態に係るヒューム除去溶接装置および溶接方法について、図３、図４を参照して説明する。  
本実施形態は、図３に示すように、被溶接材４としてはステンレス鋼配管等の環状部材であって、溶接箇所は環状部材の内面側を対象とするヒューム除去溶接装置である。  
本実施形態に係るヒューム除去溶接装置は、円筒状の溶接トーチ２及びクリーニング手段１３、溶接トーチ２とクリーニング手段１３を接続する軸２０を備えている。
【００２５】
溶接トーチ２は溶接アーク１を被溶接材４の配管の内面の突合せ部２２に沿って手動、ないしは図示しない駆動手段によって軸２０を回転することにより駆動される。図３における矢印は溶接方向を示す。  
なお、溶接のための溶接機などの設備については第１の実施形態と同様に省略している。
【００２６】
図４にはクリーニング手段１３の詳細が示されている。クリーニング手段１３は、軸２０の先端部を拡径部１４として、拡径部１４に外挿されるブラシ支持部１１、ブラシ支持部１１に植毛固定されたブラシ３、軸２０内に配置され、冷却水が拡径部１４を循環することでブラシ３を冷却する冷媒循環パイプ９を備えている。図４における循環パイプ９に付された矢印は冷却水の導入、排出方向を示す。
【００２７】
ブラシ３が植毛固定されたブラシ支持部１１を、回転軸２０の先端部の拡径部１４に外挿して使用するので、ブラシ３にヒューム５が入り込んで掻き取り機能が劣化した場合、脱毛した場合などに、ブラシ支持部１１を拡径部１４から取り出して新品に交換することができる。
【００２８】
なお、軸２０の拡径部１４の外周面に直接ブラシ３を固定して使用することも可能である。また、軸２０に拡径部１４を設けず、直線状の軸２０の端部にブラシ支持部１１を外装することも可能である。
【００２９】
ブラシ３の材料については、第１の実施形態と同様の各種金属、プラスチック材料を選択できる。  
ブラシ３を冷却する場合、冷却水以外にヘリウムガスなどの気体を用いてもよい。被溶接材４の材質は第１の実施形態と同様である。  
回転軸２０の材質としては、拡径部１４のブラシ支持部１１が外嵌される部分を熱伝導性の良い材料とし、その他の部分はセラミックなどの断熱材を用いることが望ましい。
【００３０】
以上、本実施形態では、配管等の環状部材の内側を突合せ溶接した後、溶接トーチ２を被溶接材４（配管）から引き抜く際、クリーニング手段１３により、軸２０の拡径部１４内部に冷媒循環パイプ９を通して冷却水が循環することによりブラシ３を冷却し、空中に漂う噴霧状のヒューム５を冷却して短時間で凝着を促し、ブラシ３で効率的にヒューム５を掻き取り除去することができる。この際、ブラシ３を軸２０の回転により回転させるかどうかは任意である。また、冷却水を循環させる冷媒循環パイプ９が軸２０内部に収容されているので、軸２０の回転、非回転にかかわらず全体をコンパクトに収めることができる。なお、溶接条件については、表１に示すように第１の実施形態と同様である。
【００３１】
各実施形態ではＴＩＧ溶接を例に説明したが、他の溶接装置にも本発明のヒューム除去装置は適用可能である。さらに、溶接以外の金属溶射加工時に発生する蒸気状の金属を除去する場合にも適用可能である。
【００３２】
以上のように、本発明を説明したが、上述した実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、当業者の技術常識を加味して種々の省略、置き換え、変更、組合せを行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
【符号の説明】
【００３３】
１…溶接アーク、２…溶接トーチ、３…ブラシ、４…被溶接材、５…ヒューム、６…ばね、７…スライド、８…矩形状の容器、９…冷媒循環パイプ、１０…アリ溝部、１１…ブラシ支持部、１２…基台、１３…クリーニング手段、１４…拡径部、２０…軸、２２…突合せ部。
【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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