(57)【要約】【課題】従来のフィラーワイヤ用トーチは、先端が大型であり、溶接箇所へのフィラーワイヤおよびシールドガスの供給精度が低かった。本開示は、フィラーワイヤおよびシールドガスを溶接箇所に高い精度で供給できるような小型のフィラーチップを有するフィラーワイヤ用トーチを提供する。【解決手段】本開示のフィラーワイヤ用トーチは、トーチ本体部と、フィラー用チューブと、フィラーチップとを有する。そして、フィラーワイヤが通過するワイヤ空間が、フィラーチップの先端側であり、フィラーチップの中心軸上に設けられている。また、シールドガスが通過する複数のガス空間が、フィラーチップの先端側であり、ワイヤ空間を囲うように設けられている。【選択図】図７
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
内部をシールドガスが通過する第１の空間を有する筒状のトーチ本体部と、
前記第１の空間内に設けられ、内部をフィラーワイヤが通過する第２の空間を有するフィラー用チューブと、
後端側が前記トーチ本体部の端部に取り付けられ、前記第１の空間および前記第２の空間につながる第３の空間を内部に有するフィラーチップと、を備え、
前記第３の空間は、
前記フィラーワイヤおよび前記シールドガスが通過する前記フィラーチップの前記後端側の主空間と、
前記フィラーチップの、前記後端とは反対の先端側であり、前記フィラーチップの中心軸上に設けられ、前記フィラーワイヤが通過するワイヤ空間と、
前記フィラーチップの前記先端側であり、前記ワイヤ空間を囲うように設けられ、前記シールドガスが通過する複数のガス空間と、を有するフィラーワイヤ用トーチ。
【請求項２】
前記複数のガス空間は、前記ワイヤ空間を中心とした同一円心上に設けられている請求項１に記載のフィラーワイヤ用トーチ。
【請求項３】
前記複数のガス空間は、等間隔に設けられている請求項１または２に記載のフィラーワイヤ用トーチ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、フィラーワイヤ用トーチに関し、特に、先端からフィラーワイヤとシールドガスとを供給するフィラーワイヤ用トーチに関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、レーザ溶接では、ワークの溶接部に溶接ワイヤを供給しながらレーザ光を照射してワークの溶接を行っていた。
【０００３】
図８および図９を用いて、従来のレーザ溶接装置について説明する。図８は、従来のレーザ溶接装置９００による溶接状態を示す図である。図９は、従来のレーザ溶接装置９００のサイドノズル９２０の拡大図である。
【０００４】
図８に示すように、従来のレーザ溶接装置９００は、レーザ光９０１を照射するレーザ加工ヘッド９１０と、溶接ワイヤ９０２を供給するサイドノズル９２０とを有する。サイドノズル９２０は、ノズル本体９２１と、先端ノズル９３０と、ワイヤノズル９２２と、スプリングライナー９２３と、継手９２４と、ガスチューブ９２５とを有する。サイドノズル９２０の先端ノズル９３０には、ワイヤ送給装置９４０のワイヤリール９４１から、スプリングライナー９２３およびワイヤノズル９２２を介して、溶接ワイヤ９０２が供給される。また、サイドノズル９２０の先端ノズル９３０には、ガスチューブ９２５および継手９２４を介して、シールドガス９０３が供給される。
【０００５】
図８に示すように、従来のレーザ溶接装置９００は、レーザ加工ヘッド９１０からのレーザ光９０１を母材９０４に照射するとともに、サイドノズル９２０から溶接ワイヤ９０２とシールドガス９０３とを溶接箇所に供給する。レーザ光９０１の照射により、母材９０４に溶融プール９０５が形成され、溶融プール９０５が固まってビード９０６が形成される。また、レーザ照射によって発生するプラズマ９０７は、シールドガス９０３により吹き飛ばされて除去される。
【０００６】
次に、図９を用いて、サイドノズル９２０の構造について、さらに詳細に説明する。図９に示すように、ワイヤノズル９２２内の溶接ワイヤ９０２とシールドガス９０３とは、ノズル本体９２１の内部を通過して、ノズル本体９２１の開口部９２６から先端ノズル９３０に供給される。ワイヤノズル９２２は、先端ノズル９３０のチップボディ９３１内を通過してコンタクトチップ９３２に接続される。そして、溶接ワイヤ９０２は、コンタクトチップ９３２に形成されたワイヤ挿通孔９３３から溶接箇所に供給される。シールドガス９０３は、チップボディ９３１を貫通するガス噴出穴９３４およびコンタクトチップ９３２の外側を経て溶接箇所に供給される。（例えば、特許文献１参照）
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】特開２００２−１０３０７８号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、従来のサイドノズル９２０の先端ノズル９３０は、溶接ワイヤ９０２を供給するコンタクトチップ９３２の外側にシールドガス９０３が通過する空間を設けているため、先端ノズル９３０が大型化する。先端ノズル９３０が大きいため、レーザ光９０１や母材９０４との干渉を避けるために先端ノズル９３０は溶接箇所から離れてしまい、溶接ワイヤ９０２およびシールドガス９０３の溶接箇所への狙い精度が低かった。本開示は、フィラーワイヤおよびシールドガスを溶接箇所に高い精度で供給できるような小型のフィラーチップを有するフィラーワイヤ用トーチを提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本開示のフィラーワイヤ用トーチは、トーチ本体部と、フィラー用チューブと、フィラーチップとを有する。トーチ本体部は、内部をシールドガスが通過する第１の空間を有し、筒状である。フィラー用チューブは、第１の空間内に設けられ、内部をフィラーワイヤが通過する第２の空間を有する。フィラーチップは、後端側が本体部の端部に取り付けられ、第１の空間および第２の空間につながる第３の空間を内部に有する。さらに、第３の空間は、主空間と、ワイヤ空間と、複数のガス空間とを有する。主空間は、フィラーワイヤおよびシールドガスが通過し、フィラーチップの後端側である。ワイヤ空間は、フィラーチップの、後端とは反対の先端側であり、フィラーチップの中心軸上に設けられ、フィラーワイヤが通過する。複数のガス空間は、フィラーチップの先端側であり、ワイヤ空間を囲うように設けられ、シールドガスが通過する。
【発明の効果】
【００１０】
これにより、本開示のフィラーワイヤ用トーチは、フィラーチップを小型化できるため、フィラーワイヤおよびシールドガスを溶接箇所に高い精度で供給できる。
【図面の簡単な説明】
【００１１】
【図１】図１は、実施の形態のロボットシステム１の側面図である。
【図２】図２は、実施の形態のレーザヘッド２０の側面図である。
【図３】図３は、実施の形態のレーザヘッド２０の断面図である。
【図４】図４は、実施の形態のフィラーワイヤ用トーチ３０の後端部４０の拡大断面図である。
【図５】図５は、実施の形態のフィラーワイヤ用トーチ３０の先端部５０の拡大断面図である。
【図６】図６は、実施の形態のフィラーチップ６０の斜視図である。
【図７】図７は、実施の形態のフィラーチップ６０を示す図であり、（ａ）は側方図、（ｂ）は横断面図、（ｃ）は正面図である。
【図８】図８は、従来のレーザ溶接装置９００による溶接状態を示す図である。
【図９】図９は、従来のレーザ溶接装置９００のサイドノズル９２０の拡大図である。
【発明を実施するための形態】
【００１２】
（実施の形態１）
図１は、本実施の形態のロボットシステム１の側面図である。図１に示すように、ロボットシステム１は、マニピュレータ１０と、マニピュレータ１０の先端に取り付けられたレーザヘッド２０とを有する。
【００１３】
図２は、本実施の形態のレーザヘッド２０の側面図である。図３は、本実施の形態のレーザヘッド２０の断面図である。図２および図３に示すように、レーザヘッド２０は、溶接箇所にレーザを照射する照射部２１と、溶接箇所にフィラーワイヤを供給するフィラーワイヤ用トーチ３０とを有する。また、フィラーワイヤとシールドガスは、フィラーワイヤ用トーチ３０の後端部４０からフィラーワイヤ用トーチ３０に導入され、フィラーワイヤ用トーチ３０の先端部５０から溶接箇所に供給される。
【００１４】
図４は、本実施の形態のフィラーワイヤ用トーチ３０の後端部４０の拡大断面図である。図４に示すように、後端部４０では、筒状のトーチ本体部３１に対して、フィラーワイヤの入口であるワイヤ入口３２に接続され、ワイヤケーブルとのジョイントとなるワイヤジョイント３３が取り付けられている。また、後端部４０では、トーチ本体部３１に対して、シールドガスの入口であるガス入口３４に接続され、シールドガスパイプとのジョイントとなるガスジョイント３５が取り付けられている。
【００１５】
また、図４に示すように、トーチ本体部３１の内部はシールドガスが通過するガス経路空間３６（第１の空間）が設けられている。そして、ガス経路空間３６には、内部にフィラーワイヤが通過するワイヤ経路空間３７（第２の空間）が設けられたフィラー用チューブ３８が設けられている。
【００１６】
図５は、本実施の形態のフィラーワイヤ用トーチ３０の先端部５０の拡大断面図である。図５に示すように、先端部５０では、トーチ本体部３１に、フィラーチップ６０が取り付けられている。そして、ガス経路空間３６を通ったシールドガスが点線矢印５１のようにフィラーチップ６０に導かれるとともに、ワイヤ経路空間３７を通ったフィラーワイヤが実線矢印５２のように、フィラーチップ６０に導かれる。なお、フィラーチップ６０はトーチ本体部３１とともに、フィラーワイヤ用トーチ３０を構成する。
【００１７】
図６は、本実施の形態のフィラーチップ６０の斜視図である。フィラーチップ６０は、先端にフィラーワイヤの出口であるワイヤ出口６１が設けられており、ワイヤ出口６１の周囲にシールドガスの出口であるガス出口６２が複数設けられている。
【００１８】
図７は、本実施の形態のフィラーチップ６０を示す図であり、（ａ）は側方図、（ｂ）は横断面図、（ｃ）は正面図である。なお、図７（ｂ）である横断面図とは、フィラーワイヤの延伸方向を含む面の断面図であり、図７（ｃ）である正面図とは、フィラーチップ６０のワイヤ出口６１側から見た図である。
【００１９】
図７の（ａ）に示すように、フィラーチップ６０の外形寸法は、中央部の直径φ１は６．５ｍｍ〜７．５ｍｍ、先端部の直径φ２は２．５ｍｍ〜３．５ｍｍ、全長Ｌ１は１０ｍｍ以上、例えば３０ｍｍであり、先端部の長さＬ２は３ｍｍ以上、例えば７ｍｍ〜８ｍｍであり、先端部の外形は円錐台である。また、フィラーチップ６０の中央よりも後端側には、工具による締め付け作業や緩め作業ができるように工具保持部６３が設けられている。図７（ｃ）に示すように、工具保持部６３の対向する側面を平面部分６４を設けることにより、スパナ、レンチなどでフィラーチップ６０を回転させることができる。また、フィラーチップ６０の後端部には、図５に示されるトーチ本体部３１に接続するためのネジ山（図示せず）が形成された接続部６５が設けられている。また、本実施の形態のフィラーチップ６０は、図７の（ａ）〜（ｃ）に示すように、ワイヤ出口６１が、フィラーチップ６０の先端部の円錐台の上面に設けられ、ガス出口６２が、フィラーチップ６０の先端部の円錐台の側面に設けられている。なお、ワイヤ出口６１が、フィラーチップ６０の先端部の円錐台の側面に達していても構わない。また、ガス出口６２が、フィラーチップ６０の先端部の円錐台の上面に達していても構わない。
【００２０】
また、図７の（ｂ）に示すように、フィラーチップ６０の内部には空間（第３の空間）が設けられており、この空間は、主空間６６とワイヤ空間６７とガス空間６８とからなる。主空間６６の形状は円柱と円錐台を組み合わせたものであり、主空間６６には、ワイヤ空間６７とガス空間６８とが接続されている。主空間６６の円柱部の直径φ３は５ｍｍ〜６ｍｍであり、ガス空間６８の直径φ５は０．８６ｍｍ〜１．５０ｍｍであり、例えば、１．２ｍｍである。本実施の形態のフィラーチップ６０は、図７の（ｂ）に示すように、ガス空間６８は、主空間６６よりも外側まで位置している。すなわち、ガス空間６８は、主空間６６の円柱形部分よりも外側に達するように設けられている。しかしこれに限らず、ガス空間６８は、主空間６６の内側に収まるように設けても構わない。すなわち、ガス空間６８は、主空間６６の円錐台部分の側面に収まるように設けても構わない。
【００２１】
ワイヤ空間６７の直径φ４は、０．８６ｍｍ〜１．８１ｍｍであり、フィラーワイヤの直径に応じて決められる。フィラーワイヤの直径が０．８ｍｍのときは、ワイヤ空間６７の直径φ４は、例えば、０．８６ｍｍ〜０．９１ｍｍである。フィラーワイヤの直径が０．９ｍｍのときは、ワイヤ空間６７の直径φ４は、例えば、０．９６ｍｍ〜１．０１ｍｍである。フィラーワイヤの直径が１．０ｍｍのときは、ワイヤ空間６７の直径φ４は、例えば、１．０６ｍｍ〜１．１１ｍｍである。フィラーワイヤの直径が１．２ｍｍのときは、ワイヤ空間６７の直径φ４は、例えば、１．３６ｍｍ〜１．４１ｍｍである。フィラーワイヤの直径が１．６ｍｍのときは、ワイヤ空間６７の直径φ４は、例えば、１．７６ｍｍ〜１．８１ｍｍである。なお、図７の（ｂ）における実線は、断面上における境界線であり、点線は、断面よりも奥に位置する境界線である。また、ワイヤ空間６７のフィラーチップ６０の先端とは反対側は、テーパ形状であることが好ましい。これにより、フィラーワイヤをワイヤ空間６７にスムーズに導くことができる。また、主空間６６とワイヤ空間６７がつながっているため、シールドガスは、ワイヤ出口６１からも噴出されることとなる。
【００２２】
また、図７の（ｃ）に示すように、本実施の形態のフィラーチップ６０は、中央のワイヤ出口６１の周りに、等間隔で、ワイヤ出口６１を中心とした同一円心上に、８つのガス出口６２が設けられている。複数のガス出口６２は、等間隔に、かつ、同一円心上に設けることで、シールドガスを均一に溶接箇所に吹き付けることができる。また、ガス出口６２の数は、８つに限らず、４〜１２の任意の数としても構わない。
【００２３】
このように、本実施の形態のフィラーワイヤ用トーチ３０は、トーチ本体部３１の内部を通過したフィラーワイヤおよびシールドガスがフィラーチップ６０に導かれる。そして、フィラーチップ６０の中央のワイヤ出口６１からフィラーワイヤが、ワイヤ出口６１の周辺のガス出口６２からシールドガスが溶接箇所に供給される構造であるため、フィラーワイヤ用トーチ３０の先端が小さくなり、フィラーワイヤ用トーチ３０の先端（フィラーチップ６０）を溶接箇所に近づけることができる。これにより、フィラーワイヤおよびシールドガスを溶接箇所に高い精度で供給できる。また、溶接箇所への供給の精度が向上するため、シールドガスの消費量も減らすことができる。
【産業上の利用可能性】
【００２４】
本開示のフィラーワイヤ用トーチは、フィラーチップを小型化できるため、フィラーワイヤおよびシールドガスを溶接箇所に高い精度で供給でき、産業上有用である。
【符号の説明】
【００２５】
１  ロボットシステム
１０  マニピュレータ
２０  レーザヘッド
２１  照射部
３０  フィラーワイヤ用トーチ
３１  トーチ本体部
３２  ワイヤ入口
３３  ワイヤジョイント
３４  ガス入口
３５  ガスジョイント
３６  ガス経路空間
３７  ワイヤ経路空間
３８  フィラー用チューブ
４０  後端部
５０  先端部
５１  点線矢印
５２  実線矢印
６０  フィラーチップ
６１  ワイヤ出口
６２  ガス出口
６３  工具保持部
６４  平面部分
６５  接続部
６６  主空間
６７  ワイヤ空間
６８  ガス空間
９００  レーザ溶接装置
９０１  レーザ光
９０２  溶接ワイヤ
９０３  シールドガス
９０４  母材
９０５  溶融プール
９０６  ビード
９０７  プラズマ
９１０  レーザ加工ヘッド
９２０  サイドノズル
９２１  ノズル本体
９２２  ワイヤノズル
９２３  スプリングライナー
９２４  継手
９２５  ガスチューブ
９２６  開口部
９３０  先端ノズル
９３１  チップボディ
９３２  コンタクトチップ
９３３  ワイヤ挿通孔
９３４  ガス噴出穴
９４０  ワイヤ送給装置
９４１  ワイヤリール
【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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【図８】
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【図９】
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