(57)【要約】【課題】  良好な溶接品質を保ちつつ、溶接ヒュームを効率良く回収する。【解決手段】  シールドガス噴射ノズル１２の外周面１２Ｂとヒューム吸引ノズル１４の内周面１４Ｆとの間に形成されるノズル断面の面積をＳとし、ヒューム吸引ノズル１４の吸引口１４Ｃと鍔部材２２との軸方向の隙間寸法をＬとし、ヒューム吸引ノズル１４の吸引口１４Ｃと鍔部材２２との間に形成される吸引開口部の側面積をＳ′とし、ノズル断面の面積Ｓと吸引開口部の側面積Ｓ′とが等しいときの隙間寸法Ｌを最適値Ｌ0としたときに、隙間寸法Ｌを、0.7×Ｌ0  ≦Ｌ≦  1.2×Ｌ0の範囲に設定する。これにより、溶接欠陥が発生しない良好な溶接品質を保ちつつ、溶接ヒュームを効率良く回収することができ、溶接作業を行うための良好な作業環境を確保することができる。【選択図】        図２
2009172652.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
溶接対象物に向けて溶接ワイヤが送出される溶接トーチに設けられ、前記溶接ワイヤと前記溶接対象物との間に発生したアークに向けてシールドガスを噴射する筒状のシールドガス噴射ノズルと、
該シールドガス噴射ノズルを外周側から取囲んで設けられ、前記アークによる溶接時に発生した溶接ヒュームを吸引する筒状のヒューム吸引ノズルと、
該ヒューム吸引ノズルの吸引口との間に軸方向の隙間をもって前記シールドガス噴射ノズルに取付けられ、前記シールドガスが前記ヒューム吸引ノズルに吸引されるのを遮る鍔部材とを備えてなる溶接ヒューム回収装置において、
前記ヒューム吸引ノズルと前記シールドガス噴射ノズルとを軸方向と直交する断面位置でみたときに前記シールドガス噴射ノズルの外周面と前記ヒューム吸引ノズルの内周面との間に形成される環状のノズル断面の面積をＳとし、
前記ヒューム吸引ノズルの吸引口と前記鍔部材との軸方向の隙間寸法をＬとし、
前記ヒューム吸引ノズルの吸引口と前記鍔部材との間に形成され、前記隙間寸法Ｌと前記ヒューム吸引ノズルの内周面側の円周との積として表される円柱状の吸引開口部の側面積をＳ′とし、
前記ノズル断面の面積Ｓと前記吸引開口部の側面積Ｓ′とが等しいときの前記隙間寸法Ｌを最適値Ｌ0としたときに、
前記隙間寸法Ｌを
0.7×Ｌ0  ≦Ｌ≦  1.2×Ｌ0
の範囲に設定したことを特徴とする溶接ヒューム回収装置。
【請求項２】
前記ノズル断面の面積Ｓと前記吸引開口部の側面積Ｓ′とが等しいときの前記隙間寸法Ｌを最適値Ｌ0としたときに、
前記隙間寸法Ｌを
0.8×Ｌ0  ≦Ｌ≦  1.1×Ｌ0
の範囲に設定してなる請求項１に記載の溶接ヒューム回収装置。
【請求項３】
前記鍔部材の外周縁部と前記ヒューム吸引ノズルの開口側の周縁部とは、同軸上に配置された同一形状の円形、楕円形、または小判形である請求項１または２に記載の溶接ヒューム回収装置。
【請求項４】
前記鍔部材のうち前記ヒューム吸引ノズルと対向する吸引ノズル対向面には、前記鍔部材の中心側から外周側に向けて傾斜した凹湾曲面状または円錐面状の傾斜面を設ける構成としてなる請求項１，２または３に記載の溶接ヒューム回収装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、アーク溶接によって発生した溶接ヒュームを回収するのに好適に用いられる溶接ヒューム回収装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般に、溶接トーチによって溶接ワイヤを連続的に送出し、被溶接物と溶接ワイヤとの間に発生したアークの熱を用いて溶接を行うアーク溶接が知られている。ここで、アーク溶接等に用いられる溶接トーチには、通常、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス、炭酸ガス等のシールドガスを噴射するシールドガス噴射ノズルが設けられている。
【０００３】
そして、アーク溶接を行うときには、シールドガス噴射ノズルからシールドガスを噴射し、このシールドガスによってアークと溶融金属を覆い、溶接雰囲気内に空気が侵入するのを抑えることにより、溶融金属中に酸化物が生成されるのを防止し、溶接品質を高めることができる。
【０００４】
一方、溶接作業時には、アークの熱によって気化した溶接ワイヤ等からなる溶接ヒュームが発生し、この溶接ヒュームによって作業環境が低下してしまうという問題がある。このため、従来技術では、溶接作業時に発生した溶接ヒュームを回収するヒューム回収装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。
【０００５】
【特許文献１】特開平１１−２９１０４６号公報
【０００６】
この特許文献１によるヒューム回収装置は、シールドガス噴射ノズルを外周側から取囲む筒状のヒューム吸引ノズルを取付け、このヒューム吸引ノズルによって溶接ヒュームを吸引するもので、溶接ヒュームが作業現場に拡散するのを抑え、良好な作業環境を保つことができる。
【０００７】
しかし、特許文献１による従来技術では、アーク溶接時にヒューム吸引ノズルによって溶接ヒュームを吸引することにより、シールドガス噴射ノズルから噴射されたシールドガスの一部がヒューム吸引ノズルに直接的に吸引されてしまう。このため、アークと溶融金属とを覆うシールドガスが不足した状態でアーク溶接が行われることにより、溶接部分にブローホール等の溶接欠陥が生じて溶接品質が低下してしまうという問題がある。
【０００８】
これに対し、シールドガス噴射ノズルの先端側にヒューム吸引ノズル（ヒューム捕集用フード）を設け、該ヒューム吸引ノズルの上部側に上部吸込口を設けると共に下端側に下部吸込口を設け、下部吸込口とトーチとの間に軸方向の隙間をもって鍔部材を設けた溶接ヒューム回収装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。
【０００９】
【特許文献２】実開昭４９−５８８２３号公報
【００１０】
この特許文献２の従来技術によれば、アーク溶接時にヒューム吸引ノズルの上部吸込口と下部吸込口によって溶接ヒュームを吸引するときに、下部吸込口にシールドガスが直接的に吸引されるのを、鍔部材によって遮ることができるようになっている。この結果、作業環境を良好に保った状態で、十分なシールドガスを供給しつつ適正なアーク溶接を行うことができ、溶接品質を高めることができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
しかし、特許文献２による従来技術では、ヒューム吸引ノズルに上部吸込口と下部吸込口とを設けているため、これら２つの吸込口による吸引速度を増大させて溶接ヒュームの回収効率を高めようとすると、シールドガスの一部が鍔部材を迂回して下部吸込口に直接的に吸引されてしまい、溶接部に溶接欠陥が発生してしまうという問題がある。
【００１２】
このように、特許文献２による溶接ヒューム回収装置は、ヒューム吸引ノズルに上部吸込口と下部吸込口とを設け、下部吸込口とトーチとの間に鍔部材を設けているだけで、ヒューム吸引ノズルに対する各吸込口の位置、ヒューム吸引ノズルと鍔部材との間の隙間の大きさ、鍔部材の面積等について十分な検討がなされていない。この結果、特許文献２による溶接ヒューム回収装置は、溶接ヒュームを効率良く回収することと、アーク溶接時に十分なシールドガスを供給して溶接品質を高めることを両立させることが困難であるという問題がある。
【００１３】
本発明は上述した従来技術の問題に鑑みなされたもので、良好な溶接品質を保ちつつ、溶接ヒュームを効率良く回収することができるようにした溶接ヒューム回収装置を提供することを目的としている。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述した課題を解決するため本発明は、溶接対象物に向けて溶接ワイヤが送出される溶接トーチに設けられ、前記溶接ワイヤと前記溶接対象物との間に発生したアークに向けてシールドガスを噴射する筒状のシールドガス噴射ノズルと、該シールドガス噴射ノズルを外周側から取囲んで設けられ、前記アークによる溶接時に発生した溶接ヒュームを吸引する筒状のヒューム吸引ノズルと、該ヒューム吸引ノズルの吸引口との間に軸方向の隙間をもって前記シールドガス噴射ノズルに取付けられ、前記シールドガスが前記ヒューム吸引ノズルに吸引されるのを遮る鍔部材とを備えてなる溶接ヒューム回収装置に適用される。
【００１５】
そして、請求項１の発明が採用する構成の特徴は、前記ヒューム吸引ノズルと前記シールドガス噴射ノズルとを軸方向と直交する断面位置でみたときに前記シールドガス噴射ノズルの外周面と前記ヒューム吸引ノズルの内周面との間に形成される環状のノズル断面の面積をＳとし、前記ヒューム吸引ノズルの吸引口と前記鍔部材との軸方向の隙間寸法をＬとし、前記ヒューム吸引ノズルの吸引口と前記鍔部材との間に形成され、前記隙間寸法Ｌと前記ヒューム吸引ノズルの内周面側の円周との積として表される円柱状の吸引開口部の側面積をＳ′とし、前記ノズル断面の面積Ｓと前記吸引開口部の側面積Ｓ′とが等しいときの前記隙間寸法Ｌを最適値Ｌ0としたときに、前記隙間寸法Ｌを、
0.7×Ｌ0  ≦Ｌ≦  1.2×Ｌ0
の範囲に設定したことにある。
【００１６】
請求項２の発明は、前記ノズル断面の面積Ｓと前記吸引開口部の側面積Ｓ′とが等しいときの前記隙間寸法Ｌを最適値Ｌ0としたときに、前記隙間寸法Ｌを
0.8×Ｌ0  ≦Ｌ≦  1.1×Ｌ0
の範囲に設定したことにある。
【００１７】
請求項３の発明は、前記鍔部材の外周縁部と前記ヒューム吸引ノズルの開口側の周縁部とは、同軸上に配置された同一形状の円形、楕円形、または小判形としたことにある。
【００１８】
請求項４の発明は、前記鍔部材のうち前記ヒューム吸引ノズルと対向する吸引ノズル対向面には、前記鍔部材の中心側から外周側に向けて傾斜した凹湾曲面状または円錐面状の傾斜面を設ける構成としたことにある。
【発明の効果】
【００１９】
請求項１の発明によれば、ヒューム吸引ノズルの吸引口と鍔部材との軸方向の隙間寸法Ｌを、ノズル断面の面積Ｓと吸引開口部の側面積Ｓ′とが等しいときの最適値Ｌ0に対し、0.7×Ｌ0  ≦Ｌ≦  1.2×Ｌ0の範囲に設定することにより、シールドガスがアークに達する前にヒューム吸引ノズルに吸引されるのを鍔部材によって遮ることができ、かつ、アーク溶接によって発生した溶接ヒュームをヒューム吸引ノズルによって確実に吸引することができる。この結果、ブローホール等の溶接欠陥が発生しない良好な溶接品質を保ちつつ、溶接ヒュームを効率良く回収することができ、溶接作業を行うための良好な作業環境を確保することができる。
【００２０】
請求項２の発明によれば、ヒューム吸引ノズルの吸引口と鍔部材との軸方向の隙間寸法Ｌを、ノズル断面の面積Ｓと吸引開口部の側面積Ｓ′とが等しいときの最適値Ｌ0に対し、0.8×Ｌ0  ≦Ｌ≦  1.1×Ｌ0の範囲に設定することにより、溶接欠陥が発生しない良好な溶接品質を保ちつつ、溶接ヒュームの回収効率をほぼ最大限にまで高めることができる。
【００２１】
請求項３の発明によれば、同一形状をなす鍔部材とヒューム吸引ノズルの吸引口とが軸方向で正対するので、溶接ヒュームが鍔部材の外周縁部を通過してヒューム吸引ノズルに吸引されるときの流速を、鍔部材の全周に亘ってほぼ均一化することができる。これにより、大量の溶接ヒュームをヒューム吸引ノズルによって円滑に吸引することができ、溶接ヒュームの回収効率を高めることができる。
【００２２】
請求項４の発明によれば、シールドガス噴射ノズルと鍔部材の吸引ノズル対向面との接合部分が、傾斜面によって滑らかに連続するようになる。これにより、溶接ヒュームがヒューム吸引ノズルに吸引されるときに、傾斜面に沿って流れる溶接ヒュームに層流となるように整流作用を与え、シールドガス噴射ノズルの外周面と鍔部材との接合部分に渦が発生するのを抑えることができる。この結果、溶接ヒュームを円滑にヒューム吸引ノズル内へと導くことができ、溶接ヒュームの回収効率を一層高めることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下、本発明に係る溶接ヒューム回収装置の実施の形態を、アーク溶接用の溶接トーチに設けた場合を例に挙げ、添付図面を参照しつつ詳細に説明する。
【００２４】
まず、図１ないし図８は本発明の第１の実施の形態を示している。図中、１はアーク溶接に用いられる溶接トーチで、該溶接トーチ１は、溶接対象物となる母材２に向けて溶接ワイヤ３を送出すものである。
【００２５】
ここで、溶接トーチ１は、例えば小径な円筒状に形成され、その内部に溶接ワイヤ３が挿通されるものである。この場合、溶接ワイヤ３は、ワイヤリールからワイヤ送給モータ（いずれも図示せず）によって巻出され、溶接トーチ１によって案内されることにより、母材２に向けて連続的に送出される構成となっている。
【００２６】
そして、溶接用電源（図示せず）の一方の極を溶接トーチ１を介して溶接ワイヤ３に接続し、他方の極を母材２に接続した状態で、溶接ワイヤ３の先端を母材２に接近させることにより両者間にアーク４を発生させ、このアーク４の熱によって溶接ワイヤ３と母材２とを溶融させて溶接作業を行う構成となっている。この場合、アーク溶接時には、アーク４の熱によって気化した溶接ワイヤ３等からなる溶接ヒュームが発生するので、溶接トーチ１には後述の溶接ヒューム回収装置１１が設けられている。
【００２７】
１１は溶接トーチ１に設けられた溶接ヒューム回収装置で、該溶接ヒューム回収装置１１は、アーク溶接時に発生した溶接ヒュームを回収するものである。ここで、溶接ヒューム回収装置１１は、後述のシールドガス噴射ノズル１２、ヒューム吸引ノズル１４、鍔部材１７等により構成されている。
【００２８】
１２は溶接トーチ１に設けられたシールドガス噴射ノズルで、該シールドガス噴射ノズル１２は、溶接ワイヤ３と母材２との間に発生したアーク４に向けて、アルゴン、ヘリウム等の不活性ガス、炭酸ガス等からなるシールドガスを噴射するものである。ここで、シールドガス噴射ノズル１２は、溶接トーチ１よりも大径な円筒状に形成され、溶接トーチ１を外周側から覆った状態でこれと同軸上に配置されている。
【００２９】
また、シールドガス噴射ノズル１２の基端側には、当該シールドガス噴射ノズル１２よりも小径な導管１３が接続され、噴射ノズル１２の先端側は噴射口１２Ａとなっている。そして、導管１３を通じてシールドガス噴射ノズル１２に供給されたシールドガスは、図１中に矢示Ｆで示すように、シールドガス噴射ノズル１２の噴射口１２Ａからアーク４に向けて噴射され、該アーク４及び溶融金属を覆う。これにより、溶接雰囲気内に空気が侵入するのをシールドガスによって遮断し、溶融金属中に酸化物が生成されるのを防止できる構成となっている。
【００３０】
１４はシールドガス噴射ノズル１２を外周側から取囲んで設けられたヒューム吸引ノズルで、該ヒューム吸引ノズル１４は、アーク４によるアーク溶接時に発生した溶接ヒュームを吸引して回収するものである。ここで、ヒューム吸引ノズル１４は、図２等に示すように、シールドガス噴射ノズル１２よりも大径な有底円筒状に形成され、シールドガス噴射ノズル１２に固定される底部１４Ａと、該底部１４Ａからシールドガス噴射ノズル１２の噴射口１２Ａに向けて軸方向に延びる円筒部１４Ｂと、該円筒部１４Ｂの先端側に開口し溶接ヒュームを吸引する吸引口１４Ｃとを有している。この場合、ヒューム吸引ノズル１４の軸方向寸法は、シールドガス噴射ノズル１２の軸方向寸法よりも小さく設定されており、吸引口１４Ｃは、シールドガス噴射ノズル１２の噴射口１２Ａの位置よりも所定寸法だけ軸方向に引っ込んだ位置に開口している。
【００３１】
そして、ヒューム吸引ノズル１４の底部１４Ａの中心部には導管挿通孔１４Ｄが穿設され、ヒューム吸引ノズル１４は、導管挿通孔１４Ｄを導管１３を挿通した状態でシールドガス噴射ノズル１２の基端側に同軸上に固定されている。また、ヒューム吸引ノズル１４の円筒部１４Ｂには、吸引した溶接ヒュームを排出するための円筒状の排出口１４Ｅが突設されている。
【００３２】
そして、ヒューム吸引ノズル１４の排出口１４Ｅには、例えばゴムホース等からなる吸引管１５の先端側が接続され、該吸引管１５の基端側はヒューム吸引機１６に接続されている（図１参照）。従って、ヒューム吸引機１６を作動させることにより、アーク溶接時に発生した溶接ヒュームは、図１中に矢示Ｒで示すように後述の鍔部材１７を迂回しつつヒューム吸引ノズル１４内に吸込まれ、該ヒューム吸引ノズル１４から排出口１４Ｅ、吸引管１５を通じてヒューム吸引機１６へと吸引された後、回収される構成となっている。
【００３３】
１７はヒューム吸引ノズル１４の吸引口１４Ｃと対面してシールドガス噴射ノズル１２の先端側（噴射口１２Ａ側）に取付けられた円板状の鍔部材で、該鍔部材１７は、ヒューム吸引ノズル１４の吸引口１４Ｃとの間に、軸方向の隙間寸法Ｌをもって対面している。ここで、鍔部材１７は、その外周縁部１７Ａがヒューム吸引ノズル１４の開口側（吸引口１４Ｃ側）の外周縁部と同一形状をなす円形状に形成され、ヒューム吸引ノズル１４と同軸上に配置されている。また、鍔部材１７のうちヒューム吸引ノズル１４と対向する吸引ノズル対向面１７Ｂは、鍔部材１７の中心側から外周側に向けて一様な平坦面となっている。
【００３４】
そして、鍔部材１７は、シールドガス噴射ノズル１２の噴射口１２Ａと、ヒューム吸引ノズル１４の吸引口１４Ｃとの間を仕切る位置に配置されることにより、シールドガス噴射ノズル１２から噴射されたシールドガスが、アーク４等に供給されずにヒューム吸引ノズル１４に直接的に吸引されるのを遮るものである。また、ヒューム吸引ノズル１４の開口側の外周縁部と同一の円形状に形成された鍔部材１７が、ヒューム吸引ノズル１４の吸引口１４Ｃと軸方向で正対することにより、溶接ヒュームが鍔部材１７の外周縁部１７Ａを通過してヒューム吸引ノズル１４に吸引されるときの流速を、鍔部材１７の全周に亘ってほぼ均一化し、大量の溶接ヒュームをヒューム吸引ノズル１４によって円滑に吸引することができる構成となっている。
【００３５】
ここで、図２及び図３に示すように、シールドガス噴射ノズル１２の外周面１２Ｂの直径をＤ1とし、ヒューム吸引ノズル１４の内周面１４Ｆの直径をＤ2とし、ヒューム吸引ノズル１４とシールドガス噴射ノズル１２とを軸方向と直交する断面位置でみたときに、シールドガス噴射ノズル１２の外周面１２Ｂとヒューム吸引ノズル１４の内周面１４Ｆとの間に形成される環状のノズル断面の面積をＳとすると、このノズル断面の面積Ｓ（図５中に格子状のハッチングを付した部分）は、下記数１のように表される。
【００３６】
【数１】
2009172652.tif 000003
【００３７】
一方、ヒューム吸引ノズル１４の内周面１４Ｆの直径をＤ2とし、ヒューム吸引ノズル１４の吸引口１４Ｃと鍔部材１７との軸方向の隙間寸法をＬとし、ヒューム吸引ノズル１４の吸引口１４Ｃと鍔部材１７との間に形成される円柱状の吸引開口部の側面積（周廻りの面積）をＳ′とすると、この吸引開口部の側面積Ｓ′（図６中に格子状のハッチングを付した部分）は、下記数２のように表される。
【００３８】
【数２】
2009172652.tif 000004
【００３９】
ここで、発明者は、シールドガス噴射ノズル１２の外周面１２Ｂとヒューム吸引ノズル１４の内周面１４Ｆとの間に形成されるノズル断面の面積Ｓと、ヒューム吸引ノズル１４の吸引口１４Ｃと鍔部材１７との間に形成される吸引開口部の側面積Ｓ′とが、下記数３の関係となるときに、良好な溶接品質を保つことと、溶接ヒュームの回収効率を高めることが両立することを見出した。
【００４０】
【数３】
2009172652.tif 000005
【００４１】
従って、上記数３の関係を満足するときの、ヒューム吸引ノズル１４の吸引口１４Ｃと鍔部材１７との軸方向の隙間寸法Ｌを最適値Ｌ0とすると、この最適値Ｌ0は、下記数４のように表される。
【００４２】
【数４】
2009172652.tif 000006
【００４３】
このように、シールドガス噴射ノズル１２の外周面１２Ｂの直径Ｄ1と、ヒューム吸引ノズル１４の内周面１４Ｆの直径Ｄ2とにより、ヒューム吸引ノズル１４の吸引口１４Ｃと鍔部材１７との軸方向の隙間寸法Ｌの最適値Ｌ0を算出することができる。
【００４４】
従って、ヒューム吸引ノズル１４の吸引口１４Ｃと鍔部材１７との軸方向の隙間寸法Ｌを最適値Ｌ0に設定することにより、良好な溶接品質を保つことができると共に、溶接ヒュームの回収効率を高め、溶接作業を行うための良好な作業環境を確保することができる。
【００４５】
ここで、発明者は、上述の溶接ヒューム回収装置１１を用いて、実際のアーク溶接時におけるヒューム吸引ノズル１４の吸引流量と、溶接ヒュームの回収効率との関係を調査した。
【００４６】
この場合、アーク溶接に用いるシールドガスは、アルゴンが７９％、二酸化炭素が２０％、酸素が１％の混合ガスであり、シールドガス噴射ノズル１２から噴射されるシールドガスの流量は２５リットル／ｍｉｎである。そして、母材２として一般構造用鋼材（ＳＳ４００）の平板材を用い、溶接電流値を３４０Ａとして溶接速度３０ｃｍ／ｍｉｎでアーク溶接を行い、このときに発生した溶接ヒュームを回収したものである。
【００４７】
なお、溶接ヒュームの回収効率とは、下記数５によって表されるものである。
【００４８】
【数５】
2009172652.tif 000007
【００４９】
ここで、図７中の特性線１８は、本実施の形態による鍔部材１７を備えた溶接ヒューム回収装置１１を用いて溶接ヒュームを回収した場合を示し、特性線１９は、鍔部材１７を有していない溶接ヒューム回収装置を用いて溶接ヒュームを回収した場合を示している。
【００５０】
この場合、図７に示すように、鍔部材１７を有する溶接ヒューム回収装置１１を用いた場合でも、鍔部材１７がない溶接ヒューム回収装置を用いた場合でも、吸引流量が増加するにつれてヒューム回収効率が高まる。しかし、吸引流量が過大になると、シールドガス噴射ノズル１２からアーク４に向けて噴射したシールドガスの一部が、アーク４に達する前にヒューム吸引ノズル１４に直接的に吸引されるため、溶接部にブローホール等の溶接欠陥が発生し、溶接品質が低下してしまう。
【００５１】
ここで、鍔部材１７を有する溶接ヒューム回収装置１１を用いた場合には、特性線１８中の点１８Ａで示すように、ヒューム吸引ノズル１４の吸引流量が０．４２ｍ３／ｍｉｎのときにヒューム回収効率が約７０％となる。そして、吸引流量が０．４２ｍ３／ｍｉｎを超えると溶接部にブローホール等の溶接欠陥が発生するため、実用化できる溶接品質を保った範囲での最大のヒューム回収効率は約７０％であることが分かった。
【００５２】
一方、鍔部材１７がない溶接ヒューム回収装置を用いた場合には、特性線１９中の点１９Ａで示すように、吸引流量が０．１９ｍ３／ｍｉｎのときにヒューム回収効率が約５１％となり、吸引流量が０．１９ｍ３／ｍｉｎを超えると溶接部に溶接欠陥が発生するため、実用化できる溶接品質を保った範囲での最大のヒューム回収効率は約５１％であることが分かった。
【００５３】
これにより、鍔部材１７を備えた本実施の形態による溶接ヒューム回収装置１１は、鍔部材１７を持たない溶接ヒューム回収装置に比較して、良好な溶接品質を保ちつつ、アーク溶接時に発生する溶接ヒュームを効率良く回収することができる。
【００５４】
しかも、本実施の形態による溶接ヒューム回収装置１１は、ヒューム吸引ノズル１４の吸引口１４Ｃと鍔部材１７との軸方向の隙間寸法Ｌを、上記数４に基づいて最適値Ｌ0に設定することにより、アーク溶接による良好な溶接品質を保った状態で、溶接作業持に発生した溶接ヒュームの回収効率を７０％まで高めることができ、溶接作業を行うための良好な作業環境を確保することができる。
【００５５】
ここで、本実施の形態による溶接ヒューム回収装置１１は、シールドガス噴射ノズル１２の外周面１２Ｂとヒューム吸引ノズル１４の内周面１４Ｆとの間に形成されるノズル断面の面積をＳとし、ヒューム吸引ノズル１４の吸引口１４Ｃと鍔部材１７との軸方向の隙間寸法をＬとし、ヒューム吸引ノズル１４の吸引口１４Ｃと鍔部材１７との間に形成される吸引開口部の側面積をＳ′とし、ノズル断面の面積Ｓと吸引開口部の側面積Ｓ′とが等しいときの隙間寸法Ｌを最適値Ｌ0としたときに、前記隙間寸法Ｌを、下記数６の範囲に設定している。
【００５６】
【数６】
2009172652.tif 000008
【００５７】
そこで、ヒューム吸引ノズル１４の吸引口１４Ｃと鍔部材１７との軸方向の隙間寸法Ｌを上記数６の範囲に設定した理由について述べる。
【００５８】
まず、図８に示すように、隙間寸法Ｌを最適値Ｌ0に設定したときの最大のヒューム回収効率７０％を１とし、隙間寸法Ｌを最適値Ｌ0から変化させたときのヒューム回収効率と最大のヒューム回収効率との比をヒューム回収効率比とすると、隙間寸法Ｌとヒューム回収効率比との関係は特性線２０として表される。
【００５９】
ここで、上述の如く鍔部材１７がない溶接ヒューム回収装置では、溶接品質を保った範囲での最大のヒューム回収効率が約５１％となり、このヒューム回収効率５１％のヒューム回収効率比は約０．７３となる。従って、鍔部材１７がない場合のヒューム回収効率比０．７３を上回るためのヒューム回収効率比を０．７５とすると、このヒューム回収効率比が０．７５以上となる隙間寸法Ｌは、特性線２０に基づいて上記数６の範囲に設定される。
【００６０】
このようにして、ヒューム吸引ノズル１４の吸引口１４Ｃと鍔部材１７との軸方向の隙間寸法Ｌを、上記数６の範囲に設定することにより、鍔部材を持たない溶接ヒューム回収装置に比較して溶接ヒュームの回収効率を高めることができる。この結果、溶接欠陥が発生しない良好な溶接品質を保ちつつ、溶接ヒュームを効率良く回収することができ、溶接作業を行うための良好な作業環境を確保することができる。
【００６１】
また、本実施の形態による溶接ヒューム回収装置１１は、シールドガス噴射ノズル１２の外周面１２Ｂとヒューム吸引ノズル１４の内周面１４Ｆとの間に形成されるノズル断面の面積Ｓと、ヒューム吸引ノズル１４の吸引口１４Ｃと鍔部材１７との間に形成される吸引開口部の側面積をＳ′とが等しいときの隙間寸法Ｌを最適値Ｌ0としたときに、前記隙間寸法Ｌを、好ましくは下記数７の範囲に設定している。
【００６２】
【数７】
2009172652.tif 000009
【００６３】
ここで、ヒューム吸引ノズル１４の吸引口１４Ｃと鍔部材１７との軸方向の隙間寸法Ｌを上記数７の範囲に設定した理由について述べる。
【００６４】
まず、隙間寸法Ｌを最適値Ｌ0に設定したときの最大のヒューム回収効率７０％を１としたときに、ヒューム回収効率比が０．９５以上の範囲では、実質的なヒューム回収効率はその最大値７０％に対して大きく下回ることがなく、ほぼ同等なヒューム回収効率が得られる。これに対し、ヒューム回収効率比が０．９５未満の範囲では、ヒューム回収効率が急激に低下してしまう。従って、ヒューム回収効率比が０．９５以上となる隙間寸法Ｌは、特性線２０に基づいて上記数７の範囲に設定される。
【００６５】
このようにして、ヒューム吸引ノズル１４の吸引口１４Ｃと鍔部材１７との軸方向の隙間寸法Ｌを、上記数７の範囲に設定することにより、鍔部材１７を備えた溶接ヒューム回収装置１１を用いて溶接ヒュームを回収するときのヒューム回収効率を、ほぼ最大値にまで高めることができる。この結果、溶接欠陥が発生しない良好な溶接品質を保ちつつ、溶接ヒュームを一層効率良く回収することができ、溶接作業を行うための良好な作業環境を確保することができる。
【００６６】
次に、図９は本発明の第２の実施の形態を示し、本実施の形態の特徴は、鍔部材の吸引ノズル対向面に、鍔部材の中心側から外周側に向けて傾斜した凹湾曲面状または円錐面状の傾斜面を設ける構成としたことにある。なお、本実施の形態では、上述した第１の実施の形態と同一の構成要素に同一符号を付し、その説明を省略するものとする。
【００６７】
図９において、２１は本実施の形態による溶接ヒューム回収装置で、該溶接ヒューム回収装置２１は、上述した第１の実施の形態による溶接ヒューム回収装置１１とほぼ同様に、シールドガス噴射ノズル１２、ヒューム吸引ノズル１４、後述の鍔部材２２等により構成されているものの、鍔部材２２の構成が第１の実施の形態による鍔部材１７とは異なるものである。
【００６８】
２２はヒューム吸引ノズル１４の吸引口１４Ｃと対面してシールドガス噴射ノズル１２の先端側に取付けられた円板城の鍔部材で、該鍔部材２２は、第１の実施の形態による鍔部材１７に代えて本実施の形態に用いたもので、ヒューム吸引ノズル１４の吸引口１４Ｃとの間に、軸方向の隙間寸法Ｌをもって対面している。また、鍔部材２２は、その外周縁部２２Ａがヒューム吸引ノズル１４の開口側（吸引口１４Ｃ側）の外周縁部と同一形状をなす円形状に形成され、ヒューム吸引ノズル１４と同軸上に配置されている。
【００６９】
そして、鍔部材２２は、シールドガス噴射ノズル１２の噴射口１２Ａと、ヒューム吸引ノズル１４の吸引口１４Ｃとの間を仕切る位置に配置されることにより、シールドガス噴射ノズル１２から噴射されたシールドガスが、ヒューム吸引ノズル１４に直接的に吸引されるのを遮るものである。
【００７０】
ここで、鍔部材２２のうちヒューム吸引ノズル１４と対向する吸引ノズル対向面には、鍔部材２２の中心側から外周側に向けて漸次拡径するように傾斜した、凹湾曲面状の傾斜面２２Ｂが設けられている。これにより、シールドガス噴射ノズル１２の外周面１２Ｂと鍔部材２２の吸引ノズル対向面との接合部分が、傾斜面２２Ｂによって滑らかに連続するようになる。
【００７１】
従って、アーク溶接時に発生した溶接ヒュームが、図９中に矢示Ｒで示すようにヒューム吸引ノズル１４に吸引されるときに、シールドガス噴射ノズル１２の外周面１２Ｂと鍔部材２２の吸引ノズル対向面との接合部分に渦が発生するのを抑え、傾斜面２２Ｂに沿って流れる溶接ヒュームに整流作用を与えることにより、溶接ヒュームを円滑にヒューム吸引ノズル１４内へと導くことができる構成となっている。なお、傾斜面２２Ｂの凹湾曲面形状としては、例えばホーン型スピーカ等に用いられるエクスポネンシャル形状、またはハイパボリック形状を採用することが望ましい。
【００７２】
本実施の形態による溶接ヒューム回収装置２１は上述の如き構成を有するもので、本実施の形態においても、第１の実施の形態と同様に、シールドガス噴射ノズル１２の外周面１２Ｂとヒューム吸引ノズル１４の内周面１４Ｆとの間に形成されるノズル断面の面積をＳとし、ヒューム吸引ノズル１４の吸引口１４Ｃと鍔部材２２との軸方向の隙間寸法をＬとし、ヒューム吸引ノズル１４の吸引口１４Ｃと鍔部材２２との間に形成される吸引開口部の側面積をＳ′とし、ノズル断面の面積Ｓと吸引開口部の側面積Ｓ′とが等しいときの隙間寸法Ｌを最適値Ｌ0としたときに、前記隙間寸法Ｌを、上記数６の範囲に設定することにより、溶接ヒュームの回収効率を高めることができる。この結果、溶接欠陥が発生しない良好な溶接品質を保ちつつ、溶接ヒュームを効率良く回収することができ、溶接作業を行うための良好な作業環境を確保することができる。
【００７３】
しかも、本実施の形態による溶接ヒューム回収装置２１は、鍔部材２２の吸引ノズル対向面に、鍔部材２２の中心側から外周側に向けて漸次拡径するように傾斜した凹湾曲面状の傾斜面２２Ｂを設ける構成としている。これにより、溶接ヒュームがヒューム吸引ノズル１４に吸引されるときに、傾斜面２２Ｂに沿って流れる溶接ヒュームに層流となるように整流作用を与え、シールドガス噴射ノズル１２の外周面１２Ｂと鍔部材２２の吸引ノズル対向面との接合部分に渦が発生するのを抑えることができる。この結果、溶接ヒュームを円滑にヒューム吸引ノズル１４内へと導くことができ、溶接ヒュームの回収効率を一層高めることができる。
【００７４】
なお、上述した第１の実施の形態では、鍔部材１７の外周縁部１７Ａとヒューム吸引ノズル１４の開口側の外周縁部とを、同一形状をなす円形に形成した場合を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図１０に示す第１の変形例のように、鍔部材１７′の外周縁部１７Ａ′とヒューム吸引ノズル１４′の開口側の外周縁部とを、同軸上に配置された同一形状の楕円形に形成してもよい。また、両者を同一形状の小判形に形成してもよい。
【００７５】
また、上述した第１の実施の形態では、鍔部材１７の外周縁部１７Ａと、ヒューム吸引ノズル１４の開口側の外周縁部とを同一形状をなす円形に形成した場合を例示している。しかし、本発明はこれに限るものではなく、例えば図１１に示す第２の変形例のように、鍔部材１７″の外周縁部１７Ａ″と、ヒューム吸引ノズル１４の開口側の内周縁部（内周面１４Ｆ）とを同一形状をなす円形に形成してもよい。
【００７６】
また、上述した第２の実施の形態では、鍔部材２２のうちヒューム吸引ノズル１４と対向する吸引ノズル対向面に、鍔部材２２の中心側から外周側に向けて傾斜した凹湾曲面状の傾斜面２２Ｂを設けた場合を例示している。しかし、本発明はこれに限らず、例えば図１２に示す第３の変形例のように、鍔部材２２′の中心側から外周側に向けて傾斜した円錐面（テーパ面）状の傾斜面２２Ｂ′を設ける構成としてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００７７】
【図１】本発明の第１の実施の形態による溶接ヒューム回収装置を概略的に示す全体構成図である。
【図２】図１中のシールドガス噴射ノズル、ヒューム吸引ノズル、鍔部材等を拡大して示す断面図である。
【図３】シールドガス噴射ノズル、ヒューム吸引ノズル等を図２中の矢示III―III方向からみた断面図である。
【図４】シールドガス噴射ノズル、鍔部材等を図２中の矢示IV―IV方向からみた断面図である。
【図５】シールドガス噴射ノズルの外周面とヒューム吸引ノズルの内周面との間に形成されるノズル断面の面積を示す斜視図である。
【図６】ヒューム吸引ノズルの吸引口と鍔部材との間に形成される吸引開口部の側面積を示す斜視図である。
【図７】ヒューム吸引ノズルの吸引流量とヒューム回収効率との関係を示す特性線図である。
【図８】ヒューム吸引ノズルと鍔部材との隙間寸法と、溶接ヒュームの回収効率比との関係を示す特性線図である。
【図９】第２の実施の形態によるシールドガス噴射ノズル、ヒューム吸引ノズル、鍔部材等を示す図２と同様な断面図である。
【図１０】第１の変形例によるヒューム吸引ノズルと鍔部材とを示す図２と同様な断面図である。
【図１１】第２の変形例によるヒューム吸引ノズルと鍔部材とを示す図３と同様な断面図である。
【図１２】第３の変形例による鍔部材を示す図９と同様な断面図である。
【符号の説明】
【００７８】
１  溶接トーチ
３  溶接ワイヤ
４  アーク
１１，２１  溶接ヒューム回収装置
１２  シールドガス噴射ノズル
１２Ｂ  外周面
１４，１４′  ヒューム吸引ノズル
１４Ｃ  吸引口
１４Ｆ  内周面
１６  ヒューム吸引機
１７，１７′，１７″，２２，２２′  鍔部材
１７Ａ，１７Ａ′，１７Ａ″，２２Ａ  外周縁部
１７Ｂ  吸引ノズル対向面
２２Ｂ，２２Ｂ′  傾斜面（吸引ノズル対向面）
【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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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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