アーク溶接用トーチ
【課題】 シールドガスの使用量を減らしても、溶接品質を維持する必要最適量のシールドガスを溶接部の周縁に確実に吹き付けることができ、溶接部を確実にシールドできるアーク溶接用トーチを提供する。
【解決手段】 本発明のアーク溶接用トーチ１は、シールドガスおよび溶融電極が通る内空間を有し、シールドガスが流出する内空間と連通した複数の流出孔を有したガス管としてのトーチ本体２、チップ３と、ガス管の周縁を覆うように配置される円筒部材としてのノズル本体６およびノズルヘッド８と、を備え、ガス管と円筒部材との間のガス流路空間を通るシールドガスで溶接部９９をシールドしながらアーク溶接するアーク溶接用トーチ１であって、ガス流路空間には、シールドガスの密度を高めるための絞りを形成する絞り形成部材としての第二整流部材９が配置されている。
【解決手段】 本発明のアーク溶接用トーチ１は、シールドガスおよび溶融電極が通る内空間を有し、シールドガスが流出する内空間と連通した複数の流出孔を有したガス管としてのトーチ本体２、チップ３と、ガス管の周縁を覆うように配置される円筒部材としてのノズル本体６およびノズルヘッド８と、を備え、ガス管と円筒部材との間のガス流路空間を通るシールドガスで溶接部９９をシールドしながらアーク溶接するアーク溶接用トーチ１であって、ガス流路空間には、シールドガスの密度を高めるための絞りを形成する絞り形成部材としての第二整流部材９が配置されている。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接ワイヤあるいはタングステン電極を溶融させながら溶接を行うアーク溶接に使用されるアーク溶接用トーチに関する。
【背景技術】
【０００２】
アーク溶接として一般的にＭＡＧ（Ｍｅｔａｌ ａｃｔｉｖｅ ｇａｓ）溶接、ＭＩＧ（Ｍｅｔａｌ ｉｎｅｒｔ ｇａｓ）溶接、ＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｉｎｅｒｔ ｇａｓ）溶接などが知られている。ＭＡＧ溶接やＭＩＧ溶接に用いるアーク溶接用トーチは、トーチ本体の先端部にチップを装着し、トーチの先端から突出するように溶接ワイヤをチップに挿通させてなる。ＴＩＧ溶接に用いるアーク溶接用トーチは、トーチ本体の先端にチップを装着し、トーチの先端から突出するように棒状のタングステン電極をチップに挿通させてなる。
【０００３】
そして、アーク溶接では、トーチ先端から突出させた溶接ワイヤやタングステン電極を被溶接物に近接させ、炭酸ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどのシールドガスをトーチ先端より吹き出し、被溶接物と溶接ワイヤの間に発生するアークの周囲をシールドガスで覆い、大気中の空気が溶接部に流入するのを防止しながら、アークにより被溶接物および溶接ワイヤを溶融させて溶接ビードを形成し溶接する（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４６８５０８０号
【特許文献２】特開２０１０−２５３５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アーク溶接では、溶接時に溶融金属の微粒子であるスパッタが生じ、このスパッタが溶接部や溶接用トーチの先端部（ノズルヘッド）に付着するという問題がある。溶接用トーチの先端部に吸着したスパッタを放置して作業した場合、スパッタと溶接ワイヤやタングステン電極との間が通電し、溶接ができなくなる虞がある。そこで、溶接作業時には、１〜２時間毎にスパッタを除去する必要があり、都度作業を中断する必要があった。そこで、前記特許文献２では、チップを覆うセラミックス製のワイヤガイドを設け、このワイヤガイドでスパッタが付着することを防止する提案がなされている。この提案によれば、ワイヤガイドにスパッタが付着してもセラミックス製のため、容易にスパッタを除去することができる。
【０００６】
上記提案の構成であってもスパッタを容易に除去することができるが、本発明では、ワイヤガイドのような新たな部材を設けることなく、スパッタの付着自体を極力抑えることができ、また、付着したスパッタは容易に除去できるアーク溶接用トーチを提供することを目的としている。
【０００７】
また、アーク溶接においては、酸化を防止し、かつ、溶接ムラを防止するために、シールドガスを溶接部の周縁に確実に吹き付け、空気が溶接部に流入することを防止する必要がある。シールドガスを溶接部の周縁に確実に吹き付けるためには、シールドガスを整流する必要がある。しかしながら、上記特許文献２では、シールドガスの噴出量を減らすためにノズルヘッドの内側に複数の開孔を備えた整流リングを設ける提案がなされているものの、整流リングを通過した後のシールドガスの整流については提案されていない。
【０００８】
本発明では、シールドガスの使用量を減らしても、溶接品質を維持する必要最適量のシールドガスを溶接部の周縁に確実に吹き付けることができ、溶接部を確実にシールドできるアーク溶接用トーチ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】
【０００９】
本発明の請求項１のアーク溶接用トーチは、シールドガスおよび溶融電極が通る内空間を有し、前記シールドガスが流出する前記内空間と連通した複数の流出孔を有したガス管と、前記ガス管の周縁を覆うように配置される円筒部材と、を備え、前記ガス管の内空間、および／または、前記ガス管と前記円筒部材との間のガス流路空間を通るシールドガスで溶接部をシールドしながらアーク溶接するアーク溶接用トーチであって、前記ガス流路空間には、シールドガスの密度を高めるための絞りを形成する絞り形成部材が配置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２のアーク溶接用トーチにおいて、前記ガス流路空間には、シールドガスの流れを整流するための整流部材が配置されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３のアーク溶接用トーチにおいて、前記ガス管は、前記内空間としての第一軸孔を内側に有し、前端近傍に前記シールドガスが流出する前記第一軸孔と連通した複数の前記流出孔を有した円筒形状のトーチ本体と、前記第一軸孔と連通する前記内空間としての第二軸孔を内側に有し、前記トーチ本体の前端に接続されたチップと、により構成され、前記円筒部材は、前記トーチ本体の周縁を覆うように配置される円筒形状のノズル本体と、前記チップの周縁を覆うように配置され、前記ノズル本体の前端に配置された略円筒形状のノズルヘッドと、により構成され、前記ノズルヘッドの内側には、前方に向けて末広がりとなる回転テーパー面が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４のアーク溶接用トーチにおいて、前記ノズルヘッドの回転テーパー面は、前後方向に延在する軸に対して０．５〜５度の角度に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５のアーク溶接用トーチにおいて、前記ガス流路空間は、前記整流部材としての第一整流部材によって後端側に位置する第一空間と前端側に位置する第二空間とに区画され、前記トーチ本体の流出孔は前記第一空間内に位置し、前記第一整流部材は、前記第一空間から前記第二空間へとシールドガスが流れる複数のガス流孔を形成するように前記ノズル本体に固定され、前記チップは、後端近傍の外面に他の位置より外径が小さく形成されてなる凹部を有し、前記ノズルヘッドの後端近傍であって、前記チップの凹部の外方近傍位置に、後端から前方に向けて内側に向かうテーパー面を備えた前記絞り形成部材としての第二整流部材が配置されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項６のアーク溶接用トーチにおいて、前記第二整流部材は、セラミックで形成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項７のアーク溶接用トーチにおいて、前記ノズルヘッドと前記第二整流部材は、セラミック製で一体成型されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項８のアーク溶接用トーチにおいて、前記ノズル本体、前記ノズルヘッド、および、前記第二整流部材は、セラミック製で一体成型されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項９のアーク溶接用トーチにおいて、前記ガス管は、前記内空間としての第一軸孔を内側に有し、前端近傍に前記シールドガスが流出する前記内空間と連通した複数の流出孔が形成された前記整流部材としてのコレットと、前記内空間としての第二軸孔を内側に有し、前記コレットの前方に位置し該コレットと同軸に配置される前記絞り形成部材としてのチップと、により構成され、前記円筒部材は、前記トーチ本体の周縁を覆うように配置されるノズル本体と、前記コレットおよび前記チップの周縁を覆うように配置され、前記ノズル本体の前端に接続されたノズルヘッドと、により構成され、前記コレットは、後方に位置する円柱部と、該円柱部の前端に位置するリング状のガス流出部と、ガス流出部の前端に位置する整流部と、を備え、前記ガス流出部は、前記複数の流出孔を有し、前記整流部は、前記ガス流出部の前端から外方に膨出する膨出部と、該膨出部の前端から内側に向けて収縮する収縮部と、を有することを特徴とする。
【００１８】
請求項１０のアーク溶接用トーチにおいて、前記チップは、後端から前端にかけて末広がりの円錐台形状であって、後端に位置する第一円錐台部と、該第一円錐台部の前端に位置する直方体部と、前記第一円錐台部の後面の直径および前記直方体部の一辺の長さよりも小さな直径とされ、直方体部の前端に位置する円柱部と、後端から前端にかけて先窄みの円錐台形状であって、前面の直径が前記円柱部の直径よりも大きく形成され、円柱部の前端に位置する第二円錐台部と、が同軸上に配置されてなり、前記直方体部の角部で前記ノズルヘッドの内面に固着されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、スパッタが付着するノズルヘッドの内側を回転テーパー面形状とすることにより、容易にスパッタを除去できるアーク溶接用トーチを提供できる。
【００２０】
また、本発明によれば、ノズル本体およびノズルヘッドとガス管との間の空間に、整流部材と、空間を狭く形成する絞り形成部材と、を配置することにより、ノズル本体およびノズルヘッドとガス管との間に流出するシールドガスを整流して溶接部の周縁に確実に吹き付けることができ、溶接品質を維持する必要最適量のシールドガスで溶接部を確実にシールドできるアーク溶接用トーチを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態におけるＭＡＧおよびＭＩＧ用のアーク溶接用トーチの縦断面図である。
【図２】上記アーク溶接用トーチの分解側面図である。
【図３】（ａ）は、第一整流部材がリング状の場合の図１におけるＡ−Ａ’断面図であり、（ｂ）は、第一整流部材が方形状の場合の図１におけるＡ−Ａ’断面図である。
【図４】（ａ）は、第二整流部材の後方からの斜視図であり、（ｂ）は、第二整流部材の前方からの斜視図である。
【図５】本発明の実施形態におけるＴＩＧ用のアーク溶接用トーチの縦断面図である。
【図６】上記アーク溶接用トーチの分解側面図である。
【図７】（ａ）は、チップの後方からの斜視図であり、（ｂ）は、チップの前方からの斜視図である。
【図８】（ａ）は、図５におけるＢ−Ｂ’断面図であり、（ｂ）は、図５におけるＣ−Ｃ’断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明のアーク溶接用トーチについて図に基づいて詳細に述べる。本発明は、被溶接物の溶接部を少量のシールドガスで確実にシールドするためのアーク溶接用トーチの構造に関する提案である。また、本発明は、スパッタの付着を抑制し、かつ付着したスパッタを簡単に除去できるアーク溶接用トーチの構造に関する提案である。
【００２３】
本実施形態におけるアーク溶接用トーチは、シールドガスおよび溶融電極が通る内空間を有し、シールドガスが流出する内空間と連通した複数の流出孔を有したガス管を備える。また、アーク溶接用トーチは、ガス管の周縁を覆うように配置される円筒部材を備える。そして、アーク溶接用トーチにおけるガス管と円筒部材との間のガス流路空間には、シールドガスをガス管の外面周縁に集中させるため、絞りを（空間を狭く）形成する絞り形成部材が配置されていることを特徴とする。また、上記ガス流路空間には、シールドガスの流れを整流するための整流部材が配置されていることを特徴とする。
【００２４】
以下、本実施形態におけるアーク溶接用トーチに関して、ＭＡＧおよびＭＩＧ用のアーク溶接用トーチとＴＩＧ用のアーク溶接用トーチとに分けて詳細に説明する。
【００２５】
＜ＭＡＧおよびＭＩＧ用のアーク溶接用トーチの構成＞
図１は、本実施形態におけるＭＡＧおよびＭＩＧ用のアーク溶接用トーチ１の縦断面図であり、図２は、アーク溶接用トーチ１の分解側面図である。なお、以下の説明においては、図１および図５における上方（ガスや電気を供給するアーク溶接装置の本体（図示しない）と連結される側）を後方、図１および図５における下方を（溶接部９９、１９９側）を前方として述べる。
【００２６】
アーク溶接用トーチ１は、図１および図２に示すように、アーク溶接用装置から繰り出されたガスホースに連結されるトーチ本体２と、トーチ本体２の前端に同軸に連結されるチップ３と、トーチ本体２およびチップ３の外方を覆うノズル本体６およびノズルヘッド８を備える。なお、トーチ本体２、チップ３が上記ガス管を構成し、ノズル本体６、ノズルヘッド８が上記円筒部材を構成する。
【００２７】
トーチ本体２は、円筒形状の金属製あるいはセラミック製の部材であり、内側にシールドガスや溶融電極としての溶接ワイヤ１０が通る、上記内空間としての第一軸孔２１を有している。トーチ本体２の前端近傍には、シールドガスを流出させるための複数の流出孔２３が第一軸孔２１と連通して形成されている。トーチ本体２の内面の先端部分には、チップ３が螺着される螺子２５が形成されている。
【００２８】
このトーチ本体２は、後端近傍で絶縁体１３を介してトーチホルダー１１に固定されている。トーチホルダー１１は、アーク溶接装置の本体から延在するガスホースの先端に取り付けられた金属製の部材であり、前端の外面にはノズル本体６が螺着される螺子１２が形成されている。
【００２９】
チップ３は、真鍮、アルミ青銅、ベリリウムなどの導電性部材で形成された円筒状の部材であり、内側に溶接ワイヤ１０が通る第二軸孔３１を有している。チップ３の後端部分は薄肉に形成され、この薄肉部分の外面にトーチ本体２の螺子２５に螺着する螺子３３が形成されている。また、チップ３の外面であって後端と中央の間には、薄肉に形成することにより凹部３５が形成され、この凹部３５の後端部分はテーパー状に形成されている。さらに、チップ３は、前端がドーム状に形成されている。このチップ３は、トーチ本体２の外径よりも小さな外径とされ、トーチ本体２の前端に同軸に接続されている。
【００３０】
なお、チップ３は、図１及び図２において、前方に位置する前チップ４１と前チップ４１が螺着されるチップホルダー４２とから構成されているが、前チップ４１とチップホルダー４２を一体成型した構成としてもよい。前チップ４１とチップホルダー４２を一体成型とした場合には、チップ３の製造コストを削減することができる。
【００３１】
このように、上記ガス管としてのトーチ本体２およびチップ３は、同軸に連結されており、各軸孔２１、３１の内側を溶接ワイヤ１０およびシールドガスが通る構成とされている。なお、トーチ本体２の軸孔２１に対してその前方に連通するチップ３の軸孔３１は小径となっている。このため、トーチ本体２の軸孔２１を通るシールドガスの多くは、複数の流出孔２３を通ってトーチ本体２からノズル６の内側へ（第一空間６５）に吹き出すこととなる。
【００３２】
ノズル本体６は、アルミ青銅や真鍮、あるいは、セラミックなどで形成された円筒形状の部材であり、トーチ本体２の周縁を覆うように配置されている。ノズル本体６の後端の内面にはトーチホルダー１１の螺子１２に螺着させるための螺子６１が形成されている。また、ノズル本体６の前端近傍の内側には、薄肉に形成されることにより段差が形成され、この薄肉部分の先端にはノズルヘッド８が螺着される螺子６３が形成されている。
【００３３】
そして、ノズル本体６は、トーチ本体２と同軸にトーチホルダー１１に螺着されている。また、ノズル本体６の先端の薄肉部分には、第一整流部材７が固定され、この第一整流部材７によりノズル本体６の内側は、後方に位置する第一空間６５と前方に位置する第二空間６６とに区画されている。なお、トーチ本体２の流出孔２３は、ノズル本体６の第一空間６５内に位置している。
【００３４】
第一整流部材７は、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、中央にトーチ本体２が貫通する中心孔７１を有した円形状（リング状）、あるいは、方形状の板である。円形状の第一整流部材７の場合、図３（ａ）に示すように、中心孔７１の周縁に中心軸に対して放射状の位置に複数の開孔７５が形成されている。また、第一整流部材７が方形状である場合、図３（ｂ）に示すように、ノズル本体６に４個の角部分で固定されるため、ノズル本体６の内面と第一整流部材７の各辺との間には間隙７７が形成される。すなわち、第一整流部材７は、ノズル本体６に、シールドガスが通るガス流孔（開孔７５、間隙７７）を備えた状態で固定されている。なお、この第一整流部材７は、セラミックで形成されるのが好適であるが、アルミ青銅や真鍮などその他の素材で形成してもよい。また、図１および図２においては、第一整流部材７としてリング状のものを図示している。
【００３５】
ノズルヘッド８は、図１および図２に示したように、アルミ青銅や真鍮、セラミックなどで形成された円筒形状の部材であり、チップ３の周縁を覆うように配置されている。ノズルヘッド８の後端は薄肉に形成されて外面に段差が形成されており、この後端部の外面にはノズル本体６の螺子６３に螺着する螺子８１が形成されている。そして、ノズルヘッド８は、ノズル本体６の前端に同軸に螺着されている。
【００３６】
ノズルヘッド８の内面は、後端近傍に位置し、中心軸と平行な直線を、中心軸を中心に回転させた後方回転面８３と、後方回転面８３の前端から前方に延在し、中心軸に対して前方に向かって離れるように傾いた斜線を中心軸を中心に回転させて得られる回転テーパー面８５と、からなる。すなわち、ノズルヘッド８は、前方の内面が末広がりとなるように形成されている。この回転テーパー面８５と中心軸とでなす角度αは、図においては４度としているが、０．５度乃至５度とするのが好適である。
【００３７】
また、ノズルヘッド８の後方回転面８３の内側には、上記絞り形成部材としてのセラミックス製の第二整流部材９が配置されている。この第二整流部材９は、図１、図２および図４に示すように、中心にチップ３が貫通する開孔９１を有したリング形状である。そして、第二整流部材９の内面は、前方に位置し中心軸と平行な前方回転面９３と、前方回転面９３の後端から後方に向かって末広がりの後方テーパー面９５と、から形成される。この第二整流部材９は、ノズルヘッド８の後方回転面８３に接着固定されている。また、第二整流部材９は、チップ３の凹部３５の周縁に後方テーパー面９５が位置するように配置されている。すなわち、この第二整流部材９によって、第二空間６６におけるシールドガスの流路が狭く形成されることとなる。
【００３８】
なお、ノズル本体６とノズルヘッド８、および、第二整流部材９をそれぞれ別成型した場合について述べたが、全てをセラミックで一体成型してもよい。また、ノズルヘッド８と第二整流部材９をセラミックで一体成型し、ノズル本体６のみ別成型としてもよい。あるいは、ノズル本体６とノズルヘッド８は一体成型し、第二整流部材９のみ別成型としてもよい。
【００３９】
次に、アーク溶接用トーチ１におけるシールドガスの流れについて述べる。図１に示したように、トーチ本体２の第一軸孔２１を流れるシールドガスの多くは、流出孔２３からノズル本体６の第一空間６５へ吹き込む。ノズル本体６の第一空間６５へ吹き込んだシールドガスは、第一整流部材７により形成されるガス流孔（開孔７５または間隙７７）からノズル本体６の第二空間６６へ吹き込む。このとき、シールドガスは、上記ガス流孔によって密度が均一に近づくように整流される。
【００４０】
第二空間６６へと吹き込んだシールドガスは、第二整流部材９の後方テーパー面９５に誘導されてチップ３の周縁に凝縮され、第二整流部材９とチップ３の凹部３５との間からノズルヘッド８の内側に流れ込む。このとき、チップ３の周縁にシールドガスが凝縮されるため、シールドガスは、溶接部９９の周縁に密度が均一で速度が増した状態で吹き込むこととなる。また、ノズルヘッド８の内側の回転テーパー面８５に当接したシールドガスは、ノズルヘッド８の中心軸に対しての角度が小さくなった状態で溶接部９９に吹き込む。
【００４１】
なお、トーチ本体２の第一軸孔２１内部のシールドガス（流出孔２３から流出しなかったガス）は、チップ３の第二軸孔３１を通過して溶接ワイヤ１０の周縁から溶接部９９へと吹き出すこととなる。
【００４２】
本実施形態のアーク溶接用トーチ１は、上述したようにノズルヘッド８の内側が末広がりの回転テーパー面状に形成され、その奥にセラミック製の第二整流部材９が位置しているために、アーク溶接によって生じたスパッタがノズルヘッド８の内側や第二整流部材９に付着しにくく、また付着しても溶着することはないので、ノズルヘッド８を先端から堅い物などに軽く打ち付けるかブラシで掻き落とすだけでスパッタを除去することができる。よって、ノズルヘッド８の洗浄が容易になり、また寿命が長くなり、アーク溶接の作業効率を高めることができる。
【００４３】
また、本実施形態のアーク溶接用トーチ１は、ノズルヘッド８の内側に第二整流部材９を設けることにより、溶接部９９に吹き出す直前のシールドガスを中心近くに凝縮できるため、溶接部９９の周縁に吹き出すシールドガスは、粗密のない均一で高い密度のガスとなる。よって、ガス量を減らした場合であってもシールド効果を高くできる。また、ノズルヘッド８の内側がテーパー面状に形成されていることにより、ノズルヘッド８から吹き出すシールドガスの拡散角度も小さくなるため、シールドに使用されず無駄に消費されるガス量を減らすことができ、シールドガスの利用効率を高めることができる。
【００４４】
＜ＴＩＧ用のアーク溶接用トーチの構成＞
次に、ＴＩＧ用のアーク溶接用トーチ１００の構成について述べる。図５は、アーク溶接用トーチ１００の縦断面図であり、図６は、アーク溶接用トーチ１００の分解側面図である。アーク溶接用トーチ１００は、図５および図６に示すように、コレット１０１と、コレット１０１の周縁を覆うように同軸に配置されるノズル本体１０３と、ノズル本体１０３の前端に同軸に配置されるノズルヘッド１０５と、を備える。
【００４５】
コレット１０１は、後方に位置する円柱部１１１と、円柱部１１１の前端に位置するリング状のガス流出部１１３と、ガス流出部１１３の前端に位置する整流部１１５と、から構成される。円柱部１１１、ガス流出部１１３、整流部１１５は、それぞれ同軸上で連結された形状となっており、中央にタングステン電極１１０、および、シールドガスが通る、上記内空間としての第一軸孔１１７を備えている。
【００４６】
円柱部１１１の外面の前端近傍には、ノズル本体１０３に螺着させるための螺子１１２が形成されている。また、円柱部１１１の後端は、コレットホルダー１１９に固定されている。ガス流出部１１３には、シールドガスをノズル本体１０３内に流出させるための複数の流出孔１１８が、第一軸孔１１７と連通して設けられている。
【００４７】
そして、整流部１１５は、後端から前後中央近傍まで外方に向かって膨出し、前後中央近傍から前方に向かって収縮した形状とされている。すなわち、整流部１１５は、後端に位置する膨出部１４１と、膨出部１４１の前方に位置する収縮部１４２とから形成されている。この膨出部１４１および収縮部１４２の外面は、曲面形状とされている。なお、コレット１０１は、この整流部１１５を備えることにより、上記整流部材として機能する。
【００４８】
ノズル本体１０３は、外面が前方に向かって先窄みに形成された中空の円錐台形状である。また、ノズル本体１０３は、後方に位置する厚肉部１３１と、厚肉部１３１よりも薄肉に形成された薄肉部１３３と、を備えており、内面は、厚肉部１３１と薄肉部１３３との間で段差が形成されている。厚肉部１３１の内面の前端には、コレット１０１の円柱部１１１に螺着するための螺子１３５が形成され、薄肉部１３３の内面の前端には、ノズルヘッド１０５が螺着される螺子１３７が形成されている。そして、ノズル本体１０３は、コレット１０１の円柱部１１１に螺着され、薄肉部１３３の内側には第一空間１５３が形成されている。
【００４９】
ノズルヘッド１０５は、後端外面にノズル本体１０３に螺着するための螺子１５１が形成された略円筒形状であり、ノズル本体１０３の前端に同軸に螺着されている。そして、ノズルヘッド１０５は、内側に、コレット１０１の整流部１１５が位置する第一空間１５３と、後述するチップ１０７が位置する第二空間１５５と、先端に位置する第三空間１５７と、を備えている。なお、第一空間１５３は、ノズル本体１０３の薄肉部１３３の内側に位置する空間と同一である。
【００５０】
ノズルヘッド１０５の内面は、第一空間１５３と第二空間１５５との間、および、第二空間１５５と第三空間１５７との間にそれぞれ軸方向に（空間が狭くなる方向に）段差が形成されている。すなわち、ノズルヘッド１０５は、第一空間１５３、第二空間１５５、第三空間１５７と順に内径が小さく形成されている。また、ノズルヘッド１０５の第二空間１５５を形成する内面には、チップ１０７が当接する段差が設けられている。
【００５１】
チップ１０７は、上記絞り形成部材として機能する。このチップ１０７は、図７および図８に示すように、後端に位置する第一円錐台部１７１、第一円錐台部１７１の前端に位置する直方体部１７２、直方体部１７２の前端に位置する円柱部１７３、円柱部１７３の前端に位置する第二円錐台部１７４からなり、それぞれが同軸で連結された構成とされている。また、チップ１０７の中央（軸上）には、タングステン電極１１０およびシールドガスが通る第二軸孔１７７が形成されている。
【００５２】
第一円錐台部１７１は、後端から前端にかけて末広がりの円錐台形状であり、第二円錐台部１７４は、後端から前端にかけて先窄みの円錐台形状である。第一円錐台部１７１の前端面の直径は、直方体部１７２の一辺の長さと略同一である。円柱部１７３の直径は第一円錐台部１７１の後面および第二円錐台部１７４の前面の直径よりも小さく形成されている。
【００５３】
すなわち、チップ１０７は、後方の外側面が末広がりの回転テーパー面とされ、直方体部１７２と円柱部１７３との間の外側面に段差が形成され、さらに、円柱部１７３と第二円錐台部１７４との間の外側面にも段差が形成され、前方の外側面が先窄みの回転テーパー面とされた形状である。
【００５４】
このチップ１０７は、第二円錐台部１７４がノズルヘッド１０５の第三空間１５７に位置するようにノズルヘッド１０５に配置され、直方体部１７２の角部でノズルヘッド１０５の内面に固着されている。すなわち、ノズルヘッド１０５の内側では、図８（ａ）に示すように、直方体部１７２の側面とノズルヘッド１０５の内面との間に間隙１７９が形成されている。また、図８（ｂ）に示すように、チップ１０７の先端部分（第二円錐台部１７４）では、ノズルヘッド１０５との間の空間が小さく形成されることとなる。
【００５５】
次に、シールドガスの流れについて述べる。コレット１０１の第一軸孔１１７を流れるシールドガスの一部は、ガス流出部１１３の流出孔１１８からノズル本体１０３およびノズルヘッド１０５との間の第一空間１５３に吹き込む。第一空間１５３に吹き込んだシールドガスは、コレット１０１の整流部１１５の外面に沿って前方に流れる。整流部１１５の外面に沿って流れるシールドガスは、整流部１１５の膨出部１４１によって第一空間１５３が狭くなるため、速度を速めて前方に流れ、その後、収縮部１４２の外面に沿って流れることにより、中心軸の近傍に整流されることとなる。
【００５６】
そして、シールドガスは、チップ１０７の第一円錐台部１７４のテーパー面に当接した後、第二空間１５５へ吹き込み、チップ１０７の直方体部１７２とノズルヘッド１０５との間隙を通って第三空間１５７へと吹き込む。第二空間１５５と第三空間１５７との間は、チップ１０７の第二円錐台部１７４とノズルヘッド１０５によって絞られている（狭くなっている）ため、シールドガスは凝縮された状態となる。よって、シールドガスの密度が高くなり、かつ、速度が速まる。凝縮された後のシールドガスは、第二円錐台部１７４のテーパー面に沿って流れ、溶接部１９９の周縁に密度の高いガスとして吹き出すこととなる。
【００５７】
また、コレット１０１の第一軸孔１１７を流れるシールドガス（流出孔１１８から流出しなかったガス）は、コレットの先端からチップ１０７の第二軸孔１７７へと吹き込み、チップ１０７の第二軸孔１７７からタングステン電極１１０に沿って溶接部１９９へと吹き出すこととなる。
【００５８】
このように、本実施形態のアーク溶接用トーチ１００では、コレット１０１の流出孔１１８の先に整流部１１５を設けることにより、シールドガスを整流することができ、これにより、軸周りのシールドガスの密度を均一に近づけることができる。また、チップ１０７とノズルヘッド１０５との間が狭く形成されているため、密度の高いガスとなる。よって、少量のシールドガスで溶接時のシールド効果を高めることができ、シールドガスの使用量の削減、および、溶接ムラの防止を図ることができる。
【００５９】
なお、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、あらゆる設計変更が可能である。例えば、ＴＩＧ用のアーク溶接用トーチ１００におけるコレット１０１の円柱部１１１、ガス流出部１１３、整流部１１５をそれぞれ別成型し、螺子などで連結させる構成としてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１、１００ アーク溶接用トーチ
２ トーチ本体
３、１０７ チップ
６、１０３ ノズル本体
７ 第一整流部材
８、１０５ ノズルヘッド
９ 第二整流部材
１０ 溶接ワイヤ
１１ トーチホルダー
１２、２５、３３、３７、４３、６１、６３、８１ 螺子
１３ 絶縁体
２１、１１７ 第一軸孔
２３、１１８ 流出孔
３１、１７７ 第二軸孔
３５ 凹部
４１ 前チップ
４２ チップホルダー
６５ 第一空間
６６ 第二空間
７１ 中心孔
７５ 開孔
７７ 間隙
８３ 後方回転面
８５ テーパー面
９１ 開孔
９３ 前方回転面
９５ 後方テーパー面
８５ 回転テーパー面
１０１ コレット
１１１ 円柱部
１１２、１３５、１３７、１５１ 螺子
１１３ ガス流出部
１１５ 整流部
１１０ タングステン電極
１１９ コレットホルダー
１３１ 厚肉部
１３３ 薄肉部
１４１ 膨出部
１４２ 収縮部
１５３ 第一空間
１５５ 第二空間
１５７ 第三空間
１７１ 第一円錐台部
１７２ 直方体部
１７３ 円柱部
１７４ 第二円錐台部
１７９ 間隙
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接ワイヤあるいはタングステン電極を溶融させながら溶接を行うアーク溶接に使用されるアーク溶接用トーチに関する。
【背景技術】
【０００２】
アーク溶接として一般的にＭＡＧ（Ｍｅｔａｌ ａｃｔｉｖｅ ｇａｓ）溶接、ＭＩＧ（Ｍｅｔａｌ ｉｎｅｒｔ ｇａｓ）溶接、ＴＩＧ（Ｔｕｎｇｓｔｅｎ ｉｎｅｒｔ ｇａｓ）溶接などが知られている。ＭＡＧ溶接やＭＩＧ溶接に用いるアーク溶接用トーチは、トーチ本体の先端部にチップを装着し、トーチの先端から突出するように溶接ワイヤをチップに挿通させてなる。ＴＩＧ溶接に用いるアーク溶接用トーチは、トーチ本体の先端にチップを装着し、トーチの先端から突出するように棒状のタングステン電極をチップに挿通させてなる。
【０００３】
そして、アーク溶接では、トーチ先端から突出させた溶接ワイヤやタングステン電極を被溶接物に近接させ、炭酸ガス、アルゴンガス、ヘリウムガスなどのシールドガスをトーチ先端より吹き出し、被溶接物と溶接ワイヤの間に発生するアークの周囲をシールドガスで覆い、大気中の空気が溶接部に流入するのを防止しながら、アークにより被溶接物および溶接ワイヤを溶融させて溶接ビードを形成し溶接する（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特許第４６８５０８０号
【特許文献２】特開２０１０−２５３５３３号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
アーク溶接では、溶接時に溶融金属の微粒子であるスパッタが生じ、このスパッタが溶接部や溶接用トーチの先端部（ノズルヘッド）に付着するという問題がある。溶接用トーチの先端部に吸着したスパッタを放置して作業した場合、スパッタと溶接ワイヤやタングステン電極との間が通電し、溶接ができなくなる虞がある。そこで、溶接作業時には、１〜２時間毎にスパッタを除去する必要があり、都度作業を中断する必要があった。そこで、前記特許文献２では、チップを覆うセラミックス製のワイヤガイドを設け、このワイヤガイドでスパッタが付着することを防止する提案がなされている。この提案によれば、ワイヤガイドにスパッタが付着してもセラミックス製のため、容易にスパッタを除去することができる。
【０００６】
上記提案の構成であってもスパッタを容易に除去することができるが、本発明では、ワイヤガイドのような新たな部材を設けることなく、スパッタの付着自体を極力抑えることができ、また、付着したスパッタは容易に除去できるアーク溶接用トーチを提供することを目的としている。
【０００７】
また、アーク溶接においては、酸化を防止し、かつ、溶接ムラを防止するために、シールドガスを溶接部の周縁に確実に吹き付け、空気が溶接部に流入することを防止する必要がある。シールドガスを溶接部の周縁に確実に吹き付けるためには、シールドガスを整流する必要がある。しかしながら、上記特許文献２では、シールドガスの噴出量を減らすためにノズルヘッドの内側に複数の開孔を備えた整流リングを設ける提案がなされているものの、整流リングを通過した後のシールドガスの整流については提案されていない。
【０００８】
本発明では、シールドガスの使用量を減らしても、溶接品質を維持する必要最適量のシールドガスを溶接部の周縁に確実に吹き付けることができ、溶接部を確実にシールドできるアーク溶接用トーチ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】
【０００９】
本発明の請求項１のアーク溶接用トーチは、シールドガスおよび溶融電極が通る内空間を有し、前記シールドガスが流出する前記内空間と連通した複数の流出孔を有したガス管と、前記ガス管の周縁を覆うように配置される円筒部材と、を備え、前記ガス管の内空間、および／または、前記ガス管と前記円筒部材との間のガス流路空間を通るシールドガスで溶接部をシールドしながらアーク溶接するアーク溶接用トーチであって、前記ガス流路空間には、シールドガスの密度を高めるための絞りを形成する絞り形成部材が配置されていることを特徴とする。
【００１０】
請求項２のアーク溶接用トーチにおいて、前記ガス流路空間には、シールドガスの流れを整流するための整流部材が配置されていることを特徴とする。
【００１１】
請求項３のアーク溶接用トーチにおいて、前記ガス管は、前記内空間としての第一軸孔を内側に有し、前端近傍に前記シールドガスが流出する前記第一軸孔と連通した複数の前記流出孔を有した円筒形状のトーチ本体と、前記第一軸孔と連通する前記内空間としての第二軸孔を内側に有し、前記トーチ本体の前端に接続されたチップと、により構成され、前記円筒部材は、前記トーチ本体の周縁を覆うように配置される円筒形状のノズル本体と、前記チップの周縁を覆うように配置され、前記ノズル本体の前端に配置された略円筒形状のノズルヘッドと、により構成され、前記ノズルヘッドの内側には、前方に向けて末広がりとなる回転テーパー面が形成されていることを特徴とする。
【００１２】
請求項４のアーク溶接用トーチにおいて、前記ノズルヘッドの回転テーパー面は、前後方向に延在する軸に対して０．５〜５度の角度に形成されていることを特徴とする。
【００１３】
請求項５のアーク溶接用トーチにおいて、前記ガス流路空間は、前記整流部材としての第一整流部材によって後端側に位置する第一空間と前端側に位置する第二空間とに区画され、前記トーチ本体の流出孔は前記第一空間内に位置し、前記第一整流部材は、前記第一空間から前記第二空間へとシールドガスが流れる複数のガス流孔を形成するように前記ノズル本体に固定され、前記チップは、後端近傍の外面に他の位置より外径が小さく形成されてなる凹部を有し、前記ノズルヘッドの後端近傍であって、前記チップの凹部の外方近傍位置に、後端から前方に向けて内側に向かうテーパー面を備えた前記絞り形成部材としての第二整流部材が配置されていることを特徴とする。
【００１４】
請求項６のアーク溶接用トーチにおいて、前記第二整流部材は、セラミックで形成されていることを特徴とする。
【００１５】
請求項７のアーク溶接用トーチにおいて、前記ノズルヘッドと前記第二整流部材は、セラミック製で一体成型されていることを特徴とする。
【００１６】
請求項８のアーク溶接用トーチにおいて、前記ノズル本体、前記ノズルヘッド、および、前記第二整流部材は、セラミック製で一体成型されていることを特徴とする。
【００１７】
請求項９のアーク溶接用トーチにおいて、前記ガス管は、前記内空間としての第一軸孔を内側に有し、前端近傍に前記シールドガスが流出する前記内空間と連通した複数の流出孔が形成された前記整流部材としてのコレットと、前記内空間としての第二軸孔を内側に有し、前記コレットの前方に位置し該コレットと同軸に配置される前記絞り形成部材としてのチップと、により構成され、前記円筒部材は、前記トーチ本体の周縁を覆うように配置されるノズル本体と、前記コレットおよび前記チップの周縁を覆うように配置され、前記ノズル本体の前端に接続されたノズルヘッドと、により構成され、前記コレットは、後方に位置する円柱部と、該円柱部の前端に位置するリング状のガス流出部と、ガス流出部の前端に位置する整流部と、を備え、前記ガス流出部は、前記複数の流出孔を有し、前記整流部は、前記ガス流出部の前端から外方に膨出する膨出部と、該膨出部の前端から内側に向けて収縮する収縮部と、を有することを特徴とする。
【００１８】
請求項１０のアーク溶接用トーチにおいて、前記チップは、後端から前端にかけて末広がりの円錐台形状であって、後端に位置する第一円錐台部と、該第一円錐台部の前端に位置する直方体部と、前記第一円錐台部の後面の直径および前記直方体部の一辺の長さよりも小さな直径とされ、直方体部の前端に位置する円柱部と、後端から前端にかけて先窄みの円錐台形状であって、前面の直径が前記円柱部の直径よりも大きく形成され、円柱部の前端に位置する第二円錐台部と、が同軸上に配置されてなり、前記直方体部の角部で前記ノズルヘッドの内面に固着されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によれば、スパッタが付着するノズルヘッドの内側を回転テーパー面形状とすることにより、容易にスパッタを除去できるアーク溶接用トーチを提供できる。
【００２０】
また、本発明によれば、ノズル本体およびノズルヘッドとガス管との間の空間に、整流部材と、空間を狭く形成する絞り形成部材と、を配置することにより、ノズル本体およびノズルヘッドとガス管との間に流出するシールドガスを整流して溶接部の周縁に確実に吹き付けることができ、溶接品質を維持する必要最適量のシールドガスで溶接部を確実にシールドできるアーク溶接用トーチを提供できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の実施形態におけるＭＡＧおよびＭＩＧ用のアーク溶接用トーチの縦断面図である。
【図２】上記アーク溶接用トーチの分解側面図である。
【図３】（ａ）は、第一整流部材がリング状の場合の図１におけるＡ−Ａ’断面図であり、（ｂ）は、第一整流部材が方形状の場合の図１におけるＡ−Ａ’断面図である。
【図４】（ａ）は、第二整流部材の後方からの斜視図であり、（ｂ）は、第二整流部材の前方からの斜視図である。
【図５】本発明の実施形態におけるＴＩＧ用のアーク溶接用トーチの縦断面図である。
【図６】上記アーク溶接用トーチの分解側面図である。
【図７】（ａ）は、チップの後方からの斜視図であり、（ｂ）は、チップの前方からの斜視図である。
【図８】（ａ）は、図５におけるＢ−Ｂ’断面図であり、（ｂ）は、図５におけるＣ−Ｃ’断面図である。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明のアーク溶接用トーチについて図に基づいて詳細に述べる。本発明は、被溶接物の溶接部を少量のシールドガスで確実にシールドするためのアーク溶接用トーチの構造に関する提案である。また、本発明は、スパッタの付着を抑制し、かつ付着したスパッタを簡単に除去できるアーク溶接用トーチの構造に関する提案である。
【００２３】
本実施形態におけるアーク溶接用トーチは、シールドガスおよび溶融電極が通る内空間を有し、シールドガスが流出する内空間と連通した複数の流出孔を有したガス管を備える。また、アーク溶接用トーチは、ガス管の周縁を覆うように配置される円筒部材を備える。そして、アーク溶接用トーチにおけるガス管と円筒部材との間のガス流路空間には、シールドガスをガス管の外面周縁に集中させるため、絞りを（空間を狭く）形成する絞り形成部材が配置されていることを特徴とする。また、上記ガス流路空間には、シールドガスの流れを整流するための整流部材が配置されていることを特徴とする。
【００２４】
以下、本実施形態におけるアーク溶接用トーチに関して、ＭＡＧおよびＭＩＧ用のアーク溶接用トーチとＴＩＧ用のアーク溶接用トーチとに分けて詳細に説明する。
【００２５】
＜ＭＡＧおよびＭＩＧ用のアーク溶接用トーチの構成＞
図１は、本実施形態におけるＭＡＧおよびＭＩＧ用のアーク溶接用トーチ１の縦断面図であり、図２は、アーク溶接用トーチ１の分解側面図である。なお、以下の説明においては、図１および図５における上方（ガスや電気を供給するアーク溶接装置の本体（図示しない）と連結される側）を後方、図１および図５における下方を（溶接部９９、１９９側）を前方として述べる。
【００２６】
アーク溶接用トーチ１は、図１および図２に示すように、アーク溶接用装置から繰り出されたガスホースに連結されるトーチ本体２と、トーチ本体２の前端に同軸に連結されるチップ３と、トーチ本体２およびチップ３の外方を覆うノズル本体６およびノズルヘッド８を備える。なお、トーチ本体２、チップ３が上記ガス管を構成し、ノズル本体６、ノズルヘッド８が上記円筒部材を構成する。
【００２７】
トーチ本体２は、円筒形状の金属製あるいはセラミック製の部材であり、内側にシールドガスや溶融電極としての溶接ワイヤ１０が通る、上記内空間としての第一軸孔２１を有している。トーチ本体２の前端近傍には、シールドガスを流出させるための複数の流出孔２３が第一軸孔２１と連通して形成されている。トーチ本体２の内面の先端部分には、チップ３が螺着される螺子２５が形成されている。
【００２８】
このトーチ本体２は、後端近傍で絶縁体１３を介してトーチホルダー１１に固定されている。トーチホルダー１１は、アーク溶接装置の本体から延在するガスホースの先端に取り付けられた金属製の部材であり、前端の外面にはノズル本体６が螺着される螺子１２が形成されている。
【００２９】
チップ３は、真鍮、アルミ青銅、ベリリウムなどの導電性部材で形成された円筒状の部材であり、内側に溶接ワイヤ１０が通る第二軸孔３１を有している。チップ３の後端部分は薄肉に形成され、この薄肉部分の外面にトーチ本体２の螺子２５に螺着する螺子３３が形成されている。また、チップ３の外面であって後端と中央の間には、薄肉に形成することにより凹部３５が形成され、この凹部３５の後端部分はテーパー状に形成されている。さらに、チップ３は、前端がドーム状に形成されている。このチップ３は、トーチ本体２の外径よりも小さな外径とされ、トーチ本体２の前端に同軸に接続されている。
【００３０】
なお、チップ３は、図１及び図２において、前方に位置する前チップ４１と前チップ４１が螺着されるチップホルダー４２とから構成されているが、前チップ４１とチップホルダー４２を一体成型した構成としてもよい。前チップ４１とチップホルダー４２を一体成型とした場合には、チップ３の製造コストを削減することができる。
【００３１】
このように、上記ガス管としてのトーチ本体２およびチップ３は、同軸に連結されており、各軸孔２１、３１の内側を溶接ワイヤ１０およびシールドガスが通る構成とされている。なお、トーチ本体２の軸孔２１に対してその前方に連通するチップ３の軸孔３１は小径となっている。このため、トーチ本体２の軸孔２１を通るシールドガスの多くは、複数の流出孔２３を通ってトーチ本体２からノズル６の内側へ（第一空間６５）に吹き出すこととなる。
【００３２】
ノズル本体６は、アルミ青銅や真鍮、あるいは、セラミックなどで形成された円筒形状の部材であり、トーチ本体２の周縁を覆うように配置されている。ノズル本体６の後端の内面にはトーチホルダー１１の螺子１２に螺着させるための螺子６１が形成されている。また、ノズル本体６の前端近傍の内側には、薄肉に形成されることにより段差が形成され、この薄肉部分の先端にはノズルヘッド８が螺着される螺子６３が形成されている。
【００３３】
そして、ノズル本体６は、トーチ本体２と同軸にトーチホルダー１１に螺着されている。また、ノズル本体６の先端の薄肉部分には、第一整流部材７が固定され、この第一整流部材７によりノズル本体６の内側は、後方に位置する第一空間６５と前方に位置する第二空間６６とに区画されている。なお、トーチ本体２の流出孔２３は、ノズル本体６の第一空間６５内に位置している。
【００３４】
第一整流部材７は、図３（ａ）および図３（ｂ）に示すように、中央にトーチ本体２が貫通する中心孔７１を有した円形状（リング状）、あるいは、方形状の板である。円形状の第一整流部材７の場合、図３（ａ）に示すように、中心孔７１の周縁に中心軸に対して放射状の位置に複数の開孔７５が形成されている。また、第一整流部材７が方形状である場合、図３（ｂ）に示すように、ノズル本体６に４個の角部分で固定されるため、ノズル本体６の内面と第一整流部材７の各辺との間には間隙７７が形成される。すなわち、第一整流部材７は、ノズル本体６に、シールドガスが通るガス流孔（開孔７５、間隙７７）を備えた状態で固定されている。なお、この第一整流部材７は、セラミックで形成されるのが好適であるが、アルミ青銅や真鍮などその他の素材で形成してもよい。また、図１および図２においては、第一整流部材７としてリング状のものを図示している。
【００３５】
ノズルヘッド８は、図１および図２に示したように、アルミ青銅や真鍮、セラミックなどで形成された円筒形状の部材であり、チップ３の周縁を覆うように配置されている。ノズルヘッド８の後端は薄肉に形成されて外面に段差が形成されており、この後端部の外面にはノズル本体６の螺子６３に螺着する螺子８１が形成されている。そして、ノズルヘッド８は、ノズル本体６の前端に同軸に螺着されている。
【００３６】
ノズルヘッド８の内面は、後端近傍に位置し、中心軸と平行な直線を、中心軸を中心に回転させた後方回転面８３と、後方回転面８３の前端から前方に延在し、中心軸に対して前方に向かって離れるように傾いた斜線を中心軸を中心に回転させて得られる回転テーパー面８５と、からなる。すなわち、ノズルヘッド８は、前方の内面が末広がりとなるように形成されている。この回転テーパー面８５と中心軸とでなす角度αは、図においては４度としているが、０．５度乃至５度とするのが好適である。
【００３７】
また、ノズルヘッド８の後方回転面８３の内側には、上記絞り形成部材としてのセラミックス製の第二整流部材９が配置されている。この第二整流部材９は、図１、図２および図４に示すように、中心にチップ３が貫通する開孔９１を有したリング形状である。そして、第二整流部材９の内面は、前方に位置し中心軸と平行な前方回転面９３と、前方回転面９３の後端から後方に向かって末広がりの後方テーパー面９５と、から形成される。この第二整流部材９は、ノズルヘッド８の後方回転面８３に接着固定されている。また、第二整流部材９は、チップ３の凹部３５の周縁に後方テーパー面９５が位置するように配置されている。すなわち、この第二整流部材９によって、第二空間６６におけるシールドガスの流路が狭く形成されることとなる。
【００３８】
なお、ノズル本体６とノズルヘッド８、および、第二整流部材９をそれぞれ別成型した場合について述べたが、全てをセラミックで一体成型してもよい。また、ノズルヘッド８と第二整流部材９をセラミックで一体成型し、ノズル本体６のみ別成型としてもよい。あるいは、ノズル本体６とノズルヘッド８は一体成型し、第二整流部材９のみ別成型としてもよい。
【００３９】
次に、アーク溶接用トーチ１におけるシールドガスの流れについて述べる。図１に示したように、トーチ本体２の第一軸孔２１を流れるシールドガスの多くは、流出孔２３からノズル本体６の第一空間６５へ吹き込む。ノズル本体６の第一空間６５へ吹き込んだシールドガスは、第一整流部材７により形成されるガス流孔（開孔７５または間隙７７）からノズル本体６の第二空間６６へ吹き込む。このとき、シールドガスは、上記ガス流孔によって密度が均一に近づくように整流される。
【００４０】
第二空間６６へと吹き込んだシールドガスは、第二整流部材９の後方テーパー面９５に誘導されてチップ３の周縁に凝縮され、第二整流部材９とチップ３の凹部３５との間からノズルヘッド８の内側に流れ込む。このとき、チップ３の周縁にシールドガスが凝縮されるため、シールドガスは、溶接部９９の周縁に密度が均一で速度が増した状態で吹き込むこととなる。また、ノズルヘッド８の内側の回転テーパー面８５に当接したシールドガスは、ノズルヘッド８の中心軸に対しての角度が小さくなった状態で溶接部９９に吹き込む。
【００４１】
なお、トーチ本体２の第一軸孔２１内部のシールドガス（流出孔２３から流出しなかったガス）は、チップ３の第二軸孔３１を通過して溶接ワイヤ１０の周縁から溶接部９９へと吹き出すこととなる。
【００４２】
本実施形態のアーク溶接用トーチ１は、上述したようにノズルヘッド８の内側が末広がりの回転テーパー面状に形成され、その奥にセラミック製の第二整流部材９が位置しているために、アーク溶接によって生じたスパッタがノズルヘッド８の内側や第二整流部材９に付着しにくく、また付着しても溶着することはないので、ノズルヘッド８を先端から堅い物などに軽く打ち付けるかブラシで掻き落とすだけでスパッタを除去することができる。よって、ノズルヘッド８の洗浄が容易になり、また寿命が長くなり、アーク溶接の作業効率を高めることができる。
【００４３】
また、本実施形態のアーク溶接用トーチ１は、ノズルヘッド８の内側に第二整流部材９を設けることにより、溶接部９９に吹き出す直前のシールドガスを中心近くに凝縮できるため、溶接部９９の周縁に吹き出すシールドガスは、粗密のない均一で高い密度のガスとなる。よって、ガス量を減らした場合であってもシールド効果を高くできる。また、ノズルヘッド８の内側がテーパー面状に形成されていることにより、ノズルヘッド８から吹き出すシールドガスの拡散角度も小さくなるため、シールドに使用されず無駄に消費されるガス量を減らすことができ、シールドガスの利用効率を高めることができる。
【００４４】
＜ＴＩＧ用のアーク溶接用トーチの構成＞
次に、ＴＩＧ用のアーク溶接用トーチ１００の構成について述べる。図５は、アーク溶接用トーチ１００の縦断面図であり、図６は、アーク溶接用トーチ１００の分解側面図である。アーク溶接用トーチ１００は、図５および図６に示すように、コレット１０１と、コレット１０１の周縁を覆うように同軸に配置されるノズル本体１０３と、ノズル本体１０３の前端に同軸に配置されるノズルヘッド１０５と、を備える。
【００４５】
コレット１０１は、後方に位置する円柱部１１１と、円柱部１１１の前端に位置するリング状のガス流出部１１３と、ガス流出部１１３の前端に位置する整流部１１５と、から構成される。円柱部１１１、ガス流出部１１３、整流部１１５は、それぞれ同軸上で連結された形状となっており、中央にタングステン電極１１０、および、シールドガスが通る、上記内空間としての第一軸孔１１７を備えている。
【００４６】
円柱部１１１の外面の前端近傍には、ノズル本体１０３に螺着させるための螺子１１２が形成されている。また、円柱部１１１の後端は、コレットホルダー１１９に固定されている。ガス流出部１１３には、シールドガスをノズル本体１０３内に流出させるための複数の流出孔１１８が、第一軸孔１１７と連通して設けられている。
【００４７】
そして、整流部１１５は、後端から前後中央近傍まで外方に向かって膨出し、前後中央近傍から前方に向かって収縮した形状とされている。すなわち、整流部１１５は、後端に位置する膨出部１４１と、膨出部１４１の前方に位置する収縮部１４２とから形成されている。この膨出部１４１および収縮部１４２の外面は、曲面形状とされている。なお、コレット１０１は、この整流部１１５を備えることにより、上記整流部材として機能する。
【００４８】
ノズル本体１０３は、外面が前方に向かって先窄みに形成された中空の円錐台形状である。また、ノズル本体１０３は、後方に位置する厚肉部１３１と、厚肉部１３１よりも薄肉に形成された薄肉部１３３と、を備えており、内面は、厚肉部１３１と薄肉部１３３との間で段差が形成されている。厚肉部１３１の内面の前端には、コレット１０１の円柱部１１１に螺着するための螺子１３５が形成され、薄肉部１３３の内面の前端には、ノズルヘッド１０５が螺着される螺子１３７が形成されている。そして、ノズル本体１０３は、コレット１０１の円柱部１１１に螺着され、薄肉部１３３の内側には第一空間１５３が形成されている。
【００４９】
ノズルヘッド１０５は、後端外面にノズル本体１０３に螺着するための螺子１５１が形成された略円筒形状であり、ノズル本体１０３の前端に同軸に螺着されている。そして、ノズルヘッド１０５は、内側に、コレット１０１の整流部１１５が位置する第一空間１５３と、後述するチップ１０７が位置する第二空間１５５と、先端に位置する第三空間１５７と、を備えている。なお、第一空間１５３は、ノズル本体１０３の薄肉部１３３の内側に位置する空間と同一である。
【００５０】
ノズルヘッド１０５の内面は、第一空間１５３と第二空間１５５との間、および、第二空間１５５と第三空間１５７との間にそれぞれ軸方向に（空間が狭くなる方向に）段差が形成されている。すなわち、ノズルヘッド１０５は、第一空間１５３、第二空間１５５、第三空間１５７と順に内径が小さく形成されている。また、ノズルヘッド１０５の第二空間１５５を形成する内面には、チップ１０７が当接する段差が設けられている。
【００５１】
チップ１０７は、上記絞り形成部材として機能する。このチップ１０７は、図７および図８に示すように、後端に位置する第一円錐台部１７１、第一円錐台部１７１の前端に位置する直方体部１７２、直方体部１７２の前端に位置する円柱部１７３、円柱部１７３の前端に位置する第二円錐台部１７４からなり、それぞれが同軸で連結された構成とされている。また、チップ１０７の中央（軸上）には、タングステン電極１１０およびシールドガスが通る第二軸孔１７７が形成されている。
【００５２】
第一円錐台部１７１は、後端から前端にかけて末広がりの円錐台形状であり、第二円錐台部１７４は、後端から前端にかけて先窄みの円錐台形状である。第一円錐台部１７１の前端面の直径は、直方体部１７２の一辺の長さと略同一である。円柱部１７３の直径は第一円錐台部１７１の後面および第二円錐台部１７４の前面の直径よりも小さく形成されている。
【００５３】
すなわち、チップ１０７は、後方の外側面が末広がりの回転テーパー面とされ、直方体部１７２と円柱部１７３との間の外側面に段差が形成され、さらに、円柱部１７３と第二円錐台部１７４との間の外側面にも段差が形成され、前方の外側面が先窄みの回転テーパー面とされた形状である。
【００５４】
このチップ１０７は、第二円錐台部１７４がノズルヘッド１０５の第三空間１５７に位置するようにノズルヘッド１０５に配置され、直方体部１７２の角部でノズルヘッド１０５の内面に固着されている。すなわち、ノズルヘッド１０５の内側では、図８（ａ）に示すように、直方体部１７２の側面とノズルヘッド１０５の内面との間に間隙１７９が形成されている。また、図８（ｂ）に示すように、チップ１０７の先端部分（第二円錐台部１７４）では、ノズルヘッド１０５との間の空間が小さく形成されることとなる。
【００５５】
次に、シールドガスの流れについて述べる。コレット１０１の第一軸孔１１７を流れるシールドガスの一部は、ガス流出部１１３の流出孔１１８からノズル本体１０３およびノズルヘッド１０５との間の第一空間１５３に吹き込む。第一空間１５３に吹き込んだシールドガスは、コレット１０１の整流部１１５の外面に沿って前方に流れる。整流部１１５の外面に沿って流れるシールドガスは、整流部１１５の膨出部１４１によって第一空間１５３が狭くなるため、速度を速めて前方に流れ、その後、収縮部１４２の外面に沿って流れることにより、中心軸の近傍に整流されることとなる。
【００５６】
そして、シールドガスは、チップ１０７の第一円錐台部１７４のテーパー面に当接した後、第二空間１５５へ吹き込み、チップ１０７の直方体部１７２とノズルヘッド１０５との間隙を通って第三空間１５７へと吹き込む。第二空間１５５と第三空間１５７との間は、チップ１０７の第二円錐台部１７４とノズルヘッド１０５によって絞られている（狭くなっている）ため、シールドガスは凝縮された状態となる。よって、シールドガスの密度が高くなり、かつ、速度が速まる。凝縮された後のシールドガスは、第二円錐台部１７４のテーパー面に沿って流れ、溶接部１９９の周縁に密度の高いガスとして吹き出すこととなる。
【００５７】
また、コレット１０１の第一軸孔１１７を流れるシールドガス（流出孔１１８から流出しなかったガス）は、コレットの先端からチップ１０７の第二軸孔１７７へと吹き込み、チップ１０７の第二軸孔１７７からタングステン電極１１０に沿って溶接部１９９へと吹き出すこととなる。
【００５８】
このように、本実施形態のアーク溶接用トーチ１００では、コレット１０１の流出孔１１８の先に整流部１１５を設けることにより、シールドガスを整流することができ、これにより、軸周りのシールドガスの密度を均一に近づけることができる。また、チップ１０７とノズルヘッド１０５との間が狭く形成されているため、密度の高いガスとなる。よって、少量のシールドガスで溶接時のシールド効果を高めることができ、シールドガスの使用量の削減、および、溶接ムラの防止を図ることができる。
【００５９】
なお、本発明は、以上の実施形態に限定されるものではなく、あらゆる設計変更が可能である。例えば、ＴＩＧ用のアーク溶接用トーチ１００におけるコレット１０１の円柱部１１１、ガス流出部１１３、整流部１１５をそれぞれ別成型し、螺子などで連結させる構成としてもよい。
【符号の説明】
【００６０】
１、１００ アーク溶接用トーチ
２ トーチ本体
３、１０７ チップ
６、１０３ ノズル本体
７ 第一整流部材
８、１０５ ノズルヘッド
９ 第二整流部材
１０ 溶接ワイヤ
１１ トーチホルダー
１２、２５、３３、３７、４３、６１、６３、８１ 螺子
１３ 絶縁体
２１、１１７ 第一軸孔
２３、１１８ 流出孔
３１、１７７ 第二軸孔
３５ 凹部
４１ 前チップ
４２ チップホルダー
６５ 第一空間
６６ 第二空間
７１ 中心孔
７５ 開孔
７７ 間隙
８３ 後方回転面
８５ テーパー面
９１ 開孔
９３ 前方回転面
９５ 後方テーパー面
８５ 回転テーパー面
１０１ コレット
１１１ 円柱部
１１２、１３５、１３７、１５１ 螺子
１１３ ガス流出部
１１５ 整流部
１１０ タングステン電極
１１９ コレットホルダー
１３１ 厚肉部
１３３ 薄肉部
１４１ 膨出部
１４２ 収縮部
１５３ 第一空間
１５５ 第二空間
１５７ 第三空間
１７１ 第一円錐台部
１７２ 直方体部
１７３ 円柱部
１７４ 第二円錐台部
１７９ 間隙
【特許請求の範囲】
【請求項１】
シールドガスおよび溶融電極が通る内空間を有し、前記シールドガスが流出する前記内空間と連通した複数の流出孔を有したガス管と、前記ガス管の周縁を覆うように配置される円筒部材と、を備え、前記ガス管の内空間、および／または、前記ガス管と前記円筒部材との間のガス流路空間を通るシールドガスで溶接部をシールドしながらアーク溶接するアーク溶接用トーチであって、
前記ガス流路空間には、シールドガスの密度を高めるための絞りを形成する絞り形成部材が配置されていることを特徴とするアーク溶接用トーチ。
【請求項２】
前記ガス流路空間には、シールドガスの流れを整流するための整流部材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接用トーチ。
【請求項３】
前記ガス管は、
前記内空間としての第一軸孔を内側に有し、前端近傍に前記シールドガスが流出する前記第一軸孔と連通した複数の前記流出孔を有した円筒形状のトーチ本体と、
前記第一軸孔と連通する前記内空間としての第二軸孔を内側に有し、前記トーチ本体の前端に接続されたチップと、
により構成され、
前記円筒部材は、
前記トーチ本体の周縁を覆うように配置される円筒形状のノズル本体と、
前記チップの周縁を覆うように配置され、前記ノズル本体の前端に配置された略円筒形状のノズルヘッドと、
により構成され、
前記ノズルヘッドの内側には、前方に向けて末広がりとなる回転テーパー面が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアーク溶接用トーチ。
【請求項４】
前記ノズルヘッドの回転テーパー面は、前後方向に延在する軸に対して０．５〜５度の角度に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のアーク溶接用トーチ。
【請求項５】
前記ガス流路空間は、前記整流部材としての第一整流部材によって後端側に位置する第一空間と前端側に位置する第二空間とに区画され、
前記トーチ本体の流出孔は前記第一空間内に位置し、
前記第一整流部材は、前記第一空間から前記第二空間へとシールドガスが流れる複数のガス流孔を形成するように前記ノズル本体に固定され、
前記チップは、後端近傍の外面に他の位置より外径が小さく形成されてなる凹部を有し、
前記ノズルヘッドの後端近傍であって、前記チップの凹部の外方近傍位置に、後端から前方に向けて内側に向かうテーパー面を備えた前記絞り形成部材としての第二整流部材が配置されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のアーク溶接用トーチ。
【請求項６】
前記第二整流部材は、セラミックで形成されていることを特徴とする請求項５に記載のアーク溶接用トーチ。
【請求項７】
前記ノズルヘッドと前記第二整流部材は、セラミック製で一体成型されていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のアーク溶接用トーチ。
【請求項８】
前記ノズル本体、前記ノズルヘッド、および、前記第二整流部材は、セラミック製で一体成型されていることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載のアーク溶接用トーチ。
【請求項９】
前記ガス管は、前記内空間としての第一軸孔を内側に有し、前端近傍に前記シールドガスが流出する前記内空間と連通した複数の流出孔が形成された前記整流部材としてのコレットと、前記内空間としての第二軸孔を内側に有し、前記コレットの前方に位置し該コレットと同軸に配置される前記絞り形成部材としてのチップと、により構成され、
前記円筒部材は、前記トーチ本体の周縁を覆うように配置されるノズル本体と、前記コレットおよび前記チップの周縁を覆うように配置され、前記ノズル本体の前端に接続されたノズルヘッドと、により構成され、
前記コレットは、後方に位置する円柱部と、該円柱部の前端に位置するリング状のガス流出部と、ガス流出部の前端に位置する整流部と、を備え、
前記ガス流出部は、前記複数の流出孔を有し、
前記整流部は、前記ガス流出部の前端から外方に膨出する膨出部と、該膨出部の前端から内側に向けて収縮する収縮部と、を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアーク溶接用トーチ。
【請求項１０】
前記チップは、
後端から前端にかけて末広がりの円錐台形状であって、後端に位置する第一円錐台部と、
該第一円錐台部の前端に位置する直方体部と、
前記第一円錐台部の後面の直径および前記直方体部の一辺の長さよりも小さな直径とされ、直方体部の前端に位置する円柱部と、
後端から前端にかけて先窄みの円錐台形状であって、前面の直径が前記円柱部の直径よりも大きく形成され、円柱部の前端に位置する第二円錐台部と、
が同軸上に配置されてなり、
前記直方体部の角部で前記ノズルヘッドの内面に固着されていることを特徴とする請求項８に記載のアーク溶接用トーチ。
【請求項１】
シールドガスおよび溶融電極が通る内空間を有し、前記シールドガスが流出する前記内空間と連通した複数の流出孔を有したガス管と、前記ガス管の周縁を覆うように配置される円筒部材と、を備え、前記ガス管の内空間、および／または、前記ガス管と前記円筒部材との間のガス流路空間を通るシールドガスで溶接部をシールドしながらアーク溶接するアーク溶接用トーチであって、
前記ガス流路空間には、シールドガスの密度を高めるための絞りを形成する絞り形成部材が配置されていることを特徴とするアーク溶接用トーチ。
【請求項２】
前記ガス流路空間には、シールドガスの流れを整流するための整流部材が配置されていることを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接用トーチ。
【請求項３】
前記ガス管は、
前記内空間としての第一軸孔を内側に有し、前端近傍に前記シールドガスが流出する前記第一軸孔と連通した複数の前記流出孔を有した円筒形状のトーチ本体と、
前記第一軸孔と連通する前記内空間としての第二軸孔を内側に有し、前記トーチ本体の前端に接続されたチップと、
により構成され、
前記円筒部材は、
前記トーチ本体の周縁を覆うように配置される円筒形状のノズル本体と、
前記チップの周縁を覆うように配置され、前記ノズル本体の前端に配置された略円筒形状のノズルヘッドと、
により構成され、
前記ノズルヘッドの内側には、前方に向けて末広がりとなる回転テーパー面が形成されていることを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアーク溶接用トーチ。
【請求項４】
前記ノズルヘッドの回転テーパー面は、前後方向に延在する軸に対して０．５〜５度の角度に形成されていることを特徴とする請求項３に記載のアーク溶接用トーチ。
【請求項５】
前記ガス流路空間は、前記整流部材としての第一整流部材によって後端側に位置する第一空間と前端側に位置する第二空間とに区画され、
前記トーチ本体の流出孔は前記第一空間内に位置し、
前記第一整流部材は、前記第一空間から前記第二空間へとシールドガスが流れる複数のガス流孔を形成するように前記ノズル本体に固定され、
前記チップは、後端近傍の外面に他の位置より外径が小さく形成されてなる凹部を有し、
前記ノズルヘッドの後端近傍であって、前記チップの凹部の外方近傍位置に、後端から前方に向けて内側に向かうテーパー面を備えた前記絞り形成部材としての第二整流部材が配置されていることを特徴とする請求項３または請求項４に記載のアーク溶接用トーチ。
【請求項６】
前記第二整流部材は、セラミックで形成されていることを特徴とする請求項５に記載のアーク溶接用トーチ。
【請求項７】
前記ノズルヘッドと前記第二整流部材は、セラミック製で一体成型されていることを特徴とする請求項５または請求項６に記載のアーク溶接用トーチ。
【請求項８】
前記ノズル本体、前記ノズルヘッド、および、前記第二整流部材は、セラミック製で一体成型されていることを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれか１項に記載のアーク溶接用トーチ。
【請求項９】
前記ガス管は、前記内空間としての第一軸孔を内側に有し、前端近傍に前記シールドガスが流出する前記内空間と連通した複数の流出孔が形成された前記整流部材としてのコレットと、前記内空間としての第二軸孔を内側に有し、前記コレットの前方に位置し該コレットと同軸に配置される前記絞り形成部材としてのチップと、により構成され、
前記円筒部材は、前記トーチ本体の周縁を覆うように配置されるノズル本体と、前記コレットおよび前記チップの周縁を覆うように配置され、前記ノズル本体の前端に接続されたノズルヘッドと、により構成され、
前記コレットは、後方に位置する円柱部と、該円柱部の前端に位置するリング状のガス流出部と、ガス流出部の前端に位置する整流部と、を備え、
前記ガス流出部は、前記複数の流出孔を有し、
前記整流部は、前記ガス流出部の前端から外方に膨出する膨出部と、該膨出部の前端から内側に向けて収縮する収縮部と、を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のアーク溶接用トーチ。
【請求項１０】
前記チップは、
後端から前端にかけて末広がりの円錐台形状であって、後端に位置する第一円錐台部と、
該第一円錐台部の前端に位置する直方体部と、
前記第一円錐台部の後面の直径および前記直方体部の一辺の長さよりも小さな直径とされ、直方体部の前端に位置する円柱部と、
後端から前端にかけて先窄みの円錐台形状であって、前面の直径が前記円柱部の直径よりも大きく形成され、円柱部の前端に位置する第二円錐台部と、
が同軸上に配置されてなり、
前記直方体部の角部で前記ノズルヘッドの内面に固着されていることを特徴とする請求項８に記載のアーク溶接用トーチ。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【公開番号】特開２０１３−５２３９５（Ｐ２０１３−５２３９５Ａ）
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１１−１９０２５１（Ｐ２０１１−１９０２５１）
【出願日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【出願人】（５１１２１３３５１）株式会社 シンギ・テクノ (1)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２５年３月２１日（２０１３．３．２１）
【国際特許分類】
【出願日】平成２３年９月１日（２０１１．９．１）
【出願人】（５１１２１３３５１）株式会社 シンギ・テクノ (1)
【Ｆターム（参考）】
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