タンデムアーク溶接用トーチとそれを備えた溶接装置
【課題】 ノズル内面の清掃が容易に行えるタンデムアーク溶接用トーチを提供すること。
【解決手段】 トーチ本体１に備えられた２つの電極を１つのノズル２に収納するタンデムアーク溶接用トーチ１８であり、前記ノズル２は、先端部を外向きに開放して前記電極を露出させることが可能な複数のノズル体６を有し、前記トーチ本体１は、前記各ノズル体６の先端部を外向きに開放させる開閉機構１１を具備している。
【解決手段】 トーチ本体１に備えられた２つの電極を１つのノズル２に収納するタンデムアーク溶接用トーチ１８であり、前記ノズル２は、先端部を外向きに開放して前記電極を露出させることが可能な複数のノズル体６を有し、前記トーチ本体１は、前記各ノズル体６の先端部を外向きに開放させる開閉機構１１を具備している。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンデムアーク溶接用トーチに関し、詳しくは、ノズルの内面を清掃できるタンデムアーク溶接用トーチと、それを備えた溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、種々の板材の溶接にアーク溶接が用いられているが、近年、建設機械や橋梁などの厚板溶接を行う分野では、溶接の高能率化・自動化をさらに進めてさらなる低コスト化を図るために、溶接ロボットを用いたガスシールド溶接法によるタンデムアーク溶接が行われている。
【０００３】
このタンデムアーク溶接は、溶接用ソリッドワイヤからなる先行電極及び後行電極を溶接方向に所定電極間距離を隔てて配置し、シールドガスをノズルから供給しながら各々の電極からアークを発生させて２つのアークで１つの溶融プールを形成して溶接するものであり、単電極によるアーク溶接に比較して溶着量が大幅に多く、高能率な溶接を可能とする。
【０００４】
このタンデムアーク溶接用トーチのノズルとしては、通常、使用電流域が５００Ａ以上で使用される電極のアーク近傍に位置するので高温となるため、通常、水冷ノズルが採用されている。この水冷ノズルは、ノズルとトーチ本体との間に水ホース等の水通路が形成され、カップリング等で接続されている。
【０００５】
また、このノズルは、アーク近傍に位置して高温となるため、飛散したスパッタがノズル内面に強力に付着する傾向がある。このようにノズル内面に付着したスパッタはシールドガスの流れを乱すので、十分なシールド性能を確保するためにはノズル内面を清掃してスパッタを除去する必要がある。
【０００６】
なお、この種のタンデムアーク溶接に関する従来技術として、先行電極の溶接電流密度と後行電極の溶接電流密度との和や、各電極の電極突出し長さ等を規定することにより、スパッタ発生量が少なく、溶融プールの安定性が良く、ビード形状が良好となるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、この種のタンデムアーク溶接用トーチに関する従来技術として、トーチ本体を交換することなく、適宜、ＭＩＧ溶接用またはＴＩＧ溶接用のトーチとして用いることができるようにした溶接トーチアッセンブリがある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−５３５４５号公報
【特許文献２】特開２００７−２３７２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記したようにノズルの内面に付着したスパッタを除去するための自動清掃装置としては、円筒状の刃を回転させてノズル内面に当ててスパッタを除去するノズル清掃方式が主に採用されている。
【０００９】
しかしながら、上記タンデムアーク溶接用トーチのノズルとしては、先行電極と後行電極との２つの電極を収納するために長円形状の筒体となっていると共に、ノズル開口部が大きいので、安定したシールドガス流を得るべくノズル内部は先端に比べて大きく広がっている。その上、ノズル内面には平面状の部位が存在している。そのため、上記円筒状の刃をノズル内面に沿って正確に移動させるのは難しく、ノズル内面の円形部分のスパッタは除去できるが、平面部分のスパッタは残ってしまい、ノズル内面のスパッタを完全に除去することができない。
【００１０】
また、他の清掃方法として、小電流を用いて溶接する薄板溶接等のトーチ清掃に用いられている磁気吸引式のノズルクリーナ又は圧縮空気吹出し式のノズルクリーナを用いる方法がある。しかし、大電流を用いて溶接する高温のタンデムアーク溶接用トーチのノズルの場合にはスパッタが強固に付着しているため、磁気吸引式や圧縮空気吹出し式のノズルクリーナでは十分な清掃効果は得られない。
【００１１】
従って、従来のスパッタ清掃方法ではノズル内面の十分な清掃効果を得ることができず、ノズル内面に残ったスパッタによりシールドガスの流れが乱れて溶接品質の悪化等を招く場合がある。
【００１２】
一方、上記したような溶接作業途中におけるノズルの清掃を行わないように、ノズルの清掃が必要になった時点で清掃済みのノズルと交換するノズル交換方式も考えられる。しかしながら、上記したようにタンデムアーク溶接用トーチのノズルは水冷構造となっているため、ノズル交換方式を採用するためには、ノズルとトーチ本体との間に形成されるカップリング等の水路を着脱する必要があり、容易に交換することはできない。しかも、水冷ノズルは非常に高価であり、長時間の無人運転のためには、非常に多くの交換ノズルを用意する必要があり（例えば、３０分毎に交換を要する自動化工場等）、多大なコストが必要になって実現化は難しい。
【００１３】
そこで、本発明は、ノズル内面の清掃が容易に行えるタンデムアーク溶接用トーチと、それを備えた溶接装置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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明のタンデムアーク溶接用トーチは、トーチ本体に備えられた２つの電極を１つのノズルに収納するタンデムアーク溶接用トーチであって、前記ノズルは、先端部を外向きに開放して前記電極を露出させることが可能な複数のノズル体を有し、前記トーチ本体は、前記各ノズル体の先端部を外向きに開放させる開閉機構を具備していることを特徴とする。このような溶接用トーチによれば、ノズル体の内面に付着したスパッタ等を除去する際に、ノズル体先端部を外向きに開放することによって、ノズル体の内面を外方向に露出させることができるので、ノズル体内面を回転ブラシ等の清掃具で容易に清掃することができ、付着したスパッタを除去してシールドガスの整流が保たれるように清掃することが安定してできる。
【００１５】
また、前記ノズル体は、上端部が前記トーチ本体に回動可能に支持され、前記開閉機構は、前記トーチ本体の軸方向に移動するロッドと、該ロッドの移動によって前記ノズル体の先端部を外向きに回動させて開放するリンクとを有していてもよい。このようにすれば、トーチ本体に回動可能に支持されたノズル体をロッドとリンクとを組合わせた開閉機構によって安定して開閉させることができる。
【００１６】
さらに、前記ノズル体は、上端部が前記トーチ本体に回動可能に支持され、前記開閉機構は、前記トーチ本体の軸方向に移動するラックと、該ラックの移動によって前記ノズル体の支持部を回動させて外向きに開放するピニオンとを有していてもよい。このようにすれば、トーチ本体に回動可能に支持されたノズル体をラック＆ピニオンの開閉機構によって安定して開閉させることができる。
【００１７】
また、前記ノズル体の開放角度を所定角度で制限する係止部を具備させてもよい。このようにすれば、ノズル体を所定角度開放した状態で係止できるので、ノズル体内面の清掃時の反力を構造的に支持した状態で安定して清掃することができる。
【００１８】
さらに、前記ノズル体の内部及び前記トーチ本体に冷却水通路を具備させ、該ノズル体の支持部をヒンジ構造とし、該ヒンジ構造に前記トーチ本体の冷却水通路とノズル体の冷却水通路とを連通させるスイベルジョイントを内蔵させてもよい。このようにすれば、ヒンジ構造に内蔵したスイベルジョイントを利用して、開閉可能なノズル体の冷却水通路に冷却水を給排することができる。
【００１９】
また、前記ヒンジ構造は、ノズル体の上端部を支持する複数のヒンジ部を有し、該複数のヒンジ部のいずれかに、前記ノズル体の冷却水通路入口と連通する入口側スイベルジョイント又は冷却水通路出口と連通する出口側スイベルジョイントを具備させて冷却水の流れ方向を規定してもよい。このようにすれば、ノズル体を支持する一部のヒンジ部から冷却水通路に冷却水が供給され、この冷却水は他の冷却水通路から他のヒンジ部へと排出されるので、冷却水の流れを規定してノズル体の冷却効果を向上させることができる。
【００２０】
一方、本発明のタンデムアーク溶接装置は、上記のいずれかのタンデムアーク溶接用トーチを備えたタンデムアーク溶接装置であって、前記ノズル体の内面を清掃するブラシと、該ブラシを清掃運動させる駆動機と、を有する清掃装置を備え、前記ノズル体を外向きに開放させた状態で、前記清掃装置のブラシ位置に該ノズル体の内面を移動させて該ノズル体内面を清掃する制御装置を具備させたことを特徴とする。このような溶接装置によれば、例えば、円盤状ブラシとそれを回転させる駆動機（電気モータ等）を有する清掃装置をタンデムアーク溶接装置の周辺に配置し、溶接装置の制御プログラム動作によりトーチのノズル体を外向きに開放して、ノズル内面を何回かに分けて清掃装置のブラシに当てることでスパッタを完全に除去することが自動的にできる。しかも、手作業をなくして作業者の溶接装置周辺での作業を削減することが可能になると共に、無人運転時間を長くすることで製造コストを下げることができる。このような溶接装置としては、溶接ロボットを採用することにより、ノズル内面を多様な動作で清掃装置のブラシに対向させて清掃することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、以上説明したような手段により、ノズル先端部を外向きに開放させることによってノズル内面を外方向に露出させて付着したスパッタ等を容易に除去することができるので、ノズル内面によるシールドガスの整流を安定させて溶接品質の安定化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施の形態に係るタンデムアーク溶接用トーチを示す斜視図であり、図２は、図１に示すノズルの中間開放状態を示す斜視図、図３は、図１に示すノズルの最開放状態を示す斜視図、図４は、図３に示すノズルの最開放状態を示す側面図である。図１に示す状態が溶接時の状態であり、図３に示す状態が清掃時の状態である。なお、この明細書及び特許請求の範囲の書類中では、図示する矢視Ｉから見た状態を正面とし、この正面に向った状態で、上下方向、左右方向、前後方向といい、矢印Ｓの方向を軸方向という。また、タンデムアーク溶接用トーチ１８の先端部分をトーチ本体１と呼び、このトーチ本体部分を図示して説明する。
【００２３】
図１に示すように、トーチ本体１の先端部分にノズル２が設けられており、このノズル２から２本の給電チップ３（電極）の先端が突出している。このノズル２は、２本の給電チップ３を内装するように略長円形断面で形成されており、このノズル２で２本の給電チップ３の周囲を覆うことにより、給電チップ３の周囲に向けてノズル２内に供給される炭酸ガスや、アルゴンと二酸化炭素の混合ガス等のシールドガスによるアーク溶接部の安定したシールを図っている。このノズル２の内面は、安定したシールドガス流を得るべく滑らかな表面に形成され、このノズル２の先端と給電チップ３との隙間から給電チップ３の先端周囲に向けて噴出されるように先端が狭くなるように形成されている。また、上記トーチ本体１の上部には、上記２本の給電チップ３に対して別々に溶接電流及び溶接ワイヤを供給するトーチネック部４が連結されている。
【００２４】
そして、この実施の形態では、上記トーチ本体１に設けられたノズル２が、前後方向の中央部に合せ面５が設けられた２分割構造のノズル体６の組合わせで構成されている。これらのノズル体６は、上端部がヒンジ構造のヒンジ部７によってトーチ本体１に支持されている。このヒンジ部７は、トーチ本体１の下端部に固定された上ヒンジ部材８と、ノズル体６の上端部に固定された下ヒンジ部材９と、これらのヒンジ部材８，９の間に設けられた回動中心となる支持軸１０とを有している。
【００２５】
また、上記ノズル体６を外向きに開放させる開閉機構１１が、上記トーチ本体１側に設けられている。この実施の形態の開閉機構１１は、ロッド１２とリンク１３とを用いた構成となっている。ロッド１２は、上方から下向きに延び、トーチ本体１の上方で前後方向に分岐して前後のヒンジ部７に向けて下方へ延びている。このロッド１２は、トーチ本体１の上方に設けられたエアシリンダ等のアクチュエータで構成される駆動機（図示略）によって上下方向に移動させられるようになっている。
【００２６】
さらに、上記ロッド１２の下端と上記下ヒンジ部材９との間に上記リンク１３が設けられている。このリンク１３の端部は、ロッド１２の下端と、下ヒンジ部材９に設けられたブラケット１４とにピン１５で連結されている。
【００２７】
また、下ヒンジ部材９の側部には、ノズル体６の開放角度を規制する係止材１６（ストッパ）が設けられている、この係止材１６は、ノズル体６を外向きに開放させると上ヒンジ部材８に当接して、ノズル体６の開放角度を所定角度で制限している。
【００２８】
このような開閉機構１１によれば、ロッド１２を下向きに押圧して両ノズル体６を内向きに閉じると、これらのノズル体６の合せ面５が密着して一体的なノズル２を形成することができる。
【００２９】
図２に示すように、上記開閉機構１１によれば、ロッド１２を上方へ移動させると、この下端に連結されたリンク１３によって下ヒンジ部材９のブラケット１４に上向きの力が作用し、下ヒンジ部材９が支持軸１０を中心に回動してノズル体６が外向きに開放させられる。図２は、ノズル体６の開放途中の状態を示している。
【００３０】
図３に示すように、上記図２に示す状態から更にロッド１２を上向きに移動させると、上記下ヒンジ部材９の側部に設けられた係止材１６が上ヒンジ部材８に当接して、ノズル体６を外向きに開放させる回動が停止する。この状態が、ノズル体６を所定角度で保持した状態である。図４にも示すように、この例では、両ノズル体６の開放角度がそれぞれ約１５０°程度で開放した状態で保たれる。この状態までノズル体６を外向きに開放させると、ノズル内面１７を外方向に向けて露出させることができる。
【００３１】
このように、ノズル内面１７を外向きに露出させ、その開放角度を係止材１６で保つことにより、後のノズル内面クリーニング時のノズル体押圧力を構造的に安定して支持し、ノズル体６の内面清掃を安定して確実に行うことができるようにしている。
【００３２】
以上のように構成されたタンデムアーク溶接用トーチ１８によれば、所定時間のタンデムアーク溶接後、ノズル体６を外向きに開放させれば、円盤状ブラシ等の清掃具によってノズル内面１７を容易に清掃することができるので、ノズル内面１７に付着したスパッタ等を確実に除去することができる。
【００３３】
つまり、上記タンデムアーク溶接用トーチ１８は、ノズル２を先端部が開閉する分割構造のノズル体６で形成し、それらのノズル体６を開閉させる開閉機構１１を設けて、ノズル清掃時にノズル先端部を外向きに開放させることでノズル内面１７を外向きに露出させることができるので、そのノズル内面１７をブラシで清掃したり、外部に設置した円盤状ブラシ等を駆動機（電動モータ等）で回転させるノズル清掃装置を用いて清掃することが容易にでき、強固に付着しているスパッタ等を機械的な清掃で確実に除去することができる。しかも、ノズル内面１７の全体を外向きに露出させるので、ノズル内面全体にわたり十分な清掃効果が得られる。なお、このノズル内面１７の自動清掃に関しては、後述する図７によって説明する。
【００３４】
そして、スパッタ等を除去する清掃終了後は、上記ロッド１２を下向きに移動させることにより、リンク１３を介してノズル体６の先端部が内向きに回動して合せ面５を密着させ、一体的なノズル２を形成することができる。
【００３５】
このように、上記タンデムアーク溶接用トーチ１８によれば、ノズル内面１７を外向きに露出させて、従来十分除去されなかったスパッタ等も容易に除去する清掃作業が行えるので、その清掃したノズル２によれば、シールドガスが安定して整流されて溶接金属の品質安定化を図ることができる。
【００３６】
図５は、本発明の第２実施の形態に係るタンデムアーク溶接用トーチを示す斜視図である。上記第１実施の形態と同一の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。この実施の形態は、上記第１実施の形態とは異なった開閉機構２１が備えられており、この実施の形態の開閉機構２１は、上下動させられるラック２２と、ノズル体６に設けられたピニオン２３とを有するラック＆ピニオン機構となっている。なお、この実施の形態では、給電チップ（電極）等の記載を省略し、トーチ本体１の上部を簡略化して示す。
【００３７】
図示するように、トーチ本体１には、このトーチ本体１の上方に設けられた図示しない駆動機（エアシリンダ等）によって上下方向（軸方向Ｓ）に移動するラック２２が設けられている。このラック２２は、トーチ本体１の一側方（右側）の前後方向中央部で上下方向に移動するように設けられている。このラック２２には、前後に同一ピッチの歯部２４が形成されている。
【００３８】
一方、上記ノズル体６を回動可能に支持するヒンジ部７の支持軸２６は、上記ラック２２が設けられたトーチ本体１の一側方まで延設され、その端部に、上記ラック２２の歯部２４と噛合する歯部２５を有するピニオン２３が設けられている。このピニオン２３は、支持軸２６と一体的に回動するように結合されている。また、支持軸２６は、下ヒンジ部材９と一体的に回動するように結合されている。従って、上記ラック２２を下向きに移動させることによりピニオン２３が回動して、支持軸２６を回動中心として下ヒンジ部材９を介して２つのノズル体６が共に外向きに開放されるようになっている。
【００３９】
この第２実施の形態のタンデムアーク溶接用トーチ２８によっても、清掃時にラック２２を下向きに移動させるとノズル体６が約１５０度程度の角度で開放した状態で係止材１６がトーチ本体１の上ヒンジ部材８に当接し、その状態で保持することができる（図４と同様の開放状態）。そして、その状態のノズル内面１７（図４）を、ブラシ等の機械的手段で清掃することにより、容易にスパッタ等を除去することができる。
【００４０】
図６は、本発明の第３実施の形態に係るタンデムアーク溶接用トーチを示す図面であり、(a) は斜視図、(b) は(a) に示すVI−VI矢視の断面図である。(b) の断面図は、スイベルジョイント部分の断面を示している。この実施の形態は、水冷構造のノズル３２と、このノズル３２に冷却水Ｗを供給する構成がトーチ本体３１に付加されている。なお、ノズル３２の開閉機構は上述した第１実施の形態又は第２実施の形態と同一、もしくは異なっていてもよく、限定されるものではないので図示は省略する。また、この実施の形態でも、給電チップ（電極）等の記載を省略し、トーチ本体３１の上部を簡略化して示す。
【００４１】
図示するように、このノズル３２も前後方向中央部に合せ面３３が設けられた２分割構造のノズル体３４によって構成されており、それぞれのノズル体３４は、上端部がトーチ本体３１の下端部に２つのヒンジ部３８で支持されている。この実施の形態のヒンジ部３８は、左右に分かれて設けられている。この実施の形態では、ヒンジ部３８の一方に開放角度を規制する係止材４４が設けられている。
【００４２】
また、上記２つのノズル体３４の内部には、上記左右に分かれた２つのヒンジ部３８からノズル体先端部に連なる冷却水通路３７が設けられている。この実施の形態では、ノズル体３４を、内側部材３５と外側部材３６とを一体的に結合することにより、これら内側部材３５と外側部材３６との間に冷却水通路３７が形成されるようにしている。この冷却水通路３７は、内側部材３５の外側に外側部材３６と同形状の凹状部を形成し、その凹状部が冷却水通路３７となるように外側面を外側部材３６で覆って一体化することにより形成されている。このようにして形成された冷却水通路３７は、外側部材３６の形状と同様の形状であり、ノズル体３４の先端近傍までの広い範囲に通水することができるような通路となっている。
【００４３】
この冷却水通路３７の両端は、それぞれ上記ヒンジ部３８のノズル体３４側に設けられた水通路３９と連通している。図では右側が冷却水通路入口で、左側が冷却水通路出口となっており、冷却水の流れ方向が規定されている。また、図では前側のノズル体３４のみを示しているが、後側のノズル体３４にも同様の冷却水通路３７が設けられている。
【００４４】
また、トーチ本体３１には、図の上方から延びる給水管４０が接続されると共に、図の前側から後側に向けて設けられたバイパス管４１と、後側から上方に延びる排水管４２とが設けられている。これら給水管４０、バイパス管４１、及び排水管４２は、ヒンジ部３８のトーチ本体３１側に設けられた水通路４５と連通している。
【００４５】
そして、ヒンジ部３８には、トーチ本体３１側の水通路４５と、上記ノズル体３４側の水通路３９とを連通させるスイベルジョイント４６が設けられている。このスイベルジョイント４６は、ヒンジ部３８の支持軸４３に設けられており、ノズル体３４と一体的に回動する支持軸４３の回動時も水通路４５と水通路３９との連通状態を保つようになっている。このスイベルジョイント４６は、支持軸４３を介して固定側と回動側とに連なる水通路を形成する一般的な構造が採用されており、詳細な説明は省略する。
【００４６】
この実施の形態では、図示しない冷却水供給機から供給された冷却水Ｗは、給水管４０から水通路４５と右側のヒンジ部３８とを介して前側のノズル体３４に設けられた冷却水通路３７を通り、左側のヒンジ部３８から出た冷却水Ｗは水通路４５を介してバイパス管４１から後側の左側ヒンジ部（図示略）へと流れ、その後側のヒンジ部から後側のノズル体３４の冷却水通路３７（図示略）を通って右側ヒンジ部（図示略）から排水管４２に出て冷却水供給機へと戻るようになっている。この冷却水Ｗの流れを、図では点線で示している。
【００４７】
このように、ノズル体３４を回動可能に支持するヒンジ部３８の内部にスイベルジョイント４６を設けることにより、外向きに開放するノズル体３４の開閉が、冷却水通路３７とトーチ本体１の給水管４０、バイパス管４１、及び排水管４２との間で冷却水Ｗを供給／排出する水通路の連通状態に影響しないようにしている。しかも、ノズル体３４を支持するヒンジ部３８にスイベルジョイントを内蔵することで、ノズル体３４を開閉させる構成をコンパクトな構成として、トーチとワークが干渉しないようにしている。その上、ノズル体３４の内面の清掃時等に水冷ノズル自体を脱着する必要がないので、装置全体の構造が複雑にならず安価に構成することを可能としている。
【００４８】
図７は、図３に示すノズルの最開放状態におけるノズル内面清掃状態の斜視図である。この図では、上記第１実施の形態に係るタンデムアーク溶接用トーチ１８を例に説明する。このタンデムアーク溶接用トーチ１８を備えるタンデムアーク溶接装置としては、例えば、溶接ロボットのように、ロボットプログラムによって自動運転が可能な溶接装置が好ましい。図７は、この溶接ロボットのアーム先端に設けられたタンデムアーク溶接用トーチ１８のトーチ本体部分を図示しており、上記第１実施の形態の符号を付して説明する。
【００４９】
図示するように、このタンデムアーク溶接装置には、トーチ本体１の下部に設けられたノズル体６の内面１７を清掃する清掃装置５１が所定位置に設けられている。この清掃装置５１は、上記ノズル体６の内面１７を清掃する円盤状のブラシ５２と、このブラシ５２を回転させる駆動機５３（例えば、電動モータ等（図示略））とを有している。この駆動機５３は、清掃装置本体５４の内部に設けられており、清掃装置本体５４の上部から上方向に立設された支柱５５の上部に上記ブラシ５２が回転可能に設けられている。上記支柱５５の内部には、上記駆動機５３の駆動力を伝達する駆動軸５６が設けられており、この支柱５５の上端部には、縦方向に配設された駆動軸５６の動力を横方向の軸中心で回転する上記ブラシ５２に動力伝達する歯車（図示略）が設けられている。
【００５０】
上記ブラシ５２の形状としては、円盤状以外にノズル内面の形状に沿うような形状が好ましい。また、ブラシ５２の材質としては、金属ブラシのように、強固に付着したスパッタ等を除去できるものが利用される。
【００５１】
以上のようなタンデムアーク溶接装置によれば、ノズルの清掃が必要になった時点で、ロボットプログラムからの指令によってトーチ本体１を清掃装置５１の近傍に移動させ、上記ノズル体６を外向きに開放させて内面１７を外向きに露出させた状態で係止材１６により所定の開放角度を保ち、前記清掃装置５１のブラシ５２を回転させ、このブラシ５２の位置にノズル体６を移動させて、ノズル体６の内面１７をブラシ５２によって清掃する清掃工程を行うことができる。このノズル体６の内面清掃は、溶接後のノズルクリーニングを行う際に、ロボットプログラムからの指令により、上述した図２，３に示すようにノズル開閉機構１１を動作させてノズル体６を外向きに開放した後、ロボットプログラムによってノズル体６の内面１７が清掃装置５１のブラシ５２に当接させられて清掃される。
【００５２】
この清掃装置５１のブラシ５２を当てるノズル体６の位置としては、ロボットプログラムからの指令により、トーチ本体１の位置を移動させることで調整し、ノズル内面１７を満遍なく清掃する。例えば、ロボットプログラム動作によってノズル内面１７を何回かに分けてブラシ５２に当てることで、ノズル内面１７のブラシ当たり面を任意に移動させることができるため、ノズル内面１７の全体にわたり十分な清掃効果を得るようにできる。また、トーチ本体１の軸方向Ｓを水平にしたり、任意の角度にしてブラシ５２に当てるようにしてもよい。しかも、ブラシ５２に金属ブラシのように強力なスパッタ除去手段を適用することで、ノズル内面１７の清掃時にスパッタ除去効果の高い清掃を行うことができる。また、ノズル内面１７だけでなく、給電チップ３に付着したスパッタも同時に除去することができる。このようにして、ノズル２の内面１７に付着したスパッタ等を除去して清掃することができる。
【００５３】
そして、所定の清掃工程によってノズル内面１７のスパッタ等が除去されて清掃されると、トーチ本体１がロボットプログラムからの指令によって清掃装置５１から離され、ロボットプログラムからの指令でノズル体６が内向きに閉じられる。このようにして閉じられたノズル体６は、内面１７のスパッタ等が除去されて滑らかな表面となっているので、シールドガスが設計通りに整流されて、溶接品質の安定したタンデムアーク溶接を行うことができる。
【００５４】
また、上記したようにノズル体６の内面１７を外向きに露出させて清掃する作業は、ロボットプログラムや作業に応じて制御装置（図示略）によって制御して自動的に行うことができるので、作業者が介在することなく長時間のタンデムアーク溶接を無人で行うことが可能となり、大幅なコスト削減を図ることもできる。
【００５５】
なお、上記実施の形態では、２分割構造のノズル体６を例に説明したが、３分割構造等であってもよく、ノズル２の分割数は上記実施の形態に限定されるものではない。
【００５６】
また、開閉機構１１，２１として、ロッド１２とリンク１３との組合わせと、ラック２２とピニオン２３との組合わせを例に説明したが、これらの開閉機構１１，２１も他の構成であってもよく、上述した実施の形態に限定されるものではない。
【００５７】
さらに、上述した実施の形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係るタンデムアーク溶接用トーチは、ロボットプログラムによってタンデムアーク溶接を行う自動溶接ロボット等に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１実施の形態に係るタンデムアーク溶接用トーチを示す斜視図である。
【図２】図１に示すノズルの中間開放状態を示す斜視図である。
【図３】図１に示すノズルの最開放状態を示す斜視図である。
【図４】図３に示すノズルの最開放状態を示す側面図である。
【図５】本発明の第２実施の形態に係るタンデムアーク溶接用トーチを示す斜視図である。
【図６】本発明の第３実施の形態に係るタンデムアーク溶接用トーチを示す図面であり、(a) は斜視図、(b) は(a) に示すVI−VI矢視の断面図である。
【図７】図３に示すノズルの最開放状態におけるノズル内面清掃状態の斜視図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…トーチ本体
２…ノズル
５…合せ面
６…ノズル体
７…ヒンジ部
８…上ヒンジ部材
９…下ヒンジ部材
１０…支持軸
１１…開閉機構
１２…ロッド
１３…リンク
１６…係止材
１７…ノズル内面
１８…タンデムアーク溶接用トーチ
２１…開閉機構
２２…ラック
２３…ピニオン
２８…タンデムアーク溶接用トーチ
３１…トーチ本体
３２…ノズル
３４…ノズル体
３５…内側部材
３６…外側部材
３７…冷却水通路
３８…ヒンジ部
３９…水通路
４０…給水管
４１…バイパス管
４２…排水管
４５…水通路
４６…スイベルジョイント
５１…清掃装置
５２…ブラシ
５３…駆動機
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タンデムアーク溶接用トーチに関し、詳しくは、ノズルの内面を清掃できるタンデムアーク溶接用トーチと、それを備えた溶接装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、種々の板材の溶接にアーク溶接が用いられているが、近年、建設機械や橋梁などの厚板溶接を行う分野では、溶接の高能率化・自動化をさらに進めてさらなる低コスト化を図るために、溶接ロボットを用いたガスシールド溶接法によるタンデムアーク溶接が行われている。
【０００３】
このタンデムアーク溶接は、溶接用ソリッドワイヤからなる先行電極及び後行電極を溶接方向に所定電極間距離を隔てて配置し、シールドガスをノズルから供給しながら各々の電極からアークを発生させて２つのアークで１つの溶融プールを形成して溶接するものであり、単電極によるアーク溶接に比較して溶着量が大幅に多く、高能率な溶接を可能とする。
【０００４】
このタンデムアーク溶接用トーチのノズルとしては、通常、使用電流域が５００Ａ以上で使用される電極のアーク近傍に位置するので高温となるため、通常、水冷ノズルが採用されている。この水冷ノズルは、ノズルとトーチ本体との間に水ホース等の水通路が形成され、カップリング等で接続されている。
【０００５】
また、このノズルは、アーク近傍に位置して高温となるため、飛散したスパッタがノズル内面に強力に付着する傾向がある。このようにノズル内面に付着したスパッタはシールドガスの流れを乱すので、十分なシールド性能を確保するためにはノズル内面を清掃してスパッタを除去する必要がある。
【０００６】
なお、この種のタンデムアーク溶接に関する従来技術として、先行電極の溶接電流密度と後行電極の溶接電流密度との和や、各電極の電極突出し長さ等を規定することにより、スパッタ発生量が少なく、溶融プールの安定性が良く、ビード形状が良好となるようにしたものがある（例えば、特許文献１参照）。
【０００７】
また、この種のタンデムアーク溶接用トーチに関する従来技術として、トーチ本体を交換することなく、適宜、ＭＩＧ溶接用またはＴＩＧ溶接用のトーチとして用いることができるようにした溶接トーチアッセンブリがある（例えば、特許文献２参照）。
【特許文献１】特開２００３−５３５４５号公報
【特許文献２】特開２００７−２３７２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
ところで、上記したようにノズルの内面に付着したスパッタを除去するための自動清掃装置としては、円筒状の刃を回転させてノズル内面に当ててスパッタを除去するノズル清掃方式が主に採用されている。
【０００９】
しかしながら、上記タンデムアーク溶接用トーチのノズルとしては、先行電極と後行電極との２つの電極を収納するために長円形状の筒体となっていると共に、ノズル開口部が大きいので、安定したシールドガス流を得るべくノズル内部は先端に比べて大きく広がっている。その上、ノズル内面には平面状の部位が存在している。そのため、上記円筒状の刃をノズル内面に沿って正確に移動させるのは難しく、ノズル内面の円形部分のスパッタは除去できるが、平面部分のスパッタは残ってしまい、ノズル内面のスパッタを完全に除去することができない。
【００１０】
また、他の清掃方法として、小電流を用いて溶接する薄板溶接等のトーチ清掃に用いられている磁気吸引式のノズルクリーナ又は圧縮空気吹出し式のノズルクリーナを用いる方法がある。しかし、大電流を用いて溶接する高温のタンデムアーク溶接用トーチのノズルの場合にはスパッタが強固に付着しているため、磁気吸引式や圧縮空気吹出し式のノズルクリーナでは十分な清掃効果は得られない。
【００１１】
従って、従来のスパッタ清掃方法ではノズル内面の十分な清掃効果を得ることができず、ノズル内面に残ったスパッタによりシールドガスの流れが乱れて溶接品質の悪化等を招く場合がある。
【００１２】
一方、上記したような溶接作業途中におけるノズルの清掃を行わないように、ノズルの清掃が必要になった時点で清掃済みのノズルと交換するノズル交換方式も考えられる。しかしながら、上記したようにタンデムアーク溶接用トーチのノズルは水冷構造となっているため、ノズル交換方式を採用するためには、ノズルとトーチ本体との間に形成されるカップリング等の水路を着脱する必要があり、容易に交換することはできない。しかも、水冷ノズルは非常に高価であり、長時間の無人運転のためには、非常に多くの交換ノズルを用意する必要があり（例えば、３０分毎に交換を要する自動化工場等）、多大なコストが必要になって実現化は難しい。
【００１３】
そこで、本発明は、ノズル内面の清掃が容易に行えるタンデムアーク溶接用トーチと、それを備えた溶接装置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】
【００１４】
上記目的を達成するために、本発明のタンデムアーク溶接用トーチは、トーチ本体に備えられた２つの電極を１つのノズルに収納するタンデムアーク溶接用トーチであって、前記ノズルは、先端部を外向きに開放して前記電極を露出させることが可能な複数のノズル体を有し、前記トーチ本体は、前記各ノズル体の先端部を外向きに開放させる開閉機構を具備していることを特徴とする。このような溶接用トーチによれば、ノズル体の内面に付着したスパッタ等を除去する際に、ノズル体先端部を外向きに開放することによって、ノズル体の内面を外方向に露出させることができるので、ノズル体内面を回転ブラシ等の清掃具で容易に清掃することができ、付着したスパッタを除去してシールドガスの整流が保たれるように清掃することが安定してできる。
【００１５】
また、前記ノズル体は、上端部が前記トーチ本体に回動可能に支持され、前記開閉機構は、前記トーチ本体の軸方向に移動するロッドと、該ロッドの移動によって前記ノズル体の先端部を外向きに回動させて開放するリンクとを有していてもよい。このようにすれば、トーチ本体に回動可能に支持されたノズル体をロッドとリンクとを組合わせた開閉機構によって安定して開閉させることができる。
【００１６】
さらに、前記ノズル体は、上端部が前記トーチ本体に回動可能に支持され、前記開閉機構は、前記トーチ本体の軸方向に移動するラックと、該ラックの移動によって前記ノズル体の支持部を回動させて外向きに開放するピニオンとを有していてもよい。このようにすれば、トーチ本体に回動可能に支持されたノズル体をラック＆ピニオンの開閉機構によって安定して開閉させることができる。
【００１７】
また、前記ノズル体の開放角度を所定角度で制限する係止部を具備させてもよい。このようにすれば、ノズル体を所定角度開放した状態で係止できるので、ノズル体内面の清掃時の反力を構造的に支持した状態で安定して清掃することができる。
【００１８】
さらに、前記ノズル体の内部及び前記トーチ本体に冷却水通路を具備させ、該ノズル体の支持部をヒンジ構造とし、該ヒンジ構造に前記トーチ本体の冷却水通路とノズル体の冷却水通路とを連通させるスイベルジョイントを内蔵させてもよい。このようにすれば、ヒンジ構造に内蔵したスイベルジョイントを利用して、開閉可能なノズル体の冷却水通路に冷却水を給排することができる。
【００１９】
また、前記ヒンジ構造は、ノズル体の上端部を支持する複数のヒンジ部を有し、該複数のヒンジ部のいずれかに、前記ノズル体の冷却水通路入口と連通する入口側スイベルジョイント又は冷却水通路出口と連通する出口側スイベルジョイントを具備させて冷却水の流れ方向を規定してもよい。このようにすれば、ノズル体を支持する一部のヒンジ部から冷却水通路に冷却水が供給され、この冷却水は他の冷却水通路から他のヒンジ部へと排出されるので、冷却水の流れを規定してノズル体の冷却効果を向上させることができる。
【００２０】
一方、本発明のタンデムアーク溶接装置は、上記のいずれかのタンデムアーク溶接用トーチを備えたタンデムアーク溶接装置であって、前記ノズル体の内面を清掃するブラシと、該ブラシを清掃運動させる駆動機と、を有する清掃装置を備え、前記ノズル体を外向きに開放させた状態で、前記清掃装置のブラシ位置に該ノズル体の内面を移動させて該ノズル体内面を清掃する制御装置を具備させたことを特徴とする。このような溶接装置によれば、例えば、円盤状ブラシとそれを回転させる駆動機（電気モータ等）を有する清掃装置をタンデムアーク溶接装置の周辺に配置し、溶接装置の制御プログラム動作によりトーチのノズル体を外向きに開放して、ノズル内面を何回かに分けて清掃装置のブラシに当てることでスパッタを完全に除去することが自動的にできる。しかも、手作業をなくして作業者の溶接装置周辺での作業を削減することが可能になると共に、無人運転時間を長くすることで製造コストを下げることができる。このような溶接装置としては、溶接ロボットを採用することにより、ノズル内面を多様な動作で清掃装置のブラシに対向させて清掃することが可能となる。
【発明の効果】
【００２１】
本発明は、以上説明したような手段により、ノズル先端部を外向きに開放させることによってノズル内面を外方向に露出させて付着したスパッタ等を容易に除去することができるので、ノズル内面によるシールドガスの整流を安定させて溶接品質の安定化を図ることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
以下、本発明の一実施の形態を図面に基づいて説明する。図１は、本発明の第１実施の形態に係るタンデムアーク溶接用トーチを示す斜視図であり、図２は、図１に示すノズルの中間開放状態を示す斜視図、図３は、図１に示すノズルの最開放状態を示す斜視図、図４は、図３に示すノズルの最開放状態を示す側面図である。図１に示す状態が溶接時の状態であり、図３に示す状態が清掃時の状態である。なお、この明細書及び特許請求の範囲の書類中では、図示する矢視Ｉから見た状態を正面とし、この正面に向った状態で、上下方向、左右方向、前後方向といい、矢印Ｓの方向を軸方向という。また、タンデムアーク溶接用トーチ１８の先端部分をトーチ本体１と呼び、このトーチ本体部分を図示して説明する。
【００２３】
図１に示すように、トーチ本体１の先端部分にノズル２が設けられており、このノズル２から２本の給電チップ３（電極）の先端が突出している。このノズル２は、２本の給電チップ３を内装するように略長円形断面で形成されており、このノズル２で２本の給電チップ３の周囲を覆うことにより、給電チップ３の周囲に向けてノズル２内に供給される炭酸ガスや、アルゴンと二酸化炭素の混合ガス等のシールドガスによるアーク溶接部の安定したシールを図っている。このノズル２の内面は、安定したシールドガス流を得るべく滑らかな表面に形成され、このノズル２の先端と給電チップ３との隙間から給電チップ３の先端周囲に向けて噴出されるように先端が狭くなるように形成されている。また、上記トーチ本体１の上部には、上記２本の給電チップ３に対して別々に溶接電流及び溶接ワイヤを供給するトーチネック部４が連結されている。
【００２４】
そして、この実施の形態では、上記トーチ本体１に設けられたノズル２が、前後方向の中央部に合せ面５が設けられた２分割構造のノズル体６の組合わせで構成されている。これらのノズル体６は、上端部がヒンジ構造のヒンジ部７によってトーチ本体１に支持されている。このヒンジ部７は、トーチ本体１の下端部に固定された上ヒンジ部材８と、ノズル体６の上端部に固定された下ヒンジ部材９と、これらのヒンジ部材８，９の間に設けられた回動中心となる支持軸１０とを有している。
【００２５】
また、上記ノズル体６を外向きに開放させる開閉機構１１が、上記トーチ本体１側に設けられている。この実施の形態の開閉機構１１は、ロッド１２とリンク１３とを用いた構成となっている。ロッド１２は、上方から下向きに延び、トーチ本体１の上方で前後方向に分岐して前後のヒンジ部７に向けて下方へ延びている。このロッド１２は、トーチ本体１の上方に設けられたエアシリンダ等のアクチュエータで構成される駆動機（図示略）によって上下方向に移動させられるようになっている。
【００２６】
さらに、上記ロッド１２の下端と上記下ヒンジ部材９との間に上記リンク１３が設けられている。このリンク１３の端部は、ロッド１２の下端と、下ヒンジ部材９に設けられたブラケット１４とにピン１５で連結されている。
【００２７】
また、下ヒンジ部材９の側部には、ノズル体６の開放角度を規制する係止材１６（ストッパ）が設けられている、この係止材１６は、ノズル体６を外向きに開放させると上ヒンジ部材８に当接して、ノズル体６の開放角度を所定角度で制限している。
【００２８】
このような開閉機構１１によれば、ロッド１２を下向きに押圧して両ノズル体６を内向きに閉じると、これらのノズル体６の合せ面５が密着して一体的なノズル２を形成することができる。
【００２９】
図２に示すように、上記開閉機構１１によれば、ロッド１２を上方へ移動させると、この下端に連結されたリンク１３によって下ヒンジ部材９のブラケット１４に上向きの力が作用し、下ヒンジ部材９が支持軸１０を中心に回動してノズル体６が外向きに開放させられる。図２は、ノズル体６の開放途中の状態を示している。
【００３０】
図３に示すように、上記図２に示す状態から更にロッド１２を上向きに移動させると、上記下ヒンジ部材９の側部に設けられた係止材１６が上ヒンジ部材８に当接して、ノズル体６を外向きに開放させる回動が停止する。この状態が、ノズル体６を所定角度で保持した状態である。図４にも示すように、この例では、両ノズル体６の開放角度がそれぞれ約１５０°程度で開放した状態で保たれる。この状態までノズル体６を外向きに開放させると、ノズル内面１７を外方向に向けて露出させることができる。
【００３１】
このように、ノズル内面１７を外向きに露出させ、その開放角度を係止材１６で保つことにより、後のノズル内面クリーニング時のノズル体押圧力を構造的に安定して支持し、ノズル体６の内面清掃を安定して確実に行うことができるようにしている。
【００３２】
以上のように構成されたタンデムアーク溶接用トーチ１８によれば、所定時間のタンデムアーク溶接後、ノズル体６を外向きに開放させれば、円盤状ブラシ等の清掃具によってノズル内面１７を容易に清掃することができるので、ノズル内面１７に付着したスパッタ等を確実に除去することができる。
【００３３】
つまり、上記タンデムアーク溶接用トーチ１８は、ノズル２を先端部が開閉する分割構造のノズル体６で形成し、それらのノズル体６を開閉させる開閉機構１１を設けて、ノズル清掃時にノズル先端部を外向きに開放させることでノズル内面１７を外向きに露出させることができるので、そのノズル内面１７をブラシで清掃したり、外部に設置した円盤状ブラシ等を駆動機（電動モータ等）で回転させるノズル清掃装置を用いて清掃することが容易にでき、強固に付着しているスパッタ等を機械的な清掃で確実に除去することができる。しかも、ノズル内面１７の全体を外向きに露出させるので、ノズル内面全体にわたり十分な清掃効果が得られる。なお、このノズル内面１７の自動清掃に関しては、後述する図７によって説明する。
【００３４】
そして、スパッタ等を除去する清掃終了後は、上記ロッド１２を下向きに移動させることにより、リンク１３を介してノズル体６の先端部が内向きに回動して合せ面５を密着させ、一体的なノズル２を形成することができる。
【００３５】
このように、上記タンデムアーク溶接用トーチ１８によれば、ノズル内面１７を外向きに露出させて、従来十分除去されなかったスパッタ等も容易に除去する清掃作業が行えるので、その清掃したノズル２によれば、シールドガスが安定して整流されて溶接金属の品質安定化を図ることができる。
【００３６】
図５は、本発明の第２実施の形態に係るタンデムアーク溶接用トーチを示す斜視図である。上記第１実施の形態と同一の構成には同一符号を付し、その詳細な説明は省略する。この実施の形態は、上記第１実施の形態とは異なった開閉機構２１が備えられており、この実施の形態の開閉機構２１は、上下動させられるラック２２と、ノズル体６に設けられたピニオン２３とを有するラック＆ピニオン機構となっている。なお、この実施の形態では、給電チップ（電極）等の記載を省略し、トーチ本体１の上部を簡略化して示す。
【００３７】
図示するように、トーチ本体１には、このトーチ本体１の上方に設けられた図示しない駆動機（エアシリンダ等）によって上下方向（軸方向Ｓ）に移動するラック２２が設けられている。このラック２２は、トーチ本体１の一側方（右側）の前後方向中央部で上下方向に移動するように設けられている。このラック２２には、前後に同一ピッチの歯部２４が形成されている。
【００３８】
一方、上記ノズル体６を回動可能に支持するヒンジ部７の支持軸２６は、上記ラック２２が設けられたトーチ本体１の一側方まで延設され、その端部に、上記ラック２２の歯部２４と噛合する歯部２５を有するピニオン２３が設けられている。このピニオン２３は、支持軸２６と一体的に回動するように結合されている。また、支持軸２６は、下ヒンジ部材９と一体的に回動するように結合されている。従って、上記ラック２２を下向きに移動させることによりピニオン２３が回動して、支持軸２６を回動中心として下ヒンジ部材９を介して２つのノズル体６が共に外向きに開放されるようになっている。
【００３９】
この第２実施の形態のタンデムアーク溶接用トーチ２８によっても、清掃時にラック２２を下向きに移動させるとノズル体６が約１５０度程度の角度で開放した状態で係止材１６がトーチ本体１の上ヒンジ部材８に当接し、その状態で保持することができる（図４と同様の開放状態）。そして、その状態のノズル内面１７（図４）を、ブラシ等の機械的手段で清掃することにより、容易にスパッタ等を除去することができる。
【００４０】
図６は、本発明の第３実施の形態に係るタンデムアーク溶接用トーチを示す図面であり、(a) は斜視図、(b) は(a) に示すVI−VI矢視の断面図である。(b) の断面図は、スイベルジョイント部分の断面を示している。この実施の形態は、水冷構造のノズル３２と、このノズル３２に冷却水Ｗを供給する構成がトーチ本体３１に付加されている。なお、ノズル３２の開閉機構は上述した第１実施の形態又は第２実施の形態と同一、もしくは異なっていてもよく、限定されるものではないので図示は省略する。また、この実施の形態でも、給電チップ（電極）等の記載を省略し、トーチ本体３１の上部を簡略化して示す。
【００４１】
図示するように、このノズル３２も前後方向中央部に合せ面３３が設けられた２分割構造のノズル体３４によって構成されており、それぞれのノズル体３４は、上端部がトーチ本体３１の下端部に２つのヒンジ部３８で支持されている。この実施の形態のヒンジ部３８は、左右に分かれて設けられている。この実施の形態では、ヒンジ部３８の一方に開放角度を規制する係止材４４が設けられている。
【００４２】
また、上記２つのノズル体３４の内部には、上記左右に分かれた２つのヒンジ部３８からノズル体先端部に連なる冷却水通路３７が設けられている。この実施の形態では、ノズル体３４を、内側部材３５と外側部材３６とを一体的に結合することにより、これら内側部材３５と外側部材３６との間に冷却水通路３７が形成されるようにしている。この冷却水通路３７は、内側部材３５の外側に外側部材３６と同形状の凹状部を形成し、その凹状部が冷却水通路３７となるように外側面を外側部材３６で覆って一体化することにより形成されている。このようにして形成された冷却水通路３７は、外側部材３６の形状と同様の形状であり、ノズル体３４の先端近傍までの広い範囲に通水することができるような通路となっている。
【００４３】
この冷却水通路３７の両端は、それぞれ上記ヒンジ部３８のノズル体３４側に設けられた水通路３９と連通している。図では右側が冷却水通路入口で、左側が冷却水通路出口となっており、冷却水の流れ方向が規定されている。また、図では前側のノズル体３４のみを示しているが、後側のノズル体３４にも同様の冷却水通路３７が設けられている。
【００４４】
また、トーチ本体３１には、図の上方から延びる給水管４０が接続されると共に、図の前側から後側に向けて設けられたバイパス管４１と、後側から上方に延びる排水管４２とが設けられている。これら給水管４０、バイパス管４１、及び排水管４２は、ヒンジ部３８のトーチ本体３１側に設けられた水通路４５と連通している。
【００４５】
そして、ヒンジ部３８には、トーチ本体３１側の水通路４５と、上記ノズル体３４側の水通路３９とを連通させるスイベルジョイント４６が設けられている。このスイベルジョイント４６は、ヒンジ部３８の支持軸４３に設けられており、ノズル体３４と一体的に回動する支持軸４３の回動時も水通路４５と水通路３９との連通状態を保つようになっている。このスイベルジョイント４６は、支持軸４３を介して固定側と回動側とに連なる水通路を形成する一般的な構造が採用されており、詳細な説明は省略する。
【００４６】
この実施の形態では、図示しない冷却水供給機から供給された冷却水Ｗは、給水管４０から水通路４５と右側のヒンジ部３８とを介して前側のノズル体３４に設けられた冷却水通路３７を通り、左側のヒンジ部３８から出た冷却水Ｗは水通路４５を介してバイパス管４１から後側の左側ヒンジ部（図示略）へと流れ、その後側のヒンジ部から後側のノズル体３４の冷却水通路３７（図示略）を通って右側ヒンジ部（図示略）から排水管４２に出て冷却水供給機へと戻るようになっている。この冷却水Ｗの流れを、図では点線で示している。
【００４７】
このように、ノズル体３４を回動可能に支持するヒンジ部３８の内部にスイベルジョイント４６を設けることにより、外向きに開放するノズル体３４の開閉が、冷却水通路３７とトーチ本体１の給水管４０、バイパス管４１、及び排水管４２との間で冷却水Ｗを供給／排出する水通路の連通状態に影響しないようにしている。しかも、ノズル体３４を支持するヒンジ部３８にスイベルジョイントを内蔵することで、ノズル体３４を開閉させる構成をコンパクトな構成として、トーチとワークが干渉しないようにしている。その上、ノズル体３４の内面の清掃時等に水冷ノズル自体を脱着する必要がないので、装置全体の構造が複雑にならず安価に構成することを可能としている。
【００４８】
図７は、図３に示すノズルの最開放状態におけるノズル内面清掃状態の斜視図である。この図では、上記第１実施の形態に係るタンデムアーク溶接用トーチ１８を例に説明する。このタンデムアーク溶接用トーチ１８を備えるタンデムアーク溶接装置としては、例えば、溶接ロボットのように、ロボットプログラムによって自動運転が可能な溶接装置が好ましい。図７は、この溶接ロボットのアーム先端に設けられたタンデムアーク溶接用トーチ１８のトーチ本体部分を図示しており、上記第１実施の形態の符号を付して説明する。
【００４９】
図示するように、このタンデムアーク溶接装置には、トーチ本体１の下部に設けられたノズル体６の内面１７を清掃する清掃装置５１が所定位置に設けられている。この清掃装置５１は、上記ノズル体６の内面１７を清掃する円盤状のブラシ５２と、このブラシ５２を回転させる駆動機５３（例えば、電動モータ等（図示略））とを有している。この駆動機５３は、清掃装置本体５４の内部に設けられており、清掃装置本体５４の上部から上方向に立設された支柱５５の上部に上記ブラシ５２が回転可能に設けられている。上記支柱５５の内部には、上記駆動機５３の駆動力を伝達する駆動軸５６が設けられており、この支柱５５の上端部には、縦方向に配設された駆動軸５６の動力を横方向の軸中心で回転する上記ブラシ５２に動力伝達する歯車（図示略）が設けられている。
【００５０】
上記ブラシ５２の形状としては、円盤状以外にノズル内面の形状に沿うような形状が好ましい。また、ブラシ５２の材質としては、金属ブラシのように、強固に付着したスパッタ等を除去できるものが利用される。
【００５１】
以上のようなタンデムアーク溶接装置によれば、ノズルの清掃が必要になった時点で、ロボットプログラムからの指令によってトーチ本体１を清掃装置５１の近傍に移動させ、上記ノズル体６を外向きに開放させて内面１７を外向きに露出させた状態で係止材１６により所定の開放角度を保ち、前記清掃装置５１のブラシ５２を回転させ、このブラシ５２の位置にノズル体６を移動させて、ノズル体６の内面１７をブラシ５２によって清掃する清掃工程を行うことができる。このノズル体６の内面清掃は、溶接後のノズルクリーニングを行う際に、ロボットプログラムからの指令により、上述した図２，３に示すようにノズル開閉機構１１を動作させてノズル体６を外向きに開放した後、ロボットプログラムによってノズル体６の内面１７が清掃装置５１のブラシ５２に当接させられて清掃される。
【００５２】
この清掃装置５１のブラシ５２を当てるノズル体６の位置としては、ロボットプログラムからの指令により、トーチ本体１の位置を移動させることで調整し、ノズル内面１７を満遍なく清掃する。例えば、ロボットプログラム動作によってノズル内面１７を何回かに分けてブラシ５２に当てることで、ノズル内面１７のブラシ当たり面を任意に移動させることができるため、ノズル内面１７の全体にわたり十分な清掃効果を得るようにできる。また、トーチ本体１の軸方向Ｓを水平にしたり、任意の角度にしてブラシ５２に当てるようにしてもよい。しかも、ブラシ５２に金属ブラシのように強力なスパッタ除去手段を適用することで、ノズル内面１７の清掃時にスパッタ除去効果の高い清掃を行うことができる。また、ノズル内面１７だけでなく、給電チップ３に付着したスパッタも同時に除去することができる。このようにして、ノズル２の内面１７に付着したスパッタ等を除去して清掃することができる。
【００５３】
そして、所定の清掃工程によってノズル内面１７のスパッタ等が除去されて清掃されると、トーチ本体１がロボットプログラムからの指令によって清掃装置５１から離され、ロボットプログラムからの指令でノズル体６が内向きに閉じられる。このようにして閉じられたノズル体６は、内面１７のスパッタ等が除去されて滑らかな表面となっているので、シールドガスが設計通りに整流されて、溶接品質の安定したタンデムアーク溶接を行うことができる。
【００５４】
また、上記したようにノズル体６の内面１７を外向きに露出させて清掃する作業は、ロボットプログラムや作業に応じて制御装置（図示略）によって制御して自動的に行うことができるので、作業者が介在することなく長時間のタンデムアーク溶接を無人で行うことが可能となり、大幅なコスト削減を図ることもできる。
【００５５】
なお、上記実施の形態では、２分割構造のノズル体６を例に説明したが、３分割構造等であってもよく、ノズル２の分割数は上記実施の形態に限定されるものではない。
【００５６】
また、開閉機構１１，２１として、ロッド１２とリンク１３との組合わせと、ラック２２とピニオン２３との組合わせを例に説明したが、これらの開閉機構１１，２１も他の構成であってもよく、上述した実施の形態に限定されるものではない。
【００５７】
さらに、上述した実施の形態は一例を示しており、本発明の要旨を損なわない範囲での種々の変更は可能であり、本発明は上述した実施の形態に限定されるものではない。
【産業上の利用可能性】
【００５８】
本発明に係るタンデムアーク溶接用トーチは、ロボットプログラムによってタンデムアーク溶接を行う自動溶接ロボット等に使用できる。
【図面の簡単な説明】
【００５９】
【図１】本発明の第１実施の形態に係るタンデムアーク溶接用トーチを示す斜視図である。
【図２】図１に示すノズルの中間開放状態を示す斜視図である。
【図３】図１に示すノズルの最開放状態を示す斜視図である。
【図４】図３に示すノズルの最開放状態を示す側面図である。
【図５】本発明の第２実施の形態に係るタンデムアーク溶接用トーチを示す斜視図である。
【図６】本発明の第３実施の形態に係るタンデムアーク溶接用トーチを示す図面であり、(a) は斜視図、(b) は(a) に示すVI−VI矢視の断面図である。
【図７】図３に示すノズルの最開放状態におけるノズル内面清掃状態の斜視図である。
【符号の説明】
【００６０】
１…トーチ本体
２…ノズル
５…合せ面
６…ノズル体
７…ヒンジ部
８…上ヒンジ部材
９…下ヒンジ部材
１０…支持軸
１１…開閉機構
１２…ロッド
１３…リンク
１６…係止材
１７…ノズル内面
１８…タンデムアーク溶接用トーチ
２１…開閉機構
２２…ラック
２３…ピニオン
２８…タンデムアーク溶接用トーチ
３１…トーチ本体
３２…ノズル
３４…ノズル体
３５…内側部材
３６…外側部材
３７…冷却水通路
３８…ヒンジ部
３９…水通路
４０…給水管
４１…バイパス管
４２…排水管
４５…水通路
４６…スイベルジョイント
５１…清掃装置
５２…ブラシ
５３…駆動機
【特許請求の範囲】
【請求項１】
トーチ本体に備えられた２つの電極を１つのノズルに収納するタンデムアーク溶接用トーチであって、
前記ノズルは、先端部を外向きに開放して前記電極を露出させることが可能な複数のノズル体を有し、
前記トーチ本体は、前記各ノズル体の先端部を外向きに開放させる開閉機構を具備していることを特徴とするタンデムアーク溶接用トーチ。
【請求項２】
前記ノズル体は、上端部が前記トーチ本体に回動可能に支持され、
前記開閉機構は、前記トーチ本体の軸方向に移動するロッドと、該ロッドの移動によって前記ノズル体の先端部を外向きに回動させて開放するリンクとを有している請求項１に記載のタンデムアーク溶接用トーチ。
【請求項３】
前記ノズル体は、上端部が前記トーチ本体に回動可能に支持され、
前記開閉機構は、前記トーチ本体の軸方向に移動するラックと、該ラックの移動によって前記ノズル体の支持部を回動させて外向きに開放するピニオンとを有している請求項１に記載のタンデムアーク溶接用トーチ。
【請求項４】
前記ノズル体の開放角度を所定角度で制限する係止部を具備させた請求項２又は請求項３に記載のタンデムアーク溶接用トーチ。
【請求項５】
前記ノズル体の内部及び前記トーチ本体に冷却水通路を具備させ、
該ノズル体の支持部をヒンジ構造とし、該ヒンジ構造に前記トーチ本体の冷却水通路とノズル体の冷却水通路とを連通させるスイベルジョイントを内蔵させた請求項２〜４のいずれか１項に記載のタンデムアーク溶接用トーチ。
【請求項６】
前記ヒンジ構造は、ノズル体の上端部を支持する複数のヒンジ部を有し、
該複数のヒンジ部のいずれかに、前記ノズル体の冷却水通路入口と連通する入口側スイベルジョイント又は冷却水通路出口と連通する出口側スイベルジョイントを具備させて冷却水の流れ方向を規定した請求項５に記載のタンデムアーク溶接用トーチ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のタンデムアーク溶接用トーチを備えたタンデムアーク溶接装置であって、
前記ノズル体の内面を清掃するブラシと、該ブラシを清掃運動させる駆動機と、を有する清掃装置を備え、
前記ノズル体を外向きに開放させた状態で、前記清掃装置のブラシ位置に該ノズル体の内面を移動させて該ノズル体内面を清掃する制御装置を具備させたことを特徴とするタンデムアーク溶接装置。
【請求項１】
トーチ本体に備えられた２つの電極を１つのノズルに収納するタンデムアーク溶接用トーチであって、
前記ノズルは、先端部を外向きに開放して前記電極を露出させることが可能な複数のノズル体を有し、
前記トーチ本体は、前記各ノズル体の先端部を外向きに開放させる開閉機構を具備していることを特徴とするタンデムアーク溶接用トーチ。
【請求項２】
前記ノズル体は、上端部が前記トーチ本体に回動可能に支持され、
前記開閉機構は、前記トーチ本体の軸方向に移動するロッドと、該ロッドの移動によって前記ノズル体の先端部を外向きに回動させて開放するリンクとを有している請求項１に記載のタンデムアーク溶接用トーチ。
【請求項３】
前記ノズル体は、上端部が前記トーチ本体に回動可能に支持され、
前記開閉機構は、前記トーチ本体の軸方向に移動するラックと、該ラックの移動によって前記ノズル体の支持部を回動させて外向きに開放するピニオンとを有している請求項１に記載のタンデムアーク溶接用トーチ。
【請求項４】
前記ノズル体の開放角度を所定角度で制限する係止部を具備させた請求項２又は請求項３に記載のタンデムアーク溶接用トーチ。
【請求項５】
前記ノズル体の内部及び前記トーチ本体に冷却水通路を具備させ、
該ノズル体の支持部をヒンジ構造とし、該ヒンジ構造に前記トーチ本体の冷却水通路とノズル体の冷却水通路とを連通させるスイベルジョイントを内蔵させた請求項２〜４のいずれか１項に記載のタンデムアーク溶接用トーチ。
【請求項６】
前記ヒンジ構造は、ノズル体の上端部を支持する複数のヒンジ部を有し、
該複数のヒンジ部のいずれかに、前記ノズル体の冷却水通路入口と連通する入口側スイベルジョイント又は冷却水通路出口と連通する出口側スイベルジョイントを具備させて冷却水の流れ方向を規定した請求項５に記載のタンデムアーク溶接用トーチ。
【請求項７】
請求項１〜６のいずれか１項に記載のタンデムアーク溶接用トーチを備えたタンデムアーク溶接装置であって、
前記ノズル体の内面を清掃するブラシと、該ブラシを清掃運動させる駆動機と、を有する清掃装置を備え、
前記ノズル体を外向きに開放させた状態で、前記清掃装置のブラシ位置に該ノズル体の内面を移動させて該ノズル体内面を清掃する制御装置を具備させたことを特徴とするタンデムアーク溶接装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−３６２４１（Ｐ２０１０−３６２４１Ａ）
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−２０５４５９（Ｐ２００８−２０５４５９）
【出願日】平成２０年８月８日（２００８．８．８）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年２月１８日（２０１０．２．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年８月８日（２００８．８．８）
【出願人】（００００００９７４）川崎重工業株式会社 (1,710)
【Ｆターム（参考）】
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