特許 5796847 インサートチップおよびプラズマトーチ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B2)

(11)【特許番号】5796847

(24)【登録日】2015年8月28日

(45)【発行日】2015年10月21日

(54)【発明の名称】インサートチップおよびプラズマトーチ

(51)【国際特許分類】

   B23K 10/00 20060101AFI20151001BHJP

   H05H 1/34 20060101ALI20151001BHJP

   H05H 1/32 20060101ALI20151001BHJP

【ＦＩ】

   B23K10/00 504

   H05H1/34

   H05H1/32

【請求項の数】10

【全頁数】15

(21)【出願番号】特願2012-52219(P2012-52219)

(22)【出願日】2012年3月8日

(65)【公開番号】特開2013-184201(P2013-184201A)

(43)【公開日】2013年9月19日

【審査請求日】2014年5月21日

(73)【特許権者】

【識別番号】302040135

【氏名又は名称】日鐵住金溶接工業株式会社

(74)【代理人】

【識別番号】100076967

【弁理士】

【氏名又は名称】杉信 興

(72)【発明者】

【氏名】佐 藤 茂

(72)【発明者】

【氏名】星 野 忠

【審査官】 篠原 将之

(56)【参考文献】

【文献】 実開平０１−１７７０７９（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特表２００７−５１３７６３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実用新案登録第２５３２３２３（ＪＰ，Ｙ２）

【文献】 実開平０４−１０６６５１（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開平０８−１１８０２８（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０５−２３７６６５（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０３１２５２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開昭５０−０７４５５０（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２０１１−０５０９８２（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開２００１−２５９４８３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開平０６−０４１８５４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特許第５６２６９９４（ＪＰ，Ｂ２）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ９／００

Ｂ２３Ｋ １０／００

Ｈ０５Ｈ １／００ − １／５４

Ｂ２３Ｋ ２６／００ − ２６／４２

Ｂ０５Ｂ １／００

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

中央にノズルが開いた笠部，該笠部に連続する幹部および該幹部に連続する雄ねじ部があって、前記幹部と雄ねじ部の間にシール材があり、内部に前記ノズルに連通する電極配置空間がある、複数のノズル部材；
各ノズル部材の前記雄ねじ部から幹部までが挿通する各ノズル部材挿入穴を有するチップ基体；
前記ノズル部材挿入穴に挿通した前記ノズル部材を前記チップ基体に固定する結合手段；
前記ノズル部材の前記笠部の側面を一部削除した切欠面を含み、前記チップ基体に対して前記ノズル部材の、中心軸を中心とする回転を阻止する係合手段；および、
前記チップ基体に対する前記ノズル部材の中心軸の軸振れを防止する軸振れ防止手段；
を備えるインサートチップ。

【請求項2】

前記結合手段は、前記チップ基体のノズル部材挿入穴に挿通したノズル部材の前記雄ねじ部に螺合しノズル部材と協働してチップ基体を締め付けるナットである；請求項１に記載のインサートチップ。

【請求項3】

前記軸振れ防止手段は、ノズル部材の前記笠部の、前記切欠面とは別の位置の側面に当接して、該側面の半径方向の振れを阻止する、対向突起である；請求項１に記載のインサートチップ。

【請求項4】

前記対向突起が対向する前記側面は、ノズルに関して前記切欠面の反対側の円周面である；請求項３に記載のインサートチップ。

【請求項5】

先行ノズル部材と後行ノズル部材の、ノズル部材の中心軸から前記切欠面までの距離は、チップ基体へのノズル部材の装着位置エラーを防止するために、異なった距離である；請求項１乃至４のいずれか１つに記載のインサートチップ。

【請求項6】

各ノズル部材には、前記切欠面とは別の、前記笠部の側面を一部削除した追加の切欠面があり；前記軸振れ防止手段は、該追加の切欠面に対向して、該追加の切欠面の回動を阻止する、対向突起である；請求項２に記載のインサートチップ。

【請求項7】

前記切欠面と追加の切欠面の笠部円周方向の分布は、チップ基体へのノズル部材の装着位置エラーを防止するために、異なったパターンである；請求項６に記載のインサートチップ。

【請求項8】

前記対向突起の、前記追加の切欠面に対向する面は、該追加の切欠面に当接する平面である；請求項６に記載のインサートチップ。

【請求項9】

前記対向突起は、前記追加の切欠面に接する回動阻止ピンである；請求項６に記載のインサートチップ。

【請求項10】

請求項１乃至９のいずれか１つに記載のインサートチップと、該インサートチップの各電極配置空間にそれぞれの先端部を挿入した電極と、を備えるプラズマトーチ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、プラズマトーチのインサートチップおよび該インサートチップを用いるプラズマトーチに関する。

【背景技術】

【0002】

従来の１トーチによるプラズマアーク溶接のプラズマアークの横断面は略円形である。板厚３ｍｍ未満ではプラズマアークによるキーホール溶接は不可能なため、なめ付け溶接（熱伝導型溶接）を採用するが、なめ付け溶接でも、高速化すると、
イ）アンダーカットが発生し、
ロ）広幅ビードによる高温割れが発生しやすい。高速溶接では電流が高電流で広幅アークとなるため、広幅浅溶け込みのビード形状となって、凝固時に高温割れが発生しやすい。

【0003】

従来の１トーチによるプラズマアーク溶接では、３〜１０ｍｍの板厚でキーホール溶接を高速化すると、ビード形状が、中央部が盛り上がった凸形状で縁部が下がったアンダーカットができるため、高速化が難しい。２本トーチによるワンプール高速化もあるが、ワンプールとするにはトーチ同士を大きく傾けなければならず、引き合うアーク力と傾けたことによる磁気吹きで、アークが乱れやすく、不安定であった。

【0004】

そこで、安定したアークで高温割れやアンダーカットのない高速溶接を実現することができるインサートチップおよびこれを用いるプラズマトーチが提供された（特許文献１）。これは、２個の電極配置空間と、同一直径線上に分布し各電極配置空間にそれぞれが連通し前記直径線と平行な溶接線に対向して開いた２個のノズルと、を備えるインサートチップおよび該チップを装備し各電極配置空間に各電極を挿入したプラズマトーチである。このインサートチップを装備したプラズマトーチによれば、２つのアークで１つの溶融プールを形成する、ワンプール２アークの溶接をすることができる。プラズマアークの横断面は、溶接の進行方向（ｙ）に長細い熱源となるため、熱量に対するビード幅（ｘ方向）は狭く抑えられ、高速化しても、高温割れが発生しない。また、ワンプール２アークとすることで、表ビードを平らにすることができる。ある程度距離を離した２本のプラズマトーチを用いる並行溶接でやや類似の効果を得ることは出来るが、溶接の進行方向のアーク間隔が広くなるため、短い溶接長のワーク（母材：溶接対象材）では、同一パスでの溶接が不可能であり、二パス溶接が必要となり、高速化は難しい。また、アーク間隔が広いため、後行アークは一度凝固したビードを再溶融しなければならず、後行溶接に高入熱が必要である。特許文献１に提示した、１チップに２個のノズルを備えるインサートチップを用いるワンプール２アーク溶接によれば、ノズル間隔が短いので、これらの問題が解消する。

【0005】

特許文献２には、チップ基体に１対のノズル部材を着脱可に結合したインサートチップを提示した。これによれば、高熱によりノズル部材の下端のノズル部分が変形又は熔損したとき、該ノズル部材を新品と取り替えて、チップ基体はそのまま使用して、メンテナンスコストを安くすることができる。また、ノズルの指向方向やノズル径が数種のノズル部材を備えて、用途に応じてノズル部材を選択できる。

【0006】

特許文献２の１実施例のインサートチップ１は、図１０に示すように、チップ基体１に２個のノズル部材２０ａ，２０ｂを装着したものであり、各ノズル部材２０ａ，２０ｂには、中央にノズル３ａ，３ｂが開いた笠部２１ａ，２１ｂ，該笠部に連続する幹部および該幹部に連続する雄ねじ部があって、前記幹部と雄ねじ部の間にシール材であるＯリング２３ａ，２３ｂがあり、内部に前記ノズル３ａ，３ｂに連通する電極配置空間がある。チップ基体１には、各ノズル部材の前記雄ねじ部から幹部までが挿通する各ノズル部材挿入穴，各ノズル部材挿入穴に挿通した各ノズル部材の笠部が先端平面１ｄ，１ｅに当接することにより閉じられる、ノズル部材挿入穴の一部をなし幹部との間に冷却水通流空間を形成する冷却水循環穴１ｆ，１ｇ、および、隣り合う冷却水循環穴をつなぐ横通水穴１ｊがある。ノズル部材２０ａ，２０ｂの雄ねじ部にナット２５ａ，２５ｂをねじ結合してチップ基体１に締め付けることにより、ノズル部材２０ａ，２０ｂをチップ基体１に結合している。

【0007】

図１０に示すチップ基体１の先端の中心軸位置には先端突起１ｃがあり、溶接方向となるｙ方向で該先端突起１ｃの両側に、ノズル部材２０ａ，２０ｂの笠２１ａ，２１ｂの裏面をうける先端平面１ｄ，１ｅがある。各先端平面１ｄ，１ｅの中央位置に、ノズル部材挿入穴がある。該ノズル部材挿入穴に挿入されたノズル部材２０ａ，２０ｂの笠部２１ａ，２１ｂの、円弧の一部を直線状に削除した切欠面２６ａ，２６ｂが、先端突起１ｃの側面である係止面に接触する。すなわち係合する。これによりチップ基体１に対するノズル部材２０ａ，２０ｂの、中心軸を中心とする回転が阻止される。この係合は、ノズル部材２０ａ，２０ｂをチップ基体１に挿入してナット２５ａ，２５ｂでねじ締め付けして固定するときのノズル部材２０ａ，２０ｂの廻り止め、および、ノズル部材２０ａ，２０ｂをチップ基体１から取り外すためにナット２５ａ，２５ｂを緩め廻しするときのノズル部材２０ａ，２０ｂの廻り止め、として機能する。この係合は更に、ノズル軸がチップ基体中心軸（ｚ）に対して傾斜したノズル部材２０ｃ，２０ｄの該ノズル軸の傾斜方向を溶接方向（ｙ）に固定（設定）する機能もある。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0008】

【特許文献1】特開２０１１−５０９８２号

【特許文献2】特願２０１１−１７３４２号

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0009】

しかしながら、図１０に示すチップ基体１の先端突起１ｃの表，裏平面と各平面に当接する、ノズル部材２０ａ，２０ｂの笠２１ａ，２１ｂの切欠面２６ａ，２６ｂとの間には、微視的に表現すると小さなギャップがあり、ナット２５ａ，２５ｂのねじ締めにより、ノズル部材２０ａ，２０ｂにその中心軸を中心とする旋回力が加わる。また、チップ基体１とノズル部材２０ａ，２０ｂの間には、Ｏリング２３ａ，２３ｂで遮断される隙間があってＯリングが弾力性があるので、ノズル部材２０ａ，２０ｂ（の中心軸）が僅かではあるが、チップ基体１に対して切欠面２６ａ，２６ｂの一端Ａｐａ，Ａｐｂを支点（中心）に回動するように振れることがある。該旋回力によるノズル部材２０ａ，２０ｂの回動と振れ（軸振れ）により、先端突起１ｃの表，裏平面と切欠面２６ａ，２６ｂとの間に、図１０の（ｂ）上に２点鎖線で示す、楔状のギャップすなわち捩りギャプＧａ，Ｇｂが生じる。このギャップの楔状の角度分、ノズル３ａ，３ｂの中心軸（ノズル軸）が溶接の進行方向ｙに対して偏向（角度ずれ）し、プラズマアークの指向方向がずれる。特に、ノズルの傾き（前，後進角）および穴径を先行ノズル３ａ，後行ノズル３ｂのそれぞれにつき個別の値に設計した場合に、プラズマアークの指向方向の上記ずれが、意図した溶接品質を乱す原因の１つとなる。また、先行（後行）ノズル部材として設計したノズル部材を後行（先行）ノズル装着穴に装着するノズル部材取り付けミスがあると、溶接品質を大きく損なってしまう。

【0010】

本発明は、上述の如き複数のノズル部材を一つのチップ基体に着脱可に結合するインサートチップの改良に関し、各ノズル部材のノズル軸が溶接の進行方向ｙに対して偏向するのを防止することを第１の目的とし、先行（後行）ノズル部材として設計したノズル部材を後行（先行）ノズル装着穴に装着するノズル部材取り付けミスを防止することを第２の目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0011】

（１）中央にノズル(3a,3b)が開いた笠部(21a,21b)，該笠部に連続する幹部(22a,22b)および該幹部に連続する雄ねじ部(24a,24b)があって、前記幹部と雄ねじ部の間にシール材(23a,23b)があり、内部に前記ノズルに連通する電極配置空間(2a,2b)がある、複数のノズル部材(20a,20b)；
各ノズル部材の前記雄ねじ部から幹部までが挿通する各ノズル部材挿入穴(18a,18b)を有するチップ基体(1)；
前記ノズル部材挿入穴に挿通した前記ノズル部材を前記チップ基体に固定する結合手段(25a,25b)；
前記ノズル部材(20a,20b)の前記笠部(21a,21b)の側面を一部削除した切欠面(26a,26b)を含み、前記チップ基体(1)に対して前記ノズル部材(20a,20b)の、中心軸を中心とする回転を阻止する係合手段(26a,26b,1c,1n)；および、
前記チップ基体(1)に対する前記ノズル部材(20a,20b)の中心軸の軸振れを防止する軸振れ防止手段(1m,1c/28a,28b)；
を備えるインサートチップ。

【0012】

なお、理解を容易にするために括弧内には、図面に示し後述する実施例の対応又は相当要素の記号もしくは対応事項を、例示として参考までに付記した。以下も同様である。

【発明の効果】

【0013】

このインサートチップ(1)を装備したプラズマトーチによれば、複数アークで１つの溶融プールを形成する、ワンプール複数アークの溶接をすることができる。例えば２つのアークで１つの溶融プールを形成する、ワンプール２アークの溶接をする場合、プラズマアークの横断面は、溶接の進行方向（ｙ）に長細い熱源となるため、熱量に対するビード幅（ｘ方向）は狭く抑えられ、高速化しても、高温割れが発生しない。また、ワンプール２アークとすることで、板厚３〜１０ｍｍでは、先行アークでキーホール溶接し、後行アークで広幅なめ付け溶接して表ビードを平らにすることができる。板厚３ｍｍ未満では、先行アークで掘り下げ溶接をし、後行アークで表ビードを平らにすることができる。ある程度距離を離した２本のプラズマトーチを用いる並行溶接でやや類似の効果を得ることは出来るが、溶接の進行方向のアーク間隔が広くなるため、短い溶接長のワーク（溶接対象材）では、同一パスでの溶接が不可能であり、２パス溶接が必要となり、高速化は難しい。また、アーク間隔が広いため、後行アークは一度凝固したビードを再溶融しなければならず、後行溶接に高入熱が必要である。１チップに複数個のノズル部材を備える本発明のインサートチップを用いるワンプール複数アーク溶接によれば、ノズル間隔が短いので、これらの問題が解消する。高熱によりノズル部材の下端のノズル部分が変形又は熔損したとき、該ノズル部材を新品と取り替えて、チップ基体はそのまま使用して、メンテナンスコストを安くすることができる。

【0014】

係合手段(26a,26b,1c,1n)によりノズル部材(20a,20b)の回転を阻止し、しかも軸振れ防止手段(1m,1c/28a,28b)によってノズル部材(20a,20b)の軸振れを防止するので、プラズマアークの指向方向がずれることがなくなる。

【図面の簡単な説明】

【0015】

【図1】本発明の第１実施例のプラズマトーチの外筒の内部を見下ろした平面図である。

【図2】図１に示すプラズマトーチのII−II線断面図である。

【図3】図１に示すプラズマトーチのIII−III線断面図である。

【図4】（ａ）は図２に示すプラズマトーチの先端を、IVａ−IVａ線方向に見上げた底面図、（ｂ）は図３に示すIVｂ−IVｂ線方向に見上げた底面図、（ｃ）は図２に示すIVｃ−IVｃ線方向に見下ろした横断面図である。

【図5】（ａ）は、図２に示すプラズマトーチの先端のインサートチップおよびインナーキャップ６をトーチ本体から取り外して示す縦断面図、（ｂ）は（ａ）に示すチップ基体１とインナーキャップ６のみを示す縦断面図、（ｃ）は、（ａ）に示すナット２５ａ，２５ｂを先行，後行ノズル部材２０ａ，２０ｂから取り外してノズル部材をチップ基体１から抜き出しナット２５ａ，２５ｂとともに示す正面図（外観図）である。

【図6】（ａ）は図５に示す先行ノズル部材２０ａと後行ノズル部材２０ｂの縦断面図、（ｂ）はノズル部材の先端を見上げた底面図である。

【図7】第２実施例のプラズマトーチの先端のインサートチップを下から見上げた底面図、（ｂ）は右側面図である。

【図8】（ａ）は図７に示す第２実施例のインサートチップに装着されている先行ノズル部材２０ａと後行ノズル部材２０ｂの縦断面図、（ｂ）はこれらのノズル部材を下から見上げて示す底面図である。

【図9】（ａ）は第３実施例のプラズマトーチの先端のインサートチップを下から見上げた底面図、（ｂ）は第４実施例のプラズマトーチの先端のインサートチップを下から見上げた底面図である。

【図10】（ａ）は特許文献２に提示された一形態のインサートチップおよびインナーキャップの縦断面図、（ｂ）は下から見上げた底面図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

（２）前記結合手段は、前記チップ基体(1)のノズル部材挿入穴(18a,18b)に挿通したノズル部材の前記雄ねじ部に螺合しノズル部材と協働してチップ基体を締め付けるナット(25a,25b)である；上記（１）に記載のインサートチップ。

【0017】

（３）前記軸振れ防止手段は、ノズル部材(20a,20b)の前記笠部(21a,21b)の、前記切欠面(26a,26b)とは別の位置の側面に当接して、該側面の半径方向の振れを阻止する、対向突起(1m,1c/28a,28b)である；上記（１）又は（２）に記載のインサートチップ。

【0018】

ノズル部材(20a,20b)に捩り力が作用し、図１０の（ａ）に２点鎖線で示す捩りギャップＧａ，Ｇｂを生ずる可能性があるとき、切欠面２６ａ，２６ｂの端（先端突起１ｃ,１ｎに当接する端Ａpa：図１０の（ｂ））を中心に笠部２１ａ，２１ｂが捩れ回動しようとする。すなわち笠部２１ａ，２１ｂは左方に振れようとする。しかし本実施態様（３）によれば、対向突起(1m,1c/28a,28b)がこの捩り回動（振れ）を阻止するので、捩りギャップＧａ，Ｇｂを生じない。つまり、ノズル３ａ，３ｂの中心軸（ノズル軸）が溶接の進行方向ｙに対して偏向（角度ずれ）せず、プラズマアークに指向ずれを生じない。

【0019】

（４）前記対向突起(1m,1c)が対向する前記側面は、ノズル(3a,3b)に関して前記切欠面(26a,26b)の反対側の円周面である；上記（３）に記載のインサートチップ（図４）。

【0020】

（５）先行ノズル部材(20a)と後行ノズル部材(20b)の、ノズル部材の中心軸から前記切欠面(26a,26b)までの距離は、チップ基体へのノズル部材の装着位置エラーを防止するために、異なった距離である；上記（１）乃至（４）のいずれか１つに記載のインサートチップ（図４）。これによれば、先行ノズル部材(20a)（後行ノズル部材(20b)）をチップ基体(1)の後行ノズル挿入穴（先行ノズル挿入穴）に誤装着することがなくなる。

【0021】

（６）各ノズル部材(20a,20b)には、前記切欠面(26a,26b)とは別の、前記笠部(21a,21b)の側面を一部削除した追加の切欠面(27a,27b)があり；前記軸振れ防止手段は、該追加の切欠面(27a,27b)に対向して、該追加の切欠面(27a,27b)の回動を阻止する、対向突起(1m,1n/28a,28b)である；上記（２）に記載のインサートチップ（図７〜図９）。

【0022】

（７）前記切欠面(26a,26b)と追加の切欠面(27a,27b)の笠部円周方向の分布は、チップ基体へのノズル部材の装着位置エラーを防止するために、異なったパターンである；上記（６）に記載のインサートチップ（図７〜図９）。これにより、先行ノズル部材(20a)（後行ノズル部材(20b)）をチップ基体(1)の後行ノズル挿入穴（先行ノズル挿入穴）に誤装着することがなくなる。

【0023】

（８）前記対向突起(1m,1n)の、前記追加の切欠面(27a,27b)に対向する面は該追加の切欠面(27a,27b)に当接する平面である；上記（６）に記載のインサートチップ（図９の（ａ））。

【0024】

（９）前記対向突起は、前記追加の切欠面(27a,27b)に接する回動阻止ピン(28a,28b)である；上記（６）に記載のインサートチップ（図９の（ｂ））。

【0025】

（１０）上記（１）乃至（９）のいずれか１つに記載のインサートチップと、該インサートチップの各電極配置空間(2a,2b)にそれぞれの先端部を挿入した電極(12a,12b)と、を備えるプラズマトーチ（図２）。

【0026】

本発明の他の目的および特徴は、図面を参照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

【実施例】

【0027】

−第１実施例−
図１に、第１実施例であるプラズマトーチすなわち第１実施例のプラズマアークトーチの、外筒１４の内部を上方から見下ろして示し、図２には図１上のII−II線方向の縦断面を示す。第１実施例のプラズマアークトーチは、プラズマ溶接を行う形態のものである。図２を参照すると、インサートチップのチップ基体１は、インサートキャップ６をチップ台５にねじ締めすることにより、チップ台５に固定されている。チップ基体１のチップ台５に当接する背面には位置合せピン１ｐ（図４，図５）があり、チップ台５に固定する前にこのピン１ｐをチップ台５の位置合せ穴に差し込むことにより、固定後には、チップ基体１は、図２に示された、トーチ本体の溶接方向ｙにノズル部材２０ａ，２０ｂのノズル３ａ，３ｂが並んだ姿勢となる。チップ台５は絶縁本体７に固定され、絶縁本体７に電極台１０ａ，１０ｂおよび絶縁スペーサ１１が固定されている。

【0028】

シールドキャップ８は絶縁本体７に固定されている。２つ割で外筒１４の直径方向に分離した第１電極台１０ａと第２電極台１０ｂは、絶縁スペーサ１１で分離されている。

【0029】

本実施例のインサートチップは、チップ基体１に、溶接方向ｙで先頭となる先行ノズル部材２０ａおよび後尾となる後行ノズル部材２０ｂを装着したものであり、詳細を示す図５を参照すると、各ノズル部材２０ａ，２０ｂには、中央にノズル３ａ，３ｂが開いた笠部２１ａ，２１ｂ，該笠部に連続する幹部２２ａ，２２ｂおよび該幹部に連続する雄ねじ部２４ａ，２４ｂがあって、前記幹部と雄ねじ部の間にシール材であるＯリング２３ａ，２３ｂがあり、内部に前記ノズル３ａ，３ｂに連通する電極配置空間２ａ，２ｂがある。

【0030】

チップ基体１には、各ノズル部材の前記雄ねじ部から幹部までが挿通する各ノズル部材挿入穴１８ａ，１８ｂ，各ノズル部材挿入穴に挿通した各ノズル部材の笠部が先端平面１ｄ，１ｅに当接することにより閉じられる、ノズル部材挿入穴の一部をなし幹部との間に冷却水通流空間を形成する冷却水循環穴１ｆ，１ｇ，水受穴１ｈ（図４），水出穴１ｉ，隣り合う冷却水循環穴をつなぐ横通水穴１ｊ，冷却水循環穴１ｆを水受穴１ｈにつなぐ横通水穴１ｋ、および、冷却水循環穴１ｇを水出穴１ｉにつなぐ横通水穴１ｌがある。

【0031】

この実施例では、図５の（ａ）に示すように、ノズル部材２０ａ，２０ｂの雄ねじ部２４ａ，２４ｂにナット２５ａ，２５ｂをねじ結合してチップ基体１に締め付けることにより、ノズル部材２０ａ，２０ｂをチップ基体１に結合している。図６には、先行ノズル部材２０ａおよび後行ノズル部材２０ｂの縦断面および底面を示す。

【0032】

図２を再度参照すると、ノズル部材２０ａ，２０ｂの電極配置空間２ａ，２ｂは、チップ基体１の中心軸（ｚ）と直交する同一直径線（ｙ）に分布し、該中心軸から等距離にあって中心軸（ｚ）に平行に延びる。電極配置空間２ａ，２ｂに連続するノズル３ａ，３ｂはこの実施例では、電極配置空間２ａ，２ｂの中心軸と同心であって、図示しない母材に対向する。これらのノズル３ａ，３ｂも、本実施例では、チップ基体（外筒１４）の中心軸（ｚ）と直交する同一直径線（ｙ）上に分布し、該中心軸に平行かつそれから等距離にある。

【0033】

各電極配置空間２ａ，２ｂに先端部が挿入された第１電極１２ａ，第２電極１２ｂが、絶縁本体７を貫通し各電極台１０ａ，１０ｂにねじ１３ａ，１３ｂで固定され、各電極配置空間２ａ，２ｂの軸心位置に、センタリングストーン９ａ，９ｂで位置決めされている。チップ基体１の、母材（図示せず）に対向する先端面（下端面）には、各電極配置空間２ａ，２ｂにつながったノズル３ａ，３ｂが開口している。ノズル３ａ，３ｂを結ぶ直線（ｙ）が延びる方向が溶接方向である。チップ基体１は、該直線（ｙ）が延びる方向（溶接方向）には図２に示すように広幅であるが、該直線（ｙ）と直交する方向（ｘ）すなわち溶接対象の開先の幅方向では楔状であって側面が傾斜面１ａ，１ｂ（図４の（ａ））となっている。

【0034】

トーチ先端面（図２上ではノズルが開いた下端面）を示す図４の（ａ）も参照すると、
チップ基体１の先端の中心軸位置には先端突起１ｃがあり、溶接方向となるｙ方向で該先端突起１ｃの両側に、ノズル部材２０ａ，２０ｂの笠２１ａ，２１ｂの裏面をうける先端平面１ｄ，１ｅがある。先端平面１ｄ，１ｅは、チップ基体１の外周の手前で途切れ、これによりチップ基体１から対向突起１ｍ，１ｎが下方に突出している。先端平面１ｄの、対向突起１ｍから半径Ｒａの距離に先行ノズル部材挿入穴１８ａがあり、先端平面１ｅには、先端突起１ｃの右側面から半径Ｒｂの距離に後行ノズル部材挿入穴１８ｂがある（図５の（ｂ））。

【0035】

ノズル部材挿入穴１８ａに挿入された先行ノズル部材２０ａの笠部２１ａの、円弧の一部を直線状に削除した切欠面２６ａが、先端突起１ｃの左側面である係止面にぴったり係合し、また、笠部２１ａの円周面が対向突起１ｍの右側面である阻止面にぴったり係合する。これによりチップ基体１に対する先行ノズル部材２０ａの、中心軸を中心とする回転が阻止される。これらの係合は、先行ノズル部材２０ａをチップ基体１に挿入してナット２５ａでねじ締め付けして固定するときのノズル部材２０ａの廻り止め、および、ノズル部材２０ａをチップ基体１から取り外すためにナット２５ａを緩め廻しするときのノズル部材２０ａの廻り止め、として機能する。これらの係合は更に、ノズル軸がチップ基体中心軸（ｚ）に対して傾斜したノズル部材２０ａの該ノズル軸の傾斜方向（図５の（ａ），図６）を溶接方向（ｙ）に固定（設定）する機能もある。先行ノズル部材２０ａをチップ基体１に挿入してナット２５ａでねじ締め付けして固定するとき、チップ基体１に対して切欠面２６ａの一端（図１０のＡｐａに相当する位置）を支点（中心）に回動させようとする振り力がノズル部材２０ａに作用するが、対向突起１ｍがこの回動を阻止する。このように、係合手段(26a,1c)によりノズル部材(20a)の回転を阻止し、しかも軸振れ防止手段(1m)によってノズル部材(20a)の軸振れを防止するので、先行ノズルから出るプラズマアークの指向方向がずれることがなくなる。

【0036】

ノズル部材挿入穴１８ｂに挿入された後行ノズル部材２０ｂの笠部２１ｂの、円弧の一部を直線状に削除した切欠面２６ｂが、対向突起１ｎの左側面にぴったり係合し、また、笠部２１ｂの先端突起１ｃの右側面にぴったり係合する。これによりチップ基体１に対する後行ノズル部材２０ｂの、中心軸を中心とする回転が阻止される。これらの係合は、後行ノズル部材２０ｂをチップ基体１に挿入してナット２５ｂでねじ締め付けして固定するときのノズル部材２０ｂの廻り止め、および、ノズル部材２０ｂをチップ基体１から取り外すためにナット２５ｂを緩め廻しするときのノズル部材２０ｂの廻り止め、として機能する。これらの係合は更に、ノズル軸がチップ基体中心軸（ｚ）に対して傾斜したノズル部材２０ｂの該ノズル軸の傾斜方向（図５の（ａ），図６）を溶接方向（ｙ）に固定（設定）する機能もある。後行ノズル部材２０ｂをチップ基体１に挿入してナット２５ｂでねじ締め付けして固定するとき、チップ基体１に対して切欠面２６ｂの一端を支点（中心）に回動させようとする振り力がノズル部材２０ｂに作用するが、先端突起１ｃの右側面がこの回動を阻止する。係合手段(26b,1n)によりノズル部材(20b)の回転を阻止し、しかも軸振れ防止手段(1c)によってノズル部材(20b)の軸振れを防止するので、後行ノズルから出るプラズマアークの指向方向がずれることがなくなる。

【0037】

この実施例では、図４および図６に示す笠２１ａ，２１ｂの半径Ｒａ，Ｒｂは同一であるが、先行ノズル部材２０ａの中心軸からの切欠面２６ａの距離Ｄａと後行ノズル部材２０ｂの中心軸からの切欠面２６ｂの距離Ｄｂとは、Ｄａ＞Ｄｂと異なっているので、先行ノズル部材２０ａの笠部２１ａは、後行ノズル部材２０ｂの笠部２１ｂがぴったりと嵌り込む突起１ｃ／１ｎ間空間には入ることが出来ない。これにより、先行ノズル部材２０ａをチップ基体１の後行ノズル挿入穴１８ｂに誤装着することがなくなる。

【0038】

なお、後行ノズル２０ｂの笠部２１ｂは、先行ノズル部材２０ａの笠部２１ａが嵌り込む突起１ｍ／１ｃ間空間に入ることが出来るので、後行ノズル部材２０ｂを最先にチップ基台１に装着する場合は、後行ノズル２０ｂを誤装着する可能性がある。このような誤装着をすると、次に先行ノズル部材２０ａを装着しようとしても装着できないので、誤装着のまま溶接を行ってしまうことはない。しかし、最先に後行ノズル２０ｂを装着するときの誤装着を防止する態様では、後行ノズル２０ｂの笠部２１ｂの半径Ｒｂを先行ノズル２０ａの半径Ｒａより大きくする。これにより、後行ノズル２０ｂの笠部２１ｂは、先行ノズル部材２０ａの笠部２１ａがぴったりと嵌り込む突起１ｍ／１ｃ空間に入らず、最先に後行ノズル部材２０ｂをチップ基台１に装着する場合でも、誤装着を防止できる。このように、距離Ｄａ，Ｄｂを異なった値とし、しかも半径Ｒａ，Ｒｂを異なった値にすることにより、先行ノズル部材２０ａおよび後行ノズル部材２０ｂは、何れを最先に装着しても、装着位置エラーを生ずることはない。

【0039】

図４の（ｃ）および図５の（ｂ）に示すように、ノズル部材挿入穴１８ａ，１８ｂの、先端平面１ｄ，１ｅ側の部分は大径の冷却水循環穴１ｆ，１ｇとなっており、冷却水循環穴１ｆ，１ｇとその中を貫通した幹部２２ａ，２２ｂの外周面との間に冷却水通流空間（冷媒通流空間）が形成される。図４の（ｃ）は、チップ基体１の横断面（図２上のIVｃ−IVｃ線断面）を示す。チップ基体１には、水受穴１ｈ，水出穴１ｉ，冷却水循環穴１ｆ，１ｇをつなぐ横通水穴１ｊ，冷却水循環穴１ｆを水受穴１ｊにつなぐ横通水穴１ｋ、および、冷却水循環穴１ｇを水出穴１ｉにつなぐ横通水穴１ｌがある。

【0040】

図３に、図１上のIII−III線方向の縦断面を示す。チップ基体１の水受穴１ｈは水流管１６ａに、水出穴１ｉは水流管１６ｂに連通している。図４の（ｃ）も参照すると、水流管１６ａに注入された冷却水は、電極台１０ａ，絶縁本体７およびチップ台５の水流路を通ってチップ基体１の水受穴１ｈに入って穴底に至り、そこから横通水穴１ｋを通って、水循環穴１ｆと幹部２２ａの外周面との間の冷却水通流空間に入り、つぎに横通水穴１ｊを通って、水循環穴１ｇと幹部２２ｂの外周面との間の冷却水通流空間に入り、つぎに横通水穴１ｌを通って水出穴１ｉに入りそして水流管１６ｂに流れ、そしてトーチ外部に流出する。

【0041】

冷却水が、水循環穴１ｆと幹部２２ａの外周面との間の冷却水通流空間と、水循環穴１ｇと幹部２２ｂの外周面との間の冷却水通流空間を流れている間に、ノズル部材２０ａ，２０ｂの幹部２２ａ，２２ｂが効果的に冷却され、しかも冷却水が、水受穴１ｈ，横通水穴１ｋ，水循環穴１ｆ，横通水穴１ｊ，水循環穴１ｇ，横通水穴１ｌおよび水出孔１ｉを流れている間に、チップ基体１が効果的に冷却されるので、インサートチップの冷却能力が高い。溶接時にはノズル部材２０ａ，２０ｂが最も加熱されるが、その外周面が直接に冷却水に触れて冷却されるので、ノズル部材２０ａ，２０ｂの使用寿命が長い。

【0042】

再度図１および図２を参照すると、パイロットガスは、パイロットガス管１５ａ，１５ｂおよび電極挿入空間を通って電極配置空間２ａ，２ｂに入り、電極先端部でプラズマとなってノズル３ａ，３ｂを通ってトーチの先端面から噴出する。シールドガスは、シールドガス管１７を通って、インナーキャップ７とシールドキャップ８との間の円筒状の空間に入り、そしてトーチの先端から図示しない母材に向けて噴出する。

【0043】

図示しない各パイロット電源により各電極１２ａ，１２ｂとチップ１との間にパイロットアークを発生させて、電極１２ａ，１２ｂと母材の間に、電極側が負で母材側が正のプラズマアーク電流を流す、溶接方向で先行の電極１２ａに給電するプラズマ電源（溶接又は予熱用）および溶接方向で後行の電極１２ｂに給電するプラズマ電源（なめ付け溶接又は本溶接用）により、溶接アーク（プラズマアーク）を発生させると、プラズマアーク電流が各電極１２ａ，１２ｂと母材の間に流れて、１プール２アーク溶接が実現する。この溶接態様では、電極１２ａのプラズマアークによる溶接又は予熱と、電極１２ｂによるなめ付け溶接又は本溶接とが行われる。すなわち、先行する電極１２ａで溶接又は予熱で生成した溶融プールに後行する電極１２ｂでなめ付け溶接又は本溶接のプラズマアークが当たって、例えばキーホール溶接で形成される溶融プールを後方に送り、キーホール溶接で形成される溶融ビードを後行のなめ付け溶接が均す。これにより、母材表面と滑らかにつながるなめ付け溶接ビードとなる。３ｍｍ未満の薄板の場合は、キーホール溶接が不可能なため、先行の溶接又は予熱によりビードが形成され、これが後行のなめ付け溶接により、滑らかなビードに変わる。従来のように、大電流ワンプール広幅溶接をするのとは違い、先行，後行ともそれぞれの機能に分け、必要最小限の低い電流で、ビード幅の狭い高速溶接ができる。また、先行アークを予熱として使い、後行アークで本溶接を行う方法でも高速化はできる。いずれの場合も、インサートチップ、特に焼損しやすいノズル部材、の冷却能力が高いので、溶接電力をアップしてより高速に溶接を行うことができる。

【0044】

−第２実施例−
図７に、第２実施例のインサートチップを示し、図８には、それに装着された先行ノズル部材２０ａおよび後行ノズル部材２０ｂを拡大して示す。第２実施例では、ノズル部材２０ａ，２０ｂの笠部２１ａ，２１ｂには、切欠面２６ａ，２６ｂの他に、追加の切欠面２７ａ，２７ｂがある。先行ノズル部材２０ａの追加の切欠面２７ａは、先行ノズル部材２０ａの中心軸の位置にあってもとからある切欠面２６ａに平行な断面で笠部２１ａを左右に２分割すると、左半分の領域にある（切欠面２６ａは右半分の領域にある）。しかし、追加の切欠面２７ｂは、もとからある切欠面２６ｂが存在する右半分の領域にある。すなわち、先行ノズル部材２０ａの切欠面２６ａと追加の切欠面２７ａの、笠部２１ａにおける分布パターンと、後行ノズル部材２０ｂの切欠面２６ｂと追加の切欠面２７ｂの、笠部２１ｂにおける分布パターンとは、異なっている。そして、図７の（ａ）を参照すると、追加の切欠面２７ａに端部が当たるように、対向突起１ｍが「く」の字型に形成され、また、追加の切欠面２７ｂに端部が当たるように、対向突起１ｎも「く」の字型に形成されている。

【0045】

先行ノズル部材２０ａをチップ基体１に挿入してナット２５ａでねじ締め付けして固定するとき、チップ基体１に対して切欠面２６ａの一端（図１０のＡｐａに相当する位置）を支点（中心）に回動させようとする振り力が先行ノズル部材２０ａに作用するが、追加の切欠面２７ａの回動を、対向突起１ｍの「く」の字型の先端が阻止する。すなわち、先行ノズル部材２０ａの軸振れを防止する。同様に、後行ノズル部材２０ｂをチップ基体１に挿入してナット２５ｂでねじ締め付けして固定するとき、チップ基体１に対して切欠面２６ｂの一端を支点（中心）に回動させようとする振り力が後行ノズル部材２０ｂに作用するが、追加の切欠面２７ｂの回動を、対向突起１ｎの「く」の字型の先端が阻止する。すなわち、後行ノズル部材２０ｂの軸振れを防止する。

【0046】

また、もとの切欠面２６ａ，２６ｂと追加の切欠面２７ａ，２７ｂの分布パターンが先行ノズル部材２０ａと後行ノズル部材２０ｂとは異なって、追加の切欠面２７ａ，２７ｂの位置に対向突起１ｍ，１ｎの「く」の字型の先端があるので、後行ノズル部材２０ｂを装着すべき位置に先行ノズル部材２０ａを装着することは出来ないし、先行ノズル部材２０ａを装着すべき位置に後行ノズル部材２０ｂを装着することは出来ない。各ノズル部材を間違った位置に装着することがなくなる。第２実施例のその他の構造および機能は、第１実施例と同様である。

【0047】

−第３実施例−
図９の（ａ）に、第３実施例のインサートチップを示す。第３実施例では、追加の切欠面２７ａ，２７ｂに当接する対向突起１ｍ，１ｎの「く」の字型の先端が、追加の切欠面２７ａ，２７ｂの傾斜と同等の斜面となっており、軸振れ防止精度が高い。第３実施例のその他の構造および機能は、第２実施例と同様である。

【0048】

−第４実施例−
図９の（ｂ）に、第４実施例のインサートチップを示す。第４実施例では、追加の切欠面２７ａに当たるように、軸振れ防止ピン２８ａが先端平面１ｄに立てられ、追加の切欠面２７ｂに当たるように、軸振れ防止ピン２８ｂが先端平面１ｅに立てられている。先行ノズル部材２０ａをチップ基体１に挿入してナット２５ａでねじ締め付けして固定するとき、チップ基体１に対して切欠面２６ａの一端（図１０のＡｐａに相当する位置）を支点（中心）に回動させようとする振り力が先行ノズル部材２０ａに作用するが、追加の切欠面２７ａの回動を、軸振れ防止ピン２８ａが阻止する。すなわち、先行ノズル部材２０ａの軸振れを防止する。同様に、後行ノズル部材２０ｂをチップ基体１に挿入してナット２５ｂでねじ締め付けして固定するとき、チップ基体１に対して切欠面２６ａの一端を支点（中心）に回動させようとする振り力が後行ノズル部材２０ｂに作用するが、追加の切欠面２７ｂの回動を、軸振れ防止ピン２８ｂが阻止する。すなわち、後行ノズル部材２０ａの軸振れを防止する。第４実施例のその他の構造および機能は、第２実施例と同様である。

【符号の説明】

【0049】

１：チップ基体
１ａ，１ｂ：傾斜面
１ｃ：先端突起
１ｄ，１ｅ：先端平面
１ｆ，１ｇ：水循環穴
１ｈ：水受穴
１ｉ：水出穴
１ｊ，１ｋ，１ｌ：横通水穴
１ｍ，１ｎ：対向突起
１ｐ：位置合せピン
２ａ〜２ｄ：電極配置空間
３ａ〜３ｄ：ノズル
５：チップ台
６：インナーキャップ
７：絶縁本体
８：シールドキャップ
９ａ，９ｂ：センタリングストーン
１０ａ，１０ｂ：電極台
１１：絶縁スペーサ
１２ａ，１２ｂ：電極
１３ａ，１３ｂ：押さえねじ
１４：外筒
１５ａ，１５ｂ：パイロットガス管
１６ａ，１６ｂ：水流管
１７：シールドガス管
１８ａ，１８ｂ：ノズル部材挿入穴
２０ａ：先行ノズル部材
２０ｂ：後行ノズル部材
２１ａ，２１ｂ：笠部
２２ａ，２２ｂ：幹部
２３ａ，２３ｂ：Ｏリング
２４ａ，２４ｂ：雄ねじ部
２５ａ，２５ｂ：ナット
２６ａ，２６ｂ：切欠面
２７ａ，２７ｂ：追加の切欠面
２８ａ，２８ｂ：軸振れ防止ピン

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】