特許 5887445 狭窄ノズルを備えるＴＩＧ溶接トーチ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】特許公報(B1)

(11)【特許番号】5887445

(24)【登録日】2016年2月19日

(45)【発行日】2016年3月16日

(54)【発明の名称】狭窄ノズルを備えるＴＩＧ溶接トーチ

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/29 20060101AFI20160303BHJP

【ＦＩ】

   B23K9/29 B

【請求項の数】5

【全頁数】9

(21)【出願番号】特願2015-84549(P2015-84549)

(22)【出願日】2015年4月16日

【審査請求日】2015年4月20日

【早期審査対象出願】

(73)【特許権者】

【識別番号】591286823

【氏名又は名称】村田 彰久

(74)【代理人】

【識別番号】100129540

【弁理士】

【氏名又は名称】谷田 龍一

(74)【代理人】

【識別番号】100082474

【弁理士】

【氏名又は名称】杉本 丈夫

(72)【発明者】

【氏名】村田 彰久

【審査官】 篠原 将之

(56)【参考文献】

【文献】 実開平０１−１０９３８０（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開平０１−０６８１８２（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 特開昭５５−０４８４７４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 特開平０９−０１０９４３（ＪＰ，Ａ）

【文献】 国際公開第２０１１／０５５７６５（ＷＯ，Ａ１）

【文献】 特開昭５９−１６３０８４（ＪＰ，Ａ）

【文献】 実開昭５６−１７５１７４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５６−１５６４６４（ＪＰ，Ｕ）

【文献】 実開昭５６−０７１３８１（ＪＰ，Ｕ）

(58)【調査した分野】（Int.Cl.，ＤＢ名）

Ｂ２３Ｋ ９／２９

(57)【特許請求の範囲】

【請求項1】

電極棒を同心状に支持する狭窄ノズルと、
前記狭窄ノズルから吐出されるガスである狭窄ガスを供給するための狭窄ガス供給口と、
シールドガス供給口と、
前記狭窄ノズルの外周に同心配置されたガスノズルと、
前記狭窄ガス供給口と前記狭窄ノズルとを内部連通させる狭窄ガス連通管と、
前記狭窄ガス連通管の外周部に設けられて前記シールドガス供給口と前記ガスノズルとを内部連通させるシールドガス連通路と、を有し、
前記狭窄ガス連通管は、電極棒を把持するコレットを有するコレット管部であって前記狭窄ガスが内部を流れるように構成されたコレット管部と、該コレット管部に螺着されて前記コレットに締め付け力を付与する締付け管部と、を有し、
前記コレットは、前記狭窄ガスが流通可能な把持用割り溝を備えていることを特徴とする、狭窄ノズルを備えるＴＩＧ溶接トーチ。

【請求項2】

前記狭窄ガス連通管に外挿されたトーチ冷却管と、該トーチ冷却管の周囲に設けられた冷却水流通路と、該冷却水流通路と連通する冷却水供給口及び冷却水排出口と、を更に有し、
前記狭窄ガス連通管と前記トーチ冷却管との間に、前記シールドガス連通路を形成する間隙が設けられていることを特徴とする請求項１に記載の狭窄ノズルを備えるＴＩＧ溶接トーチ。

【請求項3】

前記締付け管部は、一端側において前記狭窄ノズルに連結されるとともに、他端側の端部内周面に雌螺子部が形成され、
前記コレット管部は、端部に前記コレットが形成されるとともに、外周面に前記雌螺子部に螺合する雄螺子部が形成され、
前記コレットが形成された前記コレット管部の端面が第１テーパー面とされ、
前記締付け管部の内周面に、前記第１テーパー面と係合し前記コレットに締め付け力を付与する第２テーパー面が形成された段部が設けられていることを特徴とする請求項１又は２に記載の狭窄ノズルを備えるＴＩＧ溶接トーチ。

【請求項4】

前記段部と電極棒との間に狭窄ガスの通る隙間が形成されていることを特徴とする請求項３に記載の狭窄ノズルを備えるＴＩＧ溶接トーチ。

【請求項5】

前記狭窄ノズルの内周面には、前記電極棒を支持する複数の支持凸部が間隙を開けて設けられており、
前記コレット管部から前記狭窄ノズルまでの間、前記狭窄ガスの流路は、前記コレットの把持用割り溝および前記狭窄ノズルの前記支持凸部間の間隙を通るように前記電極棒に接して形成されていることを特徴とする、請求項１から４のいずれかに記載の狭窄ノズルを備えるＴＩＧ溶接トーチ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、狭窄ノズルを備えるＴＩＧ溶接トーチに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、狭窄ノズルを備えるＴＩＧ溶接トーチとして、例えば図７に示すように、シールドノズル１００と、シールドノズル１００の内側に設けられ電極棒Ｔが同心状に挿入される狭窄ノズル１０１と、ガスレンズ１０２と、電極棒Ｔを把持するコレットチャック１０３と、コレットチャック１０３の締付け部材１０４と、シールドガス供給口１０５と、を備えるＴＩＧ溶接トーチが知られている（特許文献１、非特許文献１、２等）。

【0003】

この従来のＴＩＧ溶接トーチは、シールドガス供給口１０５から供給されたシールドガスＧが、ガスレンズ１０２を通って狭窄ノズル１０１とシールドノズル１００の間を流れるシールドガスＧ１と、ガスレンズ１０２を通らずに狭窄ノズル１０１の内側を流れるシールドガスＧ２とに分流され、シールドガスＧ２がシールドガスＧ１より高速となって吐出される。

【0004】

このような狭窄ノズルを備えるＴＩＧ溶接トーチは、（１）アークプラズマの緊縮を促進し、それによってアークプラズマの中心部の温度を上昇させる、（２）ガス流量が上昇することによりプラズマ気流の流速を上昇させる、（３）電流経路をアークプラズマの中心部に集中させる効果があり、その効果は溶接電流が大きい領域において大きくなる、（４）矩形波形のパルス電流を用いた場合、ピーク電流時とベース電流時とにおける熱流速の差が、狭窄ノズルを備えないＴＩＧ溶接トーチに比較して大きくなり、パルス溶接の特性をより強める効果を生み出す、（５）タングステン電極棒の周囲にシールドガスを高速で流しているため、タングステン電極棒の温度上昇が抑えられ、また、狭窄ノズルの先端から放出される高速整流ガスにより溶融プール内から発生する蒸発金属等がタングステン電極棒の先端部に付着するのを防止できるため、タングステン電極棒の長寿命化を図れる、（６）アークプラズマ及び母材への入熱は電極棒先端角度の変化によって変化するが、電極棒先端部への蒸発金属等の付着を減少させることにより、アークプラズマ及び母材への入熱の変化を抑え、安定したプラズマ及び母材への入熱を維持することができる、等の優れた効果が奏される。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】国際公開第ＷＯ２０１３／１５７０３６号パンフレット

【非特許文献】

【0006】

【非特許文献1】小西恭平、茂田正哉、田中学、村田彰久、村田唯介、「ティグ溶接における狭窄ノズルのアーク現象に及ぼす影響」、溶接学会論文集 第３２巻 第２号、２０１４年０６月１３日、ｐ．４７〜５１

【非特許文献2】小西 恭平, 茂田 正哉, 田中 学, 村田 彰久, 村田 唯介、「狭窄ティグアークに及ぼす溶接条件の影響」、溶接学会論文集 第３２巻 第３号、２０１４年１１月２２日、ｐ．２０７〜２１２

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0007】

上記の狭窄ノズルを備えるＴＩＧ溶接トーチは、上記のように優れた性能を発揮し得るが、更なる性能向上が望まれている。

【0008】

そこで、本発明は、上記従来の狭窄ノズルを備えるＴＩＧ溶接トーチを改良し、性能を向上させ得る、狭窄ノズルを備えるＴＩＧ溶接トーチを提供することを主たる目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

本発明の実施形態に係る、狭窄ノズルを備えるＴＩＧ溶接トーチは、電極棒を同心状に支持する狭窄ノズルと、前記狭窄ノズルから吐出されるガスである狭窄ガスを供給するための狭窄ガス供給口と、シールドガス供給口と、前記狭窄ノズルの外周に同心配置されたガスノズルと、前記狭窄ガス供給口と前記狭窄ノズルとを内部連通させる狭窄ガス連通管と、前記狭窄ガス連通管の外周部に設けられて前記シールドガス供給口と前記ガスノズルとを内部連通させるシールドガス連通路と、を有し、前記狭窄ガス連通管は、電極棒を把持するコレットを有するコレット管部であって前記狭窄ガスが内部を流れるように構成されたコレット管部と、該コレット管部に螺着されて前記コレットに締め付け力を付与する締付け管部と、を有し、前記コレットは、前記狭窄ガスが流通可能な把持用割り溝を備えていることを特徴とする。

【0010】

ある実施形態において、上記のＴＩＧ溶接トーチは、前記狭窄ガス連通管に外挿されたトーチ冷却管と、該トーチ冷却管の周囲に設けられた冷却水流通路と、該冷却水流通路と連通する冷却水供給口及び冷却水排出口と、を更に有し、前記狭窄ガス連通管と前記トーチ冷却管との間に、前記シールドガス連通路を形成する間隙が設けられている。また、ある実施形態において、前記締付け管部は、一端側において前記狭窄ノズルに連結されるとともに、他端側の端部内周面に雌螺子部が形成され、前記コレット管部は、端部に前記コレットが形成されるとともに、外周面に前記雌螺子部に螺合する雄螺子部が形成され、前記コレットが形成された前記コレット管部の端面が第１テーパー面とされ、前記締付け管部の内周面に、前記第１テーパー面と係合し前記コレットに締め付け力を付与する第２テーパー面が形成された段部が設けられている。また、ある実施形態において、前記段部と電極棒との間に狭窄ガスの通る隙間が形成されている。また、ある実施形態において、前記狭窄ノズルの内周面には、前記電極棒を支持する複数の支持凸部が間隙を開けて設けられており、前記コレット管部から前記狭窄ノズルまでの間、前記狭窄ガスの流路は、前記コレットの把持用割り溝および前記狭窄ノズルの前記支持凸部間の間隙を通るように前記電極棒に接して形成されている。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係る狭窄ノズルを備えるＴＩＧ溶接トーチによれば、狭窄ノズルから吐出される狭窄ガスとガスノズルから吐出されるシールドガスを、別々の経路で供給するので、狭窄ガスとシールドガスの種類を異ならせたり、狭窄ガスとシールドガスを個別に流量制御することができ、狭窄ノズルの性能を更に引き上げることが可能となる。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】本発明に係る狭窄ノズルを備えるＴＩＧ溶接トーチの一実施形態を示す縦断正面図である。

【図2】図１のＴＩＧ溶接トーチの分解斜視図である。

【図3】図２の一部品を拡大して示す斜視図である。

【図4】図１のＡ部拡大断面図である。

【図5】図４のＶ−Ｖ断面図である。

【図6】図４のＢ部拡大断面図である。

【図7】従来の狭窄ノズルを備えるＴＩＧ溶接トーチを示す縦断正面図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

本発明に係る狭窄ノズルを備えるＴＩＧ溶接トーチの一実施形態について、以下に図１〜図６を参照して説明する。なお、全図を通して同様の構成部分には同符号を付した。

【0016】

本発明に係るＴＩＧ溶接トーチ１は、図１及び図２に示すように、狭窄ガス供給口２と、シールドガス供給口３と、電極棒Ｔを同心状に支持する狭窄ノズル４と、狭窄ノズル４の外周に同心配置されたガスノズル５と、狭窄ガス供給口２と狭窄ノズル４とを内部連通させる狭窄ガス連通管６と、狭窄ガス連通管６の外周部に設けられてシールドガス供給口３とガスノズル５とを内部連通させるシールドガス連通路７と、を有している。

【0017】

狭窄ガス連通管６は、電極棒Ｔを把持するコレット８（図３，図６）を有するコレット管部９（図１〜図３）と、コレット管部９に螺着されてコレット８に締め付け力を付与する締付け管部１０（図１，２，４）と、を有している。図示例では、締付け管部１０は、狭窄ノズル４と螺子結合されているが、狭窄ノズル４と締付け管部１０とを一体形成することもできる。狭窄ノズル４は、電極棒Ｔを同心状に支持するために、内周面から半径方向に突出する複数の支持凸部４ａ（図４、図５）を備え、隣り合う支持凸部４ａ、４ａの間の隙間４ｂ（図５）を狭窄ガスが通過する。

【0018】

図示例において、狭窄ガス連通管６は、締付け管部１０と、コレット管部９と、コレット管部９に螺子結合された延長管部１１と、を含む。コレット管部９と延長管部１１とは、一体形成されていてもよい。延長管部１１の後端部にノブ１２が装着され、螺子孔１３に螺入される固定螺子（図示せず。）により、ノブ１２が延長管部１１に固定され、ノブ１２により狭窄ガス連通路６の一端が閉じられている。

【0019】

延長管部１１の内周面と電極棒Ｔとの間には狭窄ガスＧｘが流通可能な間隙１４（図１）が形成されている。延長管部１１に通孔１５が形成され、狭窄ガス供給口２から供給される狭窄ガスＧｘは、通孔１５を通じて狭窄ガス連通管６内に供給される。

【0020】

コレット８は、狭窄ガスＧｘが流通可能な把持用割り溝１６（図３、図６）を備えている。コレット８を構成する把持用割り溝１６は、コレット管部９の一端部に形成されている。コレット８が形成されているコレット管部９の端部は、内周面に凸部８ａ（図６）が形成されており、凸部８ａによって電極棒Ｔを把持する。コレット管部９の内周面の凸部８ａにより、コレット管部９の凸部８ａが形成されていない内周面と電極棒Ｔとの意間に間隙１７（図６）が形成され、この間隙１７を狭窄ガスＧｘが流通することができる。

【0021】

コレット管部９は、外周面に雄螺子部１８（図３、図４）が形成されている。コレット８が形成されたコレット管部９の端面に第１テーパー面２０（図３、図６）が形成されている。

【0022】

締付け管部１０は、狭窄ノズル４に連結される側と反対側の端部内周面に雌螺子部１９が形成される。また、締付け管部１０の内周面に、第１テーパー面２０と係合しコレット８に締め付け力を付与する第２テーパー面２１（図６）が形成された段部２２が設けられている。

【0023】

雌螺子部１９に雄螺子部１８を螺入すると第１テーパー面２０と第２テーパー面２１とが係合し、コレット８を締め付けて電極棒Ｔを把持する。把持用割り溝１６の溝幅は、コレット８が締付けられることにより狭まっても、狭窄ガスＧｘが流通可能な隙間が形成され得るような寸法に設計されている。

【0024】

また、段部２２と電極棒Ｔとの間に狭窄ガスＧｘの通る隙間２３（図６）が形成されていることにより、把持用割り溝１６を通過した狭窄ガスが隙間２３を通って狭窄ノズル４の内部へ流通できるようになっている。

【0025】

ＴＩＧ溶接トーチ１は、さらに、図１を参照すれば、狭窄ガス連通管６に外挿されたトーチ冷却管２４と、トーチ冷却管２４の周囲に設けられた冷却水流通路２５と、冷却水流通路２５と連通する冷却水供給口２６及び冷却水排出口２７と、を有している。

【0026】

狭窄ガス連通管６とトーチ冷却管２４との間に間隙が設けられ、該間隙によりシールドガス連通路７が形成されている。トーチ冷却管２４の周囲に冷却外筒２８が取り付けられ、トーチ冷却管２４と冷却外筒２８の間の間隙に冷却水流通路２５が形成され、冷却外筒２８にガスノズル５が螺子結合されている。符号２９，３０はシールリングを示し、符号３１は冷却外筒２８の外側に装着された外筒を示す。

【0027】

狭窄ガス連通管６とトーチ冷却管２４との間の間隙により形成されるシールドガス連通路７を通過したシールドガスＧｓは、図４に示されるように、冷却外筒２８内を通り、冷却外筒２８の端部に取り付けられたガスレンズ３３（図４）により整流されて、ガスノズル５から吐出される。ガスレンズ３３は、複数枚を積層した金属メッシュとすることができる。

【0028】

図１に示されるように、トーチ冷却管２４及び冷却外筒２８は、流路ブロック３５に螺子結合されている。流路ブロック３５には、延長管部１１、狭窄ガス供給口２、及びシールドガス供給口３も螺子結合されている。流路ブロック３５にアース端子３６（図１、図２）がボルト３７により固定されている。

【0029】

電極棒Ｔを交換或いは長さ調節するには、ノブ１２を螺脱方向に回して狭窄ガス連通管６を流路ブロック３５から抜脱し、締付け管部１０をコレット管部９から螺脱し又は螺脱方向に回してコレット８の把持力を緩めればよい。この主のＴＩＧ溶接トーチ１は、電極棒Ｔが狭窄ノズル４から突出している距離が、溶接の品質を左右する。

【0030】

上記構成を備えるＴＩＧ溶接トーチ１は、狭窄ガスＧｘとシールドガスＧｓとを別々に供給することができるため、異なる種類のガスを供給することもできるし、其々の流量を個別に制御することもできる。

【0031】

例えば、狭窄ガスとして、不活性ガスと活性ガスの混合ガスを供給し、シールドガスとして不活性ガスを供給することもできる。不活性ガスに活性ガスを混合した混合ガスをシールドガスとして用いることにより熱的ピンチ効果（アークを収縮させる効果）が高まることが知られており、狭窄ガスとして該混合ガスを用いることで、混合ガスによる熱的ピンチ効果と狭窄ノズル４によるピンチ効果との相乗効果が発揮され得る。

【0032】

また、狭窄ガスとシールドガスとを同じ種類の不活性ガスとし、狭窄ガスの流速とシールドガスの流速とを調整し、アークの最適化を図ることができる。

【符号の説明】

【0033】

１ ＴＩＧ溶接トーチ
２ 狭窄ガス供給口
３ シールドガス供給口
４ 狭窄ノズル
５ ガスノズル
６ 狭窄ガス連通管
７ シールドガス連通路
８ コレット
９ コレット管部
１０ 締付け管部
２４ トーチ冷却管
２５ 冷却水流通路
２６ 冷却水供給口
２７ 冷却水排出口

【要約】

【課題】 本発明は、狭窄ノズルの効果を一層高めることができる、狭窄ノズルを備えるＴＩＧ溶接トーチを提供する。
【解決手段】 狭窄ガス供給口２と、シールドガス供給口３と、電極棒Ｔを同心状に支持する狭窄ノズル４と、狭窄ノズル４の外周に同心配置されたガスノズル５と、狭窄ガス供給口２と狭窄ノズル４とを内部連通させる狭窄ガス連通管６と、狭窄ガス連通管６の外周部に設けられてシールドガス供給口３とガスノズル５とを内部連通させるシールドガス連通路７と、を有し、狭窄ガス連通管６は、電極棒Ｔを把持するコレットを有するコレット管部９と、コレット管部９に螺着されてコレットに締め付け力を付与する締付け管部１０と、を有し、前記コレットは、狭窄ガスＧｘが流通可能な把持用割り溝を備えている。
【選択図】 図１

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】