特開 2023-79585 溶接トーチ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2023079585

(43)【公開日】2023-06-08

(54)【発明の名称】溶接トーチ

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/29 20060101AFI20230601BHJP

【ＦＩ】

B23K9/29 E

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021193109

(22)【出願日】2021-11-29

(71)【出願人】

【識別番号】000000262

【氏名又は名称】株式会社ダイヘン

(74)【代理人】

【識別番号】100135389

【弁理士】

【氏名又は名称】臼井 尚

(74)【代理人】

【識別番号】100086380

【弁理士】

【氏名又は名称】吉田 稔

(72)【発明者】

【氏名】武井 優子

(72)【発明者】

【氏名】田中 龍二

【テーマコード（参考）】

4E001

【Ｆターム（参考）】

4E001LB06

4E001LH02

(57)【要約】

【課題】ノズル先端から噴射されるシールドガス流の層流長を延長し、溶接品位をより向上させることができる溶接トーチを提供する。
【解決手段】軸線方向に延びる筒状のチップボディ２と、チップボディ２の径方向外側に配置され、チップボディ２との間に第１環状空間２１が形成されたオリフィス部材３と、オリフィス部材３の径方向外側に第２環状空間４１１を介して配置され、軸線方向の一方側に先端を有する筒状のノズル４と、を備え、チップボディ２は、当該チップボディ２の内部空間から第１環状空間２１に通じる第１噴出孔２２を有し、オリフィス部材３は、第１環状空間２１から第２環状空間４１１に通じる第２噴出孔３４を有している溶接トーチＡ１において、第２環状空間４１１は、軸線方向の他方側において封鎖部３６により実質的に閉じており、第２噴出孔３４は、その出口開口３４１が封鎖部３６の至近に位置させられている。
【選択図】 図１

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線方向に延びる筒状のチップボディと、上記チップボディの径方向外側に配置され、上記チップボディとの間に第１環状空間が形成されたオリフィス部材と、上記オリフィス部材３の径方向外側に第２環状空間を介して配置され、上記軸線方向の一方側に先端を有する筒状のノズルと、を備え、上記チップボディは、当該チップボディの内部空間から上記第１環状空間に通じる第１噴出孔を有し、上記オリフィス部材は、上記第１環状空間から上記第２環状空間に通じる第２噴出孔を有している溶接トーチにおいて、
上記第２環状空間は、上記軸線方向の他方側において封鎖部により実質的に閉じており、上記第２噴出孔は、その出口開口が上記封鎖部の至近に位置させられていることを特徴とする、溶接トーチ。

【請求項2】

上記封鎖部は、上記オリフィス部材の上記軸線方向の他方側端部に大径部を形成し、当該大径部の外周を上記ノズルの内周面に接触または近接させることにより形成されている、請求項１に記載の溶接トーチ。

【請求項3】

上記大径部の上記軸線方向の一方側の側面は、上記軸線方向の他方側に向かうほど拡径するテーパ面となっており、上記第２噴出孔の上記出口開口は、上記テーパ面に位置させられている、請求項２に記載の溶接トーチ。

【請求項4】

上記オリフィス部材の上記軸線方向の他方側には、上記チップボディに外嵌された筒状のインシュレータが配置されており、当該インシュレータの外周に対し、上記ノズルの上記軸線方向の他方側端部の内周がメートル細目ねじにより結合されている、請求項１ないし３のいずれかに記載の溶接トーチ。

【請求項5】

上記ノズルの内周面には、上記第２噴出孔の出口開口とノズルの径方向に対向する位置において、上記軸線方向の他方側に向かうほど縮径するテーパ状の整流壁が形成されている、請求項１に記載の溶接トーチ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、消耗電極式ガスシールドアーク溶接の用いられる溶接トーチに関する。

【背景技術】

【0002】

この種の溶接トーチは、ワイヤ送給機から送られてくるワイヤに給電チップにより給電しつつ、このワイヤをノズルから噴射されるシールドガスで覆いながら繰り出す役割を果たす部材であり、その構造は、例えば特許文献１に表れている。

【0003】

特許文献１に示された溶接トーチにおいて、シールドガスの経路は、次のように設定されている。

【0004】

中心孔を有して筒状に形成されたチップボディと、このチップボディに外嵌されてチップボディの外周との間に筒状の環状空間を形成するオリフィス部材とを備えるとともに、チップボディにはその中心孔から上記環状空間に通じる第１噴出孔が設けられ、オリフィス部材には上記環状空間からノズル内空間に通じる第２噴出孔が設けられている。

【0005】

シールドガスは、チップボディの中心孔から第１噴出孔、オリフィス部材が形成する環状空間、および第２噴出孔を介してノズル内空間に導出され、ノズル先端からワイヤを取り囲むようにして噴射される。

【0006】

特許文献１に記載された構成では、ノズル内空間が第２噴出孔よりもトーチ基端側にも広がっているため、第２噴出孔から噴出してノズル内空間をトーチ先端側に向かおうとするガス流に渦の発生を含む偏流が生じ、これがノズル先端から噴射されるガス流の層流長を短縮させる原因となり、溶接品位を低下させることがあった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0007】

【特許文献1】特開２０１４－２１３３５９

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0008】

本発明は、上記した事情のもとで考え出されたものであって、ノズル先端から噴射されるシールドガス流の層流長を延長し、溶接品位をより向上させることができる溶接トーチを提供することをその課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

上記課題を解決するため、本発明では、次の技術的手段を採用した。

【0010】

すなわち、本発明によって提供された溶接トーチは、軸線方向に延びる筒状のチップボディと、上記チップボディの径方向外側に配置され、上記チップボディとの間に第１環状空間が形成されたオリフィス部材と、上記オリフィス部材の径方向外側に第２環状空間を介して配置され、上記軸線方向の一方側に先端を有する筒状のノズルと、を備え、上記チップボディは、当該チップボディの内部空間から上記第１環状空間に通じる第１噴出孔を有し、上記オリフィス部材は、上記第１環状空間から上記第２環状空間に通じる第２噴出孔を有している溶接トーチにおいて、上記第２環状空間は、上記軸線方向の他方側において封鎖部により実質的に閉じており、上記第２噴出孔は、その出口開口が上記封鎖部の至近に位置させられていることを特徴とする。

【0011】

好ましい実施の形態では、上記封鎖部は、上記オリフィス部材の上記軸線方向の他方側端部に大径部を形成し、当該大径部の外周を上記ノズルの内周面に接触または近接させることにより形成されている。

【0012】

好ましい実施の形態では、上記大径部の上記軸線方向の一方側の側面は、上記軸線方向の他方側に向かうほど拡径するテーパ面となっており、上記第２噴出孔の上記出口開口は、上記テーパ面に位置させられている。

【0013】

好ましい実施の形態では、上記オリフィス部材の上記軸線方向の他方側には、上記チップボディに外嵌された筒状のインシュレータが配置されており、当該インシュレータの外周に対し、上記ノズルの上記軸線方向の他方側端部の内周がメートル細目ねじにより結合されている。

【0014】

好ましい実施の形態では、上記ノズルの内周面には、上記第２噴出孔の出口開口とノズルの径方向に対向する位置において、上記軸線方向の他方側に向かうほど縮径するテーパ状の整流壁が形成されている。

【発明の効果】

【0015】

上記構成の溶接トーチにおいては、チップボディの内部空間に導入されたシールドガスは、第１噴出孔、第１環状空間、第２噴出孔を介してノズル内空間（第２環状空間）に導出され、ノズルの先端（軸線方向の一方側端部）から、溶接ワイヤを取り囲む噴流として噴射される。

【0016】

そして、ノズル内空間（第２環状空間）は、ノズルの基端側（軸線方向の他方側）において封鎖部により実質的に閉じており、かつ第２噴出孔は、その出口開口が上記封鎖部の至近に位置させられていることから、第２噴出孔から導出されたシールドガスは、ノズル内空間を基端側に向かう流れが抑制されることにより渦の発生に起因する偏流が軽減されて円滑に先端側に向かわせられる。その結果、ノズル先端から噴射されるガス流の層流長が延長させられ、溶接対象部位においてシールドガスによる十分なシールド幅が確保され、溶接品位が向上する。

【0017】

本発明のその他の特徴および利点は、図面を参照して以下に行う詳細な説明から、より明らかとなろう。

【図面の簡単な説明】

【0018】

【図1】本発明の第１実施形態に係る溶接トーチの縦断面図である。

【図2】図１のII-II線に沿う断面図である。

【図3】図１のIII-III線に沿う断面図である。

【図4】オリフィス部材の斜視図である。

【図5】本発明の第２実施形態に係る溶接トーチの縦断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0019】

以下、本発明の好ましい実施の形態につき、図面を参照して具体的に説明する。

【0020】

図１～図４は、本発明の第１実施形態に係る溶接トーチＡ１を示す。この溶接トーチＡ１は、トーチボディ１と、チップボディ２と、オリフィス部材３と、ノズル４と、インシュレータ５と、給電チップ７と、ガイドライナ８と、を含んでいる。

【0021】

チップボディ２は筒状をしており、トーチボディ１の先端に接続されている。チップボディ２は、軸線Ｏｘ方向に延びており、円筒状の内周面１２を有する。この内周面１２で囲まれた領域は、チップボディ２の内部空間２４に相当する。チップボディ２は、トーチボディ１の先端に対し、ねじ手段２３によって取り付けられている。チップボディ２は、導電性金属材料からなり、トーチボディ１から溶接電流の給電を受ける。このチップボディ２はまた、後述するオリフィス部材３と協働して第１環状空間２１を形成するとともに、内部空間２４から第１環状空間２１に通じる第１噴出孔２２を有するが、これについては後に詳述する。

【0022】

チップボディ２の先端側（軸線Ｏｘ方向一方側）には、筒状の給電チップ７がねじ手段７１により接続されている。この給電チップ７は、導電性金属材料からなり、チップボディ２と導通している。この給電チップ７はまた、上記軸線Ｏｘと同軸状のワイヤガイド孔７２を有しており、当該ワイヤガイド孔７２に挿通されて先端から繰り出されるワイヤに接触してこのワイヤに溶接電流を給電する。

【0023】

オリフィス部材３は、チップボディ２の径方向外側に配置され、全体として筒状を呈している。オリフィス部材３は、図１および図４に示すように、基端側（軸線Ｏｘ方向他方側）に大径部３１が、軸線Ｏｘ方向中間部に円筒状外面を有する中経部３２が、先端側（軸線Ｏｘ方向一方側）に先端に向かうほど縮径するテーパ外面部３３が、それぞれ設けられている。このオリフィス部材３は、その先端側のテーパ外面部３３において、その内周がねじ手段３３１によりチップボディ２に固定されている。このオリフィス部材３はまた、第１環状空間２１から後記するノズル４の内部空間４１（第２環状空間４１１）に通じる第２噴出孔３４を有するが、これについては後に詳述する。

【0024】

インシュレータ５は、全体として筒状を呈しており、オリフィス部材３の基端側（軸線Ｏｘ方向他方側）に隣接させて、内周がねじ手段５１によりチップボディ２の外周に接続されている。このインシュレータ５の後端に拡径状に形成された受容穴５２には、トーチボディ１の先端がその外皮部材１３とともに挿入接続されている。

【0025】

ノズル４は、軸線Ｏｘと同軸状に延びる円筒状の部材であり、その先端側（軸線Ｏｘ方向一方側）はやや縮径しつつ開放しているとともに、その基端側（軸線Ｏｘ方向他方側）の内周がインシュレータ５の外周に対してねじ手段４２により連結されている。このノズル４の内部空間は、オリフィス部材３の外周との間に第２環状空間４１１を形成する。なお、本実施形態において、上記ねじ手段４２は、特にメートル細目ねじが採用されている。

【0026】

ガイドライナ８は、トーチボディ１の内部空間１２およびチップボディ２の内部空間２４に配置されている。このガイドライナ８は、可撓性を有する筒状とされており、ワイヤ（図示略）を挿通させることによってこのワイヤを案内する機能を果たす。溶接トーチＡ１に送給されるワイヤは、トーチボディ１の内部空間１１およびチップボディ２の内部空間２４においてガイドライナ８に案内されつつ、給電チップ７のワイヤガイド孔７２を通り、給電チップ７の先端から導出される。

【0027】

図１に表れているように、第１環状空間２１は、チップボディ２の外周面を軸線Ｏｘ方向の一定長さにわたって縮径させた環状凹外面部２５を設けるとともに、オリフィス部材３の内周面を軸線Ｏｘ方向の一定長さにわたって拡径させた環状凹内面部３５を設けることにより形成されている。この第１環状空間２１は、チップボディ２の外周面とオリフィス部材３の内周面との間に形成されればよいのであって、チップボディ２に環状凹外面部２５を設ける場合、オリフィス部材３に環状凹内面部３５を設けなくともよいし、オリフィス部材３に環状凹内面部３５を設ける場合、チップボディ２に環状凹外面部２５を設けなくともよい。

【0028】

第１噴出孔２２は、チップボディ２の内部空間２４から第１環状空間２１に通じるように設ければよいが、本実施形態では、第１環状空間２１の先端側（軸線Ｏｘ方向一方側）に形成している。この第１噴出孔２２はまた、図２に示すように、チップボディ２の周方向に複数個所、例えば９０度ずつ隔てて４カ所形成されている。

【0029】

図１に示すように、第２環状空間４１１の基端側（軸線Ｏｘ方向他方側）は、オリフィス部材３の基端側の大径部３１の外周３１１をノズル４の内周面４３に接触または近接させることにより形成される封鎖部３６により、実質的に閉じられている。

【0030】

オリフィス部材３に設ける第２噴出孔３４は、その出口開口３４１が上記封鎖部３６の至近に位置するように設けられる。本実施形態では、オリフィス部材３の大径部３１の軸線Ｏｘ方向の一方側（ノズル４の先端側）の側面を、軸線Ｏｘ方向の他方側に向かうほど拡径するテーパ面３１２とし、このテーパ面３１２に第２噴出孔３４の出口開口３４１を位置させている。本実施形態では、第２噴出孔３４は、オリフィス部材３の径方向に貫通する円形穴の形態としているが、その出口開口３４１は、当該第２噴出孔３４の断面積より大きい楕円形状となる。なお、図３に示すように、この第２噴出孔３４は、オリフィス部材３の周方向に等間隔で複数個所、たとえば１２個所程度設けられている。

【0031】

次に、本実施形態に係る溶接トーチＡ１の作用について説明する。

【0032】

上記構成の溶接トーチＡ１においては、チップボディ２の内部空間２４に導入されたシールドガスは、図１に経路を矢印で示すように、第１噴出孔２２、第１環状空間２１、第２噴出孔３４を介してノズル４の内部空間４１（第２環状空間４１１）に導出され、ノズル４の先端側（軸線Ｏｘ方向の一方側）端部から、ワイヤ（図示略）を取り囲む噴流として噴射される。

【0033】

ノズル４の内部空間４１（第２環状空間４１１）は、ノズル４の基端側（軸線Ｏｘ方向の他方側）において封鎖部３６により実質的に閉じており、かつ第２噴出孔３４は、その出口開口３４１が封鎖部３６の至近に位置させられていることから、第２噴出孔３４から導出されたシールドガスは、ノズル４の内部空間４１（第２環状空間４１１）を基端側（軸線Ｏｘ方向の他方側）に向かう流れが抑制される。これにより、シールドガスは、渦の発生に起因する偏流が軽減されて円滑に先端側に向かわせられる。その結果、ノズル４の先端から噴射されるガス流の層流長が延長され、溶接対象部位においてシールドガスによる十分なシールド幅が確保され、溶接品位が向上する。

【0034】

本実施形態においては、第２噴出孔３４は、オリフィス部材３の大径部３１に形成したテーパ面３１２に出口開口３４１が位置させられている。これにより第２噴出孔３４から導出されるガス流に斜め前方側（軸線Ｏｘ方向の一方側）に傾く成分が生じるため、ガス流が円滑にノズル先端に向けて方向転換させられ、ノズル４の内部空間４１を流れるガス流における渦の発生やそれによる偏流を軽減する効果がより高まる。しかも、第２噴出孔３４の出口開口３４１の大きさは、当該第２噴出孔３４の断面積より大きくなるので（出口開口３４１の形状は、楕円形となる）、第２噴出孔３４からのガス噴出時の圧力損失が軽減される。これにより、シールドガスをより効率的にノズル４の先端から噴射できるようになる。

【0035】

さらに、本実施形態においては、ノズル４の基端側（軸線Ｏｘ方向他方側）の内周をインシュレータ５の外周に対して連結するねじ手段４２として、特にメートル細目ねじが採用されている。これにより、当該ねじ手段４２としてたとえば台形ねじを採用することに比較し、ノズル４の内部空間４１から溶接トーチＡ１の基端側（軸線Ｏｘ方向他方側）へのガス漏れを抑制することができ、このこともシールドガスの節約ないしはシールドガスによるより効率的なシールド作用につながる。また、チップボディ２ないし給電チップ７に対し、ノズル４をより正確に同一軸線上に配置することができ、このことも、シールドガスが適正に溶接対象部位を囲むことになり、溶接品位の向上につながる。

【0036】

図５は、本発明の第２実施形態に係る溶接トーチＡ２の要部を示す。図において、第１実施形態に係る溶接トーチＡ１と同一または近似する部材または部分には、同一の参照符号を付して適宜説明を省略する。

【0037】

この溶接トーチＡ２においては、オリフィス部材３の後端側（軸線Ｏｘ方向他方側）に形成される大径部３１をフランジ状とするとともに、第２噴出孔３４を大径部３１の前方側（軸線Ｏｘ方向一方側）至近に設ける一方、ノズル４の内周面には、第２噴出孔３４の出口開口３４１とノズル４の径方向に対向する位置において、前方側（軸線Ｏｘ方向他方側）に向かうほど拡径するテーパ状の整流壁４５が環状に一体形成されている。

【0038】

このように構成することにより、第２噴出孔３４から導出されたシールドガスは、ノズル４の内部空間４１（第２環状空間４１１）を基端側（軸線Ｏｘ方向の他方側）に向かうことなく、シールドガスの全量が整流壁４５によりノズル４の内部空間４１の前方側（軸線Ｏｘ方向の他方側）に向きを変えられる。これにより、シールドガスは、渦の発生に起因する偏流が著しく軽減されて円滑に先端側に向かわせられる。その結果、ノズル４の先端から噴射されるガス流の層流長が延長され、溶接対象部位においてシールドガスによる十分なシールド幅が確保され、溶接品位が向上する。

【0039】

以上、本発明の実施形態を説明したが、本発明の範囲は上記した実施形態に限定されるものではなく、各請求項に記載した事項の範囲内でのあらゆる変更は、すべて本発明の範囲に包摂される。

【符号の説明】

【0040】

Ａ１，Ａ２：溶接トーチ、２：チップボディ、２１：第１環状空間、２２：第１噴出孔、２４：内部空間、３：オリフィス部材、３１：大径部、３１２：テーパ面、３４：第２噴出孔、３４１：出口開口、３６：封鎖部、４：ノズル、４１１：第２環状空間、４２：ねじ手段、４３：内周面、５：インシュレータ、

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】