特開 2023-91984 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】P2023091984

(43)【公開日】2023-07-03

(54)【発明の名称】溶接トーチ

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/29 20060101AFI20230626BHJP

【ＦＩ】

B23K9/29 F

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021206906

(22)【出願日】2021-12-21

(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】土井 和徳

【テーマコード（参考）】

4E001

【Ｆターム（参考）】

4E001LB06

4E001LD01

4E001LH02

4E001MA01

4E001NA02

(57)【要約】

【課題】シールドガスの流量損失を低減するとともに、ノズルとチップボディの芯ずれを回避して、ノズル先端からシールドガスを安定して噴射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の径方向外側に配置され、軸線Ｏｘ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の内部空間に導入されるシールドガスがオリフィス部材３を経由してノズル４の先端から噴射される溶接トーチにおいて、ノズル４は軸線Ｏｘ方向の他方側がトーチフロントボディ１４に対してねじ手段４２により締結されており、ねじ手段４２よりも軸線Ｏｘ方向の一方側のノズル４とトーチフロントボディ１４との間に、環状の弾性シール部材５２が設けられている。
【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、上記チップボディの内部空間に導入されるシールドガスが上記オリフィス部材を経由して上記ノズルの先端から噴射される溶接トーチにおいて、
上記ノズルは上記軸線方向の他方側がトーチフロントボディに対してねじ手段により締結されており、
上記ねじ手段よりも上記軸線方向の一方側の上記ノズルと上記トーチフロントボディとの間に、環状の弾性シール部材が設けられていることを特徴とする、溶接トーチ。

【請求項2】

水冷式の冷却構造を有している、請求項１に記載の溶接トーチ。

【請求項3】

上記弾性シール部材は、Ｏリングである、請求項２に記載の溶接トーチ。

【請求項4】

上記ねじ手段は、細目ねじを採用している、請求項１ないし３のいずれかに記載の溶接トーチ。

【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】

また、チップボディを取り囲んでノズル内空間を形成するノズルは、その基端がトーチのフロントボディ（インシュレータ）に対して角ねじまたは台形ねじで締結されている。

【0006】

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。

【0007】

特許文献１に記載された構成では、ノズルは、その基端が角ねじまたは台形ねじでトーチのフロントボディに締結されているため、オリフィス部材の第２噴出孔からノズル内空間に導出されたシールドガスがノズル内空間の基端側から角ねじまたは台形ねじの締結部の隙間から外部に漏出し、このことがシールドガスの流量損失につながることがあった。

【0008】

特許文献１に記載された構成ではまた、角ねじまたは台形ねじによる締結部に緩みが生じやすく、ノズルの軸心がチップボディの軸心に対してずれる事態が起こり得、その場合、ノズル先端から噴射されるガス流に偏流が生じてシールド性を悪化させ、これが溶接品位を低下させる要因となり得た。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0009】

【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】

【0010】

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、シールドガスの流量損失を低減するとともに、ノズルとチップボディの芯ずれを回避して、ノズル先端からシールドガスを安定して噴射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】

【0011】

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。

【0012】

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、上記チップボディの内部空間に導入されるシールドガスが上記オリフィス部材を経由して上記ノズルの先端から噴射される溶接トーチにおいて、上記ノズルは上記軸線方向の他方側がトーチフロントボディに対してねじ手段により締結されており、上記ねじ手段よりも上記軸線方向の一方側の上記ノズルと上記トーチフロントボディとの間に、環状の弾性シール部材が設けられていることを特徴とする。

【0013】

好ましい実施の形態では、水冷式の冷却構造を有している。

【0014】

好ましい実施の形態では、上記弾性シール部材は、Ｏリングである。

【0015】

好ましい実施の形態では、上記ねじ手段は、細目ねじを採用している。

【発明の効果】

【0016】

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、オリフィス部材を経由してノズル内空間に導出され、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。

【0017】

ノズルは、その基端側（軸線方向他方側）がねじ手段によりトーチフロントボディに締結されるが、上記構成の溶接トーチにおいては、上記ねじ手段よりも上記軸線方向の一方側（ノズル先端側）の上記ノズルと上記トーチフロントボディとの間に、環状の弾性シール部材が設けられていることから、オリフィス部材を経由してノズル内空間に導出されたシールドガスが上記ねじ手段に内在する隙間を介して外部に漏出することを有効に回避することができる。その結果、シールドガスの流量損失を低減することができる。また、弾性シール部材は、上記ねじ手段による締結部の緩みを防止する効果もある。

【0018】

溶接トーチが水冷式の冷却構造を有するものとする場合には、上記弾性シール部材として、安価に入手可能なＯリングを採用しても、熱による劣化の心配なく使用に耐えることができる。

【0019】

さらに、ねじ手段として特に細目ねじを採用する場合には、ねじ締結部の緩みが発生し難くなるとともに、内在する隙間を極小化することができるので、上記弾性シール部材のシール機能と相まって、シールドガスの漏出防止効果をより高めることができる。加えて、ねじ締結部の緩みに起因するノズルとチップボディの芯ずれを防止し、ノズル先端からのシールドガスの噴射の安定性を維持することができる。

【0020】

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】

【0021】

【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の要部拡大図である。

【図3】図１のIII-III線に沿う断面図である。

【図4】図１のIV-IV線に沿う断面図である。

【図5】図１のV-V線に沿う断面図である。

【図6】図１のVI-VI線に沿う断面図である。

【発明を実施するための形態】

【0022】

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。

【0023】

図１～図６は、本発明の一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、水冷式の冷却構造を有するものであり、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、給電チップ７と、ガイドライナ８と、を基本的に含んでいる。トーチボディ１は、その先端にトーチフロントボディ１４を含んでおり、当該トーチフロントボディ１４は、冷却回路構成部材６と、インシュレータ５を含んでいる。

【0024】

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、すなわちトーチフロントボディ１４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、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。

【0025】

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。

【0026】

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２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径部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。

【0027】

トーチフロントボディ１４は、チップボディ２の軸線Ｏｘ方向他方側に隣接する内筒１４１と、オリフィス部材３の軸線Ｏｘ方向他方側に隣接して内周面がトーチボディ１の内周面１１と連続する中間筒１４２と、当該中間１４２筒に外嵌される冷却回路構成部材６と、当該冷却回路構成部材６に外嵌されるインシュレータ５とを含む。冷却回路構成部材６とインシュレータ５は、いずれも全体として筒状をしている。内筒１４１の先端（軸線Ｏｘ方向一方側）は、チップボディ２の後端に対して接合されており、チップボディ２への給電経路を担う。

【0028】

中間筒１４２ないしトーチボディ１の内周面１１と内筒１４１の外周面との間の空間には、冷却水の往路１５と復路１６が形成されており、これら往路１５と復路１６は、トーチボディ１の基端に設けられる図示しない冷却水導入ポートと冷却水回収ポートにそれぞれ連通させられている。

【0029】

図１、図２、図５によく表れているように、冷却回路構成部材６の外面とインシュレータ５の内面が協働して環状の冷却水路６１を形成しており、当該環状の冷却水路６１には、図２、図５に矢印で示すように、中間筒１４２および冷却回路構成部材６に上記往路１５に連通するように設けた往路通水孔６２から冷却水が導入され、この冷却水は、中間筒１４２および冷却回路構成部材６に上記復路１６に連通するように設けた復路通水孔６３から上記復路１６に戻される。このような冷却構造を有することにより、溶接アークからの熱の影響を受けるトーチフロントボディ１４付近を熱変形や不要なスパッタ付着から防護することができる。

【0030】

冷却回路構成部材６の内周には、中間筒１４２との間の水密性を確保するためのＯリング６４が適宜設けられ、当該冷却回路構成部材６の外周には、インシュレータ５との間の水密性を確保するためのＯリング６５が適宜設けられている。冷却回路構成部材６には、インシュレータ５の後端部外周を覆うキャップ部１７１を有するナット部材１７がねじ付けられ、上記Ｏリング６５による水密性保持機能をより確実なものとしている。

【0031】

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（トーチフロントボディ１４）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などの細目ねじが採用されている。

【0032】

さらには、ねじ手段４２よりも軸線Ｏｘ方向一方側におけるインシュレータ５の外周面には、環状凹溝５１が形成され、当該環状凹溝５１には、外周がノズル４の内周面に弾性圧接する、弾性シール部材５２の一例としてのＯリング５２１が保持されている。

【0033】

ガイドライナ８は、内筒１４１の内部空間ないしチップボディ２の内部空間２４にわたって配置されている。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ないしチップボディ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。

【0034】

図１、図２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。

【0035】

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３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。

【0036】

オリフィス部材３に設ける第２噴出孔３４は、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。なお、図４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。

【0037】

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。

【0038】

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２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。

【0039】

ノズル４は、その基端側（軸線方向他方側）がねじ手段４２によりトーチフロントボディ１４に締結されるが、上記構成の溶接トーチＡ１においては、上記ねじ手段４２よりも上記軸線Ｏｘ方向の一方側（ノズル先端側）のノズル４とトーチフロントボディ１４との間に、環状の弾性シール部材５２が設けられていることから、オリフィス部材３を経由してノズル４の内部空間４１に導出されたシールドガスがねじ手段４２に内在する隙間を介して外部に漏出することを有効に回避することができる。その結果、シールドガスの流量損失を低減することができる。また、弾性シール部材５２は、ねじ手段４２による締結部の緩みを防止する効果もある。

【0040】

本実施形態に係る溶接トーチＡ１は水冷式の冷却構造を有するものとしており、弾性シール部材５２として、安価に入手可能なＯリング５２１を使用することができ、このＯリング５２１は、熱による劣化の心配なく使用に耐えることができる。

【0041】

本実施形態では、ノズル４をインシュレータ５（トーチフロントボディ１４）に締結するねじ手段４２として特に細目ねじを採用しているので、ねじ締結部の緩みが発生し難くなるとともに、内在する隙間を極小化することができる。これにより、弾性シール部材５２（Ｏリング５２１）のシール機能と相まって、シールドガスの漏出防止効果をより高めることができる。加えて、ねじ締結部の緩みに起因するノズル４とチップボディ２の芯ずれを防止し、ノズル先端からのシールドガスの噴射の安定性を維持することができる。

【0042】

本実施形態では、オリフィス部材３の第２噴出孔３４は、その出口開口３４１が第２環状空間４１１の後端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、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る。

【0043】

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。

【0044】

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。

【0045】

例えば、上記実施形態は、水冷式の冷却構造を有する溶接トーチに本発明を適用しているが、水冷式であるかどうかは、問われない。

【0046】

さらに、上記実施形態では、ノズル４をねじ手段４２で締結する対象としてのトーチフロントボディ１４の部分として、具体的にはインシュレータ５を締結対象としているが、この締結対象は、インシュレータ５である必要はない。

【符号の説明】

【0047】

Ａ１：溶接トーチ、１４：トーチフロントボディ、２：チップボディ、３：オリフィス部材、４：ノズル、４２：ねじ手段、５２：弾性シール部材、５２１：Ｏリング

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】