特開 2023-97594 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】P2023097594

(43)【公開日】2023-07-10

(54)【発明の名称】溶接トーチ

(51)【国際特許分類】

   B23K 10/00 20060101AFI20230703BHJP

   B23K 10/02 20060101ALI20230703BHJP

【ＦＩ】

B23K10/00 504

B23K10/02 A

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2021213804

(22)【出願日】2021-12-28

(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】100168099

【弁理士】

【氏名又は名称】鈴木 伸太郎

(72)【発明者】

【氏名】高田 主税

【テーマコード（参考）】

4E001

【Ｆターム（参考）】

4E001AA03

4E001BA04

4E001BB11

4E001DD02

4E001DD03

4E001ME04

(57)【要約】

【課題】構造の簡素化および先端部の小型化を図りつつ、低溶融金属を溶接するのに適した溶接トーチを提供する。
【解決手段】溶接トーチＡ１は、軸線ＣＬ方向に延びる電極２５と、電極２５の外側に配置された第１部材３０と、電極２５の外側に配置された内側ノズル３５と、第１部材３０と内側ノズル３５に跨って外嵌され、第１部材３０と内側ノズル３５の双方に係止する係止部材３８と、内側ノズル３５の外側に配置された外側ノズル３６と、電極２５の外側且つ内側ノズル３５の内側に配置された芯出し部材３９と、を備え、芯出し部材３９は電極２５に対して同心円状に外嵌され、且つ内側ノズル３５は芯出し部材３９に対して同心円状に外嵌され、電極２５と内側ノズル３５との間には、第１不活性ガスを流す第１ガス流路Ｇ１が形成され、内側ノズル３５と外側ノズル３６との間には、第２不活性ガスを流す第２ガス流路Ｇ２が形成されている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

軸線方向に延びる非消耗電極と、
前記非消耗電極の径方向外側に配置された筒状の第１部材と、
前記非消耗電極の径方向外側で、且つ前記第１部材に対して前記軸線方向の一方側に配置された内側ノズルと、
前記第１部材における前記軸線方向の一方側の第１端部、および前記内側ノズルにおける前記軸線方向の他方側の第２端部に跨って外嵌され、前記第１部材および前記内側ノズルの双方に係止する係止部材と、
前記内側ノズルの径方向外側に配置された外側ノズルと、
前記非消耗電極の径方向外側で、且つ前記内側ノズルの径方向内側に配置された電極芯出し部材と、を備え、
前記電極芯出し部材は、前記非消耗電極に対して同心円状に外嵌され、且つ前記内側ノズルは前記電極芯出し部材に対して同心円状に外嵌されており、
前記非消耗電極と前記内側ノズルとの間には、第１不活性ガスを流すための第１ガス流路が形成されており、
前記内側ノズルと前記外側ノズルとの間には、第２不活性ガスを流すための第２ガス流路が形成されている、溶接トーチ。

【請求項2】

前記係止部材と前記第１部材の前記第１端部とは、ねじ接続されている、請求項１に記載の溶接トーチ。

【請求項3】

前記第１ガス流路に通じる第１ガス入口と、前記第２ガス流路に通じる第２ガス入口と、を有し、
前記第１ガス入口に導入される前記第１不活性ガスの流量、および前記第２ガス入口に導入される前記第２不活性ガスの流量は、それぞれ個別に調整される、請求項１または２に記載の溶接トーチ。

【請求項4】

前記第１不活性ガスおよび前記第２不活性ガスは、いずれもアルゴンガスおよびヘリウムガスより選択される少なくとも１種のガスである、請求項３に記載の溶接トーチ。

【請求項5】

前記第１ガス流路において前記非消耗電極と前記内側ノズルとの最小隙間である第１最小隙間は、前記第２ガス流路において前記内側ノズルと前記外側ノズルとの最小隙間である第２最小隙間の０．２～０．５倍である、請求項１ないし４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、溶接トーチに関する。

【背景技術】

【0002】

非消耗電極を備えた溶接トーチを用いて行う溶接（ＴＩＧ溶接法やプラズマ溶接法）では、通常、タングステンで形成された電極（非消耗電極）と被溶接物との間にアークを発生させ、そのアークの熱で被溶接物を溶融する。ＴＩＧ溶接法では、ガスノズルと電極の間にシールドガスが流される。プラズマ溶接法では、シールドガスに加えて、電極の周囲に配置されたインサートチップの内部にプラズマガスを流すことで、アーク（プラズマアーク）が拘束される。その結果、集中性の良い高温プラズマ流が発生され、その保有エネルギを利用して溶接を行う。

【0003】

亜鉛めっき鋼板などの比較的融点が低い金属（低溶融金属）を溶接する場合、溶接熱によって亜鉛蒸気やヒュームが生じる。ヒューム等の金属が電極に付着すると、溶接時に発生するアークが不安定となる。ＴＩＧ溶接法においては、通常、電極の先端がノズル先端から突出しており、当該電極の先端がヒューム等の金属で覆われてしまうと、溶接開始時に着火不良が生ずるおそれがある。プラズマ溶接法においては、通常、電極を囲むインサートチップの先端よりも電極の先端が退避している。また、インサートチップの内部（電極の周囲）にプラズマガスが流される。このため、亜鉛めっき鋼板などの低溶融金属を溶接する場合、プラズマ溶接法では、ＴＩＧ溶接法と比べてヒューム等の金属は電極に付着しにくい。その一方、プラズマ溶接法では、上記ヒューム等の金属がインサートチップの先端に付着する場合があり、そうするとインサートチップ先端と合金化する。このインサートチップ先端の合金化によって、アーク不良や溶接不良を招くおそれがある。

【0004】

特許文献１においては、インサートチップの先端のプラズマガス噴出孔の周囲に、小径孔からなる複数のサイドプラズマガス噴出孔を設けた構成が開示されている。これら複数のサイドプラズマガス噴出孔を追加的に設けることで、溶接時において、インサートチップの先端へのヒューム等の付着の低減が図られている。しかしながら、特許文献１に記載された構造では、インサートチップの構造が複雑になるとともに、インサートチップ（溶接トーチ）の先端の大型化を招いてしまう。また、電極の周囲に隙間を設けて配置されたインサートチップの軸線が電極の軸芯からずれていると、インサートチップの先端から噴出するプラズマガスに偏流が生じ、溶接品質の低下を招くおそれがあった。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００９－１７２６４４号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

本発明は、このような事情のもとで考え出されたものであって、構造の簡素化および先端部の小型化を図りつつ、低溶融金属を溶接するのに適した溶接トーチを提供することを主たる課題とする。

【課題を解決するための手段】

【0007】

上記の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。

【0008】

本発明の第１の側面によって提供される溶接トーチは、軸線方向に延びる非消耗電極と、前記非消耗電極の径方向外側に配置された筒状の第１部材と、前記非消耗電極の径方向外側で、且つ前記第１部材に対して前記軸線方向の一方側に配置された内側ノズルと、前記第１部材における前記軸線方向の一方側の第１端部、および前記内側ノズルにおける前記軸線方向の他方側の第２端部に跨って外嵌され、前記第１部材および前記内側ノズルの双方に係止する係止部材と、前記内側ノズルの径方向外側に配置された外側ノズルと、前記非消耗電極の径方向外側で、且つ前記内側ノズルの径方向内側に配置された電極芯出し部材と、を備え、前記電極芯出し部材は、前記非消耗電極に対して同心円状に外嵌され、且つ前記内側ノズルは前記電極芯出し部材に対して同心円状に外嵌されており、前記非消耗電極と前記内側ノズルとの間には、第１不活性ガスを流すための第１ガス流路が形成されており、前記内側ノズルと前記外側ノズルとの間には、第２不活性ガスを流すための第２ガス流路が形成されている。

【0009】

好ましい実施の形態においては、前記係止部材と前記第１部材の前記第１端部とは、ねじ接続されている。

【0010】

好ましい実施の形態においては、前記第１ガス流路に通じる第１ガス入口と、前記第２ガス流路に通じる第２ガス入口と、を有し、前記第１ガス入口に導入される前記第１不活性ガスの流量、および前記第２ガス入口に導入される前記第２不活性ガスの流量は、それぞれ個別に調整される。

【0011】

好ましい実施の形態においては、前記第１不活性ガスおよび前記第２不活性ガスは、いずれもアルゴンガスおよびヘリウムガスより選択される少なくとも１種のガスである。

【0012】

好ましい実施の形態においては、前記第１ガス流路において前記非消耗電極と前記内側ノズルとの最小隙間である第１最小隙間は、前記第２ガス流路において前記内側ノズルと前記外側ノズルとの最小隙間である第２最小隙間の０．２～０．５倍である。

【0013】

本発明の第２の側面によって提供される溶接システムは、本発明の第１の側面に係る溶接トーチと、前記第１ガス流路および前記第２ガス流路の双方に通じるガス供給源と、前記ガス供給源と前記第１ガス流路との間に介在し、前記第１ガス流路を流れる前記第１不活性ガスの量を調整する第１ガス調整部と、前記ガス供給源と前記第２ガス流路との間に介在し、前記第２ガス流路を流れる前記第２不活性ガスの量を調整する第２ガス調整部と、を備える。

【0014】

本発明の第３の側面によって提供される溶接システムは、本発明の第１の側面に係る溶接トーチと、前記第１ガス流路に通じる第１ガス供給源と、前記第２ガス流路に通じる第２ガス供給源と、前記第１ガス供給源と前記第１ガス流路との間に介在し、前記第１ガス流路を流れる前記第１不活性ガスの量を調整する第１ガス調整部と、前記第２ガス供給源と前記第２ガス流路との間に介在し、前記第２ガス流路を流れる前記第２不活性ガスの量を調整する第２ガス調整部と、を備える。

【発明の効果】

【0015】

本発明に係る溶接トーチは、電極芯出し部材および係止部材を備える。電極芯出し部材は非消耗電極に対して同心円状に外嵌され、且つ内側ノズル電極芯出し部材に対して同心円状に外嵌されている。これにより、内側ノズルは、電極芯出し部材を介して非消耗電極に対して同心円状に配置されている。係止部材は、第１部材における軸線方向の一方側の第１端部と、内側ノズルにおける軸線方向の他方側の第２端部とに跨って外嵌されており、第１部材および内側ノズルの双方に係止する。このような構成によれば、係止部材と第１部材あるいは内側ノズルとの間には、径方向に多少の融通を持たせることができる。したがって、たとえば非消耗電極が製造誤差等に起因して多少曲がっていても、内側ノズルを非消耗電極に対して同心円状に配置することができる。

【0016】

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

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明に係る溶接トーチを備えた溶接システムの一例を示す概略構成図である。

【図2】本発明に係る溶接トーチの一例を示す斜視図である。

【図3】図２に示す溶接トーチの平面図である。

【図4】図３のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。

【図5】図３のＶ－Ｖ線に沿う断面図である。

【図6】図４のＶＩ－ＶＩ線に沿う拡大断面図である。

【図7】図４のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿う拡大断面図である。

【図8】図４のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿う拡大断面図である。

【図9】図４の部分拡大図である。

【図10】溶接システムの他の例を示す概略構成図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

以下、本発明の好ましい実施形態につき、図面を参照しつつ具体的に説明する。

【0019】

図１は、本発明に係る溶接トーチを備えた溶接システムの概略構成を示す図である。図２は、本発明に係る溶接トーチの一例を示す斜視図である。図３は、図２に示す溶接トーチの平面図である。図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。図５は、図３のＶ－Ｖ線に沿う断面図である。図６は、図４のＶＩ－ＶＩ線に沿う拡大断面図である。図７は、図４のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿う拡大断面図である。図８は、図４のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿う拡大断面図である。図９は、図４の部分拡大図である。

【0020】

図１に示す溶接システムＢ１は、被溶接物９に対して溶接を行うためのものである。被溶接物９は、金属よりなる板材である。より具体的には、被溶接物９は、たとえば亜鉛めっき鋼板などの低溶融金属よりなる板材である。図１に示す溶接システムＢ１は、ロボット１と、溶接トーチＡ１と、電源部４と、制御部５と、ガス供給源６と、第１ガス調整部７１と、第２ガス調整部７２と、ガス配管８と、を備えている。

【0021】

ロボット１は、マニピュレータ１１を備えており、たとえば多関節ロボットである。溶接トーチＡ１は、マニピュレータ１１に支持されている。マニピュレータ１１が駆動することにより、溶接トーチＡ１が上下前後左右に自在に移動できる。

【0022】

電源部４は、溶接トーチＡ１に電力を供給するものである。被溶接物９には、電源部４が接続されている。ガス供給源６は、溶接トーチＡ１に所定の溶接用ガスを供給するためのものである。本実施形態において、ガス供給源６は、不活性ガスを高圧状態で貯留するガスボンベである。ガス供給源６に貯留された不活性ガスのガス種は特に限定されず、たとえばアルゴン（Ａｒ）ガスおよびヘリウム（Ｈｅ）ガスより選択される少なくとも１種のガスである。本実施形態において、ガス供給源６に貯留された不活性ガスは、アルゴンガスである。

【0023】

ガス配管８は、ガス供給源６から溶接トーチＡ１へ不活性ガスを送るためのガス流路である。本実施形態では、ガス配管８は、二手に分岐して延びる第１ガス配管８１および第２ガス配管８２を含む。第１ガス配管８１は、第１不活性ガスを溶接トーチＡ１へ送るためのガス流路である。第２ガス配管８２は、第２不活性ガスを溶接トーチＡ１へ送るためのガス流路である。

【0024】

第１ガス調整部７１は、第１ガス配管８１に設けられており、たとえば電磁弁および流量計を含んで構成される。本実施形態において、当該電磁弁は、溶接作業の際、適宜開度調整がなされる。本実施形態では、上記ガス供給源６から供給される不活性ガスは、第１ガス調整部７１により流量が調整されて、第１不活性ガスとして溶接トーチＡ１へ送られる。

【0025】

第２ガス調整部７２は、第２ガス配管８２に設けられており、たとえば電磁弁および流量計を含んで構成される。本実施形態において、当該電磁弁は、溶接作業の際、適宜開度調整がなされる。本実施形態では、上記ガス供給源６から供給される不活性ガスは、第２ガス調整部７２により流量が調整されて、第２不活性ガスとして溶接トーチＡ１へ送られる。

【0026】

制御部５は、非消耗電極２５と被溶接物９との間の電圧の制御や、第１ガス調整部７１および第２ガス調整部７２の電磁弁の開度の制御を行う。制御部５は、第１ガス調整部７１における電磁弁の開度と、第２ガス調整部７２における電磁弁の開度とを、別々に制御する。

【0027】

図２～図９に示すように、溶接トーチＡ１は、トーチボディ２０、非消耗電極２５、リアコレット２６、リアコレットボディ２７、コレット押え部材２８、コレット２９、コレットボディ３０、ブロック部材３１、カバー３２、ロックナット３３、絶縁リング３４、内側ノズル３５、外側ノズル３６、ノズルホルダ３７、係止部材３８および電極芯出し部材３９を備えて構成されている。

【0028】

本実施形態において、トーチボディ２０は、ブロック部材２１および筒状部材２２～２４を含む。筒状部材２３は、筒状部材２２の径方向外側に配置されている。筒状部材２４は、筒状部材２３の径方向外側に配置されている。これら筒状部材２２～２４は、同心円状に配置されている。ブロック部材２１は、筒状部材２２～２４を支持している。本実施形態では、ブロック部材２１に筒状部材２２が挿通された状態で、ブロック部材２１は筒状部材２２～２４を支持している。筒状部材２２～２４は、たとえばろう付け等の適宜手段により、ブロック部材２１と一体に連結されている。ブロック部材２１は、電源部４からの電力供給を受ける部材であり、導電性材料よりなる。ブロック部材２１を構成する導電性材料としては、たとえば銅が挙げられる。筒状部材２２～２４は、導電性材料よりなる。筒状部材２２～２４を構成する導電性材料としては、たとえば銅が挙げられる。

【0029】

非消耗電極２５は、軸線ＣＬに沿って延びる棒状の導体である。非消耗電極２５は、たとえばタングステンからなる。非消耗電極２５は、たとえばコンジットケーブル（図示略）を介して電源部４に接続されており、被溶接物９との間にアーク電圧を印加した際には被溶接物９との間にアークを発生させる。

【0030】

非消耗電極２５は、電極主部２５１および電極テーパー部２５２を有する。電極主部２５１は、外径寸法が一定とされた部位であり、非消耗電極２５の先端を除いた大部分を占める。なお、電極主部２５１は、設計上において外径寸法が一定となるように略円柱状に形成された部位であり、製造上における多少の誤差を含み得る。電極主部２５１の外径寸法は特に限定されず、本実施形態においては、たとえば約３．２ｍｍである。電極テーパー部２５２は、電極主部２５１に対して非消耗電極２５の先端側（軸線ＣＬ方向の一方側）につながっている。電極テーパー部２５２は、非消耗電極２５の先端側（軸線ＣＬ方向の一方側）に向かうにつれて径寸法が小とされており、略円錐形状である。

【0031】

リアコレット２６、リアコレットボディ２７、コレット押え部材２８、コレット２９、およびコレットボディ３０は、これらが互いに協働することにより非消耗電極２５を保持するものである。リアコレット２６、リアコレットボディ２７、コレット押え部材２８、コレット２９、およびコレットボディ３０は、導電性材料よりなる。リアコレット２６、リアコレットボディ２７、コレット押え部材２８、コレット２９、およびコレットボディ３０を構成する導電性材料としては、たとえば銅が挙げられる。

【0032】

リアコレット２６およびコレット２９は、非消耗電極２５を囲んでいる。リアコレット２６は、非消耗電極２５の基端寄り（軸線ＣＬ方向の他方側：図４、図５における図中上側）に配置されている。コレット２９は、非消耗電極２５の先端寄り（軸線ＣＬ方向の一方側：図４、図５における図中下側）に配置されている。

【0033】

リアコレットボディ２７は、リアコレット２６の径方向外側に配置されている。また、リアコレットボディ２７は、筒状部材２２の径方向内側に配置されている。詳細な図示説明は省略するが、リアコレットボディ２７は、筒状部材２２に対してねじ部が螺合している。リアコレットボディ２７の軸線ＣＬ方向における他方側（図４、図５における図中上側）には摘み部２７１が設けられている。この摘み部２７１を回すことによって、リアコレットボディ２７は、筒状部材２２に対する軸線ＣＬ方向の位置の調整が可能である。リアコレットボディ２７の軸線ＣＬ方向における一方側端は、コレット２９の軸線ＣＬ方向における他方側端に当接している。リアコレットボディ２７を軸線ＣＬ方向の一方側に移動させると、コレット２９は軸線ＣＬの一方側に押し付けられる。コレットボディ３０は、コレット２９の径方向外側に配置されている。コレットボディ３０は、トーチボディ２０に対して軸線ＣＬ方向の一方側に配置されている。コレットボディ３０は、非消耗電極２５の径方向外側に配置されており、筒状とされている。コレットボディ３０の軸線ＣＬ方向における他方側端は、筒状部材２２の軸線ＣＬ方向の一方側に、たとえばねじ接続されている。これにより、コレットボディ３０は、トーチボディ２０（筒状部材２２）に支持されている。

【0034】

コレット押え部材２８は、リアコレットボディ２７の径方向内側に配置されている。詳細な図示説明は省略するが、コレット押え部材２８は、リアコレットボディ２７に対してねじ部が螺合している。コレット押え部材２８の軸線ＣＬ方向における他方側（図４、図５における図中上側）には摘み部２８１が設けられている。この摘み部２８１を回すことによって、コレット押え部材２８は、リアコレットボディ２７に対する軸線ＣＬ方向の位置の調整が可能である。コレット押え部材２８の軸線ＣＬ方向における一方側端は、リアコレット２６の軸線ＣＬ方向における他方側端に当接している。コレット押え部材２８を軸線ＣＬ方向の一方側に移動させると、リアコレット２６は軸線ＣＬの一方側に押し付けられる。

【0035】

リアコレット２６およびコレット２９は、それぞれ、先端側（軸線ＣＬ方向の一方側：図４、図５における図中下側）において軸線ＣＬ方向に延びる複数のスリットが形成されており、隣接する相互のスリットの間に位置する複数ずつの可動片２６１，２９１を有する。上述のように、リアコレットボディ２７を軸線ＣＬ方向の一方側に移動させると、コレット２９は軸線ＣＬの一方側に押し付けられる。そして、コレット２９先端の複数の可動片２９１がコレットボディ３０の先端部に押し付けられて縮径し、コレット２９が非消耗電極２５を挟んで保持する。また、上述のように、コレット押え部材２８を軸線ＣＬ方向の一方側に移動させると、リアコレット２６は軸線ＣＬの一方側に押し付けられる。そして、リアコレット２６先端の複数の可動片２６１がリアコレットボディ２７の先端内周部に押し付けられて縮径し、リアコレット２６が非消耗電極２５を挟んで保持する。このように、リアコレット２６、リアコレットボディ２７、コレット押え部材２８、コレット２９、およびコレットボディ３０が互いに協働することによって、非消耗電極２５が強固に保持される。

【0036】

カバー３２は、絶縁性材料からなる筒状部材であり、筒状部材２４を覆っている。ロックナット３３は、筒状部材２４の下端（図４、図５における図中下方側端）にねじ接続されており、かつカバー３２の下端に当接している。

【0037】

図４、図５に示すように、内側ノズル３５は、非消耗電極２５の先端寄り（軸線ＣＬ方向の一方側）の周囲に配置されている。内側ノズル３５は、コレットボディ３０に対して下方側（軸線ＣＬ方向の一方側）に配置されている。内側ノズル３５は、略円筒状とされており、非消耗電極２５（電極主部２５１）の径方向外側に配置されている。本実施形態では、内側ノズル３５と非消耗電極２５との間には、電極芯出し部材３９が介在している。

【0038】

係止部材３８は、コレットボディ３０および内側ノズル３５の双方に跨って外嵌されている。より具体的には、係止部材３８は、コレットボディ３０の下端部（軸線ＣＬ方向の一方側の端部）と、内側ノズル３５の上端部（軸線ＣＬ方向の他方側の端部）とに跨って外嵌されている。係止部材３８は、雌ねじ部３８１および先端側円筒部３８２を有する。雌ねじ部３８１は、係止部材３８の上端側の内周に形成されている。先端側円筒部３８２は、係止部材３８の下端側に設けられている。先端側円筒部３８２は、他の部位よりも小径とされた円筒形状部である。段部３８３は、係止部材３８における軸線ＣＬ方向の中央に設けられている。図示した例において、係止部材３８は、袋ナット構造とされている。

【0039】

本実施形態においては、図４、図５、図９に示すように、係止部材３８とコレットボディ３０の下端部とは、ねじ接続されている。たとえばコレットボディ３０の下端部の外周には雄ねじ部３０１が形成されており、係止部材３８の雌ねじ部３８１がコレットボディ３０の雄ねじ部３０１に螺合している。一方、係止部材３８の先端側円筒部３８２は、内側ノズル３５に外嵌されるとともに、内側ノズル３５の軸線ＣＬ方向の他方側端の外周に設けられた鍔部３５１によって係止部材３８の段部３８３が係止されている。これにより、内側ノズル３５および係止部材３８の軸線ＣＬ方向への相対移動が制限されている。なお、上記構成のコレットボディ３０は、本発明の「第１部材」の一例に相当する。

【0040】

電極芯出し部材３９は、概略円筒状とされており、非消耗電極２５の径方向外側で、且つ内側ノズル３５の径方向内側に配置されている。内側ノズル３５における軸線ＣＬ方向の他方側の内周には凹部３５３が形成されており、この凹部３５３に電極芯出し部材３９の一部が内嵌されている。電極芯出し部材３９の内径寸法は非消耗電極２５（電極主部２５１）の外径寸法よりも僅かに大きい。これにより、これにより、電極芯出し部材３９は、非消耗電極２５に対して同心円状に外嵌されている。また、内側ノズル３５（凹部３５３）の内径寸法は電極芯出し部材３９の外径寸法よりも僅かに大きい。これにより、内側ノズル３５は、電極芯出し部材３９に対して同心円状に外嵌されている。したがって、内側ノズル３５は、電極芯出し部材３９を介して、非消耗電極２５に対して同心円状に配置されている。図８に示すように、電極芯出し部材３９の内周部には、複数の凹溝３９１が形成されている。これら凹溝３９１は、電極芯出し部材３９の周方向に一定間隔で設けられている。凹溝３９１が形成された部位は、非消耗電極２５との間に隙間が形成されており、当該隙間が後述の第１ガス流路Ｇ１を構成している。

【0041】

本実施形態において、非消耗電極２５の先端は、軸線ＣＬ方向において内側ノズル３５の先端と一致する、あるいは内側ノズル３５の先端から軸線ＣＬ方向の一方側に少し突出している。非消耗電極２５の先端が内側ノズル３５の先端から軸線ＣＬ方向の一方側に突出する突出長さＰ１は、たとえば０～２ｍｍの範囲である。

【0042】

ノズルホルダ３７は、筒状とされている。ノズルホルダ３７は、コレットボディ３０の軸線ＣＬ方向の中間部の外周に、たとえばろう付け等の手段によって一体に連結されている。

【0043】

図４、図５に示すように、外側ノズル３６は、内側ノズル３５の径方向外側に配置されている。図示した例では、外側ノズル３６は、概略円筒状とされており、先端側（軸線ＣＬ方向の一方側）が他の部位と比べて小径とされている。本実施形態において、外側ノズル３６は、非消耗電極２５および内側ノズル３５に対して同心円状に配置されている。外側ノズル３６は、ノズルホルダ３７の外周にねじ接続により取り付けられている。

【0044】

図４、図９等に示すように、本実施形態において、内側ノズル３５の先端は、外側ノズル３６の先端から軸線ＣＬ方向の一方側に突出している。内側ノズル３５の先端が外側ノズル３６の先端から軸線ＣＬ方向の一方側に突出する突出長さＰ２は、たとえば０～５ｍｍの範囲である。

【0045】

絶縁リング３４は、絶縁性材料からなる筒状部材である。絶縁リング３４は、軸線ＣＬ方向においてロックナット３３と外側ノズル３６との間に介在している。

【0046】

図４～図９に示すように、本実施形態において、溶接トーチＡ１には、第１ガス流路Ｇ１、第２ガス流路Ｇ２および冷却水流路Ｗが形成されている。

【0047】

第１ガス流路Ｇ１は、第１不活性ガスを流すための流路である。図４、図５、図９において、第１ガス流路Ｇ１における第１不活性ガスの流れを二点鎖線の矢印で示す。第１ガス流路Ｇ１は、リアコレットボディ２７と筒状部材２２との間、コレット２９とコレットボディ３０との間、非消耗電極２５（電極主部２５１）とコレット２９との間、非消耗電極２５（電極主部２５１）とコレットボディ３０との間、非消耗電極２５（電極主部２５１）と電極芯出し部材３９との間、および非消耗電極２５（電極主部２５１）と内側ノズル３５との間、にそれぞれ形成されている。

【0048】

本実施形態では、図５に示すように、筒状部材２２の上端部には、第１不活性ガスを導入する第１ガス入口２２１が設けられている。第１ガス入口２２１は第１ガス流路Ｇ１に通じている。第１ガス入口２２１から第１不活性ガスが導入されると、当該第１不活性ガスは、第１ガス流路Ｇ１において軸線ＣＬ方向の他方側から一方側に流れ、非消耗電極２５（電極主部２５１）と内側ノズル３５との間を通過した後に内側ノズル３５の先端の開口３５２から噴出する。

【0049】

第２ガス流路Ｇ２は、第２不活性ガスを流すための流路である。図４、図５、図９において、第２ガス流路Ｇ２における第２不活性ガスの流れを点線の矢印で示す。第２ガス流路Ｇ２は、筒状部材２３と筒状部材２４との間、筒状部材２２と筒状部材２４との間、コレットボディ３０と筒状部材２２との間、コレットボディ３０と絶縁リング３４との間、ノズルホルダ３７、係止部材３８と外側ノズル３６との間、および内側ノズル３５と外側ノズル３６との間、にそれぞれ形成されている。本実施形態において、図４および図７に示すように、筒状部材２２の下端部には、筒状部材２２の厚さ方向に貫通する複数の連通孔２２２が形成されている。複数の連通孔２２２は、筒状部材２２の周方向において均等に分散している。第２ガス流路Ｇ２において、筒状部材２２と筒状部材２４との間、およびコレットボディ３０と筒状部材２２との間は、複数の連通孔２２２を介して通じている。

【0050】

本実施形態では、図５に示すように、トーチボディ２０（ブロック部材２１）には、第２不活性ガスを導入する第２ガス入口２１１が設けられている。第２ガス入口２１１は第２ガス流路Ｇ２に通じている。第２ガス入口２１１から第２不活性ガスが導入されると、当該第２不活性ガスは、第２ガス流路Ｇ２において軸線ＣＬ方向の他方側から一方側に流れ、内側ノズル３５と外側ノズル３６との間を通過した後に外側ノズル３６の先端の開口３６２から噴出する。

【0051】

冷却水流路Ｗは、冷却水を流すための流路である。図４において、冷却水流路Ｗにおける冷却水の流れを実線の矢印で示す。冷却水流路Ｗは、主に筒状部材２２と筒状部材２３との間に形成されている。冷却水流路Ｗは、送水側流路Ｗ１および復水側流路Ｗ２を含む。詳細な図示説明は省略するが、ブロック部材２１の適所に設けられた冷却水導入口から冷却水が導入されると、当該冷却水は、送水側流路Ｗ１において軸線ＣＬ方向の他方側から一方側に流れる。その後、冷却水は、筒状部材２３の下端付近で折り返して復水側流路Ｗ２において軸線ＣＬ方向の一方側から他方側に流れ、ブロック部材２１に設けられた冷却水導出口から導出される。

【0052】

本実施形態において、第１ガス入口２２１に導入される第１不活性ガスの流量は、上述の第１ガス調整部７１（図１参照）により調整される。第１ガス調整部７１は、ガス供給源６と第１ガス流路Ｇ１との間に介在している。第１ガス流路Ｇ１を流れる第１不活性ガスの量は、第１ガス調整部７１によって所望に調整される。

【0053】

本実施形態では、第１ガス入口２２１に導入される第１不活性ガスの流量の調整は、第１ガス調整部７１において第１ガス配管８１を流れる第１不活性ガスの流量を調整することにより行う。第１ガス調整部７１の構成はこれに限定されず、たとえば第１ガス調整部７１において第１不活性ガスのガス圧力や流速を調整することにより、第１ガス入口２２１に導入される第１不活性ガスの流量を調整してもよい。したがって、第１ガス調整部７１において第１不活性ガスのガス圧力あるいは流速を調整する場合においても、本発明の「第１ガス入口（２２１）に導入される第１不活性ガスの流量を調整する」ことに含まれる。

【0054】

本実施形態において、第２ガス入口２１１に導入される第２不活性ガスの流量は、上述の第２ガス調整部７２（図１参照）により調整される。第２ガス調整部７２は、ガス供給源６と第２ガス流路Ｇ２との間に介在している。第２ガス流路Ｇ２を流れる第２不活性ガスの量は、第２ガス調整部７２によって所望に調整される。したがって、上述の第１ガス入口２２１に導入される第１不活性ガスの流量、および第２ガス入口２１１に導入される第２不活性ガスの流量は、それぞれ個別に調整することが可能である。第１ガス入口２２１に導入される第１不活性ガスの流量、および第２ガス入口２１１に導入される第２不活性ガスの流量は、それぞれ特に限定されない。第１ガス入口２２１に導入される第１不活性ガスの流量の一例を挙げると、５～１２Ｌ／ｍｉｎ程度である。第２ガス入口２１１に導入される第２不活性ガスの流量の一例を挙げると、５～１５Ｌ／ｍｉｎ程度である。

【0055】

本実施形態では、第２ガス入口２１１に導入される第２不活性ガスの流量の調整は、第２ガス調整部７２において第２ガス配管８２を流れる第２不活性ガスの流量を調整することにより行う。第２ガス調整部７２の構成はこれに限定されず、たとえば第２ガス調整部７２において第２不活性ガスのガス圧力や流速を調整することにより、第２ガス入口２１１に導入される第２不活性ガスの流量を調整してもよい。したがって、第２ガス調整部７２において第２不活性ガスのガス圧力あるいは流速を調整する場合においても、本発明の「第２ガス入口（２１１）に導入される第２不活性ガスの流量を調整する」ことに含まれる。

【0056】

図９に示すように、第１ガス流路Ｇ１における非消耗電極２５（電極主部２５１）と内側ノズル３５との隙間は、第２ガス流路Ｇ２における内側ノズル３５と外側ノズル３６との隙間よりも小である。第１ガス流路Ｇ１において非消耗電極２５（電極主部２５１）と内側ノズル３５との最小隙間（第１最小隙間Ｌ１）は、たとえば０．５～１．５ｍｍ程度である。第２ガス流路Ｇ２において内側ノズル３５と外側ノズル３６との最小隙間（第２最小隙間Ｌ２）は、たとえば２～５ｍｍ程度である。第２最小隙間Ｌ２に対する第１最小隙間Ｌ１の割合について、第１最小隙間Ｌ１は、たとえば第２最小隙間Ｌ２の０．２～０．５倍であり、好ましくは第２最小隙間Ｌ２の０．２～０．３倍である。また、第１ガス流路Ｇ１の第１最小隙間Ｌ１を流れる第１不活性ガスの流速は、たとえば８～１８ｍ／ｓｅｃ程度である。

【0057】

次に、本実施形態の作用について説明する。

【0058】

本実施形態の溶接トーチＡ１は、軸線ＣＬ方向に延びる非消耗電極２５と、内側ノズル３５と、外側ノズル３６と、を備えている。内側ノズル３５は、非消耗電極２５の外側に同心円状に配置されており、非消耗電極２５と内側ノズル３５との間には、第１不活性ガスを流すための第１ガス流路Ｇ１が形成されている。外側ノズル３６は、内側ノズル３５の径方向外側に配置されており、内側ノズル３５と外側ノズル３６との間には、第２不活性ガスを流すための第２ガス流路Ｇ２が形成されている。このような構成によれば、溶接作業時には、第１ガス流路Ｇ１を流れて内側ノズル３５の先端から噴出する第１不活性ガスがプラズマガスとして機能し、かつ第２ガス流路Ｇ２を流れて外側ノズル３６の先端から噴出する第２不活性ガスがシールドガスとして機能する。これにより、被溶接物９と非消耗電極２５先端との間に発生するアークが絞られ、エネルギ密度の高いアーク（プラズマアーク）を利用して、溶接を効率よく行うことができる。

【0059】

溶接トーチＡ１は、電極芯出し部材３９および係止部材３８を備える。電極芯出し部材３９は、非消耗電極２５に対して同心円状に外嵌されている。また、内側ノズル３５は、電極芯出し部材３９に対して同心円状に外嵌されている。これにより、内側ノズル３５は、電極芯出し部材３９を介して、非消耗電極２５に対して同心円状に配置されている。

【0060】

係止部材３８は、コレットボディ３０（第１部材）の下端部（軸線ＣＬ方向の一方側の第１端部）と、内側ノズル３５の上端部（軸線ＣＬ方向の他方側の第２端部）とに跨って外嵌されており、コレットボディ３０および内側ノズル３５の双方に係止する。このような構成によれば、係止部材３８とコレットボディ３０あるいは内側ノズル３５との間には径方向に多少の融通を持たせることができる。したがって、たとえば非消耗電極２５が製造誤差等に起因して多少曲がっていても、内側ノズル３５を非消耗電極２５に対して同心円状に配置することができる。

【0061】

内側ノズル３５が非消耗電極２５に対して芯ずれを起こすと、内側ノズル３５の先端の開口３５２から噴出する第１不活性ガス（プラズマガス）に偏流が生じる。第１ガス流路Ｇ１を構成する非消耗電極２５（電極主部２５１）と内側ノズル３５との最小隙間（第１最小隙間Ｌ１）は狭く、内側ノズル３５が芯ずれを起こすと第１不活性ガス（プラズマガス）の偏流を招きやすいが、上述のように電極芯出し部材３９および係止部材３８を具備する構造により、内側ノズル３５が非消耗電極２５に対して同心円状に配置されることが担保されている。このことは、溶接品質の向上に適する。

【0062】

係止部材３８とコレットボディ３０の下端部（軸線ＣＬ方向の一方側の第１端部）とは、ねじ接続されている。このような構成によれば、比較的簡単な構造によって、係止部材３８とコレットボディ３０との間に適度な寸法の融通を持たせることができる。また、内側ノズル３５を交換する際には、係止部材３８の雌ねじ部３８１を緩めることで内側ノズル３５を容易に取り外すことが可能であり、内側ノズル３５の交換作業性に優れる。

【0063】

また、内側ノズル３５が非消耗電極２５の径方向外側に同心円状に配置されているため、非消耗電極２５と内側ノズル３５との間の第１ガス流路Ｇ１を流れる第１不活性ガスについては、非消耗電極２５の周囲において略均一で比較的に高速な気流となって、内側ノズル３５先端の開口３５２から噴出する。これにより、亜鉛めっき鋼板などの低溶融金属よりなる被溶接物９を溶接する場合においても、非消耗電極２５の周囲を流れた高速気流の第１不活性ガスによって、溶接時に生じたヒューム等が吹き飛ばされる。したがって、非消耗電極２５先端や内側ノズル３５先端へのヒューム等の付着を防止することができる。

【0064】

さらに、非消耗電極２５の先端は軸線ＣＬ方向において内側ノズル３５の先端と一致する、あるいは内側ノズル３５の先端から軸線ＣＬ方向の一方側に少し突出している。非消耗電極２５の先端が内側ノズル３５の先端から軸線ＣＬ方向の一方側に突出する突出長さＰ１は、０～２ｍｍの範囲である。このような非消耗電極２５の先端位置によれば、非消耗電極２５と内側ノズル３５との隙間については、内側ノズル３５の軸線ＣＬ方向の中間から先端近傍に至る範囲において略一定に狭く保たれる。したがって、非消耗電極２５の周囲を流れる高速気流の第１不活性ガスは、内側ノズル３５先端の開口３５２から、流速が殆ど低下せずに噴出する。このことは、非消耗電極２５先端や内側ノズル３５先端へのヒューム等の付着を防止する上で好ましい。また、上述の作用効果は内側ノズル３５の形状や配置の工夫により実現され、溶接トーチＡ１の構造を比較的簡素にし、かつ溶接トーチＡ１の先端部の小型化を図ることが可能である。

【0065】

溶接トーチＡ１は、第１ガス流路Ｇ１に通じる第１ガス入口２２１と、第２ガス流路Ｇ２に通じる第２ガス入口２１１と、を有する。第１ガス入口２２１に導入される第１不活性ガスの流量、および第２ガス入口２１１に導入される第２不活性ガスの流量は、それぞれ個別に調整される。このような構成によれば、第２不活性ガス（シールドガス）の流量を増減させる調整を行う場合にも、第１不活性ガス（プラズマガス）の流量が意図せずに変化することはなく、第１不活性ガスの流量を好ましい値にすることが可能である。逆に第１不活性ガス（プラズマガス）の流量を調整した場合でも、第２不活性ガス（シールドガス）の流量は変化しない。すなわち、溶接トーチＡ１および溶接システムＢ１によれば、非消耗電極２５と被溶接物９との間に望ましい量の第１不活性ガス（プラズマガス）を供給可能であり、かつ、第２不活性ガス（シールドガス）を十分に供給可能である。第１不活性ガス（プラズマガス）の供給量を意図したように設定することができるため、被溶接物９と非消耗電極２５との間に発生するアーク（プラズマアーク）の制御がより容易となる。

【0066】

溶接トーチＡ１に供給されるガス（第１不活性ガスおよび第２不活性ガス）は、いずれもアルゴンガスおよびヘリウムガスより選択される少なくとも１種のガスである。このようにガス種が限定された不活性ガスだけが溶接トーチＡ１に供給される構成によれば、溶接用ガスの取り扱いおよび管理が容易である。また、本実施形態のように第１不活性ガスおよび第２不活性ガスが同一のガス種（アルゴンガス）である場合、溶接システムＢ１においては、第１不活性ガスおよび第２不活性ガスの供給源として単一のガス供給源６を備えていればよい。したがって、溶接トーチＡ１に供給されるガス（第１不活性ガスおよび第２不活性ガス）の管理がより容易であり、溶接システムＢ１の構成が簡略化される。

【0067】

溶接トーチＡ１において、第１ガス流路Ｇ１における非消耗電極２５（電極主部２５１）と内側ノズル３５との最小隙間（第１最小隙間Ｌ１）は、第２ガス流路Ｇ２における内側ノズル３５と外側ノズル３６との最小隙間（第２最小隙間Ｌ２）の０．２～０．５倍である。このように第２最小隙間Ｌ２に対する第１最小隙間Ｌ１の割合が小さくされていると、非消耗電極２５と内側ノズル３５との間を流れる第１不活性ガスの流速を効率よく速めることが可能である。したがって、非消耗電極２５先端や内側ノズル３５先端へのヒューム等の付着が適切に防止されるとともに被溶接物９と非消耗電極２５との間に生ずるアーク（プラズマアーク）が緊縮され、当該アークの集中性がより高まる。

【0068】

図１０は、本発明に係る溶接システムの他の例を示している。図１０に示した溶接システムＢ２においては、第１不活性ガスおよび第２不活性ガスの供給態様が上記実施形態の溶接システムＢ１と異なっている。溶接システムＢ２においては、上記実施形態のガス供給源６に代えて、第１ガス供給源６１および第２ガス供給源６２を備えている。第１ガス供給源６１は、第１不活性ガスを高圧状態で貯留するガスボンベである。第２ガス供給源６２は、第１不活性ガスとは異なる第２不活性ガスを高圧状態で貯留するガスボンベである。第１ガス供給源６１に貯留された第１不活性ガスおよび第２ガス供給源６２に貯留された第２不活性ガスのガス種は、特に限定されない。第１ガス供給源６１内の第１不活性ガスは、たとえばアルゴンガスである。第２ガス供給源６２内の第２不活性ガスは、たとえば、アルゴンガス、ヘリウムガスおよび窒素（Ｎ₂）ガスのいずれか１種、またはこれらの混合ガスである。

【0069】

第１ガス供給源６１には第１ガス配管８１が連結されており、第１ガス調整部７１は、第１ガス配管８１に設けられている。第１ガス供給源６１から供給される第１不活性ガスは、第１ガス調整部７１により流量が調整されて、溶接トーチＡ１へ送られる。第２ガス供給源６２には第２ガス配管８２が連結されており、第２ガス調整部７２は、第２ガス配管８２に設けられている。第２ガス供給源６２から供給される第２不活性ガスは、第２ガス調整部７２により流量が調整されて、溶接トーチＡ１へ送られる。図１０に示した溶接システムＢ２において、上記実施形態の溶接トーチＡ１および溶接システムＢ１と同様の構成の範囲において、上記実施形態と同様の作用効果を奏する。

【0070】

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。

【0071】

上記実施形態の溶接トーチＡ１において、外側ノズル３６が内側ノズル３５に対して同心円状に配置される場合について説明したが、本発明はこれに限定されない。外側ノズル３６が内側ノズル３５に対して径方向にオフセットして配置されていてもよい。また、第２不活性ガスを導入するための第２ガス入口については、外側ノズル３６の側面に設けられてもよい。

【符号の説明】

【0072】

Ａ１：溶接トーチ、２１１：第２ガス入口、２２１：第１ガス入口、２５：非消耗電極、３０：コレットボディ（第１部材）、３５：内側ノズル、３６：外側ノズル、３８：係止部材、３９：電極芯出し部材、Ｇ１：第１ガス流路、Ｇ２：第２ガス流路、ＣＬ：軸線、Ｐ１：突出長さ、Ｌ１：第１最小隙間、Ｌ２：第２最小隙間

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】

【図9】

【図10】