特開 2024-65142 溶接トーチ用ノズル

(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】P2024065142

(43)【公開日】2024-05-15

(54)【発明の名称】溶接トーチ用ノズル

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/29 20060101AFI20240508BHJP

【ＦＩ】

B23K9/29 L

【審査請求】未請求

【請求項の数】4

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022173879

(22)【出願日】2022-10-31

(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】110001195

【氏名又は名称】弁理士法人深見特許事務所

(72)【発明者】

【氏名】武井 優子

【テーマコード（参考）】

4E001

【Ｆターム（参考）】

4E001LB06

4E001LH06

4E001MB02

4E001NA01

(57)【要約】

【課題】シールド範囲を拡大させることが可能な溶接トーチ用ノズルを提供する。
【解決手段】溶接トーチ本体の先端に取り付けられ、コンタクトチップを取り囲むように設けられ、両端が開口する円筒形状の溶接トーチ用ノズル１３であって、先端部１３４と、溶接トーチ本体に装着される装着部１３１と、先端部１３４と装着部１３１とを連結する本体部１３２，１３３と、を含み、先端部１３４の先端には、全周にわたって均等のピッチで配置され、本体部１３２，１３３側に向かって延びる複数の凹部溝１３４ｂが設けられている。
【選択図】図４

【特許請求の範囲】

【請求項1】

溶接トーチ本体の先端に取り付けられ、コンタクトチップを取り囲むように設けられ、両端が開口する円筒形状の溶接トーチ用ノズルであって、
先端部と、
溶接トーチ本体に装着される装着部と、
前記先端部と前記装着部とを連結する本体部と、
を含み、
前記先端部の先端には、全周にわたって均等のピッチで配置され、前記本体部側に向かって延びる複数の凹部溝が設けられている、
溶接トーチ用ノズル。

【請求項2】

前記コンタクトチップの先端は、前記溶接トーチ用ノズルの前記先端部の開口端よりも先端側に露出している、
請求項１に記載の溶接トーチ用ノズル。

【請求項3】

前記本体部は、先端側に向かうしたがって窄む形態を有し、
前記先端部も、先端側に向かうしたがって窄む形態を有している、
請求項１に記載の溶接トーチ用ノズル。

【請求項4】

前記凹部溝の前記装着部側に向かう溝深さは、
前記先端部の開口部における前記凹部溝の開口幅よりも大きく設けられている、
請求項１に記載の溶接トーチ用ノズル。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、溶接トーチ用ノズルに関する。

【背景技術】

【0002】

母材同士を液相状態（溶融）状態で接合する溶接を「融接」といい、融接には、「アーク溶接」、「電子ビーム溶接」、「レーザー溶接」、「プラズマアーク溶接」などの種類が挙げられる。

【0003】

たとえば、「アーク溶接」に用いられる溶接トーチにおいては、先端部に設けられた溶接トーチ用ノズルが、コンタクトチップとオリフィスとを取り囲み、オリフィスに設けられたシールドガス噴出口から噴出されたシールドガスが、アーク、溶融池およびその周辺を大気から遮断して、溶接が行なわれる。このような、アーク溶接用の溶接トーチ用ノズルが、たとえば、特開２００４－９００１３号公報（特許文献１）に開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0004】

【特許文献1】特開２００４－９００１３号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0005】

アーク溶接では、シールドガスによる大気の遮断が不十分であると、アークや溶融池に大気が巻き込まれ、ブローホールやピットと呼ばれる欠陥が凝固部に生じることが知られている。そこで、溶接トーチ用ノズルの先端の口径を拡大して、シールドガスによるシールド範囲を拡げることで、大気の巻き込みを防ぐ方法がある。

【0006】

他方、ワークへのアプローチ性の観点に立てば、シールド範囲を拡大させるために溶接トーチ用ノズルの先端の口径を大きくすると、溶接対象によって（隅肉、重ね、開先等）適切なトーチ角度、チップ－母材間距離を保つことができなくなる。その結果、十分なガスシーリングが叶わず、溶接欠陥が生じるおそれがある。

【0007】

したがって、近年は、シールド範囲を拡大するような溶接トーチ用ノズルの開発が望まれている。さらに、アプローチ性能および操作性能を向上させる、溶接トーチ用ノズルの開発も望まれている。

【0008】

この発明は、上記の課題を解決するためになされたものであって、第１の目的は、シールド範囲を拡大させることが可能な溶接トーチ用ノズルを提供することにある。第２の目的は、第１の目的に加え、アプローチ性および操作性を向上さることが可能な溶接トーチ用ノズルを提供することにある。

【課題を解決するための手段】

【0009】

［１］本開示の溶接トーチ用ノズルにおいては、溶接トーチ本体の先端に取り付けられ、コンタクトチップを取り囲むように設けられ、両端が開口する円筒形状の溶接トーチ用ノズルであって、先端部と、溶接トーチ本体に装着される装着部と、上記先端部と上記装着部とを連結する本体部と、を含み、上記先端部の先端には、全周にわたって均等のピッチで配置され、上記本体部側に向かって延びる複数の凹部溝が設けられている。

【0010】

［２］：［１］に記載の溶接トーチ用ノズルにおいて、上記コンタクトチップの先端は、上記溶接トーチ用ノズルの上記先端部の開口端よりも先端側に露出している。

【0011】

［３］：［１］または［２］に記載の溶接トーチ用ノズルにおいて、上記本体部は、先端側に向かうにしたがって窄む形態を有し、上記先端部も、先端側に向かうにしたがって窄む形態を有している。

【0012】

［４］：［１］から［３］のいずれかに記載の溶接トーチ用ノズルにおいて、上記凹部溝の上記装着部側に向かう溝深さは、上記先端部の開口部における上記凹部溝の開口幅よりも大きく設けられている。

【発明の効果】

【0013】

本開示の溶接トーチ用ノズルによれば、シールド範囲を拡大させることが可能な溶接トー用チノズルの提供を可能とする。

【図面の簡単な説明】

【0014】

【図1】実施の形態１の溶接トーチ用ノズルを装着した溶接トーチの斜視図である。

【図2】図１中のＩＩ－ＩＩ線矢視断面図である。

【図3】実施の形態１の溶接トーチ用ノズルの全体図である。

【図4】実施の形態１の溶接トーチ用ノズルの断面図である。

【図5】実施の形態１の他の形態の溶接トーチ用ノズルの全体図である。

【図6】実施の形態１の他の形態の溶接トーチの斜視図である。

【図7】実施の形態２の溶接トーチ用ノズルを装着した溶接トーチの斜視図である。

【図8】実施の形態２の溶接トーチ用ノズルの全体図である。

【発明を実施するための形態】

【0015】

以下、各実施の形態の溶接トーチ用ノズルについて、以下、図面を参照しながら説明する。以下に説明する実施の形態において、個数、量などに言及する場合、特に記載がある場合を除き、本発明の範囲は必ずしもその個数、量などに限定されない。同一の部品、相当部品に対しては、同一の参照番号を付し、重複する説明は繰り返さない場合がある。実施の形態における構成を適宜組み合わせて用いることは当初から予定されていることである。

【0016】

（実施の形態１：溶接トーチ１／溶接トーチ用ノズル１３）
図１から図３を参照して、溶接トーチ１の概略構成について説明する。図１は、本実施の形態の溶接トーチ用ノズル１３を装着した溶接トーチ１の斜視図、図２は、図１中のＩＩ－ＩＩ線矢視断面図、図３は、溶接トーチ用ノズル１３の全体図である。

【0017】

図１および図２を参照して、この溶接トーチ１は、「アーク溶接」に用いられる溶接トーチを一例として図示している。この溶接トーチ１は、トーチ本体１１と、トーチ本体１１の先端に設けられる溶接トーチ用ノズル１３を含む。溶接トーチ用ノズル１３の内部には、コンタクトチップ１２が設けられている。コンタクトチップ１２は、所定の間隙を隔てて、溶接トーチ用ノズル１３に取り囲まれている。溶接トーチ１の内部構造、機構については、従来の溶接トーチと同等であることから、ここでの詳細な説明は省略する。たとえば、特開２００４－９００１３号公報（特許文献１）に開示される溶接トーチと同等である。

【0018】

図３および図４を参照して、本実施の形態の溶接トーチ用ノズル１３の構成について以下詳細に説明する。図３は、本実施の形態の溶接トーチ用ノズル１３の全体図、図４は、溶接トーチ用ノズル１３の断面図である。

【0019】

本実施の形態の溶接トーチ用ノズル１３は、両端が開口する略円筒形状の全体形状を有している。溶接トーチ用ノズル１３は、先端部１３４と、トーチ本体１１に装着される装着部１３１と、先端部１３４と装着部１３１とを連結する第１本体部１３２および第２本体部１３３とを含む。

【0020】

この溶接トーチ用ノズル１３は、装着部１３１が最も大径に設けられ、装着部１３１がトーチ本体１１の先端部分に装着される。装着部１３１の外径は、約２５ｍｍ～３０ｍｍ程度、内径は、約２１ｍｍ～２６ｍｍ程度である。装着部１３１の軸方向長さは、約１０ｍｍ程度である。

【0021】

装着部１３１には、第１本体部１３２が連結している。第１本体部１３２は、内径および外径が同一の円筒形状である。第１本体部１３２の外径は、約２２ｍｍ～２５ｍｍ程度、内径は、約１８ｍｍ～２１ｍｍ程度である。第１本体部１３２の軸方向長さは、約２５ｍｍ程度である。

【0022】

第２本体部１３３には第２本体部１３３が連結している。第２本体部１３３は、内径および外径が先端側に向かうほど徐々に窄む形態を有している。第２本体部１３３の第１本体部１３２側の外径は、約２２ｍｍ～２５ｍｍ程度、内径は、約１８ｍｍ～２１ｍｍ程度である。第２本体部１３３の先端部１３４側の外径は、約１８ｍｍ～２０ｍｍ程度、内径は、約１４ｍｍ～１６ｍｍ程度である。第２本体部１３３の軸方向長さは、約３５ｍｍ程度である。

【0023】

第２本体部１３３には先端部１３４が連結している。先端部１３４は、内径および外径が先端側に向かうほど徐々に窄む形態を有している。先端部１３４の第２本体部１３３側の外径は、約１８ｍｍ～２０ｍｍ程度、内径は、約１４ｍｍ～１６ｍｍ程度である。先端部１３４の先端側の外径は、約１４ｍｍ～１８ｍｍ程度、内径は、約１０ｍｍ～１４ｍｍ程度である。先端部１３４の軸方向長さは、約１０ｍｍ程度である。

【0024】

さらに、先端部１３４の先端には、全周にわたって均等のピッチで配置され、第２本体部１３３側に向かって延びる複数の凹部溝１３４ｂが設けられている。本実施の形態では、８か所の凹部溝１３４ｂが均等のピッチで配置されている。凹部溝１３４ｂの第２本体部１３３側に向かう溝深さＤは、約３ｍｍ～７ｍｍ程度である。先端部１３４の開口端１３４ｈにおける凹部溝１３４ｂの開口幅Ｓ１は、約１．５ｍｍ～３．５ｍｍ程度である。

【0025】

この先端部１３４の場合には、凹部溝１３４ｂの装着部１３１側に向かう溝深さＤの方が、先端部１３４の開口端１３４ｈにおける凹部溝１３４ｂの開口幅Ｓ１よりも大きく設けられている。個々の凹部溝１３４ｂの形態は、凹部溝１３４ｂの開口幅は、第２本体部１３３に向かうほど狭くなり、凹部溝１３４ｂの底部は、半円形形状を有している。たとえば、凹部溝１３４ｂは、切削加工で用いるテーパボールエンドミルを用いることで成形することができる。

【0026】

図１を再び参照して、本実施の形態の溶接トーチ用ノズル１３は、先端部１３４の開口端１３４ｈからコンタクトチップ１２の先端１２ｐが露出している。露出長さｈは、約１ｍｍ～５ｍｍ程度である。

【0027】

図４を参照して、上記構成を備える溶接トーチ用ノズル１３を用いた溶接トーチ１における溶接トーチ用ノズル１３の内部のシールドガスＧの流れについて説明する。図４は、溶接トーチ用ノズル１３の断面図である。

【0028】

この溶接トーチ用ノズル１３によれば、先端部１３４に到達したシールドガスＧは、凹部溝１３４ｂにおいて、外部に向かって拡大噴出（図中矢印Ｇ２）する。その結果、溶接トーチ用ノズル１３の先端部分でのガスシールド範囲を拡大させることができる。

【0029】

さらに、先端部１３４に向かうにしたがって、内部のガス流路が窄められていることから、シールドガスＧの流れは、先端に向かうほど加速される。その結果、シールドガスＧによる外気との遮断能力を高めることができる。

【0030】

さらに、先端部１３４の開口端１３４ｈからコンタクトチップ１２の先端１２ｐが露出しており、この部分は、ガスシールドにより外気と遮断されていることから、ワークへのアプローチ性能および操作性能を高めることができる。その結果、溶接対象（隅肉、重ね、開先等）に対して適切なトーチ角度、チップ－母材間距離を保つことが可能となり、十分なガスシールドの下で、ブローホールやピットを発生させることなく、適切な溶接を実現させることを可能とする。

【0031】

さらに、内部のガス流路を窄める形態を採用することで、シールドガスＧの流れを、先端に向かうほど加速させることができるために、全長の短い溶接トーチ用ノズルを実現させることも可能となる。全長の短い溶接トーチ用ノズルを用いることで、溶接対象物へのアプローチ性を向上させることができる。

【0032】

（他の形態の溶接トーチ用ノズル１３Ｂ）
図５に、本実施の形態の他の形態の溶接トーチ用ノズル１３Ｂの全体図を示す。この溶接トーチ用ノズル１３Ｂは、最も大径の装着部１３１を除き、本体部１３５の内径および外径が同一の円筒形状で形成されている。本体部１３５の外径および内径は、第１本体部１３２の外径および内径と同一である。

【0033】

本体部１３５の先端側の開口端１３４ｈには、上記溶接トーチ用ノズル１３と同様の形状の凹部溝１３４ｂが設けられている。このように、溶接トーチ用ノズルの先端側の開口端に凹部溝１３４ｂを設けておくことのみでも、先端側に到達したシールドガスＧは、凹部溝１３４ｂにおいて、外部に向かって拡大噴出させることができる。その結果、溶接トーチ用ノズル１３の先端部分でのガスシールド範囲を拡大させることができる。

【0034】

（他の形態の溶接トーチ１Ａ）
図６に、他の形態の溶接トーチ１Ａを図示する。上記実施の形態で示した溶接トーチ１は、溶接トーチ用ノズル１３の先端部１３４の開口端１３４ｈからコンタクトチップ１２の先端１２ｐが露出していたが、この溶接トーチ１Ａは、開口端１３４ｈからコンタクトチップ１２の先端１２ｐは露出していない。この構成であっても、先端側に到達したシールドガスＧは、凹部溝１３４ｂにおいて、外部に向かって拡大噴出することから、溶接トーチ用ノズル１３の先端部分でのガスシールド範囲を拡大させることができる。

【0035】

（実施の形態２：溶接トーチ１Ｂ／溶接トーチ用ノズル１３Ｂ）
図７および図８を参照して、本実施の形態における溶接トーチ１Ｂおよび溶接トーチ用ノズル１３Ｂについて説明する。図７は、溶接トーチ用ノズル１３Ｂを装着した溶接トーチ１Ｂの斜視図、図８は、溶接トーチ用ノズル１３Ｂの全体図である。

【0036】

基本的な構成は、上記実施の形態１における溶接トーチ１および溶接トーチ用ノズル１３と同じである。相違点は、溶接トーチ用ノズル１３Ｂの先端部１３４の開口端１３４ｈに設けられる凹部溝１３４ｂの形態にある。上記実施の形態１における凹部溝１３４ｂの形態は、略Ｕ字形状であった。他方、本実施の形態における溶接トーチ用ノズル１３Ｂに設けられる凹部溝１３４ｂの形態は、略三角形状である。凹部溝１３４ｂの形態として、凹部溝１３４ｂの第２本体部１３３側に向かう溝深さＤは、約２ｍｍ～６ｍｍ程度である。先端部１３４の開口端１３４ｈにおける凹部溝１３４bの開口幅Ｓ１は、約２ｍｍ～４ｍｍ程度である。

【0037】

このような凹部溝１３４ｂの形態であっても、上記実施の形態１の溶接トーチ用ノズル１３と同様に、シールドガスＧは、凹部溝１３４ｂにおいて、外部に向かって拡大噴出する。その結果、溶接トーチ用ノズル１３Ｂの先端部分でのガスシールド範囲を拡大させることができる。

【0038】

ここで、凹部溝１３４ｂの形態がＵ字形状の場合には、三角形状のものよりもスパッタが溜まりづらい。さらに、Ｕ字形状の場合には、三角形状よりも先端に向かう角度が緩やかなため、ノズル先端の乱流強度が三角のものより低い（ガスが乱れにくい）といえる。

【0039】

他方、凹部溝１３４ｂの形態が三角形状の場合にはＵ字よりも先端に向かう角度が急のため、シールド範囲拡大の効果が得やすい。しかし、ノズル先端の乱流強度は、Ｕ字形状のものより高い（ガスが乱れやすい）といえる。

【0040】

上記各実施の形態では、アーク溶接の場合を一例として説明したが、「アーク溶接」に限られず、「電子ビーム溶接」、「レーザー溶接」、「プラズマアーク溶接」などの溶接に対しても本発明を適用することができる。

【0041】

以上、本開示の溶接トーチ用ノズルについて説明したが、今回開示された実施の形態はすべての点で例示であって制限的なものではない。本発明の範囲は請求の範囲によって示され、請求の範囲と均等の意味および範囲内でのすべての変更が含まれる。

【符号の説明】

【0042】

１，１Ａ，１Ｂ 溶接トーチ、１１ トーチ本体、１２ コンタクトチップ、１２ｐ 先端、１３，１３Ｂ 溶接トーチ用ノズル、１３１ 装着部、１３２ 第１本体部、１３３ 第２本体部、１３４ 先端部、１３４ｂ 凹部溝、１３４ｈ 開口端、１３５ 本体部。

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】