特開 2024-65575 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】P2024065575

(43)【公開日】2024-05-15

(54)【発明の名称】溶接トーチ

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/29 20060101AFI20240508BHJP

【ＦＩ】

B23K9/29 L

B23K9/29 B

【審査請求】未請求

【請求項の数】5

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2022174508

(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】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）】

4E001LB02

4E001LD05

4E001LH04

4E001LH08

4E001MA02

4E001NA01

4E001NA05

(57)【要約】

【課題】小型化および構造の簡素化を図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、軸線方向ｚに延びる電極２５と、電極２５の軸線方向一方側ｚ１の端部の外側に配置された内側ノズル３０と、内側ノズル３０の外側に配置された外側ノズル３１と、内側ノズル３０の軸線方向他方側ｚ２に配置されたトーチボディ２と、を備え、電極２５と内側ノズル３０との間には第１ガス流路Ｇ１が形成され、内側ノズル３０と外側ノズル３１との間には第２ガス流路Ｇ２が形成される。トーチボディ２は、第１ガス流路Ｇ１に通じる第１ガス流入口２１１と、第２ガス流路Ｇ２に通じる第２ガス流入口２１２とを有する。第１ガス流入口２１１は、第２ガス流入口２１２の軸線方向他方側ｚ２に位置する。第１ガス流入口２１１は、軸線方向ｚと直交する第１方向ｘにおいて電極２５に近づくにつれて軸線方向一方側ｚ１に位置するように傾斜している。
【選択図】図３

【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、
前記非消耗電極の前記軸線方向の一方側の端部において径方向の外側に配置された内側ノズルと、
前記内側ノズルに対して径方向の外側に配置された外側ノズルと、
前記内側ノズルに対して前記軸線方向の他方側に配置されたトーチボディと、を備え、
前記非消耗電極と前記内側ノズルとの間には、第１ガス流路が形成され、
前記内側ノズルと前記外側ノズルとの間には、第２ガス流路が形成されており、
前記トーチボディは、前記第１ガス流路に通じる第１ガス流入口と、前記第２ガス流路に通じる第２ガス流入口と、を有し、
前記第１ガス流入口は、前記第２ガス流入口に対して前記軸線方向の他方側に位置し、
前記第１ガス流入口は、前記軸線方向と直交する第１方向において前記非消耗電極に近づくにつれて前記軸線方向の一方側に位置するように傾斜している、溶接トーチ。

【請求項2】

前記第２ガス流入口は、前記第１方向において前記非消耗電極に近づくにつれて前記軸線方向の一方側に位置するように傾斜している、請求項１に記載の溶接トーチ。

【請求項3】

前記トーチボディは、前記第１ガス流入口に対して前記軸線方向の他方側に隣接する雌ねじ部を有し、
前記雌ねじ部に螺合するねじ部材をさらに備える、請求項１に記載の溶接トーチ。

【請求項4】

前記トーチボディは、前記軸線方向において前記第１ガス流入口および前記第２ガス流入口の間に位置し、且つ前記非消耗電極の周方向に沿って形成された冷却水流路を有する、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】

前記トーチボディは、前記軸線方向に沿って延びる第１筒状部と、前記第１筒状部につながり、且つ前記軸線方向に対して交差する方向に延びる第２筒状部と、を含み、
前記第１筒状部は、前記軸線方向において前記第１ガス流入口および前記第２ガス流入口を跨いで配置されており、
各々が前記第２筒状部の内部を挿通し、前記第１ガス流入口に通じる第１ガス配管と、前記第２ガス流入口に通じる第２ガス配管と、をさらに備える、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、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とことで、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。

【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、小型化および構造の簡素化を図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、前記非消耗電極の前記軸線方向の一方側の端部において径方向の外側に配置された内側ノズルと、前記内側ノズルに対して径方向の外側に配置された外側ノズルと、前記内側ノズルに対して前記軸線方向の他方側に配置されたトーチボディと、を備え、前記非消耗電極と前記内側ノズルとの間には、第１ガス流路が形成され、前記内側ノズルと前記外側ノズルとの間には、第２ガス流路が形成されており、前記トーチボディは、前記第１ガス流路に通じる第１ガス流入口と、前記第２ガス流路に通じる第２ガス流入口と、を有し、前記第１ガス流入口は、前記第２ガス流入口に対して前記軸線方向の他方側に位置し、前記第１ガス流入口は、前記軸線方向と直交する第１方向において前記非消耗電極に近づくにつれて前記軸線方向の一方側に位置するように傾斜している。

【0009】

好ましい実施の形態においては、前記第２ガス流入口は、前記第１方向において前記非消耗電極に近づくにつれて前記軸線方向の一方側に位置するように傾斜している。

【0010】

好ましい実施の形態においては、前記トーチボディは、前記第１ガス流入口に対して前記軸線方向の他方側に隣接する雌ねじ部を有し、前記雌ねじ部に螺合するねじ部材をさらに備える。

【0011】

好ましい実施の形態においては、前記トーチボディは、前記軸線方向において前記第１ガス流入口および前記第２ガス流入口の間に位置し、且つ前記非消耗電極の周方向に沿って形成された冷却水流路を有する。

【0012】

好ましい実施の形態においては、前記トーチボディは、前記軸線方向に沿って延びる第１筒状部と、前記第１筒状部につながり、且つ前記軸線方向に対して交差する方向に延びる第２筒状部と、を含み、前記第１筒状部は、前記軸線方向において前記第１ガス流入口および前記第２ガス流入口を跨いで配置されており、各々が前記第２筒状部の内部を挿通し、前記第１ガス流入口に通じる第１ガス配管と、前記第２ガス流入口に通じる第２ガス配管と、をさらに備える。

【発明の効果】

【0013】

本発明に係る溶接トーチによれば、トーチボディに設けられた第１ガス流入口の開口端を、軸線方向において内側ノズル側（軸線方向の一方側）に近づけることが可能である。これにより、トーチボディの軸線方向の寸法を小さくすることができ、溶接トーチの小型化を図ることができる。

【0014】

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】

【0015】

【図1】本発明に係る溶接トーチの一例を示す正面図である。

【図2】図１に示す溶接トーチの平面図である。

【図3】図２のＩＩＩ－ＩＩＩ線に沿う断面図である。

【図4】図３のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。

【図5】図３のＶ－Ｖ線に沿う拡大断面図である。

【図6】図３のＶＩ－ＶＩ線に沿う拡大断面図である。

【図7】図３のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿う拡大断面図である。

【図8】図３の部分拡大図である。

【発明を実施するための形態】

【0016】

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。以下の説明における「第１」、「第２」等の用語は、単にラベルとして用いたものであり、必ずしもそれらの対象物に順列を付することを意図していない。

【0017】

図１～図８は、本発明に係る溶接トーチの一例を示す。本実施形態の溶接トーチＡ１は、ハンドル１、トーチボディ２、絶縁リング２３，２４、非消耗電極２５、コレットボディ２６、コレット２７、コレット押え部材２８、キャップ２９、内側ノズル３０、外側ノズル３１、ノズルホルダ３２、係止部材３３、電極芯出し部材３４、第１ガス配管４１、第２ガス配管４２、第１冷却水配管４３および第２冷却水配管４４を備えている。本実施形態の溶接トーチＡ１は、作業者が手で把持して溶接作業を行うように構成されている。また、詳細は後述するが、溶接トーチＡ１においては、所定の溶接用ガスを流すための２つのガス流路（第１ガス流路Ｇ１および第２ガス流路Ｇ２）が形成されている。

【0018】

なお、溶接トーチＡ１の説明において、図１、図３における図中上下方向は、本発明の「軸線方向」の一例であり、「軸線方向ｚ」と呼ぶ。図３、図８において軸線方向ｚに対して直交する方向（図中左右方向）は、本発明の「第１方向」の一例であり、「第１方向ｘ」と呼ぶ。また、図１、図３において図中下側は本発明の「軸線方向の一方側」の一例であり、「軸線方向一方側ｚ１」と呼び、図中上側は本発明の「軸線方向の他方側」の一例であり、「軸線方向他方側ｚ２」と呼ぶ。

【0019】

ハンドル１は、作業者が手で把持するための部位である。図３に示すように、ハンドル１は、絶縁性材料からなる筒状部材である。

【0020】

トーチボディ２は、筒状であり、端部がハンドル１に保持されている。トーチボディ２は、ボディ本体２０、筒状部材２１および筒状部材２２を含む。ボディ本体２０は、溶接トーチＡ１の構成要素を適宜内部に収容している。ボディ本体２０は、絶縁性材料からなる。ボディ本体２０は、第１筒状部２０Ａおよび第２筒状部２０Ｂを有する。

【0021】

第１筒状部２０Ａは、軸線方向ｚに沿って延びている。第２筒状部２０Ｂは、第１筒状部２０Ａに対して分岐状につながっている。第２筒状部２０Ｂは、軸線方向ｚに対して交差する方向（図３においては図中右上方向）に延びている。図示した例では、第１筒状部２０Ａが延びる方向（軸線方向ｚ）と第２筒状部２０Ｂが延びる方向とのなす角度は、約６５°である。なお、第１筒状部２０Ａが延びる方向（軸線方向ｚ）と第２筒状部２０Ｂが延びる方向とのなす角度は特に限定されず、たとえば直角（９０°）であってもよい。第２筒状部２０Ｂの端部（図３の右上側の端部）は、ハンドル１の端部に保持されている。図示した例では、第２筒状部２０Ｂの端部とハンドル１の端部とが、互いにねじ接続により固定されている。

【0022】

筒状部材２１は、第１筒状部２０Ａの径方向内側に配置されている。筒状部材２１は、図示しない電源部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。筒状部材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。図８に示すように、筒状部材２１は、第１ガス流入口２１１、第２ガス流入口２１２、凹溝２１３、テーパー面２１４および雌ねじ部２１５を有する。筒状部材２２は、筒状部材２１の径方向外側に配置されている。筒状部材２１および筒状部材２２の詳細については後述する。

【0023】

絶縁リング２３，２４は、それぞれ、絶縁性材料からなる筒状部材である。絶縁リング２３は、第１筒状部２０Ａに対して軸線方向他方側ｚ２に隣接して配置される。絶縁リング２４は、第２筒状部２０Ｂに対して軸線方向一方側ｚ１に隣接して配置される。

【0024】

非消耗電極２５は、軸線方向ｚ（軸線ＣＬが延びる方向）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）を介して図示しない電源部に接続されており、被溶接物との間にアーク電圧を印加した際には被溶接物との間にアークを発生させる。

【0025】

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１．０～４．０ｍｍ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（軸線方向一方側ｚ１）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（軸線方向一方側ｚ１）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。

【0026】

コレットボディ２６、コレット２７およびコレット押え部材２８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。コレットボディ２６、コレット２７およびコレット押え部材２８は、導電性材料よりなる。コレットボディ２６、コレット２７およびコレット押え部材２８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。

【0027】

コレット２７は、非消耗電極２５を囲んでいる。コレットボディ２６は、コレット２７の径方向外側に配置されている。また、コレットボディ２６は、筒状部材２１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、コレットボディ２６は、筒状部材２１に対して、たとえばねじ接続などにより固定されている。

【0028】

コレット押え部材２８は、コレット２７に対して軸線方向他方側ｚ２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、筒状部材２１に対してねじ部が螺合している。図８に示すように、筒状部材２１の上端部（軸線方向他方側ｚ２の端部）には雌ねじ部２１５が形成されており、コレット押え部材２８の上記ねじ部は、雌ねじ部２１５に螺合している。コレット押え部材２８の軸線方向他方側ｚ２にはキャップ２９が設けられている。このキャップ２９を回すことによって、コレット押え部材２８は、コレットボディ２６に対する軸線方向ｚの位置の調整が可能である。コレット押え部材２８の軸線方向一方側ｚ１の端部は、コレット２７の軸線方向他方側ｚ２の端部に当接している。コレット押え部材２８を軸線方向一方側ｚ１に移動させると、コレット２７は軸線方向一方側ｚ１に押し付けられる。

【0029】

コレット２７は、先端側（軸線方向一方側ｚ１）において軸線方向ｚ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２７１を有する。上述のように、コレット押え部材２８を軸線方向一方側ｚ１に移動させると、コレット２７は軸線方向一方側ｚ１に押し付けられる。そして、コレット２７先端の複数の可動片２７１がコレットボディ２６の先端部に押し付けられて縮径し、コレット２７が非消耗電極２５を挟んで保持する。このように、コレットボディ２６、コレット２７およびコレット押え部材２８が互いに協働することによって、非消耗電極２５が保持される。

【0030】

図３に示すように、内側ノズル３０は、非消耗電極２５の先端部（軸線方向一方側ｚ１の端部）の周囲に配置されている。内側ノズル３０は、コレットボディ２６に対して軸線方向一方側ｚ１に配置されている。内側ノズル３０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３０と非消耗電極２５との間には、電極芯出し部材３４が介在している。

【0031】

係止部材３３は、コレットボディ２６および内側ノズル３０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３３は、コレットボディ２６の軸線方向一方側ｚ１の端部と、内側ノズル３０の軸線方向他方側ｚ２の端部とに跨って外嵌されている。図示した例において、係止部材３３は、袋ナット構造とされている。

【0032】

本実施形態においては、図３に示すように、係止部材３３とコレットボディ２６の軸線方向一方側ｚ１の端部とは、ねじ接続されている。たとえばコレットボディ２６の軸線方向一方側ｚ１の端部の外周には雄ねじ部２６１が形成されており、係止部材３３に形成された雌ねじ部３３１がコレットボディ２６の雄ねじ部２６１に螺合している。一方、係止部材３３の軸線方向一方側ｚ１の部位は、内側ノズル３０に外嵌されるとともに、内側ノズル３０の軸線方向他方側ｚ２の外周の大径部によって係止部材３３が係止されている。これにより、内側ノズル３０および係止部材３３の軸線方向ｚへの相対移動が制限されている。

【0033】

電極芯出し部材３４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３０の径方向内側に配置されている。内側ノズル３０における軸線方向他方側ｚ２の内周にはテーパー凹部が形成されており、このテーパー凹部に電極芯出し部材３４のテーパー凸部が嵌まっている。電極芯出し部材３４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、電極芯出し部材３４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３０の上記テーパー凹部に電極芯出し部材３４の上記テーパー凸部が嵌まっている。これにより、内側ノズル３０は、電極芯出し部材３４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３０は、電極芯出し部材３４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７に示すように、電極芯出し部材３４の内周部には、複数の凹溝３４１が形成されている。これら凹溝３４１は、電極芯出し部材３４の周方向に一定間隔で設けられている。凹溝３４１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。

【0034】

本実施形態において、非消耗電極２５の先端は、軸線方向ｚにおいて内側ノズル３０の先端と一致する、あるいは内側ノズル３０の先端から軸線方向一方側ｚ１に少し突出している。非消耗電極２５の先端が内側ノズル３０の先端から軸線方向一方側ｚ１に突出する突出長さは、たとえば０～２ｍｍの範囲である。

【0035】

ノズルホルダ３２は、筒状とされている。ノズルホルダ３２は、コレットボディ２６の軸線方向ｚ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。

【0036】

図３に示すように、外側ノズル３１は、内側ノズル３０の径方向外側に配置されている。外側ノズル３１は、第１筒状部２０Ａに対して軸線方向一方側ｚ１に配置されており、外側ノズル３１と第１筒状部２０Ａとの間に絶縁リング２４が介在している。図示した例では、外側ノズル３１は、概略円筒状とされており、先端側（軸線方向一方側ｚ１）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３１は、非消耗電極２５および内側ノズル３０に対して同心円状に配置されている。外側ノズル３１は、たとえばノズルホルダ３２の外周にねじ接続により取り付けられている。

【0037】

図３に示すように、本実施形態において、内側ノズル３０の先端は、外側ノズル３１の先端から軸線方向一方側ｚ１に突出している。内側ノズル３０の先端が外側ノズル３１の先端から軸線方向一方側ｚ１に突出する突出長さは、たとえば０～５ｍｍの範囲である。

【0038】

図３～図８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。

【0039】

本実施形態において、溶接トーチＡ１に供給される溶接用ガスは、ガス種や流量などのガス供給態様が異なる２種類の不活性ガスを含む。当該２種類の不活性ガスは、説明の便宜上、適宜「第１不活性ガス」および「第２不活性ガス」と区別する。

【0040】

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３において、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、コレット２７とコレットボディ２６との間、非消耗電極２５（電極主部２５１）とコレット２７との間、非消耗電極２５（電極主部２５１）とコレットボディ２６との間、非消耗電極２５（電極主部２５１）と電極芯出し部材３４との間、および非消耗電極２５（電極主部２５１）と内側ノズル３０との間、にそれぞれ形成されている。

【0041】

本実施形態では、図３、図８に示すように、トーチボディ２（筒状部材２１）には、第１不活性ガスを導入する第１ガス流入口２１１が設けられている。第１ガス流入口２１１は第１ガス流路Ｇ１に通じている。第１ガス流入口２１１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において軸線方向他方側ｚ２から軸線方向一方側ｚ１に流れ、非消耗電極２５（電極主部２５１）と内側ノズル３０との間を通過した後に内側ノズル３０の先端の開口から噴出する。

【0042】

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３において、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、コレットボディ２６と筒状部材２１との間、コレットボディ２６と絶縁リング２４との間、ノズルホルダ３２、係止部材３３と外側ノズル３１との間、および内側ノズル３０と外側ノズル３１との間、にそれぞれ形成されている。

【0043】

本実施形態では、図３、図８に示すように、トーチボディ２（筒状部材２１）には、第２不活性ガスを導入する第２ガス流入口２１２が設けられている。第２ガス流入口２１２は第２ガス流路Ｇ２に通じている。第２ガス流入口２１２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において軸線方向他方側ｚ２から軸線方向一方側ｚ１に流れ、内側ノズル３０と外側ノズル３１との間を通過した後に外側ノズル３１の先端の開口から噴出する。

【0044】

冷却水流路Ｗは、冷却水を流すための流路である。図４に示すように、冷却水流路Ｗは、非消耗電極２５の周方向に沿って形成されている。冷却水流路Ｗは、主に筒状部材２１と筒状部材２２との間に形成されている。

【0045】

図８等を参照して、筒状部材２１の第１ガス流入口２１１、第２ガス流入口２１２、凹溝２１３、テーパー面２１４および雌ねじ部２１５について説明する。図８に示すように、第１ガス流入口２１１は、第２ガス流入口２１２に対して軸線方向他方側ｚ２に位置する。第１ガス流入口２１１は、第１方向ｘに対して傾斜している。第１ガス流入口２１１は、第１方向ｘにおいて非消耗電極２５に近づくにつれて軸線方向一方側ｚ１に位置するように傾斜している。

【0046】

第２ガス流入口２１２は、第１方向ｘに対して傾斜している。第２ガス流入口２１２は、第１方向ｘにおいて非消耗電極２５に近づくにつれて軸線方向一方側ｚ１に位置するように傾斜している。筒状部材２１の径方向外側にある第１筒状部２０Ａは、軸線方向ｚにおいて第１ガス流入口２１１および第２ガス流入口２１２を跨いで配置されている。

【0047】

テーパー面２１４には、第２ガス流入口２１２の開口端が位置する。テーパー面２１４は、非消耗電極２５に近づくにつれて軸線方向他方側ｚ２に位置するように傾斜している。図８に示した断面において、テーパー面２１４と第２ガス流入口２１２とのなす角度は、略直角である。

【0048】

凹溝２１３は、筒状部材２１の外周面の一部が径方向内側に凹んだ部位である。筒状部材２２は、概略円筒状であり、筒状部材２１の径方向外側に配置されている。筒状部材２２は、凹溝２１３を径方向外側から塞いでいる。図４、図８に示すように、本実施形態においては、凹溝２１３とこれを塞ぐ筒状部材２２との間の空間により、冷却水流路Ｗが構成される。また、本実施形態では、図８に示すように、冷却水流路Ｗは、軸線方向ｚにおいて第１ガス流入口２１１と筒状部材２２との間に位置する。

【0049】

図８に示すように、雌ねじ部２１５は、第１ガス流入口２１１に対して軸線方向他方側ｚ２に隣接している。この雌ねじ部２１５には、上述のようにコレット押え部材２８のねじ部が螺合している。当該ねじ部を有するコレット押え部材２８は、本発明の「ねじ部材」の一例に相当する。

【0050】

図３、図８に示すように、第１ガス配管４１および第２ガス配管４２は、第２筒状部２０Ｂの内部を挿通する。第１ガス配管４１は、第１ガス流路Ｇ１を流す配管であり、筒状部材２１の第１ガス流入口２１１に通じている。第２ガス配管４２は、第２ガス流路Ｇ２を流す配管であり、筒状部材２１の第２ガス流入口２１２に通じている。第２筒状部２０Ｂは、第１筒状部２０Ａ寄りの部位がハンドル１寄りの部位よも小径とされた括れ形状である。図示した例では、この第２筒状部２０Ｂの括れ形状に対応して、第１ガス配管４１および第２ガス配管４２は適宜屈曲している。第１ガス配管４１において第１ガス流入口２１１に通じる側の端部は、第１方向ｘに沿って延びる。

【0051】

図４に示すように、第１冷却水配管４３および第２冷却水配管４４は、第２筒状部２０Ｂの内部を挿通する。図示した例では、第１冷却水配管４３は、上述の冷却水流路Ｗに向けて冷却水を送るための配管である。第２冷却水配管４４は、冷却水流路Ｗを流れた冷却水を外部に送り出すための配管である。第１冷却水配管４３の第１筒状部２０Ａ側の端部は、冷却水流路Ｗの一方の端部に通じている。第２冷却水配管４４の第１筒状部２０Ａの端部は、冷却水流路Ｗの他方の端部に通じている。これにより、図４に示すように、冷却水は、第１冷却水配管４３、冷却水流路Ｗ、第２冷却水配管４４の順に流れる。図４において、冷却水の流れを実線の矢印で表す。

【0052】

溶接トーチＡ１に供給される第１不活性ガスおよび第２不活性ガスの各々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種を含むガスである。溶接トーチＡ１に供給される第１不活性ガスのおよび第２不活性ガスの流量は、溶接条件等により適宜個別に調整される。

【0053】

次に、本実施形態の作用について説明する。

【0054】

本実施形態の溶接トーチＡ１は、軸線方向ｚに延びる非消耗電極２５と、内側ノズル３０と、外側ノズル３１と、を備えている。内側ノズル３０は、非消耗電極２５の径方向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３０との間には、第１ガス流路Ｇ１が形成されている。外側ノズル３１は、内側ノズル３０の径方向外側に配置されており、内側ノズル３０と外側ノズル３１との間には、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３０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３１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。

【0055】

トーチボディ２は、内側ノズル３０に対して軸線方向他方側ｚ２に配置されている。トーチボディ２（筒状部材２１）は、第１ガス流路Ｇ１に通じる第１ガス流入口２１１と、第２ガス流路Ｇ２に通じる第２ガス流入口２１２と、を有する。第１ガス流入口２１１は、第２ガス流入口２１２に対して軸線方向他方側ｚ２に位置する。第１ガス流入口２１１は、軸線方向ｚと直交する第１方向ｘにおいて非消耗電極２５に近づくにつれて軸線方向一方側ｚ１に位置するように傾斜している。このような構成によれば、トーチボディ２（筒状部材２１）に設けられた第１ガス流入口２１１の開口端を、軸線方向ｚにおいて内側ノズル３０側（軸線方向一方側ｚ１）に近づけることが可能である。これにより、トーチボディ２（第１筒状部２０Ａ）の軸線方向ｚの寸法を小さくすることができ、溶接トーチＡ１の小型化を図ることができる。本実施形態の溶接トーチＡ１は、作業者が手で把持して溶接作業を行うハンド仕様である。溶接トーチＡ１の小型化は作業者の負担軽減に寄与し、溶接作業の向上が期待できる。

【0056】

本実施形態において、第２ガス流入口２１２は、第１方向ｘにおいて非消耗電極２５に近づくにつれて軸線方向一方側ｚ１に位置するように傾斜している。このような構成によれば、第２ガス流入口２１２の開口端が位置する部位をたとえばテーパー面２１４とすることで、筒状部材２１（トーチボディ２）における第２ガス流入口２１２の周辺部の小型化を図ることができる。

【0057】

筒状部材２１（トーチボディ２）は、雌ねじ部２１５を有する。雌ねじ部２１５は、第１ガス流入口２１１に対して軸線方向他方側ｚ２に隣接している。溶接トーチＡ１は、雌ねじ部２１５に螺合するコレット押え部材２８（ねじ部材）を備える。このような構成によれば、雌ねじ部２１５の軸線方向ｚの長さを確保しつつコレット押え部材２８の取り付け位置を軸線方向他方側ｚ２にシフトさせることができる。そして、雌ねじ部２１５に螺合するコレット押え部材２８によって第２ガス流入口２１２が塞がれるのを回避することができる。このような構造は、溶接トーチＡ１の小型化を図る上でより好ましい。

【0058】

トーチボディ２は、冷却水流路Ｗを有する。冷却水流路Ｗは、軸線方向ｚにおいて第１ガス流入口２１１と筒状部材２２との間に位置しており、非消耗電極２５の周方向に沿って形成されている。このような構成によれば、溶接トーチＡ１の小型化を図りつつ、溶接トーチＡ１において冷却機能を持たせることができる。

【0059】

トーチボディ２は、第１筒状部２０Ａ、およびこの第１筒状部２０Ａにつながる第２筒状部２０Ｂを含む。第１筒状部２０Ａは、軸線方向ｚに沿って延びており、第２筒状部２０Ｂは軸線方向ｚに対して交差する方向に延びている。第１筒状部２０Ａは、軸線方向ｚにおいて第１ガス流入口２１１および第２ガス流入口２１２を跨いで配置されている。また、第２筒状部２０Ｂの内部を挿通する第１ガス配管４１および第２ガス配管４２が設けられている。第１ガス配管４１は第１ガス流入口２１１に通じており、第２ガス配管４２は第２ガス流入口２１２に通じている。このような構成によれば、第１ガス配管４１および第２ガス配管４２を介して、第１ガス流路Ｇ１および第２ガス流路Ｇ２に異なるガス（たとえば上記の第１不活性ガスおよび第２不活性ガス）を適切に供給することができる。

【0060】

本実施形態において、溶接トーチＡ１は、電極芯出し部材３４および係止部材３３を備える。電極芯出し部材３４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３０は、電極芯出し部材３４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３０は、電極芯出し部材３４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。係止部材３３は、コレットボディ２６の軸線方向一方側ｚ１の端部と、内側ノズル３０の軸線方向他方側ｚ２の端部とに跨って外嵌されており、コレットボディ２６および内側ノズル３０の双方に係止する。このような構成によれば、係止部材３３とコレットボディ２６あるいは内側ノズル３０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３０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】

また、内側ノズル３０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３０との間の第１ガス流路Ｇ１を流れるガス（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３０先端の開口から噴出する。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３０先端へのヒューム等の付着を防止することができる。

【0062】

さらに、非消耗電極２５の先端は軸線方向ｚにおいて内側ノズル３０の先端と一致する、あるいは内側ノズル３０の先端から軸線方向一方側ｚ１に少し突出している。非消耗電極２５の先端が内側ノズル３０の先端から軸線方向一方側ｚ１に突出する突出長さは、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３０との隙間については内側ノズル３０の軸線方向ｚ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３０先端の開口から、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３０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３０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。

【0063】

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。

【0064】

上記実施形態の溶接トーチＡ１において、外側ノズル３１が内側ノズル３０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３１が内側ノズル３０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、上記実施形態の溶接トーチＡ１は、作業者が手で把持して溶接作業を行うハンド仕様として構成される場合の一例であったが、本発明はこれに限定されない。本発明に係る溶接トーチは、たとえば溶接ロボット（多関節ロボットなど）に装備されるロボット仕様として構成してもよい。

【符号の説明】

【0065】

Ａ１：溶接トーチ、２：トーチボディ、２０Ａ：第１筒状部、２０Ｂ：第２筒状部、２１１：第１ガス流入口、２１２：第２ガス流入口、２１５：雌ねじ部、２５：非消耗電極、２８：コレット押え部材（ねじ部材）、３０：内側ノズル、３１：外側ノズル、４１：第１ガス配管、４２：第２ガス配管、Ｇ１：第１ガス流路、Ｇ２：第２ガス流路、Ｗ：冷却水流路、ｚ：軸線方向、ｚ１：軸線方向一方側、ｚ２：軸線方向他方側、ｘ：第１方向

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】

【図5】

【図6】

【図7】

【図8】