JPH11277242A - 溶接用トーチ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 溶接用ワイヤに安定に電流を供給しながら溶
接部にワイヤを送給するアーク溶接用トーチ。 【解決手段】 ワイヤ３を挿通するトーチ先端部材１６
と、ワイヤに接触してワイヤに通電させる通電チップ１
８と、通電チップをワイヤ側に押圧する弾性部材１９
と、を備えた溶接用トーチであって、通電チップ１８
は、弾性部材１９に押圧されて、その一端側がトーチ先
端部材１６に当接し且つ通電チップの回動支点として機
能し、その他端側がワイヤ３にワイヤ長さ方向の略垂直
方向から接触２５ａし、トーチ先端部材１６から通電チ
ップ１８を経由してワイヤ３に通電する溶接用トーチ。
また、トーチ先端部材１６にワイヤをガイドするセラミ
ックガイド２１を設け、ワイヤ３がセラミックガイド２
１から通り抜け出た直後において、通電チップの他端側
がワイヤに接触２５ａすること。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は自動アーク溶接装置
に関わり、特に溶接用ワイヤに安定に電流を供給しなが
ら溶接部にワイヤを送給するに好適なアーク溶接用トー
チに関する。

【０００２】

【従来の技術】従来の消耗電極アーク（以下、ＧＭＡと
略記する）溶接で電極として用いられるワイヤの断面は
ほとんどの場合が円形であり、そのワイヤに通電し溶接
部へと案内する溶接チップのガイド孔はほとんどが円形
であった。図２４は、従来のＧＭＡ溶接トーチに取り付
けられる代表的な通電チップ１ａとそのガイド孔２ａを
示す中央断面図である。

【０００３】通常、チップ１ａの長さは４５ｍｍ程度
で、ガイド孔２ａの直径は、その中を通過するワイヤ３
ａの直径より０．１ないし０．２ｍｍ程度大きくしてお
り、例えば、直径１．２ｍｍのワイヤなら直径１．３な
いし１．４ｍｍの孔となっている。チップ１ａの材質
は、耐摩耗性と導電性の面から、通常はクロム銅などが
用いられる。ワイヤ３ａはチップ出口部４ａで接触通電
するように、多少曲がった状態で送給されてくる。

【０００４】ワイヤは軟鋼などの場合、錆止めや送給の
潤滑性改善、接触通電性改善のために銅メッキされてい
る。ところがワイヤ送給装置から溶接トーチまでワイヤ
を案内してくる図示していないコンジットの内面、溶接
トーチ内面やチップとワイヤ表面の接触で、あるいはワ
イヤ送給装置の送給ローラ通過時に傷付けられ、銅メッ
キが剥がれたり、ワイヤが削れて切り屑を発生したりす
る。このような切り屑、メッキ屑およびワイヤに付着し
ていたごみや錆などを一括して異物と称すると、この異
物がワイヤ送給中にワイヤ側面によって搬送され、ガイ
ド孔とワイヤの間隙を通って一部はチップの外に排出さ
れる。

【０００５】しかし、ガイド孔とワイヤ表面との間隙が
余り大きくない時には、ガイド孔に入る手前やチップの
中に異物が蓄積され、これら異物の噛み込みや送給抵抗
増大によってワイヤがガイド孔を通過するのを妨げ、あ
るいは、ワイヤとチップの間に挾まって、ワイヤへの接
触通電を妨げる。この送給むらや接触通電の不安定さが
直接の原因になって、ＧＭＡ溶接の場合にはアーク切れ
を発生し、スパッタ多発やアーク不安定になる問題を発
生していた。また、通電開始時にワイヤとチップの間で
スパークしてチップとワイヤが融着し、使用不能にする
こともあった。

【０００６】図２５は、本願と同一出願人に係る特開平
６−３０４７６１号公報に記載されたＧＭＡ用の通電チ
ップ１ｂの出口の断面４ｂを示すものである。ガイド孔
２ｂを正三角形にしているので、ワイヤ３ｂはチップ通
電チップ１ｂの内面と２点５ｂ−１，５ｂ−２で接触す
る。また、三角形の内接円をワイヤの直径にごく近い値
にしても異物の排出は十分な空間を持っている三角の隅
部で行われるので、異物によるチップ詰まりは発生しな
い。これらにより通電性は相当に改善されたが、三角形
の内接円とワイヤ３ｂとの隙間を小さくするほど、ワイ
ヤ径の製造公差でワイヤ直径が大きめになったり、ワイ
ヤ送給装置の送給ロールなどでワイヤ３ｂの断面が少し
機械的に変形すると、たちまちガイド孔２ｂに引っかか
って詰まりを起こす問題が生じる。

【０００７】したがって、実用時には三角形の内接円の
直径は、ワイヤ３ｂとの隙間を確保するために、公称ワ
イヤ径より０．０４ｍｍ程度は大きくしておくことが必
要であった。即ち、本発明の通電チップにおいてもワイ
ヤ３ｂと通電チップ１ｂ間で「ガタ」があり、通電のた
めにワイヤ３ｂに曲がりを要求する点において本質的に
は差がなかった。

【０００８】通常、図２４のような通電チップは図示し
ていない溶接トーチに取り付けられ、そのトーチは半自
動溶接に使われたり溶接ロボットに搭載されたりする。
溶接ロボットに搭載された場合には、通常は溶接に先立
って溶接時の状態を想定してワイヤ３ａをチップ１ａか
ら出し、ワイヤ先端で溶接開先を倣って経路を教示し、
その後でプレイバックして溶接を実行する。しかし、プ
レイバック時に、ガイド孔２ａとワイヤ３ａとの間の隙
間や図２４に示すようなワイヤ３ａの曲がりの方向が当
初設定の場合から変化して、ワイヤ３ａの先端が狙い位
置から外れたり、溶接中にビードが蛇行し溶接不良を発
生することがある。

【０００９】従って、チップ使用中に、ワイヤの曲がり
によってチップ先端でワイヤが加圧接触することによる
機械的な摩耗、またワイヤ送給しながら通電することに
よるスパークなどで、その先端部が選択的に損耗する
が、チップ先端から５ｍｍ程度までの損耗がワイヤ曲が
り癖によるワイヤ先端位置ずれに顕著に影響するので、
未だ接触通電性で問題ない場合でも、チップ寿命に到達
したと判断され、交換されている。

【００１０】したがって、ワイヤはできるだけ真っ直ぐ
な状態でかつ隙間の少ないガイド孔から出ることが望ま
しく、曲率半径がより大きいペイル缶入りワイヤを使用
することなどが行われている。しかし、真っ直ぐなワイ
ヤを真っ直ぐなガイド孔に通すと、ガイド孔内での接触
通電位置が安定しなくなる問題が発生する。

【００１１】そこで真っ直ぐなワイヤを採用するときに
は、ワイヤを横からバネで通電ガイド孔面に押し付けた
りする技術（特開昭６４−１８５８２号公報）を施して
いる公知例もある。図２６はその公知例を説明する図
で、板ばね６によって圧接摺動子７を介してワイヤ３ｃ
をチップ１ｃのガイド孔２ｃ内面に押さえる構造を採っ
ている。圧接摺動子７にメタリックカーボン、板ばね６
に導電性素材を用いると、板ばね６を介してもワイヤ３
ｃに通電される、旨が記載されているが、実際には通電
は主としてガイド孔２ｃ面での接触によって行われると
推測される。この構造ではチップの摩耗が進むと、また
異物の詰まりなどが発生すると、この複雑で高価なチッ
プ１ｃ全体を取り替えなければならない問題がある。

【００１２】一方、ホットワイヤＴＩＧ溶接の場合、ワ
イヤ加熱のために通電チップ内のワイヤ通電点から母材
までの距離を通常３０ｍｍ〜７０ｍｍ程度の範囲内の一
定値に保っているが、ワイヤ溶融状態を一定に保つため
にアーク熱の影響が一定になるよう、タングステン電極
とホットワイヤの先端間の距離を一定に保つ必要があ
る。そこで、しばしば通電チップの先に非導電性のセラ
ミックガイドを配置して、ワイヤの曲がり癖によるワイ
ヤ先端位置ずれの発生をできるだけ少なくなるようにす
ることが行われている。

【００１３】この場合、セラミックガイドと通電チップ
のワイヤガイド孔を一直線上に配置すると、ワイヤはセ
ラミックガイド側に拘束されて通電チップと常時接触す
ることが難しくなるので、しばしばセラミックチップの
ガイド孔軸と通電チップのガイド孔軸とを多少傾けて取
り付けたり、図２７のように曲がりのついた通電チップ
１ｄの先にセラミックガイド８ｄを取り付けることが行
われる。このようにすると通電は確実に行われるように
なるが、ワイヤ送給抵抗が著しく増してワイヤ送給むら
を発生するなど、しばしばワイヤ送給側に問題を発生し
た。

【００１４】図２８は、本願と同一出願人に係る特開平
７−２３６９７４号公報に記載されたトーチの先端部の
構造を示す図で、ワイヤ電流が流れる導電性のトーチ本
体部材９の先にワイヤ３ｅを案内するＶ溝が設けられた
セラミックガイド部材１０ｅがねじ１１ｅ−１で取り付
けられている。１２はワイヤに接触通電する通電チップ
で、ねじ１１ｅ−２とばね６ｅ−２を用いてセラミック
ガイド部材１０ｅとの間にワイヤ３ｅを挾み付けてい
る。可とう性の通電ケーブル１３を通電チップ１２とト
ーチ本体部材９にねじ１１ｅ−３，１１ｅ−４によって
ねじ止めしており、それらを電気的に接続している。

【００１５】また、１４はセラミック製の押さえ板で、
ねじ１１ｅ−５，１１ｅ−６とばね６ｅ−５，６ｅ−６
を用いてセラミックガイド部材１０ｅとの間にワイヤ３
ｅを挾み付けている。このような加圧接触構造の採用と
セラミックガイド１０ｅの採用により、セラミックガイ
ドを先端に取り付けてもワイヤ送給抵抗が少ないまま、
安定した通電性を保つことができている。

【００１６】しかし、本トーチは全体構造が複雑などの
問題もあるが、中でも高い電流をワイヤに流すために太
い可とう性の通電ケーブル１３が必要であり、可とう性
とは言えそのケーブルの剛性は適正な加圧力を保つため
の押さえばね１１ｅ−２の強さ以上になり勝ちで、結局
ワイヤを押さえる力を安定に保つには更に強いばねを採
用することになり、通電チップ１２が摩耗し易くなりチ
ップ寿命が比較的短くなる問題もあった。

【００１７】

【発明が解決しようとする課題】本発明の第１の目的
は、消耗電極アークにおける前述した問題点を、簡単な
トーチ構造で解決する手段を提供することにある。即
ち、曲がり癖のあるワイヤを用いても、曲がり癖の少な
い曲率半径の大きなワイヤを用いても、接触通電が確実
に行われてアーク切れを発生することが無く、かつアー
クが発生しているワイヤ先端の位置変動がより少なく、
また消耗部材が安価で交換容易な構造とした消耗電極ア
ーク溶接用トーチを提供することにある。

【００１８】本発明の第２の目的は、ホットワイヤＴＩ
Ｇ溶接でセラミックガイドを用いた場合の前述した問題
点を、小形の簡単なトーチ構造で解決する手段を提供す
ることにある。即ち、接触通電が確実に行われて、かつ
送給抵抗が少なく、消耗部材が安価で交換容易な構造と
したホットワイヤ溶接用のトーチを提供することにあ
る。

【００１９】

【課題を解決するための手段】前記課題を解決するため
に、本発明は主として次のような構成を採用する。

【００２０】ワイヤを挿通するトーチ先端部材と、前記
ワイヤに接触してワイヤに通電させる通電チップと、前
記通電チップをワイヤ側に押圧する弾性部材と、を備え
た溶接用トーチであって、前記通電チップは、前記弾性
部材に押圧されて、その一端側または一端側近傍が前記
トーチ先端部材に当接し且つ通電チップの回動支点とし
て機能し、その他端側が前記ワイヤにワイヤ長さ方向の
略垂直方向から接触し、前記トーチ先端部材から前記通
電チップを経由して前記ワイヤに通電する溶接用トー
チ。

【００２１】また、前記溶接用トーチにおいて、前記ト
ーチ先端部材の内部に前記ワイヤをガイドするセラミッ
クガイドを設け、前記ワイヤが前記セラミックガイドか
ら通り抜け出た直後において、前記通電チップの他端側
が前記ワイヤに接触する溶接用トーチ。

【００２２】また、前記溶接用トーチにおいて、前記ト
ーチ先端部材の端部に前記ワイヤをガイドするセラミッ
クガイドを取り付け、前記ワイヤが前記トーチ先端部材
から前記セラミックガイドに挿通する直前において、通
電チップの一端側が前記トーチ先端部材に当接する溶接
用トーチ。

【００２３】また、前記溶接用トーチにおいて、前記ト
ーチ先端部材の端部に前記ワイヤをガイドするセラミッ
クガイドを取り付け、前記ワイヤが前記セラミックガイ
ドに入る直前において、前記通電チップの他端側が前記
ワイヤに接触する溶接用トーチ。

【００２４】

【発明の実施の形態】第１実施例について 本発明に係るアーク溶接用トーチの第１実施形態を図面
に基づいて説明する。図１は本発明の実施形態に係るア
ーク溶接用トーチのトーチ先端部回り１５の平面図で、
機能的には図２４の通電チップ１ａと同等のものであ
る。図２は図１の中央断面図、図３は図１のＡ−Ａ断面
図でトーチ先端部材１６ａと通電チップ１８ａとの接触
通電部２４ａの状態を示すものである。図４は、図１の
Ｂ−Ｂ断面図でトーチ先端部材１６ａと通電チップ１８
ａの間に隙間ａがあることを示すものである。図５は図
１のＣ−Ｃ断面図で、通電チップ１８ａが新しい時にお
けるワイヤ３ｆとの接触の状態を示す。図６は通電チッ
プ１８ａを使い込んで摩耗が進行した時におけるワイヤ
３ｆとの接触の状態を示している。

【００２５】図１において、１６ａは直径１．２ｍｍの
ワイヤ用のクロム銅からなるトーチ先端部材で、概略寸
法は縦１４ｍｍ×横１２ｍｍ×長さ４０ｍｍである。こ
のトーチ先端部材１６ａは、図示していないトーチ本体
部にねじ１７ａを介して連結され、トーチ本体部からア
ーク電流を通電する導電体となっているとともに、水冷
されているトーチ本体部にトーチ先端部材１６ａ自身の
ほか通電チップ１８ａや板ばね１９ａがアークなどから
の熱で過熱されないように冷却する熱伝導体にもなって
いる。

【００２６】ねじ１７ａはその中心軸にワイヤ径よりか
なり太めのワイヤガイド孔２０ａを設けている。トーチ
先端部材１６ａの先端側には耐熱、耐摩耗性に優れた窒
化珪素からなり直径１．２４ｍｍの内接円を有する正三
角形状のガイド孔２ｆを持つ外径５ｍｍのセラミックス
リーブ２１ａをセラミックガイド部材として埋め込んで
いる。

【００２７】図７〜図９は図１のトーチ先端部材１６ａ
の形状を表す図で、図７は平面図、図８はその側面図で
ある。図７において“Ｍ”は、図１のねじ１７ａが入る
雌ねじの径を表し、その雌ねじの下穴はセラミックスリ
ーブ２１ａが入る“ｄ２”穴より少し大きくしており、
セラミックスリーブ２１ａが通過できる。このセラミッ
クスリーブ２１ａがワイヤ３ｆに引きづられて抜けるこ
とがないように、トーチ先端部材１６ａには先端側の孔
直径が“ｄ２”より小さい“ｄ１”となる先細りのテー
パ孔を設けている。このようにしてトーチ先端部材１６
ａはセラミックスリーブ２１ａを包み込んでおり、トー
チ先端部材１６ａはセラミックスリーブ２１ａの位置決
めと外力によって壊れないよう保護する役目も果たして
いる。

【００２８】トーチ先端部材１６ａの中央部には、図
７，図８に示されているようにＵ字状の溝２２ａを設け
ており、そこに通電チップ１８ａの一端を差し込んで引
っかける構造にしている。図９、図１０および図１１
は、図１における通電チップ１８ａの形状を説明する図
で、図９は平面図、図１０はその側面図、図１１は図９
の背面図である。通電チップ１８ａは、概略外形寸法１
２ｍｍ×７ｍｍ×２６ｍｍのクロム銅から出来ている。

【００２９】板ばね１９ａの一端は、図２に示すように
押さえねじ２３ａ−１，２３ａ−２によってトーチ先端
部材１６ａに密着させており、板ばね１９ａの固定のほ
か、板ばね１９ａの冷却にも役立てている。この板ばね
１９ａの他端で通電チップ１８ａを押さえつけることに
よって、通電チップ１８ａがトーチ先端部材１６ａのＵ
字状溝２２ａとセラミックスリーブ２１ａの三角のガイ
ド孔２ｆより出てきたワイヤ３ｆとに押しつけられるよ
うにしている。

【００３０】本発明の実施形態に係るアーク溶接用トー
チは、以上説明したような要素から構成されており、図
１および図２のように組み立てられて、以下のように作
動する。

【００３１】ワイヤ３ｆは図示していないトーチ本体部
から、ねじ１７ａのワイヤガイド孔２０ａを通る形でト
ーチ先端部材１６ａへと導入され、セラミックスリーブ
２１ａのガイド孔２ｆを通過し、板ばね１９ａにより押
された通電チップ１８ａの給電部２５ａとセラミックス
リーブ２１ａから出た所で軽く接触しながら溶接部に到
達する。

【００３２】この場合、通電チップ１８ａはセラミック
スリーブ２１ａ出口にできるだけ近付けたところでワイ
ヤ３ｆを軽く押さえるような配置にしているので、通電
チップ１８ａによってワイヤ３ｆが変形し押し曲げられ
ることはない。ワイヤ３ｆの剛性が十分に大きいことも
原因して、通電チップ１８ａで押さえることによって生
じるワイヤ３ｆの先端位置ずれは、セラミックスリーブ
のガイド孔２ｆ内でのワイヤ３ｆの横移動によって生じ
るずれ以上には大きくはならない。

【００３３】アーク電流は、図示していないトーチ本体
部からねじ１７ａにより結合されたトーチ先端部材１６
ａに供給され、トーチ先端部材１６ａのＵ字状溝２２ａ
とそこに一端がはまり込んだ通電チップ１８ａとの間の
接触通電部２４ａを通って通電チップ１８ａに入り、そ
の給電部２５ａで接触しているワイヤ３ｆを通って、ア
ーク形成部へと流れる。

【００３４】通電チップ１８ａは板ばね１９ａにより軽
くワイヤ３ｆに押しつけられて接触しており、図２４の
従来チップ１ａに見られたチップのガイド孔２ａとワイ
ヤ３ａ間のような隙間がなく、ワイヤ３ｆが真直であっ
てもばね１９ａの力で通電チップ１８ａを常にワイヤ３
ｆに押し付け接触通電しているので、通電不良によるア
ーク切れが発生しない。

【００３５】図１０に示す通電チップ１８ａ先端部で、
ワイヤと接触する部分の長さｂがあまり長いと、ワイヤ
３ｆの接触通電点がその中で変動する。すると通電点と
アーク発生点までのワイヤの長さ、すなわち実効的なワ
イヤエクステンションが変化することになり、アーク長
およびアーク電流の変動を招き、溶接状態が変化するの
で不都合である。このような不都合を避けるには、長さ
ｂは５ｍｍ以下とすることが必要であったが、逆にあま
り短いと、摩耗の進行が速くなり、チップ寿命が短くな
る。本実施形態では３ｍｍとした。

【００３６】図５は、使い初めの通電チップ１８ａの形
状とワイヤ３ｆとの接触の状態を示す。また図６は、長
時間使用後の通電チップ１８ａとワイヤ３ｆの接触の状
態を示すもので、通電チップ１８ａはワイヤ３ｆにこす
られて摩耗して掘れ込んでいる。このように摩耗が進ん
でも、板ばね１９ａによって通電チップ１８ａがワイヤ
３ｆに押しつけられている限り、つまり図４の間隙ａが
ある限り、接触通電は安定して行われるので、通電チッ
プ１８ｆの摩耗寿命は著しく延びる。なお、寿命に達し
た場合には、通電チップ１８ａはバネ１９ａで押さえら
れているだけなので簡単に脱着でき、専用のジグを用い
て自動交換が容易にできる。

【００３７】セラミックスリーブ２１ａのワイヤガイド
孔２ｆを丸孔にすると、例えば直径１．２ｍｍのワイヤ
３ｆに対しては、内径１．４ｍｍ程度以上にしないと、
ワイヤ３ｆに搬送されてくる銅メッキワイヤのメッキ
屑、ワイヤ切り粉、ごみなど異物がセラミックスリーブ
２１ａの入口側に蓄積してきて、セラミックスリーブ２
１ａ内でワイヤ３ｆとの間に挾み込む格好になって詰ま
りを発生し、高価なセラミックスリーブ２１ａを使えな
くする。したがって、ワイヤ３ｆが０．２ｍｍ以上横方
向に動ける自由さを持つような丸孔径に設定される。

【００３８】一方、内接円１．２４ｍｍを持つ正三角形
孔にした場合には、ワイヤ３ｆが横方向に自由に動ける
最大値は０．０７ｍｍであるのに、三角形の３隅部に直
径０．４４ｍｍの球状異物も通過できる大きな空間を形
成しており、そこからメッキ屑などの異物がワイヤ３ｆ
に搬送されて容易に排出するので、セラミックスリーブ
２１ａのワイヤガイド孔２ｆを三角孔にすると詰まりを
発生することがない。

【００３９】また、セラミックスリーブ２１ａには耐摩
耗性に優れ、かつ非導電性のセラミックスを用いている
ので、従来のＧＭＡ用の銅チップの場合のようにスパー
クして損耗するようなことは全く無く、長時間使用して
もセラミックスリーブ２１ａは摩耗で損傷することが少
なく、非常に長寿命である。スリーブが導電性である場
合には、スリーブと通電チップ１８ａの両方からワイヤ
３ｆに電流が流れ、それぞれからワイヤ３ｆに入る電流
の比率が不安定になるので、結局ワイヤ通電点からアー
ク発生点までの実効的なエクステンションが不安定にな
り、アーク長や溶接電流が変化するので、溶接状態が不
安定になる。したがって、非導電性のセラミックスリー
ブ２１ａにすると、ワイヤ電流は通電チップ１８ａ側だ
けからになり、実効エクステンションが安定する効果が
ある。

【００４０】なお、本実施形態では長さ３０ｍｍのセラ
ミックスリーブを用いたが、セラミックスリーブ２１ａ
に入る前で、ワイヤ３ｆがトーチ先端部材１６ａやねじ
１７ａなどと接触してそこから通電することがあって
も、その通電点から通電チップによる通電点間のワイヤ
の電気抵抗のために、通電チップから流れる電流の比率
が高くなるので、実効エクステンションの変動は問題に
なるほどには大きくならない。また、詰まりを発生しな
いでワイヤの横方向の移動距離をより小さくできる三角
孔２ｆとしているので、ワイヤ送出点の位置変動をより
小さくすると共に、曲がり癖のあるワイヤ３ｆがセラミ
ックスリーブ２１ａから送出される時の傾きがより小さ
くなっているので、これらの結果アーク発生点となるワ
イヤ先端位置の変動をより小さくしている。

【００４１】そして特徴的なことは、チップ１８ａが摩
耗していっても、ワイヤ３ｆの先端の変動状況はもっぱ
らセラミックスリーブ２１ａのガイド孔２ｆの状態によ
って定まるために、経時的に変動することがなく、常に
初期の小さい値のままとなることである。

【００４２】第２実施形態について 次に、本発明に係るアーク溶接用トーチの第２実施形態
を図面に基づいて説明する。図１２は本発明の実施形態
に係るトーチ先端部回り１５ｂの平面図で、図１３は図
１２の中央断面図で、これらの概略寸法は第１実施形態
とほぼ同じである。図１４と図１５は、トーチ先端部材
１６ｂの詳細を示す図で、第１実施形態のトーチ先端部
材を示した図７と図８にあるＵ字状溝２２ａを突起２６
にしている。

【００４３】それに対応して、図１６に平面図、図１７
に側面図を示すように、通電チップ１８ｂは、第１実施
形態の通電チップを示した図１０にある一方の突起を、
凹状の溝２７にしている。なお、通電チップ１８ｂで
は、ピン部２８を設けており、トーチ先端部材１６ｂ側
に対応したピン溝２９を設けて差し込む形に組み立て、
通電チップ１８ｂが横方向にずれることを防いでいる。

【００４４】第１実施形態の場合と比べて、通電チップ
と先端部材の接触部の横方向長さが増して接触面積が増
しているので、そこでの通電性および熱伝導性が良くな
っている。

【００４５】第３実施形態について 本発明に係るアーク溶接用トーチの第３実施形態を図面
に基づいて説明する。図１８は本発明に係るトーチ先端
部回り１５ｃの平面図で、図１９は図１８の中央断面図
であり、概略寸法は縦１６ｍｍ×横１０ｍｍ×長さ７３
ｍｍ（ねじ１７ｃから通電チップ１８ｃの先端まで）で
ある。

【００４６】図１８および図１９において、１６ｃはク
ロム銅からなる概略１０ｍｍ×１５ｍｍ×３０ｍｍのト
ーチ先端部材で、図示していないトーチ本体部にねじ１
７ｃで連結し、トーチ本体部からアーク電流を通電する
導電体となっているとともに、水冷されているトーチ本
体部に熱を伝える熱伝導体にもなっている。

【００４７】トーチ先端部材１６ｃの中には、図示して
いないトーチ本体部側からワイヤ３ｈをセラミックガイ
ド部材としてのセラミックチップ３０に導く絶縁性のテ
フロンライナ３１を挿入しており、ワイヤ送給抵抗をよ
り少なくすると共に、通電チップ１８ｃだけからワイヤ
３ｈに通電するように通電位置を特定することにも役立
てている。

【００４８】トーチ先端部材１６ｃのワイヤ出口側に外
径１０ｍｍ、長さ約４５ｍｍの窒化珪素製の三角孔２ｈ
を持つセラミックチップ３０がねじ止めされている。ト
ーチ先端部材１６ｃには第１実施形態と同様にＵ字状の
溝２２ｃが横方向に設けられており、そこに通電チップ
１８ｃを差し込んで引っかける構造になっている。通電
チップ１８ｃは、トーチ先端部材１６ｃの先にある三角
孔を有するセラミックチップ３０より出たワイヤ３ｈ
に、板ばね１９ｃで押しつけられている。

【００４９】従ってワイヤ３ｈは図示していないトーチ
本体部と結合しているねじ１７ｃからトーチ先端部材１
６ｃの中のライナ３１を通りセラミックチップ３０の先
から出て、そこで板ばね１９ｃにより押されている通電
チップ１８ｃと軽く接触して溶接部に到達する。アーク
電流は、図示していないトーチ本体部とねじ１７ｃによ
り結合されたトーチ先端部材１６ｃのＵ字状溝２２ｃに
はまった通電チップ１８ｃを通り給電部２５ｃでワイヤ
３ｈと接触して溶接部に流れる。

【００５０】通電チップ１８ｃは板ばね１９ｃにより軽
くワイヤ３ｈに押さえつけ接触しており、ワイヤの曲が
りが無くても通電チップ１８ｃによって常に接触通電し
ているので通電不良によるアーク切れが発生しない。ワ
イヤ３ｈは横方向の移動量の少ない三角孔２ｈのセラミ
ックチップ３０から出てくるため、ワイヤ先端の位置ず
れがより小さくなる。

【００５１】従来の通常のトーチでは、通電チップ以外
の部分でもワイヤとの電気的な接触があるために、通電
チップで瞬間的な接触不良が生じたときにアーク切れが
発生することがより少なくなることに役立っていた。し
たがって、ワイヤ送給抵抗を少なくしようとして絶縁性
のテフロンライナでチップ近くまでワイヤをガイドする
ようにすると、アーク切れが発生しやすくなる問題があ
った。

【００５２】しかし本実施形態では、絶縁性のテフロン
ライナ３１でトーチ先端部材１６ｃ近くまでワイヤ３ｈ
をガイドしてワイヤの送給抵抗を減少させても、通電チ
ップ１８ｃによる接触通電が常に行われているので、瞬
間的なアーク切れが発生する問題はない。このようにす
るとワイヤ電流の一部がトーチ本体部やネジ１７ｃのガ
イド孔などの帯電部とワイヤ３ｈが接触したところから
ワイヤ３ｈに流れ込むこともないので、実効的なエクス
テンションが一定に保たれワイヤ溶融状態がより安定す
るとともに、トーチの内部での通電による損傷がなくな
り、トーチ本体部やトーチ先端部材１６ｃの使用寿命も
より長くなる効果があった。

【００５３】本実施形態を第１実施形態の場合と比較す
ると、強度確保のためにセラミックス部材が太くなり高
価になるが、構造がより単純で小型化でき、またセラミ
ックスがむき出しになっているのでスパッタがより付着
し難いなどの長所がある。

【００５４】第４実施形態について 本発明に係る第４実施形態としてホットワイヤＴＩＧ溶
接用トーチへの適用例を図面に基づいて説明する。図２
０は本発明に係るトーチ部の平面図で、図２１はその側
面図である。図２０，図２１においてワイヤ３ｉのガイ
ドとワイヤ電流の通電を行う銅管３２の先端にトーチ先
端部材１６ｄを図示していないねじで固定している。そ
のトーチ先端部材１６ｄには、通電チップ１８ｄ−１を
押さえる板ばね１９ｄをねじ２３ｄ−１で止めている。
またトーチ先端部材１６ｄの先端側にセラミックガイド
部材としてのセラミックチップ３０ｄを止めるねじ２３
ｄ−２で固定している。

【００５５】このような構造なので、ホットワイヤＴＩ
Ｇ溶接中には、ワイヤ３ｉは銅管３２、トーチ先端部材
１６ｄ、セラミックチップ３０ｄを通過して、図示して
いない母材に到達するが、図示していないワイヤ加熱電
源から供給されるワイヤ電流は、銅管３２、トーチ先端
部材１６ｄ、通電チップ１８ｄ−１、ワイヤ３ｉ、図示
していない母材の経路で流れる。セラミックチップ３０
ｄに入る直前で通電チップ１８ｄ−１はばね１９ｄでワ
イヤ３ｉに押しつけられているので、そこで接触通電が
確実に行われる。

【００５６】本実施形態では、セラミックチップ３０ｄ
としてワイヤ径に近い内接円を持つ三角孔のセラミック
チップを用いた。ワイヤは抵抗加熱で次第に温度が高く
なってセラミックスリーブ出口で、例えば軟鋼ワイヤで
は９００°Ｃ近傍まで加熱されるが、細い真っ直ぐな孔
を軟化したワイヤを通過させることによって、ワイヤの
曲がり癖を矯正している。同様な効果を目的とした図２
８のトーチ構造と比較し、構造が単純化され極めて小形
化している。

【００５７】図２２は第４実施形態の通電チップ１８ｄ
−１に代替する別構造の通電チップ１８ｄ−２の構造を
示す斜視図で、通電チップ１８ｄ−２の一端側（トーチ
先端部材１６ｄとの接触側）に冷却水が流れる細い銅管
３３−１，３３−２をろう付けして、冷却水を通電チッ
プ１８ｄ−２の中に通過させる構造としている。この通
電チップ１８ｄ−２は、構造が複雑で高価となりチップ
交換に手間取る点で劣るが、大電流を通電するときに通
電チップの温度が上昇することを防止でき、チップ寿命
を延長する効果がある。

【００５８】その他の実施形態について 第１から第４実施形態の通電チップ１８ａ〜１８ｄは、
通電チップ全体を安価なクロム銅で製作したが、銅タン
グステンや銀タングステンなど接触通電による損耗がよ
り少ない材料を用いてもよい。しかしその場合には材料
費が高くなる。図２３は、第１実施形態の図１における
通電チップ１８ａのＣ−Ｃ断面相当場所に銅タングステ
ン部材３４を接触通電部材として埋め込み固定した通電
チップ１８ｅの実施形態を示したものである。接触通電
部材３４としては銅タングステン棒を横から差し込んで
固定したものでもよい。このようにすると、更に長寿命
の通電チップを比較的安価に構成できる。

【００５９】第１，２実施形態ではセラミックスリーブ
２１に、第３，第４実施形態ではセラミックチップ３０
に窒化ケイ素を用いたが、これらは窒化ケイ素に限定さ
れるものでなく、アルミナなど他の耐摩耗性に優れ、非
導電性のセラミックスであれば代替できる。

【００６０】セラミックスリーブ２１やセラミックチッ
プ２０のワイヤが通過する孔は正三角形の場合が最も効
果的であったが、正三角形に限られるものでなく、多少
効果が劣るが丸孔や菱形などであってもよい。また、三
角形に似た形状として、Ｖ溝と平板の組み合わせで構成
することもできる。この場合トーチ構造は多少複雑にな
るが、三角孔セラミックチップの製作には特殊な設備を
必要とするのに対し、セラミック部材の製作がより容易
となる効果がある。

【００６１】以上説明したように、本発明の実施形態の
特徴は、溶接トーチにおける通電チップの一端側が通電
部材にバネで押されて接触しながらその点を支点として
他端側が動くようになっており、前記通電チップの他端
側はバネで押されてワイヤに横から接触するように構成
されていて、通電部材から通電チップを経由してワイヤ
に通電するものである。

【００６２】特に、消耗電極アークの場合には、トーチ
内に耐熱・耐摩耗でかつ電気絶縁性のセラミックスのワ
イヤガイドを配置し、ワイヤが前記セラミックガイドか
ら出た直後に、通電チップと接触するように構成され
る。

【００６３】また、ホットワイヤＴＩＧ溶接でセラミッ
クガイドを用いた場合には、トーチ内に耐熱・耐摩耗で
かつ電気絶縁性のセラミックスのワイヤガイドを配置
し、ワイヤがセラミックガイドに入る直前で、前記通電
チップと接触するように構成する。

【００６４】なお、使用されるこれらのセラミックガイ
ドは、三角孔あるいはＶ溝と平板部材から構成した三角
孔を備えておれば、効果がより顕著に達成される。

【００６５】

【発明の効果】本発明によれば、通電チップは、相当量
摩耗しても使用できる構造になっているので、長寿命に
なった。通電チップの給電部に銅タングステンなどを用
いると、更に長寿命化を図ることができた。

【００６６】セラミックスリーブやセラミックチップは
窒化珪素など耐摩耗性に優れたセラミックスを用いてい
るので多少高価ではあるが、ほとんど摩耗しない準消耗
品であり、日常的な交換は不要である。そして、三角孔
でワイヤガイドしているのでセラミックスリーブ内で詰
まりを発生することもない。

【００６７】また消耗品としての通電チップは従来の通
電チップに比較して、重量も従来チップの１／５以下程
度なので材料費が安くなり、また形状が単純で容易に鍛
造で製作できるので、製造コストも半減する。

【００６８】通電チップはトーチからワイヤが出たまま
の状態でもチップを両横から挾んで容易に取り出せ、ま
た装着できるので、自動交換装置が容易に構成できる。

【００６９】ＧＭＡ溶接における従来のチップでは瞬間
的なアーク切れがしばしば発生し、引き続いて再点弧す
る際に多量にスパッタが発生していたが、本発明のトー
チによれば、通電チップが常時ワイヤに接触して通電が
保たれるので、そのような原因に伴うスパッタ発生がな
くなり、結局スパッタ発生量が激減する効果を生じた。
また、接触通電性が極めて良好なので、殊に無人化溶接
ラインで問題になっていたアークスタートミスの発生が
ほとんどなくなった。

【００７０】ＧＭＡ溶接の場合、ワイヤの横方向の動き
をより拘束する狭い三角孔のセラミック部材を用いてい
るのでワイヤ先端の位置ずれは通電チップの摩耗状態と
は関係なくなり、また経時的に変化することもなくなっ
た。そして溶接トーチからのワイヤ送出点での位置変動
がより小さくなり、またワイヤ送出点での曲がり癖のあ
るワイヤの傾きがより少なくなるように拘束しているの
で、ワイヤ先端の位置ずれは従来の１／２程度にまで少
なくなった。併せて、通電性確保のためにワイヤに曲が
り癖を付与することが不要になったので、ワイヤをより
真直化して送給できるようにもなった。これらにより、
従来問題になっていた溶接中の蛇行ビードの発生やアー
ク狙い位置ずれの問題がほとんどの場合、解消できるよ
うになった。

【００７１】これらの効果があり、更に通電チップは自
動交換容易な構造になっていることから、溶接ロボット
などで問題になっていたチップの摩耗によるワイヤ位置
ずれの発生やチップ詰まりによる予期しない溶接停止に
よるライン停止などの発生が極めて少なくなる効果もあ
るので、本発明になる溶接トーチを用いると、殊に無人
化溶接ラインの運転で大きな効果をあげることができ
る。

【００７２】ホットワイヤＴＩＧ溶接の場合には、ワイ
ヤ送給抵抗が少なく通電性も良好な状態で、セラミック
チップのガイド孔を用いることが出来、そしてより狭い
ガイド孔を用いることが要求されるワイヤ曲がり矯正も
容易に行えるようになった。

【００７３】以上のように、本発明に係るトーチは、従
来のＧＭＡ溶接における通電チップの基本的問題、およ
びホットワイヤＴＩＧ溶接でセラミックガイドを用いた
時の基本的問題を根本的な面から解決しており、工業的
に多大な効果を生むものである。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明に係るアーク溶接用トーチの第１実施形
態を示す平面図である。

【図２】図１の中央断面図である。

【図３】図１のＡ−Ａ断面図である。

【図４】図１のＢ−Ｂ断面図である。

【図５】図１のＣ−Ｃ断面図である。

【図６】図１のＣ−Ｃ断面図の他の例である。

【図７】図１のトーチ先端部材の平面図である。

【図８】図１のトーチ先端部材の側面図である。

【図９】図１の通電チップの平面図である。

【図１０】図１の通電チップの側面図である。

【図１１】図１の通電チップの背面図である。

【図１２】本発明に係るアーク溶接用トーチの第２実施
形態を示す平面図である。

【図１３】本発明に係るアーク溶接用トーチの第２実施
形態を示す中央断面図である。

【図１４】図１２のトーチ先端部材の平面図である。

【図１５】図１２のトーチ先端部材の側面図である。

【図１６】図１２の通電チップの平面図である。

【図１７】図１２の通電チップの側面図である。

【図１８】本発明に係るアーク溶接用トーチの第３実施
形態の平面図である。

【図１９】本発明に係るアーク溶接用トーチの第３実施
形態の中央断面図である。

【図２０】本発明に係る溶接用トーチの第４実施形態の
平面図である。

【図２１】本発明に係る溶接用トーチの第４実施形態の
側面図である。

【図２２】本発明に係る通電チップのその他の実施形態
を説明する図である。

【図２３】本発明に係る通電チップのその他の実施形態
を説明する図である。

【図２４】従来の溶接チップの断面図である。

【図２５】先行技術である特開平６−３０４７６１号公
報記載に係る通電チップのガイド孔形状を説明する図で
ある。

【図２６】先行技術である特開昭６４−１８５８２号公
報記載に係る通電チップの説明図である。

【図２７】従来技術の溶接トーチの説明図である。

【図２８】先行技術である特開平７−２３６９７４号公
報記載に係る溶接トーチの説明図である。

【符号の説明】

１ 通電チップ ２ ガイド孔 ３ ワイヤ ４ チップ出口部 ５ 接触通電点 ６ ばね ７ 圧接摺動子 ８ セラミックガイド ９ トーチ本体部材 １０ Ｖ溝付ワイヤガイド １１ ねじ １２ 通電チップ １３ 通電ケーブル １４ セラミック押え １５ トーチ先端部回り １６ トーチ先端部材 １７ ねじ １８ 通電チップ １９ 板ばね ２０ ガイド孔 ２１ セラミックスリーブ ２２ 溝 ２３ 押えねじ ２４ 通電部 ２５ 給電部 ２６ 突起 ２７ 溝 ２８ ピン ２９ ピン溝 ３０ セラミックチップ ３１ テフロンライナ ３２ 銅管 ３３ 銅管 ３４ 接触通電部材

Claims (6)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 ワイヤを挿通するトーチ先端部材と、前
   記ワイヤに接触してワイヤに通電させる通電チップと、
   前記通電チップをワイヤ側に押圧する弾性部材と、を備
   えた溶接用トーチであって、 前記通電チップは、前記弾性部材に押圧されて、その一
   端側または一端側近傍が前記トーチ先端部材に当接し且
   つ通電チップの回動支点として機能し、その他端側が前
   記ワイヤにワイヤ長さ方向の略垂直方向から接触し、 前記トーチ先端部材から前記通電チップを経由して前記
   ワイヤに通電することを特徴とする溶接用トーチ。
2. 【請求項２】 請求項１に記載の溶接用トーチにおい
   て、 前記トーチ先端部材の内部に前記ワイヤをガイドするセ
   ラミックガイドを設け、 前記ワイヤが前記セラミックガイドから通り抜け出た直
   後において、前記通電チップの他端側が前記ワイヤに接
   触することを特徴とする溶接用トーチ。
3. 【請求項３】 請求項１に記載の溶接用トーチにおい
   て、 前記トーチ先端部材の端部に前記ワイヤをガイドするセ
   ラミックガイドを取り付け、 前記ワイヤが前記トーチ先端部材から前記セラミックガ
   イドに挿通する直前において、前記通電チップの前記一
   端側が前記トーチ先端部材に当接することを特徴とする
   溶接用トーチ。
4. 【請求項４】 請求項１に記載の溶接用トーチにおい
   て、 前記トーチ先端部材の端部に前記ワイヤをガイドするセ
   ラミックガイドを取り付け、 前記ワイヤが前記セラミックガイドに入る直前におい
   て、前記通電チップの他端側が前記ワイヤに接触するこ
   とを特徴とする溶接用トーチ。
5. 【請求項５】 請求項２、３または４に記載の溶接用ト
   ーチにおいて、 前記セラミックガイドは、前記ワイヤを挿通する三角孔
   を有することを特徴とする溶接用トーチ。
6. 【請求項６】 請求項２、３または４に記載の溶接用ト
   ーチにおいて、 前記セラミックガイドは、前記ワイヤを挿通するため
   の、Ｖ溝と平板部材からなることを特徴とする溶接用ト
   ーチ。