JPS5824686B2 - 溶接用ト−チ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】 本発明は金属類の加熱または溶接に有用な溶接発炎ラン
プに係る。

本出願人のオーストラリア特許第４６００６６号におい
て、本出願人は溶接用トーチの握９部分の曲りに取り付
けるための溶接用トーチ付属品について記載し、請求し
た。

該付属器は誘導管から下流方向に延びてノズルに終る混
合室を備え、該；混合室はその直径の少々くとも８倍は
あシ、その室とノズル壁は急激な段列を含まないもので
あったのでそこを通過するガスは実質上非攪乱の流線を
なしていた。

前記明細書に開示された溶接用トーチ付属品はそれ以前
に提案された溶接用トーチ・よりも集中されたさらに高
温の熱見本を与える特性を持っていた。

この特性のためガス使用において経済的なことが判った
のである。

アゾレイド大学によって行われた独自の試験は、ガスの
節約が全体で約８０％であることを示した。

しかしながら、この溶接用トーチではある種の困難に遭
遇した。

その困難の最も重大なものは握り部分が面倒になってい
て、現在ある溶接用トーチに装着されると比較的長い混
合室のために使用上扱いにくいことであった。

本発明の１つの目的は普通の現存溶接用トーチよりも高
温で、一層集中的な熱形態が達成でき、しかも遥かに格
好よく、さらに便利な握り部分を備えた改良を提供する
ことである。

本出願人の知る最も近い先行技術はフーシエ（Ｆ ｏｕ
ｃｈｅ ）氏に与えられた米国特許第１４１８２４５号
で、こ〜では酸素及びアセチレンは環状に前方に進みな
がら混合されるが、混合されたガスは単一の混合室に真
直ぐ入った後ノズルから流出する１安全の要求は溶接用
トーチの形状に大きな影響を与える。

「ブローバック」は前方に移動する炎がノズル開口を通
り溶接用トーチの混合室へ戻ることによって惹起される
現象である。

現在使用されているような溶接用トーチでは、アセチレ
ンより多い酸素が必要である。

（５０２＋２Ｃ２Ｈ２二４ ＣＯ２＋ ２ Ｈ２０なる
燃焼方程式を満足するため）そしてアセチレンよりも高
圧の酸素を使用するのカ普通である。

酸素に対してはアセチレンのホースを装入することが可
能になり、「ブローバンク−の危険を減少するため、ア
セチレンは複数個の小開口を通じ先行技術の溶接用トー
チの混合室に導入される。

しかしながら、「ブローバック」は混合室内で小爆発を
起しうるもので、小開口が存在するに拘らずアセチレン
ホース自身の中での燃焼によりアセチレン圧力計を損傷
する爆発の例もまだ起っている。

可燃性ガスを運ぶホール（アセチレンホース）Ｋまで「
ブローバック」が延びる懸念が少ないように溶接用トー
チの安全性を改良するのが本発明の別な目的である。

簡単にいえば、本発明では溶接用トーチは比較的小容積
の第１混合室、比較的大容積の第２混合室、直径よりも
長さの遥かに大きいガス混合物を誘導する穴、第１混合
室で混合された後のガスを第２混合室に誘導する誘導穴
、及び第２混合室の下流端にある排出ノズル等を限定す
る構成要素を備えている。

若し室、誘導穴及びノズルが共軸ならば、そして若しそ
れらが正確な寸法でつくられているならば酸素及びアセ
チレンに対し等しい圧力を使用することか可能になり、
これによってアセチレンホースに酸素が流入する危険を
減少する。

また前記特許第４６００６６号に記載した溶接用トーチ
で達成されるよりもさらに高温で、一層集中された熱を
達成することが可能であると判った。

若し溶接用トーチが酸素の中心流を第１混合室に誘導し
て、これが環状に流れるアセチレンの環に流入するなら
ば、要求され、大気から供給された追加の酸素は、ノズ
ルからアセチレンに富む管内に流出する非攪乱ガスを滑
らかに流動させることによって流入される。

さらにまた溶接帯域を包囲するガスは水蒸気、窒素及び
二酸化炭素を含み、その結果溶接帯域近くの腐蝕が大い
に阻止される。

なおさらに先行技術の溶接用トーチよりも炎の中心が高
温になる現象が観察され、このことは炎の横断面上の非
均−燃焼によるものと考えられる。

さらに詳細にいえば、本発明は握り部分と、その上流端
において酸素供給ホースに連結するための連結装置を持
つ握シ部分内の酸素導管と、及びその下流端において前
記導管とガス流連通する管状酸素指導子と、酸素指導子
を限定する少な（とも１つの混合部材、第１混合室、そ
の上流端で可燃性ガス供給ホースに連結するための連結
装置を有する握シ部分内の可燃性ガス導管、及びガス導
管の下流端を第１混合室とガス流連通させる握り部分内
の壁を包含し、そしてその直径を超える長さのガス混合
物を誘導する穴及びその直径を超える長さ及び前記ガス
混合物誘導穴の直径を超える直径の第１混合室よシ大な
る容積の第２混合室を限定する壁を含むガス混合構造体
と、及び前記第２混合室の下流端にある排出ノズルとか
ら成るもので、前記酸素指導子、第１混合室、ガス混合
物誘導穴、第２混合室及びノズルはすべて共通の極軸を
有する。

この配置について、ノズルから流出する酸素及。

びアセチレン（１例として）の流れは、使用される酸素
の量が通常の溶接用トーチより少なくても非常に集中さ
れた高温中心部分を有する極めて滑らかな炎を与える。

この溶接用トーチは前記オーストラリア特許第４６００
６６号明細書中に記載・された複合溶接用トーチ及び付
属器よりも一層高速の溶接（同一ガス消費に対し）をな
しうるものである。

完全燃焼のためには、酸素対アセチレンの比は酸素５重
量部（２容量部）対アセチレン２重量部（１容量部）の
代りに、前記比の１＝１重量部（他の酸素は包囲する大
気から来る）に減少することができ、さらにガス使用量
を減少することもできる。

ある作業者は右手で溶接用トーチを使用し、また他の作
業者は左手でそれを使用する。

本発明の別の見解では、溶接用トーチの握り部分は酸素
導管及びガス導管の夫々の上流端にスイベル・ナツトと
、該スイベル・ナツトに連結された弁と、及び夫々の弁
の入口端上のホース接合管とを備えている。

スイベル・ナツトを弛めることによって、弁は回転され
、使用者に適した位置に移される。

本発明の他の例では、握り部分はそれを通じ酸素導管及
びガス導管が通っている把手を備えている。

本発明の別の見解では、握り部分はそれに固定された連
結ブロックを備え、かつ該ブロックを通じて延びるガス
流導管を持ち、前記連結ブロックは握り部分が「鉛筆型
溶接用トーチ」として使用できるように比較的小さな寸
法のものになっている。

第１図、２図、３図及び４図の第１態様において、溶接
用トーチ１０は握り部分１１を備え、握９部分の「端末
部」には夫々１２で示された２つの接合管が設けられ、
各々はスイベル・ナツトを有し、これに夫々の弁が連結
され、その１つは酸素用として１３で示され、他は可燃
性ガス用として１４で示されている。

（こ〜で単に「ガス」と呼ばれるのは、通常アセチレン
を意味すると考えられるが、本発明に関してはブタン、
その他のガスも使用できる）スイベル・ナツトの配置は
合弁が使用者に最も便利な位置を占めることができるよ
うにし、このことは右ききまたは左ききの作業者によっ
て手持溶接用トーチを使用できる配置とするため極めて
望ましい特徴である。

この態様では、握り部分１１は作業者の手に握られるの
が便利なような構造を備え、ナツト接合管から離れた端
の突起１７で終っている。

突起は握り部分の把手部の縦軸に関しである角度で通過
して延びるねじ切穴１８を備え、そして握り部分は２つ
の導管を内蔵しその１つは後端にある酸素導管１９で、
他は前端にあるガス導管２０であって、該導管は並行ま
たは殆んど並行してねじ切穴１８で終る。

酸素導管１９はガス導管２０の背後にある。

導管は別の形態の固体把手中に穿孔された穴によって形
成してもよいが、例示したように「軽量」把手が通常作
業者によって好まれる。

ねじ切穴は先ず酸素指導子２４によりねじ止め係合され
、前記酸素指導子はその長さの部分に延びるねじ２５を
有するねじ切部材であり、ねじ２５自身は環状凹所２６
を形成する壁によって遮断されている。

酸素指導子の前端または下流端はパイプ軸２７を有し、
該軸はその外周に沿って先細をなし、また中心の軸方向
に延びる酸素誘導穴２８を包囲する。

紋穴２８は使用される最大直径ノズル略等しい直径のも
ので、この態様においては直径が２．４０ミＩＪメート
ルである。

複数個の放射方向に延びる穴２９は酸素を誘導する穴２
８の後端に交差して環状凹所２６に開口し、この配置は
酸素誘導子がしかるべき位置、すなわち握り部分の突起
１７内のねじ切穴１８の基部にねじ締めされる時、環状
凹所が酸素導管と一直線上に在って、酸素は酸素導管、
環状凹所、放射方向の穴を経て酸素誘導穴に送られ、そ
こから比較的小直径の高速流として流出する。

握り部分突起１７内のねじ切穴の口または下流端に近（
、一般に３１で示されたガス混合構造体があって、第１
混合部材３２を備えている。

この第１混合部材３２はその上流端にガス拡散スカート
３３を有し、該スカートは先細パイプ軸２７を包囲し、
その上流端において先細パイプ軸２７の上流端の肩部３
４を支承するが、ガス拡散スカートはその上流端に比較
的大きな直径の中心室を持ち、それが第１混合室３５を
構成し、それに酸素の小さな直径の流れが通人する。

複数個の小直径の放射方向に延びる穴３７はガス拡散ス
カートを通過し、そしてその配置はガス拡散スカート（
その外径はねじ切穴のねじ直径より小さい）を包囲する
空間がガス導管２０の下流端と連通しており、これによ
りガス導管内のガス圧と酸素の流れはガスを酸素流の外
周囲に近い部分に流入するよう組み合せる。

このようにして第１混合室には、そこを通過する流れが
比較的に非撹乱性であるとはいえ、ガスと酸素は若干混
合されているが、この段階においても中心は少なくとも
酸素に富んでいると信じられている。

このことは、その多くがガスの充分な攪乱流をうるため
に複雑な配置を使用した先行技術の溶接用トーチと直接
に対照されるものである。

第３図に最もよく見られるように、放射方向に延びる穴
３７は分出する環状空間に開口する。

「ブロー・バック」の場合には、たとえ酸素がアセチレ
ン・ホースに入ったとしてもホース内の燃焼の危険はこ
の形状によって減少される。

第１混合部材３２はその上流端にのみ比較的大なる直径
の第１混合室３５を持ち、これはガス混合物誘導穴３９
とみなしうる比較的小直径の並行々壁で囲われた穴に連
通ずる。

この態様においてはガス混合物を誘導する穴は、そこか
ら流出するガス混合物が比較的小直径の比較的非攪乱流
として流出するように直径が２．４０ミリメートルであ
る。

しかしながら、その長さはその直径より少なくとも５倍
大きく、この態様では約２２ミリメートルある。

この寸法は重要であり、最適の結果を達成するには与え
られた寸法のいかなる溶接用トーチに対しても経験的手
段によって調整しなければならない。

第１混合部材３２のねじ切外側部分は把手の口から外方
に突出し、これは空気流入スリーブを構成する小さなス
リーブ４１によりねじ締め係合され、該空気流入スリー
ブはその全長を通じてねじ締めされるが、その外表面の
浅い溝４２からそこを通じて延びる複数個の放射方向に
広がる穴を有する。

この穴は３つの比較的大きな穴４３及び３つの比較的小
さな穴４４を含み、この配置はすべての穴が同一大きさ
のものである場合よりも「ブローバック」の影響の範囲
を限定するのに一層適するものである。

その理由はそれが溶接用トーチ内で不均一なガス混合物
を生ずるからである。

放射方向に延びる穴４３及び４４は第１混合部材３２の
下流端の僅か下流に位置するが、第１混合部材３２の下
流端は流出端に向って先細をなす小さな突出する突起４
６を備え、これは前記穴が第１混合部材から流出するガ
ス流に関して開かれる時、空気が第４図に示したように
ガス流に流入される。

空気混合スリーブ４１の他端すなわち下流端はガス混合
構造体３１の第２混合部材４８によりねじ締め係合され
、該第２混合部材４８はその長さの全部ではないが大部
分に延びるねじを有し、該ねじは第２混合部材が空気流
入穴４３及び４４を充分に露出するようねじを弛められ
た時に作業者が速（確認できるように凹所４９によりそ
の端部を中間で遮断している。

空気流入穴は時々にしか露出されない。

それは金属の溶接から明瞭なように溶接用トーチは金属
の加熱のために必要な時で、かつ比較的低温ガスの大部
分が噴射口から流出することが要求される。

しかしながら、普通は第２混合部材は第１混合部材の下
流端の突起４６を取り巻（先細表面４６′に接近してね
じ締めし、部材４８内の比較的大なる直径の中心穴５２
で示された第２混合室を形成する。

第２混合部材４８の下流端にねじ締めされてノズル５３
があり、該ノズル５３は第２混合室５２の直径と同一直
径の穿孔５４を有し、該穿孔は噴射口即ち出口噴射穴５
６を末端とする先細壁５５内で終っている。

ノズル５３の穿孔５５、噴射穴５６の内壁及び第２混合
室５２の穿孔は出来るだけ滑らかにつくられ、滑らかな
程よい。

この態様においては、第２混合室５２の穿孔の壁は高度
の滑らかさをうるように研がかれる。

また第２混合−室及びノズルの上流端に対し共通な穿孔
の長さは、もしその穿孔が非常に長（なければその直径
に関係づけられるべきことも発見された。

しかしながら、実際目的のためには、穿孔は出来るだけ
短かいことが望ましく、かつ穿孔直径の８倍を超えるシ
ベきである。

この態様においては、穿孔長さは１１．２５ｘ穿孔直径
で、それは６．４朋の穿孔直径に対し、穿孔長さは略７
２ｍｗであることを要する。

穿孔長さは１．２５Ｘ直径の奇数倍数、そして所望の混
合条件を達成するには少な（とも８．７５ Ｘ直Ｊ径で
あるべきことが実験により発見された。

もし穿孔がこの態様の１１．２５ｘ直径を超えて増加す
るならば、改良は多くの場合、延びた長さは必要とされ
ないぐらいに僅かなものであるが、その長さの極限は次
第に減少して漸進的に改良される。

ｊまた第２混合室の穿孔の端を限定する先細壁５５の輻
合角を制御することが望ましいことも発見され、この態
様においては、円錐夾角はは略５４度である。

それば４５と６５の間にあるべきであるが、それか５４
に近くとられる程、結果は恐ら（４よりよいものとなる
。

これは穿孔の壁からのガスの粒子または分子の偏りに関
係するものと信じられている。

また理由は明らかではないが、ノズルの流出する穴の噴
射口直径は臨界的であること、そして与えられた溶接用
トーチに対し直径が適当であることを確認する一連の実
験が必要であることが発見された。

この態様の例では、３つの満足な直径が発見された。

第１は０．９０ミリメーターであり、第２は１．３０ミ
リメーターで、最大のものは２．４０ミリメートルであ
り、それは酸素指導子及び第１混合部材を通る穴の直径
と同一直径である。

これら直径の数値の間の他の数値の直径を有する穴では
劣った結果を与えることが発見された。

使用に当って低圧のガス（約４Ｐ、Ｓ、ｉまたは２８に
、Ｐ、ａ）は等量で発炎ランプに送られかつ酸素対アセ
チレンの理論的に正しい８０：３２の比ではないが、炎
の温度は極めて小直径に対しては極度に高い。

最小尖端の場合には約１９１１ｔｍ、中位の尖端に対し
ては２９ｔｒｔｗ、そして大なる尖端に対しては１６朋
の青い滑らかな円筒形の炎が延びる。

もしブタンと酸素を使用するなら容量で１−１が使用さ
れ、満足な加工が得られることが判ったが、温度はアセ
チレンによるよりも遥かに低い。

青色円錐炎の第１燃焼は一酸化炭素と水素を生じ、包囲
する炎の第２燃焼は二酸化炭素と水蒸気を生ずることが
知られている。

しかしながら、包囲する炎は酸素に富んではおらず、酸
素は滑らかな流入ガスによって大気から混合され、包囲
炎を形成する。

流入した酸素の量は先行技術の溶接用トーチに関するよ
りも遥かに大きく、溶接は金属酸化の起るのを無視でき
るような有利な条件下で行われる。

これは順次にアルミニウム及びマグネシウム合金のよう
な困難な金属の溶接を簡易にする。

本発明は微小溶接が可能になるような改良を生じ、第２
態様（第５図に示された）においては、構造は実質的に
最初のものと同様であり、同様な数字は同様な構成要素
を示すが、ただ異なるのは第１の場合のように把手を使
用する代りに、握り部分１１は取り付シリンダー６１の
片側にかつ一端の近くで固定されたガス誘導ブロックを
備え、該シリンダーは把手の突起の代りとなり、かつ酸
素指導子及び第１混合部材によりねじ締め係合される。

ブロック６０はホース弁（示されてない）への２つの小
さな可撓管６２を備え、この装置は鉛筆のようにして指
の間に保持することができる。

しかしながら、もし必要ならば、手持溶接のための把手
を与えるため装置上を滑り円筒形部材６１に固定する簡
単な管状把手６３も備えである。

【図面の簡単な説明】

第１図は本発明の第１態様による溶接用トーチの部分断
面側面図、第２図は酸素指導子、ガス混合構造体及びノ
ズルの「分解」側面図、第３図は組立てられた構成要素
を示す拡大断面図、第４図は空気の第２混合室への流入
を行なうよう分離されたガス混合構造体の２つの混合部
材を示す破砕断面側面図、第５図は本発明の第２態様で
ある、「鉛筆型トーチ」の側面図である。 これらの図面において、１０は溶接用トーチ、１１は握
り部分、１２は接合管、１３は酸素用弁、１４は可燃性
ガス用弁、１７は突起、１８はねじ切穴、１９は酸素導
管、２０はガス導管、２４は酸素指導子、２６は環状凹
所、２７は先細パイプ軸、２８は酸素誘導穴、２９は放
射方向に延びる穴、３１は第１混合構造体、３２は第１
混合部材、３３はガス拡散スカート、３５は第１ガス混
合室、３７は放射方向に延びる穴、３９はガス混合物誘
導穴、４１はスリーブ、４２は浅い溝、４３゜４４は空
気流入穴、４８は第２混合部材、５２は・第２混合室、
５３はノズル、５５は穿孔、５６は噴射穴、６０はガス
誘導ブロック、６１は取り付シリンダー、６２は可撓管
である。

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １ 内部に管状で同一直径の酸素誘導穴を有し、一端部
   に酸素供給導管連通部を形成し、他端には先細ステムを
   備えた酸素指導子と、 内部上流側に管状で大きい直径で適宜長さの穴と、内部
   下流側に該大きい直径の穴に連通ずる小さい直径のガス
   混合物誘導穴を形成すると共に該上流側の壁部の適宜個
   所に半径方向に延び該大きい穴に連通ずる、可燃ガス供
   給導管連通部を形成する複数の小孔を穿設し且つ下流側
   端部に先細部を有する突起部を形成し、該大きい直径の
   大向に前記酸素指導子の先細ステムを装着し該先細部外
   側と紋穴の内壁間に該小孔と連続する可燃性ガス流入用
   環状空間を形成すると共に該先細ステム端部と該ガス混
   合物誘導穴上流端部間に第１混合室を形成する第１混合
   部材と、 内部に管状で同一直径の穴から成る第２混合室を形成し
   且つ上流側端部には内側に向って先細部を形成し、紋穴
   の上流側に前記第１混合部材の下流側端部の突起部を挿
   入すると共に上流側の該先細部と該第１混合部材の下流
   側先細部間に空気流入用の環状間隙を調整可能に形成す
   る第２混合部材と、 内部上流側長手方向に四部を設は且つ、該凹部に連通す
   る長手方向の穴と紋穴の下流端に連続する先細穴及び先
   細穴に連続する噴射口を形成し、該凹部に先記第２混合
   部材の下流側端部を装着するノズルと、 環状で壁部に半径方向に穿設した複数の穴を備え、前記
   第１混合部材及び第２混合部材間外側に装着し、該両部
   材を調整可能に連結すると共に該両部材端部間に形成さ
   れる上記空気流入用の環状間隙と該孔を整合して空気流
   入量を調整する空気流入スリーブと、 からなる本体と該本体後部適宜個所に取り付けられる握
   り平部を有し前記酸素供給導管連通部には酸素供給導管
   が調整可能に接合され且つ前記可燃ガス供給導管連通部
   には可燃ガス供給導管が調整可能に接合され、該本体の
   前記長手方向に設けた穴は全て同一軸線上に存在する様
   に構成されたことを特徴とする溶接用トーチ。 ２ ガス混合物誘導穴の壁が並行であり、穴の壁の長さ
   が穴の直径よシ少なくとも５倍大なるようにした特許請
   求の範囲第１項記載の溶接用トーチ。 ３ 酸素指導子の穴の下流端が前記第１混合室によって
   ガス混合物を誘導する穴の上流端から離れているように
   した特許請求の範囲第１項または第２項に記載の溶接用
   トーチ。 ４ 前記第２混合室がその直径の８倍越える長さを有す
   るようにした特許請求の範囲第１項乃至第３項のいずれ
   かに記載の溶接用トーチ。 ５ 前記握９部分がねじ切り穴を備え、そして前記管状
   酸素指導子の各々、第１及び第２混合部材が外側ねじを
   有し、前記酸素指導子と第１混合部材がねじで前記穴に
   係合し、そしてねじ切りスリーブが前記混合部材の突出
   端とねじ係合して、これと前記第２混合部材の上流端と
   を連結するようにした特許請求の範囲第４項に記載の溶
   接用トーチ。 ６ 酸素導管及びガス導管はその取付端部上に夫夫のス
   イベル・ナツトと、前記スイベル・ナツトに結合された
   それぞれの弁と、及び夫々の入口端上のホース接合管と
   を含む特許請求の範囲第１項乃至第５項のいずれかに記
   載の溶接用トーチ。 １ 前記握り部分がさらに把手を備え、前記酸素導管及
   びガス導管が２つとも把手に内蔵されるようにした特許
   請求の範囲第１項乃至第６項のいずれかに記載の溶接用
   トーチ。 ８ 前記握り部分が取り付はシリンダーと、該取り付は
   シリンダーの片側でその一端の近くに固定されたブロッ
   クとを備え、前記ブロックが前記導管を内蔵し、前記ガ
   ス混合構造体が前記取り付はシリンダーと共軸であり、
   これによってその他端から突出するように支持されるよ
   うにした特許請求の範囲第１項に記載の溶接用トーチ。 ９ 把手が前記ブロック及び取り付はシリンダー上に除
   去自在に係合しうるようにした特許請求の範囲第８項に
   記載の溶接用トーチ。