WO2012176724A1

WO2012176724A1 - 溶接トーチ

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Publication number: WO2012176724A1
Application number: PCT/JP2012/065481
Authority: WO
Inventors: 善仁西村; 小林　和行; 亨飯島; 和雄益本
Original assignee: IHI Corp
Current assignee: IHI Corp
Priority date: 2011-06-22
Filing date: 2012-06-18
Publication date: 2012-12-27
Anticipated expiration: 2013-12-22
Also published as: EP2724809B1; EP2724809A4; US20140091068A1; JPWO2012176724A1; JP5720782B2; ES2614870T3; US9278405B2; EP2724809A1

Abstract

多電極方式の溶接トーチにおいて、電極棒（２）が、長さ方向と直交する断面形状の少なくとも一部に円弧状の曲面領域（Ｒ）を有する形状に設定される。また、コレット（４）は、電極棒（２）が嵌合されると共に電極棒（２）の長さ方向から見て曲面領域（Ｒ）の複数箇所と内壁面（４ｂ）が接触する溝部（４ａ）を備える。

Description

溶接トーチ

　本発明は、溶接トーチに関する。
　本願は、２０１１年６月２２日に日本に出願された特願２０１１－１３８３１１号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　例えば、特許文献１には、ＴＩＧ溶接において高速溶接を実現できる多電極方式の溶接トーチが開示されている。
　この多電極方式の溶接トーチは、特許文献１に示すように、絶縁材を挟んで対向配置される一対の電極棒と、これらの電極棒を固定するコレット等とを備えて構成されている。
　そして、特許文献１においては、より狭い開先の溶接を行うために、電極棒を薄い板状とすると共に、電極棒の先端を尖らせた形状を採用している。

日本国特開２０００－９４１３７号公報

　特許文献１では、電極棒を薄い板状とすると共に電極棒の先端を尖らせた形状を採用している。この形状は、狭い開先の溶接を行える点で非常にメリットが高い。
　ところが、電極棒は、タングステン系の材料で形成されているので、加工が難しく、薄い板状とすることが困難である。このため、電極棒の製造コストが増大してしまう。
　よって、より安価な電極棒が使用できる多電極方式の溶接トーチを製造することが望まれる。

　このため、電極棒をタングステン系の材料からなる断面円形の丸棒から形成することが提案されている。タングステン系の材料からなる断面円形の丸棒は、一般的にも販売され、製造技術が確立されていることから安価に製造することができる。よって、電極棒を安価に製造することが可能となる。

　しかしながら、断面円形の丸棒から電極棒を形成した場合、電極棒は、断面形状の少なくとも一部に円弧状の曲面領域を有する。
　電極棒にはコレットと呼ばれる金属部材を介して給電が行われているが、電極棒が曲面領域を有する場合には、電極が平面を広く有する従来の板形状である場合と比較して、コレットと電極棒との接触面積が減少し、給電が不安定となる可能性がある。
　より詳細に説明すると、電極が板形状である場合には、同じく板形状とされたコレットに対して面と面で接触させることができるため広い接触面積を確保することができる。一方、電極が断面円形の棒状である場合には、板形状とされたコレットに対して線で接触するため、接触面積が減少する。

　本発明は、上述する問題点に鑑みてなされたもので、多電極方式の溶接トーチにおいて、断面形状に曲面領域を有する電極棒を用いた場合におけるコレットと電極棒との接触面積を増大させ、電極棒への給電を安定的に行うことを目的とする。

　本発明は、上記課題を解決するための手段として、以下の構成を採用する。

　本発明に係る第１の態様は、絶縁材を介して配置される複数の電極棒と、電極棒に当接すると共に電極棒に導電するコレットとを備える溶接トーチであって、上記電極棒が、長さ方向と直交する断面形状の少なくとも一部に円弧状の曲面領域を有する形状とされ、上記コレットが、上記電極棒が嵌合されると共に上記電極棒の長さ方向から見て上記曲面領域の複数箇所と内壁面が接触する溝部を備えるという構成を採用する。

　本発明に係る第２の態様は、上記第１の態様において、上記電極棒の先端側を向く上記コレットの先端に切欠き部が設けられているという構成を採用する。
この場合、上記コレットの先端のうち、上記電極棒と接触しない部分に上記切欠き部が設けられていることが望ましい。

　本発明に係る第３の態様は、上記第１または第２の態様において、上記電極棒に対する位置が固定して配置されるコレット支持部材を備え、上記コレットが、上記電極棒に対して傾動可能に上記コレット支持部材に支持されているという構成を採用する。

　本発明に係る第４の態様は、上記第１～第３いずれかの態様において、上記コレットが、上記電極棒の長さ方向と直交する方向に変位可能に上記コレット支持部材に支持されているという構成を採用する。

　本発明に係る第５の態様は、上記第１～第４いずれかの態様において、上記電極棒の長さ方向から見た上記溝部の形状が台形形状とされているという構成を採用する。

　本発明に係る第６の態様は、上記第１～第５いずれかの態様において、上記溝部の内壁面から突出する突起部と、上記電極棒に設けられると共に上記突起部が嵌合する嵌合穴とを備えるという構成を採用する。

　本発明によれば、コレットが、電極棒が嵌合されると共に電極棒の長さ方向から見て曲面領域の複数箇所と内壁面が接触する溝部を備える。
　このため、電極棒の長さ方向から見て、コレットと電極棒との接触箇所を最低２箇所確保することができる。
　したがって、本発明によれば、多電極方式の溶接トーチにおいて、断面形状に曲面領域を有する電極棒を用いた場合におけるコレットと電極棒との接触面積を増大させ、電極棒への給電を安定的に行うことが可能となる。

本発明の一実施形態における溶接トーチの概略構成を示す、中心軸に沿った面での断面図である。図１ＡのＮ－Ｎ線に沿った断面図である。本発明の一実施形態における溶接トーチが備えるコレットを電極棒と反対側から見た図である。図２Ａに示すコレットの側面図である。図２Ａに示すコレットを電極棒側から見た図である。図２Ａに示すコレットを後端側から見た図である。本発明の一実施形態における溶接トーチが備えるコレット及びコレットベース等を抜き出して図示した断面図である。図３ＡのＭ－Ｍ線に沿った断面図である。本発明の一実施形態における溶接トーチが備えるコレットベースの平面図である。本発明の一実施形態における溶接トーチの変形例を示す模式図である。本発明の一実施形態における溶接トーチの変形例を示す模式図である。本発明の一実施形態における溶接トーチの変形例を示す模式図である。

　以下、図面を参照して、本発明に係る溶接トーチの一実施形態について説明する。なお、以下の図面において、各部材を認識可能な大きさにするために、各部材の縮尺を適宜変更している。

（本実施形態の溶接トーチの構成）
　図１Ａ及び図１Ｂは、ＴＩＧ溶接に用いられる本実施形態の溶接トーチ１の概略構成図である。なお、図１Ａが中心軸Ｌに沿った面での断面図であり、図１Ｂが図１ＡのＮ－Ｎ線に沿った断面図である。

　図１Ａに示すように溶接トーチ１は、電極棒２と、絶縁材３と、コレット４と、ケーシング５と、ガス供給部６とを備えている。

　電極棒２は、不図示の電源装置から電流が供給されると共に、溶接材料との間にアークを発生させる。
　本実施形態の溶接トーチ１では、絶縁材３を挟んで２つの電極棒２が対向して配置されている。つまり、本実施形態の溶接トーチ１は、絶縁材３を挟んで配置される一対の電極棒２を備えている。

　電極棒２は、図１Ｂに示すように、タングステン系の材料からなる断面円形の丸棒から形成されている。
　そして、電極棒２の先端側は、図１Ａに示すように、その最先端が中心軸Ｌ側に位置するよう尖っている。

　また、電極棒２は、図１Ｂに示すように、先端側から見て周縁の一部が、電極棒２の軸と平行な面で切断されるように切削されている。この結果、電極棒２は、切削によって形成された加工部位として平面部位２ａを備えている。
　また、電極棒２は、平面部位２ａを絶縁材３側に向け、平面部位２ａが絶縁材３と接触するように配置されている。
　このような電極棒２は、図１Ｂに示すように、長さ方向と直交する断面形状の少なくとも一部に円弧状の曲面領域Ｒを有する形状とされている。

　絶縁材３は、２つの電極棒２の間に挟まれて配置され、電極棒２同士が接触して短絡することを防止する。
　図１Ｂに示すように、絶縁材３は、断面がＩ字状となるような形状とされている。
　そして、絶縁材３の、電極棒２の平面部位２ａに当接する部位が、電極棒２の平面部位２ａと面接触する平面部位３ａとされている。

　コレット４は、電極棒２の各々に対して設けられており、不図示の電源装置から給電される電流を電極棒２に導電する。各コレット４は、電極棒２の先端側から見て電極棒２の外側に配置されている。

　図２Ａ～図２Ｄは、コレット４の全体構造を示す図である。なお、図２Ａはコレット４を電極棒２と反対側から見た図であり、図２Ｂはコレット４の側面図であり、図２Ｃはコレット４を電極棒２側から見た図であり、図２Ｄはコレット４を後端側（電極棒２の先端と反対側）から見た図である。

　本実施形態においてコレット４は、電極棒２の長さ方向に沿って形成されており、図２Ｃ及び図２Ｄに示すように、電極棒２の端面側から見た形状が台形形状とされた溝部４ａを備えている。
　この溝部４ａは、図２Ｄに示すように、電極棒２がコレット４に嵌合された際に、電極棒２の曲面領域Ｒが内壁面４ｂに当接するよう構成されている。
　そして、本実施形態において溝部４ａの幅及び深さは、溝部４ａの内壁面４ｂが２箇所で電極棒２の曲面領域Ｒと当接するように設定されている。

　また、本実施形態においては、図２Ａ及び図２Ｃに示すように、電極棒２の先端側に向かうコレット４の先端に、溝部４ａを先端と反対側に向けＶ字状に切欠いてなる切欠き部４ｃが設けられている。また、切欠き部４ｃは、溝部４ａのうち、電極棒２がコレット４に嵌合された際に電極棒２と接触しない部分に設けられている。
後に詳説するが、コレット４は、先端と反対側の端を中心として電極棒２に対して傾動可能に支持されている。このため、コレット４の先端が最も電極棒２と確実に接触する箇所となっている。そして、このようなコレット４の先端のうち、電極棒２と接触しない部分に切欠き部４ｃを設けることによって、切欠き部４ｃを設けない場合と比較して、コレット４の先端が見かけ上長くなり、電極棒２と確実に接触する箇所を増大させることができる。

　このようなコレット４は、コレットベース７（コレット支持部材）によって支持されている。
　図３Ａ及び図３Ｂは、コレット４及びコレットベース７等を抜き出して図示した断面図である。なお、図３Ｂは図３ＡのＭ－Ｍ線に沿った断面図である。また、図４は、コレットベース７の平面図である。

　このコレットベース７は、図３Ｂに示すように、ケーシング５に固定されるアダプタ８に対してネジ９によって締結され、これによって電極棒２に対するコレットベース７の位置が定められている。図４に示すように、コレットベース７には、半径方向に長い長孔７ａが設けられている。そして、図３Ａに示すように、長孔７ａには長孔７ａ内を長孔７ａの長手方向に沿って相対的に移動可能なボルト１０が挿通されており、このボルト１０に対してコレット４が固定されている。

　図３Ａに示すように、コレット４の端（先端と反対側の端）は、コレットベース７に対して僅かに隙間Ｓを空けて配置されている。これによって、コレット４が、切欠き部４ｃが設けられた先端と反対側の端を中心として傾動可能とされている。
　また、コレット４は、コレットベース７の半径方向に長い長孔７ａ内を移動可能なボルト１０に固定されているため、電極棒２の長さ方向と直交する方向に変位可能とされている。

　ケーシング５は、コレット４及びコレット４が外側に配置されていない電極棒２の一部を周囲から覆い、コレット４の外周面に当接することによってコレット４を固定している。

　ガス供給部６は、溶接トーチ１の先端側に配置されており、電極棒２の先端に向け、アークを形成するためのガスを供給する。

（本実施形態の溶接トーチの作用及び効果）
　以上のような本実施形態の溶接トーチ１によれば、コレット４が、電極棒２が嵌合されると共に電極棒２の長さ方向から見て曲面領域Ｒの複数箇所（本実施形態においては２箇所）と内壁面４ｂが接触する溝部４ａを備える。
　つまり、電極棒２の長さ方向から見て、コレット４と電極棒２との接触箇所が最低２箇所確保される。
　したがって、本実施形態の溶接トーチ１によれば、多電極方式の溶接トーチにおいて、断面形状に曲面領域Ｒを有する電極棒２を用いた場合におけるコレット４と電極棒２との接触面積を増大させ、電極棒２への給電を安定的に行うことが可能となる。

　また、本実施形態の溶接トーチ１においては、電極棒２の先端に向かうコレット４の先端に切欠き部４ｃが設けられている。
　このため、上述のように、コレット４の先端が見かけ上長くなり、電極棒２と確実に接触する箇所を増大させることができる。よって、より確実に電極棒２への給電を安定的に行うことが可能となる。

　また、本実施形態の溶接トーチ１においては、コレット４は、電極棒２に対して傾動可能にコレットベース７に支持されている。
　このため、本実施形態の溶接トーチ１を組み立てる際に、コレット４を傾動させて電極棒２に対して確実に接触させることができる。

　ただし、電極棒２に対するコレット４の傾動角度が大きくなる程、電極棒２とコレット４との接触面積が減少する。
　これに対して、本実施形態の溶接トーチ１においては、コレット４が、電極棒２の長さ方向と直交する方向に変位可能にコレットベース７に支持されている。
　このため、本実施形態の溶接トーチ１によれば、電極棒２に対するコレット４の傾動角度が大きくなり過ぎることを防止することができ、電極棒２とコレット４との接触面積を十分な広さで確保することが可能となる。

　また、本実施形態の溶接トーチ１においては、溝部４ａの形状が台形形状とされている。このため、溝部４ａの深さを抑えつつ、電極棒２とコレット４との接触箇所を確実に２箇所確保することが可能となる。

　以上、添付図面を参照しながら本発明の好適な実施形態について説明したが、本発明は、上記実施形態に限定されないことは言うまでもない。上述した実施形態において示した各構成部材の諸形状や組み合わせ等は一例であって、本発明の趣旨から逸脱しない範囲において設計要求等に基づき種々変更可能である。

　例えば、図５Ａに示すように、溝部４ａの内壁面４ｂを電極棒２側に向けて膨らむ曲面とすることも可能である。
　このような構成とすることによって、溝部４ａの内壁面４ｂを電極棒２の曲面領域Ｒに対して強く押し当てることが可能となり、電極棒２とコレット４との接触面積をより広く確保することが可能となる。

　また、図５Ｂに示すように、溝部４ａの内壁面４ｂから突出する突起部４ｄと、電極棒２の曲面領域Ｒに設けられ、突起部４ｄが嵌合する嵌合穴２ｂとを備える構成を採用することも可能である。
　この構成では、突起部４ｄが嵌合穴２ｂに嵌合することにより、コレット４に対する電極棒２の回転を防止することができる。

　また、図５Ｃに示すように、台形形状の溝部４ａに換えて、三角形状の溝部４ｅを備える構成を採用することも可能である。
　このような場合であっても、図５Ｃに示すように、内壁面４ｆと電極棒２との接触箇所を２箇所確保することができる。

　また、上記実施形態においては、電極棒２の長さ方向から見て、電極棒２とコレット４との接触箇所が２箇所である構成について説明した。
　しかしながら、本発明はこれに限定されるものではなく、電極棒２とコレット４との接触箇所がさらに多数となる構成を採用することも可能である。

　本発明によれば、多電極方式の溶接トーチにおいて、コレットと電極棒との接触面積を増大させ、電極棒への給電を安定的に行うことが可能となる。

　１……溶接トーチ、２……電極棒、２ｂ……嵌合穴、３……絶縁材、４……コレット、４ａ……溝部、４ｂ……内壁面、４ｃ……切欠き部、４ｄ……突起部、４ｅ……溝部、４ｆ……内壁面、５……ケーシング、６……ガス供給部、７……コレットベース（コレット支持部材）、Ｒ……曲面領域

Claims

　絶縁材を介して配置される複数の電極棒と、この電極棒に当接すると共に前記電極棒に導電するコレットとを備える溶接トーチであって、
　前記電極棒は、長さ方向と直交する断面形状の少なくとも一部に円弧状の曲面領域を有する形状とされ、
　前記コレットは、前記電極棒が嵌合されると共に前記電極棒の長さ方向から見て前記曲面領域の複数箇所と内壁面が接触する溝部を備える溶接トーチ。
　前記電極棒の先端側を向く前記コレットの先端に切欠き部が設けられている請求項１に記載の溶接トーチ。
前記コレットの先端のうち、前記電極棒と接触しない部分に前記切欠き部が設けられている請求項２に記載の溶接トーチ。
　前記電極棒に対する位置が固定して配置されるコレット支持部材を備え、
　前記コレットは、前記電極棒に対して傾動可能に前記コレット支持部材に支持されている請求項１に記載の溶接トーチ。
　前記コレットは、前記電極棒の長さ方向と直交する方向に変位可能に前記コレット支持部材に支持されている請求項１に記載の溶接トーチ。
　前記電極棒の長さ方向から見た前記溝部の形状が台形形状とされている請求項１に記載の溶接トーチ。
　前記溝部の内壁面から突出する突起部と、前記電極棒に設けられると共に前記突起部が嵌合する嵌合穴とを備える請求項１に記載の溶接トーチ。