JP2023042306A - 溶接トーチ - Google Patents

Abstract

【課題】ＴＩＧ溶接法およびプラズマ溶接法を使い分けて兼用することが可能な溶接トーチを提供する。
【解決手段】溶接トーチＡ１は、軸線ＣＬ方向に延びる非消耗電極２５と、非消耗電極２５に対して径方向の外側に同心円状に配置され、かつ着脱可能である内側ノズル３５と、内側ノズル３５に対して径方向の外側に同心円状に配置された外側ノズル３６と、を備え、非消耗電極２５と内側ノズル３５との間には、第１ガス流路Ｇ１が形成され、内側ノズル３５と外側ノズル３６との間には、第２ガス流路Ｇ２が形成されており、内側ノズル３５が取り付けられた状態で溶接を行う第１溶接状態と、内側ノズル３５が取り外された状態で溶接を行う第２溶接状態と、に切り替え可能である。
【選択図】図１０

Description

本発明は、溶接トーチに関する。

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（たとえば特許文献１を参照）。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（たとえば特許文献１を参照）。

一般的に、プラズマ溶接法は、ＴＩＧ溶接法と比べて溶接強度や溶接能力が高く、溶接速度も速い高効率な溶接が可能である。その一方、プラズマ溶接トーチにシールドガスとプラズマガスをそれぞれ個別に供給する必要があり、溶接装置全体の構成が大掛かりになりやすい。ＴＩＧ溶接法では、プラズマ溶接法と比べて溶接強度や溶接能力が劣るものの、使用する溶接用ガスはシールドガスのみであり、溶接装置全体としてはプラズマ溶接法よりも簡単な構成とすることが可能である。溶接を行う作業現場では、特徴の異なる上述のＴＩＧ溶接法およびプラズマ溶接法を使い分けて溶接作業を行う場合がある。このようにＴＩＧ溶接法およびプラズマ溶接法を使い分ける場合、通常、それぞれ専用のＴＩＧ溶接トーチおよびプラズマ溶接トーチと、それらの付帯設備とが必要であり、溶接トーチや溶接設備の導入コストの高騰化を招いてしまう。

特開２０１２－１３９７０４号公報 特開２００７－１８８８１１号公報

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、ＴＩＧ溶接法およびプラズマ溶接法を使い分けて兼用することが可能な溶接トーチを提供することを主たる課題とする。

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。

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、前記非消耗電極に対して径方向の外側に同心円状に配置され、かつ着脱可能である内側ノズルと、前記内側ノズルに対して径方向の外側に同心円状に配置された外側ノズルと、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、前記内側ノズルが取り付けられた状態で溶接を行う第１溶接状態と、前記内側ノズルが取り外された状態で溶接を行う第２溶接状態と、に切り替え可能である。

好ましい実施の形態においては、前記第１ガス流路に通じる第１ガス入口と、前記第２ガス流路に通じる第２ガス入口と、を有し、前記第１ガス入口に導入されるガスの流量、および前記第２ガス入口に導入されるガスの流量は、それぞれ個別に調整される。

好ましい実施の形態においては、前記非消耗電極を保持するコレットボディを備え、前記内側ノズルが、前記コレットボディに対して前記軸線方向における一方側に着脱可能に取り付けられる。

好ましい実施の形態においては、前記コレットボディに対して前記軸線方向における他方側に配置され、かつ前記コレットボディを支持するトーチボディを備え、前記トーチボディは、前記第１ガス入口および前記第２ガス入口を有する。

好ましい実施の形態においては、前記内側ノズルの先端は、前記外側ノズルの先端から前記軸線方向の一方側に０～５ｍｍの範囲で突出している。

好ましい実施の形態においては、前記非消耗電極の先端は、前記内側ノズルの先端から前記軸線方向の一方側に０～２ｍｍの範囲で突出している。

本発明に係る溶接トーチは、軸線方向に延びる非消耗電極と、内側ノズルと、外側ノズルと、を備えている。内側ノズルは、非消耗電極の外側に同心円状に配置され、かつ着脱可能であり、非消耗電極と内側ノズルとの間には、第１ガス流路が形成されている。外側ノズルは、内側ノズルの径方向外側に同心円状に配置されており、内側ノズルと外側ノズルとの間には、第２ガス流路が形成されている。このような構成によれば、内側ノズルが取り付けられた状態では、溶接作業時において、第１ガス流路および第２ガス流路の双方にガスを供給すると、第１ガス流路を流れて内側ノズルの先端から噴出するガスがプラズマガスとして機能し、かつ第２ガス流路を流れて外側ノズルの先端から噴出するガスがシールドガスとして機能する。したがって、内側ノズルが取り付けられた状態では、溶接用ガスとしてプラズマガスおよびシールドガスを使用したプラズマ溶接を行うことができる。一方、内側ノズルが取り外された状態では、溶接作業時において、たとえば第２ガス流路にのみガスを供給すると、第２ガス流路を流れて外側ノズルの先端から噴出するガスがシールドガスとして機能する。したがって、内側ノズルが取り外された状態では、溶接用ガスとしてシールドガスのみを使用したＴＩＧ溶接を行うことができる。このように、本発明に係る溶接トーチは、内側ノズルが取り付けられた状態で溶接（プラズマ溶接）を行う第１溶接状態と、内側ノズルが取り外された状態で溶接（ＴＩＧ溶接）を行う第２溶接状態と、に切り替え可能である。したがって、本発明の溶接トーチによれば、ＴＩＧ溶接法およびプラズマ溶接法を使い分けて兼用することが可能である。

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。

本発明に係る溶接トーチを備えた溶接システムの一例を示す概略構成図である。 本発明に係る溶接トーチの一例を示す斜視図である。 図２に示す溶接トーチの平面図である。 図３のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。 図３のＶ－Ｖ線に沿う断面図である。 図４のＶＩ－ＶＩ線に沿う拡大断面図である。 図４のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿う拡大断面図である。 図４のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿う拡大断面図である。 図４の部分拡大図である。 内側ノズルが取り外された状態（第２溶接状態）を示す、図４と同様の断面図である。 図１０の部分拡大図である。

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。

図１は、本発明に係る溶接トーチを備えた溶接システムの概略構成を示す図である。図２は、本発明に係る溶接トーチの一例を示す斜視図である。図３は、図２に示す溶接トーチの平面図である。図４は、図３のＩＶ－ＩＶ線に沿う断面図である。図５は、図３のＶ－Ｖ線に沿う断面図である。図６は、図４のＶＩ－ＶＩ線に沿う拡大断面図である。図７は、図４のＶＩＩ－ＶＩＩ線に沿う拡大断面図である。図８は、図４のＶＩＩＩ－ＶＩＩＩ線に沿う拡大断面図である。図９は、図４の部分拡大図である。

図１に示す溶接システムＢ１は、被溶接物９に対して溶接を行うためのものである。被溶接物９は、金属よりなる板材である。より具体的には、被溶接物９は、たとえば亜鉛めっき鋼板などの低溶融金属よりなる板材である。図１に示す溶接システムＢ１は、ロボット１と、溶接トーチＡ１と、電源部４と、制御部５と、ガス供給源６と、第１ガス調整部７１と、第２ガス調整部７２と、ガス配管８と、を備えている。

ロボット１は、マニピュレータ１１を備えており、たとえば多関節ロボットである。溶接トーチＡ１は、マニピュレータ１１に支持されている。マニピュレータ１１が駆動することにより、溶接トーチＡ１が上下前後左右に自在に移動できる。

電源部４は、溶接トーチＡ１に電力を供給するものである。被溶接物９には、電源部４が接続されている。ガス供給源６は、溶接トーチＡ１に所定の溶接用ガスを供給するためのものである。本実施形態において、ガス供給源６は、不活性ガスを高圧状態で貯留するガスボンベである。ガス供給源６に貯留された不活性ガス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種のガスである。本実施形態において、ガス供給源６に貯留された不活性ガスは、アルゴンガスである。

ガス配管８は、ガス供給源６から溶接トーチＡ１へ不活性ガスを送るためのガス流路である。本実施形態では、ガス配管８は、二手に分岐して延びる第１ガス配管８１および第２ガス配管８２を含む。第１ガス配管８１は、第１不活性ガスを溶接トーチＡ１へ送るためのガス流路である。第２ガス配管８２は、第２不活性ガスを溶接トーチＡ１へ送るためのガス流路である。

第１ガス調整部７１は、第１ガス配管８１に設けられており、たとえば電磁弁および流量計を含んで構成される。本実施形態において、当該電磁弁は、溶接作業の際、適宜開度調整がなされる。本実施形態では、上記ガス供給源６から供給される不活性ガスは、第１ガス調整部７１により流量が調整されて、第１不活性ガスとして溶接トーチＡ１へ送られる。

第２ガス調整部７２は、第２ガス配管８２に設けられており、たとえば電磁弁および流量計を含んで構成される。本実施形態において、当該電磁弁は、溶接作業の際、適宜開度調整がなされる。本実施形態では、上記ガス供給源６から供給される不活性ガスは、第２ガス調整部７２により流量が調整されて、第２不活性ガスとして溶接トーチＡ１へ送られる。

制御部５は、非消耗電極２５と被溶接物９との間の電圧の制御や、第１ガス調整部７１および第２ガス調整部７２の電磁弁の開度の制御を行う。制御部５は、第１ガス調整部７１における電磁弁の開度と、第２ガス調整部７２における電磁弁の開度とを、別々に制御する。

図２～図９に示すように、溶接トーチＡ１は、トーチボディ２０、非消耗電極２５、リアコレット２６、リアコレットボディ２７、コレット押え部材２８、コレット２９、コレットボディ３０、カバー３２、ロックナット３３、絶縁リング３４、内側ノズル３５、外側ノズル３６およびノズルホルダ３７を備えて構成されている。

本実施形態において、トーチボディ２０は、ブロック部材２１、第１筒状部材２２、第２筒状部材２３および第３筒状部材２４を含む。第２筒状部材２３は、第１筒状部材２２の径方向外側に配置されている。第３筒状部材２４は、第２筒状部材２３の径方向外側に配置されている。これら第１筒状部材２２、第２筒状部材２３および第３筒状部材２４は、同心円状に配置されている。ブロック部材２１は、第１筒状部材２２、第２筒状部材２３および第３筒状部材２４を支持している。本実施形態では、ブロック部材２１に第１筒状部材２２が挿通された状態で、ブロック部材２１は第１筒状部材２２、第２筒状部材２３および第３筒状部材２４を支持している。第１筒状部材２２、第２筒状部材２３および第３筒状部材２４は、たとえばろう付け等の適宜手段により、ブロック部材２１と一体に連結されている。ブロック部材２１は、電源部４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。ブロック部材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。第１筒状部材２２、第２筒状部材２３および第３筒状部材２４は、導電性材料よりなる。第１筒状部材２２、第２筒状部材２３および第３筒状部材２４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。

非消耗電極２５は、軸線ＣＬ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）を介して電源部４に接続されており、被溶接物９との間にアーク電圧を印加した際には被溶接物９との間にアークを発生させる。

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３．２ｍｍ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ＣＬ方向の一方側）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ＣＬ方向の一方側）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。

リアコレット２６、リアコレットボディ２７、コレット押え部材２８、コレット２９、およびコレットボディ３０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。リアコレット２６、リアコレットボディ２７、コレット押え部材２８、コレット２９、およびコレットボディ３０は、導電性材料よりなる。リアコレット２６、リアコレットボディ２７、コレット押え部材２８、コレット２９、およびコレットボディ３０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。

リアコレット２６およびコレット２９は、非消耗電極２５を囲んでいる。リアコレット２６は、非消耗電極２５の基端寄り（軸線ＣＬ方向の他方側：図４、図５における図中上側）に配置されている。コレット２９は、非消耗電極２５の先端寄り（軸線ＣＬ方向の一方側：図４、図５における図中下側）に配置されている。

リアコレットボディ２７は、リアコレット２６の径方向外側に配置されている。また、リアコレットボディ２７は、第１筒状部材２２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、リアコレットボディ２７は、第１筒状部材２２に対してねじ部が螺合している。リアコレットボディ２７の軸線ＣＬ方向における他方側（図４、図５における図中上側）には摘み部２７１が設けられている。この摘み部２７１を回すことによって、リアコレットボディ２７は、第１筒状部材２２に対する軸線ＣＬ方向の位置の調整が可能である。リアコレットボディ２７の軸線ＣＬ方向における一方側端は、コレット２９の軸線ＣＬ方向における他方側端に当接している。リアコレットボディ２７を軸線ＣＬ方向の一方側に移動させると、コレット２９は軸線ＣＬの一方側に押し付けられる。コレットボディ３０は、コレット２９の径方向外側に配置されている。コレットボディ３０は、トーチボディ２０に対して軸線ＣＬ方向の一方側に配置されている。コレットボディ３０の軸線ＣＬ方向における他方側端は、第１筒状部材２２の軸線ＣＬ方向の一方側に、たとえばねじ接続されている。これにより、コレットボディ３０は、トーチボディ２０（第１筒状部材２２）に支持されている。

コレット押え部材２８は、リアコレットボディ２７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、コレット押え部材２８は、リアコレットボディ２７に対してねじ部が螺合している。コレット押え部材２８の軸線ＣＬ方向における他方側（図４、図５における図中上側）には摘み部２８１が設けられている。この摘み部２８１を回すことによって、コレット押え部材２８は、リアコレットボディ２７に対する軸線ＣＬ方向の位置の調整が可能である。コレット押え部材２８の軸線ＣＬ方向における一方側端は、リアコレット２６の軸線ＣＬ方向における他方側端に当接している。コレット押え部材２８を軸線ＣＬ方向の一方側に移動させると、リアコレット２６は軸線ＣＬの一方側に押し付けられる。

リアコレット２６およびコレット２９は、それぞれ、先端側（軸線ＣＬ方向の一方側：図４、図５における図中下側）において軸線ＣＬ方向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２６１，２９１を有する。上述のように、リアコレットボディ２７を軸線ＣＬ方向の一方側に移動させると、コレット２９は軸線ＣＬの一方側に押し付けられる。そして、コレット２９先端の複数の可動片２９１がコレットボディ３０の先端部に押し付けられて縮径し、コレット２９が非消耗電極２５を挟んで保持する。また、上述のように、コレット押え部材２８を軸線ＣＬ方向の一方側に移動させると、リアコレット２６は軸線ＣＬの一方側に押し付けられる。そして、リアコレット２６先端の複数の可動片２６１がリアコレットボディ２７の先端内周部に押し付けられて縮径し、リアコレット２６が非消耗電極２５を挟んで保持する。このように、リアコレット２６、リアコレットボディ２７、コレット押え部材２８、コレット２９、およびコレットボディ３０が互いに協働することによって、非消耗電極２５が強固に保持される。

カバー３２は、絶縁性材料からなる筒状部材であり、第３筒状部材２４を覆っている。ロックナット３３は、第３筒状部材２４の下端（図４、図５における図中下方側端）にねじ接続されており、かつカバー３２の下端に当接している。

図４、図５に示すように、内側ノズル３５は、非消耗電極２５の先端寄り（軸線ＣＬ方向の一方側）の周囲に配置されている。内側ノズル３５は、略円筒状とされており、非消耗電極２５（電極主部２５１）の径方向外側に同心円状に配置されている。本実施形態では、内側ノズル３５は、コレットボディ３０に対してねじ接続により着脱可能に取り付けられている。たとえば、図９に示すように、コレットボディ３０の下端側（軸線ＣＬ方向の一方側）の外周にはねじ部３０１が形成され、かつ内側ノズル３５の上端側（軸線ＣＬ方向の他方側）の内周にはねじ部３５１が形成されており、内側ノズル３５のねじ部３５１がコレットボディ３０のねじ部３０１に螺合している。これにより、内側ノズル３５は、コレットボディ３０に対して軸線ＣＬ方向の一方側に着脱可能に取り付けられる。

本実施形態において、非消耗電極２５の先端は、軸線ＣＬ方向において内側ノズル３５の先端と一致する、あるいは内側ノズル３５の先端から軸線ＣＬ方向の一方側に少し突出している。非消耗電極２５の先端が内側ノズル３５の先端から軸線ＣＬ方向の一方側に突出する突出長さＰ１は、０～２ｍｍの範囲である。

ノズルホルダ３７は、筒状とされている。ノズルホルダ３７は、コレットボディ３０の軸線ＣＬ方向の中間部の外周に、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。

図４、図５に示すように、外側ノズル３６は、内側ノズル３５の径方向外側に配置されている。図示した例では、外側ノズル３６は、概略円筒状とされており、先端側（軸線ＣＬ方向の一方側）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３６は、非消耗電極２５および内側ノズル３５に対して同心円状に配置されている。外側ノズル３６は、ノズルホルダ３７の外周にねじ接続により取り付けられている。

図４、図９等に示すように、本実施形態において、内側ノズル３５の先端は、外側ノズル３６の先端から軸線ＣＬ方向の一方側に突出している。内側ノズル３５の先端が外側ノズル３６の先端から軸線ＣＬ方向の一方側に突出する突出長さＰ２は、０～５ｍｍの範囲である。

絶縁リング３４は、絶縁性材料からなる筒状部材である。絶縁リング３４は、軸線ＣＬ方向においてロックナット３３と外側ノズル３６との間に介在している。

図４～図９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。

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４、図５、図９において、第１ガス流路Ｇ１における第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、リアコレットボディ２７と第１筒状部材２２との間、コレット２９とコレットボディ３０との間、非消耗電極２５（電極主部２５１）とコレット２９との間、非消耗電極２５（電極主部２５１）とコレットボディ３０との間、および非消耗電極２５（電極主部２５１）と内側ノズル３５との間、にそれぞれ形成されている。

本実施形態では、図５に示すように、トーチボディ２０（第１筒状部材２２の上端部）には、第１不活性ガスを導入する第１ガス入口２２１が設けられている。第１ガス入口２２１は第１ガス流路Ｇ１に通じている。第１ガス入口２２１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ＣＬ方向の他方側から一方側に流れ、非消耗電極２５（電極主部２５１）と内側ノズル３５との間を通過した後に内側ノズル３５の先端の開口３５２から噴出する。

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４、図５、図９において、第２ガス流路Ｇ２における第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、第２筒状部材２３と第３筒状部材２４との間、第１筒状部材２２と第３筒状部材２４との間、コレットボディ３０と第１筒状部材２２との間、コレットボディ３０と絶縁リング３４との間、コレットボディ３０とノズルホルダ３７との間、内側ノズル３５とノズルホルダ３７との間、および内側ノズル３５と外側ノズル３６との間、にそれぞれ形成されている。本実施形態において、図４および図７に示すように、第１筒状部材２２の下端部には、第１筒状部材２２の厚さ方向に貫通する複数の連通孔２２２が形成されている。複数の連通孔２２２は、第１筒状部材２２の周方向において均等に分散している。第２ガス流路Ｇ２において、第１筒状部材２２と第３筒状部材２４との間、およびコレットボディ３０と第１筒状部材２２との間は、複数の連通孔２２２を介して通じている。

本実施形態では、図５に示すように、トーチボディ２０（ブロック部材２１）には、第２不活性ガスを導入する第２ガス入口２１１が設けられている。第２ガス入口２１１は第２ガス流路Ｇ２に通じている。第２ガス入口２１１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１ガス流路Ｇ１において軸線ＣＬ方向の他方側から一方側に流れ、内側ノズル３５と外側ノズル３６との間を通過した後に外側ノズル３６の先端の開口３６２から噴出する。

冷却水流路Ｗは、冷却水を流すための流路である。図４において、冷却水流路Ｗにおける冷却水の流れを実線の矢印で示す。冷却水流路Ｗは、主に第１筒状部材２２と第２筒状部材２３との間に形成されている。冷却水流路Ｗは、送水側流路Ｗ１および復水側流路Ｗ２を含む。詳細な図示説明は省略するが、ブロック部材２１の適所に設けられた冷却水導入口から冷却水が導入されると、当該冷却水は、送水側流路Ｗ１において軸線ＣＬ方向の他方側から一方側に流れる。その後、冷却水は、第２筒状部材２３の下端付近で折り返して復水側流路Ｗ２において軸線ＣＬ方向の一方側から他方側に流れ、ブロック部材２１に設けられた冷却水導出口から導出される。

本実施形態において、第１ガス入口２２１に導入される第１不活性ガスの流量は、上述の第１ガス調整部７１（図１参照）により調整される。第１ガス調整部７１は、ガス供給源６と第１ガス流路Ｇ１との間に介在している。第１ガス流路Ｇ１を流れる第１不活性ガスの量は、第１ガス調整部７１によって所望に調整される。

本実施形態では、第１ガス入口２２１に導入される第１不活性ガスの流量の調整は、第１ガス調整部７１において第１ガス配管８１を流れる第１不活性ガスの流量を調整することにより行う。第１ガス調整部７１の構成はこれに限定されず、たとえば第１ガス調整部７１において第１不活性ガスのガス圧力や流速を調整することにより、第１ガス入口２２１に導入される第１不活性ガスの流量を調整してもよい。したがって、第１ガス調整部７１において第１不活性ガスのガス圧力あるいは流速を調整する場合においても、本発明の「第１ガス入口（２２１）に導入されるガス（第１不活性ガス）の流量を調整する」ことに含まれる。

本実施形態において、第２ガス入口２１１に導入される第２不活性ガスの流量は、上述の第２ガス調整部７２（図１参照）により調整される。第２ガス調整部７２は、ガス供給源６と第２ガス流路Ｇ２との間に介在している。第２ガス流路Ｇ２を流れる第２不活性ガスの量は、第２ガス調整部７２によって所望に調整される。したがって、上述の第１ガス入口２２１に導入される第１不活性ガスの流量、および第２ガス入口２１１に導入される第２不活性ガスの流量は、それぞれ個別に調整することが可能である。第１ガス入口２２１に導入される第１不活性ガスの流量、および第２ガス入口２１１に導入される第２不活性ガスの流量は、それぞれ特に限定されない。第１ガス入口２２１に導入される第１不活性ガスの流量の一例を挙げると、５～１２Ｌ／ｍｉｎ程度である。第２ガス入口２１１に導入される第２不活性ガスの流量の一例を挙げると、５～１５Ｌ／ｍｉｎ程度である。

本実施形態では、第２ガス入口２１１に導入される第２不活性ガスの流量の調整は、第２ガス調整部７２において第２ガス配管８２を流れる第２不活性ガスの流量を調整することにより行う。第２ガス調整部７２の構成はこれに限定されず、たとえば第２ガス調整部７２において第２不活性ガスのガス圧力や流速を調整することにより、第２ガス入口２１１に導入される第２不活性ガスの流量を調整してもよい。したがって、第２ガス調整部７２において第２不活性ガスのガス圧力あるいは流速を調整する場合においても、本発明の「第２ガス入口（２１１）に導入されるガス（第２不活性ガス）の流量を調整する」ことに含まれる。

図９に示すように、第１ガス流路Ｇ１における非消耗電極２５（電極主部２５１）と内側ノズル３５との隙間は、第２ガス流路Ｇ２における内側ノズル３５と外側ノズル３６との隙間よりも小である。第１ガス流路Ｇ１において非消耗電極２５（電極主部２５１）と内側ノズル３５との最小隙間（第１最小隙間Ｌ１）は、たとえば０．５～１．５ｍｍ程度である。第２ガス流路Ｇ２において内側ノズル３５と外側ノズル３６との最小隙間（第２最小隙間Ｌ２）は、たとえば２～５ｍｍ程度である。第２最小隙間Ｌ２に対する第１最小隙間Ｌ１の割合について、第１最小隙間Ｌ１は、たとえば第２最小隙間Ｌ２の０．２～０．５倍であり、好ましくは第２最小隙間Ｌ２の０．２～０．３倍である。また、第１ガス流路Ｇ１の第１最小隙間Ｌ１を流れる第１不活性ガスの流速は、たとえば８～１８ｍ／ｓｅｃ程度である。

次に、本実施形態の作用について説明する。

本実施形態の溶接トーチＡ１は、軸線ＣＬ方向に延びる非消耗電極２５と、内側ノズル３５と、外側ノズル３６と、を備えている。内側ノズル３５は、非消耗電極２５の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３５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３６は、内側ノズル３５の径方向外側に同心円状に配置されており、内側ノズル３５と外側ノズル３６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３５の先端から噴出するガス（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３６の先端から噴出するガス（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９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（プラズマ溶接）を行うことができる。

本実施形態の溶接トーチＡ１において、内側ノズル３５は、着脱可能に取り付けられている。このため、図４、図５、図９に示した内側ノズル３５が取り付けられた状態では、上述のようにプラズマ溶接を行うことが可能である。一方、図１０、図１１は、内側ノズル３５を取り外した状態を示す。内側ノズル３５が取り外された状態では、溶接作業時において、たとえば第１ガス流路Ｇ１へのガス（第１不活性ガス）の供給を停止し、第２ガス流路Ｇ２にのみガス（第２不活性ガス）を供給する。ここで、第２ガス流路Ｇ２を流れて外側ノズル３６の先端から噴出するガス（第２不活性ガス）がシールドガスとして機能する。したがって、内側ノズル３５が取り外された状態では、溶接用ガスとしてシールドガスのみを使用したＴＩＧ溶接を行うことができる。このように、本実施形態の溶接トーチＡ１によれば、内側ノズル３５が取り付けられた状態で溶接（プラズマ溶接）を行う第１溶接状態と、内側ノズル３５が取り外された状態で溶接（ＴＩＧ溶接）を行う第２溶接状態と、に切り替え可能である。したがって、溶接トーチＡ１によれば、ＴＩＧ溶接法およびプラズマ溶接法を使い分けて兼用することが可能であり、ＴＩＧ溶接法およびプラズマ溶接法を使い分けて溶接作業を行う場合において、溶接トーチＡ１およびこれを備えた溶接システムＢ１の導入コストを削減することができる。

内側ノズル３５の先端は、外側ノズル３６の先端から軸線ＣＬ方向の一方側に突出している。内側ノズル３５の先端が外側ノズル３６の先端から軸線ＣＬ方向の一方側に突出する突出長さＰ２は、０～５ｍｍの範囲である。このような構成によれば、内側ノズル３５を取り外す際、たとえば内側ノズル３５のうち外側ノズル３６の先端から突出する先端部分を工具等で掴んでねじ部３５１が緩む方向に回すことにより、内側ノズル３５を取り外すことができる。内側ノズル３５を取り付ける場合、上記の内側ノズル３５を取り外す手順と逆の手順を行う。即ち、内側ノズル３５の先端部分を工具等で掴み、コレットボディ３０のねじ部３０１にねじ部３５１を締め込む方向に回すことにより、内側ノズル３５を取り付けることができる。したがって、内側ノズル３５の取り外し作業および取り付け作業が行い易く、内側ノズル３５の着脱時の作業性に優れる。

溶接トーチＡ１は、第１ガス流路Ｇ１に通じる第１ガス入口２２１と、第２ガス流路Ｇ２に通じる第２ガス入口２１１と、を有する。第１ガス入口２２１に導入されるガス（第１不活性ガス）の流量、および第２ガス入口２１１に導入されるガス（第２不活性ガス）の流量は、それぞれ個別に調整される。このような構成によれば、内側ノズル３５が取り付けられた状態で溶接（プラズマ溶接）を行う際、第２不活性ガス（シールドガス）の流量を調整する場合にも、第１不活性ガス（プラズマガス）の流量が意図せずに変化することはなく、第１不活性ガスの流量を好ましい値にすることが可能である。また、内側ノズル３５を取り外された状態で溶接（ＴＩＧ溶接）を行う際には、第１ガス入口２２１へのガス（第１不活性ガス）の供給を停止して第１ガス流路Ｇ１にガスが流れないようにしつつ、第２不活性ガス（シールドガス）の流量を調整することが可能である。

内側ノズル３５は、コレットボディ３０に対して軸線ＣＬ方向の一方側に着脱可能に取り付けられる。このような構成によれば、たとえばコレットボディ３０について内側ノズル３５を取り付けるための変更を加えればよく、他の部材（トーチボディ２０、コレット２９等）についてはＴＩＧトーチ用の部材を流用することが可能である。

トーチボディ２０（第１筒状部材２２およびブロック部材２１）には、第１ガス入口２２１および第２ガス入口２１１が設けられている。トーチボディ２０は、コレットボディ３０に対して軸線ＣＬ方向における他方側に配置されており、コレットボディ３０を支持している。また、上述のように、内側ノズル３５は、コレットボディ３０に対して軸線ＣＬ方向の一方側に着脱可能に取り付けられる。このような構成によれば、内側ノズル３５がコレットボディ３０から取り外された状態（図に示した第２溶接状態）においても、第２ガス入口２１１につながる第２ガス流路Ｇ２は、トーチボディ２０の内部を経て外側ノズル３６の内側まで通じている。これにより、内側ノズル３５が取り外された状態で溶接を行う第２溶接状態において、第１ガス流路Ｇ１および第２ガス流路Ｇ２の双方にガスを供給することが可能である。このように、第２溶接状態において第１ガス流路Ｇ１および第２ガス流路Ｇ２の双方にガスを供給すれば、外側ノズル３６の先端の開口３６２から噴出するガスの流量を効率よく増やすことが可能である。また、図１に示す場合と異なり、第１ガス流路Ｇ１および第２ガス流路Ｇ２に互いに異なる種類のガスを供給してもよい。第２溶接状態において第１ガス流路Ｇ１および第２ガス流路Ｇ２に互いに異なる種類のガスを流すと、第１ガス流路Ｇ１および第２ガス流路Ｇ２それぞれを通過した上記異なる種類のガスが外側ノズル３６の内側において混合され、当該混合ガスを外側ノズル３６先端の開口３６２から噴出することができる。したがって、本実施形態によれば、内側ノズル３５が取り外された状態で行う第２溶接状態において、第１ガス流路Ｇ１および第２ガス流路Ｇ２への様々なガス供給態様が可能である。

非消耗電極２５の先端は軸線ＣＬ方向において内側ノズル３５の先端と一致する、あるいは内側ノズル３５の先端から軸線ＣＬ方向の一方側に少し突出している。非消耗電極２５の先端が内側ノズル３５の先端から軸線ＣＬ方向の一方側に突出する突出長さＰ１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３５との隙間については、内側ノズル３５の軸線ＣＬ方向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３５先端の開口３５２から、流速が殆ど低下せずに噴出する。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９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３５先端へのヒューム等の付着を防止することができる。

溶接トーチＡ１において、第１ガス流路Ｇ１における非消耗電極２５（電極主部２５１）と内側ノズル３５との最小隙間（第１最小隙間Ｌ１）は、第２ガス流路Ｇ２における内側ノズル３５と外側ノズル３６との最小隙間（第２最小隙間Ｌ２）の０．２～０．５倍である。このように第２最小隙間Ｌ２に対する第１最小隙間Ｌ１の割合が小さくされていると、非消耗電極２５と内側ノズル３５との間を流れる第１不活性ガスの流速を効率よく速めることが可能である。したがって、非消耗電極２５先端や内側ノズル３５先端へのヒューム等の付着が適切に防止されるとともに被溶接物９と非消耗電極２５との間に生ずるアーク（プラズマアーク）が緊縮され、当該アークの集中性がより高まる。

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。

上記実施形態において、溶接トーチＡ１に形成された第１ガス流路Ｇ１および第２ガス流路Ｇ２に不活性ガスを流す場合について説明したが、第１ガス流路Ｇ１および第２ガス流路Ｇ２に流すガスの種類は特に限定されない。また、上記実施形態では、単一のガス供給源６から、ガス種は同一であるがガスの供給状態（流量等）を異ならせたガス（第１不活性ガスおよび第２不活性ガス）を第１ガス流路Ｇ１および第２ガス流路Ｇ２に流す場合について説明したが、これに限定されない。第１ガス流路Ｇ１および第２ガス流路Ｇ２に互いに異なる種類のガスを流してもよい。なお、第１ガス流路Ｇ１および第２ガス流路Ｇ２に流すガスとしては、上記実施形態に例示した不活性ガスに限定されない。

上記実施形態では、内側ノズル３５が取り外された状態で行う第２溶接状態において、第２ガス流路Ｇ２のみにガスを流す場合について説明したが、これに限定されない。第２溶接状態において、第１ガス流路Ｇ１および第２ガス流路Ｇ２双方にガスを流してもよく、第１ガス流路Ｇ１および第２ガス流路Ｇ２へのガスの供給態様は、種々選択可能である。

Ａ１：溶接トーチ、２０：トーチボディ、２１１：第２ガス入口、２２１：第１ガス入口、２５：非消耗電極、３０：コレットボディ、３５：内側ノズル、３６：外側ノズル、Ｇ１：第１ガス流路、Ｇ２：第２ガス流路、ＣＬ：軸線、Ｐ１：突出長さ、Ｐ２：突出長さ、Ｌ１：第１最小隙間、Ｌ２：第２最小隙間

Claims (4)

1. 軸線方向に延びる非消耗電極と、
   前記非消耗電極に対して径方向の外側に同心円状に配置され、かつ着脱可能である内側ノズルと、
   前記内側ノズルに対して径方向の外側に同心円状に配置された外側ノズルと、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、
   前記内側ノズルが取り付けられた状態で溶接を行う第１溶接状態と、前記内側ノズルが取り外された状態で溶接を行う第２溶接状態と、に切り替え可能である、溶接トーチ。
2. 前記第１ガス流路に通じる第１ガス入口と、
   前記第２ガス流路に通じる第２ガス入口と、を有し、
   前記第１ガス入口に導入されるガスの流量、および前記第２ガス入口に導入されるガスの流量は、それぞれ個別に調整される、請求項１に記載の溶接トーチ。
3. 前記非消耗電極を保持するコレットボディを備え、
   前記内側ノズルが、前記コレットボディに対して前記軸線方向における一方側に着脱可能に取り付けられる、請求項２に記載の溶接トーチ。
4. 前記コレットボディに対して前記軸線方向における他方側に配置され、かつ前記コレットボディを支持するトーチボディを備え、
   前記トーチボディは、前記第１ガス入口および前記第２ガス入口を有する、請求項３に記載の溶接トーチ。

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