JP3007855B2 - ノズル部にヒューム捕集フードを付設した溶接トーチ - Google Patents

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、金属の溶接、溶断作業
などを行うときに使用されるティグ溶接、炭酸ガスアー
ク溶接などのトーチに関する。

【０００２】

【従来の技術】広く産業界で用いられているティグ溶
接、ミグ溶接、炭酸ガスアーク溶接などにおいては、イ
ナートガスを用いてアークと溶融池（溶接個所）とを大
気から遮断して溶接を行うことにより、有害なガスを溶
融金属に接触・吸収させることなく、優れた品質の溶接
継手を得るようにしている。この作業の際は溶融池から
発生する金属ヒューム（スパッター、粗粉塵など）及び
溶接個所のシールドに用いたイナートガスなどは大気中
に飛散、拡散している。そのため、屋内作業場において
は作業者が、この金属ヒュームを吸引し、じん肺（金属
肺）にならないよう、事業者は法令により予防措置を採
ることが義務付けられている。

【０００３】すなわち、屋内作業場において本作業を行
う場合、作業者が金属ヒュームを吸引、曝露しないため
に、作業場全体を強制換気する全体換気装置、溶接作業
周辺に一方から一様な空気を供給し、シールドガス、ヒ
ュームなどを他方から排気するプッシュプル排気装置ま
たは局部的に排気する局所排気装置を設置しなければな
らない。プッシュプル排気装置においては、機構上、作
業者は排気流の範囲内で、かつ、溶融池より常に上流側
で作業をしなければならない等、作業に制限を受けた
り、タンク内等の換気が不充分になりがち溶接作業には
適しない。これら装置の設置が不可能な場合、作業者は
防塵マスクを着用することが義務付けられている。

【０００４】溶接池から発生する金属ヒュームを含む空
気を排気するため、溶接作業場の近傍に設置したフード
に、吸引ダクトまたはホースを通して集塵装置（集塵
機、排気ファン組込み）を連結して金属ヒュームを吸
引、分離し、清浄な空気を作業場空間内に排気してい
る。このような設備は、溶接個所が常に定位置で、か
つ、フードがその部分の近傍に設置可能な場合には、一
応の効果があるものと考えられる。しかしながら、その
種の装置は、溶接部の溶接方法、溶接個所、範囲が移動
する毎にフードを移動、設置し直さなければならない。
場合によっては、集塵装置も含め移動させねばならな
い。現場においては、このような付帯作業は為されてい
ないのが殆どである。

【０００５】溶接個所、範囲が移動したとき、溶接個所
の近傍に設置したフードを適切な位置に移動することな
く溶接作業をすれば、作業者は金属（溶接）ヒュームを
吸引、曝露するだけでなく、屋内作業場に溶接ヒューム
が飛散、拡散するため、他の作業者も溶接ヒュームを吸
引、曝露する可能性もある。溶接する物の大きさ、溶接
作業場（範囲）、溶接する作業姿勢などを限定すること
ができる状況においては、作業者が溶接ヒュームを含む
空気を吸引しないようにするため、一方向から空気を供
給し対応する位置に供給空気量と周辺空気量の和を排気
することができる容量の排気手段を設けて排気する、所
謂、プッシュ−プル（Push−pull）方式による排気方法
も行われている。

【０００６】この場合は、作業者は常に溶接ヒュームの
発生源よりも、気流方向に対して上流側で溶接しなけれ
ば、効果が薄い。誤って、作業位置を下流側に移すなら
ば、逆効果の可能性もある。上記設備の場合は、作業者
は常に、溶接ヒューム発生源よりも気流方向の上流側に
位置して作業をしなければならないため、溶接作業が制
約される。したがって、溶接作業能率も低下するおそれ
がある。また、溶接作業方法（姿勢）が変わったり、場
所が変わる場合（工場のレイアウトの変更）には、それ
に適したプッシュ−プル装置を設置しなければならない
（設備変更に伴う設備費が必要となる）といった問題点
がある。

【０００７】溶接作業個所が限定でき、溶接する物件が
小さく、略、一定の大きさの場合、排気フードを設けて
作業者はフード前面で作業をするか、もしくはフード内
にあっては、作業者は、排気流に対して溶接ヒューム発
生源より常に上流側に位置して、溶接作業を行ってい
る。この場合も、前記同様、溶接作業者の作業、方法が
限定され、前記同様の問題がある。近年、溶接作業を行
う方法としてロボット溶接が行われている。ロボット溶
接は、一定の機材に対し一定の溶接個所を設定できる条
件が整った場合、始めて可能となる。当該作業におい
て、溶接ヒュームを作業場内に飛散、拡散させないため
には、ロボットによる溶接作業空間を覆うか、作業場全
体を排気するか、の何れかの方法を採用しているのが現
状である。

【０００８】溶接トーチ外周部外壁に溶接ヒュームない
しイナートガスの吸引口を取り付けたトーチの試作品が
見受けられるが、所望の排気効果が得られない。たとえ
ば、ガスの吸引量を増加して放出ガスの大部分を回収し
ようとすると、フード開口がイナートガスを不均一に吸
い込み、シールドガスに裂け目を作って、ブローホール
を形成するなどの欠陥が生じることとなる。しかし、ガ
スの吸引量が少な過ぎれば、ヒューム吸引フードを付設
した効果が得られない。さらに、重量的にも作業者に負
担が掛かり過ぎることのために実用化されていないのが
現状である。

【０００９】イナートガスアーク溶接を行なうのは、イ
ナートガスを用いて溶接池付近の大気を置換することに
より高品質の溶接継手を得ることにあるが、屋内作業場
（タンク内作業を含む）においては、上記作業は、溶接
作業者及びその周辺の作業者に対して溶接池から発生す
る金属ヒュームの吸引、暴露の問題が生じるだけでな
く、シールドに用いるイナートガスの吸引に対する溶接
作業者の健康問題にも影響があると考えられる。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】そこで本発明では、ガ
ス噴射ノズルの周りのフードの環状開口におけるガス吸
込み量を環状開口縁方向に沿って可及的に均等になるよ
う成形したヒューム捕集フード付き溶接トーチを提供す
ることにより、アーク、溶融池をシールドするイナート
ガスをその全周縁から略、均等量回収し、シールドガス
にブローホールを形成させることなく、効果的にイナー
トガス、炭酸ガス、ヒュームなどを吸込み、排除して、
溶融池の周辺に発生する金属ヒューム等を周囲に飛散、
拡散させないようにし、もって上記従来品の問題点を解
消することを目的とするものである。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明は、上記目的を達
成するために、以下に述べるとおりの各構成要件を具備
している。 （１）溶接部をガスシールドするため電極端部を取り巻
いてイナートガスの噴射ノズルを取付けた溶接トーチに
おいて、中央に同心的な前記噴射ノズルの取付け孔を備
えたベース、前記ベースの径よりも大径で軸方向には短
い空間部分を囲んで形成した薄肉環状部材、前記薄肉環
状部材に囲まれた空間に連通する排気開口、前記薄肉環
状部材の外径よりも小さく、ベース内筒径よりも大きな
径を有し、軸方向に長く形成した薄肉円筒状のスカート
部、を順次、軸線方向に同心的に並べて各接合部を気密
に結合すると共に、前記薄肉円筒状スカート部の一側空
間を環状部材で囲まれた空間部分に連通し、他側端を外
気に開放して吸気開口を形成し、前記吸気開口の中央付
近には、噴射ノズルを取付けた溶接トーチを配置し、前
記環状部材に設けた排気開口における流体抵抗を可及的
に低減して、効率良く排気を行わせ、スカート部の吸気
開口のどの個所からも同じ条件で、吸気ができるように
した、ことよりなるノズル部にヒューム捕集フードを付
設した溶接トーチ。

【００１２】（２）ヒューム捕集フードを溶接トーチに
対して着脱、かつ長軸方向位置を調整可能に取り付け
た、ことよりなる上記第（１）項記載のノズル部にヒュ
ーム捕集フードを付設した溶接トーチ。 （３）ヒューム捕集フードの吸気口縁外周縁にフランジ
を形成した、ことよりなる上記第（１）または（２）項
記載のノズル部にヒューム捕集フードを付設した溶接ト
ーチ。

【００１３】

【作用】溶接トーチのノズル先端ガスシールドカップ部
に、溶融池から発生する溶接ヒューム及びイナートガス
を捕集するための吸気開口を備えたヒューム捕集フード
を取付け、前記フードのスカート内側奥に環状の容量拡
大空間を設けると共に、当該拡大空間壁面に高静圧の排
気ブロワーまたは真空装置の吸込み側に連結した可撓性
排気管を接続、開口せしめて、その吸気力ないし吸気量
の分布を前記大容量空間により緩衝し、もつてフード先
端吸気開口に対して、その開口周縁方向に沿って略、均
等な吸込み力を実現するようにし、アーク、溶融池から
発生する溶接ヒュームなどを均一な吸い込み気流に載せ
てフード内に捕集すると共に、溶融池をシールドするイ
ナートガスに対してブローホールを発生させず、かつ、
外部に拡散させることなく回収するようにしている。

【００１４】前記可撓性管開口部からフードの吸気開口
までの間の何処かに吸気の流れを遮るようにスパッタ
ー、粗粉塵吸入防止用メッシュを組付け、溶接ヒュー
ム、塵などが可撓性管側に入り込み、管素材などを傷付
けるとか、詰らせないようにすることができる。また、
上記ヒューム捕集フードにおいて、フード端部の開口外
縁に設けたフランジ及びそのフランジ形状により、シー
ルドガスなどに対する吸気流の吸込速度（分布）をフー
ド前方に拡げ、溶接ヒューム、イナートガスをより均一
に効果的に捕集するようにしても良い。

【００１５】前記溶接トーチは、その外周面を、ヒュー
ム捕集フードのベース部分に穿設したノズル取付け孔及
びスカート部内面から突出した支持杆に嵌着することに
よってヒューム捕集フードに保持することもでき、ま
た、溶接トーチに設けた捕集フードの取付け用ガイド溝
とヒューム捕集フードのノズル取付け孔に施したピンと
の係合により組付けたときは、前記フード取付け用ガイ
ド溝の所要個所に設けた係止部にピンを係合することに
よって、予め、ヒューム捕集フードの開口部と溶接トー
チ先端部との間の長手軸方向距離ｘを溶接継手の施工対
象物の形状に応じ、また、必要時に段階的に特定するこ
とができるようにする。何れにしても、前記の距離ｘは
トーチ先端から上方に、ある特定範囲内でなければ効果
的なヒューム、ガスなどの捕集が困難であり、また、良
好な溶接継手が得られないことが判っている。

【００１６】上記の説明は、もっぱら、炭酸ガスアーク
溶接、ティグ溶接のトーチにヒューム捕集フードを適用
した場合について説明をしたが、ミグ溶接等のトーチに
上記構成のヒューム捕集フードを取り付けたときも、同
様な機能を果たすことは勿論である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下に、本件ノズル部にヒューム
捕集フードを付設した溶接トーチの好ましい実施形態を
図面に沿って説明するが、本実施形態を構成する各部材
は、本出願当時の当業界における技術レベルの範囲内で
当業者により適宜の変形が可能であることに鑑みれば、
格別の理由を示すことなく本実施形態の具体的構造のみ
に基づいて本発明の技術的範囲を限定して解釈してはな
らない。

【００１８】図１は、前記ヒューム捕集フード９の好適
な一実施形態の一部を切り欠いて示した側面図であっ
て、図中、円板状で中央に同心的なノズル取付け孔10を
備えたベース11の周面に、これと同心径で薄肉円筒状部
材12の軸方向に対し直角に切断した一方端開口を密に嵌
着、固定し、他方端を開口13として形成したスカート部
より形成され、前記開口13は、ノズル２の外周を取り囲
んで設けてある。ベース11に穿設した上記ノズル取付け
孔10の内周面には雌ねじ14を施し、この雌ねじ14は、公
知の溶接トーチ１のノズル２の外周面適所に施した雄ね
じ15に若干、緩みをもたせて螺合するようにし、前記ヒ
ューム捕集フード９を溶接トーチ１に着脱自在に結合す
る。

【００１９】ヒューム捕集フード９のベース11の軸方向
肉厚は、その螺合部がトーチ１と同軸心を維持できる程
度の厚さを保持し、また、雌ねじ14に直角方向に止めね
じ16を設けて、溶接トーチ１に対して所要位置に螺合、
調整したヒューム捕集フード９が、同トーチに対し変位
しないよう係止する。この構成を採用するときは、公知
のイナートガス溶接用トーチ１（図は、炭酸ガスアーク
溶接用）のノズル２にも、若干の加工、変形が必要にな
ることは免れない。すなわち、さきに述べたように捕集
フード９のベース11に設けた雌ねじ14に対応するトーチ
１（またはノズル２）の外周面に、雄ねじ15を成形しな
ければならない。

【００２０】勿論、公知のイナートガス溶接用トーチ１
を、そのままの形で利用しようとすれば、ヒューム捕集
フード９のベース11に穿設した軸孔径とトーチ１の外径
とを略、一致させて両者を嵌合し、止めねじ16によって
両者を固着すれば良い。当該螺合、嵌合部は、溶接作業
中、発生する熱または輻射、伝導熱によりノズル本体が
加熱されて熱膨張し、そのためトーチ１とヒューム捕集
フード９との間で螺合、嵌脱が困難にならないよう、螺
合、嵌合部に対し緩みを持たせている。要すれば、捕集
フード９のベース11の雌ねじ14または軸孔側に設けた溝
に耐熱性パッキンを嵌着して、これによりトーチ１外周
面との間をシールする。

【００２１】溶接トーチ１とヒューム捕集フード９との
相対的組付け位置は、実質上、イナートガス溶接作業に
差し支えがない（かつ、シールドガスにブローホールを
形成しない）程度に、溶接トーチ１のノズル２、電極３
ａ（図２参照）がヒューム捕集フード９のスカート開口
13面に対し、母材側にｘ長さ突出させてイナートガス雰
囲気中に金属ワイヤを導入し、安定してアーク６（図２
参照）を形成できるようでなければならない。また、溶
接個所を外部から目視できるものでなければならない。

【００２２】上述したように溶接トーチ１にヒューム捕
集フード９を組付けたときは、スカート（薄肉円筒状部
材）12内側空間に同心的に溶接トーチ１が存在する。そ
のため、スカート内部は円筒状空間となっており、開口
（吸気口）13形状も溶接トーチ１を囲んだ環状である。
いま、ヒューム捕集フード９の内側空間でベース11に近
接したスカート円筒壁12部を貫いて直接、排気開口21を
穿設し前記環状吸込み開口13からガスなどを吸い込むよ
うにすると、さきに述べたような溶接時に溶接個所をガ
スシールドするためにノズル２から大気中に放出された
使用済みのイナートガスの殆どと、吸気気流に載った溶
融池からの金属ヒュームとを溶接部を囲んだ環状開口13
を通して排気開口21側に回収するようになるが、その時
は溶融池を囲むシールドガスの雰囲気の全体から不均等
に吸気が行われるので、当該ガスにブローホールが生じ
る恐れがあり、良好な溶接継手が得られない。

【００２３】そのために、この実施形態ではフード９の
ベース11の基部内側空間を径方向に大径に形成し捕集フ
ード９の内側奥に広い環状の空間部分25を形成して、こ
の拡大空間部に向かって排気開口21を穿設し、強力な吸
気力ないし排気量をその環状拡大空間部分25の全体に満
遍なく及ぼし、もってスカート部12の吸気開口13におい
てはノズル２外周縁方向のどの個所からも、均等にかつ
同一条件で吸気するようにし、スカート部の吸気開口13
の周方向にガス量の均等吸気力が生じるようにしたもの
である。

【００２４】これによって、シールドガスの多寡に応じ
て、吸気量を増減するようなことがあっても、溶融池を
シールドするイナートガスをその周縁付近から略、均等
にガスを回収して、ブローホールを形成することなく、
良好な溶接継手を形成することができ、かつ、効率の良
い排気を行わせることが可能となっている。なお、フィ
ルタ23は、吸込み気流に載っている大形の加熱状態の溶
接ヒュームを濾過して、排気開口21側に通さないための
もので、スカート部の吸気開口13と排気開口21と間の何
所かに設けてある。当該フィルタ23は、流体抵抗の低い
もので、耐熱性の高い材質であることが望まれる。

【００２５】スカート端部の環状開口13は、作業面から
みれば溶接作業に邪魔な存在であるが、一方、イナート
ガスの雰囲気から、それほど離れていない位置にあるこ
とが好ましい。溶接トーチ１とヒューム捕集フード９と
の間に施したねじ手段14，15、嵌合手段または後述の取
り付け用ガイド溝は、前記相反する両者間作用の兼ね合
いを図るための位置微調整手段でもある。また、金属ヒ
ュームは吸気流に載るものばかりでなく、ヒューム捕集
フード９のスカート部、フィルタ23にも付着して長期間
には排気抵抗を増加させるから、その清掃のためヒュー
ム捕集フード９を溶接トーチ１から分離する為でもあ
る。さらには、ヒューム捕集フード９を取り付けたまま
では溶接作業が可能でない個所の溶接の場合には、捕集
フード９をトーチ１から取り外す為でもある。

【００２６】本発明の他の実施形態として、図２に示す
ように、ヒューム捕集フードスカート12の開口縁13の外
周にフランジ24を取付け、開口13からの吸気作用に対
し、イナートガスによる溶融池８、電極及び溶接棒３ａ
など被加工表面４を大気からのシールドを確実にすると
共にそのブローホールの形成を防ぎ、前記イナートガス
をヒューム捕集フードにより回収するときの効率を高め
るとか、溶接ヒュームの回収率を高めたりする。前記フ
ランジ24の外形は、必ずしも円形のみに限られない。た
とえば、フランジ24の一部横幅がｙであったり、ｚであ
っても良い。また、ティグ、ミグ溶接の場合、溶接棒を
供給する方位を切欠するものであっても良い。

【００２７】図３，４は、本発明に係るヒューム捕集フ
ード９の、また別の実施形態を示す側面図及び斜視図
で、この実施形態では、溶接トーチ１がヒューム捕集フ
ード９のベース11部分に穿設したノズル取付け孔10とス
カート部12内面から突出した支持杆とに保持されてお
り、前記溶接トーチ１の外周面に削設した捕集フード９
の取付け用ガイド溝17とヒューム捕集フード９のノズル
取付け孔10の内側面に施したピン20との係合により、両
者の位置関係が特定している。

【００２８】すなわち、第１の実施形態では、溶接トー
チ１のノズル２とヒューム捕集フード９のスカート開口
13面との相対的変位ｘを無段階に調整することができる
が、そのためには、その都度フード９を回して最適位置
を探すための調節をしなければならず、能率的でない。
作業内容が決まっていて、諸実験データに基づき両者間
の相対的最適位置が予め判っている場合、たとえば、一
般の溶接または凹のコーナ部の溶接などに使用する場合
については、トーチ１の外周面の母線方向にヒューム捕
集フード９の取付け用ガイド溝17を削設する（図４参
照）と共に、その長手方向要所に溝17に連続するＬ字形
のフード位置決め溝18、19を穿設しておく。

【００２９】このときには勿論、ヒューム捕集フード９
のベース11のノズル取付け孔10の内周面には雄ねじを施
す必要がなく、当該内周面には前記溝17及び位置決めＬ
字溝18または19に係合するピン20を設けることを要す
る。前記ヒューム捕集フード９のベース11のノズル取付
け孔10にトーチ１を嵌着し、前記取付け孔10に取付けた
ピン20をトーチ１の外周面に設けた捕集フード９の取付
け用ガイド溝17に係合させれば、両者の相対位置関係は
トーチ１の長手軸方向の自由度のみが残される。そし
て、捕集フード９のピン20を、Ｌ字形のフード位置決め
溝18、19の何れかに係止すれば、一義的に、両者の相対
位置が確定する。このようにすれば、ヒューム捕集フー
ド９のトーチ１に対する位置は、一動作により調整する
ことができ、効率的であるが微少修正は困難である。

【００３０】この実施形態においても必要に応じ、スカ
ート開口13の縁外周にフランジ24（図２参照）を施すこ
と、すなわち、第２の実施形態を適用することができ
る。また、上述の実施形態では、専ら、炭酸ガスアーク
溶接、ティグ溶接のトーチにヒューム捕集フードを適用
した場合について説明をしてきたが、ミグ溶接等のトー
チに上記構成のヒューム捕集フードを取り付けたとき
も、同様な機能を果たすことは勿論である。

【００３１】

【発明の効果】本発明によれば、イナートガスにより溶
融池を大気からシールドして溶接する作業において、溶
融池から発生する溶接ヒューム及びシールドに用いた各
種のイナートガスを溶接作業者及びその近傍の作業者が
吸引、暴露しないようにすることができ、格別、溶接作
業を邪魔することなく高品質の溶接加工を効率良く行う
ことができる一方、労働環境の向上を図り、災害の発生
を極度に減らすことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明ヒューム捕集フードを付設した溶接トー
チの一実施形態の一部を切り欠いた要部側面概略図であ
る。

【図２】本発明溶接トーチのヒューム捕集フードの他の
実施形態の要部側面図である。

【図３】本発明溶接トーチのヒューム捕集フードの別の
実施形態を示す要部側面図である。

【図４】図３において、ヒューム捕集フードを付設する
トーチの斜面図である。

【符号の説明】

１ トーチ ２ ノズル ３a 電極 ４ 母材 ６ アーク ８ 溶融池９ ヒューム捕集フード 10 ノズル取付け孔 11 ベース 12 スカート部 13 開口（吸気口） 14 雌ねじ 15 雄ねじ 16 止めねじ 17 フード取付け用ガイド溝 18 フード位置決めＬ字溝 19 一般作業用フード位置決めＬ字溝 20 ピン 21 排気開口 22 可撓性管 23 フィルタ 24 フランジ 25 環状空間

フロントページの続き (56)参考文献 特開 昭50−62837（ＪＰ，Ａ) 特開 昭54−155948（ＪＰ，Ａ) 特開 昭50−47851（ＪＰ，Ａ) 特開 平５−329650（ＪＰ，Ａ) 実開 昭50−129627（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭49−57525（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭49−36115（ＪＰ，Ｕ) 実開 昭51−7417（ＪＰ，Ｕ) 実開 平５−280（ＪＰ，Ｕ) (58)調査した分野(Int.Cl.⁷，ＤＢ名) B23K 9/29

Claims (3)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 溶接部をガスシールドするため電極端部
   を取り巻いてイナートガスの噴射ノズルを取付けた溶接
   トーチにおいて、 中央に同心的な前記噴射ノズルの取付け孔を備えたベー
   ス、 前記ベースの径よりも大径で軸方向には短い空間部分を
   囲んで形成した薄肉環状部材、 前記薄肉環状部材に囲まれた空間に連通する排気開口、 薄肉環状部材の外径よりも小さくベース内筒径よりも大
   きな径を有し、前記ベースと同心的で軸方向に長く伸
   び、一端が前記薄肉環状部材に囲まれた空間に連通し、
   他端は吸気開口を形成する薄肉円筒状のスカート部、 を順次、軸線方向に並べて各接合部を気密に結合し、 前記吸気開口の中央付近には、噴射ノズルを取付けた溶
   接トーチを配置し、 前記環状部材に設けた排気開口における流体抵抗を可及
   的に低減して、効率良く排気を行わせ、スカート部の吸
   気開口のどの個所からも同じ条件で、吸気ができるよう
   にした、 ことを特徴とするノズル部にヒューム捕集フードを付設
   した溶接トーチ。
2. 【請求項２】 ヒューム捕集フードを溶接トーチに対し
   て着脱、かつ長軸方向位置を調整可能に取り付けた、 ことを特徴とする請求項１記載のノズル部にヒューム捕
   集フードを付設した溶接トーチ。
3. 【請求項３】 ヒューム捕集フードのスカート部の吸気
   口縁外周縁にフランジを形成した、 ことを特徴とする請求項１または２記載のノズル部にヒ
   ューム捕集フードを付設した溶接トーチ。