焊枪、焊接机器人以及焊接系统的制作方法

本发明涉及用于气体保护弧焊的焊枪、焊接机器人以及焊接系统。

背景技术：

作为以往的焊枪，已知如下结构：具备与焊枪枪管连接的筒状的导电嘴主体、从前端侧套在导电嘴主体的外周的筒状的气筛、以装卸自如的方式设置于导电嘴主体的前端外周且将气筛支承于导电嘴主体的气筛支承螺母、以及以装卸自如的方式设置于导电嘴主体的前端的筒状的接触导电嘴(例如参照专利文献1)。

另外，以往，已知将设置于旋转台上的长刷子以及短刷子插入于喷嘴内并使之旋转，由此将附着于焊枪的喷嘴的内周面以及导电嘴的外周面的飞溅物除去的焊枪的喷嘴清扫装置(例如参照专利文献2)。

在先技术文献

专利文献

专利文献1：日本特开2014-233723号公报

专利文献2：日本特开平05-138361号公报

发明要解决的课题

然而，在上述专利文献1记载的焊枪中，飞溅物进入接触导电嘴与气筛支承螺母之间，因此飞溅物的蓄积速度有可能增加，另外，在接触导电嘴与气筛支承螺母的拆装时飞溅物被咬入螺纹部分，有可能使导电嘴主体损伤。

另外，在上述专利文献2所记载的喷嘴清扫装置中，难以除去进入到接触导电嘴与气筛支承螺母之间的飞溅物，因此清扫次数增加，成为焊机的自动运转的障碍。另外，刷子的磨损因清扫次数增加而加剧，因此刷子的更换频率高，可能使焊接成本增加。

另外，以往，将用于防止从接触导电嘴的前端飞来的飞溅物的构件配置于喷嘴内的情况会阻碍喷嘴内的保护气体的流通，有可能产生保护气体不良，因此没有进行这样的配置。

技术实现要素：

本发明是鉴于上述的问题而作出的，其目的在于提供能够在防止保护气体不良的同时防止飞溅物进入接触导电嘴与气筛支承螺母之间的焊枪、焊接机器人以及焊接系统。

用于解决课题的方案

为了达到上述目的，本发明的焊枪具备焊枪枪管、安装于所述焊枪枪管的导电嘴、安装于所述焊枪枪管且将所述导电嘴收容于内部的筒状的喷嘴，该焊枪用于气体保护弧焊，其特征在于，所述导电嘴具备：筒状的导电嘴主体，其安装于所述焊枪枪管；筒状的气筛，其套在所述导电嘴主体的外周；气筛支承螺母，其以装卸自如的方式安装于所述导电嘴主体的前端外周，且将所述气筛支承于所述导电嘴主体的外周；筒状的接触导电嘴，其以装卸自如的方式安装于所述导电嘴主体的前端内周；以及环状的保护构件，其配置于所述导电嘴主体与所述接触导电嘴之间，所述保护构件的外径被设定为所述气筛支承螺母的前端外径以上且所述气筛的外径以下。

另外，在本发明的焊枪的基础上，其特征在于，所述保护构件的板厚被设定为0.5mm～3.0mm，所述保护构件的内径被设定为所述接触导电嘴的装卸部分的外径的1.5倍以下。

另外，在本发明的焊枪的基础上，其特征在于，所述保护构件的位于所述接触导电嘴的前端侧的表面形成为平面，所述平面的表面粗糙度(ra)被设定为50μm以下。

另外，在本发明的焊枪的基础上，其特征在于，所述保护构件的表面由纯铜或含铜50重量％以上的合金构成。

另外，本发明的焊接机器人的特征在于，具备焊枪。

另外，本发明的焊接系统的特征在于，具备焊接机器人和焊接电源。

发明的效果

根据本发明，具备配置于导电嘴主体与接触导电嘴之间的环状的保护构件，保护构件的外径被设定为气筛支承螺母的前端外径以上且气筛的外径以下，因此能够在防止保护气体不良的同时，防止飞溅物进入接触导电嘴与气筛支承螺母之间。

附图说明

图1是使用本发明的焊枪的一实施方式的焊接机器人的简要侧视图。

图2是图1所示的焊枪的一部分切去后的侧视图。

图3是图2所示的焊枪的分解立体图。

图4是图2所示的焊枪的导电嘴的剖视图。

图5是图2所示的焊枪的导电嘴的分解剖视图。

图6是用于说明焊枪的接触导电嘴的更换以及导电嘴的清扫的图，(a)是表示将喷嘴卸下后的状态的侧视图，(b)是表示用刷子清扫导电嘴的外周的状态的侧视图，(c)是表示将磨损了的接触导电嘴和保护构件卸下后的状态的侧视图，(d)是表示安装新的接触导电嘴和保护构件的状态的侧视图，(e)是安装有喷嘴的状态的侧视图。

图7是说明导电嘴的第一变形例的剖视图。

图8是说明导电嘴的第二变形例的剖视图。

附图标记说明

10焊枪

11焊枪枪管

20导电嘴

21喷嘴

30导电嘴主体

40气筛

50气筛支承螺母

60接触导电嘴

70保护构件

70f前表面(保护构件的表面)

70r后表面(保护构件的表面)

d1保护构件的外径

d2气筛支承螺母的前端外径

d3气筛的外径

d4保护构件的内径

d5接触导电嘴的外螺纹部的外径

t保护构件的板厚

具体实施方式

以下，基于附图来详细说明本发明的焊枪的一实施方式。

《关于焊枪的结构》

首先，为了把握本实施方式的焊枪的整体情况，对使用焊枪的焊接机器人1进行说明。

如图1以及图2所示，焊接机器人1具备焊丝桶(wirepack)2、焊枪缆线3、焊丝进给装置4、焊接电源5、机械手6以及焊枪10。需要说明的是，图1中的附图标记a是作为焊接对象的母材。

如图1所示，焊丝桶2是焊丝w的供给源，容纳有规定量的焊丝w。作为焊丝w，例如能够使用镀铜焊丝、无镀铜焊丝等。

焊枪缆线3将从焊接电源5供给的焊接电流、容纳于焊丝桶2的焊丝w、以及从未图示的保护气体容纳装置供给的保护气体向焊枪10供给。焊枪缆线3的一端与焊丝进给装置4连接，另一端与焊枪10连接。

焊丝进给装置4利用辊等将焊丝w抽出并经由焊枪缆线3向焊枪10输送。而且，通过具备该焊丝进给装置4，将焊丝w向焊枪10自动供给。

焊接电源5是焊接电流的供给源，经由焊丝进给装置4以及焊枪缆线3向焊枪10供给焊接电流。

机械手6是在前端安装有焊枪10的多关节机器人，由未图示的机器人控制装置控制其动作。

＜焊枪>

如图2以及图3所示，焊枪10具备安装于机械手6的焊枪枪管11、安装于焊枪枪管11的导电嘴20、以及安装于焊枪枪管11且将导电嘴20收容于内部的圆筒状的喷嘴21，进行气体保护弧焊。

(焊枪枪管)

在焊枪枪管11的前端部形成有安装有导电嘴20以及喷嘴21的圆筒状的保持件12。并且，在保持件12的内周面形成有与导电嘴20的导电嘴主体30螺纹接合的内螺纹部12a，在保持件12的外周面形成有与喷嘴21螺纹接合的外螺纹部12b。需要说明的是，经由焊枪缆线3向焊枪枪管11供给焊接电流、焊丝w以及保护气体。

另外，焊枪枪管11具备配置于保持件12内且对焊丝w进行引导的内管13。该内管13被设置为从保持件12的前端突出，由于在保持件12的内螺纹部12a螺纹装配导电嘴主体30，由此该内管13插入导电嘴主体30内。

(导电嘴)

如图4以及图5所示，导电嘴20具备：筒状的导电嘴主体30，其安装于焊枪枪管11；筒状的气筛(orifice)40，其从前端侧套在导电嘴主体30的外周；气筛支承螺母50，其以装卸自如的方式安装于导电嘴主体30的前端外周，将气筛40支承于导电嘴主体30的外周；筒状的接触导电嘴60，其以装卸自如的方式安装于导电嘴主体30的前端内周；以及圆环状的保护构件70，其夹入导电嘴主体30与接触导电嘴60之间。

(导电嘴主体)

导电嘴主体30是由铜等具有导电性的金属材料构成的圆筒形状的构件，在其后端部的外周面形成有与焊枪枪管11的保持件12的内螺纹部12a螺纹接合的外螺纹部31。另外，导电嘴主体30在螺纹装配于焊枪枪管11的保持件12的内螺纹部12a时，在与内管13的外周面之间形成一定空间。

另外，在导电嘴主体30的外周面形成有凸缘部32，该凸缘部32与套在导电嘴主体30的外周的气筛40抵接，进行气筛40的定位。另外，在导电嘴主体30上沿着周向等间隔地形成有向气筛40侧供给保护气体的多个(在本实施方式中为4个)贯通孔33。

另外，在导电嘴主体30的前端部的内周面，形成有与接触导电嘴60螺纹接合的内螺纹部34。另外，在导电嘴主体30的前端部的外周面，形成有与气筛支承螺母50螺纹接合的外螺纹部35。

(气筛)

气筛40是由陶瓷材料构成的圆筒形状的构件，在装配于导电嘴主体30的状态下，在比导电嘴主体30的贯通孔33靠前端侧的位置，沿着周向等间隔地形成有将保护气体向喷嘴21内喷出的多个(在本实施方式中为8个)气体喷出孔41。

另外，在气筛40的内周面形成有与8个气体喷出孔41连通的周槽42。根据该结构，从导电嘴主体30的贯通孔33供给的保护气体经由周槽42被平滑地导入气体喷出孔41，因此能够对从气体喷出孔41喷出的保护气体进行整流化。

另外，在气筛40的后端部的外周面形成有凸缘部43，该凸缘部43堵塞气筛40的外周面与喷嘴21的内周面之间的间隙。由此，能够防止飞溅物进入比凸缘部43靠焊枪枪管11侧的位置。

然后，在气筛40装配于导电嘴主体30的状态下，将气筛支承螺母50螺纹装配于导电嘴主体30的外螺纹部35，由此将该气筛40夹入导电嘴主体30的凸缘部32与气筛支承螺母50之间，从而将该气筛40支承于导电嘴主体30。

(气筛支承螺母)

气筛支承螺母50是由铜等具有导电性的金属材料构成的环形的构件，在其内周面形成有与导电嘴主体30的前端部的外螺纹部35螺纹接合的内螺纹部51。

另外，在气筛支承螺母50的外周面的前侧部分，遍及整周地形成有随着朝向前端侧而直径缩小的锥形面52。另外，在气筛支承螺母50的外周面的后侧部分，以径向对称的方式形成有用于供使用扳手等工具进行紧固的两个平行面。并且，气筛40由气筛支承螺母50紧固，因此周向的旋转得到抑制。

另外，作为气筛支承螺母50的材料，优选使用不易附着飞溅物的材料。具体而言，进行飞溅物的附着后的清扫实验的结果是，优选铬铜，也可以使用黄铜。

(接触导电嘴)

接触导电嘴60向焊丝w供给焊接电流，并且向焊接对象的母材a引导焊丝w。接触导电嘴60由铜等具有导电性的金属材料形成。

接触导电嘴60是在其轴中心具有对焊丝w进行引导的导通孔61的圆筒形状的构件。在导通孔61的后端部形成有随着朝向后侧而直径扩大的引导锥形面61a，通过该引导锥形面61a而将焊丝w平滑地导入导通孔61。

另外，在接触导电嘴60的后端部的外周面，形成有与导电嘴主体30的内螺纹部34螺纹接合的外螺纹部62。并且，通过将接触导电嘴60的外螺纹部62螺纹装配于导电嘴主体30的内螺纹部34，使接触导电嘴60的导通孔61与内管13的前端开口对置。

(保护构件)

保护构件70是从后侧套在接触导电嘴60的外螺纹部62的圆环状的板构件。并且，在保护构件70套在接触导电嘴60的外螺纹部62的状态下，将接触导电嘴60的外螺纹部62螺纹装配于导电嘴主体30的内螺纹部34，由此将保护构件70夹持于导电嘴主体30与接触导电嘴60之间。由此，保护构件70配置于比气筛40以及气筛支承螺母50靠前方的位置。

并且，如图5所示，保护构件70的外径d1被设定为气筛支承螺母50的前端外径d2以上且气筛40的外径d3以下。并且，在保护构件70的外径d1比气筛支承螺母50的前端外径d2小的情况下，飞溅物进入导电嘴主体30与气筛支承螺母50的间隙、导电嘴主体30与气筛40的间隙并蓄积，由此产生由保护气体不良、飞溅物的咬入引起的导电嘴主体的损伤(自动更换时的停止)。另外，在保护构件70的外径d1比气筛40的外径d3大的情况下，喷嘴21内的保护气体的流动成为紊流，因此产生保护气体不良。

另外，保护构件70的板厚t被设定为0.5mm～3.0mm。并且，在保护构件70的板厚t为0.5mm以上的情况下，能够抑制由飞溅物附着时的热量引起的保护构件70的变形。另外，在保护构件70的板厚t为3.0mm以下的情况下，能够抑制飞溅物附着于保护构件70的外周面。

另外，保护构件70的内径d4被设定为接触导电嘴60的装卸部分即外螺纹部62的外径d5的1.5倍以下。并且，在保护构件70的内径d4为外螺纹部62的外径d5的1.5倍以下的情况下，能够抑制保护构件70的径向的偏移，能够实现更加维持对称性的保护。

另外，本实施方式的保护构件70是圆环状的板构件，因此保护构件70的前表面(保护构件70的位于接触导电嘴60的前端侧的表面)70f以及后表面(保护构件70的位于接触导电嘴60的后端侧的表面)70r分别形成为平面。并且，保护构件70的前表面70f以及后表面70r的表面粗糙度(ra)被设定为50μm以下。并且，在保护构件70的前表面70f以及后表面70r的表面粗糙度(ra)为50μm以下的情况下，能够抑制飞溅物向保护构件70的前表面70f以及后表面70r附着，而且，在保护构件70的前表面70f以及后表面70r的表面粗糙度(ra)为20μm以下的情况下，能够进一步抑制飞溅物的附着。因此，例如，即使附着有飞溅物，也能够由清扫装置的刷子等容易除去该飞溅物。需要说明的是，表面粗糙度(ra)是算术平均粗糙度，是从粗糙度曲线沿着其平均线的方向截取基准长度并对该截取部分的从平均线到测定曲线的偏差的绝对值进行合计并平均而成的值。

需要说明的是，飞溅物在产生时是熔融状态的金属，附着于喷嘴21的内表面等表面并进行凝固从而逐渐蓄积。并且，在飞溅物所附着的表面的粗糙度大的情况下，附着的熔融金属会进入表面的凹凸，在凝固后容易成为牢固的机械接合，难以除去。

另外，保护构件70的表面由纯铜或含铜50重量％以上的合金构成。这可以是保护构件70整体由纯铜或含铜50重量％以上的合金形成的情况、以及在保护构件70的表面形成有纯铜或含铜50重量％以上的合金的涂层的情况中的任一情况。

并且，在保护构件70的表面由纯铜或含铜50重量％以上的合金构成的情况下，能够抑制飞溅物向保护构件70附着，例如，即使附着了飞溅物，也能够由清扫装置的刷子等容易除去该飞溅物。而且，在采用纯铜或含铜50重量％以上的合金的情况下，铁水-固体铜之间的润湿性变差，因此更容易剥离附着的飞溅物。

(喷嘴)

喷嘴21是由金属材料构成的圆筒形状的构件，是将从气筛40的气体喷出孔41喷出的氩气(ar)、二氧化碳气体(co2)等保护气体向焊接对象的母材a喷射的构件。另外，喷嘴21具有能够将导电嘴20收容于内部的内部空间。另外，在喷嘴21的后端部的内周面，形成有与焊枪枪管11的保持件12的外螺纹部12b螺纹接合的内螺纹部21a(参照图6(e))。

接着，说明构成焊枪10的接触导电嘴60的更换以及导电嘴20的清扫。需要说明的是，接触导电嘴60的导通孔61的内表面因焊丝w而磨损，因此，在经过规定的焊接时间之后需要更换接触导电嘴60。另外，在喷嘴21的内表面以及导电嘴20的外表面(气筛40、气筛支承螺母50、接触导电嘴60以及保护构件70的外表面)随着焊接时间的推移而附着飞溅物，因此需要对这些面进行清扫。另外，保护构件70在清扫后能够直接使用，但为了便于接触导电嘴60的更换，将其与接触导电嘴60一起更换。

在此，假定使用自动更换构成焊枪10的接触导电嘴60并且自动清扫导电嘴20的外表面的装置(以下称作“更换清扫装置”)的情况。作为更换清扫装置，例如可以使用日本特开2012-130928号公报、日本特开平7-60448号公报记载的技术，也可以使用其他公知的技术。需要说明的是，接触导电嘴60的更换、导电嘴20的清扫也能够手动进行。在该情况下，将以下的说明中的“更换清扫装置”改称为“更换清扫者”。

首先，更换清扫装置使喷嘴21旋转，将喷嘴21从焊枪枪管11卸下(参照图6(a))。

接着，更换清扫装置在将金属制的刷子b压接于导电嘴20的外表面的状态下使刷子b沿着周向、轴向滑动而除去飞溅物，对导电嘴20的外表面进行清扫(参照图6(b))。需要说明的是，虽未图示，但也对卸下后的喷嘴21的内表面进行清扫。

接着，更换清扫装置使接触导电嘴60旋转，将接触导电嘴60与保护构件70一起从导电嘴主体30卸下(参照图6(c))。并且，在本实施方式的焊枪10中，气筛40由气筛支承螺母50支承，因此即使卸下接触导电嘴60，气筛40也不会落下。

接着，更换清扫装置将新的接触导电嘴60和新的保护构件70安装于导电嘴主体30的前端(参照图6(d))。并且，在本实施方式的焊枪10中，保护构件70被夹持在导电嘴主体30与接触导电嘴60之间。

接着，更换清扫装置将清扫后的喷嘴21安装于焊枪枪管11(参照图6(e))。由此，构成焊枪10的接触导电嘴60的更换以及导电嘴20的清扫结束。

如以上说明的那样，根据本实施方式的焊枪10，具备被夹入于导电嘴主体30与接触导电嘴60之间的圆环状的保护构件70，保护构件70的外径d1被设定为气筛支承螺母50的前端外径d2以上且气筛40的外径d3以下，因此能够防止飞溅物进入接触导电嘴60与气筛支承螺母50之间。另外，不会阻碍喷嘴21内的保护气体的流通，因此能够防止保护气体不良。

另外，根据本实施方式的焊枪10，在比气筛40以及气筛支承螺母50靠前方的位置配置保护构件70，因此能够由保护构件70防止向气筛40以及气筛支承螺母50的外周飞来的飞溅物而减少附着于其外周的飞溅物。因此，能够缩短更换清扫装置的刷子b对导电嘴20进行清扫的时间，并且能够抑制刷子b的磨损，因此能够使焊机的自动运转效率化，并且刷子b的更换频率下降，能够削减焊接成本。另外，能够缩短由硬陶瓷材料构成的气筛40的清扫时间，因此能够进一步抑制刷子b的磨损。

另外，根据本实施方式的焊枪10，保护构件70的内径d4被设定在接触导电嘴60的外螺纹部62的外径d5的1.5倍以下，因此能够抑制保护构件70的径向上的偏移，能够实现更加维持对称性的保护。

另外，根据本实施方式的焊枪10，保护构件70的前表面70f以及后表面70r的表面粗糙度(ra)被设定为50μm以下，因此能够抑制飞溅物向保护构件70的前表面70f以及后表面70r附着，例如，即使附着了飞溅物，也能够由清扫装置的刷子等容易除去该飞溅物。

另外，根据本实施方式的焊枪10，保护构件70的表面由纯铜或含铜50重量％以上的合金构成，因此能够抑制飞溅物向保护构件70附着，例如，即使附着了飞溅物，也能够由清扫装置的刷子等容易除去该飞溅物。

接着，作为本实施方式的导电嘴20的第一变形例，也可以如图7所示，延长气筛支承螺母50的轴向长度并将气筛支承螺母50的前端面设为与导电嘴主体30的前端面共面。在该情况下，成为保护构件70被夹入于导电嘴主体30以及气筛支承螺母50与接触导电嘴60之间的结构。需要说明的是，在本变形例中，虽然延长了气筛支承螺母50的轴向长度，但也可以缩短导电嘴主体30的轴向长度。

接着，作为本实施方式的导电嘴20的第二变形例，也可以如图8所示，进一步延长气筛支承螺母50的轴向长度而使气筛支承螺母50的前端面伸出到比导电嘴主体30的前端面靠前侧的位置。在该情况下，成为保护构件70被夹入于气筛支承螺母50与接触导电嘴60之间的结构。需要说明的是，在本变形例中，虽然延长了气筛支承螺母50的轴向长度，但也可以缩短导电嘴主体30的轴向长度。

需要说明的是，本发明并不限定于上述实施方式所例示的内容，能够在不脱离本发明的主旨的范围内进行适当变更。

例如，在上述实施方式中，保护构件是独立的构件，但不限定于此，也可以一体地形成于气筛支承螺母、接触导电嘴。

【实施例】

为了确认本发明的作用效果，准备具备下述表1所示的实施例1～8以及比较例1～3的保护构件的焊枪，对它们分别进行焊接试验。在本试验中，反复进行10次1小时的连续焊接和自动清扫(接触导电嘴更换、喷嘴清扫)(共计10小时)，确认保护气体的保护性、连续自动运转性以及飞溅物附着性。

接着，对本试验的焊接条件进行说明。但是，此处所说明的焊接条件仅是一例，本发明的实施方式并不限定于以下的焊接条件。

[焊接条件]

焊接电流：300a

电弧电压：32v

焊接速度：30cm/min

焊丝突出长度：25mm

保护气体：100％co2气体

气筛的外径：14mm

气筛支承螺母的前端外径：10mm

接触导电嘴的外螺纹部的外径：6mm

【表1】

关于上述表1中的保护性，在焊接部分产生了凹坑的情况下，认为是产生了保护气体不良而记作×，在没有产生凹坑的情况下记作○。另外，关于连续自动运转性，将自动清扫时运转停止的情况记作×，将持续10小时没有停止的情况记作○。另外，关于飞溅物附着性，仅在保护性以及连续自动运转性均为○的情况下，测量保护构件的飞溅物附着量。在保护构件的飞溅物附着量为3g以下时，在自动清扫后附着于保护构件的飞溅物残留的可能性低，能够进一步抑制在下次焊接时由飞溅物附着引起的堆积。因而，在保护构件的飞溅物附着量为3g以下的情况下，认为是优选的条件而记作○，在超过3g的情况下记作△。

根据表1可知，实施例1、5、7、8的保护性以及连续自动运转性均良好，且飞溅物附着量也为3g以下的少量，因此可知是优选的条件。

另外，实施例2的保护性以及连续自动运转性均良好，但飞溅物附着量超过了3g。然后，认为飞溅物附着量超过3g是因为：由于实施例2的保护构件的内径比接触导电嘴的外螺纹部的外径的1.5倍(9mm)大，因此在更换时在保护构件发生了朝径向的偏移的状态下对该保护构件进行了装配。

另外，实施例3的保护性以及连续自动运转性均良好，但飞溅物附着量超过了3g。然后，认为飞溅物附着量超过3g是因为：由于实施例3的保护构件的板厚比3.0mm大，因此在保护构件的外周面附着了飞溅物。

另外，实施例4的保护性以及连续自动运转性均良好，但飞溅物附着量超过了3g。然后，认为飞溅物附着量超过3g是因为：由于实施例4的保护构件的材质是含铜50重量％以下的合金，因此飞溅物的剥离性劣化。

另外，实施例6的保护性以及连续自动运转性均良好，但飞溅物附着量超过了3g。然后，认为飞溅物附着量超过3g是因为：由于实施例6的保护构件的表面粗糙度(ra)超过50μm而变粗糙，由此飞溅物的剥离性劣化。

另外，比较例1是保护构件的外径比气筛支承螺母的前端外径(10mm)小的情况。在该比较例1中，针对飞溅物的保护效果差，因此飞溅物蓄积于气筛的外表面或接触导电嘴与气筛支承螺母之间，产生保护气体不良，从而最终在接触导电嘴更换时停止了运转。

另外，比较例2是保护构件的外径比气筛的外径(14mm)大的情况。在该比较例2中，虽然针对飞溅物的保护效果好，但保护气体的流通被保护构件阻碍，因此产生了保护气体不良。

另外，比较例3是不使用保护构件的以往的焊枪的情况。在该比较例3中，每当重复焊接时均在喷嘴内蓄积飞溅物，产生保护气体不良，从而最终在接触导电嘴更换时停止了运转。