(57)【要約】【課題】高硬度及び高導電率であり、且つ、切削加工が容易な溶接装置の電気接点素材を提供する。【解決手段】先端がテーパ状に切削加工された溶接装置の電気接点素材において、Ｃｕを主成分とし、Ｃｒ：０．５〜２．０重量％、Ｚｒ：０．００５〜０．１０重量％、Ｔｅ：０．０１〜１．０重量％を含有した固溶体から成る溶接装置の電気接点素材であって、内部の中心軸方向に電極ワイヤを挿通し得る貫通孔が形成されたコンタクトチップ、或いは母材に直接接触して溶接電流を生じさせるキャップチップから成るものである。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
先端がテーパ状に切削加工された溶接装置の電気接点素材において、
Ｃｕを主成分とし、Ｃｒ：０．５〜２．０重量％、Ｚｒ：０．００５〜０．１０重量％、Ｔｅ：０．０１〜１．０重量％を含有した固溶体から成ることを特徴とする溶接装置の電気接点素材。
【請求項２】
内部の中心軸方向に電極ワイヤを挿通し得る貫通孔が形成されたコンタクトチップから成ることを特徴とする請求項１記載の溶接装置の電気接点素材。
【請求項３】
母材に直接接触して溶接電流を生じさせるキャップチップから成ることを特徴とする請求項１記載の溶接装置の電気接点素材。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、高硬度及び高導電率であり、且つ、切削加工が容易な溶接装置の電気接点素材に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
アーク溶接機（ＭＩＧ或いは炭酸ガス溶接機）等の溶接装置において電気接点として使用されるコンタクトチップやキャップチップの素材として、一般に、銅（Ｃｕ）に少量のクロム（Ｃｒ）とジルコニウム（Ｚｒ）を添加して固溶体としたクロム・ジルコニウム銅が用いられている。かかるクロム・ジルコニウム銅は、高い硬度及び高い伝導率を示すため、電気接点の素材として好適なのである。このような素材は、例えば、特許文献１にて開示されている。
【特許文献１】特開２００５−２８１８５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００３】
しかしながら、上記従来の如きクロム・ジルコニウム銅から成る溶接装置の電気接点素材は、例えば９６０℃での溶体化熱処理後、時効硬化熱処理によって硬度を高めたものの場合、切削抵抗が大きくなり、先端がテーパ状の溶接装置の電気接点素材を得るための切削加工が極めて困難であるという問題があった。即ち、溶接装置の電気接点素材は、円筒状ブロックの先端をテーパ状（砲弾状）に切削加工し、或いはその中心軸部に口径約１．０ｍｍ又はそれ以下の貫通孔をドリル等で穿設する必要があるため、切削抵抗の大きな従来の素材では加工性が悪いという問題があった。
【０００４】
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、高硬度及び高導電率であり、且つ、切削加工が容易な溶接装置の電気接点素材を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
請求項１記載の発明は、先端がテーパ状に切削加工された溶接装置の電気接点素材において、Ｃｕを主成分とし、Ｃｒ：０．５〜２．０重量％、Ｚｒ：０．００５〜０．１０重量％、Ｔｅ：０．０１〜１．０重量％を含有した固溶体から成ることを特徴とする。
【０００６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の溶接装置の電気接点素材において、内部の中心軸方向に電極ワイヤを挿通し得る貫通孔が形成されたコンタクトチップから成ることを特徴とする。
【０００７】
請求項３記載の発明は、請求項１記載の溶接装置の電気接点素材において、母材に直接接触して溶接電流を生じさせるキャップチップから成ることを特徴とする。
【発明の効果】
【０００８】
請求項１の発明によれば、高硬度及び高導電率であり、且つ、切削加工が容易な溶接装置の電気接点素材を得ることができる。
【０００９】
請求項２の発明によれば、高硬度及び高導電率であり、且つ、切削加工が容易な溶接装置の電気接点素材としてのコンタクトチップを得ることができる。
【００１０】
請求項３の発明によれば、高硬度及び高導電率であり、且つ、切削加工が容易な溶接装置の電気接点素材としてのキャップチップを得ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１１】
以下、本発明の実施形態について図面を参照しながら具体的に説明する。
本実施形態に係る溶接装置の電気接点素材は、Ｃｕ（銅）を主成分とし、Ｃｒ（クロム）：０．５〜２．０重量％、Ｚｒ（ジルコニウム）：０．００５〜０．１０重量％、Ｔｅ（テルル）：０．０１〜１．０重量％を含有した固溶体から成るブロックに対し、先端がテーパ状に切削加工されたものから成る。
【００１２】
然るに、本実施形態に係る溶接装置の電気接点素材は、クロム・ジルコニウム銅にテルル（Ｔｅ）を０．０１〜１．０重量％だけ添加して含有させた固溶体から成るものである。これにより、高硬度及び高伝導率の特性を損なうことなく、切削抵抗を減らすことができ、切削加工（孔明け加工等含む）を高い精度でスムーズに且つ短時間で行うことができる。
【００１３】
テルル（Ｔｅ）の含有率は、０．０１重量％未満であると、切削抵抗の低減効果を満足に得ることができなくなってしまう一方、１．０重量％を超えると、導電率は低下しないもののＨｖ硬度（ビッカース硬さ）が低下するので、コンタクトチップとして用いた場合、溶接ワイヤ等との接触による摩耗が激しくなってしまう。更に、Ｃｒ（クロム）の含有率は、０．５重量％未満であると高い硬度を得ることができず、逆に２．０％重量％を超えると、硬度は飽和し、且つ、導電率が低下してしまう。Ｚｒ（ジルコニウム）の含有率は、０．１０重量％を超えると硬度が高くなり過ぎるため、０．１．重量％未満がよい。
【００１４】
ここで、上記の如き組成の電気接点素材を、ＭＩＧ又は炭酸ガス溶接機などのアーク溶接装置のコンタクトチップに適用した場合について、図１に基づいて以下に説明する。
本実施形態に係るコンタクトチップ１は、Ｃｕ（銅）を主成分とし、Ｃｒ（クロム）：０．５〜２．０重量％、Ｚｒ（ジルコニウム）：０．００５〜０．１０重量％、Ｔｅ（テルル）：０．０１〜１．０重量％を含有した固溶体から成るもので、その中心部軸方向に貫通孔１ａが形成されている。
【００１５】
かかる貫通孔１ａには、消耗電極としての溶接ワイヤ２が挿通されており、溶接により先端が消耗するのに伴い基端側から順次繰り出し可能とされている。即ち、貫通孔１ａは、その内径（例えば１．０ｍｍ）が溶接ワイヤ２の外径（例えば０．９ｍｍ）より若干大きな寸法に設定されており、当該溶接ワイヤ２の挿通及び繰り出しが容易に行われるようになっているのである。
【００１６】
コンタクトチップ１の先端には、テーパ部１ｃが形成されるとともに基端側にネジ部１ｂが形成されている。ネジ部１ｂには、溶接装置におけるアーム部４が連結され、当該アーム部４の動作に伴ってコンタクトチップ１が動作し得るよう構成されている。
【００１７】
しかして、ワークＷ（母材）の溶接時、コンタクトチップ１は、電圧付与手段５のプラス電極と接続されるとともに、当該電圧付与手段５のマイナス電極がワークＷと接続される。また、溶接ワイヤ２が貫通孔１ａの内周壁面と接触して当該溶接ワイヤ２とも導通される。これにより、電圧付与手段５による電圧の付与で、溶接ワイヤ２の先端とワークＷの被溶接部位との間でアーク溶接が行われることとなる。
【００１８】
一方、コンタクトチップ１の側面を囲って覆うべく筒体３（シールドノズル）が配設されており、Ａｒ（アルゴン）又はＨｅ（ヘリウム）等の不活性ガスから成るシールドガスが当該筒体３の導入口３ａから内部に導入され得るよう構成されている。導入されたシールドガスは、筒体３の内部を流れ、先端で開口した吐出口３ｂより排出されることにより、ワークＷの被溶接部位（溶融金属部）を外部から遮蔽し得るようになっている。
【００１９】
次に、上記コンタクトチップ１の製造方法について説明する。
まず、図３（ａ）に示すように、Ｃｕ（銅）を主成分とし、Ｃｒ（クロム）：０．５〜２．０重量％、Ｚｒ（ジルコニウム）：０．００５〜０．１０重量％、Ｔｅ（テルル）：０．０１〜１．０重量％を含有した固溶体から成る円柱状ブロックＢを用意した後、同図（ｂ）で示すように、その中心略軸方向に亘って貫通孔１ａをドリル加工にて形成し、消耗電極としての溶接ワイヤ２を挿通し得るよう構成する。
【００２０】
そして、同図（ｃ）で示すように、円柱状ブロックＢの先端側をテーパ状（砲弾状）に切削加工してテーパ部１ｃを形成するとともに、基端側をネジ状に切削加工してネジ部１ｂを形成する。以上で、本実施形態に係るコンタクトチップ１の主な製造工程が終了する。このようにして得られたコンタクトチップ１は、その素材の性質により高硬度及び高導電率であるため、電極として好適であるとともに、当該素材の切削抵抗が小さいため被切削性が良好であり、テーパ部１ｃや貫通孔１ａの切削加工を容易に行うことができる。
【００２１】
特に、貫通孔１ａは、その口径が極めて小さく、ドリル加工においてはドリルの進退を何度も繰り返し行って孔明け加工する必要があるため、曲がり（センターずれ）が生じたり或いはドリルを折損させてしまう可能性が高く、製造の歩留まりが悪いという問題があったのに対し、本実施形態に係るコンタクトチップ１によれば、その素材が被切削性良好であるため、歩留まりを良好とし得るのである。
【００２２】
次に、本発明に係る実施例について説明する。
まず、以下に示す組成から成る実施例１〜４、及び比較例１、２を用意した。各実施例１〜４、比較例１、２においては、残部Ｃｕ（銅）及び不可避的不純物から成る。
実施例１…Ｃｒ：０．８２重量％、Ｚｒ：０．０１８重量％、Ｔｅ：０．０７１重量％
実施例２…Ｃｒ：０．７５重量％、Ｚｒ：０．０２０重量％、Ｔｅ：０．１０８重量％
実施例３…Ｃｒ：０．８２重量％、Ｚｒ：０．０２０重量％、Ｔｅ：０．４６０重量％
実施例４…Ｃｒ：１．４８重量％、Ｚｒ：０．０３０重量％、Ｔｅ：０．４４０重量％
比較例１…Ｃｒ：０．８４重量％
比較例２…Ｃｒ：０．８２重量％、Ｚｒ：０．０５重量％、Ｔｅ：１．０３重量％
【００２３】
具体的には、上記実施例１〜４及び比較例１、２に対応するビレットを鋳造し、これを熱間押し出しによって直径３２ｍｍのバー材とした後、約９６０℃の温度下で約１時間にわたり溶体化した。その後、抽伸によって直径２５ｍｍ、長さ５０ｍｍの棒状に成形し、これを約４５５℃の温度下で約３時間にわたり時効処理したものを各実施例１〜４及び比較例１、２に対応するテストピースとした。
【００２４】
以下の表１に、それぞれのテストピースにおけるＨｖ硬度及び導電率を示す。かかる表１から分かるように、実施例１〜４の如く、テルル（Ｔｅ）の添加量（含有率）が０．０１〜１．０重量％の範囲であれば、導電率が多少低下するものの、Ｈｖ硬度は高い値を示す。
【００２５】
【表１】
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【００２６】
次に、上記テストピースにおける切削抵抗の実験を行った。かかる実験では、直径３ｍｍの高速度鋼ドリルを使用し、そのトルク及びスラスト方向の孔明け抵抗を測定することとし、ドリルの回転速度は２３６０ｒｐｍに設定しつつ切削油を使用するとともに、ドリルの送り速度を０．０５ｍｍ／回転、０．０８ｍｍ／回転、０．１３ｍｍ／回転の３段階とした。
【００２７】
以下の表２に、それぞれのテストピースにおける切削抵抗の実験結果を示す。かかる表２から分かるように、実施例１〜４の如く、テルル（Ｔｅ）の添加量（含有率）が０．０１〜１．０重量％の範囲であれば、トルク及びスラストは共に低い値を示しており、切削抵抗が低いことが明らかとなっている。
【００２８】
【表２】
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【００２９】
次に、各テストピースを素材として、図２に示すようなコンタクトチップを製造した。このときのコンタクトチップの直径は９ｍｍ、軸方向長さは４５ｍｍとし、リーマ加工にてネジ部を形成するとともに、ドリル加工にて口径が１．０ｍｍの貫通孔を形成した。かかるドリル加工は、テストピースの先端側から基端側に向けて行ったので、穿設された貫通孔の曲がり（センターずれ）が基端側から明瞭に分かるようになっている。
【００３０】
以下の表３に、各コンタクトチップ（実施例１〜４、比較例１、２）における貫通孔の曲がり（センターずれ）の有無について測定した実験の結果について示す。かかる表３から分かるように、テルル（Ｔｅ）を全く含有しない比較例１のものは、曲がり発生数（発生率）が１７本（２１％）と最も大きいが、テルル（Ｔｅ）を０．０７１重量％含有する実施例１のもので曲がり発生数（発生率）が４本（５％）、テルル（Ｔｅ）を０．１０８重量％以上含有する実施例２〜４（比較例２も同様）のもので曲がり発生（発生率）が皆無となっている。
【００３１】
【表３】
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【００３２】
次に、貫通孔の形成におけるドリルの回転速度（加工速度）と曲がり発生率及び使用ドリル数の関係について実験した。以下の表４にその実験結果を示す。かかる表４から分かるように、貫通孔の曲がりは、ドリルの回転速度（加工速度）が高いほど発生し易く、例えばテルル（Ｔｅ）を全く含有しない比較例１のものは、ドリルの１回転あたりの前進距離が０．４ｍｍに設定したとき、２１％の割合で曲がりが発生し、当該前進距離が０．６ｍｍに設定したとき、３３％の割合で曲がりが発生した。
【００３３】
これに対し、テルル（Ｔｅ）を０．１０８重量％含有した実施例２のものは、前進距離を０．４〜０．６ｍｍに設定しても曲がりの発生率は皆無であるとともに、当該前進距離を１．０ｍｍに設定しても、曲がりの発生率は僅かに５％に過ぎない。このことは、孔明け能率を従来に比べて倍増することができることを示している。
【００３４】
【表４】
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【００３５】
以上、本実施形態について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えばＣｕを主成分とし、Ｃｒ：０．５〜２．０重量％、Ｚｒ：０．００５〜０．１０重量％、Ｔｅ：０．０１〜１．０重量％を含有した固溶体から成る電気接点素材の先端側を単にテーパ状に切削加工して、溶接装置のキャップチップ（キャップ型電極チップ）に適用するよう構成してもよい。この場合、先端側がテーパ状に切削加工されて溶接装置のキャップチップに用いられるので、テーパ状に切削加工する際の加工性を良好として当該キャップチップへの成形を容易とすることができる。
【産業上の利用可能性】
【００３６】
Ｃｕを主成分とし、Ｃｒ：０．５〜２．０重量％、Ｚｒ：０．００５〜０．１０重量％、Ｔｅ：０．０１〜１．０重量％を含有した固溶体から成り、先端がテーパ状に切削加工された溶接装置の電気接点素材であれば、外観形状が異なるもの或いは他の機能が付加されたもの等にも適用することができる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】本発明の実施形態に係る溶接装置の電気接点素材としてのコンタクトチップによりワークを溶接する状態を示す断面模式図
【図２】同コンタクトチップの外観図
【図３】同コンタクトチップの製造方法における主な製造工程を示す断面模式図
【符号の説明】
【００３８】
１    コンタクトチップ
２    溶接ワイヤ
３    筒体
４    アーム部
５    電圧付与手段
Ｗ    ワーク（母材）
【図１】
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【図２】
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【図３】
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