(57)【要約】【課題】長期に亘って均一な溶接結果が得られ、しかも迅速かつ安価に製作することができるアーク溶接用コンタクトチップを提供すること。【解決手段】軸芯部に消耗性電極の通孔を有するアーク溶接用コンタクトチップにおいて、先端部に凹部を有する軟質の導電性金属からなるチップ本体部材1と上記チップ本体部材1の先端部の凹部に硬質の銅合金6を挿入させ、回転摩擦圧接機によって、チップ本体部材先端部を溶融させ、硬質の銅合金6とチップ本体部材1とを密着性を高めて一体化することを特徴とするアーク溶接用コンタクトチップ。      【選択図】図２
2005103606.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
軸芯部に消耗性電極の通孔を有するアーク溶接用コンタクトチップにおいて、先端部に凹部を有する軟質の導電性金属からなるチップ本体部材と前記チップ本体部材の先端部の凹部に硬質の銅合金を挿入させ、回転摩擦圧接機によって、前記チップ本体部材先端部を溶融させ、前記硬質の銅合金と前記チップ本体部材とを密着性を高めて一体化することを特徴とするアーク溶接用コンタクトチップ。
【請求項２】
前記硬質の銅合金が、銅タングステンによって形成されたことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接用コンタクトチップ。
【請求項３】
前記硬質の銅合金が、ベリリウム銅によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接用コンタクトチップ。
【請求項４】
前記硬質の銅合金が、アルミナ分散銅によって形成されたことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接用コンタクトチップ。
【請求項５】
前記硬質の銅合金の変わりに、導電性のセラミックスによって形成されたことを特徴とする請求項１に記載のアーク溶接用コンタクトチップ。
【請求項６】
軸芯部に消耗電極の通孔を有するアーク溶接用コンタクトチップの製造方法において、先端部に凹部を有する軟質の導電性金属からなるチップ本体部材の前記凹部に硬質の銅合金を挿入し、前記硬質の銅合金を挿入したチップ本体部材の他端をチャックによって支持し、前記チャックによって支持した前記チップ本体部における硬質の銅合金を挿入した先端部側に、回転ダイスを装着して、前記回転ダイスを回転して前記回転ダイスと前記チップ先端部との間に発生する摩擦熱によって、前記硬質の銅合金とチップ本体部材とを溶着させることを特徴とするアーク溶接用コンタクトチップの製造方法。
【請求項７】
前記硬質の銅合金が、銅タングステンによって形成されたことを特徴とする請求項６に記載のアーク溶接用コンタクトチップの製造方法。
【請求項８】
前記硬質の銅合金が、ベリリウム銅によって形成されたことを特徴とする請求項６に記載のアーク溶接用コンタクトチップの製造方法。
【請求項９】
前記硬質の銅合金が、アルミナ分散銅によって形成されたことを特徴とする請求項６に記載のアーク溶接用コンタクトチップの製造方法。
【請求項１０】
前記硬質の銅合金の変わりに、導電性のセラミックスによって形成されたことを特徴とする請求項６に記載のアーク溶接用コンタクトチップの製造方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、溶接トーチにより消耗性電極ワイヤを送給しつつ溶接する、溶接作業に用いられるアーク溶接用コンタクトチップ及びその製造方法に関するものである。
【背景技術】
【０００２】
一般に消耗性電極ワイヤを使用するアーク溶接作業においては、溶接トーチに装着したコンタクトチップの軸芯部に貫通孔を設け、この貫通孔に電極ワイヤを挿通させつつコンタクトチップから給電を行なっている。ところで、給電時には、電極ワイヤとコンタクトチップとの接触部分が高温となり、コンタクトチップの貫通孔が電極ワイヤの送給によって摩耗する傾向にある。このようにコンタクトチップの電極通孔が摩耗した場合、電極ワイヤへの給電状態が変化するため、均一な溶接結果が得られなくなる。
【０００３】
これに対処するため、従来、例えば図５に示されるようなコンタクトチップが使用されている。コンタクトチップ１２はチップ本体部材１０と中子部１１とで構成されている。ここでチップ本体部材１０は、軸芯部に電極ワイヤ送給用の貫通孔１３と、一端部に、図示しない溶接トーチに装着するためのネジ部１４とを設けた構成からなり、比較的軟質の銅あるいは銅合金によって形成されている。このチップ本体部材１０の他端部の軸方向に凹部１５を形成している。さらに中子部１１は軸芯部に貫通孔１６を有し、耐熱および耐摩耗性に優れた硬質の銅合金によって形成されていて、この中子部１１をチップ本体部材１０の凹部１５に遊入し、この後、チップ本体部材１０を外部から半径方向に押圧する、いわゆるスエージング加工により、中子部１１が凹部１５に圧接されている。
【０００４】
なお、図５に示されるコンタクトチップ１２をスエージング加工する時には、図６に示されるように、中子部１１に比較的内径の大きい貫通孔１６を設け、この中子部１１をチップ本体部材１０の凹部１５に遊入した状態で、中子部１１およびチップ本体部材１０の夫々の貫通孔１６，１７に、所望とする電極ワイヤの直径よりも僅かに大きい直径をした硬線１８を挿通し、チップ本体部材１０の外部から半径方向にスエージングダイス１９、２０を押圧して、スエージング加工が行なわれている。（例えば、特許文献１参照）
【０００５】
さらに、従来、軟質の導電性金属により形成されたチップ本体部材の先端部と、該チップ本体部材の先端側に配置されて、硬質の銅合金により形成された給電用の先端部材のチップ本体部材側の端部とが、コンタクトチップの長軸と直交する方向に摩擦溶接されるアーク溶接用コンタクトチップが提案されている。すなわち、図７（ａ）に示されるように、チップ本体部材３０および先端部材３１は、夫々の端部が押圧されつつ相対的に回転されて、コンタクトチップ３２の長軸方向と直交する方向に摩擦溶接されて、図７（ｂ）に示されるように一体的に融接される。（例えば、特許文献２参照）
【特許文献１】特開平１−１８１９８０号公報
【特許文献２】特開平７−２９０２４７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
しかしながら、図５及び図６に示されるように、チップ本体部材１０の凹部１５と中子部１１とを、いわゆる冷間加工により係止させると以下のような問題がある。
すなわち、溶接電流は、チップ本体部材１０→中子部１１→電極ワイヤへと給電されるが、特に溶接時には、コンタクトチップの先端部がアーク熱にさらされることと相俟って、電極ワイヤへの給電部、すなわち接触部分およびその近傍が高温となる。ところで、チップ本体部材１０と中子部１１との係止部に着目すれば、硬質の中子部１１の熱膨張率に対して、チップ本体部材１０の熱膨脹率が大であるため、すなわち、中子部１１を包持するチップ本体部材１０の熱膨張率が大きいため、上記のように給電部が高温になれば、図５に示されるものにおいては、チップ本体部材１０と中子部１１との係止部の係止状態がルーズになる。
【０００７】
さらに、例えば、半自動アーク溶接作業において、作業者に把持された溶接トーチは、溶接後に被溶接物上あるいは作業台上に乱暴に放置されているのが実状であって、特に溶接終了時には上記のようにチップ本体部材１０と中子部１１との係止状態がルーズになっているため、溶接トーチの放置に伴なう衝撃力が付加されると、図５に示されるコンタクトチップ１２においては、チップ本体部材１０と中止部１１との係止部のルーズ化が助長される。これにより、中子部１１がチップ本体部材１０に対して長軸方向に、あるいは回転方向に僅かにずれて、中子部１１とチップ本体部材１０との当接状態が微妙に変化する。
溶接作業においては、溶接開始から溶接終了までを一サイクルとした溶接作業を繰返しているが、この繰返し溶接作業を行なうに伴なって、上記中子部１１とチップ本体部材１０とのずれ量が大となり、チップ本体部材１０から中子部１１への給電状態が、初期状態に対して変化するため、均一な溶接結果が得られず結果的に溶接欠陥につながるという問題があった。勿論、溶接作業を繰返すことによって、チップ本体部材１０と中止部１１との係止部のルーズ化が増々助長されて、極端な場合には、中子部１１がチップ本体部材１０から離脱して、溶接作業が不能の状態となり、頻繁にコンタクトチップ１２を取り替えているため、結果としてコンタクトチップ１２が高価なものとなっていた。
【０００８】
他方、図６に示されるスエージング加工の主とした目的は、中子部１１の貫通孔１６を硬線１８になじませることにある。
ところで、スエージングダイス１９、２０により軟質のチップ本体部材１０を介して、硬質の中子部１１を押圧するため、中子部１１の貫通孔１６が硬線１８になじむ前に軟質のチップ本体部材１０が変形、すなわちチップ本体部材１０の長軸方向に変形する。このため、所望とする形状のコンタクトチップを製作するためには、軟質であるチップ本体部材１０の材質、硬質である中子部１１の材質および所望とするコンタクトチップ１２の形状によって、ダイスの材質，加圧力および押圧時間と押圧中止時間との周期などのスエージング条件を都度模索して、最適値を選定しているのが現状である。このため、スエージング装置の導入および条件選定に時間がかかり、結果としてコンタクトチップ１２が高価となるという問題がある。
【０００９】
一方、図7に示すように、軟質の導電性金属により形成されたチップ本体部材と、該チップ本体部材の先端側に配置されて、硬質の銅合金により形成された給電用の先端部材との夫々の端部が、コンタクトチップの長軸と直交する方向に摩擦溶接されるアーク溶接用コンタクトチップにおいては、以下の問題点がある。
摩擦溶接の機械強度が弱い場合は、硬質の銅合金の部材がチップ本体部材から溶接中に外れることがある。そのため、摩擦溶接の機械強度を向上させる必要があるが、最適な条件を選定するのに時間を要することとなる。また、チップ本体部材と、硬質の銅合金との夫々の端部が平面部でのみ溶着されているため、図５及び図６に示すように、チップ本体に硬質の銅合金の部材を圧入する場合に比べて、横方向の衝撃、すなわち、チップの軸心方向に対して垂直方向の衝撃に弱い構成となっている。そのため溶接作業時に溶接チップの先端に強い横方向の衝撃が加わった場合、硬質の銅合金がチップ本体部材から外れることとなる。
【００１０】
本発明は上記の問題に鑑みてなされたもので、その目的は、迅速かつ安価に製作することができ、しかも長期に亘って均一な溶接結果が得られるコンタクトチップおよびその製造方法を提供することである。
【課題を解決するための手段】
【００１１】
第１の発明は、軸芯部に消耗性電極の通孔を有するアーク溶接用コンタクトチップに適用される。その特徴とするところは、先端部に凹部を有する軟質の導電性金属からなるチップ本体部材と該チップ本体部材の先端部の凹部に硬質の銅合金を挿入させ、回転摩擦圧接機によって、チップ本体部材先端部を溶融させ、硬質の銅合金と本体部材とを密着性を高めて一体化させたことである。
第２の発明は、第１の発明において、硬質の銅合金が、銅タングステンによって形成されたことを特徴としている。
第３の発明は、第１の発明において、硬質の銅合金が、ベリリウム銅によって形成されたことを特徴としている。
第４の発明は、第１の発明において、硬質の銅合金が、アルミナ分散銅によって形成されたことを特徴としている。
第５の発明は、第１の発明において、硬質の銅合金の変わりに、導電性のセラミックスによって形成されたことを特徴としている。
第６の発明は、軸芯部に消耗電極の通孔を有するアーク溶接用コンタクトチップの製造方法に適用される。その特徴とするところは、先端部に凹部を有する軟質の導電性金属からなるチップ本体部材の該凹部に硬質の銅合金を挿入し、該硬質の銅合金を挿入したチップ本体部材の他端をチャックによって支持し、該チャックによって支持した該チップ本体部材における硬質の銅合金を挿入した先端部側に回転ダイスを装着して、該回転ダイスを回転して該回転ダイスと該チップ先端部との間に発生する摩擦熱によって、該硬質の銅合金とチップ本体部材とを溶着することである。
第７の発明は、第６の発明において、硬質の銅合金が、銅タングステンによって形成されたことを特徴としている。
第８の発明は、第６の発明において、硬質の銅合金が、ベリリウム銅によって形成されたことを特徴としている。
第９の発明は、第６の発明において、硬質の銅合金が、アルミナ分散銅によって形成されたことを特徴としている。
第１０の発明は、第６の発明において、硬質の銅合金の変わりに、導電性のセラミックスによって形成されたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
チップ本体部材と硬質の銅合金とが溶着して形成されているため、チップ本体部と硬質の銅合金とに密着性があり、電気の通電性、熱の伝導性が従来のチップに比べて非常に高くなる。
また、電気の通電性、熱の伝導性が従来のチップに比べて良いために、摩耗による劣化も非常に少なくなる。
さらに、硬質の銅合金とチップ本体部材とが密着して一体的に形成されているために、硬質の銅合金がチップ本体部材から外れにくくなり、長期に亘って均一な溶接結果が得られる。
さらに、本発明のチップの製造方法は、軟質の導電性金属に形成されたチップ本体部材と該チップ本体部材の先端部の凹部に硬質の銅合金を挿入させ、回転摩擦圧接機によって、チップ本体部材先端部を溶融させ一体化させるものであり、スエージングの条件設定、摩擦溶接の機械強度の向上などにおける最適な条件設定等に比べて、本発明の条件設定は容易に行うことができ、従来に比べて生産性が向上する。
さらに、硬質の銅金属の形状は、略円筒形状であって上記凹部に押し込む側になるほどやや膨らんだ形状となっている。そのため、溶着後のコンタクトチップは、硬質の銅金属がチップ本体部材から容易に外れることがなく、密着性を増すこととなる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、本発明の実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の実施形態を示す概略断面図である。
図１に示すように、チップ本体部材１はチャック機構２のチャック３によって固定される。
同図において、チャック機構２のチャック３は周知の工作機械のチャックと同様に中心軸Ｌの方向に拡縮自在である。また、チャック機構２の中心軸Ｌを中心とする軸芯部には貫通孔が設けられていて、この貫通孔内に可動部材４が移動自在に配設されている。この可動部材４は、周知の直動機構５によって中心軸Ｌを中心とする同図の紙面に対して左側の方向（矢印で示す方向）に直線的に移動される。例えば、図示を省略するが、油圧や圧縮空気などのいわゆる流体圧シリンダー、流体圧回転機又は電動機を用いたいわゆるラック・ピニオン機構、ボール・スクリュー機構などによって、直線的に駆動される。
【００１４】
図２は図１のチップ本体部材１に回転摩擦溶接を施す直前の状態を示す概略断面図であって、図３は回転摩擦溶接を施した状態を示す要部拡大概略図である。
図２に示すように、硬質の銅合金６を先端の凹部に嵌め込んだチップ本体部材１はチャック機構２によって中心軸Ｌを中心として支持されている。この状態でチップ本体部材１に回転摩擦圧接機を押圧させる。ここで、回転摩擦圧接機は、回転ダイス７を先端に取付けた工作機械であって、図示を省略するが周知の工作機械、例えば電動回転工具の先端に回転ダイス７が取付けられている。
チップ本体部材１は、チャック機構２の直動機構５を介して中心軸Ｌを中心にして押圧する可動部材４によって押圧された状態で固定されている。この状態で、図示を省略した周知の工作機械によって回転ダイス７をチップ本体部材１に押圧しながら回転させる。このときチップ本体部材１は、チャック機構２及び可動部材４によって、回転ダイス７の方向に押圧しながら固定されているために、回転ダイス７を回転しながら押圧させても動くことはない。
以上のように回転ダイス７をチップ本体部材１に押圧しながら回転させることによって、回転ダイス７とチップ本体部材１との間に摩擦熱が発生する。
この摩擦熱によってチップ本体部材１の先端は溶融されて、先端の凹部に嵌め込んだ硬質の銅合金６と融合することとなる。
【００１５】
ここで、チップ本体部材１は軟質の導電性金属からなり、機械加工性に勝れかつ安価な金属であって、例えば、クローム銅、リン青銅、アルミニウム等によって形成されており、上記のように回転ダイスの摩擦熱によって容易に溶融させることができる。従って、溶融したチップ本体部材１が硬質の銅合金６に密着した状態で一体化することとなる。
また、チップ本体部材１の凹部は、図１又は図２に示すように、中心軸Ｌを中心とする円筒状に加工されている。この凹部に嵌め込まれる硬質の銅金属６は、上記円筒状に形成された凹部に容易に嵌め込むことができるように凹部の穴形状よりも若干小さく形成されている。
さらに、硬質の銅金属６の形状は、略円筒形状であって上記凹部に押し込む側（図１又は図２の紙面に対して右側）になるほどやや膨らんだ形状となっている。そのため、溶着後のコンタクトチップは図３及び図４に示すように、硬質の銅金属６がチップ本体部材１から容易に外れることがなく、密着性を増すこととなる。
【００１６】
以上のように、本発明のアーク溶接用コンタクトチップは、電気の通電性、熱の伝導性が従来のチップに比べて非常に高くなる。また、摩耗による劣化も非常に少なくなる。さらに、従来に比べて硬質の銅合金６とチップ本体部材１との密着性が高くるので、長期に亘って均一な溶接結果が得られる。
さらに、回転ダイス７は、周知の電動工具によって容易に使用できるので、従来技術に比べて、低廉な設備で安価にアーク溶接用コンタクトチップを製作することができる。
ここで、上記硬質の銅合金は、耐摩耗性に勝れており、高温時においても変形しにくい銅合金であって、例えば銅タングステン、ベリリウム銅、アルミナ分散銅等によって形成されている。また、銅合金以外の例えば導電性のセラミックスを使用することができ、用途に応じて適宜選択することができる。
また、上記硬質の銅合金は、常に上記チップ本体部材１よりも強固な材質によって形成されている。
【００１７】
図４は図１乃至図３で説明した方法で形成されたアーク溶接用コンタクトチップの後工程を示す概略図である。
図４に示すように、アーク溶接用コンタクトチップは後工程として、使用目的、用途等に応じてネジ切り加工、穴開け加工等の機械加工、例えば切削、鍛造等を施すこととなる。ここでチップ本体部材１は軟質の導電性金属によって形成されており、上記したような機械加工は簡易に行うことができる。また、穴開け加工についても、使用する電極ワイヤに応じて適宜にドリル加工を行うことで簡易に加工することができる。
以上のように、本発明のアーク溶接用コンタクトチップは使用目的、用途等によって適宜、図４に示すように後処理を機械加工によって施すこととなるが、チップ本体部材１は軟質の導電性金属によって形成されているために容易に後処理を施すことができる。
【図面の簡単な説明】
【００１８】
【図１】本発明の実施形態を示す概略断面図である。
【図２】図１のチップ本体部材１に回転摩擦溶接を施す直前の状態を示す概略断面図である。
【図３】回転摩擦溶接を施した状態を示す要部拡大概略図である。
【図４】アーク溶接用コンタクトチップの後工程を示す概略図である。
【図５】従来例を示す断面図である。
【図６】従来例を示す断面図である。
【図７】従来例を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１９】
１    チップ本体部材
２    チャック機構
３    チャック
４    可動部材
５    直動機構
６    硬質銅合金
７    回転ダイス
【図１】
2005103606.tif 000003
【図２】
2005103606.tif 000004
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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