JP2008161929A - 合わせ材及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】コンタクトチップ又はキャップチップへの成形が容易とされ、且つ、安価な電気接点素材から成る合わせ材及びその製造方法を提供する。
【解決手段】溶接装置の電気接点素材としてのコンタクトチップ又はキャップチップに用いられる棒状部材から成る合わせ材であって、断面中心部にアルミナ分散銅から成る芯部２が形成されるとともに、その外周部に高強度導電材料から成る外周筒部３が形成されたものであり、特に、外周部は、円筒状に成形されたクロム銅又はクロム・ジルコニウム銅から成るものである。
【選択図】図１

Description

本発明は、溶接装置の電気接点素材としてのコンタクトチップやキャップチップに用いられる棒状部材から成る合わせ材及びその製造方法に関するものである。

銅に少量のクロムを添加して固溶体をなしたクロム銅は、高い硬度及び導電率を示すことから、溶接装置の電気接点素材としてのコンタクトチップやキャップチップとして広く用いられている。然るに、近時においては、コンタクトチップやキャップチップの使用条件がより過酷なものとなっており、高温域においてもより高い硬度及び導電率を有した電気接点素材が要求されるに至っていた。

そこで、従来、溶接装置の電気接点素材として、アルミナ分散銅を用いることが提案されている（例えば、特許文献１参照）。かかるアルミナ分散銅は、高温特性に著しく優れていることから、これを棒状に成形して電極素材として用いれば、使用条件が過酷な溶接装置におけるコンタクトチップやキャップチップに好適とされている。
特開２００４−２１１１７５号公報

しかしながら、上記従来の電気接点素材は、アルミナ分散銅のみで成形されていることから以下の如き問題があった。
即ち、アルミナ分散銅は、高温特性において著しく優れているものの、金属中に非金属であるアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を混在させる必要があることから脆くなってしまい、コンタクトチップやキャップチップの形状に成形する過程において、破損などが生じ易いという問題があった。

また、アルミナ分散銅は、銅金属中にアルミナを混在させる必要があり、その複雑な製法によって高価なものとなってしまうことから、これを溶接装置のコンタクトキャップやキャップチップとして用いて製品を製造した場合、当該製品の製造コストが嵩んでしまうという問題もあった。

本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、コンタクトチップ又はキャップチップへの成形が容易とされ、且つ、安価な電気接点素材から成る合わせ材及びその製造方法を提供することにある。

請求項１記載の発明は、溶接装置の電気接点素材としてのコンタクトチップ又はキャップチップに用いられる棒状部材から成る合わせ材であって、断面中心部にアルミナ分散銅から成る芯部が形成されるとともに、その外周部に高強度導電材料から成る外周筒部が形成されたことを特徴とする。

請求項２記載の発明は、請求項１記載の合わせ材において、前記外周部は、円筒状に成形されたクロム銅又はクロム・ジルコニウム銅から成ることを特徴とする。

請求項３記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の合わせ材において、前記外周筒部の先端側がテーパ状に切削加工されるとともに、前記芯部の略軸方向に亘って貫通孔が形成されつつ当該貫通孔に消耗電極としての溶接ワイヤが挿通され、溶接装置のコンタクトチップに用いられることを特徴とする。

請求項４記載の発明は、請求項１又は請求項２記載の合わせ材において、前記外周筒部の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ことを特徴とする。

請求項５記載の発明は、溶接装置の電気接点素材としてのコンタクトチップ又はキャップチップに用いられる棒状部材から成る合わせ材の製造方法であって、高強度導電材料から成る中実棒状材料の中心部軸方向に孔を明けて筒状に成形する筒状形成工程と、該筒状形成工程にて得られた筒状の高強度導電材料内にアルミナ分散銅を挿入するアルミナ分散銅挿入工程と、脱気等によって空気のない状態としつつ、内部にアルミナ分散銅が挿入された高強度導電材料を熱間押出法にて押し出してより細径のものを得る押出し工程とを含み、断面中心部にアルミナ分散銅から成る芯部を有し、その外周部に高強度導電材料から成る外周筒部が形成された合わせ材を得ることを特徴とする。

請求項６記載の発明は、請求項５記載の合わせ材の製造方法において、前記外周部は、円筒状に成形されたクロム銅又はクロム・ジルコニウム銅から成ることを特徴とする。

請求項７記載の発明は、請求項５又は請求項６記載の合わせ材の製造方法において、前記外周筒部の先端側をテーパ状に切削加工するとともに、前記芯部の略軸方向に亘って貫通孔を形成して当該貫通孔に消耗電極としての溶接ワイヤを挿通し、溶接装置のコンタクトチップとして用いることを特徴とする。

請求項８記載の発明は、請求項５又は請求項６記載の合わせ材の製造方法において、前記外周筒部の先端側をテーパ状に切削加工して、溶接装置のキャップチップに用いることを特徴とする。

請求項１及び請求項５の発明によれば、断面中心部にアルミナ分散銅から成る芯部が形成されるとともに、その外周部に高強度導電材料から成る外周筒部が形成されているので、コンタクトチップ又はキャップチップへの成形が容易とされ、且つ、安価な電気接点素材から成る合わせ材を得ることができる。尚、請求項５の発明によれば、脱気等によって空気のない状態としつつ、内部にアルミナ分散銅が挿入された高強度導電材料を熱間押出法にて押し出してより細径の合わせ材としているので、芯部と外周筒部との密着性のよい合わせ材を得ることができる。

請求項２及び請求項６の発明によれば、外周部は、円筒状に成形されたクロム銅又はクロム・ジルコニウム銅から成るので、コンタクトチップ又はキャップチップへの成形がより容易とされ、且つ、より安価な電気接点素材から成る合わせ材を得ることができる。

請求項３及び請求項７の発明によれば、外周筒部の先端側がテーパ状に切削加工されるとともに、芯部の略軸方向に亘って貫通孔が形成されつつ当該貫通孔に消耗電極としての溶接ワイヤが挿通され、溶接装置のコンタクト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コンタクトチップへの成形を容易とすることができる。

請求項４及び請求項８の発明によれば、外周筒部の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。

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。
本実施形態に係る合わせ材（Clad）は、ＭＩＧ又は炭酸ガス溶接機などのアーク溶接装置の電極素材としての棒状部材から成るコンタクトチップに適用されたものであり、図１及び図２に示すように、断面中心部の芯部２と、その外周部の外周筒部３とから主に構成されている。

芯部２は、コンタクトチップ１の中心部に形成されたアルミナ分散銅から成るものであり、その中心部軸方向に貫通孔２ａが形成されている。アルミナ分散銅は、銅内にアルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）を混在させたものであり、図３に示すように、一般的に電気接点素材として用いられているクロム銅に比べ、高温特性（高温域での硬度及び電気伝導率）が著しく優れたものである。

芯部２の貫通孔２ａには、消耗電極としての溶接ワイヤ４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２ａは、その内径（例えば１．０ｍｍ）が溶接ワイヤ４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４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。

外周筒部３は、芯部２の外周部に形成された高強度導電材料（具体的にはクロム銅）から成るものであり、その先端側にテーパ部３ａが形成されるとともに基端側にネジ部３ｂが形成されている。ネジ部３ｂには、溶接装置におけるアーム部６が連結され、当該アーム部６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。また、外周筒部３として、クロム銅に代え、他の高強度導電材料とすることができる。

しかして、ワークＷ（母材）の溶接時、外周筒部３は、電圧付与手段７のプラス電極と接続されるとともに、当該電圧付与手段７のマイナス電極がワークＷと接続される。外周筒部３及び芯部２とは密着している故、導通されているとともに、溶接ワイヤ４が貫通孔２ａの内周壁面と接触して芯部２と溶接ワイヤ４とも導通される。これにより、電圧付与手段７による電圧の付与で、溶接ワイヤ４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。

一方、コンタクトチップ１の側面を囲って覆うべく筒体５（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５の導入口５ａ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５の内部を流れ、先端で開口した吐出口５ｂ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。

次に、上記コンタクトチップ１（合わせ材）の製造方法について説明する。
まず、図４（ａ）に示すように、高強度導電材料（具体的にはクロム銅又はクロム・ジルコニウム銅）から成る中実棒状材料（円筒状ブロック）の中心部軸方向に孔３ｃを明けて筒状に成形し、外周筒部３を形成する（筒状形成工程）。次に、同図（ｂ）に示すように、筒状形成工程で得られた筒状の外周筒部３内にアルミナ分散銅を挿入し（アルミナ分散銅挿入工程）、比較的厚肉の棒状部材を得る。ここで、脱気等によって空気のない状態（真空状態が好ましいが不活性ガス雰囲気中でもよい）とし、外周筒部３の両端におけるアルミナ分散銅との合わせ部位をレーザ溶接等で接合させるのが好ましい。

そして、当該脱気等によって空気のない状態を維持しつつ、内部にアルミナ分散銅が挿入された高強度導電材料から成る外周筒部３を約９００℃の熱間押出法にて押し出し、同図（ｃ）に示すように、より細径のものを得る（押出し工程）。これにより、断面中心部にアルミナ分散銅から成る芯部２を有し、その外周部に高強度導電材料から成る外周筒部３が形成された合わせ材を得ることができる。特に、本実施形態によれば、芯部２と外周筒部３との密着性のよい合わせ材を得ることができる。

熱間押出法による芯部２の形成においては、押出機コンテナーと材料との間の摩擦が発生しない熱間ガラス潤滑押出法を採用するのが好ましい。かかる熱間ガラス潤滑押出法は、高温に加熱したビレットをラムでダイスに押し付け、ダイスに形成された孔から材料を成形しながら押出す方法であって、材料の押し出し時にガラス潤滑が可能な方法をいい、これにより材料と押出機コンテナー並びにダイスの摩擦を抑制して、高強度導電材料とアルミナ分散銅の断面積比が常に一定の比率で押し出しが可能であると同時に、強固な合わせ材を得ることができる。

その後、同図（ｄ）で示すように、芯部２の中心略軸方向に亘って貫通孔２ａを形成し、消耗電極としての溶接ワイヤ４を挿通し得るよう構成する。そして、同図（ｅ）で示すように、外周筒部３の先端側をテーパ状（砲弾状）に切削加工してテーパ部３ａ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３ｂ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。

尚、アルミナ分散銅から成る芯部２とクロム銅から成る外周筒部３との密着性を向上させるべく、コンタクトチップ１の先端側及び基端側の芯部２と外周筒部３との境界に対し、真空中で電子ビームを照射して電子ビーム溶着するようにしてもよい。真空中で電子ビーム溶着を行うことにより、同時に脱気処理が完了する。また、アルミナ分散銅から成る芯部２とクロム銅から成る外周筒部３との断面積比は、１：３となるよう調整するのが好ましい。

上記実施形態によれば、断面中心部にアルミナ分散銅から成る芯部２が形成されるとともに、その外周部に高強度導電材料（クロム銅）から成る外周筒部３が形成されているので、コンタクトチップ１への成形が容易とされ、且つ、安価な電気接点素材から成る合わせ材を得ることができる。特に、外周筒部３が円筒状に成形されたクロム銅から成るので、コンタクトチップ１への成形がより容易とされ、且つ、より安価な電気接点素材から成る合わせ材を得ることができる。

更に、外周筒部３の先端側がテーパ状に切削加工されるとともに、芯部２の略軸方向に亘って貫通孔２ａが形成されつつ当該貫通孔２ａに消耗電極としての溶接ワイヤ４が挿通され、溶接装置のコンタクトチップ１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コンタクトチップ１への成形を容易とすることができる。

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、例えば芯部２を内在した外周筒部３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、外周筒部３の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。

溶接装置の電気接点素材としてのコンタクトチップ又はキャップチップに用いられる棒状部材から成る合わせ材であって、断面中心部にアルミナ分散銅から成る芯部が形成されるとともに、その外周部に高強度導電材料から成る外周筒部が形成されたものであれば、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。

本発明の実施形態に係る合わせ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 同コンタクトチップの外観図 アルミナ分散銅とクロム銅との温度−硬度及び電気伝導率における比較を示すグラフ 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

１ コンタクトチップ
２ 芯部
２ａ 貫通孔
３ 外周筒部
３ａ テーパ部
４ 電極ワイヤ
５ 筒体
６ アーム部
７ 電圧付与手段
Ｗ ワーク（母材）

Claims (8)

1. 溶接装置の電気接点素材としてのコンタクトチップ又はキャップチップに用いられる棒状部材から成る合わせ材であって、
   断面中心部にアルミナ分散銅から成る芯部が形成されるとともに、その外周部に高強度導電材料から成る外周筒部が形成されたことを特徴とする合わせ材。
2. 前記外周筒部は、円筒状に成形されたクロム銅又はクロム・ジルコニウム銅から成ることを特徴とする請求項１記載の合わせ材。
3. 前記外周筒部の先端側がテーパ状に切削加工されるとともに、前記芯部の略軸方向に亘って貫通孔が形成されつつ当該貫通孔に消耗電極としての溶接ワイヤが挿通され、溶接装置のコンタクトチップに用いられることを特徴とする請求項１又は請求項２記載の合わせ材。
4. 前記外周筒部の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ことを特徴とする請求項１又は請求項２記載の合わせ材。
5. 溶接装置の電気接点素材としてのコンタクトチップ又はキャップチップに用いられる棒状部材から成る合わせ材の製造方法であって、
   高強度導電材料から成る中実棒状材料の中心部軸方向に孔を明けて筒状に成形する筒状形成工程と、
   該筒状形成工程にて得られた筒状の高強度導電材料内にアルミナ分散銅を挿入するアルミナ分散銅挿入工程と、
   脱気等によって空気のない状態としつつ、内部にアルミナ分散銅が挿入された高強度導電材料を熱間押出法にて押し出してより細径のものを得る押出し工程と、
   を含み、断面中心部にアルミナ分散銅から成る芯部を有し、その外周部に高強度導電材料から成る外周筒部が形成された合わせ材を得ることを特徴とする合わせ材の製造方法。
6. 前記外周筒部は、円筒状に成形されたクロム銅又はクロム・ジルコニウム銅から成ることを特徴とする請求項５記載の合わせ材の製造方法。
7. 前記外周筒部の先端側をテーパ状に切削加工するとともに、前記芯部の略軸方向に亘って貫通孔を形成して当該貫通孔に消耗電極としての溶接ワイヤを挿通し、溶接装置のコンタクトチップとして用いることを特徴とする請求項５又は請求項６記載の合わせ材の製造方法。
8. 前記外周筒部の先端側をテーパ状に切削加工して、溶接装置のキャップチップに用いることを特徴とする請求項５又は請求項６記載の合わせ材の製造方法。

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