JP2017217674A - 溶接給電用コンタクトチップ及びその製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】大電流領域で使用する際の通電摩耗を改善した溶接給電用コンタクトチップの提供。
【解決手段】略円筒状のチップ本体１１と、チップ本体の軸芯に貫通して設けられたワイヤ挿通孔１２を備え、チップ本体は軸方向に半割状に形成された一対の分割チップ部材１４、１５からなり、合わせ面１３どうしを向かい合わせて組み合わせ、分割チップ部材の合わせ面間の間隙を後端部間隙＞先端部間隙とするように、分割チップ部材の合わせ面を傾斜させて溶接トーチ内に配設され、ワイヤ挿通孔は、一対の分割チップ部材の合わせ面の長手方向に形成されたワイヤ挿通溝１６を向かい合わせて成るとともに、ワイヤ挿通溝の先端部には耐熱及び耐摩耗性の添加合金１３ｂが固着されており、チップ本体が、分割チップ部材の合わせ面を傾斜させて溶接トーチＴ内に配設されていることにより、挿通するワイヤＷに、添加合金１３ｂから給電をするようにした。
【選択図】図１

Description

本発明は、アーク溶接機器のトーチ部品の１つである給電チップ（溶接給電用コンタクトチップ）に関し、
シールドガスを用いる、ＭＩＧ溶接、ＭＡＧ溶接、炭酸ガスアーク溶接などのアーク溶接法における自動溶接や半自動溶接に適用される溶接給電用コンタクトチップ及びその製造方法に関する。
溶接給電用コンタクトチップの応用分野は多岐にわたり、自動車、航空機、車両、船舶、電子力プラント、機械部品、化学プラント、電機機器、事務機器などの溶接製造技術に関する。

従来から自動車部品や電機製品等の溶接作業において、溶接ロボットなどを用いたアーク溶接用トーチが用いられている。このようなアーク溶接用トーチに用いられる溶接給電用コンタクトチップは、ワイヤ状の消耗電極を溶接箇所まで導くためのガイドとしての機能の他に、消耗電極に通電を行うための接点としての機能を有している。
すなわち、溶接給電用コンタクトチップは、その本体の軸心部に軸方向に沿って溶接用の電極ワイヤが挿通されるワイヤ挿通孔を直線状に貫通して形成されるとともに、その入口端側にラッパ状の導入部を拡開して形成されている。そして、ワイヤ挿通孔の内径はこれに挿通される電極ワイヤの外径より若干大きく形成され、ワイヤ挿通孔に電極ワイヤを送給しつつ、その本体と電極ワイヤとの接触部から給電されるようになっている。

電極ワイヤはワイヤ挿通孔の内壁面に接触して給電されるが、このときの電極ワイヤの送出し時の摺動によりワイヤ挿通孔の内壁面が摩耗拡大し、コンタクトチップから電極ワイヤへの給電点が時々刻々変位し、コンタクトチップの給電部（接触部）−母材間距離が変動するので、アーク部の電圧が変動し電流がばらつき溶接ビードが不安定になったり、スパッタの発生が多くなる。 すなわち、溶接ビードが細くなったり、溶接部の強度が低下したりする要因と。さらに、コンタクトチップ先端部におけるワイヤ挿通孔の摩耗拡大により、電極ワイヤ先端の位置決めが不十分になったり溶接点を外れてしまったりするため、溶接不良を引き起こすこととなる。
さらに摩耗が一層発達すると、電圧および電流値を一定に維持しきれなくなり、被溶接部材にきれいな溶接ビードを形成することができなくなる。
さらに、電極ワイヤとの摺動による摩耗が著しくなると、その寿命も著しく短くなってしまうこととなる。
このような溶接給電用コンタクトチップにおける磨耗や給電の不安定さを防ぐための技術などに関連して、例えば以下の特許文献１、２，３ようなものが知られている。

特許文献１には、棒材を鍛圧加工により成形し、長手方向に断面半円状の溝部を形成した一対の分割チップ部材を、前記溝部どうしが対向して真円のワイヤ挿通孔を形成するように接合したことを特徴とするアーク溶接用電極チップが記載されている。

特許文献２には、電極ワイヤを挿通させる挿通孔が内部に形成され、該挿通孔の先端面開口部から前記電極ワイヤを送り出し可能とされた溶接用コンタクトチップにおいて、前記溶接用コンタクトチップが、コンタクトチップ本体の先端部外面に耐熱性樹脂のコーティングが施されてなる、ことを特徴とする溶接用コンタクトチップが記載されている。

特許文献３には、溶接トーチに配置される溶接ワイヤが本体ワイヤ貫通孔の後端側で板バネにより内壁側に押圧されて本体ワイヤ貫通孔の先端部との境界で内壁に接触するようにした溶接用コンタクトチップが記載されている。

また、従来、一体の円筒状の銅またはクロム銅の軸に、溶接ワイヤが通過できる穴を加工したコンタクトチップや、４分割、２分割型のコンタクトチップが使用されている。
従来型のコンタクトチップは、円筒状一体構造のチップに穴を開け、この穴とワイヤの接触により給電する方式であるために、ワイヤの曲がり等により穴内面に圧力がかかり、穴もワイヤに強く引掻かれ、磨耗し、楕円状の穴になりやすい。
このことがワイヤ先端と溶接線の位置ズレを起し、溶接欠陥を引起す原因ともなる。
また、溶接品質のバラツキを発生させる。 アークが不安定になるなどの給電性に問題がある。
また、チップ内部で接触するとそこからチップ先端までの溶接ワイヤ中にジュール発熱が生じ、鋼材ワイヤでは８５０℃にも達する。この発熱でチップ先端は非常に高温になり、チップ磨耗が加速され、短命となる。
これらの通電によるチップ内面の摩耗は、使用する溶接電流、アーク電圧、溶接法、スパッタの付着などにより異なる。溶接ワイヤの直径が１．２ｍｍを例にしてあげると、ロボット溶接では約２時間〜８時間で１つの割合で通電摩耗のためにチップ交換を行っているのが現状である。
なぜなら、一体型コンタクトチップでは、ワイヤへの給電点がチップ内部で上下し、ワイヤのジュール発熱がチップ先端部を高温にして、通電によりチップの熱間摩耗が激しいためである。

例えば、特許文献４に示すように、２分割型コンタクトチップは、後部にバネを設け、２つの分割コンタクトチップを押すこすことにより、チップ先端部が常にワイヤの接するようにして通電することにより、チップの穴内部で通電することがないようにした。
この事により、内部通電があく、ジュール熱もなく、安定した良好な通電が可能になった。その結果、従来の一体型コンタクトチップに比べ、チップ先端でのジュール発熱による加熱もなく、また、円筒状の一体型コンタクトチップを２分割したことにより、チップ内面の給電部にかかる応力も低く、給電性もよく、従来品の約４〜１０倍の寿命を実験で示した。
これらはマグ（ＭＡＧ）溶接トーチに取り付けて溶接ロボットに使用して、１８０Ａ〜２１０Ａの溶接電流で、従来チップと比較してもらったところ、従来チップより４から１０倍長い寿命を示した。

特開２００４−３０６１０５号公報 特開平６−２８５６４５号公報 特開２００３−３３８７７号公報 特許第４６８３６７３号公報

しかしながら、前記従来の溶接給電用コンタクトチップに係る技術では以下のような問題があった。
特許文献１に記載のアーク溶接用電極チップは、一対の分割チップ部材を組み合わせてその軸芯にワイヤ挿通孔を形成したものであるが、ワイヤ挿通孔の孔径がその長さ方向に対して一様で電極ワイヤとの給電点が定まらないために、被溶接部との給電点との距離や給電点における電気抵抗が変動して、溶接アークが不安定になり易いという問題があった。
特許文献２に記載の耐熱性樹脂コーティングをその先端に施した溶接用コンタクトチップでは、その磨耗性が一時的に改良されるが、耐久性に乏しい上に、特許文献１の場合と同様に溶接ワイヤとコンタクトチップとの接触部位が定まらないという問題があった。
特許文献３に記載の先細り状のワイヤ貫通孔を設けた溶接用コンタクトチップは、そのワイヤ貫通孔内に板バネを保持させるので給電点の位置を固定できるが、板バネ自体が劣化して接触抵抗が変化しやすい。また、板バネを含む構造が複雑な上に棒状材のなかぐり加工や複雑な組み立て加工を要してコスト性に欠けるという問題があった。
特許文献４に記載の２分割型コンタクトチップは、造船業、橋梁、建築・鉄骨等の産業分野では 溶接電流が３００Ａ〜３８０Ａと高く、輻射熱の増大、ジュール発熱の大きさ、などによりその寿命が、従来の一体型コンタクトチップと大差がなくなって、適用範囲が限られている。
例えば、ワイヤ径１．２ｍｍの場合、溶接電流が３００Ａを超えると、通電領域のジュール発熱が急増するばかりでなく、アークによる輻射熱も大きくなり、コンタクトチップの先端部の温度が上昇するという問題があった。
現在の２分割型コンタクトチップでも、チップ先端が４００℃〜５００℃以上になり、加熱摩耗が激しくなり、４時間〜８時間の長時間使用が困難であるという課題がある。
また、耐熱性が高いタングステンベースの合金は、銅合金に比べて電気伝導度が低く、給電チップとして不向きであるという問題があるが、タングステンベースの合金は加工性、接合性に問題あること、タングステンが銅合金などに比べて、高価であることなど課題が多い。

本発明は前記従来の問題点を解決するためになされたもので、ワイヤ挿通孔内における溶接用の電極ワイヤの給電点を固定してその溶接作業を安定的に行うことができるとともに、耐久性に優れかつ構造が単純でコスト性にも優れた溶接給電用コンタクトチップを提供することを目的とする。
また、本発明が解決しようとする別の課題は、大電流領域で使用する際の通電摩耗を改善した溶接給電用コンタクトチップを提供することである。

（Ａ）本発明の溶接給電用コンタクトチップは、導電性金属を素材として略円筒状に形成されたチップ本体と、前記チップ本体の軸芯に貫通して設けられ電極ワイヤを挿入保持するワイヤ挿通孔と、を備えた溶接給電用コンタクトチップであって、
前記チップ本体は、その軸方向に沿って半割状に形成された一対の分割チップ部材からなり、前記合わせ面どうしを向かい合わせて組み合わせ、前記分割チップ部材の合わせ面間の間隙を後端部間隙＞先端部間隙とするように、前記分割チップ部材の合わせ面を傾斜させて溶接トーチ内に配設され、
前記ワイヤ挿通孔は、一対の分割チップ部材の合わせ面の長手方向に形成されたワイヤ挿通溝を向かい合わせて成るとともに、少なくともワイヤ挿通溝の先端部には耐熱及び耐摩耗性の添加合金が固着されており、
前記チップ本体が、前記分割チップ部材の合わせ面を傾斜させて溶接トーチ内に配設されていることにより、挿通するワイヤに、前記ワイヤ挿通溝の先端部に固着されている添加合金から給電をするようにしたことを特徴とする。
（Ｂ）本発明の溶接給電用コンタクトチップは、上記（Ａ）において、
前記添加合金は、
（１）銅：１０〜８０質量％、タングステン：残の、Ｃｕ−Ｗ合金、
（２）銅：１〜６質量％、ニッケル：１〜６質量％、タングステン：残の、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｗ合金、
（３）クロム：０．１〜３質量％、ジルコニウム：１〜６質量％、タングステン：残の、Ｃｒ−Ｚｒ−Ｗ合金、
のいずれかであることを特徴とする。
（Ｃ）本発明の溶接給電用コンタクトチップは、上記（Ａ）又は（Ｂ）において、
前記チップ本体は、
（１）銅、
（２）クロム：０．１〜３質量％、銅：残の、Ｃｒ−Ｃｕ合金、
（３）クロム：０．１〜３質量％、ジルコニウム：０．１〜１質量％、銅：残の、Ｃｒ−Ｚｒ−Ｃｕ合金、
（４）銅：１０〜８０質量％、タングステン：残の、Ｃｕ−Ｗ合金、
のいずれかであることを特徴とする。
（Ｄ）本発明の溶接給電用コンタクトチップの製造方法は、上記（Ａ）〜（Ｃ）の溶接給電用コンタクトチップの製造方法であって、
前記チップ本体を、塑性加工により形成するとともに、前記ワイヤ挿通溝の先端部に、耐熱及び耐摩耗性の添加合金を、溶融接合法、固相接合法、ろう付け法、肉盛法、嵌合法のうちのいずれかの方法により固着させることを特徴とする。
（Ｅ）本発明の溶接給電用コンタクトチップの製造方法は、上記（Ａ）〜（Ｃ）の溶接給電用コンタクトチップの製造方法であって、
前記チップ本体を、塑性加工により形成するとともに、前記ワイヤ挿通溝の先端部に、耐熱及び耐摩耗性の添加合金の粉末をあらかじめ添着し、その後加熱して該添加合金の粉末を該前記ワイヤ挿通溝に固着させることを特徴とする。
（Ｆ）本発明の溶接給電用コンタクトチップの製造方法は、上記（Ａ）〜（Ｃ）の溶接給電用コンタクトチップの製造方法であって、
前記チップ本体を、塑性加工により形成するとともに、前記ワイヤ挿通溝の先端部に、耐熱及び耐摩耗性の添加合金の粉末を、あらかじめ射出成形又はプレス成形した後、焼結したものを、該前記ワイヤ挿通溝に固着させることを特徴とする。
（Ｇ）本発明の溶接給電用コンタクトチップの製造方法は、上記（Ａ）〜（Ｃ）の溶接給電用コンタクトチップの製造方法であって、
前記チップ本体を、塑性加工により形成するとともに、前記ワイヤ挿通溝の先端部に、耐熱及び耐摩耗性の添加合金の粉末を、３Ｄプリンターによる精密肉盛り法により、該前記ワイヤ挿通溝に固着させることを特徴とする。
（Ｈ）本発明の溶接給電用コンタクトチップの製造方法は、上記（Ｃ）において、
前記溶融接合法が、溶融接合法、固相接合法、ろう付け法、肉盛法、嵌合法のうちのいずれかの方法により固着させたものであることを特徴とする。
（Ｉ）本発明の溶接給電用コンタクトチップの製造方法は、上記（Ｃ）において、
前記溶融接合法が、レーザ（ビーム）溶接法、電子ビーム溶接法、液相膜拡散接合法、抵抗溶接法のいずれかを用いて固着させたものであることを特徴とする。
（Ｊ）本発明の溶接給電用コンタクトチップの製造方法は、上記（Ｃ）において
前記先端部を含めたチップ本体を、耐熱及び耐摩耗性の添加合金の粉末を、あらかじめ射出成形またはプレス成形した後、焼結することを特徴とする。

本発明によれば、一対の分割チップ部材の合わせ面に配置されたワイヤ挿通溝を形成して、組み立てた時にコンタクトチップのワイヤ挿通溝に傾斜を形成させるので、ワイヤ挿通孔内における先端部に電極ワイヤの給電点を固定することができ、コンタクトチップのワイヤ挿通孔が摩耗して拡大してもアーク発生を安定させ、しかも溶接位置のねらいを容易にして溶接作業を安定的に行うことができる。
さらに、分割チップ部材を用いてワイヤ挿通溝をロール成形などによって高速で加工できるのでコスト性に優れた溶接給電用コンタクトチップを提供することができる。

また、本発明によれば、ワイヤ挿通溝をロール成形して形成するとともに、そのロール成形後における導電性金属の表面粗度及び表面硬さをそれぞれ所定範囲にすることもできるので、従来のようにワイヤ挿通孔をドリル加工する場合のような加工表面の凸凹を少なくできる上に、溶接のねらい位置不良の原因となる電極ワイヤの摺動に伴う摩耗や抵抗の変動を適正範囲に抑制することができる。すなわち、加工面が粗度及び硬度が限度を超えて大きくなって溶接条件が厳しくなるとコンタクトチップと電極ワイヤとの接触面でスパークして給電不良や電極ワイヤ送給の不安定さにより溶接不良を起こすことになるが、このような電極ワイヤとの接触面における粗度及び硬度を適正範囲に設定することでこれを回避することができる。

また、本発明によれば、前記チップ本体の先端部に、
Ｃｕ−Ｗ合金、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｗ合金、Ｃｒ−Ｚｒ−Ｗ合金などの耐熱、耐摩耗性にすぐれた素材により形成された添加合金取り付けることもできるので、
チップ本体の先端部を被着するこれらの素材が高温においても耐摩耗性を有することから偏摩耗することが少なく、電極ワイヤを安定的に繰り出すことができる。
さらに、耐熱−耐摩耗素材表面にはスパッタが付着しにくく、また付着したとしてもエアーや刷毛などで容易に除去することができる。
さらに、本発明の溶接給電用コンタクトチップを用いれば、
電極ワイヤ先端の位置決めを確実にすることができるので溶接点を外すことがなく、溶接不良を引き起こすことがない。

本発明の実施例１の、レーザ溶接などの接合法を用いて添加合金を固着させた分割チップ部材の構造を示す図である。 本発明で実施例２の、焼結法を用いて添加合金を固着させた分割チップ部材の構造を示す図である。 実施例１の分割チップ部材の摩耗性能を従来チップと比較した図である。 溶接給電用コンタクトチップの交換または清掃までの溶接時間を比較した図である。 本発明の実施の形態に係る溶接給電用コンタクトチップを用いた溶接トーチの全体断面図である。 本発明の実施の形態に係る溶接給電用コンタクトチップを用いた溶接トーチの組み立て分解図である。 本発明の実施の形態に係る溶接給電用コンタクトチップにおけるチップ本体の拡大説明図である。 分割チップ部材の合わせ面を傾斜させる例を示す説明図である。 本発明の溶接給電用コンタクトチップにおける分割チップ部材の平面図である。 電極ワイヤと接触するワイヤ挿通孔の先端部の接触状態を説明する概略図である。

＜実施の形態＞
実施の形態の溶接給電用コンタクトチップは、２分割型コンタクトチップの先端部のみに、小量のタングステンベースの合金をいろいろな方法で添加または接合することにより、課題を解決するものである。また、チップ本体を請求項３に示す添加合金の粉末を用いて、射出成形またはプレス成形した後、焼結して製造することにより解決するものである。
すなわち、本発明の実施の形態の溶接給電用コンタクトチップは、導電性金属を素材として略円筒状に形成されたチップ本体と、前記チップ本体の軸芯に貫通して設けられ電極ワイヤを挿入保持するワイヤ挿通孔と、を備えた溶接給電用コンタクトチップであって、
前記チップ本体は、その軸方向に沿って半割状に形成された一対の分割チップ部材からなり、前記合わせ面どうしを向かい合わせて組み合わせ、前記分割チップ部材の合わせ面間の間隙を後端部間隙＞先端部間隙とするように、前記分割チップ部材の合わせ面を傾斜させて溶接トーチ内に配設され、
前記ワイヤ挿通孔は、一対の分割チップ部材の合わせ面の長手方向に形成されたワイヤ挿通溝を向かい合わせて成るとともに、少なくともワイヤ挿通溝の先端部には耐熱及び耐摩耗性の添加合金が固着されており、
前記チップ本体が、前記分割チップ部材の合わせ面を傾斜させて溶接トーチ内に配設されていることにより、挿通するワイヤに、前記ワイヤ挿通溝の先端部に固着されている添加合金から給電をするようにしたことを特徴とする。

例えば、従来の一体型のチップ（銅合金製）はその重量が約１４ｇから１８ｇくらいあり、全体をタングステンベースとすると、非常に高価なものになる。一体型コンタクトチップは約６０円から７０円であるのに、全体をタングステンベースの合金で製作すると、３５００円くらいになる。
また、現在の２分割型コンタクトチップは小型で、その重量は約３．２ｇ位であり、軽量である。チップ全体をタングステンベースの合金にしたものは、約６００円くらいになる。
このタイプの給電チップは通電点がチップ先端部のみに限定されているのでタングステンベースの添加合金をこの先端の通電部に用いて、全体の１０％以下の重量として（重量にして約０．３２ｇ）添加できれば、比較的安価で長寿命のチップが製造でき、上述の問題が解決できる。

すなわち、銅または銅合金製のアーク溶接用２分割型コンタクトチップの先端部に、
図１に示すように、先端から０．３ｍｍ〜５ｍｍの範囲で、銅製または銅合金製は２分割型コンタクトチップと同じ断面形状をもつ高い通電性と耐熱性をもつ添加合金を溶融接合、固相接合、ろう付、肉盛または嵌合により製造すれば、３００Ａ以上高溶接電流域でも５０時間以上の長寿命をもつ２分割型コンタクトチップを製造できる。
例えば、溶融接合として、レーザ（ビーム）溶接、電子ビーム溶接、プラズマ溶接、液相膜拡散接合、または抵抗溶接を用いた方法を用いることで添加合金を接合できるが、この場合は仕上げ加工が要求される。

また、図２に示すように、コンタクトチップ先端部の内面部半周に先端からの長さ０．３ｍｍから１０ｍｍ、肉厚０．１ｍｍ〜２ｍｍの範囲にわたって、高い通電性と耐熱性をもつ添加合金を焼結法で埋め込んだ２分割コンタクトチップが製造できる。
焼結時に合金粉末の分布を調整することにより、局部的に成分を変えることができるため、このようなチップ造形が可能となる。

添加合金としては、以下の合金が挙げられる。
（１）銅：１０〜８０質量％、タングステン：残の、Ｃｕ−Ｗ合金、
（２）銅：１〜６質量％、ニッケル：１〜６質量％、タングステン：残の、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｗ合金、
（３）クロム：０．１〜３質量％、ジルコニウム：１〜６質量％、タングステン：残の、Ｃｒ−Ｚｒ−Ｗ合金、
である。
タングステンをベースとするこのような合金は８００℃〜１０００℃の温度範囲で硬く、耐熱性があり、通電時にも摩耗し難い特性を有する。

また、固相接合法としては、拡散接合、熱間圧接、摩擦圧接、または冷間圧接等を用いることができる。
嵌合法としては、はめ込み、機械的嵌合、またはボルト結合を用いることができる。

２分割型コンタクトチップのチップ本体としては、以下の合金が挙げられる。
（１）銅、
（２）クロム：０．１〜３質量％、銅：残の、Ｃｒ−Ｃｕ合金、
（３）クロム：０．１〜３質量％、ジルコニウム：０．１〜１質量％、銅：残の、Ｃｒ−Ｚｒ−Ｃｕ合金、
（４）銅：１０〜８０質量％、タングステン：残の、Ｃｕ−Ｗ合金、
である。
２分割型コンタクトチップ本体の形状としては、分割チップ部材を円筒状に向かい合わせて形成されており、本体の軸芯に貫通して設けられた電極ワイヤを挿入保持するワイヤ挿通溝をもつもので、この本体の先端部に図１（実施例１の２分割型コンタクトチップの概略斜視図）又は図２（実施例２の２分割型コンタクトチップの概略斜視図）に示すように、添加合金を固着している。
ただし、図２（実施例２の分割チップ部材）では先端部内面に焼結で固めた添加合金を示す。

また、焼結技術を用いて製造する方法は高精度のチップを製造できるのでのぞましい。
２分割型コンタクトチップの本体部分は、形状としては概略円筒状に形成されており、本体の軸芯に貫通して設けられた電極ワイヤを挿入保持するワイヤ挿通溝をもつもので、純銅、クロム銅（０．１〜３％のクロムを含む）またはクロム銅に０．１％〜１％のジルコニウムを含む合金の粉末を素材としており、２分割型コンタクトチップの先端部（０．３ｍｍ〜１０ｍｍの範囲内）の内面半周に上記添加合金粉末を用いて、局部的に添加合金を焼結成形することで２分割型コンタクトチップを製造する。
この方法では部品精度を±０．０２〜０．０５ｍｍの精度で製造できるので、ふさわしい。

実施形態の給電溶接用コンタクトチップにおいて、分割チップ部材の先端部の形状、とりわけ、付加された添加合金からなるチップ先端部の溝内面と先端端面とはほぼ直角をなしているが、その角は幾分滑らかな方が溶接ワイヤの送給性の観点から望ましいので、この角部を全周にわたって、高エネルギー密度のレーザ溶接または電子ビーム溶接により局部的に溶融した方が望ましい。角がまるくなることにより、ワイヤの送給がスムーズになり、ワイヤに傷がつくこともなくなる。

本発明の実施形態の溶接給電用コンタクトチップによって、以下の効果が得られる。
これまで、コンタクトチップは消耗品であったが、今後は６ケ月も１０ケ月も使用できる工具となりうる。よって 多くのアーク溶接ラインが１日の作業を中断なく、稼働させることができる。
また、コンタクトチップ先端部の１点で通電がなされ、溶接電流が安定化して、スパッタの付着も少なくなる。チップの消耗が少なくなり、１台のロボットで約１７ｇのチップを年間３００本から５００本使用していた。すなわち８．５ｋｇの銅を使用していたが、本発明のチップを用いると、年間５本から１０本の使用となるので、３２ｇの消耗ですみ、銅資源の確保に役立つ、などがありうる。

また、近年、アーク溶接用の電源として、スパッタの発生を極少にするため、ワイヤを機械的に出し入れするタイプの溶接機が市販されている。この場合、ジュール発熱で赤熱したワイヤがチップ先端に引き入れられるため、チップの消耗が著しい。
このような溶接機にも本発明のチップを用いれば、耐熱温度が８００℃〜１０００℃であるので、チップの摩耗も少なく、寿命が長くなる。

また、造船業や建築・鉄骨業界では、鋼材の板厚が厚く、溶接電流が３００Ａ〜４５０Ａの範囲で溶接作業がすすめられるが、従来の２分割型コンタクトチップでは、摩耗が大きく採用が困難であったが、本発明のチップはこのような場合にも、十分な耐熱性、耐摩耗性を持っているので、使用が可能になる。

次に、図面を参照しながら、本発明の実施の形態に係る溶接給電用コンタクトチップの使用方法を述べる。
図５は本発明の実施の形態に係る溶接給電用コンタクトチップを配設した溶接トーチの全体断面図であり、図６は溶接トーチの組み立て分解図であり、図７は溶接給電用コンタクトチップにおけるチップ本体の拡大説明図であり、（ａ）はチップ本体の上面図、（ｂ）はチップ本体の側面図、（ｃ）はチップ本体の底面図である。
図８は分割チップ部材の合わせ面を傾斜させる構造の実施例を示す説明図である。
図９は合わせ面及びワイヤ挿通溝が見えるようにした片方の分割チップ部材の平面図である。

図５〜図９において、実施の形態の溶接給電用コンタクトチップは、導電性金属を素材として概略円筒状に形成されたチップ本体１１と、チップ本体１１の軸芯に貫通して設けられ電極ワイヤを挿入保持するワイヤ挿通孔１２を有し、
チップ本体１１は、その軸方向に沿って半割状に形成された一対の分割チップ部材１４、１５を、それぞれの合わせ面１３，１３どうしを対面させて組合せて形成され、
合わせ面１３，１３の長手方向にはワイヤ挿通孔１２を形成するワイヤ挿通溝１６、１６が設けられている。
また、実施の形態では、ワイヤ挿通孔１２の後端部を拡大して形成した窪み状の基部１１ａに、スペーサ部材１８を介挿し、分割チップ部材１４、１５の基端部１４ａ、１５ａの合わせ面間に所定の間隙Ｓ３２を確保するとともに、分割チップ部材１４、１５の合わせ面間の間隔を、基端部１４ａ、１５ａでの後端部間隔Ｓ３２から先端部１４ｂ、１５ｂでの先端部間隔Ｓ３１へ順次縮小させるようにしている。
そして、分割チップ部材１４、１５の合わせ面１３、１３を向かい合わせて組み立ててその外周をチップ押さえ１９によって一体的に結合させてチップ本体１１としている。
また、スペーサ部材１８の基部１１ａ側はトーチアダプタ２０によって支持され、コンタクトチップ及びトーチアダプタ２０は、その外周をノズル部２１及び絶縁ブッシュ２２によってカバーされて溶接トーチＴを構成する。
ワイヤ挿通孔１２は、チップ本体１１の中心線と同一の中心線を有する断面円形状であり、ワイヤ挿通孔１２の直径は概略電極ワイヤＷの太さに合わせた口径を有している。

溶接給電用コンタクトチップを構成するチップ本体１１は、分割チップ部材１４、１５のワイヤ挿通溝１６、１６どうしを向かい合わせて一体的に結合し円筒形状としたものである。
分割チップ部材１４、１５のそれぞれの平面に形成された断面半円状のワイヤ挿通溝１６、１６どうしを向かい合わせてワイヤ挿通孔１２を形成する。
また、図８（ａ）に示すように、スペーサ部材１８をチップ本体１１の基部１１ａに介挿し分割チップ部材１４、１５の合わせ面１３、１３間の間隙を拡開させ、分割チップ部材の先端部はチップ押さえ１９の内径で合わせ面１３、１３間の間隙の拡開を拘束することにより、分割チップ部材１４、１５の合わせ面１３，１３を、後端部間隙Ｓ３２＞先端部間隙Ｓ３１となるようにして傾斜させてチップ本体１１に組み立てる。
このように合わせ面１３，１３を傾斜させて、分割チップ部材１４、１５それぞれの先端部１４ｂ、１５ｂに電極ワイヤＷを確実に接触させるようにする。

図８（ｂ）に、スペーサ部材１８をチップ本体１１の基部１１ａに介挿して分割チップ部材１４、１５の合わせ面１３、１３間の間隙を拡開させる構造を拡大して示す。
図に示すように、スペーサ部材１８の先端の凸条テーパ部１１０，１１１を、基部１１ａに形成された凹状テーパ部１１２，１１３に接触させながら挿入すると、分割チップ部材１４、１５の下方部の合わせ面１３、１３間の間隙が拡開される。

なお、基部１１ａの窪み形状を縦長にした理由は、スペーサ部材１８の先端部に同形の凸形状を設け、基部１１ａとの嵌合により分割チップ部材の合わせ面の向きの位置決めをするためである。
すなわち、電極ワイヤＷに、予め曲がり癖がついている場合などにおいては、電極ワイヤＷの繰り出し方向が、分割チップ部材の合わせ面１３と平行にならないようにする。
分割チップ部材の合わせ面に直角に繰り出すように、スペーサ部材１８をチップ本体１１の基部１１ａに介挿して位置決めする。図５で示すと、図面の右方向か左方向に曲がるように繰り出させるのがよい。

チップ押さえ１９は、外径が先細りした概略円筒状に形成されており、その概略円筒状の内部にチップ本体１１及びスペーサ部材１８がリング材１８ａを介して挿入固定されることで、合わせ面１３で対面させたチップ本体１１の分割チップ部材１４、１５に所定の結合力を付与するとともに、ワイヤ挿通溝１６を対面させて形成したワイヤ挿通孔１２を形成させている。
なお、チップ押さえ１９の外壁部及びノズル部２１の内壁部間に、ＣＯ２やＣＯ２＋アルゴンガスなどのガスを供給して、アーク溶接を行うことができるようにしている。

以上のように、溶接給電用コンタクトチップは、基部１１ａからワイヤ挿通孔１２に電極ワイヤＷを挿入して使用される。
電極ワイヤＷは、分割チップ部材１４，１５の先端部１４ｂ、１５ｂで挟持されるとともに、この挟持された位置を給電点としてコンタクトチップから電極ワイヤＷに電流が供給される。
こうして、電極ワイヤＷは溶接対象物との間でのアーク放電により溶融され溶接を行うことができる。

なお、分割チップ部材１４、１５の合わせ面１３、１３間の間隙を拡開させ、分割チップ部材１４、１５の合わせ面１３，１３を、後端部間隙Ｓ３２＞先端部間隙Ｓ３１となるように傾斜させる方法として、以下の実施の形態がある。
例えば図８（ｃ）に示すように、スペーサ部材１８をチップ本体１１の基部１１ａに介挿する変わりに、分割チップ部材１４，１５の後端部にテーパ面１４ｃ、１５ｃを形成し、一方、チップ受け部材１７がテーパ面１４ｃ、１５ｃと当接する面１７ａは略平面として（テーパ面１４ｃ、１５ｃよりも緩い角度の面として）、分割チップ部材１４，１５の外縁でテーパ面１４ｃ、１５ｃと当接するようにする。
このように分割チップ部材１４，１５のワイヤ挿通孔１２寄りに間隙を形成させることにより、チップ押さえ１９で分割チップ部材１４，１５の下部に環状の形成されている鍔部１４ｄ、１５ｄを押さえつけることで分割チップ部材１４，１５の後端部間隙Ｓ３２を拡開させることができる。
この場合は、分割チップ部材の下部に基部１１ａを設ける必要はなく、ワイヤ挿通溝１６を設けることで足りる。

次に、図１０に示すように、電極ワイヤＷと接触してワイヤ挿通孔１２の先端部の内壁の摩耗が進んだときには、分割チップ部材１４，１５の先端部間隔Ｓ３１をチップ押さえ１９によって締め付け狭めることで、電極ワイヤＷとワイヤ挿通孔１２との接触を保つようにしている（図１０（ｂ）参照）。
このことにより、コンタクトチップの給電点は当初の位置と変わることなく電極ワイヤＷとコンタクトチップとの接触が保たれ、給電性が低下することなく安定した電流供給がなされる。

分割チップ部材１４、１５は、丸棒を素材として、例えばプレス加工を用いて、断面円形の丸棒の一方の円形曲面を平面に変形するとともに、その変形された平面（他方の円筒面ではない）の長手方向中心にワイヤ挿通溝１６を形成する。

また、プレス加工で、分割チップ部材１４、１５の外面にワイヤ挿通溝１６を形成した場合は、ドリルなどを用いての穿削と異なりワイヤ挿通溝１６の形成が容易である。
また、ワイヤ挿通溝１６の成形にプレス加工を適用した場合は、ワイヤ挿通溝１６の表面粗度を小さくし、加工硬化により表面硬度も高くし、平滑なワイヤ挿通孔１２を得ることができ、溶接給電用コンタクトチップとして高い品質を保持することができる。

実施の形態の溶接給電用コンタクトチップはアーク溶接用のノズル部２１内に交換自在に装着され、ロボットを用いた精密操作を要求される自動溶接に適用される他、溶接箇所を観察しながらノズル部２１を操作して被溶接物を溶接する半自動溶接にも好適に用いることができる。
また、電極ワイヤＷを、ワイヤ挿通孔１２の先端部で挟持しているため、コンタクトチップ先端部の位置で給電でき、コンタクトチップ、母材間距離を一定に維持してアーク電圧電流の変動が少なくできるために安定し、溶接の作業性に優れている。
さらに、コンタクトチップ先端部に押圧力を加えて給電できるため、アークが安定して高速溶接ができ品質向上、コストダウンになる。
またさらに、コンタクトチップが磨耗量しても、電極ワイヤの送給方向が変化しにくく溶接個所のねらい位置ズレが起こらず、操作性にも優れている。

＜評価結果＞
本発明の実施例の溶接給電用コンタクトチップの評価について以下に述べる。
マグ溶接（８０％Ａｒ＋２０％ＣＯ２の混合ガスを使用）を用いたロボット溶接において比較した。
すなわち、従来の銅合金からなる２分割型の溶接給電用コンタクトチップを内蔵した給電チップユニットをトーチに取付けて鋼材をアーク溶接した場合と、
本発明の実施例１のタングステン系添加合金をチップ先端部に固着した２分割型コンタクトチップを用いて同様の溶接をした場合の溶接結果を比較した。
鋼板は、ＳＳ４００鋼で、板厚９ｍｍ、２００ｍｍ×６００ｍｍの寸法のものを用いた。その上に、溶接ワイヤＭＧ−５０（１．２ｍｍ径）を用いてビードオン溶接した。
１．８ｍ長さの溶接ビードを３分間溶接した後、約２分休み、残り１．８ｍ長さを３分間で溶接した。

溶接条件は いずれも、溶接電流２９０Ａ〜３１０Ａ、アーク電圧３１Ｖ〜３３Ｖ、溶接速度６００ｍｍ／分、ワイヤ突出し長さ１６〜１８ｍｍ、シールドガス流量２０Ｌ／分のとした。
いずれも、アークタイム１２０分溶接した後は、給電チップユニットを取り外し、給電チップを取り出し通電側（内側）の溝の深さをレーザ顕微鏡で正確に計測した。

溶接給電用コンタクトチップの内面の摩耗量をレーザ顕微鏡で観察して測定した結果を図３に示す。
図中に示す従来の一体型コンタクトチップの摩耗量は他の実験結果より引用してプロットしてある。
２分割型チッップはいずれも摩耗量が少ないが、とりわけ、タングステン系添加合金を固着させた実施例１の２分割型コンタクトチップは、２４時間のアーク時間の溶接において、２０μｍと極小であることが確認された。
銅合金を用いた２分割型コンタクトチップは、１００μｍであり、約５倍の差がみとめられた。

本発明の溶接給電用コンタクトチップは、ワイヤ挿通孔が摩耗して拡大してもアーク発生を安定させ、しかも溶接位置のねらいを容易にして溶接作業を安定的に行うことができる。

１１ チップ本体
１１ａ 基部
１２ ワイヤ挿通孔
１３ 合わせ面
１３ａ、２３ａ 分割チップ部材の先端部
１３ｂ、２３ｂ 添加合金（ハッチングした部分は分割チップ部材の先端部に固着した添加合金）
１３ｃ、２３ｃ 分割チップ部材の根元部
１４、１５ 分割チップ部材
１４ａ、１５ａ 基端部
１４ｂ、１５ｂ 先端部
１４ｃ、１５ｃ テーパ面
１４ｄ、１５ｄ 鍔部
１６ ワイヤ挿通溝
１７ チップ受け部材
１７ａ 当接する面
１８ スペーサ部材
１８ａ リング材
１９ チップ押さえ
２０ トーチアダプタ
２１ ノズル部
２２ 絶縁ブッシュ
１１０、１１１ 凸条テーパ部
１１２，１１３ 凹状テーパ部
Ｓ３１ 先端部間隔
Ｓ３２ 後端部間隔
Ｔ 溶接トーチ
Ｗ 電極ワイヤ

Claims (10)

1. 導電性金属を素材として略円筒状に形成されたチップ本体と、
   前記チップ本体の軸芯に貫通して設けられ電極ワイヤを挿入保持するワイヤ挿通孔と、
   を備えた溶接給電用コンタクトチップであって、
   前記チップ本体は、
   その軸方向に沿って半割状に形成された一対の分割チップ部材からなり、
   前記合わせ面どうしを向かい合わせて組み合わせ、
   前記分割チップ部材の合わせ面間の間隙を後端部間隙＞先端部間隙とするように、
   前記分割チップ部材の合わせ面を傾斜させて溶接トーチ内に配設され、
   前記ワイヤ挿通孔は、
   一対の分割チップ部材の合わせ面の長手方向に形成されたワイヤ挿通溝を向かい合わせて成るとともに、
   少なくともワイヤ挿通溝の先端部には耐熱及び耐摩耗性の添加合金が固着されており、
   前記チップ本体が、
   前記分割チップ部材の合わせ面を傾斜させて溶接トーチ内に配設されていることにより、
   挿通するワイヤに、前記ワイヤ挿通溝の先端部に固着されている添加合金から給電をするようにしたことを特徴とする溶接給電用コンタクトチップ。
2. 前記添加合金は、
   （１）銅：１０〜８０質量％、タングステン：残の、Ｃｕ−Ｗ合金、
   （２）銅：１〜６質量％、ニッケル：１〜６質量％、タングステン：残の、Ｃｕ−Ｎｉ−Ｗ合金、
   （３）クロム：０．１〜３質量％、ジルコニウム：１〜６質量％、タングステン：残の、Ｃｒ−Ｚｒ−Ｗ合金、
   のいずれかであることを特徴とする請求項１に記載の溶接給電用コンタクトチップ。
3. 前記チップ本体は、
   （１）銅、
   （２）クロム：０．１〜３質量％、銅：残の、Ｃｒ−Ｃｕ合金、
   （３）クロム：０．１〜３質量％、ジルコニウム：０．１〜１質量％、銅：残の、Ｃｒ−Ｚｒ−Ｃｕ合金、
   （４）銅：１０〜８０質量％、タングステン：残の、Ｃｕ−Ｗ合金、
   のいずれかであることを特徴とする請求項１又は２に記載の溶接給電用コンタクトチップ。
4. 請求項１〜３のいずれかに記載の溶接給電用コンタクトチップの製造方法であって、
   前記チップ本体を、
   塑性加工により形成するとともに、
   前記ワイヤ挿通溝の先端部に、
   耐熱及び耐摩耗性の添加合金を、
   溶融接合法、固相接合法、ろう付け法、肉盛法、嵌合法のうちのいずれかの方法により固着させることを特徴とする溶接給電用コンタクトチップの製造方法。
5. 請求項１〜３のいずれかに記載の溶接給電用コンタクトチップの製造方法であって、
   前記チップ本体を、
   塑性加工により形成するとともに、
   前記ワイヤ挿通溝の先端部に、
   耐熱及び耐摩耗性の添加合金の粉末をあらかじめ添着し、
   その後加熱して該添加合金の粉末を該前記ワイヤ挿通溝に固着させることを特徴とする溶接給電用コンタクトチップの製造方法。
6. 請求項１〜３のいずれかに記載の溶接給電用コンタクトチップの製造方法であって、
   前記チップ本体を、
   塑性加工により形成するとともに、
   前記ワイヤ挿通溝の先端部に、
   耐熱及び耐摩耗性の添加合金の粉末を、あらかじめ射出成形又はプレス成形した後、焼結し固着させることを特徴とする溶接給電用コンタクトチップの製造方法。
7. 請求項１〜３のいずれかに記載の溶接給電用コンタクトチップの製造方法であって、
   前記チップ本体を、
   塑性加工により形成するとともに、
   前記ワイヤ挿通溝の先端部に、
   耐熱及び耐摩耗性の添加合金の粉末を、３Ｄプリンターによる精密肉盛り法により、該前記ワイヤ挿通溝に固着させることを特徴とする溶接給電用コンタクトチップの製造方法。
8. 前記溶融接合法が、
   溶融接合法、固相接合法、ろう付け法、肉盛法、嵌合法のうちのいずれかの方法により固着させたものであることを特徴とする請求項３に記載の溶接給電用コンタクトチップの製造方法。
9. 前記溶融接合法が、
   レーザ（ビーム）溶接法、電子ビーム溶接法、液相膜拡散接合法、抵抗溶接法のいずれかを用いて固着させたものであることを特徴とする請求項３に記載の溶接給電用コンタクトチップの製造方法。
10. 請求項１〜３のいずれかに記載の溶接給電用コンタクトチップの製造方法であって、
    前記先端部を含めたチップ本体を、耐熱及び耐摩耗性の添加合金の粉末を、あらかじめ射出成形またはプレス成形した後、焼結することを特徴とする溶接給電用コンタクトチップの製造方法。