JP2022007947A - 給電チップ及び給電チップユニット - Google Patents

Abstract

【課題】耐摩耗性が高く、製造が容易な給電チップ及びその給電チップを備えた給電チップユニットを提供する。【解決手段】本発明の給電チップ１は、溶接ワイヤ１２を挿通するワイヤ挿通孔９を有する円筒状の給電チップ１であって、酸化物分散銅からなり、ワイヤ挿通孔９は、給電チップ１の先端部１０の先端から５ｍｍまでの範囲において、その内面にグラファイトが塗布、焼付されてなるグラファイト処理層１７を備えることを特徴とする。【選択図】図１

Description

本発明は、アーク溶接機器のトーチ部品である給電チップ、及び、その給電チップを備えた給電チップユニットに関する。特にシールドガスアーク溶接であるミグ溶接、マグ溶接、炭酸ガスアーク溶接などにおける自動溶接や半自動溶接に適用される給電チップの材質、形状および表面処理に関するものである。

従来から、造船、建築物、橋梁、自動車部品、電気部品の溶接作業において、シールドガスアーク溶接を用いた自動溶接（ロボット溶接を含む）や半自動溶接がなされている。これらのアーク溶接において、溶接トーチの先端部に取付けられ、溶接ワイヤへの給電を行う給電チップは、溶接ワイヤに溶接電流を給電する機能のほかに、溶接ワイヤを溶接個所に正確に導くためのガイドとしての機能を持っている。給電チップは、繰り返し使用することにより、溶接ワイヤを挿通するワイヤ挿通孔の内面の摩耗が進行する。給電チップ先端でワイヤ挿通孔が摩耗すると、溶接ワイヤを導くためのガイドとしての機能が低下し、ワイヤ先端の位置が教示した位置からズレたり、アークの発生位置がズレたりし、適切な溶接ができなくなる。このような状態になると、給電チップそのものを交換する必要がある。給電チップの寿命は、溶接条件や用いる給電チップにより異なるが、短いものでは２～４時間の短時間で交換する必要がある。特に、溶接電流が３００Ａ以上の高電流のときや、近年開発されたＣＭＴ方式、シンクロフィード方式、アクティブタワー方式の溶接機では、ワイヤの出し入れが激しいので、給電チップの摩耗も激しい。この課題を解決し、摩耗の少ない給電チップが要望されている。また、発生したスパッタがノズルやコンタクトチップに付着しにくい給電チップが要望されている。

従来の給電チップは、略円筒状の部材の中心にワイヤ挿通孔である貫通孔を形成した一体型給電チップが用いられてきた。給電チップ内部において、溶接ワイヤがワイヤ挿通孔の内側の壁面に接触することにより給電チップから溶接ワイヤへ給電されるが、例えば、曲がりくせのある溶接ワイヤが用いられると、通常時に溶接ワイヤが接触する位置よりも根元側に入ったところで溶接ワイヤが接触し、給電チップから溶接ワイヤへの給電点が時々刻々変動する。溶接時には、給電点からジュール発熱が起こり、給電点が変動すると溶接電流が変動し、アークが不安定になったり、溶接の仕上がりにばらつきが発生したりする。また、給電された溶接ワイヤのジュール発熱により溶接ワイヤが赤熱され高温になり、接触している給電チップ先端部が４００℃以上に加熱される。その結果、従来一般的に使用されるクロム銅合金製の給電チップは先端が軟化して、その部分の摩耗が促進される。そしてチップ寿命が短縮する。さらに摩耗が一層進行すると、溶接ワイヤの先端位置がズレて、教示した位置の溶接が困難となったり、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ったりなる。このような給電チップにおける摩耗や給電の不安定さを防ぐための技術に関連して、例えば以下の特許文献１、２、３が知られている。

特許４２６１５１９号 特許４６８３６７３号 特開２０１７－２１７６７４号公報

しかしながら、前記特許文献に示す給電チップでも上述の問題点を解決できなく、以下のような問題があった。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が、各種溶接トーチに対応した給電チップを作成するには困難があった。

特許文献２には、一対の分割された半割れ型給電チップと、当該給電チップを内蔵する溶接トーチであって、給電チップの根元側に特殊な構造を設けることにより、溶接ワイヤと給電チップとの接触箇所を安定させる構造が記載されている。しかしながら、給電チップの根元側に特殊な構造を採用しているため、給電チップの製造に際して従来と異なる製造工程を要し、製造が困難であった。また、給電点は安定するものの、給電チップの耐熱性は十分ではなく、特に溶接電流が２８０Ａ以上の溶接条件では、寿命の改善効果が少なかった。

特許文献３には、給電チップの先端部に耐熱性、耐摩耗性の高い銅―タングステン合金を固着させ、給電チップの寿命を改善できることが述べられている。しかし、銅―タングステン合金は、給電チップの基材に固着するのが困難で、製造が難しいという問題があった。

また、従来より、一体の円筒状の銅またはクロム銅合金の軸芯に、溶接ワイヤが通過できる径の穴（挿通孔と呼ぶ）を加工した給電チップや、４分割、２分割型の給電チップが使用されている。一体型の給電チップは、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、穴内面が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こし、溶接欠陥や溶接品質のバラツキを引起す原因ともなる。また、アークが不安定になるなどの給電性に問題があった。また、ワイヤが正常な接触箇所よりも根元側で給電チップと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、急激な発熱を引き起こすこともある。この発熱でチップ先端は４００℃を超える高温になり、銅合金が軟化して磨耗が加速され、短命となる。これらの通電によるチップ先端部内面の摩耗は、使用する溶接電流、アーク電圧、溶接法、溶接時間、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時間で給電チップを１つ交換するのが実情である。

本発明は、上記問題に鑑み、耐摩耗性が高く、製造が容易な給電チップ及びその給電チップを備えた給電チップユニットを提供することを課題とする。

本発明の給電チップは、ワイヤを挿通するワイヤ挿通孔を有する円筒状の給電チップであって、酸化物分散銅からなり、前記ワイヤ挿通孔は、前記先端部の先端から５ｍｍまでの範囲において、その内面にグラファイトが塗布、焼付されてなるグラファイト処理層を備えることを特徴とする。

本発明のチップユニットは、一対の半円筒状チップ分割体を組み合わせてなる半割れ型給電チップを備え、さらに、前記給電チップを覆うチップカバーと、前記チップの前記根元部側において、前記チップカバーと螺合され、前記給電チップと外部電源とを接続し、ワイヤ挿通孔を有するチップベースと、を備え、前記チップカバー及び前記チップベースは、その外表面にグラファイトが塗布、焼付されてなるグラファイト処理層を備えることを特徴とする。

本発明のスペーサ付チップユニットは、円筒状の一体型給電チップと、前記給電チップの根元部側において、前記給電チップと離間して配置され、ワイヤ挿通孔を有する根元部材と、前記給電チップと前記根元部材との間を接続し、ワイヤ挿通孔を有するスペーサとを備え、前記スペーサを交換することにより、前記根元部材の後端から前記給電チップの先端までの長さを調節可能であることを特徴とする。

本発明の給電チップは、消耗式ガスシールドアーク溶接において、溶接ワイヤに電流を通電する給電チップであって、その給電チップ本体を酸化物分散銅により形成することにより、耐摩耗性に優れるとともに、その製造性に優れる。また、給電チップの中心軸に沿って、ワイヤの送り方向先端側の先端部から、他方の根元部の方向に向かって孔径が漸次拡大するテーパ状のワイヤ挿通孔を備えることにより、給電チップの先端部の先端から根元部側に過度に離れたワイヤ挿通孔内面と溶接ワイヤの接触通電を減少でき、ワイヤ中にジュール発熱が生じるのを低減できる。

本発明のチップユニットは、分割可能な一対の半円筒状チップ分割体を組み合わせてなる半円筒状半割れ型給電チップと、給電チップを覆うチップカバーと、給電チップの根元部側において、チップカバーと螺合され、給電チップと外部電源とを接続するチップベースと、を備える。このような構造とすることにより、給電チップの点検、補修、又は、交換が容易となり、チップユニットの使用寿命に優れる。また、チップカバー及びチップベースの外表面にグラファイト処理層を設けることにより、外表面の摩耗量を低減し、付着したスパッタを容易に剥離できる。

本発明のスペーサ付チップユニットは、スペーサを交換することにより、その全体長さを各種市販品に対応できるように調整できる。特に、根元部材およびスペーサを安価な純銅またはクロム銅合金で作製することにより、各種チップの量産を容易にし、製造コストの低下を可能とすることができる。

本発明の実施形態１である半割れ型給電チップの部品構成を示す図である。 半割れ型給電チップの形状およびグラファイト塗布領域を示す図である。 半割れ型給電チップを内蔵するチップユニットの構造を示す概略図である。 アルミナ分散銅製の半割れ型給電チップの先端部の横断面写真を示す図である。 純銅、クロム銅およびアルミナ分散銅の高温強度の比較を示す図である。 本発明の実施形態２である一体型給電チップの外観を示す図である。 スペーサを使用した円筒状給電チップの構成を示す図である。 給電チップの長時間溶接実験の前と１２時間溶接後の給電チップの先端形状をレーザ顕微鏡で観察した溝の形状および溝深さ（この差が摩耗量）を示す図である。 給電チップの長時間溶接実験の前と４時間、８時間、１２時間溶接した後の給電チップの先端形状をレーザ顕微鏡で観察した溝の溝深さを示す表である。 チップカバーのみにグラファイト塗布・焼付け処理したチップユニットの外観を示す図である。 チップカバー及びチップベースにグラファイト塗布・焼付け処理したチップユニットの外観を示す図である。（ａ）は、グラファイト塗布前のチップユニットであり、（ｂ）は、グラファイト塗布後、焼付け処理したチップユニットであり、（ｃ）は、８時間溶接後のチップユニットである。

本発明の実施形態について、図面を参照して説明する。本明細書において、給電チップに挿通されるワイヤの送り方向先端側を「先端」、ワイヤの送り方向後端側を「後端」又は「根元」と呼ぶ。

＜実施形態１＞
実施形態１の給電チップ１は、図１に示すように分割可能な半割れ型チップである。給電チップ１は、チップカバー２とチップベース３の中に小型の給電チップ１を組み込むことにより、チップユニット４を形成する。

給電チップ１は、図２に示すように、円筒を半割状に分割したような半円筒状の一対の半円筒状チップ分割体を組み合わせてなる。半円筒の分割面にあたる平面の中央には、長手方向に沿って、溶接ワイヤが挿通されるワイヤ挿通孔９を形成する溝が設けられる。給電チップ１の根元部８の端部は、分割面よりも径方向外側に広がった傾斜面を有し、拡径部となっている。一方、給電チップ１の先端部１０の先端には、グラファイト処理層１１が形成される。

給電チップ１は、酸化物分散銅により形成される。酸化物分散銅は、銅を母相とし、酸化物粒子を分散させた合金であり、耐摩耗性に優れる。酸化物分散銅としては、アルミナ分散銅が好ましい。アルミナ分散銅におけるアルミナの含有量は、０．１～０．７重量％の範囲であることが好ましい。上記範囲内であると、通電性（電気伝導度）の低下を最小限に抑制しつつ、耐摩耗性に優れる。本実施形態の給電チップ１は、図４に示すようにアルミナ分散銅により形成される基材１６の表面に純銅よりなる被覆層１５を有する二重構造である。基材１６の表面を通電性に優れる純銅で被覆することにより、給電チップ１の通電性を向上させ、発熱を抑制することができる。純銅による被覆層１５は、２０～２００μｍの厚さで形成されることが好ましい。

グラファイト処理層１１は、先端部１０の端部から５ｍｍまでの範囲のワイヤ挿通孔９内面に形成される。グラファイト処理の方法は特に限定されないが、グラファイトを含む処理液を塗布する塗布工程と、塗布されたグラファイトを焼き付ける焼付工程とにより容易に形成することができる。塗布工程としては、スプレー塗布、刷毛等による塗布、処理液への浸漬等が挙げられる。焼付工程としては、炉内加熱、熱風、ヒーター加熱、火炎による加熱等が挙げられ、加熱温度は２５０～４５０℃程度、加熱時間は１０分～５時間程度が好ましい。このように、グラファイトにより処理することで、酸化物分散銅の内部に炭素が入り込み、浸炭層が形成されると考えられる。先端部１０にグラファイト処理層１１を形成すると、グラファイトが減摩材として作用し、給電チップ先端の摩耗量を低減し、付着したスパッタも剥離しやすくすることが可能となり、給電チップの交換寿命を長くすることができる。また、消耗式ガスシールドアーク溶接においては、スパッタの発生が問題となる場合がある。給電チップにグラファイト処理層を設けることにより、付着したスパッタを剥離しやすくすることが可能である。

本実施形態の半円筒状の半割れ型給電チップ１は、その材質は酸化物分散銅（アルミナ分散銅）を純銅で被覆した二重構造を有する。給電チップ１は中心軸に沿って先端部（アークが発生する方）から根元部の方向に向かって、ワイヤ挿通孔９の長手方向１００ｍｍに対して、ワイヤ挿通孔９を形成する溝の深さが０．０５～１ｍｍ深くなるテーパ状の溝を備える。また、必要により、そのチップ先端部挿通孔内面に先端より５ｍｍまでの範囲にグラファイトを含む処理液でグラファイトを１～２００μｍの塗布厚さでスプレー塗布あるいは筆や刷毛（はけ）によるグラファイト塗布する方法で、グラファイト塗布後、さらに炉内加熱で塗布部を２５０℃～４５０℃の温度範囲で、１０分～５時間の範囲内で加熱し、グラファイトを部品表面に焼付けることにより、高融点のグラファイト処理層を設けることが好ましい。グラファイト処理層は摩耗に対する減摩材の役割を発揮するとともに、給電チップ１の先端部１０で酸化物分散銅（アルミナ分散銅）を守る役目を発揮し、給電チップの寿命を改善できる。

給電チップ１は、図３に示すようなチップユニット４を形成し、溶接に用いられる。チップユニット４は、半円筒状半割れ型の給電チップ１を備え、給電チップ１を覆うチップカバー２と、給電チップ１の根元部側において、チップカバー２と螺合され、給電チップ１と図示しない外部電源とを接続し、ワイヤ挿通孔を有するチップベース３と、を備える。

一対の半円筒状チップ分割体は、ワイヤ挿通孔９が対向するように合わせられ、チップカバー２に収容される。実施形態１のチップユニット４は、溶接時、図３に示すように溶接ワイヤ１２がワイヤ挿通孔９に挿入されると、チップベース３が螺合され、チップ押し付け用バネ１３により押し付けられたチップ受け台１４が押し出される。給電チップ１の根元部８の端部は、分割面よりも径方向外側に広がった傾斜面を有し、傾斜部にチップ受け台１４が挿通されることにより、給電チップ１の根元が広げられ、給電チップ１の先端部１０は逆に締め付けられる。この締め付けにより一対の半円筒状チップ分割体の先端部１０が溶接ワイヤ１２に密着し、１点通電が起こる。従来型の給電チップではこの先端以外にチップ内部でも通電が生じる。チップユニット４を構成する給電チップ１は、図１に示したように一対の分割された半円筒状チップ分割体でできており、ワイヤ挿通孔９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。一対のチップ分割体によって形成された円筒形状の給電チップ１において、ワイヤ挿通孔９は、給電チップの中心軸に沿って先端部１０から根元部８の方向に向かって孔径が漸次拡大するテーパ形状を有する。一対の半円筒状チップ分割体により形成されるワイヤ挿通孔９のテーパ形状の広がりは、ワイヤ挿通孔９の長手方向１００ｍｍに対して、ワイヤ挿通孔９の径が０．１～２ｍｍ大きくなることが好ましい。

こうして、溶接ワイヤ１２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。次に、溶接ワイヤ１２と接触してワイヤ挿通孔の先端部の内壁の摩耗が進んだときには、給電チップ１の先端部間隔をチップ押し付け用バネ１３で締め付け狭めることで、溶接ワイヤ１２とワイヤ挿通孔との接触を保つようにしている。このことにより、給電チップの給電点は当初の位置と変わることなく溶接ワイヤ１２と給電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。

なお、一対の半円筒状チップ分割体を用いてチップユニット４を構成した場合、主に消耗するのはチップユニット４の全体ではなく、重さが約３．７ｇ（１対当たり）の給電チップ１であるため、高価なアルミナ分散銅を用いたとしても、従来の一体型給電チップ（約１５～１７ｇ）と比較すると材料の使用量を低減でき、非常に高価となるという問題も解決できる。また、チップユニット４の消耗品は主として給電チップ１であるが、チップカバー２やチップベース３もスパッタの付着などにより寿命が制限される。例えば、溶接電流２５０Ａくらいで溶接するマグ溶接の場合、チップカバー２を１ケ月くらいで交換する必要である。また、チップベース３も同様に１年くらいで交換する必要がある。そこで、本実施形態ではチップカバー２およびチップベース３の外皮として、給電チップ１と同様のグラファイト処理層１１を設けている。グラファイト処理の方法は、グラファイト塗布後、さらに炉内加熱、熱風、ヒーター加熱または火炎で塗布部を２５０℃～４５０℃の温度範囲で、１０分～５時間の範囲内で加熱し、グラファイトを焼付ける。チップカバー２やチップベース３に高沸点のグラファイト処理層１１を設けることにより、スパッタの付着を低減し、その剥離を促進できる特徴をもつ。こうして、給電チップ１の寿命をさらに改善できる。

給電チップ１は、アルミナ分散銅製の半割れ型給電チップの場合、素材として、図４の横断面図が示すようにて、内部がアルミナ分散銅で表面（被覆層１５）が電気伝導度の高い純銅でできている。このように純銅で包むことにより、電気がチップ表面で通電されやすく、電気伝導度の低下が抑制できる。特に、アルミナ分散銅のアルミナ含有量が多くなると、著しく電気伝導度が低下するので、本実施形態では０．１～０．７質量％の範囲を適正範囲とする。

図５は給電チップの素材として用いられることの多い純銅、クロム銅、および本実施形態のアルミナ分散銅の高温条件における硬さを示すグラフである。クロム銅の高温硬さは４００℃以上で急激に低下するが、アルミナ分散銅の場合は、８００℃程度まで硬度の低下が少ない。従来の給電チップは、溶接時、チップ先端部が５００℃以上になると急激に軟化して摩耗が進むが、アルミナ分散銅を用いた場合は、５００℃以上となっても軟化しにくく、摩耗も少ない。よって給電チップの寿命が長くなる。特に、近年発達してきたＣＭＴ方式（ワイヤをメカニカルにチップ先端で高速に出し入れすることによりスパッタを低減する方式）の溶接ではチップ先端が５００℃以上となるので、短時間で交換する必要があるが、この問題を本発明は解決することが可能である。

＜実施形態２＞
次に、実施形態２の給電チップ４０について説明する。給電チップ４０は、図６に示すように、先端部５方向に向かって外径が細くなる略円筒状の一体構造である。円筒状の中心部には、溶接ワイヤを挿通するワイヤ挿通孔９が形成される。根元部６はネジ状に成型され、図示しない溶接トーチに螺合して使用する。

一体構造の給電チップ４０は、軸方向に、溶接ワイヤを挿通するワイヤ挿通孔９を先端部５から根元部６にかけて、使用溶接ワイヤ径よりわずかに大きい径であけたものである。本発明ではこのワイヤ挿通孔９をこの先端部５から根元部６にかけて、ワイヤ挿通孔９の長手方向１００ｍｍに対して、０１ｍｍの勾配で大きくなるようにあけたものである。ワイヤ挿通孔９は、チップ本体の中心軸に沿って先端部５から根元部６の方向に向かって孔径が漸次拡大するテーパ形状を有することが好ましく、テーパ形状の広がりは、ワイヤ挿通孔９の長手方向１００ｍｍに対して、０．０５～１ｍｍの範囲であることが好ましい。先端部５の先端より５ｍｍまでの範囲のワイヤ挿通孔９内面のみグラファイトを塗布し、２５０℃～４５０℃の温度範囲で１０分から５時間の範囲で焼付け処理している。高融点のグラファイト処理層を設けることにより、より高電流で溶接ができるとともに長寿命となる。

＜実施形態３＞
実施形態３は、一体構造の給電チップ２０と、給電チップ２０の根元部側において、給電チップ２０と離間して配置される根元部材１８と、給電チップ２０と根元部材１８との間を接続するスペーサ１９とを備えるスペーサ付チップユニット２７について説明する。スペーサ付チップユニット２７は、スペーサ１９を交換することにより、根元部材１８の後端から給電チップ２０の先端までの全体の長さを調節可能である。

図７に示すスペーサ付チップユニットは３つの部品から構成されている。根元部材１８、スペーサ１９、及び、通電部をもつ給電チップ２０である。根元部材１８、スペーサ１９、及び、給電チップ２０は、それぞれ独立した略円筒状の部材である。根元部材１８およびスペーサ１９の先端側は、外径が細く形成される。スペーサ１９および給電チップ２０の後端側は、それぞれ隣接する根元部材１８およびスペーサ１９の先端側の先細部分を収容可能なように内径が大きく形成される。根元部材１８、スペーサ１９、及び、給電チップ２０は、先端側の先細部分と後端側の拡径部分とを嵌合して接続される。それぞれの嵌合部分は、螺合可能なネジ状としてもよい。嵌合部分をネジ状としない場合には、実施形態１のチップカバー２のようなカバー体により全体を保持してもよいし、図示しない係止部材により、それぞれを係止してもよい。根元部材１８の後端側は、図示しない溶接トーチに接続される。

給電チップ２０は、実施形態１及び実施形態２と同様に、酸化物分散銅（アルミナ分散銅）により形成される。一方、根元部材１８およびスペーサ１９の少なくとも一方は、純銅またはクロム銅合金により形成されることが好ましい。根元部材１８およびスペーサ１９を安価な純銅またはクロム銅合金で作製することにより、各種チップの量産を容易にし、製造コストの低下を可能とすることができる。

また、根元部材１８、スペーサ１９、及び、給電チップ２０は、溶接ワイヤ１２を挿通するためのワイヤ挿通孔２５を有しているが、その孔径は異なる。給電チップ２０は、先端部の端部から５ｍｍまでの範囲の少なくとも一部において、ワイヤ挿通孔２５の径が他の箇所よりも小さく、溶接ワイヤ１２と接触しやすい通電部２６を有する。通電部２６の径２４は使用する溶接ワイヤ１２の径より０．０１～０．０５ｍｍ程度大きいことが好ましい。このような径であると、ワイヤ挿通孔９の内面と溶接ワイヤ１２とが接触しやすく、当該接触箇所が通電部となる。一方、給電チップ２０の通電部２６以外の領域、例えば、給電チップ２０の後端側におけるワイヤ挿通孔２５の径２５ｃ、根元部材１８のワイヤ挿通孔２５の径２５ａ、及び、スペーサ１９のワイヤ挿通孔２５の径２５ｂは使用する溶接ワイヤ１２の径より０．６ｍｍ以上大きいことが好ましい。このような径とすることで、ワイヤ挿通孔９の内面と溶接ワイヤ１２との接触を避け、先端部１０以外での通電を抑制することができる。これにより、給電チップ１から溶接ワイヤ１２への給電点が安定し、溶接電流の変動が小さくなる。よって、アークが安定し、溶接欠陥や溶接品質のバラツキを引起しにくくなる。なお、上記の実施形態２で述べた一体型給電チップ４０においても、先端部５の先端から５ｍｍまでの範囲の少なくとも一部を溶接ワイヤ１２の径より０．０１～０．０５ｍｍ程度大きくし、先端部５の先端から５ｍｍを超える範囲において、溶接ワイヤ１２の径より０．６ｍｍ以上大きしてもよい。

根元部材１８、スペーサ１９、及び、給電チップ２０を接続した際の、根元部材１８の後端から給電チップ２０の先端までの全体の長さは、３０～５０ｍｍであることが好ましい。すなわち、根元部材１８の表面長さ２１、スペーサ１９の表面長さ２２、給電チップ２０の表面長さ２３を足した値が３０～５０ｍｍとなる。特に、給電チップ２０の表面長さ２３は、１０～１７ｍｍであることが好ましい。国内で市販される給電チップは、全長が３０ｍｍ、４０ｍｍ、４１ｍｍ、および４５ｍｍであるものが多い。根元部材１８を一定の形状とし、スペーサ１９を利用することで、摩耗の激しい給電チップ２０を縮小化でき、比較的高価な酸化物分散銅の使用量を必要最小限に低減し、各種給電チップに取り付けることで、製造コストの低減を可能とすることができる。

本発明の実施例として、半割れ型給電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、従来のクロム銅からなる一体型円筒状給電チップをトーチに取付けて鋼材をアーク溶接した場合と、本発明のアルミナ分散銅製の半割れ型給電チップユニットをノズル先端部に固着し、マグ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２９５Ａ～３３０Ａ、アーク電圧３０Ｖ～３１．５Ｖ、溶接速度６００ｍｍ／分、ワイヤ突出し長さ１６～１７ｍｍ、シールドガス流量１５Ｌ／分のとした。いずれも、アークタイムで２時間溶接した後は、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。

給電チップの溝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８に示す。図中に示す曲線は溝の断面形状を示す。この曲線より平坦部と溝底部の高さを比較して、溝深さを測定した。この溝深さを溶接前（４６６μｍ）と１２時間溶接後（４７１μｍ）とを比較して、給電チップの摩耗量とした。この図８の場合は次式より計算した。
４７１－４６６＝５μｍ
この実験結果より本発明の給電チップの摩耗量は、片側のチップで５μｍであった。もう片側の給電チップの摩耗量も図９に示ように５μｍであった。両者を合わせて１０μｍの摩耗量であった。４時間溶接で比較すると、従来の一体型給電チップでは摩耗量が約５４０μｍであったが、本発明の給電チップの摩耗量は１０μｍであった。実に、５４分の１の摩耗量で、改善効果が非常に大きい。

チップユニット４の外表面におけるグラファイト処理層１７の効果について検証した。図１０に、チップカバー２、にグラファイト処理層１７設けたチップユニット４の外観を示す。グラファイト処理は、グラファイトを含む処理液を用いてスプレーで塗布し、その後、電気炉内において、２７０℃で３時間加熱して焼付けることにより行った。グラファイト処理層１７は、図１０に示すように、外観が黒色となる。
図１１－（ａ）は、グラファイト塗布前のチップユニット４である。このチップユニット４のチップカバー２及びチップベース３に、上記と同様の方法でグラファイト処理層１７を設けた。チップユニット４は図１１－（ｂ）に示すように、螺合部を除く全体に黒色のグラファイト処理層１７を有する。このチップユニット４を用いて、８時間の溶接を行った後のチップユニット４の外観を図１１－（ｃ）に示す。図１１－（ｃ）から明らかなように、グラファイト処理層１７を設けたチップユニット４は、８時間溶接後も、スパッタの付着がわずかで、この後も長時間使用できる状態にある。

現在、ガスシールドアーク溶接機は、日本国内だけでも２０万台以上利用されている。その内、溶接ロボットは１５万台以上あり、１つ１つの溶接ロボットで１つの給電チップが必要である。その寿命が本発明で改善できるので、産業上で利用する効果は非常に大きい。

１ 半割れ型給電チップ
２ チップカバー
３ チップベース
４ チップユニット
４０ 一体型給電チップ
５ 一体型給電チップの先端部
６ 一体型給電チップの根元部
７ 一体型給電チップのネジ部
８ 半割れ型給電チップの根元部
９ ワイヤ挿通孔
１０ 半割れ型給電チップの先端部
１１ グラファイト処理層
１２ 溶接ワイヤ
１３ チップ押し付け用バネ
１４ チップ受け台
１５ 被覆層（純銅）
１６ 基材（アルミナ分散銅）
１７ グラファイト処理（黒色部）
１８ スペーサ付チップユニットの根元部材
１９ スペーサ付チップユニットのスペーサ
２０ スペーサ付チップユニットの給電チップ
２１ スペーサ付チップユニットの根元部材表面長さ
２２ スペーサ付チップユニットのスペーサ表面長さ
２３ スペーサ付チップユニットの給電チップ表面長さ
２４ スペーサ付チップユニットのチップ通電部穴径
２５ ワイヤ挿通孔
２５ａ 根元部材のワイヤ挿通孔径
２５ｂ スペーサのワイヤ挿通孔径
２５ｃ 給電チップのワイヤ挿通孔径
２６ スペーサ付チップユニットの通電部
２７ スペーサ付チップユニット

Claims (9)

1. ワイヤを挿通するワイヤ挿通孔を有する円筒状の給電チップであって、
   酸化物分散銅からなり、
   前記ワイヤ挿通孔は、前記先端部の先端から５ｍｍまでの範囲において、その内面にグラファイトが塗布、焼付されてなるグラファイト処理層を備えることを特徴とする給電チップ。
2. 前記酸化物分散銅はアルミナ分散銅であり、
   前記アルミナ分散銅は、アルミナ（Ａｌ_２Ｏ_３）の含有量が０．１～０．７重量％である請求項１に記載の給電チップ。
3. 表面に純銅よりなる被覆層を有し、
   前記被覆層の厚さが２０～２００μｍである請求項１又は２に記載の給電チップ。
4. 前記ワイヤ挿通孔は、前記給電チップの中心軸に沿って、前記ワイヤの送り方向先端側の先端部から、他方の根元部の方向に向かって孔径が漸次拡大するテーパを備える請求項１～３のいずれか１項に記載の給電チップ。
5. 請求項１～４のいずれか１項に記載の給電チップを備え、
   前記給電チップは一対の半円筒状チップ分割体を組み合わせてなる半割れ型給電チップであり、
   さらに、前記給電チップを覆うチップカバーと、
   前記給電チップの前記根元部側において、前記チップカバーと螺合され、前記給電チップと外部電源とを接続し、ワイヤ挿通孔を有するチップベースと、
   を備え、
   前記チップカバー及び前記チップベースは、その外表面にグラファイトが塗布、焼付されてなるグラファイト処理層を備えることを特徴とするチップユニット。
6. 請求項１～４のいずれか１項に記載の給電チップを備え、
   前記給電チップは円筒状の一体型給電チップであり、
   前記給電チップの前記根元部側において、前記給電チップと離間して配置されワイヤ挿通孔を有する根元部材と、
   前記給電チップと前記根元部材との間を接続しワイヤ挿通孔を有するスペーサとを備え、
   前記スペーサを交換することにより、前記根元部材の後端から前記給電チップの先端までの長さを調節可能であるスペーサ付チップユニット。
7. 前記給電チップの前記ワイヤ挿通孔は、前記先端部の先端から５ｍｍまでの範囲において、前記ワイヤ挿通孔に挿通される前記ワイヤの径よりも０．０１～０．０５ｍｍ大きい孔径を有し、前記先端部の先端から５ｍｍを超える範囲において、前記ワイヤの径よりも０．６ｍｍ以上大きい孔径を有する請求項６に記載のスペーサ付チップユニット。
8. 前記根元部材の後端から前記給電チップの先端までの長さが３０～５０ｍｍである請求項６又は７に記載のスペーサ付チップユニット。
9. 前記根元部材及び前記スペーサの少なくとも一方は、純銅又はクロム銅合金よりなる請求項６～８のいずれか１項に記載のスペーサ付チップユニット。

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