JP3587550B2 - アーク溶接用コンタクトチップ及びその製造方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【産業上の利用分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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９（Ａ）に示されるごとく、チップ本体部１´と中子部２´とでコンタクトチップ３´を構成して、軸芯部に電極ワイヤ送給用の貫通孔１０１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１０２とを設けたチップ本体部１´を、比較的軟質の銅あるいは銅合金により形成し、このチップ本体部１´の他端部に軸方向の凹部１０６を形成している。さらに中子部２´は軸芯部に貫通孔２０１を有し、耐熱および耐摩耗性に優れた硬質の導電性金属により形成されていて、この中子部２´をチップ本体部１´の凹部１０６に遊入し、この後、チップ本体部１´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２´が凹部１０６に圧接されている。
【０００４】
さらに、従来、図９（Ｂ）および図９（Ｃ）に示される構造のものが提案されている。すなわち、図９（Ｂ）に示されるごとく硬質材よりなる中子部２´の外部に円周溝２０２を設けたり、図９（Ｃ）に示されるごとく、中子部２´に段部２０３を設けて、コンタクトチップ３´としてのスエージング加工を施したときに、上記円周溝２０２または段部２０３と、軟質材よりなるチップ本体部１´とを係合させて係止させている。
【０００５】
なお、図９（Ａ）乃至図９（Ｃ）に示されるコンタクトチップ３´としてのスエージング加工時には、図９（Ｄ）に示されるごとく、中子部２´に比較的内径の大きい貫通孔２０１を設け、この中子部２´をチップ本体部１´の凹部１０６に遊入した状態で、中子部２´およびチップ本体部１´の夫々の貫通孔２０１，１０１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５０を挿通し、チップ本体部１´の外部から半径方向にスエージングダイス５１乃至５４を押圧して、スエージング加工が行なわれている。
【０００６】
さらにまた、従来、電極ワイヤの通孔を有する耐磨耗性部材が、チップ本体部の先端部に、焼きばめ、接着又はロー付により装着されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９に示されるごとく、チップ本体部１´の凹部１０６と中子部２´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１´→中子部２´→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１´と中子部２´との係止部に着目すれば、硬質の中子部２´の熱膨張率に対して、チップ本体部１´の熱膨脹率が大であるため、すなわち、中子部２´を包持するチップ本体部１´の熱膨張率が大きいため、上記のごとく給電部が高温になれば、図９（Ａ）に示されるものにおいては、チップ本体部１´と中子部２´との係止部の係止状態がルーズになる。
【０００８】
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情であって、特に溶接終了時には上記のごとくチップ本体部１´と中子部２´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９（Ａ）に示されるコンタクトチップ３´においては、チップ本体部１´と中止部２´との係止部のルーズ化が助長される。これにより、中子部２´がチップ本体部１´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２´とチップ本体部１´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２´とチップ本体部１´とのずれ量が大となり、チップ本体部１´から中子部２´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なかった。 勿論、溶接作業を繰返すことにより、チップ本体部１´と中止部２´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２´がチップ本体部１´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３´を取り替えているため、結果としてコンタクトチップ３´が高価なものとなっていた。
【０００９】
また、電極ワイヤの通孔を有する耐磨耗性部材が、チップ本体部の先端部に、焼きばめ、接着又はロー付により装着されたコンタクトチップにおいても、前記したごとく、コンタクトチップの先端部が高温となって、耐磨耗性部材とチップ本体部との熱膨張係数が異なることと相俟って、前記したごとく耐磨耗性部材とチップ本体部との装着部に衝撃力が作用するため、耐磨耗性部材の装着状態が解除されて、耐磨耗性部材がチップ本体部から離脱し、溶接作業が不能の状態となり、頻繁にコンタクトチップを取り替えているため、結果としてコンタクトチップが高価なものとなっていた。
【００１０】
さらにまた、図９（Ｂ）および図９（Ｃ）に示されるものにおいては、加工しにくい硬質の中子部２´に、上記のごとくの円周溝２０２や段部２０３の加工を施す作業に手間取るため、結果としてコンタクトチップが高価なものとなっていた。
【００１１】
他方、図９（Ｄ）に示されるスエージング加工の主とした目的は、中子部２´の貫通孔２０１を硬線５０になじませることにある。
ところで、スエージングダイス５１乃至５４により軟質のチップ本体部１´を介して、硬質の中子部２´を押圧するため、中子部２´の貫通孔２０１が硬線５０になじむ前に軟質のチップ本体部１´が変形、すなわちチップ本体部１´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１´の材質、硬質である中子部２´の材質および所望とするコンタクトチップ３´の形状により、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３´が高価となるという問題がある。
【００１２】
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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
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、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を、コンタクトチップの長軸と直交する方向に摩擦溶接したことである。
第２の発明は、第１の発明において、チップ本体部材および先端部材が、夫々断面非円形の外形部を有してなることを特徴としている。
第３の発明は、第１又は第２の発明において、先端部材がクローム銅又はクローム銅合金により形成されたことを特徴としている。
第４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の製造方法に適用される。その特徴とするところは、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を相対向する一対のチャツクにより支持し、該チャツクに支持されたチップ本体部材および先端部材の夫々の端部を押圧させつつ、該チップ本体部材および先端部材を相対的に回転させて、コンタクトチップの長軸と直交する方向に摩擦溶接することである。
第５の発明は、第４の発明において、チップ本体部材および先端部材が、夫々断面非円形の外形部を有してなることを特徴としている。
第６の発明は、第４又は第５の発明において、摩擦溶接時において、チップ本体部材および先端部材の相対的回転が停止時に、停止前よりも大きい押圧力でチップ本体部材および先端部材を相対的に押圧することを特徴としている。
第７の発明は、第５又は第６の発明において、チップ本体部材および先端部材を支持する一対のチャツクのうち、少なくとも一方のチャツクは、該チャツクの爪に対してチップ本体部材又は先端部材を長軸方向に移動自在に支持することを特徴としている。
第８の発明は、第４乃至７の発明において、先端部材がクローム銅又はクローム銅合金により形成されたことを特徴としている。
第９の発明は、第４乃至８の発明において、チップ本体部材の摩擦溶接される端部に、軸方向のへこみ部が形成されることを特徴としている。
第１０の発明は、第４乃至９の発明において、先端部材の摩擦溶接される端部に、軸方向のへこみ部が形成されることを特徴としている。
第１１の発明は、第４乃至１０の発明において、先端部材が、摩擦溶接をする前に鍛造法により加工されることを特徴としている。
第１２の発明は、第４乃至１０の発明において、チップ本体部材が、摩擦溶接をする前に鍛造法または切削法により加工されることを特徴としている。
第１３の発明は、第４乃至１１の発明において、先端部材が、摩擦溶接をする前に鍛造法により加工され、かつ、チップ本体部材が、摩擦溶接を行なった後に、鍛造法又は切削法により加工されることを特徴としている。
第１４の発明は、第４乃至１３の発明において、摩擦溶接後、チップ本体部材の端部側から電極通孔の摩擦溶接部に至るドリル加工を行なうことを特徴としている。
第１５の発明は、第４乃至１０の発明において、摩擦溶接後、先端部材およびチップ本体部材の加工を行なうことを特徴としている。
【００１４】
【作用】
本発明に係るアーク溶接用コンタクトチップおよびその製造方法においては、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。
このため、チップ本体部材と先端部材とが摩擦溶接により、確実に一体的に固着されるとともに、本コンタクトチップを使用してアーク溶接作業を行なうときに先端部材が高温状態となっても、チップ本体部材と先端部材との固着状態が変化することはなく、従ってアーク溶接作業の開始後から終了時まで一定の状態で電極ワイヤに給電を行なうことができる。勿論、低廉な設備である摩擦溶接装置によりアーク溶接用コンタクトチップが製作されるが、チップ本体および先端部材の摩擦溶接される断面積が小さいことと相俟って、摩擦溶接装置の機械的に位置決めされた相対向するチャックにより支持されたチップ本体部材と先端部材とを摩擦溶接するため、チップ本体部材と先端部材とが同軸に一体的に固着される。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。図１において、１は軟質の導電性金属により形成されるチップ本体部材で、例えばこのチップ本体部材１は、転造あるいは、いわゆるスエージング加工を含む鍛造により、貫通孔１０１，取付用ネジ部１０２，スパナ掛け用平行部１０３，先端テーパ部１０４，貫通孔１０１に電極ワイヤを案内するためのテーパ孔１０５およびチップ本体部材１の先端部の軸方向のへこみ部４が夫々適宜に形成されている。２はチップ本体部材１よりも硬質の銅合金により形成され、貫通孔２０１が形成された耐磨耗性を有する良導電性の先端部材で、例えば、この先端部材２は柱状材、あるいは管状材の貫通孔内に、所望の外径，例えば使用する電極ワイヤ径よりも０．１ｍｍ乃至０．３ｍｍ程度大きい外径をした硬線を挿通し、この先端部材２の外部より、いわゆるスエージング加工を施して、先端部材２の貫通孔２０１を硬線になじませた後、先端部材２が所望の長さに切断されている。図１（Ａ）に示される、チップ本体部材１および先端部材２は、夫々の端部が押圧されつつ相対的に回転されて、電極ワイヤの送給方向、すなわち後述するコンタクトチップ３の長軸方向と直交する方向に摩擦溶接されて、図１（Ｂ）に示されるごとく一体的に融接される。
【００１６】
例えば、図４において、摩擦溶接装置１０の主軸台１１には、主軸１２が図示しない適宜の軸受により、回転自在に支持されていて、この主軸１２が、油圧あるいは圧縮空気などの流体圧回転機あるいは電動機などの回転駆動機１４により、ベルトやチェーンなどの回転伝達部材１３を介して回転される。１５は主軸１２に一体的に取付けられた、回転自在な第１のチャックである。１６はガイド部材１７により直線的に移動自在に支持された移動台で、この移動台１６は適宜の駆動機構１８により第１のチャック１５に対して、接近および離間するように動かされる。例えば、固定台１９に対して回転自在に支持された回転軸２０が、前記と同様の回転駆動機２２により回転伝達部材２１を介して回転される。回転軸２０にはボールネジ２３が形成されていて、このボールネジ２３が、移動台１６に固定されたボールナット２４と係合されている。上記１９乃至２４により、移動台１６用の上記駆動機構１８が構成されている。２５は移動台１６に取付けられた第２のチャックで、第１および第２のチャック１５，２５の爪１５１，１５２，…２５１，２５２，…は、いわゆる工作機械のチャックと同様に半径方向に拡縮自在である。
【００１７】
上記摩擦溶接装置１０の第１および第２のチャック１５，２５に、前記したチップ本体部材１および先端部材２を夫々相対的に対向させて固定し、第１のチャック１５に把持された、例えばチップ本体部材１を回転駆動機１４により回転させるとともに、駆動機構１８により移動台１６を主軸台１１側に移動させて、第２のチャック２５に把持された先端部材２をチップ本体部材１に押圧し、所定時間後、あるいは移動台１６の所定量移動後、移動台１６を主軸台１１から離間させて摩擦溶接を完了する。なお、ガイド部材１７により直線的に移動自在に支持された移動台１６の駆動機構１８としては、周知の機構、例えば油圧や圧縮空気により往復動される、いわゆる流体圧シリンダーのシリンダーロットおよびシリンダーと、固定台１９および移動台１６とを相対的に支持したり、あるいは、いわゆるラック−ピニオン機構のラックおよびピニオンと、固定台１９および移動台１６とを相対的に支持したりすることができる。上記摩擦溶接により、図１（Ｂ）に示すごとく、チップ本体部材１と先端部材２とが溶接されてアーク溶接用コンタクトチップ３が形成される。
【００１８】
なお、摩擦回転によりチップ本体部材１と先端部材２との当接面が軟化するが、摩擦溶接の形態としては、チップ本体部材１と先端部材２とを押圧しつつ、チップ本体部材１と先端部材２とを相対的に回転させるが、第１のチャック１５を所定時間回転させた後に、あるいは移動台１６が所定量移動したことを適宜の検出手段で検出した場合に、回転駆動機１４を停止させ、この後、移動台１６が第１のチャック１５から離間するように制御したり、あるいはまた、回転駆動機１４の回転停止後におけるチップ本体部材１と先端部材２との押圧力が、回転停止前の押圧力よりも大となるように移動台１６の位置を制御したりすることができる。
【００１９】
ところで、アーク溶接に用いられる消耗性電極ワイヤの直径は、例えば０．４〜２．０ｍｍ位であって、適用する電極ワイヤの直径によって先端部材２の外径は幾分バラツクが、この先端部材２の外径は、概略値としては４〜８ｍｍ位のものが適宜に選定される。例えば、電極ワイヤの直径が１．０又は１．２ｍｍのときには、先端部材２の外径は５〜６ｍｍ位のものが好適である。
【００２０】
上記摩擦溶接における、チップ本体部材１および先端部材２の夫々の材質の組合せを表１に示す。なお表１に示される銅としては、無酸素銅、タフピッチ銅およびリン脱酸銅を総称している。
【００２１】
【表１】
【００２２】
上記摩擦溶接においては、主軸１２の回転数および移動台１６の押圧力によって異なるが、前記したごとく、先端部材２の外径は高々８ｍｍ程度であるため、表１における組合せ番号▲１▼乃至▲６▼のものは実質的に３乃至５秒で摩擦溶接を行なうことができた。
【００２３】
ところで、摩擦溶接装置は、例えば図４に示されるごとく、第１のチャック１５を回転駆動させる機構と、第１のチャック１５に対向して移動台１６に支持された第２のチャック２５を直線的に移動させる駆動機構１８とにより構成された簡単な構造であるため、他の溶接装置に比べて設備費が安価となる。
【００２４】
例えば、、電子ビーム溶接装置であれば、電子ビーム発生装置，電子ビームを制御するための各種の集束コイル機構、真空室および各種の電気的・機械的制御装置などが必要であるため、設備費が極めて高価となる。
【００２５】
またレーザー溶接装置であれば、レーザ用の電源機、レーザ発振器、レーザ共振器、各種の光学伝送装置およびレーザトーチなどが必要であるため、電子ビーム溶接装置と同様に、設備費が極めて高価となる。
【００２６】
さらに、アーク溶接装置を適用する場合、本発明の対象とするコンタクトチップの材質は非鉄金属であって、しかも断面が小径であるため、いわゆるＴＩＧアーク溶接装置が該当する。この場合、ＴＩＧ溶接電源機、ＴＩＧ溶接トーチおよび給電用・アース用のケーブル類などが必要であるため、摩擦溶接装置よりも高価である。しかも消耗品としてのＴＩＧ溶接用のシールドガスおよびＴＩＧ溶接電極の夫々の状況を監視しつつ適宜に補充する必要があり、ＴＩＧアーク溶接装置で溶接するものとすれば、コンタクトチップの製作費が、結果的には摩擦溶接のときよりも割高となる。
【００２７】
さらに電気抵抗溶接装置であれば、装置が高価となるばかりではなく、重くてカサ高い電気抵抗溶接電源機が作業の邪魔であり、しかも高圧受電設備を必要とする。このため、電気抵抗溶接装置で溶接するものとすれば、コンタクトチップの製作費が、結果的には摩擦溶接のときよりも割高となる。
【００２８】
以上のごとく、本発明に係るアーク溶接用コンタクトチップおよびその製造方法においては、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。このため、チップ本体部材と先端部材とが摩擦溶接により、確実に一体的に固着される。
【００２９】
さらに、摩擦溶接装置の機械的に位置決めされて、相対向するチャックにより支持したチップ本体部材と先端部材とを摩擦溶接するため、チップ本体部材と先端部材とが同軸に一体的に固着される。
【００３０】
勿論、本発明に係るアーク溶接用コンタクトチップを使用してアーク溶接作業を行なうときには、先端部材が高温状態となっても、チップ本体部材と先端部材との固着状態が変化することはないため、アーク溶接作業の開始時から終了時まで、一定の状態で電極ワイヤに給電を行なうことができる。従って均一な溶接結果が得られる。
【００３１】
しかも、本発明に係るアーク溶接用コンタクトチップにおいては、チップ本体部材および先端部材の摩擦溶接される断面積が小さいため、チップ本体部材と先端部材との摩擦溶接作業が極めて短時間で、即ち迅速に遂行される。さらに、上記したごとく、摩擦溶接装置は、他の溶接装置よりも低廉な設備であるため、アーク溶接用コンタクトチップを安価に製作することができる。
【００３２】
また、先端部材が硬質の銅合金により形成され、かつチップ本体部材が先端部材よりも軟質の導電性金属により形成されていて、電極ワイヤに接触しつつ給電する先端部材は硬質の銅合金であるため、先端部材の摩耗が少なく、経年的にアーク溶接用コンタクトチップを使用することができ、かつ先端部は電極ワイヤの通孔を有する柱状に形成するだけでよいため、硬質の銅合金であっても、比較的容易に先端部材を製作することができると共に、溶接トーチに取付けるためのネジ部やスパナ掛け部など、従来必要としている加工を行なうのは、先端部材よりも軟質で、しかも安価な導電性金属よりなるチップ本体部材であるため、チップ本体部材を容易に、かつ安価に製作でき、このため、全体としてアーク溶接用コンタクトチップを迅速かつ安価に製作することができる。
【００３３】
さらに、先端部材がクローム銅またはクローム銅合金により形成されていれば、電極ワイヤに対するアーク溶接電流の給電が効率よく行なわれるとともに、耐磨耗性がよいため、経年的にアーク溶接用コンタクトチップを使用することができる。
【００３４】
ところで、摩擦溶接においては、２個の被溶接物を押圧しつつ相対的に回転させるが、回転軸芯に対して半径が大となるほど、回転速度が大きくなって溶融の程度が大となる。しかるに、チップ本体部材および先端部材のいずれか一方あるいは両方の、摩擦溶接される端部に、軸方向のへこみ部が形成されていれば、摩擦溶接時には、相対的に回転させる、チップ本体部材および先端部材の回転軸芯部における当接部分がなくなった状態となる。すなわち、回転速度が極めて小さい回転軸芯部近傍には、当接する部分がないため、言い換えれば、溶融しにくい部分がないため、チップ本体部材および先端部材の摩擦溶接が良好に行なわれる。さらに、摩擦溶接時には、電極ワイヤの通孔側の軟化部分が、軸方向のへこみ部にすえ込まれた状態となって、電極ワイヤの通孔への摩擦溶接による、いわゆるバリの発生が可及的に減少する。このため、摩擦溶接後の加工を行なわなくとも、電極ワイヤの送給に支障のないコンタクトチップを製作できることが考えられる。勿論、上記軸方向のへこみ部は、加工が容易な軟質材よりなるチップ本体部材に設けるとよい。
【００３５】
なお、上記軸方向のへこみ部をチップ本体部材と先端部材との両方に設ければ、軟化部分のすえ込み量を増加することができ、従って、溶融量の多い、より強固な摩擦溶接を行なうことができる。
【００３６】
勿論、軸方向のへこみ部の形状は自在に選定することができるが、例えば、図２に示されるごとく、段状の軸方向のへこみ部４やテーパー状の軸方向のへこみ部４を、チップ本体部材１および先端部材２の夫々の端部に設けたり、あるいはチップ本体部材１または先端部材２の端部に設けることができる。
【００３７】
さらにまた、先端部材が、摩擦溶接をする前に、鍛造法により加工されるものとすれば、先端部材の軸芯部に挿通した硬線に、先端部材の貫通穴がなじむように鍛造、すなわちスエージング加工する場合に、硬質材よりなる先端部材を直接ダイスにより押圧することができるため、先端部材に、正確に硬線になじんだ通孔を形成することができ、しかも容易に製作することができる。このように先端部材の通孔は、正確に硬線になじんで加工硬化されるため、耐磨耗性が増大し、かつこの通孔の表面が滑らかとなるため、電極ワイヤとの接触摩擦抵抗が減少して、電極ワイヤの送給性が良好となる。
【００３８】
さらに、チップ本体部材が、摩擦溶接をする前に、鍛造法あるいは適宜の切削法により加工されるものとすれば、チップ本体部材の製作を容易に行なうことができる。勿論、チップ本体部材を鍛造法により加工するものとすれば、切削法による加工に比べて安価で、迅速かつ容易にチップ本体部材を製作することができる。
【００３９】
さらにまた、先端部材が、摩擦溶接をする前に、鍛造法により加工され、かつ、チップ本体部材が摩擦溶接を行なった後、鍛造法または切削法により加工されるものとすれば、チップ本体部材の加工時には、硬質材である先端部材をクランプしつつ、すなわち、先端部材を基準として、軟質材であるチップ本体部材を加工することができるため、チップ本体部材の加工を正確に行なうことができる。
【００４０】
なお、先端部材が摩擦溶接をする前に鍛造法により加工されている場合、チップ本体部材の電極ワイヤの通孔の加工が上記摩擦溶接の前後に行なわれるか否かを問わず、摩擦溶接後に、図３に示されるごとく、チップ本体部材の端部側から電極通孔の摩擦溶接部に至るドリル加工を行なえば、安定して電極ワイヤを送給することができる。
【００４１】
勿論、摩擦溶接を行なった後に、先端部材およびチップ本体部材の加工を行なう場合、夫々の部材を摩擦溶接するときに比べて加工が面倒となるが、先端部材のスエージング加工時には、硬質材である先端部材を直接ダイスにより押力することができるため、正確に硬線になじんだ通孔を先端部材に、確実にしかも容易に製作することができるとともに、硬質材である先端部材を基準として、軟質材料であるチップ本体部材が加工できるため、チップ本体部材と先端部材とよりなるコンタクトチップを正確に加工することができる。
【００４２】
なお、表１に示されるチップ本体部材１および先端部材２の夫々の材質の組合せにおいて、組合せ番号；▲１▼のものが経年的に使用でき、最も有効である。即ち、組合せ番号が▲６▼から▲１▼になるほど有効である。
【００４３】
さらに、図５に示されるごとく、チップ本体部材１および先端部材２の夫々が、断面非円形の外形部を有していれば、摩擦溶接時に、この断面非円形の外形部をチャック１５，２５により支持すれば、チャック１５，２５に対してチップ本体部材１および先端部材２が夫々回転方向に滑ることがないため、簡単かつ確実に摩擦溶接を行なうことができる。なお、断面非円形の形状としては、図５（Ａ）に示されるごとく、いわゆる楕円状あるいは小判状のものや、図５（Ｂ）に示されるごとく、３角乃至８角形状の、いわゆる多角形状、好ましくは６角乃至８角形状のものや、図５（Ｃ）に示されるごとく、円形断面に平行面を設けたものなどとすることができる。
【００４４】
図６は、摩擦溶接装置のチャック部相当の変形例を示す拡大図，図７は図６の側面図であって、第１および第２のチャック１５，２５の爪１５１，１５２，…２５１，２５２，…は、いわゆる工作機械のチャックと同様に半径方向に拡縮自在である。また、第２のチャック２５の軸芯部にはＸ方向の貫通孔が設けられていて、この貫通孔内に可動部材２６が移動自在に配設されている。この可動部材２６は、周知の直動機構２７によりＸ１ およびＸ２ 方向に直線的に移動される。例えば、油圧や圧縮空気などの、いわゆる流体圧シリンダーにより、あるいは、流体圧回転機又は電動機を用いた、いわゆるラック−ピニオン機構やボール−スクリュ機構などにより、直線的に駆動される。
【００４５】
図６および図７において、摩擦溶接時に長軸方向、即ちＸ１ 方向に関して固定とされる、例えば先端部材２が第１のチャック１５により半径方向に緩くあるいは強固に支持される。他方、チップ本体部材１は、第２のチャック２５によりＸ方向に可動となるように、半径方向に緩く支持される。この状態で、直動機構２７により可動部材２６を介して、チップ本体部材１および先端部材２の夫々の端部を押圧させつつ、第１および第２のチャック１５，２５を相対的に回転させて、例えば、第１のチャック１５を回転させて摩擦溶接が行なわれる。ところで、第１および第２のチャック１５，２５の夫々の爪１５１，１５２，…２５１，２５２，…に支持されるチップ本体部材１および先端部材２の外形は、夫々断面非円形であるため、チップ本体部材１および先端部材２は、夫々滑ることなく第１および第２のチャック１５，２５に支持されつつ、確実に相対的に回転される。
【００４６】
なお、摩擦溶接の形態についてはすでに説明したが、好ましくは、図６において、第１のチャック１５の回転停止後に、チップ本体部材１と先端部材２との押圧力が回転停止前の押圧力よりも大となるように直動機構２７を駆動させれば、良好な摩擦溶接結果を得ることができる。摩擦溶接後、直動機構２７により可動部材２６をＸ２ 方向に退避させるとともに、第１および第２のチャック１５，２５を半径方向に拡開させて、摩擦溶接されたコンタクトチップ３が取出される。
【００４７】
上記のごとく、直動機構２７により可動部材２６をＸ方向に移動させるものとすれば、被溶接物をＸ方向に移動させるための機構が簡単で、かつ移動対象とされる部品は、コンタクトチップを構成するうちの一方の部品１又は２と、可動部材２６との軽量部品であるため、直動機構２７の駆動力が小さくて済む。このため、摩擦溶接装置を極めて安価に製作でき、ひいてはコンタクトチップ３を安価に製作することができる。勿論、上記において、可動部材２６および直動機構２７は、摩擦溶接時において回転されないチャック側に設ければ、構造および組付けが簡単であるため有利である。
【００４８】
これにも拘わらず、可動部材２６および直動機構２７を、摩擦溶接時に回転されるチャック側に設けることができる。
【００４９】
さらに、可動部材２６とチャック２５の基部とを一体にすることができる。この場合、図４に示されると同様に、チャック２５がＸ方向に移動されることになる。
【００５０】
さらにまた、第１および第２のチャック１５，２５の爪は、夫々２個以上であればよく、例えば、図８（Ａ）乃至図８（Ｃ）に示されるごとく、楕円状あるい小判状のものや、多角形状のものや、円形断面に平行面を設けたものなどに近似して、半径方向に拡縮自在な２個の爪１５１，１５２，２５１，２５２とすることができる。
【００５１】
なお、例えば、図６に示されるごとく、チップ本体部材１の貫通孔１０１の直径が、適用するワイヤの直径よりも可及的に大きい場合、例えば、適用するワイヤの直径の２倍以上の場合には、ワイヤを案内するためのテーパ孔１０５を割愛することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明に係るアーク溶接用コンタクトチップおよびその製造方法は、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ため、チップ本体部材と先端部材とが摩擦溶接により、確実に一体的に固着され、しかも摩擦溶接装置の機械的に位置決めされて、相対向するチャックにより支持されたチップ本体部材と先端部材とが摩擦溶接されるため、チップ本体部材と先端部材とが同軸に一体的に固着され、かつチップ本体部材および先端部材の摩擦溶接される断面積が小さいため、チップ本体部材と先端部材との摩擦溶接作業が極めて短時間で、即ち迅速に遂行される。
【００５３】
さらに、チップ本体部材および先端部材の夫々が、断面非円形の外形部を有していれば、摩擦溶接時に、この断面非円形の外形部をチャックにより支持すれば、チャックに対してチップ本体部材および先端部材が夫々回転方向に滑ることがないため、簡単かつ確実に摩擦溶接を行なうことができる。
【００５４】
勿論、本発明に係るアーク溶接用コンタクトチップを使用してアーク溶接作業を行なうときには、先端部材が高温状態となっても、チップ本体部材と先端部材との固着状態が変化することはないため、アーク溶接作業の開始時から終了時まで、一定の状態で電極ワイヤに給電を行なうことができる。従って均一な溶接結果が得られる。
【００５５】
しかも、上記したごとく、摩擦溶接装置は、他の溶接装置よりも低廉な設備であることと相俟って、先端部材が硬質の銅合金により形成され、かつチップ本体部材が先端部材よりも軟質の導電性金属により形成されていれば、電極ワイヤに接触しつつ給電する先端部材が硬質の銅合金であるため、先端部材の摩耗が少なく、経年的にアーク溶接用コンタクトチップを使用することができ、かつ先端部は電極ワイヤの通孔を有する柱状に形成するだけでよいため、加工が困難な硬質の銅合金であっても、先端部材を比較的容易に製作することができると共に、溶接トーチに取付けるためのネジ部やスパナ掛け部など、従来必要としている加工を行なうのは、先端部材よりも軟質で、しかも安価な導電性金属よりなるチップ本体部材であるため、チップ本体部材を容易に、かつ安価に製作でき、したがって、全体としてアーク溶接用コンタクトチップを迅速かつ安価に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す一部断面正面図
【図２】本発明の他の実施例を示す一部断面正面図
【図３】本発明の更に他の実施例を示す断面図
【図４】本発明に好適な摩擦溶接装置を示す一部断面正面図
【図５】本発明の更に他の実施例の要部を示す断面図
【図６】本発明に好適な摩擦溶接装置のチャック部相当の変形例を示す縦断面拡大図
【図７】図６の側面図
【図８】図７の変形例を示す図
【図９】従来例を示す断面図
【符号の説明】
１ チップ本体部材
２ 先端部材
３ アーク溶接用コンタクトチップ
４ 軸方向のへこみ部
２６ 可動部材
２７ 直動機構
１０１ 消耗性電極ワイヤの通孔
２０１ 消耗性電極ワイヤの通孔
【産業上の利用分野】
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。
【０００２】
【従来の技術】
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９（Ａ）に示されるごとく、チップ本体部１´と中子部２´とでコンタクトチップ３´を構成して、軸芯部に電極ワイヤ送給用の貫通孔１０１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１０２とを設けたチップ本体部１´を、比較的軟質の銅あるいは銅合金により形成し、このチップ本体部１´の他端部に軸方向の凹部１０６を形成している。さらに中子部２´は軸芯部に貫通孔２０１を有し、耐熱および耐摩耗性に優れた硬質の導電性金属により形成されていて、この中子部２´をチップ本体部１´の凹部１０６に遊入し、この後、チップ本体部１´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２´が凹部１０６に圧接されている。
【０００４】
さらに、従来、図９（Ｂ）および図９（Ｃ）に示される構造のものが提案されている。すなわち、図９（Ｂ）に示されるごとく硬質材よりなる中子部２´の外部に円周溝２０２を設けたり、図９（Ｃ）に示されるごとく、中子部２´に段部２０３を設けて、コンタクトチップ３´としてのスエージング加工を施したときに、上記円周溝２０２または段部２０３と、軟質材よりなるチップ本体部１´とを係合させて係止させている。
【０００５】
なお、図９（Ａ）乃至図９（Ｃ）に示されるコンタクトチップ３´としてのスエージング加工時には、図９（Ｄ）に示されるごとく、中子部２´に比較的内径の大きい貫通孔２０１を設け、この中子部２´をチップ本体部１´の凹部１０６に遊入した状態で、中子部２´およびチップ本体部１´の夫々の貫通孔２０１，１０１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５０を挿通し、チップ本体部１´の外部から半径方向にスエージングダイス５１乃至５４を押圧して、スエージング加工が行なわれている。
【０００６】
さらにまた、従来、電極ワイヤの通孔を有する耐磨耗性部材が、チップ本体部の先端部に、焼きばめ、接着又はロー付により装着されていた。
【０００７】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、図９に示されるごとく、チップ本体部１´の凹部１０６と中子部２´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１´→中子部２´→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１´と中子部２´との係止部に着目すれば、硬質の中子部２´の熱膨張率に対して、チップ本体部１´の熱膨脹率が大であるため、すなわち、中子部２´を包持するチップ本体部１´の熱膨張率が大きいため、上記のごとく給電部が高温になれば、図９（Ａ）に示されるものにおいては、チップ本体部１´と中子部２´との係止部の係止状態がルーズになる。
【０００８】
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情であって、特に溶接終了時には上記のごとくチップ本体部１´と中子部２´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９（Ａ）に示されるコンタクトチップ３´においては、チップ本体部１´と中止部２´との係止部のルーズ化が助長される。これにより、中子部２´がチップ本体部１´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２´とチップ本体部１´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２´とチップ本体部１´とのずれ量が大となり、チップ本体部１´から中子部２´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なかった。 勿論、溶接作業を繰返すことにより、チップ本体部１´と中止部２´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２´がチップ本体部１´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３´を取り替えているため、結果としてコンタクトチップ３´が高価なものとなっていた。
【０００９】
また、電極ワイヤの通孔を有する耐磨耗性部材が、チップ本体部の先端部に、焼きばめ、接着又はロー付により装着されたコンタクトチップにおいても、前記したごとく、コンタクトチップの先端部が高温となって、耐磨耗性部材とチップ本体部との熱膨張係数が異なることと相俟って、前記したごとく耐磨耗性部材とチップ本体部との装着部に衝撃力が作用するため、耐磨耗性部材の装着状態が解除されて、耐磨耗性部材がチップ本体部から離脱し、溶接作業が不能の状態となり、頻繁にコンタクトチップを取り替えているため、結果としてコンタクトチップが高価なものとなっていた。
【００１０】
さらにまた、図９（Ｂ）および図９（Ｃ）に示されるものにおいては、加工しにくい硬質の中子部２´に、上記のごとくの円周溝２０２や段部２０３の加工を施す作業に手間取るため、結果としてコンタクトチップが高価なものとなっていた。
【００１１】
他方、図９（Ｄ）に示されるスエージング加工の主とした目的は、中子部２´の貫通孔２０１を硬線５０になじませることにある。
ところで、スエージングダイス５１乃至５４により軟質のチップ本体部１´を介して、硬質の中子部２´を押圧するため、中子部２´の貫通孔２０１が硬線５０になじむ前に軟質のチップ本体部１´が変形、すなわちチップ本体部１´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１´の材質、硬質である中子部２´の材質および所望とするコンタクトチップ３´の形状により、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３´が高価となるという問題がある。
【００１２】
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。
【００１３】
【課題を解決するための手段】
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、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を、コンタクトチップの長軸と直交する方向に摩擦溶接したことである。
第２の発明は、第１の発明において、チップ本体部材および先端部材が、夫々断面非円形の外形部を有してなることを特徴としている。
第３の発明は、第１又は第２の発明において、先端部材がクローム銅又はクローム銅合金により形成されたことを特徴としている。
第４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の製造方法に適用される。その特徴とするところは、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を相対向する一対のチャツクにより支持し、該チャツクに支持されたチップ本体部材および先端部材の夫々の端部を押圧させつつ、該チップ本体部材および先端部材を相対的に回転させて、コンタクトチップの長軸と直交する方向に摩擦溶接することである。
第５の発明は、第４の発明において、チップ本体部材および先端部材が、夫々断面非円形の外形部を有してなることを特徴としている。
第６の発明は、第４又は第５の発明において、摩擦溶接時において、チップ本体部材および先端部材の相対的回転が停止時に、停止前よりも大きい押圧力でチップ本体部材および先端部材を相対的に押圧することを特徴としている。
第７の発明は、第５又は第６の発明において、チップ本体部材および先端部材を支持する一対のチャツクのうち、少なくとも一方のチャツクは、該チャツクの爪に対してチップ本体部材又は先端部材を長軸方向に移動自在に支持することを特徴としている。
第８の発明は、第４乃至７の発明において、先端部材がクローム銅又はクローム銅合金により形成されたことを特徴としている。
第９の発明は、第４乃至８の発明において、チップ本体部材の摩擦溶接される端部に、軸方向のへこみ部が形成されることを特徴としている。
第１０の発明は、第４乃至９の発明において、先端部材の摩擦溶接される端部に、軸方向のへこみ部が形成されることを特徴としている。
第１１の発明は、第４乃至１０の発明において、先端部材が、摩擦溶接をする前に鍛造法により加工されることを特徴としている。
第１２の発明は、第４乃至１０の発明において、チップ本体部材が、摩擦溶接をする前に鍛造法または切削法により加工されることを特徴としている。
第１３の発明は、第４乃至１１の発明において、先端部材が、摩擦溶接をする前に鍛造法により加工され、かつ、チップ本体部材が、摩擦溶接を行なった後に、鍛造法又は切削法により加工されることを特徴としている。
第１４の発明は、第４乃至１３の発明において、摩擦溶接後、チップ本体部材の端部側から電極通孔の摩擦溶接部に至るドリル加工を行なうことを特徴としている。
第１５の発明は、第４乃至１０の発明において、摩擦溶接後、先端部材およびチップ本体部材の加工を行なうことを特徴としている。
【００１４】
【作用】
本発明に係るアーク溶接用コンタクトチップおよびその製造方法においては、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。
このため、チップ本体部材と先端部材とが摩擦溶接により、確実に一体的に固着されるとともに、本コンタクトチップを使用してアーク溶接作業を行なうときに先端部材が高温状態となっても、チップ本体部材と先端部材との固着状態が変化することはなく、従ってアーク溶接作業の開始後から終了時まで一定の状態で電極ワイヤに給電を行なうことができる。勿論、低廉な設備である摩擦溶接装置によりアーク溶接用コンタクトチップが製作されるが、チップ本体および先端部材の摩擦溶接される断面積が小さいことと相俟って、摩擦溶接装置の機械的に位置決めされた相対向するチャックにより支持されたチップ本体部材と先端部材とを摩擦溶接するため、チップ本体部材と先端部材とが同軸に一体的に固着される。
【００１５】
【実施例】
以下、本発明を図示の実施例により詳細に説明する。図１において、１は軟質の導電性金属により形成されるチップ本体部材で、例えばこのチップ本体部材１は、転造あるいは、いわゆるスエージング加工を含む鍛造により、貫通孔１０１，取付用ネジ部１０２，スパナ掛け用平行部１０３，先端テーパ部１０４，貫通孔１０１に電極ワイヤを案内するためのテーパ孔１０５およびチップ本体部材１の先端部の軸方向のへこみ部４が夫々適宜に形成されている。２はチップ本体部材１よりも硬質の銅合金により形成され、貫通孔２０１が形成された耐磨耗性を有する良導電性の先端部材で、例えば、この先端部材２は柱状材、あるいは管状材の貫通孔内に、所望の外径，例えば使用する電極ワイヤ径よりも０．１ｍｍ乃至０．３ｍｍ程度大きい外径をした硬線を挿通し、この先端部材２の外部より、いわゆるスエージング加工を施して、先端部材２の貫通孔２０１を硬線になじませた後、先端部材２が所望の長さに切断されている。図１（Ａ）に示される、チップ本体部材１および先端部材２は、夫々の端部が押圧されつつ相対的に回転されて、電極ワイヤの送給方向、すなわち後述するコンタクトチップ３の長軸方向と直交する方向に摩擦溶接されて、図１（Ｂ）に示されるごとく一体的に融接される。
【００１６】
例えば、図４において、摩擦溶接装置１０の主軸台１１には、主軸１２が図示しない適宜の軸受により、回転自在に支持されていて、この主軸１２が、油圧あるいは圧縮空気などの流体圧回転機あるいは電動機などの回転駆動機１４により、ベルトやチェーンなどの回転伝達部材１３を介して回転される。１５は主軸１２に一体的に取付けられた、回転自在な第１のチャックである。１６はガイド部材１７により直線的に移動自在に支持された移動台で、この移動台１６は適宜の駆動機構１８により第１のチャック１５に対して、接近および離間するように動かされる。例えば、固定台１９に対して回転自在に支持された回転軸２０が、前記と同様の回転駆動機２２により回転伝達部材２１を介して回転される。回転軸２０にはボールネジ２３が形成されていて、このボールネジ２３が、移動台１６に固定されたボールナット２４と係合されている。上記１９乃至２４により、移動台１６用の上記駆動機構１８が構成されている。２５は移動台１６に取付けられた第２のチャックで、第１および第２のチャック１５，２５の爪１５１，１５２，…２５１，２５２，…は、いわゆる工作機械のチャックと同様に半径方向に拡縮自在である。
【００１７】
上記摩擦溶接装置１０の第１および第２のチャック１５，２５に、前記したチップ本体部材１および先端部材２を夫々相対的に対向させて固定し、第１のチャック１５に把持された、例えばチップ本体部材１を回転駆動機１４により回転させるとともに、駆動機構１８により移動台１６を主軸台１１側に移動させて、第２のチャック２５に把持された先端部材２をチップ本体部材１に押圧し、所定時間後、あるいは移動台１６の所定量移動後、移動台１６を主軸台１１から離間させて摩擦溶接を完了する。なお、ガイド部材１７により直線的に移動自在に支持された移動台１６の駆動機構１８としては、周知の機構、例えば油圧や圧縮空気により往復動される、いわゆる流体圧シリンダーのシリンダーロットおよびシリンダーと、固定台１９および移動台１６とを相対的に支持したり、あるいは、いわゆるラック−ピニオン機構のラックおよびピニオンと、固定台１９および移動台１６とを相対的に支持したりすることができる。上記摩擦溶接により、図１（Ｂ）に示すごとく、チップ本体部材１と先端部材２とが溶接されてアーク溶接用コンタクトチップ３が形成される。
【００１８】
なお、摩擦回転によりチップ本体部材１と先端部材２との当接面が軟化するが、摩擦溶接の形態としては、チップ本体部材１と先端部材２とを押圧しつつ、チップ本体部材１と先端部材２とを相対的に回転させるが、第１のチャック１５を所定時間回転させた後に、あるいは移動台１６が所定量移動したことを適宜の検出手段で検出した場合に、回転駆動機１４を停止させ、この後、移動台１６が第１のチャック１５から離間するように制御したり、あるいはまた、回転駆動機１４の回転停止後におけるチップ本体部材１と先端部材２との押圧力が、回転停止前の押圧力よりも大となるように移動台１６の位置を制御したりすることができる。
【００１９】
ところで、アーク溶接に用いられる消耗性電極ワイヤの直径は、例えば０．４〜２．０ｍｍ位であって、適用する電極ワイヤの直径によって先端部材２の外径は幾分バラツクが、この先端部材２の外径は、概略値としては４〜８ｍｍ位のものが適宜に選定される。例えば、電極ワイヤの直径が１．０又は１．２ｍｍのときには、先端部材２の外径は５〜６ｍｍ位のものが好適である。
【００２０】
上記摩擦溶接における、チップ本体部材１および先端部材２の夫々の材質の組合せを表１に示す。なお表１に示される銅としては、無酸素銅、タフピッチ銅およびリン脱酸銅を総称している。
【００２１】
【表１】
上記摩擦溶接においては、主軸１２の回転数および移動台１６の押圧力によって異なるが、前記したごとく、先端部材２の外径は高々８ｍｍ程度であるため、表１における組合せ番号▲１▼乃至▲６▼のものは実質的に３乃至５秒で摩擦溶接を行なうことができた。
【００２３】
ところで、摩擦溶接装置は、例えば図４に示されるごとく、第１のチャック１５を回転駆動させる機構と、第１のチャック１５に対向して移動台１６に支持された第２のチャック２５を直線的に移動させる駆動機構１８とにより構成された簡単な構造であるため、他の溶接装置に比べて設備費が安価となる。
【００２４】
例えば、、電子ビーム溶接装置であれば、電子ビーム発生装置，電子ビームを制御するための各種の集束コイル機構、真空室および各種の電気的・機械的制御装置などが必要であるため、設備費が極めて高価となる。
【００２５】
またレーザー溶接装置であれば、レーザ用の電源機、レーザ発振器、レーザ共振器、各種の光学伝送装置およびレーザトーチなどが必要であるため、電子ビーム溶接装置と同様に、設備費が極めて高価となる。
【００２６】
さらに、アーク溶接装置を適用する場合、本発明の対象とするコンタクトチップの材質は非鉄金属であって、しかも断面が小径であるため、いわゆるＴＩＧアーク溶接装置が該当する。この場合、ＴＩＧ溶接電源機、ＴＩＧ溶接トーチおよび給電用・アース用のケーブル類などが必要であるため、摩擦溶接装置よりも高価である。しかも消耗品としてのＴＩＧ溶接用のシールドガスおよびＴＩＧ溶接電極の夫々の状況を監視しつつ適宜に補充する必要があり、ＴＩＧアーク溶接装置で溶接するものとすれば、コンタクトチップの製作費が、結果的には摩擦溶接のときよりも割高となる。
【００２７】
さらに電気抵抗溶接装置であれば、装置が高価となるばかりではなく、重くてカサ高い電気抵抗溶接電源機が作業の邪魔であり、しかも高圧受電設備を必要とする。このため、電気抵抗溶接装置で溶接するものとすれば、コンタクトチップの製作費が、結果的には摩擦溶接のときよりも割高となる。
【００２８】
以上のごとく、本発明に係るアーク溶接用コンタクトチップおよびその製造方法においては、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。このため、チップ本体部材と先端部材とが摩擦溶接により、確実に一体的に固着される。
【００２９】
さらに、摩擦溶接装置の機械的に位置決めされて、相対向するチャックにより支持したチップ本体部材と先端部材とを摩擦溶接するため、チップ本体部材と先端部材とが同軸に一体的に固着される。
【００３０】
勿論、本発明に係るアーク溶接用コンタクトチップを使用してアーク溶接作業を行なうときには、先端部材が高温状態となっても、チップ本体部材と先端部材との固着状態が変化することはないため、アーク溶接作業の開始時から終了時まで、一定の状態で電極ワイヤに給電を行なうことができる。従って均一な溶接結果が得られる。
【００３１】
しかも、本発明に係るアーク溶接用コンタクトチップにおいては、チップ本体部材および先端部材の摩擦溶接される断面積が小さいため、チップ本体部材と先端部材との摩擦溶接作業が極めて短時間で、即ち迅速に遂行される。さらに、上記したごとく、摩擦溶接装置は、他の溶接装置よりも低廉な設備であるため、アーク溶接用コンタクトチップを安価に製作することができる。
【００３２】
また、先端部材が硬質の銅合金により形成され、かつチップ本体部材が先端部材よりも軟質の導電性金属により形成されていて、電極ワイヤに接触しつつ給電する先端部材は硬質の銅合金であるため、先端部材の摩耗が少なく、経年的にアーク溶接用コンタクトチップを使用することができ、かつ先端部は電極ワイヤの通孔を有する柱状に形成するだけでよいため、硬質の銅合金であっても、比較的容易に先端部材を製作することができると共に、溶接トーチに取付けるためのネジ部やスパナ掛け部など、従来必要としている加工を行なうのは、先端部材よりも軟質で、しかも安価な導電性金属よりなるチップ本体部材であるため、チップ本体部材を容易に、かつ安価に製作でき、このため、全体としてアーク溶接用コンタクトチップを迅速かつ安価に製作することができる。
【００３３】
さらに、先端部材がクローム銅またはクローム銅合金により形成されていれば、電極ワイヤに対するアーク溶接電流の給電が効率よく行なわれるとともに、耐磨耗性がよいため、経年的にアーク溶接用コンタクトチップを使用することができる。
【００３４】
ところで、摩擦溶接においては、２個の被溶接物を押圧しつつ相対的に回転させるが、回転軸芯に対して半径が大となるほど、回転速度が大きくなって溶融の程度が大となる。しかるに、チップ本体部材および先端部材のいずれか一方あるいは両方の、摩擦溶接される端部に、軸方向のへこみ部が形成されていれば、摩擦溶接時には、相対的に回転させる、チップ本体部材および先端部材の回転軸芯部における当接部分がなくなった状態となる。すなわち、回転速度が極めて小さい回転軸芯部近傍には、当接する部分がないため、言い換えれば、溶融しにくい部分がないため、チップ本体部材および先端部材の摩擦溶接が良好に行なわれる。さらに、摩擦溶接時には、電極ワイヤの通孔側の軟化部分が、軸方向のへこみ部にすえ込まれた状態となって、電極ワイヤの通孔への摩擦溶接による、いわゆるバリの発生が可及的に減少する。このため、摩擦溶接後の加工を行なわなくとも、電極ワイヤの送給に支障のないコンタクトチップを製作できることが考えられる。勿論、上記軸方向のへこみ部は、加工が容易な軟質材よりなるチップ本体部材に設けるとよい。
【００３５】
なお、上記軸方向のへこみ部をチップ本体部材と先端部材との両方に設ければ、軟化部分のすえ込み量を増加することができ、従って、溶融量の多い、より強固な摩擦溶接を行なうことができる。
【００３６】
勿論、軸方向のへこみ部の形状は自在に選定することができるが、例えば、図２に示されるごとく、段状の軸方向のへこみ部４やテーパー状の軸方向のへこみ部４を、チップ本体部材１および先端部材２の夫々の端部に設けたり、あるいはチップ本体部材１または先端部材２の端部に設けることができる。
【００３７】
さらにまた、先端部材が、摩擦溶接をする前に、鍛造法により加工されるものとすれば、先端部材の軸芯部に挿通した硬線に、先端部材の貫通穴がなじむように鍛造、すなわちスエージング加工する場合に、硬質材よりなる先端部材を直接ダイスにより押圧することができるため、先端部材に、正確に硬線になじんだ通孔を形成することができ、しかも容易に製作することができる。このように先端部材の通孔は、正確に硬線になじんで加工硬化されるため、耐磨耗性が増大し、かつこの通孔の表面が滑らかとなるため、電極ワイヤとの接触摩擦抵抗が減少して、電極ワイヤの送給性が良好となる。
【００３８】
さらに、チップ本体部材が、摩擦溶接をする前に、鍛造法あるいは適宜の切削法により加工されるものとすれば、チップ本体部材の製作を容易に行なうことができる。勿論、チップ本体部材を鍛造法により加工するものとすれば、切削法による加工に比べて安価で、迅速かつ容易にチップ本体部材を製作することができる。
【００３９】
さらにまた、先端部材が、摩擦溶接をする前に、鍛造法により加工され、かつ、チップ本体部材が摩擦溶接を行なった後、鍛造法または切削法により加工されるものとすれば、チップ本体部材の加工時には、硬質材である先端部材をクランプしつつ、すなわち、先端部材を基準として、軟質材であるチップ本体部材を加工することができるため、チップ本体部材の加工を正確に行なうことができる。
【００４０】
なお、先端部材が摩擦溶接をする前に鍛造法により加工されている場合、チップ本体部材の電極ワイヤの通孔の加工が上記摩擦溶接の前後に行なわれるか否かを問わず、摩擦溶接後に、図３に示されるごとく、チップ本体部材の端部側から電極通孔の摩擦溶接部に至るドリル加工を行なえば、安定して電極ワイヤを送給することができる。
【００４１】
勿論、摩擦溶接を行なった後に、先端部材およびチップ本体部材の加工を行なう場合、夫々の部材を摩擦溶接するときに比べて加工が面倒となるが、先端部材のスエージング加工時には、硬質材である先端部材を直接ダイスにより押力することができるため、正確に硬線になじんだ通孔を先端部材に、確実にしかも容易に製作することができるとともに、硬質材である先端部材を基準として、軟質材料であるチップ本体部材が加工できるため、チップ本体部材と先端部材とよりなるコンタクトチップを正確に加工することができる。
【００４２】
なお、表１に示されるチップ本体部材１および先端部材２の夫々の材質の組合せにおいて、組合せ番号；▲１▼のものが経年的に使用でき、最も有効である。即ち、組合せ番号が▲６▼から▲１▼になるほど有効である。
【００４３】
さらに、図５に示されるごとく、チップ本体部材１および先端部材２の夫々が、断面非円形の外形部を有していれば、摩擦溶接時に、この断面非円形の外形部をチャック１５，２５により支持すれば、チャック１５，２５に対してチップ本体部材１および先端部材２が夫々回転方向に滑ることがないため、簡単かつ確実に摩擦溶接を行なうことができる。なお、断面非円形の形状としては、図５（Ａ）に示されるごとく、いわゆる楕円状あるいは小判状のものや、図５（Ｂ）に示されるごとく、３角乃至８角形状の、いわゆる多角形状、好ましくは６角乃至８角形状のものや、図５（Ｃ）に示されるごとく、円形断面に平行面を設けたものなどとすることができる。
【００４４】
図６は、摩擦溶接装置のチャック部相当の変形例を示す拡大図，図７は図６の側面図であって、第１および第２のチャック１５，２５の爪１５１，１５２，…２５１，２５２，…は、いわゆる工作機械のチャックと同様に半径方向に拡縮自在である。また、第２のチャック２５の軸芯部にはＸ方向の貫通孔が設けられていて、この貫通孔内に可動部材２６が移動自在に配設されている。この可動部材２６は、周知の直動機構２７によりＸ１ およびＸ２ 方向に直線的に移動される。例えば、油圧や圧縮空気などの、いわゆる流体圧シリンダーにより、あるいは、流体圧回転機又は電動機を用いた、いわゆるラック−ピニオン機構やボール−スクリュ機構などにより、直線的に駆動される。
【００４５】
図６および図７において、摩擦溶接時に長軸方向、即ちＸ１ 方向に関して固定とされる、例えば先端部材２が第１のチャック１５により半径方向に緩くあるいは強固に支持される。他方、チップ本体部材１は、第２のチャック２５によりＸ方向に可動となるように、半径方向に緩く支持される。この状態で、直動機構２７により可動部材２６を介して、チップ本体部材１および先端部材２の夫々の端部を押圧させつつ、第１および第２のチャック１５，２５を相対的に回転させて、例えば、第１のチャック１５を回転させて摩擦溶接が行なわれる。ところで、第１および第２のチャック１５，２５の夫々の爪１５１，１５２，…２５１，２５２，…に支持されるチップ本体部材１および先端部材２の外形は、夫々断面非円形であるため、チップ本体部材１および先端部材２は、夫々滑ることなく第１および第２のチャック１５，２５に支持されつつ、確実に相対的に回転される。
【００４６】
なお、摩擦溶接の形態についてはすでに説明したが、好ましくは、図６において、第１のチャック１５の回転停止後に、チップ本体部材１と先端部材２との押圧力が回転停止前の押圧力よりも大となるように直動機構２７を駆動させれば、良好な摩擦溶接結果を得ることができる。摩擦溶接後、直動機構２７により可動部材２６をＸ２ 方向に退避させるとともに、第１および第２のチャック１５，２５を半径方向に拡開させて、摩擦溶接されたコンタクトチップ３が取出される。
【００４７】
上記のごとく、直動機構２７により可動部材２６をＸ方向に移動させるものとすれば、被溶接物をＸ方向に移動させるための機構が簡単で、かつ移動対象とされる部品は、コンタクトチップを構成するうちの一方の部品１又は２と、可動部材２６との軽量部品であるため、直動機構２７の駆動力が小さくて済む。このため、摩擦溶接装置を極めて安価に製作でき、ひいてはコンタクトチップ３を安価に製作することができる。勿論、上記において、可動部材２６および直動機構２７は、摩擦溶接時において回転されないチャック側に設ければ、構造および組付けが簡単であるため有利である。
【００４８】
これにも拘わらず、可動部材２６および直動機構２７を、摩擦溶接時に回転されるチャック側に設けることができる。
【００４９】
さらに、可動部材２６とチャック２５の基部とを一体にすることができる。この場合、図４に示されると同様に、チャック２５がＸ方向に移動されることになる。
【００５０】
さらにまた、第１および第２のチャック１５，２５の爪は、夫々２個以上であればよく、例えば、図８（Ａ）乃至図８（Ｃ）に示されるごとく、楕円状あるい小判状のものや、多角形状のものや、円形断面に平行面を設けたものなどに近似して、半径方向に拡縮自在な２個の爪１５１，１５２，２５１，２５２とすることができる。
【００５１】
なお、例えば、図６に示されるごとく、チップ本体部材１の貫通孔１０１の直径が、適用するワイヤの直径よりも可及的に大きい場合、例えば、適用するワイヤの直径の２倍以上の場合には、ワイヤを案内するためのテーパ孔１０５を割愛することができる。
【００５２】
【発明の効果】
以上の説明で明らかなように、本発明に係るアーク溶接用コンタクトチップおよびその製造方法は、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ため、チップ本体部材と先端部材とが摩擦溶接により、確実に一体的に固着され、しかも摩擦溶接装置の機械的に位置決めされて、相対向するチャックにより支持されたチップ本体部材と先端部材とが摩擦溶接されるため、チップ本体部材と先端部材とが同軸に一体的に固着され、かつチップ本体部材および先端部材の摩擦溶接される断面積が小さいため、チップ本体部材と先端部材との摩擦溶接作業が極めて短時間で、即ち迅速に遂行される。
【００５３】
さらに、チップ本体部材および先端部材の夫々が、断面非円形の外形部を有していれば、摩擦溶接時に、この断面非円形の外形部をチャックにより支持すれば、チャックに対してチップ本体部材および先端部材が夫々回転方向に滑ることがないため、簡単かつ確実に摩擦溶接を行なうことができる。
【００５４】
勿論、本発明に係るアーク溶接用コンタクトチップを使用してアーク溶接作業を行なうときには、先端部材が高温状態となっても、チップ本体部材と先端部材との固着状態が変化することはないため、アーク溶接作業の開始時から終了時まで、一定の状態で電極ワイヤに給電を行なうことができる。従って均一な溶接結果が得られる。
【００５５】
しかも、上記したごとく、摩擦溶接装置は、他の溶接装置よりも低廉な設備であることと相俟って、先端部材が硬質の銅合金により形成され、かつチップ本体部材が先端部材よりも軟質の導電性金属により形成されていれば、電極ワイヤに接触しつつ給電する先端部材が硬質の銅合金であるため、先端部材の摩耗が少なく、経年的にアーク溶接用コンタクトチップを使用することができ、かつ先端部は電極ワイヤの通孔を有する柱状に形成するだけでよいため、加工が困難な硬質の銅合金であっても、先端部材を比較的容易に製作することができると共に、溶接トーチに取付けるためのネジ部やスパナ掛け部など、従来必要としている加工を行なうのは、先端部材よりも軟質で、しかも安価な導電性金属よりなるチップ本体部材であるため、チップ本体部材を容易に、かつ安価に製作でき、したがって、全体としてアーク溶接用コンタクトチップを迅速かつ安価に製作することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例を示す一部断面正面図
【図２】本発明の他の実施例を示す一部断面正面図
【図３】本発明の更に他の実施例を示す断面図
【図４】本発明に好適な摩擦溶接装置を示す一部断面正面図
【図５】本発明の更に他の実施例の要部を示す断面図
【図６】本発明に好適な摩擦溶接装置のチャック部相当の変形例を示す縦断面拡大図
【図７】図６の側面図
【図８】図７の変形例を示す図
【図９】従来例を示す断面図
【符号の説明】
１ チップ本体部材
２ 先端部材
３ アーク溶接用コンタクトチップ
４ 軸方向のへこみ部
２６ 可動部材
２７ 直動機構
１０１ 消耗性電極ワイヤの通孔
２０１ 消耗性電極ワイヤの通孔
Claims (2)
- 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、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同軸に配置されて、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を、コンタクトチップの長軸と直交する方向に相対回転させることにより摩擦溶接してなるアーク溶接用コンタクトチップ。
- 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の製造方法において、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同軸に配置されて、硬質の銅合金により形成された給電用の先端部材とを相対向する一対のチャツクにより支持し、該チャツクに支持されたチップ本体部材および先端部材の夫々の端部を押圧させつつ、該チップ本体部材および先端部材をコンタクトチップの長軸と直交する方向に相対回転させることにより摩擦溶接す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。
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