JPH04294870A - ア−ク溶接用ト−チの給電チップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ア−ク溶接用のカ−ブ
ドト−チ，強制給電型ト−チ等の、溶接ワイヤに給電す
るチップに関する。

【０００２】

【従来の技術】消耗電極式ア−ク溶接では、例えば図３
に示すように、ワイヤリ−ル１の溶接ワイヤを送給ロ−
ラ３によって送給して溶接ト−チ４に送り、ト−チ先端
の給電チップ５から溶接ワイヤに溶接電流を供給する。 図４にト−チ４の先端部の拡大断面を示す。図４におい
て、１９は連結具、２０はセンタリングスト−ン、２１
はチップホルダ、２３はノズル、２４は連結ナットであ
る。図５の（ａ）に給電チップ部を拡大して示す。給電
チップ５より突出した溶接ワイヤ２は、溶接母材６との
間に発生するア−クＡにより溶融し、Ｂ点で溶接が行な
われる。この際、溶接ワイヤ２は、ワイヤリ−ル１に巻
回されたときの曲り癖（巻き癖）を有しており、図５の
（ａ）に示すように給電チップ５の溶接ワイヤ誘導用の
貫通穴の内面に押し付けられて給電に必要な接触状態を
得ているが、チップ５の先端では曲り癖により湾曲して
出てくる。この際ワイヤ２に対する給電点の先端（チッ
プ５にワイヤ２が接触している点であって母材６に最も
近い位置）はチップ先端のＣであり、給電チップ５は銅
合金などの良電導性材料で作られており磨耗し易い。し
たがってチップ先端のワイヤ誘導用の貫通穴内面が次第
に磨耗して図５のｂに示すように、溶接点Ｂが次第に磨
耗側にずれて行く。チップ先端の磨耗が進んで行くと溶
接ワイヤ２の曲り癖の曲率と等しくなった部分では実質
的な接触は行なわれなくなるので、給電点の先端は次第
に後退（チップの元部の方向に移動）して図５の（ｂ）
に示すＣ’となり、Ｃ’が磨耗する。このように、溶接
ワイヤ２によるチップ５の貫通穴内面の磨耗により、溶
接点Ｂが次第にずれて行くと共に、給電点が後退して行
く。溶接ワイヤ２は給電点からワイヤ先端（ア−ク発生
位置）までの間で、その電気抵抗と溶接電流により生ず
るジュ−ル熱で加熱される。この加熱される長さを、溶
接ワイヤのエキステンション長さといい、溶接ワイヤ２
の予熱、したがって溶融速度に関する重要な数値であり
その変動は溶接品質に影響する。ロボット溶接など、溶
接位置の正確さが要求される溶接では、給電チップ５の
先端の磨耗による溶接位置のずれが問題となるので、比
較的に磨耗が小さい段階で給電チップ５を交換せざるを
得ないことが多い。このため、図５の（ｃ）に示すよう
に、給電チップ５の先端にセラミックなどの耐磨耗性部
材７を取付けて給電チップ５の先端の磨耗を防止し、給
電チップ５の寿命を延長する試みが数多く提案されてい
る（例えば、特開昭６２−３８７７１号公報，実開昭６
０−１４６５７８号公報，実開昭６１−１４３７７０号
公報，実開昭６２−１０１６７３号公報，実開昭６３−
２５７３号公報，実開昭６３−５３３７３号公報等）。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】耐磨耗性はこのように
して向上し給電チップ５の寿命が延びるが、磨耗により
生ずるエキステンション長さの変化の抑制は不十分であ
る。すなわち、図５の（ｄ）に示すように、溶接ワイヤ
２は耐磨耗性部材７で位置決めされそこでワイヤ軸方向
と直交する方向の移動が拘束されその反力で給電チップ
５の内側の部分Ｄに強い磨耗力が加わりそこが弧状に磨
耗する。この磨耗が深くなるにつれて磨耗がチップ５の
奥（元部側）に進行し、給電点の先端がチップ５の奥に
移動する。すなわちエキステンション長さが次第に長く
なる。ここで、耐磨耗性部材７のワイヤ軸心に沿う方向
の長さをＬ１、給電点の先端の移動速度をｄＬ／ｄｔ、
耐磨耗性部材７の先端面から溶接ワイヤ２先端までの長
さをＬ０とすると、エキステンション長さの時間ｄｔ当
りの変化率は、ｄＬ／（Ｌ０＋Ｌ１＋∫ｄＬ・ｄｔ）、
初期値はｄＬ／（Ｌ０＋Ｌ１）となり、Ｌ１が比較的に
短いので、給電チップの使用初期（∫ｄＬ・ｄｔが小さ
い）で変化率が大きく、使用につれてすなわち給電チッ
プの磨耗が進行するにつれて、∫ｄＬ・ｄｔが大きくな
るので、次第に小さくなる。このように耐磨耗性部材７
の付加は、チップ５先端の磨耗を防止し溶接位置の変動
を防ぎ、溶接位置精度を向上する効果はあるが、エキス
テンション長さの初期値（Ｌ０＋Ｌ１）が比較的に短い
ので給電チップの使用初期では、エキステンション長さ
部の電気抵抗が低く溶接電流により生ずるジュ−ル熱が
小さいので溶接ワイヤ（２）の溶融速度が低い。加えて
エキステンション長さの初期変化率が大きいので、溶融
速度の変動が大きく、溶接条件が変動し溶接品質の低下
を招き易いという点は改善されない。

【０００４】本発明は、エキンステンション長さの変化
を少くして給電チップの耐磨耗性の向上による溶接位置
精度の向上と同時に溶接品質を安定化することを目的と
する。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、溶接ワイヤ（
２）を受入れる入側開口，溶接ワイヤが抜け出る出側開
口および入側開口と出側開口に連続する溶接ワイヤ誘導
用の貫通穴（１２）を有する給電導体（５ａ；５ｂ＋５
ｃ）と、給電導体（５ａ；５ｂ＋５ｃ）の前記出側開口
に装着され、前記貫通穴（１２）の軸心と重なる溶接ワ
イヤ誘導用の貫通穴（９）を有する非導電性の耐摩耗性
部材（８）と、を有するア−ク溶接用ト−チの給電チッ
プ（５）において、前記耐摩耗性部材（８）の溶接ワイ
ヤ誘導用の貫通穴（９）と前記給電導体（５ａ；５ｂ＋
５ｃ）の溶接ワイヤ誘導用の貫通穴（１２）との間に、
これらの貫通穴（９，１２）よりも大径の空胴（１１）
を形成したことを特徴とする。なお、カッコ内の記号は
、図面に示し後述する実施例の対応要素を示す。

【０００６】

【作用】溶接ワイヤ（２）が、耐磨耗性部材（８）の貫
通穴（９）で貫通穴（９）の軸心と直交する方向の移動
が拘止されその反力で貫通穴（９）の奥でワイヤ（２）
が延びる方向と直交する方向に曲ろうとするが、耐磨耗
性部材（８）の貫通穴（９）と給部導体（５ａ；５ｂ＋
５ｃ）の貫通穴（１２）との間に、これらの貫通穴（９
，１２）よりも大径の空胴（１１）があるので、溶接ワ
イヤはこの空胴（１１）では給電導体（５ａ；５ｂ＋５
ｃ）に接触せず、給電導体（５ａ；５ｂ＋５ｃ）の貫通
穴（１２）の内面に接触する。この接触面は次第に磨耗
し溶接ワイヤ（２）が次第に貫通穴（１２）と直交する
方向に移動するが、貫通穴（１２）の前後に大径の第１
の空胴（１１）があるので、溶接ワイヤ（２）は貫通穴
（１２）以外では給電導体（５ａ；５ｂ＋５ｃ）に接触
しない。

【０００７】従来は最初に、空胴（１１）が位置してい
た部分（先端部）で溶接ワイヤ（２）が給電導体（５ａ
；５ｂ＋５ｃ）に接触し、そこがまず磨耗して次第に給
電点の先端が内部に移動したが、本発明では溶接ワイヤ
（２）は最初から、空胴（１１）の奥の貫通穴（１２）
に接触するので、空胴（１１）の長さをＬ２とすると、
エキステンション長さの時間ｄｔ当りの変化率は、ｄＬ
／（Ｌ０＋Ｌ１＋Ｌ２＋∫ｄＬ・ｄｔ）、初期値はｄＬ
／（Ｌ０＋Ｌ１＋Ｌ２）であるので、給電チップの使用
初期（∫ｄＬ・ｄｔが小さい）から変化率が小さく、使
用につれてすなわち給電チップの磨耗が進行するにつれ
て∫ｄＬ・ｄｔが大きくなり更に小さくなるが、給電導
体（５ａ；５ｂ＋５ｃ）に対する溶接ワイヤ（２）の接
触は貫通穴（１２）に限られる。給電導体（５ａ；５ｂ
＋５ｃ）の貫通穴（１２）の長さをＬ３とすると、∫ｄ
Ｌ・ｄｔ＜Ｌ３であり、エキステンション長さは、（Ｌ
０＋Ｌ１＋Ｌ２）以上かつ（Ｌ０＋Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）
以下であり、エキステンション長さの変化率はｄＬ／（
Ｌ０＋Ｌ１＋Ｌ２）以下となる。

【０００８】エキステンション長さが（Ｌ０＋Ｌ１＋Ｌ
２）以上かつ（Ｌ０＋Ｌ１＋Ｌ２＋Ｌ３）以下でありそ
の初期値が（Ｌ０＋Ｌ１＋Ｌ２）以上で従来よりも長く
、給電チップの使用初期から、エキステンション長さ部
の電気抵抗が従来よりも高く溶接電流により生ずるジュ
−ル熱が大きいので溶接ワイヤ（２）の溶融速度が速い
。すなわち給電チップの使用初期から好適な溶融速度が
得られる。加えて上述のようにエキステンション長さお
よびその変化率が所定範囲内に維持されるので、使用初
期から溶接条件の変動が少く、溶接品質が向上しかつ安
定する。更には、従来と同様に、耐磨耗性部材（８）が
、チップ先端の磨耗を防止し溶接位置の変動を防ぎ、溶
接位置精度を高く維持する。

【０００９】なお、本発明の好ましい実施例では、給電
導体（５ａ；５ｂ＋５ｃ）の貫通穴（１２）の長さＬ３
を５ｍｍ以上とする。これにより安定した給電接触が確
保される。空胴（１１，）の長さ（Ｌ２）は溶接ワイヤ
（２）の直径の５倍以上の長さとする。これにより所要
のエクステンション長が得られしかも、貫通穴（１２）
での給電接触が確保される間、溶接ワイヤ（２）と非接
触に留まる。耐磨耗性部材（８）の貫通穴（９）の長さ
Ｌ１は溶接ワイヤ（２）の直径の２．５倍以上とする。 これにより溶接位置精度が高い。給電導体（５ａ；５ｂ
＋５ｃ）の貫通穴（１２）の入側開口と出側開口に連な
る部位の内壁面には、貫通穴（１２）の開口から広がる
円錐状のテ−パを形成し、これらのテ−パの開き角度を
、溶接ワイヤ（２）が進入する側（１５側）の角度より
排出する側（１１側）の角度を大きくする。進入する側
のテ−パが小さいことにより溶接ワイヤ（２）の進入抵
抗が小さく、排出する側のテ−パが大きいことにより、
貫通穴（１２）のワイヤ排出側開口部の磨耗による給電
点の先端の、ワイヤ送り方向への移動量が少い。耐磨耗
性部材（８）は、後端に空胴（１１）を有するスリ−ブ
付のものとしこのスリ−ブの外周には雄ねじを切り、こ
の雄ねじを給電導体（５ａ，５ｂ）の先端の雌ねじ穴に
ねじ込むものとする。これによれば、給電導体（５ａ，
５ｂ）の貫通穴（１２）が磨耗し、給電チップを取り替
えるとき、耐磨耗性部材（８）を再使用することができ
る。 これに加えて本発明の更に好ましい実施例では、給電導
体（５ｂ，５ｃ）を、中間部に貫通穴（１２）を有し先
端に耐磨耗性部材（８）を受容する雌ねじ穴を有ししか
も後端に太径穴があるスリ−ブを有する第１給電導体（
５ｂ）と、該スリ−ブの側周面の雄ねじを受容する雌ね
じ穴と太径穴（１５）を有する第２給電導体（５ｃ）で
なるものとし、第２給電導体（５ｃ）に第１給電導体（
５ｂ）をねじ込んで一体の給電導体（５ｂ，５ｃ）とす
る。これによれば、第１給電導体（５ｂ）の貫通穴（１
２）が磨耗し、給電チップを取り替えるとき、第１給電
導体（５ｂ）のみを取替えて、耐磨耗性部材（８）およ
び第２給電導体（５ｃ）を再使用することができる。

【００１０】本発明の他の目的および特徴は、図面を参
照した以下の実施例の説明より明らかになろう。

【００１１】

【実施例】図１に本発明の第１実施例の拡大縦断面を示
す。図１の（ａ）は給電チップ５の各部形状を示し、（
ｂ）は溶接ワイヤ２を通した通常の使用状態を示し、（
ｃ）は貫通穴１２の磨耗が進行した状態を示す。給電チ
ップ５の先端には大略で円筒状のセラミックチップ８が
挿入されている。このセラミック８による溶接ワイヤ２
への給電はないように、セラミックチップ８は非導電性
である。溶接ワイヤ２の直径が１．２ｍｍの場合、セラ
ミックチップ８の貫通穴９の直径は溶接ワイヤ２の直径
より０．１ｍｍ程度大きいものとする。給電チップ５の
磨耗と無関係に厳密に溶接ワイヤ２の方向性を維持する
ために、セラミックチップ８の貫通穴９の平行部の長さ
Ｌ１は、溶接ワイヤ２の直径が１．２ｍｍの場合で、３
ｍｍ以上である。このようにすることにより、溶接ワイ
ヤ２の延長が母材に接する位置での、溶接ワイヤ２の軸
心と直交する方向の位置ずれ（ぶれ）が、溶接ワイヤ直
径の１／２程度以下となり、所要の位置精度が満たされ
る。セラミックチップ８の、溶接ワイヤ進入側開口縁部
には溶接ワイヤ２の導入を容易にするためのテ−パ面１
４が形成されている。セラミックチップ８は、ろう付け
で給電チップ５に固着されている。なお、使用温度で確
実に固着が維持できる他の固着方法でもよい。例えばね
じ結合であってもよい。

【００１２】給電チップ５には、セラミックチップ８の
溶接ワイヤ進入側開口に連続する第１の空胴１１，溶接
ワイヤ２に給電するための貫通穴１２および第３の空胴
１５がある。溶接ワイヤ２は第２の空胴１５に導入され
て貫通穴１２，第１の空胴１１およびセラミックチップ
８の貫通穴９を通って母材に向けて送り出される。第１
の空胴１１の長さＬ２は、エクステンション長さの最短
値を規定する。直径１．２ｍｍの溶接ワイヤの場合、最
低６ｍｍ必要であり、溶接ワイヤの直径をＤとすると、
Ｌ２≧５Ｄである。溶接中には、貫通穴１２に溶接ワイ
ヤ２が接触し貫通穴１２の内面が磨耗する。この磨耗が
許容限度内にある間溶接ワイヤ２が、貫通穴１２よりも
母材側で給電チップ５の導電部に接触しないような大き
さに、第１の空胴１１の直径が定められている。第１の
空胴１１は、溶接ワイヤ２が貫通穴１２の内面に接触す
るための曲りを許しかつ溶接ワイヤ２との接触を避ける
目的のものであるので、セラミックチップ８を長いもの
としてそれに形成してもよい。　　貫通穴１２は溶接ワ
イヤ２への給電部であり、その直径は溶接ワイヤ２の直
径よりわずかに大きい。給電チップ５に至るまでの溶接
ワイヤ送給路を湾曲させたカ−ブドト−チ、あるいは、
溶接ワイヤ導入用コンジット管をスプリングで曲げ付勢
して溶接ワイヤ２を給電チップに押付ける強制給電型ト
−チでは、溶接ワイヤ２が貫通穴１２の内面に密着する
ので、貫通穴１２の長さＬ３は、溶接ワイヤ２の直径が
１．２ｍｍの場合で５ｍｍあれば充分であり、更に太径
の溶接ワイヤの場合でも密着面積が増大するのでやはり
５ｍｍ以上あればよい。

【００１３】貫通穴１２のワイヤ入側の第２の空胴１５
は、溶接ワイヤ２のある程度の曲りを許しかつ接触を防
ぐ目的のもので、その長さＬ４は、カ−ブドト−チにお
ける溶接ワイヤ２の曲率または強制給電式ト−チにおけ
るコンジット管の形状との関係できまるが、最低長さと
しては第１の空胴１１の長さｌ２と同等でよい。第２の
空胴１５を形成した元部の外周面には、チップ５をチッ
プホルダ２１（図４）に固着するための雄ねじ１６が切
られている。

【００１４】貫通穴１２の溶接ワイヤ導入側開口縁部に
は溶接ワイヤ２の導入を容易にするためのテ−パ面１４
がある。このテ−パ面１４の開き角度θ２は、３０〜６
０度程度である。貫通穴１２の溶接ワイヤ排出側開口縁
部にもテ−パ面１３がある。このテ−パ面１３は第１の
空胴１２を開けるときに生ずるものであるが、貫通穴１
２の磨耗による給電点先端の前進（母材側への移動）を
小さくするために開き角θ１は大きい程よく、１２０度
以上とするのが好ましい。したがって貫通穴１２の両端
におけるテ−パ面の開き角θ２，θ１は、溶接ワイヤ進
入側θ２よりも排出側θ１の方が大きくなる。

【００１５】図１の（ｂ）は図１の（ａ）に示す給電チ
ップの使用初期の状態を示し、（ｃ）は長期使用し貫通
穴１２の内面がかなり磨耗した状態を示す。溶接ワイヤ
２はカ−ブドト−チ又は強制給電型ト−チの特性によっ
て貫通穴１２の内面に押付けられるので、貫通穴１２の
内面が磨耗しても接触状態は実質上変化せず、給電点の
先端位置も実質上変化しない。すなわち接触抵抗および
エクステンション長さが実質上変化しない。貫通穴１２
の内面の磨耗につれて第１の空胴１１の部位で溶接ワイ
ヤ２の傾斜角が変化するが、溶接ワイヤ２の排出（送り
出し）の方向性がセラミックチップ８の貫通穴９で規制
されるので、溶接ワイヤ２の、セラミックチップ８から
母材側に出る方向は実質上変化しない。

【００１６】直径が１．２ｍｍの溶接ワイヤに適した給
電チップ５の好ましい形状等は次の通りである。

【００１７】Ａ．セラミックチップ８：窒化物系セラミ
ックチップ。貫通穴９の直径１．３ｍｍ，長さＬ１＝３
ｍｍ。

【００１８】Ｂ．給電チップ５：クロム銅製。第１の空
胴１１の長さＬ２＝７ｍｍ，内直径３ｍｍ、貫通穴１２
の内直径１．３ｍｍ，長さＬ３＝５ｍｍ、第２の空胴１
５の長さＬ４＝２７ｍｍ，内直径３ｍｍ。

【００１９】図２の（ａ）に本発明の第２実施例を、（
ｂ）に第３実施例を示す。第２実施例では、セラミック
チップ８ａを、比較的に太径のスリ−ブを有するものと
してその内部に第１の空胴１１を形成し、スリ−ブの外
周面に雄ねじを形成している。給電導体であるチップ本
体５ａには、スリ−ブの雄ねじを受入れる雌ねじ穴が開
けられており、そこにセラミックチップ８ａのスリ−ブ
がねじ込まれている。チップ本体５ａの貫通穴１２の内
面の磨耗が大きくなると、チップ本体５ａよりセラミッ
クチップ８ａを外し該チップ８ａを新しいチップ本体５
ａにねじ結合し、この新しいチップ本体５ａをチップホ
ルダ２１（図４）に固着する。セラミックチップ８ａは
耐磨耗性が高く、このように再使用することができる。 第３実施例では、チップ本体の使い捨て部分を少くする
ために、チップ本体を貫通穴１２を有する第１部５ｂと
第２の空胴１５を有する第２部５ｃに２分割し、第１部
５ｂを第２部５ｃにねじ込むようにしている。チップ本
体の第１部５ｂの貫通穴１２の内面の磨耗が大きくなる
と、給電チップ５を、セラミックチップ８ａ，第１部５
ｂおよび第２部５ｃの３者に分解し、第１部５ｂを新し
いものに取り替えて給電チップ５を再生し、再生した給
電チップ５をチップホルダ２１（図４）に固着する。図
４に示すように給電チップ５はそのねじ１６でチップホ
ルダ２１に結合されるので、チップホルダ２１側に第２
の空胴１５対応の空間を設けて、第３実施例の第２部５
ｃを省略してもよい。第２実施例においては、第２の空
胴１５を省略しその長さ分チップ本体５ａを短くし貫通
穴１２の外側にねじ１６を設けてもよい。この場合、第
３実施例と同様に、給電導体部分で、貫通穴１２の磨耗
に伴って捨てる導体金属量が低減する。

【００２０】

【発明の効果】以上のように本発明の給電チップによれ
ば、給電チップの使用初期からエクステンション長さが
長くしかも使用中エクステンション長さがほぼ一定に維
持されるので、溶接ワイヤの溶融速度等溶接条件の変動
が小さく、高品質の溶接を安定して行なうことができる
。加えて従来と同様に、溶接位置精度は高い。

【図面の簡単な説明】

【図１】　　本発明の第１実施例の拡大縦断面図であり
、（ａ）は使用前を示し、（ｂ）は使用初期を示し、（
ｃ）は長期の使用により磨耗が進行した状態を示す。

【図２】　　本発明の他の実施例の拡大縦断面図であり
、（ａ）は第２実施例を、（ｂ）は第３実施例を示す。

【図３】　　消耗電極式ア−ク溶接装置の概要を示す側
面図である。

【図４】　　従来のア−ク溶接ト−チの先端部の拡大縦
断面図である。

【図５】　　従来の給電チップの拡大縦断面図であり、
（ａ）は従来の第１例の使用初期を示し（ｂ）は磨耗が
進行した状態を示す。（ｃ）は従来の第２例の使用前を
示し（ｄ）は磨耗が進行した状態を示す。

【符号の説明】

１：リ−ル　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　２：溶接ワイヤ３：送給ロ−ラ　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　４：ア−ク溶接ト
−チ ５：給電チップ　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　５ａ：給電チップ本体 ５ｂ：第１部　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　５ｃ：第２部６：母材　　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　Ａ：溶接ア−ク
Ｂ：溶接位置　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　７：耐磨耗性部材 ８：セラミックチップ　　　　　　　　　　　　　　　
　８ａ：セラミックチップ ９：貫通穴　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　　　　　　１０：テ−パ面１１：第１の空胴　　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　１２：貫通穴１３：
テ−パ面　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　
　１４：テ−パ面１５：第２の空胴　　　　　　　　　
　　　　　　　　　　　１６：ねじ１９：連結具　　　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　２０：セ
ンタリングスト−ン ２１：チップホルダ　　　　　　　　　　　　　　　　
　　２３：ノズル２４：連結ナット

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】　　溶接ワイヤを受入れる入側開口，溶接
   ワイヤが抜け出る出側開口および入側開口と出側開口に
   連続する溶接ワイヤ誘導用の貫通穴を有する給電導体と
   、該給電導体の前記出側開口に装着され、前記貫通穴の
   軸心と重なる溶接ワイヤ誘導用の貫通穴を有する非導電
   性の耐摩耗性部材と、を有するア−ク溶接用ト−チの給
   電チップにおいて、前記耐摩耗性部材の溶接ワイヤ誘導
   用の貫通穴と前記給電導体の溶接ワイヤ誘導用の貫通穴
   との間に、これらの貫通穴よりも大径の空胴を形成した
   ことを特徴とする、ア−ク溶接用ト−チの給電チップ。