WO2004108338A1

WO2004108338A1 - 加工機用ノズル、溶接用コンタクトチップ、加工機用ノズルの製造方法、溶接用コンタクトチップの製造方法

Info

Publication number: WO2004108338A1
Application number: PCT/JP2004/000803
Authority: WO
Inventors: Akihiro Goto; Masao Akiyoshi; Tadanao Sugiura; Hiroyuki Ochiai; Mitsutoshi Watanabe
Original assignee: Mitsubishi Denki Kabushiki Kaisha; Ishikawajima-Harima Heavy Industries Co., Ltd.
Priority date: 2003-06-04
Filing date: 2004-01-29
Publication date: 2004-12-16
Also published as: JPWO2004108338A1; JP4372753B2; EP1629924A4; TW200427539A; EP1629924B1; CN1798628B; KR100725296B1; KR20060031802A; CN1798628A; TWI260249B; US20060078738A1; EP1629924A1

Abstract

加工機用ノズルの高寿命化を図るために、加工機用ノズルの金属母材表面に硬質セラミックスの被膜を形成する。加工機用ノズルの金属母材表面に硬質セラミックスの被膜を形成することにより、この加工機用ノズルは表面に傷が付きにくく、熱に強いものとされる。これにより、この加工機用ノズルでは加工中のワークの返りとの接触などによる傷の発生、熱による変形などに起因して寿命が短くなることが防止され、高寿命化が実現される。

Description

加工機用ノズル、溶接用コンタクトチップ、.加工機用ノズルの製造方法、溶接用コンタクトチップの製造方法

技術分野

この発明は、力 tlェ機用ノズル、溶接用コンタクトチップといった過酷な条件下明

• 'で使用される部材の高寿命ィ匕を図る技術に関するものである。'

田背景技術'

従来、金属粉末または金属の化合物の粉末、または、セラミックスの粉末を圧縮形した圧粉体、もしくは、該圧粉体を加熱処理した圧粉体を電極として、油系の加工液中において電極とワークの間にパルス状の放電を発生させ、そのエネルギにより、ワーク表面に電極材料または電極材料が放電エネルギにより反応した物質からなる被膜を形成する放電表面処理技術に関しては、例えばワーク表面に硬質炭ィヒ物被膜を形成する方法と.して技術が確立している（例えば、特許文献 1、特許文献 2及び特許文献 3参照）。 .

また、溶接ノズル、溶接用コンタクトチップに関する発明として、ノズルまたはコンタクトチップの寿命を延ばすことを目的としてなされた技術が提案されて · いる（例えば、特許文献 4、特許文献 5、特許文献 6及び特許文献 7参照）。

特許文献 1

国際公開第 9 9 / 5 8 7 4 4号パンフレット

特許文献 2

国際公開第 0 1 / 0 5 5 4 5号パンフレツト

特許文献 3 ■

国際公開第 0 1 / 2 3 6 4 0号パンフレツト

特許文献 4 特開平 3— 2 9 1 1 6 9号公報

特許文献 5

特開昭 6 1— 2 6 6 1 8 9号公報

特許文献 6

特開昭 6 3— 1 8 8 4 7 7号公報

特許文献 7

特開昭 6 1— 1 1 1 7 8 3号公報

レーザ加工用ノズル、溶射用ノズル、溶接用ノズル、溶接用コンタクトチップなどの部材は、熱と、溶融した材料のスパッタと、に曝された過酷な条件下で使用されるため寿命が短い。このため、これらの部材は交換作業が頻繁に必要であつた。すなわち、通常で数日おき、寿命の短いものでは数時間おきでの交換が必要であった。

前述した文献に記載された技術はこのような部材の寿命を延長するためになされたものである。しかしながら、前述した文献に記載された技術ではこのような部材の寿命の改善において十分な効果が上がっているとは言いがたいという問題があった。すなわち、上述したような過酷な条件下で使用されるこれらの部材の寿命の改善に関しては未だ改善の余地がある。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、加工機用ノズル、溶接用コンタクトチップといった過酷な条件下で使用される部材の寿命の短い点を大きく改善して、寿命の長い加工機用ノズル、溶接用コンタクトチップおょぴこれらの製造方法を提供することを目的としている。発明の開示

本発明にかかる加工機用ノズルにあっては、金属母材表面に硬質セラミックスの被膜を形成したことを特徴とする。 ,

この発明によれば、加工機用ノズルの金属母材表面に硬質セラミックスの被膜が形成されていることにより、この加工機用ノズルは表面に傷が付きにくく、熱に強いものとされている。これにより、本発明にかかる加工機用ノズルでは加工中のワークの返りとの接触などによる傷の発生、熱による変形などに起因して寿命が短くなることが防止され、高寿命化が図られている。

したがって、本発明にかかる加工機用ノズルは長時間にわたって連続して使用する：とができ、大幅な作業の削減、コストの削減を実現することが可能であるとレヽぅ効果を奏する。

また、本発明に力、かる加工機用ノズルの好ましい態様にあっては、硬質セラミックスの被膜上に、 C r、 N i、 F e、 W、 M oからなる群より選ばれる 1種以 '上の金属元素を主成分とする被膜を形成したことを特徴とする。

このような加工機用ノズルは、表面に傷が付きにくく、熱に強く、またスパッタが付着しにくいものとされている。これにより、本発明にかかる加工機用ノズ / ルでは、加工中のワークの返りとの接触などによる傷の発生、熱による変形、ス . パッタの付着および剥離による変形や穴のつまりなどに起因して寿命が短くなることが防止され、高寿命化が図られている。

したがって、本発明にかかる加工機用ノズルは、より長時間にたつて連続し . て使用することができ、大幅な作業の削減、コストの削減をよ'り効果的に実現することが可能であるという効果を奏する。

また、上記の硬質セラミックスの被膜は、炭化しやすい金属の粉末または金属炭化物の粉末を主成分とした粉末を圧縮成形した圧粉体電極を用いて、加工液中において放電表面処理により形成された被膜であることが好ましい。このような放電表面処理により形成された硬質セラミックスの被膜は、密着性に優れ剥離しにくいという特徴を有するため、加工機用ノズルの寿命延長の効果に優れる。したがって、放電表面処理により形成された硬質セラミックスの被膜をそなえることにより寿命の極めて長い力卩ェ機用ノズルが実現できる。

. .

図面の簡単な説明 '

第 1図は、レーザ加工用ノス'ルを説明する概略断面図であり、第 2図は、鋼材に T i C被膜を形成した場合の断面写真であり、第 3図は、溶接ノズルおよび溶接用コンタクトチップを説明する概略断面図であり、第 4図は、溶射用ノズルを説明する概略断面図である。発明を実施するための最良の形態

以下に、本発明にかかる加工機用ノズル、溶接用コンタクトチップ及びこれらの製造方法の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。なお、本発明は、以下の記述に限定されるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。また、添付の図面においては、理解の容易のため、各部材における縮尺が異なる場合がある。

実施の形態 1

第 1図は本発明の実施の形態 1にかかるレーザ加工用ノズル 1 0を説明する概略断面図である。まずレーザ加工用ノズル 1 0の構成について第 1図を用いて説明する。第 1図に示すように、本実施の形態にかかるレーザ加工用ノズル 1 0は、金属母材である銅、鉄またはアルミニゥムを主成分としたレーザ加工用ノズル本体 1の表面に硬質セラミックスの被膜である T i C (炭化チタン）の被膜 2が形成され、さらに硬質セラミックスである T i Cの被膜 2の上に金属被膜として- 'ッケルクロムメツキ層 3が形成されてなるものである。レーザ加工用ノズル 1 0 には、レーザビーム 4およびアシストガス 6を通過させる貫通孔 7がレーザ加工用ノズル 1 0の略中心部に設けられており、この貫通孔 7を通してレーザビーム 4及びアシストガス 6がワーク 5の方向に供給される。

従来、レーザ加工用ノズルは C u (銅）を主成分とした材料で作られるのが一般的であった。しかしながら、レーザ加工中にワークの返りと接触した際の傷、熱による変形、スパッタの付着及び剥離による変形および穴のつまりなどに起因レて、寿命が短くなることが問題であった。 '

そこで、本実施の形態にかかるレーザ加工用ノズル 1 0は、金属母材である銅、鉄またはアルミニウムを主成分としたレーザ加工用ノズル本体 1と、該レーザ加工用ノズル本体 1の表面に形成された硬質セラミックスの被膜である T i C (炭化チタン）の被膜 2と、さらに該 T i C (炭化チタン）の被膜 2の上に形成された金属被膜であるニッケルクロムメツキ肩 3と、から構成されるものである。本実施の形態にかかるレーザ加工用ノズル 1 0は、上述したような構成とされることにより、レーザ加工用ノズル 1 0の表面に傷が付きにくく、熱に強く、またスパッタが付着しにくいものとされている。これにより、このレーザカ卩ェ用ノズル 1 0ではレーザ加工中のワークの返りとの接触による傷の発生、熱による変形、スパックの付着および剥離による変形や穴のつまりなどに起因して寿命が短くなることが防止され、高寿命化が図られている。

すなわち、本実施の形態にかかるレーザ加工用ノズル 1 0は寿命が極めて長いものであり長時間にわたって連続して使用することができるため、交換作業の大幅な削減、コストの削減を実現するものである。

ここで、硬質セラミックスの被膜は、ビッカース硬さで 1 0 0 0以上のセラミックス材料である。このような硬質セラミックスの被膜は、炭化チタン（T i C .)以外の他の材料として、例えば窒化チタン (T i C N) 、炭化珪素（S i C) 、炭化ホウ素（B ₄ C) 、炭化クロム（C r ₃ C ₂など）、炭化バナジウム（V C) 、炭化ジルコニウム（Z r C) 、炭化ニオブ（N b Cなど）、炭化モリブデン（M o Cなど）、炭化タングステン（WC)などを用いることができる。その中でも、本発明者による実験の結果によれば、炭化チタン（T i C) を硬質セラミックスとして用いた場合.に、レーザ加工用ノズル 1 0の寿命延長効果が最も良好であつた。

また、硬質セラミックスの被膜の上に形成される金属被膜も、ニッケルクロム以外の他の材料、例えば C r (クロム）、 N i (ニッケル）、 F e (鉄）、 W ( タングステン）または M o (モリブデン）などの金属元素を主成分とする金属材料の被膜であれば同様の効果が認められた。これらの金属元素は、いずれも融点が千数百。 C以上とであり、融点が比較的高レ、材料であることが共通している。そして、上述した金属元素の中でも C r、 M o、 Wは高温で酸化物を形成して潤滑性を発揮する材料である。したがって、これらの元素を主成分とする金属材料の被膜を用いることにより、スパッタの付着を効果的に防止することができる。レーザ加工用ノズル 1 0の最表面の金属被膜（本実施の形態では、ニッケルクロムメツキ層）の形成方法は、メツキや蒸着などの種々の方法を用いることができる。そして、この金属被膜の形成方法が異なってもレーザ加工用ノズル 1 0の寿命延長に関しては大きな差はなかった。

—方、レーザ加工用ノズル本体 1と金属被膜との間の中間層である硬質セラミッタスの被膜は、以下に述べる放電表面処理による方法が最も寿命延長の効果があることが本発明者の実験により見出された。

放電表面処理とは、国際公開第 9 9 / 5 8 7 4 4号パンフレツト、国際公開第 0

1 / 0 5 5 .4 5号パンフレツト、国際公開第 0 1 / 2 3 6 4 0号パンフレツトなど. に開示された方法であり、炭化しやすい金属の粉末または金属炭ィヒ物の粉末を主成分とした粉末を圧縮成形した圧粉体または該圧粉体を加熱処理した圧粉体と、ワークと、の間に、加工液中において電圧を印加してパルス状の放電を発生させることで、ワークの表面に電極材料が炭化して形成される金属炭ィヒ物の被膜を形成する方法である。

この放電表面処理により形成された硬質炭化物被膜は、密着性に優れており剥離し難いという特徴を有する。これは、被膜表面は硬質炭化物が多く、内部にいくにしたがって母材の割合が多くなる傾斜性を持っているためと考えられている。一例として鋼材からなるワークに T i C被膜を形成した場合の断面写真を第 2 図に示す。第 2図においては、 A— A線が T i C被膜形成前のワーク（母材）表面の位置である。また、 S— S線が T i C被膜形成後のワーク表面の位置である。 T i C被膜は、 S— S線と B— B線との間の領域 Cに形成されている。そして、第 2図において B— B線のお側の領域 Dが T i C被膜形成後のワーク（母材）の領域である。

また、第 2図におけるライン L一 Lに沿って F と T i— k αについて組成分析を行つた鉄とチタンの含有割合を示す特性曲線を断面写真に重ねて示す。特性曲線の強度は、第 2図の写真の左側に示す縦軸 (a . U. ) で表される。分析は、第 2図におけるライン L一 Lに沿った F e— Καと T i一 k αの強度で行つた。第 2図におレ、て特性曲線 I (F e -Ka) は、鉄の含有割合を示すものであり、この値が高いほど鉄の含有量が多い。また、 I (T i—k a) は、チタンの含有割合を示すものであり、この値が高いほどチタンの含有量が多い。第 2図より、ワークの表面ほどチタン（T i ) 元素が多く、徐々に母材である鉄（F e) が増えてくることがわかる。また、ワークの最表面近くで T i一 k α の強度が下がっているのは、試験片のエッジのだれによるものであり、実施には最表面では T iは多くなっている。

次に、本発明を評価試験の結果に基づいてより具体的に説明する。以下では、上述した放電表面処理により銅からなるレーザ加工用ノズル本体に T i C被膜を形成した後、'さらに該 T i C被膜上にニッケルクロムメツキを施した銅製のレーザ加工用ノズルについて寿命の評価試験を行なった場合について説明する。評価試験は、以下に示す 4種類のサンプルを用いて行なった。

くレーザ加工用ノズル >

(サンプル 1)

銅製のレーザ加工用ノズル（従来品）

(サンプノレ 2)

銅製のレーザ力卩ェ用ノズルの表面にニッケルクロムメツキを施したもの (サンプノレ 3)

銅製のレーザ加工用ノズルの表面に放電表面処理により T i C被膜を形成したもの

(サンプル 4)

銅製のレーザ加工用ノズルの表面に放電表面処理により T i C被膜を形成した後、さらにその上にニッケルクロムメツキを施したもの

評価内容および寿命 (サンプル 1の寿命を 1としたときの比較）を表 1に示す。評価内容サンプル銅製のレーザ加工用軟らかく傷がつきやすい

1 ノズル（従来品）スパッタが付着しやすい 1 銅製のレーザ加工用

サンプルノズルの表面に表面が固くなるが、

2 ニッケルクロムメツキをサンプル 1と変わらない 1 .5 施したもの

銅製のレーザ加工用表面が固くなるが、サンプルノズルの表面に放電表面スパッタは付着する

3 処理により TiC被膜を 2 長時間の使用で被膜が

形成したもの剥離する

銅製のレーザ加工用

ノズルの表面にサンプル 3より

サンプル放電表面処理により表面硬さは低いが、

を形成した後、 50 4 TiC被膜傷がつきにくく、

ニッケルクロムメツキをスパタも付着しにくい

施したもの表 1に示すように、サンプル 2 (銅製のレーザ加工用ノズルの表面に二ッケルクロムメツキを施したもの）、およぴサンプル 3 (銅製のレーザ加工用ノズルに放電表面処理により T i C被膜を形成したもの〉、でも多少の寿命の延びは得られた。そして、サンプル 2とサンプル 3との比較では、サンプル 3の方がより寿命延長効果を得ることができた。すなわち、銅製のレーザ加工用ノズノレに放電表面処理により T i C被膜を形成することにより、ある程度良好な寿命延長効果を得ることができるといえる。

一方、サンプル 4 (銅製のレーザ力卩工用ノズルに放電表面処理により T i C被膜を形成し、さらにその上にニッケルクロムメツキを施したもの）は、それらの結果よりも遥かに大きな効果が得られた。サンプル 4の寿命が極端に長くなった原因は以下のように推察している。銅は熱伝導特性が良い材質であるが、融点が高い。逆に T i Cは熱伝導特性は悪いが、融点は高い。そして、熱伝導特性が悪いと局部的に温度が上がりやすいため、スパッタが付着し、被膜の破損の原因になりやすい。し力しながら、放電表面処理により形成された被膜は前述のように傾斜性を持つた被膜であり、硬い T i Cの被膜はすぐに熱伝導特性のよい銅の成分と融合した被膜となっている。したがって、熱による溶融は融点の高い表面の T i Cの成分で防ぎ、レーザ加工用ノズルへの入熱は、熱伝導特性が良好な直下の銅の成分ですぐに発散できる理想的な被膜となっていると考えている。

しかし、放電表面処理により形成された硬質セラミックスの被膜は、面粗さが 1 0 μ ΐη程度と粗く、被膜の厚みにばらつきが大きい。このため、硬質セラミツタスの被膜のみでも上述した寿命を延長する効果を得られるが、.該硬質セラミックスの被膜だけではレーザ加工用ノズルの寿命の延長の効果が限られると考えられる。これを捕うために、放電表面処理により形成された硬質セラミックスの被膜の表面を比較的融点の高い材料であるニッケルクロム等の金属被膜により覆うことが本発明の趣旨である。

なお、上述した評価試験においては、レーザ力卩ェ用ノズル本体として銅製のレ一ザ加工用ノズルを用レ、た場合にっレヽて説明したが、レザ加工用ノズル本体として鉄（F e ) 製のレーザ加工用ノズル本体およびアルミニウム（A 1 ).製のレ一ザ加工用ノズル本体を用いた場合においても上記と同様の効果が得られることが実験により確認された。

したがって、本発明によれば、従来のレーザ加工用ノズルに比べて、遥かに傷がっきにくく、またスパッタが付着しにくレ、、高寿命なレーザ加工用ノズルを得ることができる。

なお、上記試験は、レーザによる板金の切断の連続加工により行ったが、ピアシング（穴空け）加工のように、ノズルに熱が集中して入らないような加工ではサンプル 3の形態のノズルでも十分に寿命を延ばすことができることがわかった。これは、ピアシングのような加工では、熱によるダメージよりも、加工で生じたバリがノズルと擦れることにより受けるダメージの方が大きいからである。このようなダメージには、被膜の硬さのみで十分に耐えることができる。

実施の形態 2

溶接においても、実施の形態 1において説明したレーザ加工と同様に、溶接ノズルゃ溶接用コンタクトチップには熱ゃスパッタの付着に起因して寿命が短くなるという問題がある。

そこで、上述した実施の形態 1と同様に、溶接ノズルゃ溶接用コンタクトチップの表面に硬質セラミックスの被膜を形成することにより、寿命を延ばすことが可能である。さらに、硬質セラミックスの被膜の上に所定の金属被膜を形成することにより、より効果的に寿命を延ばすことが可能である。これにより、長時間にわたつて連続して使用することができ、交換作業の大幅な削減、コストの削減を実現する溶接ノズルおよび溶接用コンタクトチップを提供することができる。以下、実施の形態 2にかかる溶接ノズルおよび溶接用コンタクトチップについて説明する。 '第 3図は本発明の実施の形態 2にかかる溶接ノズル 1 1および溶接用コンタクトチップ 2 1を説明する概略断面図である。

まず、本実施の形態にかかる溶接ノズル 1 1および溶接用コンタクトチップ 2 1の構成について第 3図を用いて説明する。第 3図に示すように、本実施の形態にかかる溶接ノズル 1 1は、金属母材である銅、鉄またはアルミニウムを主成分とした溶接ノズル本体 1 2の表面に、放電表面処理により硬質セラミックスの被膜である T i C (炭化チタン）の被膜 1 3が形成され、さらに硬質セラミックスである T i Cの被膜 1 3の上に金属被膜として二ッケルクロムメツキ層 1 4 形成されてなるものである。

また、第 3図に示すように、本実施の形態にかかる溶接用コンタクトチップ 2 1は、金属母材である銅、鉄またはアルミニウムを主成分とした溶接用コンタクトチップ本体 2 2の表面に、放電表面処理により硬質セラミックスの被膜である T i C (炭化チタン）の被膜 2 3が形成され、さらに硬質セラミックスである T i Cの被膜.2 3の上に金属被膜としてニッケルクロムメツキ層 2 4が形成されてなるものである。

そして、溶接用コンタクトチップ 2 1には、中心部を長手方向に貫通する貫通孔が設けられており、貫通孔に溶接棒 2 5が配置される。また、溶接時には溶接ノズノレ 1 1および溶接用コンタクトチップ 2 1との間にシールドガス.3 1が供給される。

本実施の形態にかかる溶接ノズル 1 1および溶接用コンタクトチップ 2 1は、上述したような構成とされることにより、溶接時の熱に強く、またスパッタが付着しにくいものとされている。これにより、この溶接ノズル 1 1および溶接用コンタクトチップ 2 1では溶接中の熱による変形、スパッタの付着および剥離による変形などに起因して寿命が短くなることが防止され、高寿命化が図られている。すなわち、本実施の形態にかかる溶接ノズル 1 1および溶接用コンタクトチップ 2 1は寿命が極めて長いものであり長時間にわたって連続して使用することができるため、交換作業の大幅な削減、コストの削減を実現するものである。

ここで、硬質セラミックスの被膜は、上述した実施の形態 1の場合と同様に炭化チタン（T i C) 、窒化チタン (T i C N) 、炭化珪素 ( S i C) 、炭化ホゥ素（B ₄ C) 、炭化クロム（C r ₃ C ₂など）、炭化バナジウム（V C) 、炭ィ匕ジルコニゥム（Z r C) 、炭化ニオブ（N b Cなど）、炭化モリブデン（M o Cなど）、炭化タング、ステン（WC) などを用いてもよい。

また、硬質セラミックスの被膜の上に形成される金属被膜も、上述した実施の形態 1の場合と同様に、ニッケルクロム以外に C r (クロム）、 N i (ニッケル ) 、 F e (鉄）、 W (タングステン）、 M o (モリブデン）などの金属元素を主成分とする金属材料の被膜とすることができる。そして、上述した金属元素の中でも C r、 M o、 Wを主成分とする金属材料の被膜を用いることにより、スパッタの付着を効果的に防止することができる。

次に、本発明を評価試験の結果に基づいてより具体的に説明する。以下では、上述した放電表面処理により銅からなる溶接ノズル本体に T i C被膜を形成した後、さらに該 T i C被膜上にニッケルクロムメツキを施した銅製の溶接ノズルについて寿命の評価試験を行なった場合について説明する。

また、上述した放電表面処理により銅からなる溶接用コンタクトチップ本体に T i C被膜を形成した後、さらに該 T i C被膜上にニッケルクロムメツキを施した銅製の溶接用コンタクトチップについて寿命の評価試験を行なった場合にっレヽて説明する。

評価試験は、それぞれ以下に示す 4種類のサンプルを用いて行なった。

<溶接ノズル >

(サンプル 5 )

銅製の溶接ノズル（従来品）

(サンプノレ 6 )

銅製の溶接ノズルの表面に二ッケルクロムメツキを施したもの

(サンプル 7 )

銅製の溶接ノズルの表面に放電表面処理により T i C被膜を形成したもの (サンプノレ 8 )

銅製の溶接ノズルの表面に放電表面処理により T i C被膜を形成し、さらにその上にニッケルクロムメツキを施したもの

以上のサンプルについての評価内容および寿命（サンプル 5の寿命を 1としたときの比較）を表 2に示す。

ぐ溶接ノズル >

(サンプノレ 9 )

銅製の溶接用コンタクトチップ（従来品）

(サンプル 1 0 )

銅製の溶接用コンタクトチップの表面にニッケルクロムメツキを施したもの (サンプル 1 1 )

銅製の溶接用コンタクトチップの表面に放電表面処理により T i C被膜を形成したもの

(サンプノレ 1 2 ) 銅製の溶接用コンタクトチップの表面に放電表面処理により T i C被膜を形成し、さらにその上にニッケルクロムメツキを施したもの

以上のサンプルについての評価内容および寿命（サンプル 9の寿命を 1としたときの比較）を表 3に示す。

表 2 評価内容寿ロ卩サンプル銅製の溶接ノズル軟らかく傷がつきやすい

5 (従来品）スパッタが付着しやすい 1

サンプル銅製の溶接ノズルの表面が固くなるが、

6 表面にニッケルクロム 1.5

サンプル 5と変わらない

メツキを施したもの銅製の溶接ノズルの表面が固くなるが、サンプル表面に放電表面処理にスパッタは付着する 2 7 より TiC被膜を長時間の使用で被膜が

形成したもの剥離する

銅製の溶接ノズルの

'表面に放電表面処理にサンプル 7より

サンプルより TiC被膜を表面硬さは低いが、

8 形成した後、ニッケル 5

傷がつきにくく、

クロ厶メツキをスパタも付着しにくい

施したもの

表 3

表 2に示すように、サンプル 6 (鲖製の溶接ノズルの表面に二ッケルクロムメツキを施したもの）、およびサンプル 7 (銅製の溶接ノズルに放電表面処理により T i C被膜を形成したもの）、でも多少の寿命の延ぴは得られた。そして、サンプル 6とサンプル 7との比較では、サンプル 7の方がより寿命延長効果を得ることができた。すなわち、銅製の溶接ノズルに放電表面処理により T i C被膜を形成することにより、ある程度良好な寿命延長効果を得ることができるといえる。

—方、サンプ/レ 8 (銅製の溶接ノズルに放電表面処理により T i C被膜を形成し、さらにその上にニッケルクロムメツキを施したもの) は、レーザノズルほどではないものの、それらの結果よりも大きな効果が得られた。

また、表 3に示すように、サンプル 1 0 (銅製の溶接用コンタクトチップの表面にニッケルクロムメツキを施したもの）、およびサンプル 1 1 (銅製の溶接用コンタクトチップに放電表面処理により T i C被膜を形成したもの）、でも多少の寿命の延びは得られた。そして、サンプル 1 0とサンプル 1 1との比較では、サンプル 1 1の方がより寿命延長効果を得ることができた。すなわち、銅製の溶接用コンタクトチップに放電表面処理により T i C被膜を形成することにより、ある程度良好な寿命延長効果を得ることができるといえる。

—方、サンプル 1 2 (銅製の溶接用コンタクトチップに放電表面処理により T i C被膜を形成し、さらにその上にニッケルクロムメツキを施したもの）は、それらの結果よりも大きな効果が得られた。

サンプル 8およびサンプル 1 2の寿命が長くなった原因は以下のように推察している。

銅は熱伝導特性が良い材質であるが、融点が高い。逆に T i Cは、熱伝導特性は悪いが、融点は高い。そして、熱伝導特性が悪いと局部的に温度が上がりやすいため、スパッタが付着し、被膜の破損の原因になりやすい。しかしながら、放電表面処理により形成された被膜は前述のように傾斜性を持つた被膜であり、硬い T i Cの被膜はすぐに熱伝導特性の良い銅の成分と融合した被膜となっている。したがって、熱による溶融は融点の高い表面の T i Cの成分で防ぎ、溶接ノズルまたは溶接用コンタクトチップへの入熱は、熱伝導特性が良好な直下の銅の成分ですぐに発散できる理想的な被膜となっていると考えている。

し力し、放電表面処理により形成された硬質セラミックスの被膜は、面粗さが 1 0 μ ΐη程度と粗く、被膜の厚みにばらつきが大きい。このため、硬質セラミツタスの被膜のみでも上述した寿命を延長する効果を得られるが、該硬質セラミツクスの被膜だけではレーザ加工用ノズルの寿命の延長の効果が限られると考えられる。これを補うために、放電表面処理により形成された硬質セラミックスの被' 膜の表面を比較的融点の高い材料であるニッケルクロム等の金属被膜により覆うことが本発明の趣旨である。

特に溶接用コンタクトチップでは、溶接の熱が直接伝わるため、溶接用コンタタトチップは数百。 Cの高温になる。溶接用コンタクトチップが高温になると、 - ッケルクロムメツキ被膜中の C r (クロム）が酸ィ匕して、 C r ₂ 0₃ (酸化クロム ) になり潤滑性を発揮するため、溶接用コンタクトチップ表面に付着物が付きにくくなるという効果があるように推察している。

なお、上述した評価試験においては、溶接ノズル本体および溶接用コンタクトチップ本体として銅製の溶接ンズル本体および溶接用コンタクトチップ本体を用いた場合について説明したが、溶接ノズル本体および溶接用コンタクトチップ本体として鉄（F e ) 製の溶接ノズル本体および溶接用コンタクトチップ本体、またはアルミニウム（A 1 ) 製の溶接ノズル本体および溶接用コンタクトチップ本体を用レ、た場合にぉレ、ても上記と同様の効果が得られることが実験 ίこより確認された。

したがって、本発明によれば、従来の溶接ノズル、溶接用コンタクトチップに比べて、高寿命な溶接ノズル、溶接用コンタクトチップを得ることができる。これにより、長時間にわたって連続して使用することができ、交換作業の大幅な削減、コストの削減を実現する溶接ノズルおよび溶接用コンタクトチップを提供することができる。

' 実施の形態 3

溶射はノズルから溶融した材料を噴出してワーク表面に付着させる方法である。溶接においても、実施の形態 1において説明したレーザ加工と同様に、溶射用ノズルには熱ゃスパッタの付着に起因して寿命が短くなるという問題がある。

そこで、上述した実施の形態 1と同様に、溶射用ノズルの表面に硬質セラミツタスの被膜を形成することにより、寿命を延ばすことが可能である。さらに、硬質セラミツタスの被膜の上に所定の金属被膜を形成することにより、より効果的に寿命を延ばすことが可能である。これにより、長時間にわたって連続して使用することができ、交換作業の大幅な削減、コストの削減を実現する溶射用ノズルを提供することができる。

以下、実施の形態 3にかかる溶射用ノズルについて説明する。第 4図は本発明の実施の形態 3にかかる溶射用ノズル 5 1を説明する概略断面図である。まず、本実施の形態にかかる溶射用ノズル 5 1の構成について第 4図を用いて説明する。第 4図に示すように、本実施の形態にかかる溶射用ノズル 5 1は、金属母材である銅、鉄またはアルミニゥムを主成分とした溶射用ノズル本体 5 2の表面に、放電表面処理により硬質セラミックスの被膜である T i .C (炭化チタン ) の被膜 5 3が形成され、さらに硬質セラミックスである T i Cの被膜 5 3の上に金属被膜としてニッケルクロムメツキ層 5 4が形成されてなるものである。本実施の形態にかかる溶射用ノズル 5 1は、上述したような構成とされることにより、溶接時の熱に強く、またスパッタが付着しにくいものとされている。これにより、この溶射用ノズル 5 1では溶接中の熱による変形、スパッタの付着および剥離による変形などに起因して寿命が短くなることが防止され、高寿命化が図られている。

すなわち、本実施の形態にかかる溶射用ノズル 5 1は寿命が極めて長いものであり長時間にわたって連続して使用することができるため、交換作業の大幅な削減、コストの削減を実現するものである。

本実施の形態にぉレ、ても、硬質セラミックスの被膜およぴ該硬質セラミックスの被膜の上に形成される金属被膜は、上述した実施の形態 1と同様の材料を用いることができる。

次に、本発明を評価試験の結果に基づいてより具体的に説明する。以下では、上述した放電表面処理により銅からなる溶射用ノズル本体に T i C被膜を形成した後、さらに該 T i C被膜上に二ッケルクロムメツキを施した銅製の溶射用ノズルについて寿命の評価試験を行なつた場合について説明する。

評価試験は、それぞれ以下に示す 4種類のサンプルを用いて行なつた。

ぐ灘用ノズル >

(サンプル 1 3 )

銅製の溶射用ノズル（従来品）

(サンプル 1 4 ) '

銅製の溶射用ノズルの表面に二ッケルクロムメツキを施したもの (サンプノレ 1 5 )

銅製の溶射用ノズルの表面に放電表面処理により T i C被膜を形成したもの (サンプノレ 1 6 )

銅製の溶射用ノズルの表面に放電表面処理により T i C被膜を形成し、さらにその上にニッケルクロムメツキを施したもの

以上のサンプルについての評価内容および寿命（サンプル 1 3の寿命を 1としたときの比較）を表 4に示す。表 4

表 4に示すように、サンプノレ 1 4 (銅製の溶射用ノズルの表面にニッケルクロムメツキを施したもの）、およぴサンプル 1 5 (銅製の溶射用ノズルに放電表面処理により T i C被膜を形成したもの）、でも多少の寿命の延ぴは得られた。そして、サンプル 1 4とサンプノレ 1 5との比較では、サンプノレ 1 5の方がより寿命延長効果を得ることができた。すなわち、銅製の溶射用ノズルに放電表面処理により T i C被膜を形成することにより、ある程度良好な寿命延長効果を得ることができるといえる。

一方、サンプル 1 6 (銅製の溶射用ノズルに放電表面処理により T i C被膜を形成し、さらにその上にニッケルクロムメツキを施したもの）は、それらの結果よりも大きな効果が得られた。

サンプル 1 6の寿命が長くなった原因は以下のように推察している。

銅は熱伝導特性が良い材質である力融点が高い。逆に T i Cは、熱伝導特性は悪いが、融点は高い。そして、'熱伝導特性が悪いと局部的に温度が上がりやすいため、スパッタが付着し、被膜の破損の原因になりやすい。しかしながら、放電表面処理により形成された被膜は前述のように傾斜性を持つた被膜であり、硬い T i Cの被膜はすぐに熱伝導特性の良い銅の成分と融合した被膜となっている。したがって、.熱による溶融は融点の高い表面の T i Cの成分で防ぎ、溶射用ノズルへの入熱は、熱伝導特性が良好な直下の銅の成分ですぐに発散できる理想的な被膜となっていると考えている。

し力し、放電表面処理により形成された硬質セラミックスの被膜は、面粗さが l O ^ m程度と粗く、被膜の厚みにばらつきが大きい。このため、硬質セラミツタスの被膜のみでも上述しだ寿命を延長する効果を得られるが、該硬質セラミツタスの被膜だけでは溶射用ノズルの寿命の延長の効果が限られると考えられる。これを補うために、放電表面処理により形成された硬質セラミックスの被膜の表面を比較的融点の高い材料であるニッケルクロム等の金属被膜により覆うことが本発明の趣旨である。 '

特に溶射用ノズルでは、溶融した材料の熱が直接伝わるため、溶射用ノズルは数百。 Cの高温になる。溶射用ノズルが高温になると、ニッケルクロムメッキネ皮膜中の C r (クロム）が酸化して、 C r ₂0₃ (酸化クロム）になり潤滑性を発揮するため、溶射用ノズル表面に付着物が付きにくくなるという効果があるように推察している。なお、上述した評価試験においては、溶射用ノズル本体として銅製の溶射用ノズル本体を用いた場合について説明したが、溶射用ノズルとして鉄（F e ) 製の溶射用ノズル本体、またはアルミニウム（A 1 ) 製の溶射用ノズル本体を用いた場合にお!/、ても上記と同様の効果が得られることが実験により確認された。したがって、本発明によれば、従来の溶射用ノズルに比べて、高寿命な溶射用ノズルを得ることができる。これにより、長時間にわたって連続して使用することができ、交換作業の大幅な削減、コストの削減を実現する溶射用ノズルを提供することができる。産業上の利用可能性 '

以上のように、本発明にかかる加工機用ノズルは、過酷な条件下での使用が行われる加工関連産業に用いられるのに適しており、特に熱や溶融した材料などのスパッタに曝される条件下での使用が行われる加工関連産業に用いられるのに適している。

Claims

請求の範囲

1 . 金属母材表面に硬質セラミックスの被膜を形成したことを特徴とする加工機用ノズル。

2 . 前記硬質セラミックスの被膜上に、 C r、 N i、 F e、 W、 M oからなる群より選ばれる 1種以上の金属元素を主成分とする被膜を形成したことを特徴とする請求の範囲第 1項に記載の加工機用ノズル。

3 . 前記硬質セラミッタスの被膜は、炭化しやすい金属の粉末または金属炭化物の粉末を主成分とした粉末を圧縮成形した圧粉体電極を用いて、力 t!ェ液中にお V、て放電表面処理により形成されてなることを特徴とする請求の範囲第 1項または第 2項に記載の加工機用ノズル。

4 . 前記金属母材は、銅、鉄またはアルミニウムを主成分とすることを特徴とする請求の範囲第 1項〜第 3項に記載の加工機用ノズル。 .

5 . 金属母材表面に硬質セラミッタスの被膜を形成したことを特徴とする溶接用コンタクトチ少プ。

6 . 前記硬質セラミックスの被膜上に、 C r、 N i、 F e、 W、 M oからなる群より選ばれる 1種以上の金属元素を主成分とする被膜を形成したことを特徴とする請求の範囲第 5項に記載の溶接用コンタクトチップ。

7 . 前記硬質セラミックスの被膜は、炭化しやすい金属の粉末または金属炭化物の粉末を主成分とした粉末を圧縮成形した圧粉体電極を用いて、加工液中において放電表面処理により形成されてなることを特徴とする請求の範囲第 5項または第 6項に記載の溶接用コンタクトチップ。

8 . 前記金属母材は、銅、鉄またはアルミニウムを主成分とすることを特徴とする請求の範囲第 5項〜第 7項に記載の溶接用コンタクトチップ。

9 . 金属母材表面に硬質セラミックスの被膜を形成する工程を含むことを特徴とする加工機角ノズルの製造方法。

1 0 . 前記硬質セラミックスの被膜上に、 C r、 N i、 F e、 W、 M oからなる群より選ばれる 1種以上の金属元素を主成分とする被膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求の範囲第 9項に記載の加工機用ノズルの製造方法。

1 1 . 前記 C r、 N i、 F e、 W、 M oからなる群より選ばれる 1種以上の金属元素を主成分とする被膜を表面処理により形成することを特徴とする請求の範囲第 1 0項に記載の加工機用ノズルの製造方法。

1 2 . 前記硬質セラミックスめ被膜を形成す'る工程にぉレヽて、炭化しゃすレ、金属の粉末または金属炭化物の粉末を主成分とした粉末を圧縮成形した圧粉体電極を用いて、加工液中において放電表面処理により前記硬質セラミッタスの被膜を形成することを特徴とする請求の範囲第 9項〜第 1 1項に記載の加工機用ノズルの製造方法。

1 3 . 前記金属母材として、銅、鉄またはアルミニウムを主成分とする金属材料を用いることを特徴とする請求の範囲第 9項〜第 1 2項に記載の加工機用ノズルの製造方法。

1 4 . 金属母材表面に硬質セラミックスの被膜を形成する工程を含むことを特徴とする溶接用コンタクトチップの製造方法。

1 5 . 前記硬質セラミックスの被膜上に、 C r、 N i、 F e、 W、 M oからなる群より選ばれる 1種以上の金属元素を主成分とする被膜を形成する工程を含むことを特徴とする請求の範囲第 1 4項に記載の溶接用コンタクトチップの製造方法。

1 6 . 前記 C r、 N i、 F e、 W、 M oからなる群より選ばれる 1種以上の金属元素を主成分とする被膜を表面処理により形成することを特徴とする請求の範囲第 1 5項に記載の溶接用コンタクトチップの製造方法。

1 . 前記硬質セラミックスの被膜を形成する工程において、炭ィ匕しやすい金属の粉末または金属炭化物の粉末を主成分とした粉末を圧縮成形した圧粉体電極を用いて、加工液中にぉレ、て放電表面処理により前記硬質セラミックスの被膜を形成することを特徴とする請求の範囲第 1 4項〜第 1 6項に記載の溶接用コンタクトチップの製造方法。

1 8 . 前記金属母材として、銅、鉄またはアルミニウムを主成分とする金属材料を用いることを特徴とする請求の範囲第 1 4項〜第 1 7項に記載の溶接用コンタクトチップの製造方法。