JP2015501728A - ガス金属アーク溶接に用いるコンタクトチップ - Google Patents

Abstract

本発明によるコンタクトチップは、チューブ状のベース部及び該ベース部の前の端部から軸方向に伸びる２以上のフィンガー（５ａ、５ｂ）を有する金属素材のボディー（３）と、溶接ワイヤを受け入れ送り込むように作られた、ボディーを通って軸方向に伸びる少なくとも１つのワイヤ送給導管（７）と、フィンガーの間にあって空間を作るためのスロット（１０ａ、１０ｂ）と、フィンガーを取り巻きフィンガーにスプリング力を半径方向に作用させるように作られたスプリング手段（１１）であって、フィンガーが、冷えているとき、間隔を維持し、前記ワイヤ送給導管に導き入れられた溶接ワイヤのケーシング表面に圧力を加えないようにし、前記金属素材の軟化温度以上の温度に熱せられたとき、前記ワイヤ送給導管に受け入れられた溶接ワイヤのケーシング表面に圧力を加えるために、スプリング力により半径方向に内側に圧力を加えるようにしたことを特徴とするスプリング手段（１１）と、を具備するガス金属アーク溶接用コンタクトチップ（１）である。【選択図】図１

Description

本発明は、ガス金属アーク溶接に用いる、請求項１のプリアンブル部に従うコンタクトチップに関する。

ガス金属アーク溶接において、溶接ワイヤは、コンタクトチップ内のワイヤ送給導管を通して送り込まれる。良好な電気伝導度を有する金属素材で作られ、コンタクトチップを通って送り込まれた溶接ワイヤに溶接電流を転送する接触手段を形成する。ガス金属アーク溶接は、ソリッドワイヤ又は粉末入りワイヤのいずれかの形で溶接ワイヤによりなされる。ガス金属アーク溶接において、溶接ワイヤと溶接する被加工物との間でアークを維持する。マグ溶接とミグ溶接は、２つの一般的なガス金属アーク溶接である。マグ溶接において、アーク及び溶接プールは、アクティブシールドガスにより保護され、ミグ溶接において、アーク及び溶接プールは、イナートシールドガスにより保護される。ガス金属アークにおいて、粉末入りワイヤの形状の溶接ワイヤでの溶接では、溶接は、イナートガスを追加することなく行うことができる。

コンタクトチップ内のワイヤ送給導管を通して、溶接ワイヤをワイヤ送給導管の内面に向けて滑り込ませると、コンタクトチップから溶接ワイヤへ電力を伝達するために必要な接触が得られる。従来のコンタクトチップでは、ワイヤ送給導管は隙間を小さくして溶接ワイヤを受け入れるので、溶接ワイヤとコンタクトチップとの間の接触点の位置が溶接の過程で変化することがあり、これにより例えば、ワイヤ送給導管内で、溶接ワイヤとコンタクトチップとの間で、期待されない好ましくないアークが生じることがある。このような散発的なアークの発生により大きな電力損失が生じ、その結果過熱とチップの摩耗が生じる。加えて、アークの発生により溶接ワイヤがチップ内に焼きつき、廃棄が必要となることがある。さらに、溶接ワイヤとコンタクトチップとの間の接触点の位置が変化することにより、溶接電流が流れる溶接ワイヤの長さが変化し、溶接ワイヤと被加工物との間のアークの特性を変化させ、溶接品質を劣化させる。上述の問題は、ワイヤ送給導管の出口ポートに近い領域で溶接ワイヤとコンタクトチップとの間の連続的で好ましい電気的接触を維持することにより回避することができる。しかしながら、このように接触を維持することは、ワイヤ送給導管の内側面で機械的に溶接ワイヤを摩耗させ、これにより、溶接ワイヤとワイヤ送給導管の内側面との間の遊びが多くなる可能性があり、従って、溶接ワイヤとワイヤ送給導管の内側面との間の電気的接触を損なうという、困難さがある。また、ワイヤ送給導管の内側面の摩耗により、ワイヤ送給導管の出口端で溶接ワイヤの調整を難しくし、溶接精度を悪化させることになる。ワイヤ送給導管内の散発的なアークの発生の結果として生じるコンタクトチップの機械的な摩耗によりコンタクトチップの寿命が短くなる。素材コスト、及び摩耗したコンタクトチップを新品に換えることに伴う中断時間に歯止めをかけるためには、コンタクトチップの寿命を延ばすことが好ましい。

コンタクトチップワイヤ送給導管の出口ポート近くの領域で溶接ワイヤとコンタクトチップとの間の連続的で好ましい電気的接触を確実にするために、長年にわたって種々の解決手法が提案されてきた。そのような解決手法の例として、例えば、ＵＳ６，５５９，４１６Ｂ１、ＵＳ６，７１０，３００Ｂ２、ＵＳ２０１１/００３６８２１Ａ１、及び、ＷＯ２００６/０４６７９９Ａ１が開示されている。しかしながら、解決手法がほんの少し提案され開発されただけなので、商業的成功を収めるには程遠く、上述の問題は、依然として簡単で効率的な解決手法が必要とされている。
（本発明の目的）
本発明の目的は、好ましい製品寿命をもつ、簡単で効果的なコンタクトチップを提供することであり、これにより、通常の溶接条件のもとで、コンタクトチップワイヤ送給導管の出口ポートの近くで、溶接ワイヤとコンタクトチップとの間の連続的で好ましい電気的接触を確保することができる。

前記目的は、請求項１で明確にした特徴を有するコンタクトチップにより、本発明により達成される。

本発明によるコンタクトチップは、
電気的に導電性のある金属素材のボディーであって、該ボディーはチューブ状のベース部及び該ベース部に結合され、該ベース部の前の端部から軸方向に伸びる２以上のフィンガーを有することを特徴とするボディーと、
前記ボディーを通って軸方向に伸びる少なくとも１つのワイヤ送給導管であって、該導管に溶接ワイヤを受け入れ送り込むように作られており、該ワイヤ送給導管は前記コンタクトチップの後ろの端部に入口ポートを有し、該コンタクトチップの前の端部に出口ポートを前記フィンガーの間に有することを特徴とするワイヤ送給導管と、
前記ボディーの前記フィンガーの間にある、間に空間を作るためのスロットであって、各スロットが前記ボディーのベース部から前記出口ポートまで伸びていることを特徴とするスロットと、
前記フィンガーを取り巻き該フィンガーにスプリング力を半径方向に作用させるように作られたスプリング手段であって、該フィンガーが、冷えているとき、間隔を広げ、前記ワイヤ送給導管に受け入れられた溶接ワイヤのケーシング表面に圧力を加えないようにし、前記金属素材の軟化温度以上の温度に熱せられたとき、前記ワイヤ送給導管に受け入れられた溶接ワイヤのケーシング表面に圧力を加えるためにスプリング力により半径方向に内側に圧力を加えるようにしたことを特徴とするスプリング手段と、
を具備する。

本発明による解決手法により、コンタクトチップのフィンガーは、金属素材の軟化温度以上の温度までコンタクトチップが熱せられたときのみワイヤ送給導管に受け入れられた溶接ワイヤに押しつけられる。コンタクトチップのこのような加熱は、溶接時に熱が発生するので溶接を開始した後自動的に生じる。溶接を行っている間、コンタクトチップが金属素材の軟化温度を超えたとき、コンタクトチップフィンガーにスプリング手段によりワイヤ送給導管を通って伸びている溶接ワイヤに接するよう圧力が加わるような弾力性を、コンタクトチップフィンガーが有する。これにより、溶接を行っている間、コンタクトチップワイヤ送給導管の出口ポートの近くの領域において、溶接ワイヤとコンタクトチップとの間の連続的な好ましい電気的接触を確実なものにすることができる。溶接ワイヤの動作により、溶接の間ワイヤ送給導管の内側面はすり減るので、スプリング手段がフィンガーをお互いに近付けるよう徐々に圧力を加える一方、ワイヤ送給導管の出口ポートの近くの領域において、溶接ワイヤとコンタクトチップとの間の連続的な好ましい電気的接触を保持することで、コンタクトチップの好ましい製品寿命を保持することに貢献する。

コンタクトチップが冷えると、コンタクトチップフィンガーがスプリング手段のスプリング力の半径方向の動作に十分に抵抗できる硬さとなり、従って、溶接に先立ち、フィンガーからの抵抗を受けずに、簡単に溶接ワイヤを挿入しワイヤ送給導管を通って進めて行けるような、好ましい距離の間隔をフィンガーが維持することができる。さらに、本発明のコンタクトチップは、切り離す部品がほとんどない単純なデザインであり、比較的製造が簡単で安価となる。

スプリング手段は、スプリング素材の軟化温度を超過しないという条件で、温度とは無関係に実質的に一定の強さでコンタクトチップのフィンガーに半径方向にスプリング力を及ぼす耐熱性の金属スプリング素材とすること、又は、低温時、コンタクトチップフィンガーに半径方向に及ぼす力が無視できる値又はゼロとなり、温度が上がるにつれて、この値が上昇するように作られたバイメタル素材とすることができる。いずれにしても、スプリング手段は、明らかに、コンタクトチップボディーの金属素材の軟化温度を超える軟化温度を有するスプリング素材で作るべきであり、さらに、溶接中コンタクトチップは一般に軟化温度を超える。

本発明によるコンタクトチップの他の有利な特徴は、従属項及び以下の説明で明らかとなる。

本発明は、実施の形態及び添付図を参照することでより詳細に説明される。図面には下記が示される。
本発明の実施の形態によるコンタクトチップの概略的な透視図である。 冷たい状態における図１のコンタクトチップの断面図である。 加熱された状態における図１のコンタクトチップの断面図である。 図１のコンタクトチップの正面図である。 金属素材の温度を変化させたときの金属素材の公称硬度を示す線図である。

図１〜４は、無垢のワイヤ又は中核を有するワイヤの形態の溶接ワイヤ２によるガス金属アーク溶接に用いる本発明の実施の形態によるコンタクトチップ１を示す。コンタクトチップ１は、好ましくは高温用途の銅合金の形態の電気伝導性金属素材で作られたボディー３を具備する。ボディー３はチューブ状のベース部４と、該ベース部の前端から軸方向に伸びる該ベース部と結合したフィンガー５ａ、５ｂとを具備する。ボディー３は、さらにベース部４の後端にネジ山６が設けられている。このネジ山６により、コンタクトピース１は溶接装置にしっかりとねじ込むことができる。ベース部４及びフィンガー５ａ、５ｂは１体に統合されている。

直線状のワイヤ送給導管７は、ボディーの中心軸に沿ってボディー３を軸方向に伸びる。このワイヤ送給導管７は、その中に伸びる溶接ワイヤ２を有する。ワイヤ送給導管７は、コンタクトチップの後端に入口ポート８を有し、コンタクトチップの前端のフィンガー５ａ、５ｂの間に出口ポート９を有する。ワイヤ送給導管７は溶接ワイヤ２の直径より少しだけ、例えば０．１〜０．２ｍｍ程度、大きな直径とし、この溶接ワイヤ２をワイヤ送給導管７内に小さな隙間で収めることができるように、ワイヤ送給導管を収納するように作られる。

スロット１０ａ、１０ｂは、フィンガー５ａ、５ｂをお互いに分割するためにボディー３中のフィンガー５ａ、５ｂの間に設けられ、各スロット１０ａ、１０ｂはボディーベース部４からワイヤ送給導管９の出口ポートまで軸方向に伸びている。各スロット１０ａ、１０ｂは、ワイヤ送給導管７とボディー３の外表面との間を半径方向に広がっている。ボディー３の前部は前記フィンガー５ａ、５ｂを形成するために、スロット１０ａ、１０ｂにより分割されている。各スロット１０ａ、１０ｂの軸方向長さは、チップの全長の２５〜８０％程度に対応することが望ましい。

ワイヤ送給導管の内側表面の摩耗の余地はスロット１０ａ、１０ｂの幅ｗが増えるにつれて増大する。しかしながら、フィンガー５ａ、５ｂの間を溶接ワイヤ２が進むとき、ワイヤ送給導管７の外を横滑りしスロット１０ａ、１０ｂ内に入るように、スロットの幅はそれほど広くしなくてもよい。各スロット１０ａ、１０ｂは、ワイヤ送給導管の直径ｄの２５〜９０パーセントに相当する幅ｗを有する。

図示の例において、フィンガー５ａ、５ｂは数が２つであり、ワイヤ送給導管７に向き合って、反対側に設けられた２つのスロット１０ａ、１０ｂにより分割されている。代替的にフィンガー５ａ、５ｂの数を２以上、例えば３又は４にすることができ、それにより当然スロット１０ａ、１０ｂの数も増える。

コンタクトチップ１には、フィンガー５ａ、５ｂを取り巻くスプリング手段１１が取り付けられる。スプリング手段１１は、フィンガー５ａ、５ｂの前部でフィンガーの周りに取り付けられ、フィンガー５ａ、５ｂの外側にある溝１２に収納される。スプリング手段１１は、従来のスプリングを具備するのが好ましいが、代替的にバイメタル素子、例えば、開いたリングの形をしたバイメタル素子で構成することもできる。図示の例では、スプリング手段１１は開いたリングの形をした渦巻きスプリングで構成されているが、代替的に、コイルスプリングで構成することもできる。

スプリング手段１１は、冷めた状態のとき、例えば、室温又はボディーの金属素材の軟化温度より十分に低い他の温度のとき、図２に示すようにワイヤ送給導管７に収納された溶接ワイヤ２のケーシング表面に圧力を加えないように、フィンガーがお互いに距離を維持するような強さでフィンガー５ａ、５ｂへのスプリング力を半径方向に作用させるように構成する一方、フィンガー５ａ、５ｂは、ボディーの金属素材の軟化温度以上に加熱されたとき、図３に示すようにワイヤ送給導管７に収納された溶接ワイヤ２のケーシング表面に圧力が加わるように、スプリング手段のスプリング力により半径方向内側に向かうよう押しつけられる。コンタクトチップ１が冷えていて、実際の金属素材の軟化温度以下であるとき、スプリング手段１１により、ワイヤ送給導管７を通ってワイヤ送給導管の出口ポート９に送り込まれた溶接ワイヤ２にフィンガー５ａ、５ｂが押しつけられることはない。従って、フィンガー５ａ、５ｂにより溶接を行うためにコンタクトチップと共に用意された溶接装置を準備するにあたって、コンタクトチップ１に溶接ワイヤ２を導入することが面倒にならない。続いて、溶接を開始しコンタクトチップ１を金属素材の軟化温度を超える温度まで加熱すると、スプリング手段１１は、フィンガー５ａ、５ｂを押しつけ、ワイヤ送給導管７に導き入れられた溶接ワイヤ２に接触させ、このようにして、ワイヤ送給導管の出口ポート９に隣接する領域でフィンガー５ａ、５ｂと溶接ワイヤ２との間の連続的で良好な電気的接触を確保する。

金属素材の軟化温度とは、素材の硬さが、温度上昇と共に減少し始める温度である。素材の軟化温度となる温度に素材が到達するまで、素材は、実質的に一定の硬さを保つが、軟化温度まで加熱された後は、温度の上昇と共に素材の硬さは減少する。図５は、４７５°Ｃの軟化温度をもつ銅合金の、温度の関数としての公称硬度を示す線図である。図５の線図に示すように、この素材の硬度は、温度４７５°Ｃまでは実質的に一定であり、その後、温度上昇と共に減少する。

スプリング手段１１は、コンタクトチップボディー３を作る金属素材の軟化温度を超える軟化温度をもち、さらに、溶接を行うとき、チップ１が通常到達する温度以上の軟化温度をもつ金属スプリング素材で作られる。通常の溶接状態で適切に働かせるために、スプリング素材は、１５００°Ｃ以上の軟化温度をもつべきである。

図１〜４に示したコンタクトチップ１中のフィンガー５ａ、５ｂには、溶接装置にコンタクトチップを固定し溶接装置からコンタクトチップを取り外すために用いる工具のために、嵌合面を形成するよう作られた窪み１３が設けられる。

図示した例において、コンタクトチップ１には、単一のワイヤ送給導管７が装備されている。しかしながら、本発明によるコンタクトチップは、コンタクトチップボディー３のベース部４及びフィンガー５ａ、５ｂを通り抜ける、お互いに平行に延びる２以上のワイヤ送給導管を代替的に装備することができ、これらのワイヤ送給導管は各々ワイヤを収納するよう作られる。

当然のことながら、本発明は、上述の実施の形態に決して限定されるものではなく、添付した特許請求の範囲で定義されるような発明の基本概念から本質的に逸脱することなく、本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者には、多くの修正の余地があることは明らかであろう。

Claims (10)

1. ガス金属アーク溶接に用いるコンタクトチップであって、該コンタクトチップ（１）は、
   電気伝導性金属素材からなるボディー（３）であって、該ボディー（３）はチューブ状のベース部（４）、及び、該ベース部（４）と結合し該ベース部（４）の前端から軸方向に伸びる２以上のフィンガー（５ａ、５ｂ）を有することを特徴とするボディー（３）と、
   溶接ワイヤを受け入れ送り込むように作られた、ボディー（３）を通って軸方向に伸びる少なくとも１つのワイヤ送給導管（７）であって、該ワイヤ送給導管（７）は、コンタクトチップの後端に入口開口（８）を有し、コンタクトチップの前端の前記フィンガー（５ａ、５ｂ）の間に出口ポート（９）を有することを特徴とするワイヤ送給導管（７）と、
   前記フィンガー（５ａ、５ｂ）を相互に分離するためにボディー（３）の該フィンガー（５ａ、５ｂ）の間に設けられたスロット（１０ａ、１０ｂ）であって、各スロット（１０ａ、１０ｂ）は前記ボディーのベース部（４）から軸方向に出口ポート（９）まで伸びていることを特徴とするスロット（１０ａ、１０ｂ）と、
   を具備し、
   前記コンタクトチップ（１）は、前記フィンガー（５ａ、５ｂ）を取り巻くスプリング手段（１１）であって、フィンガーが冷えているとき、間隔を維持し、前記ワイヤ送給導管（７）に導き入れられた溶接ワイヤのケーシング表面に圧力を加えないようにし、前記金属素材の軟化温度以上の温度に熱せられたとき、前記ワイヤ送給導管（７）に受け入れられた溶接ワイヤのケーシング表面に圧力を加えるために、スプリング力により半径方向に内側に圧力を加えるように、前記フィンガー（５ａ、５ｂ）に前記スプリング力を半径方向に働かせるような構成としたスプリング手段（１１）を有することを特徴とする、
   コンタクトチップ。
2. 前記スプリング手段（１１）は、前記フィンガー（５ａ、５ｂ）の外側に設けられた溝（１２）に嵌め込まれていることを特徴とする請求項１に記載のコンタクトチップ。
3. 前記スプリング手段（１１）は、開いたリングの形をした渦巻きスプリングで構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコンタクトチップ。
4. 前記スプリング手段（１１）は、コイルスプリングで構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコンタクトチップ。
5. 前記スプリング手段（１１）は、バイメタル素子で構成されていることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のコンタクトチップ。
6. 前記スプリング手段（１１）は、前記コンタクトチップボディー（３）を形成する金属素材の軟化温度以上の軟化温度を有する金属のスプリング素材で作られることを特徴とする請求項１乃至請求項５に記載のコンタクトチップ。
7. 前記スプリング手段（１１）は、フィンガー（５ａ、５ｂ）の前部でフィンガー（５ａ、５ｂ）の周りに取り付けられることを特徴とする請求項１乃至請求項６に記載のコンタクトチップ。
8. 前記フィンガー（５ａ、５ｂ）は、数が２つであり、ワイヤ送給導管（７）に向き合って、反対側に設けられた２つのスロット（１０ａ、１０ｂ）により分割されていることを特徴とする請求項１乃至請求項７に記載のコンタクトチップ。
9. 各スロット（１０ａ、１０ｂ）は、前記ワイヤ送給導管の直径（ｄ）の２５〜９０％に相当する幅（ｗ）を有することを特徴とする請求項１乃至請求項８に記載のコンタクトチップ。
10. ボディー（３）は、銅合金で作られることを特徴とする請求項１乃至請求項９に記載のコンタクトチップ。

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