特開 2024-143885 コンタクトチップ

(19)【発行国】日本国特許庁(JP)

(12)【公報種別】公開特許公報(A)

(11)【公開番号】P2024143885

(43)【公開日】2024-10-11

(54)【発明の名称】コンタクトチップ

(51)【国際特許分類】

   B23K 9/26 20060101AFI20241003BHJP

【ＦＩ】

B23K9/26 K

【審査請求】未請求

【請求項の数】3

【出願形態】ＯＬ

(21)【出願番号】P 2023056806

(22)【出願日】2023-03-30

(71)【出願人】

【識別番号】523119300

【氏名又は名称】堀尾 憲明

(74)【代理人】

【識別番号】100140866

【弁理士】

【氏名又は名称】佐藤 武史

(72)【発明者】

【氏名】堀尾 憲明

【テーマコード（参考）】

4E001

【Ｆターム（参考）】

4E001LA03

4E001LH03

(57)【要約】

【課題】溶接トーチにおいて、スパッタによる電気的な短絡を防止するとともに、容易にスパッタを除去することを可能とすること。
【解決手段】コンタクトチップ１２は、内部に溶接ワイヤを通す筒状のチップボディ１０と、チップボディ１０の先端部を覆う筒状のノズル１３と、を備える溶接トーチ１に取り付けられ、チップボディ１０の先端部に取り付けられ、ノズル１３に囲まれ、チップボディ１０に通した溶接ワイヤＷを貫通孔２０ａに通して先端部から突出させ、貫通孔２０ａが形成され、溶接ワイヤＷに電気的に接続する略円柱状の本体２０と、本体２０の外面に巻き回された絶縁テープ２２と、を備え、絶縁テープ２２は、複数回巻き回されている。
【選択図】図３

【特許請求の範囲】

【請求項1】

内部に溶接ワイヤを通す筒状のチップボディと、前記チップボディの先端部を覆う筒状のノズルと、を備える溶接トーチに取り付けられるコンタクトチップであって、
前記チップボディの先端部に取り付けられ、前記ノズルに囲まれ、前記チップボディに通した前記溶接ワイヤを内部通路に通して先端部から突出させ、
前記内部通路が形成され、前記溶接ワイヤに電気的に接続する略円柱状の本体と、
前記本体の外面に形成された絶縁層と、を備え、
前記絶縁層は、互いに分離可能な複数層からなることを特徴とするコンタクトチップ。

【請求項2】

前記本体の先端に着脱自在に取り付けられ、前記溶接ワイヤが通る孔部を有する絶縁ヘッドを、更に備えることを特徴とする請求項１記載のコンタクトチップ。

【請求項3】

前記本体の直径は、前記チップボディの先端部の直径より小さく、前記本体の側面は、前記チップボディの先端部の側面に対して低い段差になっており、
前記絶縁層は、前記チップボディの先端部の側面と前記絶縁層の最外周面とが面一になるように、前記本体の側面に形成されていることを特徴とする請求項１又は２記載のコンタクトチップ。

【発明の詳細な説明】

【技術分野】

【0001】

本発明は、内部に溶接ワイヤを通す筒状のチップボディと、前記チップボディの先端部を覆う筒状のノズルと、を備える溶接トーチに取り付けられるコンタクトチップに関する。

【背景技術】

【0002】

従来、この種の技術としては、特許文献１に記載された技術がある。特許文献１に記載された、溶接トーチは、シールドガスを供給するオリフィス（ガス供給口）とノズルの先端開口とを仕切る仕切り手段と、供給されたシールドガスを仕切り手段を通して螺旋状に進行させつつノズルの先端開口に導くガス案内手段、を有する。仕切り手段は、断面テーパ形状をなすコンタクトチップの大径部（拡大部）から構成され、大径部は、飛散するスパッタの大きさよりも小さい隙間をノズル内周面との間に形成する大きさに設定されている。また、ガス案内手段は、コンタクトチップに形成されるとともにオリフィスに連通する螺旋状の溝を有し、この螺旋状の溝のねじれ角は、ノズルの先端開口からオリフィスを視認できない角度に設定してある。

【0003】

特許文献１に記載された溶接トーチによれば、ノズルの内部に侵入したスパッタは、ノズル内面とコンタクトチップとの間の空間を通って上昇しようとするが、仕切り手段により遮られ、シールドガスを供給するガス供給口までは到達しない。ガス供給口へのスパッタの付着を防止して、シールドガス供給量の不足を防止できる結果、ブローホールなどの溶接欠陥の発生を抑制することが可能となる。また、シールドガスは、先端開口に向けて螺旋状に進行するため、シールドガスの流れが滑らかになり、シールド効果を高めることができる。

【0004】

また、特許文献１には、コンタクトチップの表面に、セラミック溶射などにより電気絶縁性材料をコーティングして、電気絶縁層を形成することにより、コンタクトチップとノズルとの間の電気的な短絡が生じることを防止して溶接トーチの損傷を防ぐこと、について開示されている。

【先行技術文献】

【特許文献】

【0005】

【特許文献1】特開２００１－２８７０３６号公報

【発明の概要】

【発明が解決しようとする課題】

【0006】

従来、ノズルの内部にスパッタが侵入して、コンタクトチップに付着した場合には、コンタクトチップとノズルとの間に電気的な短絡が生じるおそれがあるため、コンタクトチップを交換することで対処している。ここで、コンタクトチップ自体は比較的安価であるため、コンタクトチップの交換によるコスト的な負担を比較的小さく抑えることができる。しかし、コンタクトチップ表面に電気絶縁性材料をコーティングしたコンタクトチップを使用した場合、溶接作業中にコンタクトチップとノズルとの間に電気的な短絡が生じる可能性を低く抑えることができるが、その一方で、コンタクトチップにかかるコストが高くなるため、コンタクトチップの交換によるコスト的な負担が大きくなる。

【0007】

また、コンタクトチップの交換作業は、ノズルやコンタクトチップの取外しや再組み立てを必要とするため、作業員にとって比較的面倒な作業である。コンタクトチップにスパッタが付着した場合、コンタクトチップからスパッタを除去できなければ電気絶縁性材料がコーティングされているコンタクトチップであっても交換せざるを得ないが、コーティングを剥がすことでスパッタを除去できればコンタクトチップの再利用が可能になる。

【0008】

本発明は、このような問題点を解決し、溶接トーチにおいて、スパッタによる電気的な短絡を防止するとともに、容易にスパッタを除去することを可能にしたコンタクトチップを提供することを目的とする。

【課題を解決するための手段】

【0009】

前記目的を達成するため、本発明は、次の構成を備えている。

【0010】

（１） 内部に溶接ワイヤを通す筒状のチップボディ（例えば、チップボディ１０）と、前記チップボディの先端部を覆う筒状のノズル（例えば、ノズル１３）と、を備える溶接トーチに取り付けられるコンタクトチップ（例えば、コンタクトチップ１２）であって、
前記チップボディの先端部に取り付けられ、前記ノズルに囲まれ、前記チップボディに通した前記溶接ワイヤを内部通路（例えば、貫通孔２０ａ）に通して先端部から突出させ、
前記内部通路が形成され、前記溶接ワイヤに電気的に接続する略円柱状の本体（例えば、本体２０）と、
前記本体の外面に形成された絶縁層（例えば、絶縁テープ２２）と、を備え、
前記絶縁層は、複数層形成されていることを特徴とするコンタクトチップ。

【0011】

（１）によれば、溶接ワイヤに電気的に接続する本体が絶縁層によって被覆されているため、例えば、上向き溶接の場合、溶接トーチを上に向けて溶接する必要があるため、溶融金属やスパッタがノズルの内部に侵入し、その溶融金属やスパッタが絶縁層に付着しても本体に直接接触することが低減される。これにより、溶接トーチにおいて、スパッタによる電気的な短絡を防止できる。また、絶縁層を互いに分離可能な複数層で形成したので、例えば、最上層の絶縁層にスパッタが付着した場合でも、スパッタを容易に除去することができる。また、スパッタの除去が困難な場合でも、絶縁層を剥がすことによって、スパッタを容易に除去することができる。この際、コンタクトチップを外すことなくノズルを外すだけでスパッタの除去が可能になるため、容易にスパッタを除去することが可能になる。

【0012】

（２） （１）において、前記本体の先端に着脱自在に取り付けられ、前記溶接ワイヤが通る孔部（例えば、孔部２１ａ）を有する絶縁ヘッド（例えば、絶縁ヘッド２１）を、更に備えることを特徴とするコンタクトチップ。

【0013】

（２）によれば、コンタクトチップの先端部が絶縁ヘッドであるため、コンタクトチップの先端部にスパッタが付着しても、そのスパッタに起因してコンタクトチップとノズルとの間に電気的な短絡が生じることが低減できる。また、絶縁ヘッドを着脱自在としたので、絶縁ヘッドにスパッタが付着し、スパッタの除去が困難な場合でも、絶縁ヘッドを交換するだけでスパッタの除去が可能になるため、容易にスパッタを除去することが可能になる。

【0014】

（３） （１）、（２）において、前記チップボディの先端部の直径より小さく、前記本体の側面は、前記チップボディの先端部の側面に対して低い段差になっており、
前記絶縁層は、前記チップボディの先端部の側面と前記絶縁層の最外周面とが面一になるように、前記本体の側面に形成されていることを特徴とするコンタクトチップ。

【0015】

（３）によれば、絶縁層を設けることによってコンタクトチップが太くなることを低減し、既存の溶接トーチに本発明のコンタクトチップを取り付けた場合に、コンタクトチップとノズルとの間に、シールドガスの流路を確保できる。

【発明の効果】

【0016】

本発明によれば、溶接トーチにおいて、スパッタによる電気的な短絡を防止するとともに、容易にスパッタを除去することを可能にしたコンタクトチップを提供することができる。

【図面の簡単な説明】

【0017】

【図1】本発明の一実施形態におけるコンタクトチップ１２が取り付けられた溶接トーチ１を構成する部品を示す分解図である。

【図2】本発明の一実施形態におけるコンタクトチップ１２が取り付けられた溶接トーチ１の外観を示す斜視図である。

【図3】コンタクトチップ１２の構造を示す断面図である。

【図4】絶縁テープ２２の一部を切り取ってスパッタを除去する作業を示す説明図である。

【発明を実施するための形態】

【0018】

本発明の一実施形態における溶接トーチ１について、図面を参照しながら詳細に説明する。

【0019】

図１は、本発明の一実施形態におけるコンタクトチップ１２が取り付けられた溶接トーチ１を構成する部品を示す分解図である。図２は、本発明の一実施形態におけるコンタクトチップ１２が取り付けられた溶接トーチ１の外観を示す斜視図であり、図２（ａ）はコンタクトチップ１２に溶接ワイヤＷを通していない状態を示し、図１（ｂ）はコンタクトチップ１２に溶接ワイヤＷを通した状態を示す。

【0020】

溶接トーチ１は、チップボディ１０と、インシュレータ１１と、コンタクトチップ１２と、ノズル１３と、オリフィス１４と、トーチキャップ１５と、トーチケーブル１６と、を備えている。なお、溶接トーチは、本発明の一実施形態におけるコンタクトチップ１２が取り付け可能であれば、任意の構成とすることができる。

【0021】

チップボディ１０は、略円筒形状をしており、内部に溶接ワイヤＷを通す通路部材（図示せず）を備えている。チップボディ１０の内部壁面と通路部材との隙間はガス通路となっている。チップボディ１０の先端外周部にガス通路と連通するガス孔１０ａが形成されている。チップボディ１０の先端面の中心に有底の孔部１０ｂ（図４参照）が形成されている。孔部１０ｂの内部の壁面には、コンタクトチップ１２をねじ込むためのねじ溝が形成されている。

【0022】

インシュレータ１１は、円筒状の絶縁部材であり、チップボディ１０の外周部にねじ込まれる。チップボディ１０の先端部はインシュレータ１１の先端部より突出しており、この突出部分にガス孔１０ａが配置されている。インシュレータ１１に外面に、ノズル１３の後端部に螺合するねじ山１１ａが形成されている。

【0023】

コンタクトチップ１２は、略円柱状の部材からなり、チップボディ１０の先端部に着脱自在である。コンタクトチップ１２がチップボディ１０の先端部に装着された際に、チップボディ１０の通路部材に通した溶接ワイヤＷを、コンタクトチップ１２の内部に溶接ワイヤＷを通して、図２（ｂ）に示すように、コンタクトチップ１２の先端部から突出させることができる。更に、コンタクトチップ１２と溶接ワイヤＷとが電気的に接続され、コンタクトチップ１２を介して溶接ワイヤＷに溶接電流を給電することができる。

【0024】

ノズル１３は、円筒部材からなり、後端部がインシュレータ１１のねじ山１１ａ先端部にねじ込まれ、チップボディ１０の先端部及びコンタクトチップ１２の側面を覆う。

【0025】

オリフィス１４は、先端側に向かって径が僅かに縮小する略円筒状の部材である。オリフィス１４は、チップボディ１０の軸方向に摺動可能に取り付けられ、チップボディ１０の先端部に挿通されてガス孔１０ａを覆う。

【0026】

トーチキャップ１５は、チップボディ１０の後端部に配置され、チップボディ１０とトーチケーブル１６とを連結する。

【0027】

トーチケーブル１６は、内部に、ワイヤ供給装置（図示せず）から送り出される溶接ワイヤＷが通されるとともに、シールドガス供給装置（図示せず）から送り出されるシールドガスが通される。更に、溶接電流を給電する給電装置（図示せず）から延びる給電線が通される。

【0028】

チップボディ１０とトーチケーブル１６とが連結されることにより、溶接ワイヤＷをチップボディ１０の通路部材（図示せず）に通すことが可能になるとともに、シールドガスをチップボディ１０のガス通路に通すことが可能になる。また、給電線がチップボディ１０に電気的に接続され、チップボディ１０からコンタクトチップ１２を介して溶接ワイヤＷに溶接電流を給電することが可能になる。

【0029】

チップボディ１０に送られる溶接ワイヤＷは、コンタクトチップ１２を通り、コンタクトチップ１２の先端から外部に突出する。チップボディ１０のガス通路に案内されたシールドガスは、ガス孔１０ａを通りオリフィス１４から流出して、ノズル１３内に供給される。

【0030】

図３は、コンタクトチップ１２の構造を示す断面図である。コンタクトチップ１２は、円柱状の本体２０と、絶縁ヘッド２１と、絶縁層の一例である絶縁テープ２２と、を備えている。本体２０は、導電性を有しており、中心軸に沿って溶接ワイヤＷを挿通する貫通孔２０ａが形成されている。また、本体２０の両端部にはネジ山２０ｂ、２０ｃが形成されている。

【0031】

絶縁ヘッド２１は、セラミックチップによって構成され、中心に有底の孔部２１ａを有する円板体からなる。孔部２１ａの底面の中心には中心軸に沿った貫通孔２１ｂが形成されている。孔部２１ａの内部の壁面にはネジ山２０ｂに螺合するねじ溝が形成されている。絶縁ヘッド２１の直径は、本体２０の直径よりも大きく、チップボディ１０の先端面の直径と同じである。

【0032】

絶縁ヘッド２１の孔部２１ａに、ネジ山２０ｂが形成された本体２０の端部をねじ込み、チップボディ１０の孔部１０ｂに、ネジ山２０ｂが形成された本体２０の端部をねじ込むことによって、コンタクトチップ１２がチップボディ１０に固定される。このとき、チップボディ１０の中心軸と本体２０の中心軸と絶縁ヘッド２１の中心軸とが一致し、貫通孔２０ａと貫通孔２１ｂとが連結される。また、本体２０の側面と、絶縁ヘッド２１の側面及びチップボディ１０の先端部の側面との間に段差が形成される。

【0033】

絶縁テープ２２は、耐熱絶縁素材で形成され、所謂、耐熱ガラステープからなる。絶縁テープ２２は本体２０の側面に貼着される。この際、絶縁テープ２２の最外周の面が、絶縁ヘッド２１の側面及びチップボディ１０の先端部の側面と面一になるまで複数回巻き回す。これにより、本体２０の周りに絶縁テープ２２による絶縁層が複数層形成される。なお、本実施形態においては、例えば、２層形成されている。

【0034】

絶縁テープ２２は、本体２０におけるネジ山２０ｂ、２０ｃが形成された両端部の領域以外の中央領域に貼着される。絶縁テープ２２としては、テープ幅が絶縁テープ２２の中央領域の長さに等しいものを用いることが望ましい。実験として、テープ幅が狭い絶縁テープ２２を本体２０にらせん状に貼着したところ、テープ幅が絶縁テープ２２の中央領域の長さに等しい絶縁テープ２２を積み重ねるように貼着した場合に比較して、損傷が多く見られた。これは、らせん状に貼着した場合、スパッタの侵入方向に対して絶縁テープ２２の端部が多く露出してしまうことに起因すると思われる。

【0035】

なお、本体２０に巻いた絶縁テープ２２のテープ端部に耐熱の塗料やシール剤などを塗布して保護してもよい。また、絶縁層は、ガラステープに限らず、任意の耐熱絶縁素材で形成することができる。

【0036】

次に、一般によく使用される全長４５ｍｍのコンタクトチップ１２を形成する例を説明する。

【0037】

本体２０の全長は、絶縁ヘッド２１（セラミックチップ）の先端の厚み（軸方向の長さ）を２ｍｍとした場合、４３ｍｍで形成する。
この場合、本体２０において、チップボディ１０の取り付け部（ネジ山２０ｃが形成された端部）を７．５ｍｍで形成し、ネジ山２０ｂが形成された端部を５．５ｍｍで形成すると、ネジ山を切っていない部分が３０ｍｍとなる。
また、本体２０のネジ山を切っていない部分の外径は、絶縁ヘッド２１及びチップボディ１０の外径より、０．７～１ｍｍ細く加工する。
そして、本体２０のネジ山を切っていない部分に絶縁層の一例である３０ｍｍ幅の耐熱ガラステープ等を２層巻きつける。
また、本体２０のネジ山２０ｂが形成された端部に、絶縁ヘッド２１（セラミックチップ）を取り付ける。
これにより、コンタクトチップ１２が形成される。

【0038】

次に、溶接トーチ１の使用方法について説明する。
溶接作業時には、シールドガス供給装置を作動させ、チップボディ１０内にシールドガスを案内する。シールドガスは、オリフィス１４から流出し、ノズル１３の先端部に供給される。オリフィス１４から供給されたシールドガスは、ノズル１３の先端開口から、コンタクトチップ１２及び溶接ワイヤＷを囲むように溶接部に向けて噴射される。

【0039】

一方、ワイヤ供給装置から自動的に供給される溶接ワイヤＷは、コンタクトチップ１２の貫通孔２０ａを通過する際に所定の電流が供給される。これにより、溶接ワイヤＷの先端とワークとの間でアークが発生する。このアークは、噴射されたシールドガスにより、大気からシールドされる。そして、シールドガス雰囲気中において、アークの熱により溶接ワイヤＷ及びワークの溶接面が溶融されて、当該ワークが溶着される。

【0040】

上述したように、アーク溶接時には、スパッタが発生する。発生したスパッタの大部分はノズル１３の外側に向けて飛散するものの、スパッタの一部はノズル１３の内部に侵入する。ノズル１３の内部に侵入したスパッタはコンタクトチップ１２に付着する場合がある。スパッタがコンタクトチップ１２に付着した場合、図４に示すように、ノズル１３のみを外し、絶縁テープ２２の一部を剥離させ、スパッタが付着した部分を切り取ってスパッタを除去する。スパッタを除去した後、ノズル１３を取り付けることにより、溶接トーチ１が使用可能になる。なお、絶縁テープ２２を巻いた部分全体にボロン系の耐熱離型剤等を塗布すると有効である。これにより、絶縁テープ２２の端部を保護することが可能となる。

【0041】

このように構成された本実施形態によれば、コンタクトチップ１２が絶縁テープ２２によって被覆されているため、例えば、上向き溶接の場合、溶接トーチ１を上に向けて溶接する必要があるため、溶融金属やスパッタがノズル１３の内部に侵入し、その溶融金属やスパッタがコンタクトチップ１２に付着してもコンタクトチップ１２の本体２０に直接接触することが低減される。これにより、溶接作業中にコンタクトチップとノズルとの間に電気的な短絡が生じるのを防止できる。

【0042】

また、絶縁テープ２２にスパッタが付着した場合でも、スパッタを容易に除去することができる。また、スパッタの除去が困難な場合でも、絶縁層を剥がすことによって、スパッタを容易に除去することができる。この際、コンタクトチップ１２を外すことなくノズル１３を外すだけでスパッタの除去が可能になるため、容易にスパッタを除去することが可能になる。

【0043】

また、絶縁テープ２２にスパッタが付着した場合に、シールドガスの流路を確保するため、絶縁テープ２２においてスパッタが付着した部分のみを切り取ってもよいため、その分、コンタクトチップ１２の長寿命化を図ることができる。また、スパッタが付着した絶縁テープ２２を本体２０から除去し、新たな絶縁テープ２２を巻き直すことで、本体２０を再利用することも可能となる。

【0044】

また、コンタクトチップ１２の先端部に絶縁ヘッド２１が取り付けられているため、コンタクトチップ１２の先端部にスパッタが付着しても、そのスパッタに起因してコンタクトチップ１２とノズル１３との間に電気的な短絡が生じることが低減できる。また、絶縁ヘッド２１にスパッタが付着し、スパッタの除去が困難な場合でも、スパッタが付着した絶縁ヘッド２１を本体２０から取り外し、新たな絶縁ヘッド２１を取り付けることで、本体２０を再利用することも可能となる。

【0045】

また、チップボディ１０の先端部の直径より、コンタクトチップ１２の本体２０の直径が小さいため、チップボディ１０の先端部の側面に対して本体２０の側面が段差になっており、チップボディ１０の先端部の側面に面一になるように絶縁テープ２２を本体２０に巻き付けている。このため、絶縁テープ２２を巻き付けることによってコンタクトチップ１２が太くなることを低減し、既存の溶接トーチに、コンタクトチップ１２を取り付けた場合に、コンタクトチップ１２とノズル１３との間に、シールドガスの流路を確保できる。

【0046】

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明の実施形態は上述した実施形態に限るものではない。例えば、上述した実施形態によれば、絶縁テープ２２によって本体２０に絶縁層が２層形成されているが、肉厚の薄い絶縁テープ２２を使用して本体２０に絶縁層を３層以上形成してもよい。

【符号の説明】

【0047】

Ｗ 溶接ワイヤ
１ 溶接トーチ
１０ チップボディ
１０ａ ガス孔
１０ｂ 孔部
１１ インシュレータ
１１ａ ねじ山
１２ コンタクトチップ
１３ ノズル
１４ オリフィス
１５ トーチキャップ
１６ トーチケーブル
２０ 本体
２０ａ 貫通孔
２０ｂ ネジ山
２０ｃ ネジ山
２１ 絶縁ヘッド
２１ａ 孔部
２１ｂ 貫通孔
２２ 絶縁テープ

【図1】

【図2】

【図3】

【図4】