JP2000117458A - 抵抗溶接用電極チップ - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】従来のピンプル形電極の特性を生かし、電極使
用可能高さ全てを連続打点しても電極の整形を不要とし
た電極チップを提供すること。 【構成】電極中央部を必要最小の面積の電極柱とし、該
電極柱が座屈や熱軟化しないように周囲にリブを配した
構造にした電極、また必要最小断面な電極柱とリブ部と
の特性を融合した非円形断面の電極チップ。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、抵抗溶接機の電極、特
にメッキ鋼板の溶接に適する連続打点溶接の過程でピン
プル電極の自己再生の特性を活用して、電極使用可能高
さ全体にわたり電極先端を整形する必要のない電極チッ
プに関する。

【０００２】

【従来の技術】抵抗溶接の電極チップの先端形状とし
て、大別してドーム形と電極先端に「へそ」をもったピ
ンプル形とがある。一般に使用されるドーム形はメッキ
鋼板溶接時に、チップ先端面が摩滅する他にチップ先端
面に導電性の低い合金層が形成され溶接性が劣化するの
で、連続打点性が低く頻繁に電極先端面を切削して合金
層を除去し成形しなければならない。一方図４に示すよ
うなピンプル形電極は先端の「へそ」２ａが溶接過程で
漸進的にキノコ状にめくれ５（自己再生機能）電極先端
面に合金層が累積しないので電極先端面を頻繁に切削す
る必要がなく、したがって電極消耗も溶接過程で自然に
きのこ状にめくれる消耗だけなので少なく連続打点性が
高い。しかし、ピンプル形電極チップを有効に使用する
ためには、その寸法的要素が極めて重要で被溶接物を
溶接加圧で挟持した状態で、溶接に必要最小径、所
定高さの「へそ」を上下同心に形成した電極を用いな
ければ自己再生機能が十分に作用しない。電極先端の寸
法的要素を満たすためには、溶接加圧装置に取り付けら
れた上下電極チップ先端を上下同時にピンプル形に削り
出す整形装置によってピンプルを作成し、連続打点溶接
の過程で消耗したピンプルは適時整形装置によって削り
出さなければならない。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ピンプル形電極は先端
の「へそ」が溶接過程で自然にきのこ状にめくれ（自己
再生機能）ピンプル先端面に合金層が累積せず電極先端
面を切削する必要もなく連続打点性が高く理想的な電極
であるが、ピンプル形電極チップを有効に使用するため
にはその寸法的要素が極めて重要で、現実には上下同心
で必要最小径の高さ１ｍｍのピンプルを維持するため、
連続打点の過程で適時電極チップを整形し消耗したピン
プルを作成しなければならない。（ピンプル高さが高す
ぎると加圧過程で座屈したり通電時の発熱で軟化しピン
プルが押しつぶされる）したがって電極チップを全長に
わたって整形することなく使用することはできず、ドー
ム形電極の場合と同様に必ず整形カッタ装置を必要とす
るのが課題であった。

【０００４】

【課題を解決するための手段】本発明は整形カッタ装置
を必要としない電極チップに関し、ピンプル形電極の特
性である電極先端表皮が自然にきのこ状にめくれる自己
再生特性を活用しながら、電極チップの使用可能高さ全
長にわたって整形を必要としない電極チップを提供する
もので、具体的には被溶接板面に接する電極柱の先端面
を、被溶接板材が必要とする溶接ナゲット径が得られメ
ッキ鋼板の連続打点溶接過程で電極先端表皮が自然にめ
くれ出し先端面に合金層が累積しない必要最小の集中面
積を持つ非円形な横断面外周形状とし、該非円形外周部
は加圧通電時の補助給電路となり、電極柱の座屈力や冷
却に必要十分な構造で溶接使用可能高さ全体にわたり同
一形状する手段による抵抗溶接用電極チップである。ま
た必要最小の集中面積柱に一以上のリブを有する溶接使
用高さ部分を同一断面形状とする手段の抵抗溶接用電極
チップおよび電極先端の軸心に孔を配する手段とによる
抵抗溶接用電極チップである。

【０００５】

【作用】上記構成の本発明に係る電極チップは、ピンプ
ル部を極めて高く構成した一種のピンプル電極であり、
ピンプル電極の特性である溶接過程で電極先端表皮が先
端面の周囲にきのこ状にめくれる自己再生現象をもたら
す必要最小の電極先端面積とすると共に、従来のピンプ
ルに比して極めて高い柱状の電極柱とし、その横断面形
状を非円形または柱状の電極柱にリブを配した形状とす
ることにより、連続打点溶接の過程において従来のピン
プル電極の場合と同様に、電極先端表皮がきのこ状にめ
くれだす自己再生機能を持ちながら、該電極外周部の非
円形な部分やリブ部が加圧時の座屈力や押しつぶし力に
対する機械的補強となり、さらに電極先端部への給電や
電極柱の冷却を助け電極柱部の強度を維持するごとくす
るものである。

【０００６】 さらに従来のピンプル電極においては電
極先端面積を必要最小に形成するため、上下電極のピン
プル軸心が同一でなければ電極先端の有効面積が実質的
に減少した状態となり溶接や自己再生機能に決定的に影
響したが、本発明電極においては溶接通電過程で通電面
が集中している電極柱部のみでなく、非円形部やリブ部
でも通電されるため、溶接ナゲットが形成される過程で
被溶接板材の電極柱周囲部の温度勾配がなだらかにな
り、その分上下電極先端軸心が若干ずれていても溶接性
や自己再生機能に影響することが少なく、あらかじめ作
成されたチップを電極に取付ける方式でも良好な溶接部
と自己再生機能をもたせることができる。したがって本
発明のピンプル部を極めて高く構成した電極柱を持つ電
極においては、連続溶接の過程で電極先端部を整形する
ことなく電極柱部の全高さを連続して使用することがで
き、整形装置を必要としない電極チップとすることがで
きる。

【０００７】

【実施例】電極チップ１は消耗時に交換するためテーパ
ー孔６を図示しない上下溶接加圧アームのシャンクに差
し込んで使用される。電極チップ１と一体の集中した面
積を持つ電極柱２はその溶接使用可能高さがＨ１で４枚
のリブ３が付してある。電極柱２の径Ｄ１は従来のピン
プル電極と同様に溶接ナゲット径を作成できる必要最小
径としてある。電極柱２の周囲に配された４枚のリブ３
は、細径で長尺な電極柱２が溶接時の加圧力で座屈する
のを防ぐ機械的な補強であるばかりなく、電極先端面へ
の給電を補足する。又給電発熱した電極柱２を冷却する
冷やし金的作用をする。

【０００８】 溶接作用は被溶接板材に対して、主に集
中した面積を持つ電極柱２の中央部先端面に挟持された
部分に溶接ナゲットが形成され、電極柱２の周囲に配さ
れた４枚のリブ３に挟持された部分にはほとんど溶接ナ
ゲットは形成されない。即ち電極柱２の中央部に挟持さ
れた部分は集中した接触面積を持っているので通電加熱
時被溶接板材への熱拡散度が低く累積的に加熱され従来
のピンプル電極による場合と同様に溶接ナゲットが形成
され、先端面表皮はきのこ状にめくれる自己再生機能に
より電極先端面に合金層が累積されることはない。

【０００９】 それに対して電極柱２の周囲に配された
４枚のリブ３の部分は、電極柱２の中央部と同様に被溶
接板材に接する先端面より被溶接板材に給電加熱が行わ
れるが、その横断面が薄肉なため接触面積の集中度が低
い。したがって、電極柱２の中央部に近いリブ３の付根
部は熱の拡散度が低く電極柱２と同様に加熱されるが、
電極柱２の中央部から遠いリブ３の先端部は肉厚が薄い
ので給電加熱量も少なく被溶接板材への熱拡散度が大き
くナゲットを形成するほどの加熱にはならない。また上
下電極のリブ３部の位置をかえれば上下電極のリブ３先
端部の給電間隔が増大し被溶接板材との接触面圧も減少
するので電気抵抗値が大きくなり給電量自体が減少す
る。

【００１０】 リブ３を電極柱２の軸線に対して傾けて
電極柱２にスパイラル状に巻き付く状態に配すれば、リ
ブ３は溶接加圧時にその軸線が傾いた状態で被溶接板材
面に接し、薄肉のリブ３は容易に曲げられるので被溶接
板材との接触面圧は低く電極柱２部に比して接触抵抗値
が高くリブ３部から被溶接板材に対する給電割合は減少
するので被溶接板材の加熱度は低い。リブ３は電極柱２
の先端面表皮が先端面周囲にきのこ状にめくれる自己再
生機能による電極柱２が消耗するにしたがって、薄肉の
リブ３の先端部も溶接時の加圧により消耗する。

【００１１】 従来のピンプル電極においては電極先端
は必要最小径とするため、上下電極先端の軸心が確実に
合わなければ実質的に面積不足となり良好な溶接ができ
ない。したがって従来は目的寸法より大きな先端部を持
つ電極を溶接加圧装置に取付けた状態で上下電極を同時
にピンプル形に整形して上下電極のピンプル軸心を合わ
せる必要があった。またピンプル高さＨ２も高すぎれば
加圧通電時、座屈や加熱軟化により潰れるので実質的に
は１ミリ程度であり、電極先端表皮がきのこ形にめくれ
る自己再生で消耗したピンプルを度々削り出さなければ
ならず、電極整形装置は必需品であった。

【００１２】 本発明の場合、溶接通電時に実質的な溶
接を行う電極柱２の先端面による被溶接板面への通電加
熱の他、リブ３部（特に根元部分）からも被溶接板面を
通電加熱するので、従来に比して溶接ナゲット部周辺の
温度勾配がなだらかとなる。したがってリブ３部の大き
さや枚数を選択することにより溶接ナゲット部周辺の温
度勾配を調整でき、上下電極の軸心が若干ずれていても
従来の溶接と大差ない良好な溶接ナゲットを形成するこ
とができる。（電極柱２自体の冷却効果やナゲット周囲
の加熱を均一化するには、一般にリブ３はできるだけ薄
肉で枚数が多い方が望ましい。例リブ厚０．５，枚数
８）

【００１３】 図３は電極柱２の断面形状を３〜６角形
等種々の非円形な形態を示した例で、集合面積の電極柱
２部とリブ３部とが一体化しその特性が融合した状態
で、これらの形態は被溶接板材の材質，メッキの有り無
しや種類，板厚，溶接条件等によって選択される。（電
極柱２の周囲にれん根状に多数の小穴を配して非円形と
してもよい）

【００１４】 一般にピンプル形電極は溶接過程で電極
先端表皮が自然にめくれだす自己再生機能により先端面
は被溶接板になじみ、スパッタ発生の少ない安定した溶
接ナゲットを得ることができるが、さらにスパッタの発
生を少なくする方法として被溶接板に接する電極柱２の
先端面中央部に小孔を付して中央部では給電加熱しない
ようにしてもよい。即ち電極先端面の被溶接板に接する
周端部は通電加熱過程で被溶接板面に熱が拡散される
が、電極柱２の中心部は拡散度が低く加熱が累積され、
溶融した部材がスパッタとなって周囲に飛散する。それ
を防止するためには、電極柱２の先端面中央部に小孔を
付して中央部では給電加熱を阻止するようにして加熱を
平均化するとよい。電極柱２の先端面中央部に小孔を付
すことは、電極先端表面皮部のきのこ状めくれ（自己再
生機能）も移動性が低く合金層が形成され易すかった電
極先端中央部がなくなるため、電極先端表面皮部の電極
外周方向への移動性が全体的に向上する。

【００１５】

【発明の効果】上述したように本発明電極チップは、従
来のピンプル電極の特徴である電極先端面表皮が自然に
きのこ状にめくれる自己再生機能を電極使用可能長さ全
体にわたり連続的に使用可能になり、電極先端整形装置
が不要と成るばかりでなく、電極先端面が被溶接板面に
なじんだ状態で通電溶接するためスパッタの発生も少な
く、従来に比して均一で良好な溶接部を得ることができ
る。さらに、電極チップは従来に比して容量が小さく、
その分材料の無駄もない等の効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】 本発明電極チップの断面図

【図２】 同先端面図

【図３】 非円形な電極先端面の例図。

【図４】 従来のピンプル電極の断面図

【符号の説明】

１ 電極チップ ２ 電極柱 ３ リブ部 ５ ピンプル形電極先端 ６ テーパー孔 Ｈ１ 溶接使用高さ Ｄ１ 溶接先端径 Ｈ２ ピンプル高さ Ｄ２ ピンプル径

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 被溶接板面に接する電極柱の先端面を、
   該被溶接板材が必要とする溶接ナゲット径が得られメッ
   キ鋼板の連続打点溶接過程で電極先端表皮が自然にめく
   れ出し先端面に合金層が累積しない必要最小の集中面積
   を持つ非円形な横断面外周形状とし、該非円形外周部は
   加圧通電時の補助給電路となり、電極柱の座屈力や冷却
   に必要十分な構造で溶接使用可能高さ全体にわたり同一
   形状である抵抗溶接用電極チップ。
2. 【請求項２】 被溶接板面に接する電極柱の先端部を溶
   接使用可能高さ全体にわたり同一断面形状で、該横断面
   は必要最小断面の電極柱の周囲に一以上の補強リブを配
   した請求項１記載の抵抗溶接用電極チップ。
3. 【請求項３】 被溶接板面に接する電極柱の先端部を
   溶接使用可能高さ全体にわたり同一断面形状で、該横断
   面は必要最小断面の電極柱の周囲に一以上のスパイラル
   状補強リブを配した請求項１記載の抵抗溶接用電極チッ
   プ。
4. 【請求項４】 被溶接板面に接する同一横断面形状の電
   極柱軸心部に小孔を配したことを特徴とする請求項１〜
   ３記載の抵抗溶接用電極チップ。