JP2000158178A

JP2000158178A - 抵抗溶接用電極の製造方法並びに抵抗溶接用電極および抵抗溶接装置

Info

Publication number: JP2000158178A
Application number: JP10353863A
Authority: JP
Inventors: Shigeki Furukawa; 茂樹古川; Kenichi Okamoto; 謙一岡本; Michio Kuroda; 道雄黒田; Kazuo Sato; 和男佐藤
Original assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; Tokyo Tungsten Co Ltd
Current assignee: Sumitomo Wiring Systems Ltd; Tokyo Tungsten Co Ltd
Priority date: 1998-11-27
Filing date: 1998-11-27
Publication date: 2000-06-13
Anticipated expiration: 2018-11-27
Also published as: JP3527647B2

Abstract

(57)【要約】【課題】電極の耐久性を高めること。【解決手段】焼結合金から繊維状の組織を有する電極材
料を形成する。次いで、この電極材料から、当該繊維状
の組織の端面（ＲＤ面）で上記ワークを挟圧する溶接面
を構成する。【効果】繊維状の組織の端面を溶接面が構成されている
ので、ワークを挟圧する際の力が繊維状の組織の長手方
向に沿って作用し、その状態で通電されることから、電
極に対する耐衝撃性、耐破壊性が向上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は抵抗溶接用電極の製
造方法並びに抵抗溶接用電極および抵抗溶接装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】一般に抵抗溶接は、溶接熱源として金属
の電気抵抗熱を利用する溶接方法である。図９は抵抗溶
接装置の概略構成を示す断面略図である。同図を参照し
て、抵抗溶接法を採用した抵抗溶接装置は、たとえば上
下に対向する一対の電極１、2を備えている。下電極１
は、電線ガイドを構成する金属製のブロック３、4に囲
まれることによって、ワークＷを収容する凹部5の底面
を区画している。他方、上電極２は、図示しない駆動機
構によって上記凹部5内に進退可能に構成されている。

【０００３】ワークＷを上記凹部5内に収容し、比較的
高圧（たとえば２ＫＮ−５ＫＮ）で挟圧し、各電極１，
２間に大電流（たとえば６０００Ａ）を流すと、まず、
接触抵抗によって接合部付近の温度が急激に上昇し、さ
らに、この接触抵抗による発熱と温度上昇に伴う金属自
体の固有抵抗の増加によって、局部的発熱が助長されて
溶接温度に達するから、この発熱によってワークWを溶
融もしくは軟化して、接合するようにしている。

【０００４】ここで、抵抗溶接の場合、溶接部の温度は
その発生熱と熱放散の差により決定され、発熱量は電流
値、通電時間、材料の比抵抗により、また、熱放散量
は、溶接部材の容積、熱伝導率、比重、比熱などによっ
て支配される。このため、銅や銅合金のように、比抵抗
が比較的小さく、熱導電率の大きな金属を抵抗溶接法で
溶接するためには、上記抵抗溶接装置の電極１、２とし
てタングステンやモリブデン系の燒結合金が使用され、
特に、タングステン系の燒結合金が注目されている。こ
れらの焼結合金は、固有抵抗値が高く、耐熱性に優れ、
硬いといった特徴を有することから、抵抗溶接が困難と
される母材（たとえば銅）であっても、比較的良好な溶
接性を得ることができることが知られている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、タング
ステンやモリブデンの焼結合金といえども、銅や銅合金
等のように固有抵抗値の低い母材を溶接する場合には、
僅かな使用回数（例えば５００〜６００回）で電極１、
２に変形、クラック、かけ等の損傷が生じ、使用できな
くなっていた。そのため、頻繁に電極１、２を交換する
必要が生じたので、生産性が悪い他、製造コストが高く
なっていた。

【０００６】本発明は上記不具合に鑑みてなされたもの
であり、耐久性を高めることのできる抵抗溶接用電極の
製造方法並びに抵抗溶接用電極および抵抗溶接装置を提
供することを課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記課題を解決するため
に、本発明は、ワークを挟圧した状態で通電されること
により、ワークを電気抵抗熱で溶接するためにタングス
テンとモリブデンの何れかの焼結合金で抵抗溶接用電極
を製造する抵抗溶接用電極の製造方法において、上記焼
結合金から繊維状の組織を有する電極材料を形成し、こ
の電極材料から、当該繊維状の組織の端面で上記ワーク
を挟圧する溶接面を構成していることを特徴とする抵抗
溶接用電極の製造方法である。

【０００８】この特定事項を含む発明では、抵抗溶接用
電極を製造する際に焼結合金からなる電極材料が製造さ
れ、さらにこの電極材料が、繊維状の組織を有するもの
に塑性加工される。焼結合金は、鉱石を粉砕して精錬し
た後、還元処理を施して粉末材料を得た後、この粉末材
料を焼結してインゴットにしたものである。

【０００９】焼結工程により得られたインゴットとして
は、スラブ（板）状のものであってもよく、ビレット
（棒）状のものであってもよい。尤も、電極材料として
は、スラブ状の方が後工程、特に裁断工程が容易になる
ため好ましい。上記焼結合金から、繊維状の組織を有す
る電極材料を得る工程としては、インゴットに対して圧
延加工／焼鈍加工を繰り返し、電極材料に圧延組織を形
成することで得られる。

【００１０】例えばタングステンの場合、焼結合金は、
理論密度比９０％の圧延用素材であり、平均結晶粒径が
２０μｍ〜３０μｍの球状組織を形成しているのである
が、この焼結合金を圧延することによって得られる圧延
組織においては、理論密度比１００％で、径５μｍ〜２
０μｍ、長さ５０μｍ〜１００μｍの繊維状になってい
る。そして、本発明においては、この繊維状の組織を有
する電極材料を裁断して最終形態に形成するに当たり、
当該繊維状の組織の端面で上記ワークを挟圧する溶接面
を構成しているのである。

【００１１】ここで「繊維状の組織」とは、圧延組織の
状態のものを含む他、圧延組織を熱処理によって回復し
た組織をも含む概念である。但し、圧延加工によるひず
みがなくなったいわゆる再結晶組織は、含まれない。こ
の繊維状の組織の端面で溶接面が形成されている電極に
おいては、電極を構成する組織間の密着力が強化され、
組織間のはがれ、クラックが生じにくくなる。

【００１２】好ましい態様において、上記繊維状の組織
を得る工程としては、クロスロール工程によって圧延し
た電極材料の加工度の高い方向を基準にして端面を規定
している。この特定事項を含む発明では、繊維状の組織
を得る際に行なわれる圧延工程としてクロスロール工程
が行なわれる。一般に圧延技術においては、圧延組織を
特定するために、電極材料が圧延装置を通過する圧延方
向（Rolling Direction）に対向する面をＲＤ面と呼称
し、圧延されている材料の面上で圧延方向と直交するト
ランスバース方向（Transverse Direction）に対向す
る面をＴＤ面、圧延方向およびトランスバース方向とに
直交する法線方向（Normal Direction）に対向する面
をＮＤ面と呼称している。圧延方向が常に同一である場
合、圧延組織としては、ＲＤ面が繊維状の組織の端面と
なるのであるが、クロスロール工程においては、圧延方
向とトラスンバース方向とが交互に入れ代わるので、加
工度を基準にして最終的なＲＤ面（繊維状の組織の端
面）を決定することとするのである。

【００１３】上記加工度の高い方向は、最終の圧延工程
の方向を基準とすることが望ましい。但し、加工度の高
さは、これに限らず、圧延された回数で特定することも
可能である。いずれにしても、電極材料の溶接面は、そ
の組織の形態により実質的に特定されるものである。さ
らに好ましい態様において、上記溶接面には、研磨加工
が施される。

【００１４】この特定事項を含む発明では、圧延工程を
経た電極材料をワイヤーカット等の方法で裁断した際に
形成されるヘアークラックを研磨工程によって解消する
ことが可能になる。通常、ワイヤーカット法では、裁断
精度が高いため、裁断された面をそのまま仕上げ面とし
て使用しているのであるが、本発明の好ましい態様にお
いては、この面をさらに研磨することにより、ワイヤー
カットによって生じた微小なクラックをも解消すること
としているのである。この結果、電極の溶接面が過酷な
条件で使用されても、より高い耐久性を発揮することが
可能になる。

【００１５】本発明の別の態様は、上述した抵抗溶接用
電極の製造方法によって製造されたことを特徴とする抵
抗溶接用電極である。この特定事項を含む発明では、繊
維状の組織の端面を溶接面が構成されているので、ワー
クを挟圧する際の力が繊維状の組織の長手方向に沿って
作用し、その状態で通電されることから、電極に対する
耐衝撃性、耐破壊性が向上する。

【００１６】さらに別の態様は、上述した抵抗溶接用電
極の製造方法によって製造された抵抗溶接用電極を用い
たことを特徴とする抵抗溶接装置である。

【００１７】

【発明の実施の形態】以下、添付図面を参照しながら、
本発明の好ましい実施の形態について詳述する。図１は
本発明の実施の一形態に係る抵抗溶接装置の概略構成を
示す斜視図であり、図２は図１の要部拡大図である。ま
た、図３は、図１の抵抗溶接装置に採用されている電極
部分を示す拡大略図である。

【００１８】図１を参照して、図示の実施の形態に係る
抵抗溶接装置１０は、本体フレーム１１に一対のホーン
１２、１３を有している。各ホーン１２、１３は、互い
に上下に対向する平面視略正方形の導電部材である。下
側に配置された固定ホーン１２は、支持部材１４を介し
て本体フレーム１１の前面部に固定されている。また、
可動側のホーン１３は、固定側のホーン１２の上方に配
置されているプレス装置１５のエアシリンダ１６によ
り、上下に昇降可能、すなわち、固定側のホーン１２に
対し、対向方向に接離可能に設けられている。各ホーン
１２、１３には、それぞれ導電部材１７、１８が接続さ
れており、これら導電部材１７、１８を介して本体フレ
ーム１１内部に設けられた電流回路（図示せず）に接続
されている。

【００１９】図２および図３に示すように、各ホーン１
２、１３の前端部には、互いに同一鉛直線上で対向する
電極ホルダ２０、２１が設けられている。固定ホーン１
２に設けられた電極ホルダ２０には、一対の電線ガイド
２２、２３が平行に立設され、その間に下電極２４が配
置されている。下電極２４は、両電線ガイド２２、２３
よりも低く設定され、その上面（溶接面）２４ａによっ
て、両電線ガイド２２、２３の内側壁とともに電線Ｗを
導入するための導入空間Ｓ（図３のみ図示）を区画して
いる。他方、可動ホーン１３に設けられた電極ホルダ２
１には、導入空間Ｓ内に進退可能に構成されて、該導入
空間Ｓ内に導入された電線Ｗを下電極２４との間で挟圧
する上電極２５が設けられている。

【００２０】各電極ホルダ２０、２１に設けられた電極
２４、２５は、いずれもタングステンまたはモリブデン
の焼結合金を素材とし、これに塑性加工を加えて繊維状
組織を具備させた電極材料であることが好ましい。図示
の実施の形態では、タングステンの焼結合金を素材と
し、これに塑性加工を加えて繊維状組織を具備させた電
極材料が採用されている。

【００２１】次に、図４を参照して、各電極２４、２５
の製造方法について説明する。図４は、図１の抵抗溶接
装置に係る電極の製造工程を概略的に示す工程略図であ
る。同図を参照して、図示の実施の形態に係る電極２
４、２５は、タングステンの焼結合金からなる電極材料
１を熱間圧延ロール２によって圧延する熱間圧延工程
（ａ）を行い、次いで、熱間圧延工程によって圧延され
た電極材料１を矯正ロール３によって矯正する矯正工程
（ｂ）を施した後、加熱炉４で焼鈍処理（ｃ）を施し、
洗浄槽５で酸洗い工程（ｄ）を行なう。

【００２２】さらにその後、温間圧延ロール６で温間圧
延処理（ｅ）を施して、最終的な厚さに電極材料１を圧
延し、圧延された電極材料１を次の裁断工程（ｆ）にお
いてワイヤーカット法で電極２４、２５の形状に裁断す
るのであるが、上記熱間圧延工程（ａ）および温間圧延
処理（ｅ）においては、一方向にのみ電極材料１を圧延
するストレートロール圧延加工法の他、互いに交差する
２方向に交互に電極材料１を圧延するいわゆるクロスロ
ール圧延加工法が採用される。さらに、棒状製品を作る
場合には、溝型（孔型、或いはバーミル加工ともいう）
圧延加工がある。

【００２３】図５および図６は圧延方向を説明するため
の圧延工程を概略的に示す斜視図である。図５を参照し
て、スラブ（板）状の電極材料を圧延する場合、該圧延
材料１を挟んでいる一対のロール６（圧延装置）のニッ
プを通過する方向が圧延方向（Rolling Direction）Ｄ
１となる。この圧延方向Ｄに対向する電極材料１の面１
ａをＲＤ面と呼称し、圧延されている材料の面上で圧延
方向と直交するトランスバース方向（Transverse Dire
ction）Ｄ２に対向する面をＴＤ面、圧延方向およびト
ランスバース方向とに直交する法線方向（Normal Dire
ction）Ｄ３に対向する面をＮＤ面と呼称している。

【００２４】また、図６を参照して、電極材料１がビレ
ット（棒）状の場合、その端面１ａがＲＤ面となり、周
面がＮＤ面となる。焼結体を圧延塑性加工することによ
り、繊維状の加工組織が形成され、発達する。タングス
テンの圧延組織は、ＲＤ面とＴＤ面とによって異なる繊
維状になっていることが知られており、本願発明者の研
究により、これらＲＤ面やＴＤ面が溶接面に生じるクラ
ックの特性に影響を与えていることが分かった。すなわ
ち、溶接面に生じるクラックは、繊維状の結晶の間（結
晶粒界）に沿って、換言すればＲＤ方向に沿って伝わろ
うとする性向があるが、圧延塑性加工によって、生成さ
れる繊維状の組織においては、いずれもＴＤ方向の引張
強度の方がＲＤ方向の引張強度よりも強い（ＴＤ方向＞
ＲＤ方向）ので、クラックを防止または抑制することが
できるのである。

【００２５】図７は、タングステンの組織を示す顕微鏡
写真であり、（Ａ）はストレートロール圧延加工法によ
る繊維状の組織のＲＤ面、（Ｂ）はストレートロール圧
延加工法による繊維状組織のＴＤ面である。また、
（Ｃ）はクロスロール圧延加工法により加工された電極
材料のＲＤ面、（Ｄ）はクロスロール圧延加工法により
加工された電極材料のＴＤ面である。

【００２６】まず、図７（Ａ）（Ｂ）を参照して、スト
レートロール圧延加工法による繊維状の組織のＲＤ面に
おいては、径が細く、長さのある繊維組織が大きく発達
している。この組織が形成されている材料の引張強度評
価を行なうと、ＴＤ方向＞ＲＤ方向の差が大きく、これ
に伴い、異方性の高い材料を得やすくなる。図７（Ｃ）
（Ｄ）を参照して、クロスロール圧延加工法において
は、ストレートロール圧延加工法による組織に比べ、繊
維状組織の発達は少ない。引張強度は、ＴＤ方向＞ＲＤ
方向ではあるが、その差はストレートロール圧延加工法
による材料よりも小さく、均質な材料になっている。

【００２７】何れの場合においても、電極材料の組織
は、繊維状となっており、その範囲は電極のサイズに応
じて例えば以下の通りの範囲に決定される。

【００２８】

【表１】

【００２９】なお、棒材の場合には、引張強度はＲＤ方
向≫ＮＤ方向となる。また、図４の温間圧延工程（ｅ）
においてなされる焼鈍工程（図示せず）では、電極材料
１が１１００℃〜１２００℃で３０分加熱されるのであ
るが、これによって電極材料１の組織が回復する場合が
あるが、その場合においてもビッカース硬さで４２０Ｋ
ｇ／ｍｍ²を維持しており、実用上、支障はない。

【００３０】次に、図４に示す裁断工程（ｆ）の後、図
示の実施の形態においては、研磨加工（ｇ）が行なわれ
る。上記裁断工程（ｆ）では、いわゆるワイヤーカット
法によって電極材料が裁断されるので、十分な寸法精度
を得ることができるのであるが、本件発明者が研究した
結果、ワイヤーカット法による裁断面には、僅かなヘア
ークラックが生じており、これが電極使用時に拡大して
クラックの原因となっていたので、その不具合を解消す
るために研磨することとしたのである。

【００３１】上述した製法ないし装置においては、電極
２４、２５の溶接面２４ａ、２５ａないしその部分の耐
衝撃性、耐破壊性が著しく向上するので、ワークＷとし
て銅や銅合金等のように固有抵抗値の低い母材を溶接す
る場合においても、変形、クラック、かけ等の損傷が可
及的に生じにくくなり、耐久性を高めることができるの
で、生産性が向上する他、製造コストも低廉になるとい
う顕著な効果を奏する。

【００３２】

【実施例】以下の通り測定を行い、図８に示す結果を得
た。図８は本発明の実施例を示すグラフである。［比較例］常法による焼結合金をワイヤーカット法で裁
断し、電極材料として使用した。組織、加工面は限定さ
れていない。

【００３３】溶接面の仕上げ加工は行なわず、ワイヤー
カット法による裁断面をそのまま電極面として使用し
た。この電極材料を試料として、直径０．５ｍｍ×３本
の銅製の電線を３ＫＮの挟圧力で挟圧して抵抗溶接し、
所定の溶接品高さ（０．７５ｍｍ）を得るための耐久性
を調べた。

【００３４】この結果、比較例の電極材料では、平均寿
命は６００回の溶接回数（ショット回数）にすぎなかっ
た。また、寿命のばらつきも大きく、極端に短いもので
は、１６０回程度しか使用できなかった。［実施例１］上述した製法により、厚さ２ｍｍ、組織径
５−２０μｍ、長さ５０−１００μｍ、理論密度１００
％、ビッカース硬さＨｖ４５０Ｋｇ／ｍｍ²以上の電極
材料を得た。

【００３５】この電極材料を試料として、比較例と同一
の条件で耐久性を調べた。この結果、実施例の電極材料
では、平均寿命が３１６０回の溶接回数（ショット回
数）に延びた。また、寿命のばらつきも小さくなり、２
５００回から３８００回の間に縮まった。上述した実施
の形態は、本発明の好ましい具体例を例示したものに過
ぎず、本発明は上述した実施の形態に限定されない。本
発明の特許請求の範囲内で種々の設計変更が可能である
ことは云うまでもない。

【００３６】

【発明の効果】以上説明したように、本発明によれば、
電極の溶接面ないしその部分の耐衝撃性、耐破壊性が著
しく向上するので、銅や銅合金等のように固有抵抗値の
低い母材を溶接する場合においても、変形、クラック、
かけ等の損傷が可及的に生じにくくなり、耐久性を高め
ることができるので、生産性が向上する他、製造コスト
も低廉になるという顕著な効果を奏する。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施の一形態に係る抵抗溶接装置の概
略構成を示す斜視図である。

【図２】図１の要部拡大図である。

【図３】図１の抵抗溶接装置に採用されている電極部分
を示す拡大略図である。

【図４】図１の抵抗溶接装置に係る電極の製造工程を概
略的に示す工程略図である。

【図５】圧延方向を説明するための圧延工程を概略的に
示す斜視図である。

【図６】圧延方向を説明するための圧延工程を概略的に
示す斜視図である。

【図７】タングステンの組織を示す顕微鏡写真である。

【図８】本発明の実施例を示すグラフである。

【図９】抵抗溶接装置の概略構成を示す断面略図であ
る。

【符号の説明】

１電極材料１０抵抗溶接装置１１本体フレーム１２固定ホーン１３可動ホーン１４支持部材１５プレス装置１６エアシリンダ１７導電部材２０電極ホルダ２１電極ホルダ２２電線ガイド２４下電極２４ａ溶接面２５上電極２５ａ溶接面

フロントページの続き (72)発明者岡本謙一富山県富山市岩瀬古志町２番地東京タングステン株式会社内 (72)発明者黒田道雄富山県富山市岩瀬古志町２番地東京タングステン株式会社内 (72)発明者佐藤和男山形県酒田市大浜二丁目１番12号酒田東京タングステン株式会社内Ｆターム(参考） 4K018 AA19 AA21 FA02 KA37 4K020 AA10 AC07 BB29

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】ワークを挟圧した状態で通電されることに
より、ワークを電気抵抗熱で溶接するためにタングステ
ンとモリブデンの何れかの焼結合金で抵抗溶接用電極を
製造する抵抗溶接用電極の製造方法において、上記焼結合金から繊維状の組織を有する電極材料を形成
し、この電極材料から、当該繊維状の組織の端面で上記
ワークを挟圧する溶接面を構成していることを特徴とす
る抵抗溶接用電極の製造方法。
【請求項２】請求項１記載の抵抗溶接用電極の製造方法
において、上記繊維状の組織を得る工程としては、クロスロール工程によって圧延した電極材料の加工度の
高い方向を基準にして端面を規定している抵抗溶接用電
極の製造方法。
【請求項３】請求項２記載の抵抗溶接用電極の製造方法
において、上記加工度の高い方向は、最終の圧延工程の方向を基準
とする抵抗溶接用電極の製造方法。
【請求項４】請求項１、２、または３記載の抵抗溶接用
電極の製造方法において、上記溶接面には、研磨加工が施される抵抗溶接用電極の
製造方法。
【請求項５】請求項１、２、３、または４記載の抵抗溶
接用電極の製造方法によって製造されたことを特徴とす
る抵抗溶接用電極。
【請求項６】請求項５記載の電極を用いたことを特徴と
する抵抗溶接装置。