JP2012045587A - 抵抗溶接用電極の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高精度の抵抗溶接用電極を低コストに量産可能とする。
【解決手段】基端面４にシャンク９嵌合用の孔部５が開口し、先端側２に金属板との当接部５が設けられた抵抗溶接用の電極１を、円柱状の電極素材１０から製造するための方法である。電極素材１０の一端面１１に、孔部５の下孔１２を形成する下孔形成工程と、電極素材１０の他端面１３との対向領域に凹部２６が設けられた外形成形型２５の内周に電極素材１０を配置し、その状態で下孔１２に対して孔部成形型２３を押し込み、電極素材１０を外形成形型２５及び孔部成形型２３に沿わせて塑性変形させることにより、電極素材１０から、電極１形状に粗成形された中間成形体１０’を得るプレス工程と、凹部２６に電極素材１０の肉が流入することで中間成形体１０’に形成された凸部１４を研磨することにより、所定形状の当接部３を得る研磨工程と、からなる。
【選択図】図２

Description

本発明は、抵抗溶接用電極の製造方法に関する。

例えば、自動車の車体製造ラインにおいては、鋼板や合金板等の金属板同士を容易にかつ高強度に接合するための手法として抵抗溶接が広く採用されている。抵抗溶接とは、重ね合わせた金属板を挟み込むように電極を押し当てた状態で電極間に電流を流し、その際に生じる金属の抵抗発熱を利用して金属板同士を溶融接合する手法である。

抵抗溶接を繰り返し実行すると、電極の先端側が変形したり、電極の先端側に金属片が付着したりする場合があり、このような状態を放置したまま抵抗溶接を実行すると、金属板同士の接合強度に悪影響が及ぶ。そのため、抵抗溶接を繰り返し実行することによって電極の先端側が変形等した場合には、抵抗溶接機の近傍に設置された研磨装置を用いて電極に研磨加工を施すことにより、電極が所定形状に修復される。このような修復作業を複数回行うことによって電極がある程度損耗すると、電極は新規のものに交換される。つまり、抵抗溶接用の電極は消耗品である。

抵抗溶接用電極の製造方法として、例えば下記の特許文献１には、基端面に開口したシャンク（電極を金属板に対して進退移動可能に保持するための軸状部材）嵌合用の孔部の形成加工を含め、所定形状の電極を得るための全加工をプレス加工にて行う方法が記載されている。また、下記の特許文献２には、図４（ａ）に示すように、外形成形型１０２の内周に円柱状の電極素材１００を配置し、その状態で電極素材１００の一端面１００ａに孔部成形型１０１を押し付けることにより、１回の鍛造（プレス）工程を経るだけで所定形状の電極を成形する方法が記載されている。上記のとおり電極は消耗品であることから、できるだけ低コストに量産可能であるのが望ましい。従って、特許文献２に記載の方法は、特許文献１に記載の方法に比べて工程数が少ない分、コスト面で有利な方法であると言える。

特開平４−３４４８７８号公報 特開平５−２３８６６号公報

電極のうち、孔部の精度が確保されていないと、電極を所定の姿勢で保持することができず、金属板同士の接合強度等に悪影響が及ぶおそれがあることから、孔部は特に精度が要求される部位である。しかしながら、本願発明者が検証したところ、特許文献２に記載された電極の製造方法では、所定形状の孔部を成形できない場合があることが判明した。

すなわち、特許文献２に記載された方法のように、円柱状の電極素材１００を軸方向に加圧することで電極を成形する場合、電極素材１００の肉は、図４（ｂ）に示すように、加圧方向前方側、すなわち外形成形型１０２の奥底側に優先的に流動する。そのため、電極の先端側（電極素材１００の他端側）は優先的に所定形状に成形されるが、先端側（電極素材１００の他端側）が所定形状に成形された後は、電極素材１００の一端側で塑性流動が起こり難くなり、その結果、孔部成形型１０１の周囲における肉の回り込み量（孔部の軸方向寸法）が不十分となる。肉の回り込み量を確保するためには、加圧力の大きな大型のプレス機を使用する必要があるが、大型のプレス機を用いるとなると、高額投資が必要となるために電極の製造コストが増大する。また、プレス圧を高めた場合には孔部成形型１０１に加わる力も増大することから、図４（ｃ）に示すように、孔部が成形される前に孔部成形型１０１が変形してしまうおそれがある。そのため、孔部成形型１０１を一層剛性に優れた材料で形成する必要が新たに生じ、更なるコスト増を招く。

このような実情に鑑み、本発明は、１回のプレス工程を経るだけで、少なくともシャンク嵌合用の孔部を確実に所定形状に成形することを可能とし、これにより高精度の抵抗溶接用電極を低コストに量産可能とすることを目的とする。

上記の目的を達成するために創案された本発明は、基端面にシャンク嵌合用の孔部が開口し、先端側に金属板との当接部が設けられた抵抗溶接用の電極を、円柱状の電極素材から製造するための方法であって、電極素材の一端面に、孔部の下孔を形成する下孔形成工程と、電極素材の他端面との対向領域に凹部が設けられた外形成形型の内周に電極素材を配置し、その状態で下孔に対して孔部成形型を押し込み、電極素材を外形成形型及び孔部成形型に沿わせて塑性変形させることにより、電極素材から、電極形状に粗成形されてなる中間成形体を得るプレス工程と、凹部に電極素材の肉が流入することで中間成形体に形成された凸部を研磨することにより、所定形状の当接部を得る研磨工程と、からなることを特徴とする。

上記のように、電極素材のうち孔部成形型が押し込まれる部位に予め下孔を形成しておけば、孔部を所定形状に成形するうえで必要となる孔部成形型の押し込み量、すなわち電極素材の塑性変形量を減じることができるので、電極素材に対する孔部成形型の押し込み抵抗が減じられる。加えて、外形成形型のうち、電極素材の他端面との対向領域、すなわち電極素材の押し込み方向前方側に凹部を設けておけば、特に孔部成形型の押し込みがある程度進行した時点で、電極素材の肉を凹部に流入させることができる。そのため、特に、孔部成形型の押し込み後半段階における孔部成形型の押し込み抵抗が減じられる。従って、特許文献２に記載された方法を採用する場合に比べて孔部成形型を電極素材に滑らかに押し込むことができ、電極素材を型に沿わせて塑性変形させることが容易に行い得る。これにより、孔部成形型を電極素材に対して一回のみ押し込むだけでも（プレス加工を一回のみ実行するだけでも）、少なくともシャンク嵌合用の孔部を所定形状に成形することが確実に行い得る。また、本願発明の方法を採用すれば、孔部成形型の押し込み抵抗が減じられるため、加圧力の大きい大型のプレス機や、剛性に優れた材料で形成した孔部成形型は使用せずとも足りる。従って、これらを採用することによる電極の製造コスト増を回避することができる。

凹部に電極素材の肉が流入することで中間成形体に（一体的に）形成される凸部は、研磨加工を施すことによって所定の当接部形状に仕上げられるが、この研磨加工は、抵抗溶接ラインに通常設置されている電極形状修復用の研磨装置を用いて実行することができる。従って、本発明に係る製造方法を用いて所定形状の電極を得るうえで特段の投資は必要なく、高精度の電極を低コストに量産することができる。

なお、例えば、断面円形の棒材（いわゆる丸棒）を切断することによって円柱状の電極素材を製作するような場合、電極素材相互間で全長寸法がばらつく可能性がある。電極素材相互間で全長寸法にばらつきがあると、所定形状の電極を安定的に量産することが難しくなるとも考えられるが、本発明のように、外形成形型のうち電極素材の他端面との対向部位に凹部を設けておけば、この凹部に電極素材の肉の余剰分（余肉）を吐き出すことができる。すなわち、凹部の容積を十分に確保しておけば、電極素材の寸法や体積のばらつきを凹部で吸収することができる。そのため、例えば設定寸法よりも長寸の電極素材が使用されるような場合でも、凹部に流入する肉が多くなる（中間成形体に形成される凸部が長寸化する）だけであって、孔部等、高い精度が要求される部位の精度低下を回避することができる。従って、高精度の電極を安定的に量産することができる。

プレス工程に先立って電極素材の一端面に形成される孔部の下孔は、プレス加工で形成することも可能ではあるが、プレス加工では、加圧されることによって塑性変形した部位に加工硬化が生じるため、後のプレス工程で孔部成形型を下孔に押し込む際の抵抗（初期抵抗）が増す。従って、下孔は、切削等の機械加工で形成するのが望ましい。

以上に示すように、本発明によれば、１回のプレス工程を経るだけで、円柱状の電極素材から、少なくともシャンク嵌合用の孔部が所定形状に成形された中間成形体を確実に得ることができ、しかも中間成形体の一部に施すべき研磨加工は、既存の設備を用いて行うことができる。従って、高精度の抵抗溶接用電極を低コストに量産することができる。

２枚の金属板を抵抗溶接する様子を示す図である。 本発明に係る電極の製造方法を概念的に示す断面図であって、（ａ）図は下孔形成工程を示す図、（ｂ）図及び（ｃ）図はプレス工程を示す図、（ｄ）図は研磨工程を示す図である。 （ａ）図及び（ｂ）図共に、本発明に係る製造方法で製作し得る電極の他の形態を示す図である。 従来の電極製造方法を概念的に示す断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。

図１は、重ね合わせた２枚の金属板Ｍ１，Ｍ２を抵抗溶接する様子を模式的に示す図であり、２枚の金属板Ｍ１，Ｍ２の重合部を挟み込むように抵抗溶接用の電極１，１が対向配置されている。電極１の基端面４の中心部にはシャンク嵌合用の孔部５が開口しており、この孔部５に、図示外の抵抗溶接機に装着されて紙面上下方向に延びたシャンク９の先端部が嵌合固定されることにより、電極１が金属板Ｍ１（又はＭ２）に対して接近及び離反移動可能となっている。図示例において、電極１の孔部５は孔底側に向かって開口寸法が漸次縮小したテーパ状に形成され、孔部５に嵌合されるシャンク９の先端部も軸端側に向かって軸径が漸次縮小したテーパ状に形成されている。電極１の先端側２は半球状に形成されており、金属板Ｍ１（又はＭ２）に押し当てられる先端側２の中心部位には、凸球面状の当接部３が設けられている。

以上の構成を有する電極１は、以下に詳述する（Ａ）下孔形成工程、（Ｂ）プレス工程及び（Ｃ）研磨工程の３工程を順に経て製作することができる。

（Ａ）下孔形成工程
この工程では、図２（ａ）に示すように、例えば、クロム銅やクロムジルコニウム銅等の銅合金製の丸棒を所定寸法に切断することによって得られた円柱状の電極素材１０の一端面１１に、シャンク嵌合用の孔部５の下孔１２を形成する。図示例の下孔１２は、いわゆるザグリ孔であり、ドリルやエンドミル等の切削工具を用いた機械加工で形成される。下孔１２の孔径φ２は、孔部５の開口部の孔径φ１（図１）よりも小さく設定され、また、下孔１２の深さｄ２は、孔部５の深さｄ１（図１）よりも小さく設定される。一例を挙げると、孔部５の開口部の孔径φ１及び孔深さｄ１がそれぞれ１２．８ｍｍ及び１０ｍｍとされる場合、下孔１２の孔径φ２及び孔深さｄ２はそれぞれ１２ｍｍ及び９ｍｍに設定する。

（Ｂ）プレス工程
この工程では、上記の（Ａ）下孔形成工程にて一端面１１に下孔１２が形成された電極素材１０にプレス加工を施すことによって、電極素材１０から、電極１形状に粗成形されてなる中間成形体１０’を得る。本実施形態では、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、上型２１、下型２４及び上型２１の内周に上下動可能に配設された加圧型２２を備えたプレス金型を用いて下孔形成工程を経た電極素材１０にプレス加工が施される。加圧型２２の先端部（下端部）には、電極１の孔部５形状に対応した孔部成形型２３が設けられており、下型２４には、電極１の外形形状に対応した外形成形型２５が設けられている。外形成形型２５のうち、外形成形型２５の内周に配置される電極素材１０の他端面１３との対向領域、ここでは底部中央に凹部２６が設けられている。本実施形態の凹部２６は、下型２４の下面（図示せず）にも開口した貫通孔で構成される。

なお、凹部２６は必ずしも貫通孔とする必要はないが、凹部２６を貫通孔で構成すれば、凹部２６をエアー抜き孔として活用することができるので、下型２４に別途のエアー抜き孔を設ける必要がなくなるという利点がある。また、凹部２６内に上下動可能なイジェクトピン（突き出し装置）を配設することもできるので、外形成形型２５からの中間成形体１０’の離型性を高めることができるという利点もある。

また、本実施形態では、外形成形型２５の底部中央の一箇所にのみ凹部２６を設けているが、成形すべき電極１の先端側２形状や、電極素材１０の肉の流動態様等に応じて凹部２６を複数設けるようにしても良い。また、凹部２６の断面形状も任意であり、電極素材１０の肉の流動態様等に応じて断面真円状、断面矩形状等、適宜選択すれば良い。

以上の構成からなるプレス金型において、下孔１２が開口した一端面１１を上方に位置させるようにして、下型２４の外形成形型２５の内周に電極素材１０を配置した後、上型２１と下型２４とを相対的に接近移動させて両型２１，２４を衝合させると共に、加圧型２２を下降させて孔部成形型２３を電極素材１０の下孔１２に押し込む。下孔１２に対する孔部成形型２３の押し込み（加圧型２２の下降動作）が進展すると電極素材１０が外形成形型２５に押し付けられる。加圧型２２の下降動作がさらに進展すると、電極素材１０は、外形成形型２５及び孔部成形型２３に沿って塑性変形し、完成品としての電極１形状に粗成形されてなる中間成形体１０’が得られる（図２（ｃ）を参照）。

このプレス工程では、外径成形型２５の底部中央に凹部２６を設けた下型２４を用いてプレス加工を行ったことから、電極素材１０が塑性変形するのに伴って凹部２６内に電極素材１０の肉が流入する。従って、中間成形体１０’には、凹部２６に電極素材１０の肉が流入することで形成された凸部１４が一体的に設けられており、中間成形体１０’のうち凸部１４を除くその他の部位は完成品としての電極１形状に成形されている。

（Ｃ）研磨工程
この工程では、図２（ｄ）に示すように、中間成形体１０’に一体的に設けられた凸部１４を研磨することによって所定形状の当接部３を形成し、中間成形体１０’を完成品としての電極１に仕上げる。

なお、図示は省略しているが、電極素材１０にプレス加工を施すことによって電極１形状に粗成形された中間成形体１０’を得た場合、中間成形体１０’のうち電極１の基端面４に対応する部位に、肉の盛り上がりが形成される場合がある。このような肉の盛り上がりは当該研磨工程で除去するようにしても構わないが、図１に示すように、電極１の基端面４とシャンク９との間に十分量の空隙が確保されるようにして電極１の孔部５にシャンク９が嵌合されるような場合には、肉の盛り上がりをあえて除去する必要はない。

以上のように、本発明に係る製造方法では、電極素材１０にプレス加工が施されるのに先立って、電極素材１０のうち孔部成形型２３が押し込まれる部位（一端面１１）に孔部５の下孔１２を形成した。このようにすれば、孔部５を所定形状に成形するうえで必要となる孔部成形型２３の押し込み量、すなわち電極素材１０の塑性変形量を減じることができるので、電極素材１０に対する孔部成形型２３の押し込み抵抗が減じられる。加えて、孔部成形型２３と同時使用される外形成形型２５のうち、電極素材１０の他端面１３との対向部位、すなわち電極素材１０の押し込み方向前方側に凹部２６を設けたことから、孔部成形型２３の押し込みがある程度進行し、先端側２がある程度成形された時点で電極素材１０の肉を凹部２６に流入させることができる。そのため、特に、孔部成形型２３の押し込み後半段階における孔部成形型２３の押し込み抵抗を減じることができる。これらのことから、本発明に係る方法では、特許文献２に記載された方法を採用する場合に比べて孔部成形型２３を電極素材１０に滑らかに押し込むことができ、電極素材１０を孔部成形型２３及び外形成形型２５に沿わせて塑性変形させることが容易に行い得る。従って、孔部成形型２３を電極素材１０に対して一回のみ押し込むだけでも（プレス加工を一回のみ実行するだけでも）、シャンク嵌合用の孔部５及び外形を所定形状に成形することが確実に行い得る。また、本発明の方法を採用すれば、孔部成形型２３の押し込み抵抗が減じられるため、加圧力の大きい大型のプレス機や、剛性に優れた材料で形成した孔部成形型２３は使用せずとも足りる。従って、これらを採用することによる電極１の製造コスト増を回避することができる。

凹部２６に電極素材１０の肉が流入することで中間成形体１０’に（一体的に）形成される凸部１４は、研磨加工を施すことによって所定の当接部３形状に仕上げられるが、この研磨加工は、抵抗溶接ラインに通常設置されている電極形状修復用の研磨装置を用いて実行することができる。従って、本発明に係る製造方法であれば、所定形状の電極１を得るうえで特段の投資は必要なく、高精度の電極１を低コストに量産することができる。

本実施形態のように、断面円形の棒材（いわゆる丸棒）を切断することによって円柱状の電極素材１０を製作する場合、電極素材１０相互間で全長寸法がばらつく可能性がある。電極素材１０相互間で全長寸法にばらつきがあると、所定形状の電極１を安定的に量産することが難しくなるとも考えられるが、外形成形型２５のうち電極素材１０の他端面１３との対向部位に凹部２６を設けておけば、この凹部２６に電極素材１０の肉の余剰分（余肉）を吐き出すことができる。すなわち、凹部２６の容積を十分に確保しておけば、凹部２６で電極素材１０の寸法や体積のばらつきを吸収することができる。そのため、例えば設定寸法よりも長寸の電極素材１０が使用されるような場合でも、凹部２６に流入する肉が多くなる（中間成形体１０’に形成される凸部１４が長寸化する）だけであって、孔部５等、高い精度が要求される部位の精度低下を回避することができる。従って、高精度の電極１を安定的に量産することができる。

以上、本発明の一実施形態に係る抵抗溶接用電極の製造方法について説明を行ったが、本発明に係る電極の製造方法は、図１に示す形態の電極１を製造する場合に限定適用されるものではない。すなわち、本発明に係る電極の製造方法は、基端面４にシャンク嵌合用の孔部５が開口し、先端側２に金属板との当接部３が設けられた抵抗溶接用の電極１であれば、その他の形態を採る電極１を製造する際にも好ましく適用することができる。具体的には、図３（ａ）に示すように、先端側２がテーパ状に形成された電極１を製造する場合や、図３（ｂ）に示すように、金属板との当接部３が軸心からずれた位置に設けられる電極１を製造する場合にも好ましく適用することができる。

１ （抵抗溶接用の）電極
３ 当接部
４ 基端面
５ （シャンク嵌合用の）孔部
９ シャンク
１０ 電極素材
１０’ 中間成形体
１１ 一端面
１２ 下孔
１３ 他端面
１４ 凸部
２３ 孔部成形型
２５ 外形成形型
２６ 凹部

Claims (1)

1. 基端面にシャンク嵌合用の孔部が開口し、先端側に金属板との当接部が設けられた抵抗溶接用の電極を、円柱状の電極素材から製造するための方法であって、
   前記電極素材の一端面に、前記孔部の下孔を形成する下孔形成工程と、
   前記電極素材の他端面との対向領域に凹部が設けられた外形成形型の内周に前記電極素材を配置し、その状態で前記下孔に対して孔部成形型を押し込み、前記電極素材を前記外形成形型及び前記孔部成形型に沿わせて塑性変形させることにより、前記電極素材から、電極形状に粗成形された中間成形体を得るプレス工程と、
   前記凹部に前記電極素材の肉が流入することで前記中間成形体に形成された凸部を研磨することにより、所定形状の前記当接部を得る研磨工程と、
   からなる抵抗溶接用電極の製造方法。

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