JP2017217696A - 電気抵抗溶接電極におけるガイド部材 - Google Patents

Abstract

【課題】電気抵抗溶接電極において、射出成型による合成樹脂製の摺動部材の直径方向の大小差を最少化すること。【解決手段】耐熱硬質材料製ガイドピン１５と絶縁性合成樹脂材料製摺動部材１６を一体化してガイド部材１０が構成され、上記一体化は、摺動部材１６を射出成型する際のインサート成型によって行われ、摺動部材１６にインサートされるガイドピン１５の表面に、微細な凹凸形状部１４が形成されており、ガイドピン１５の直径と摺動部材の直径１６は全長にわたって均一に設定されている。【選択図】図１

Description

この発明は、金属材料またはセラミック材料などの耐熱硬質材料で構成されたガイドピンと、絶縁性合成樹脂材料で構成された摺動部材を一体化した、電気抵抗溶接電極用のガイド部材に関する。

特許第３３２６４９１号公報には、図３に示した構造が記載されている。これについて説明すると、断面円形の金属製のガイドピン５０は、全長にわたって直径が均一なものとされた小径部５１と、これに一体化されている大径部５２によって構成されている。断面円形の合成樹脂製の摺動部材５３が射出成型によって形成され、この成形時にガイドピン５０がインサート成型によって摺動部材５３と一体化されている。そして、摺動部材５３は、全長にわたって均一な直径にしてある。

特許第３３２６４９１号公報

上記特許文献１記載の構造では、ガイドピン５０が小径部５１と大径部５２で構成されているので、摺動部材５３の直径方向の肉厚に大小差ができ、インサート成型後の冷却によって、収縮差が形成される。図３に２点鎖線で示した外径線５４から明らかなように、冷却後の摺動部材５３の外径に大小差が現れている。このような大小差は、小径部５１の外周側においては収縮量が大きくなり、大径部５２の外周側においては収縮量が小さくなるために生じている。

このような大小差が形成されると、機械加工による仕上げ加工に手間取る、という問題がある。大小差が大きく現れると、切削量が大きくなって材料的に不経済であり、加工時間も長くなる。したがって、このような直径方向の大小差は、できるだけ少なくなるようにすることが重要である。

本発明は、上記の問題点を解決するために提供されたもので、電気抵抗溶接電極において、射出成型による合成樹脂製の摺動部材の直径方向の大小差を最少化すること目的としている。

請求項１記載の発明は、
電極本体の端面から突出し鋼板部品の下孔を貫通する断面円形のガイドピンが、金属材料またはセラミック材料などの耐熱硬質材料で構成され、
電極本体のガイド孔に摺動できる状態で嵌め込まれている断面円形の摺動部材が、絶縁性合成樹脂材料で構成され、
ガイドピンと摺動部材を一体化してガイド部材が構成され、
上記一体化は、摺動部材を射出成型する際のインサート成型によって行われ、
摺動部材にインサートされるガイドピンの表面に、微細な凹凸形状部が形成されており、
ガイドピンの直径と摺動部材の直径は全長にわたって均一に設定されていることを特徴とする電気抵抗溶接電極におけるガイド部材である。

耐熱硬質材料で構成されたガイドピンの直径と、絶縁性合成樹脂材料で構成された摺動部材の直径が、全長にわたって均一に設定されている。したがって、射出成型時の加熱にともなうガイドピン自体の直径方向の伸縮量は、ガイドピン全長にわたって均一に変化する。同時に、射出成型時の溶融加熱にともなう摺動部材自体の直径方向の伸縮量も、摺動部材全長にわたって均一に変化する。

このように、ガイドピンと摺動部材の熱伸縮状態が上述のように均一であるから、射出成型装置から取り出されたガイド部材は、その摺動部材が真っ直ぐな円筒形状となる。このため、摺動部材の最終的な仕上げ加工が不要となり、製作工数の低減に有効である。また、溶融熱がガイドピンや摺動部材に伝達されることによって、ガイド部材が直径方向に膨張しても、その膨張変形は直径方向の均一な大径化となるので、ガイド部材の傾斜揺動角度を最少化することができて、電極の中心軸線に対するガイドピンの芯ずれが実質的に問題にならない値とすることが可能となり、鋼板部品に対する部品の溶接位置が正確に確保できる。

摺動部材の外周面に空気通路を形成する場合には、摺動部材の外周面に平面部を形成したり、凹溝を形成したりするのであるが、このような平面部や凹溝を、機械加工で形成することなく、摺動部材の射出成型時に一時に求めることができ、製作上、好都合である。また、平面部や凹溝の通路空間も、上記のような摺動部材の熱伸縮の状況下で正確に求められるので、安定した冷却空気の通気性が確保できる。

摺動部材にインサートされるガイドピンの表面に、微細な凹凸形状部が形成されている。溶融状態の絶縁性合成樹脂材料が凹凸形状部の突部や谷部の隅々まで隙間なく流入するので、ガイドピンと摺動部材との一体化が強固な状態で確保でき、ガイドピンと摺動部材の相対位置が円周方向や軸線方向のいずれにおいても容易にずれることがない。そして、凹凸形状部が微細なものとされているので、摺動部材の合成樹脂部分の厚さが変化することなく、均一な厚さが確保でき、摺動部材の熱伸縮が全長にわたって均一になされる。

電極の各部の断面図である。 他のガイド部材の断面図である。 従来のガイド部材を示す断面図である。

つぎに、本発明にかかる電気抵抗溶接電極におけるガイド部材を実施するための形態を説明する。

図１および図２は、本発明の実施例を示す。

最初に、電極本体について説明する。

銅合金製の電極本体１は、円筒状の形状であり、静止部材１１に差し込まれる固定部２と、鋼板部品３が載置されるキャップ部４がねじ部５において結合されている。電極本体１の中心軸線は、符号Ｏ−Ｏで示されている。電極本体１には、断面円形のガイド孔６が形成されている。

固定部２の下部にテーパ部１２が形成され、このテーパ部１２が静止部材１１に設けたテーパ孔に嵌入されるようになっている。固定部２の側部に、冷却用の圧縮空気をガイド孔６に導入する通気口１３が設けてある。

電極本体１は固定電極であり、それに対する可動電極は符号２４で示されている。

つぎに、摺動部材について説明する。

ガイドピン１５は、ステンレス鋼のような金属材料またはセラミック材料等の耐熱硬質材料で構成されている。摺動部材１６は、耐熱性に優れた絶縁性合成樹脂、例えば、ポリテトラフルオロエチレン（商品名：テフロン）によって構成されている。ガイドピン１５は、摺動部材１６に挿入された状態で一体化されている。ガイドピン１５と摺動部材１６は、いずれも断面円形であり、ガイドピン１５は、通孔８および鋼板部品３の下孔１７を相対的に貫通して鋼板部品３の位置決め機能を果たし、その先端部に嵌め合わされた鉄製のプロジェクションナット１８を支持している。そのために、プロジェクションナット１８のねじ孔に合致する小径部１９が形成されている。以下の説明において、プロジェクションナットを単にナットと表現する場合もある。

ガイドピン１５が通孔８を貫通している箇所において、通孔８とガイドピン１５の間で空隙９が形成され、冷却空気の空気通路となっている。

ガイドピン１５は、摺動部材１６に挿入された状態で一体化され、通孔８および下孔１７を貫通して鋼板部品３の上側に突き出ている。

つぎに、ガイド部材について説明する。

ガイド部材１０は、ガイドピン１５が摺動部材１６に挿入された状態で一体化された、複合構造物である。この一体化は、摺動部材１６を射出成型によって成型するときになされる。射出成型機の金型空間内に突き出た状態でガイドピン１５を保持し、金型空間に溶融状態の合成樹脂を注入してガイドピン１５が鋳込まれた状態になる。つまり、一般的に採用されているインサート成型である。

上記鋳込まれたガイドピン１５と、摺動部材１６の一体性をより強固なものとするために、摺動部材１６にインサートされるガイドピン１５の表面に、微細な凹凸形状部１４が形成されている。この凹凸形状部１４は、ガイドピン１５の表面に化学処理をしたり、塑性変形を付与したりして求めることができる。ここでは、後者の塑性変形であり、ローレット加工である。回転式金型の表面に微細な凹凸が形成され、これをガイドピン１５の表面に押し付けて回転させ、塑性変形による凹凸形状がえられる。この凹凸形状は、手で触るとざらざらした感触である。射出成型が完了すると、図１（Ｄ）に示すように、凹凸部の突部や谷部の隅々に合成樹脂が行きわたって、ガイドピン１５と摺動部材１６の一体化がなされている。

金型にガイドピン１５をセットするときには、凹凸形状部１４が金型空間に露出した状態とされ、これによって凹凸形状部１４が合成樹脂で鋳込まれるようになる。

摺動部材１６は、ガイド孔６内に実質的に隙間がなくて摺動できる状態で嵌め込んである。冷却空気を摺動部材１６に沿って流通させるために、空気通路２０が形成してある。空気通路２０は、摺動部材１６の外周面に平面部２１を形成して、中心軸線Ｏ−Ｏ方向に形成してある。平面部２１に換えて、中心軸線Ｏ−Ｏ方向の複数の凹溝で空気通路２０を構成することも可能である。平面部２１や凹溝に相当する金型形状が定められており、平面部２１や凹溝は、射出成型時に型成型で求められる。なお、符号２２は、キャップ部４の内径が大きくしてあることによって形成された、大径の空間部である。

図１（Ｃ）に示すように、摺動部材１６の４箇所に空気通路２０が形成してあるので、空気通路２０以外の４箇所に円筒面２３が存置され、これがガイド孔６の内面に対してほぼ隙間のない状態で摺動する。なお、摺動部材１６は、可動電極２４が進出動作をして、溶接電流が通電されたときに、電流がナット１８の溶着用突起２５から鋼板部品３にのみ流れるように、絶縁機能を果たしている。

摺動部材１６とガイド孔６の内底面の間に圧縮コイルスプリング２７が嵌め込まれており、その張力が摺動部材１６に作用している。摺動部材１６の下側には、圧縮コイルスプリング２７を受け入れる円形の開口部２９が形成されている。この開口部２９とガイドピン１５の間に、底部材３０が形成されている。底部材２９が形成されている箇所の合成樹脂部分の断面形状は、Ｃ−Ｃ断面部における断面形状と同じである。なお、符号２８は、ガイド孔６の内底面に嵌め込んだ絶縁シートである。また、圧縮コイルスプリング２７の張力に換えて、通気口１３から導入した空気圧を利用することも可能である。

ガイドピン１５の直径と摺動部材１６の直径は全長にわたって均一に設定されているというのは、ガイド部材１０の長手方向（中心軸線Ｏ−Ｏ方向）で見て、ガイドピン１５が鋳込まれている箇所と、開口部２９が形成されている箇所における摺動部材１６の肉厚が、同じ厚さとされていることを意味している。

なお、図１（Ｂ）のＣ−Ｃ断面が同図の（Ｃ）図である。

つぎに、開閉弁構造部について説明する。

開閉弁構造部３１は、通気口１３から導入された冷却空気を空隙９へ流すか、あるいは空隙９への流通を封鎖するかどうかを行うもので、開閉弁機能を果たしている。開閉弁構造部３１は、ガイド孔６の内端面３２に対して、摺動部材１６の端面３３が密着して冷却空気流を遮断したり、端面３３が内端面３２から離れて冷却空気を流したりしている。このように両面３２、３３を確実に密着させて気密性を維持するために、両面３２、３３は中心軸線Ｏ−Ｏが垂直に交差している仮想平面上に存在している。

摺動部材１６の上側端面が、摺動部材１６側の密着面（端面３３）を構成しており、この密着面は上述のように、中心軸線Ｏ−Ｏが垂直に交差する仮想平面上に存在している。

両面３２、３３の密着は、圧縮コイルスプリング２７の張力で行われており、密着状態では、溶着用突起２５と鋼板部品３の間に空隙Ｌが付与してある。

可動電極２４の進出によって、圧縮コイルスプリング２７を押し縮めながらガイドピン１５が押し下げられると、開閉弁構造部３１が開いて、空気流通の空隙が形成される。これと同時に、溶着用突起２５が鋼板部品３に加圧され、溶接電流が通電される。上記のガイドピン１５の押し下げにより、通気口１３から送り込まれた冷却空気が、ガイド孔６、空気通路２０、開通した開閉弁構造部３１、空隙９、下孔１７を経て流通し、ナット１８の溶着部の冷却や、スパッタの進入防止がなされる。

つぎに、変形例を説明する。

図２に示した変形例は、ガイドピン１５がプロジェクションボルト３５に対応したものである。プロジェクションボルト３５は、雄ねじが切られた軸部３６と、それと一体に形成されている円形のフランジ３７と、フランジ３７の下面に形成された溶着用突起３８によって構成されている。ガイドピン１５は、軸部３６を挿入するために、受入孔３９が形成された中空ピンの形状とされている。以下の説明において、プロジェクションボルトを単にボルトと表現する場合もある。それ以外の構成は、図示されていない部分も含めて先の事例と同じであり、同様な機能の部材には同一の符号が記載してある。

以上に説明した実施例の作用効果は、つぎのとおりである。

耐熱硬質材料で構成されたガイドピン１５の直径と、絶縁性合成樹脂材料で構成された摺動部材１６の直径が、全長にわたって均一に設定されている。したがって、射出成型時の加熱にともなうガイドピン自体の直径方向の伸縮量は、ガイドピン全長にわたって均一に変化する。同時に、射出成型時の溶融加熱にともなう摺動部材１６自体の直径方向の伸縮量も、摺動部材全長にわたって均一に変化する。

このように、ガイドピン１５と摺動部材１６の熱伸縮状態が上述のように均一であるから、射出成型装置から取り出されたガイド部材１０は、その摺動部材１６が真っ直ぐな円筒形状となる。このため、摺動部材１６の最終的な仕上げ加工が不要となり、製作工数の低減に有効である。また、溶融熱がガイドピン１５や摺動部材１６に伝達されることによって、ガイド部材１０が直径方向に膨張しても、その膨張変形は直径方向の均一な大径化となるので、ガイド部材１０の傾斜揺動角度を最少化することができて、電極の中心軸線Ｏ−Ｏに対するガイドピン１５の芯ずれが実質的に問題にならない値とすることが可能となり、鋼板部品３に対するナット１８やボルト３５の溶接位置が正確に確保できる。

換言すると、摺動部材１６の外表面の膨張量が部分的に大きくなっていると、その部分的な大きな箇所がガイド孔６の内面に接触し、他の箇所はガイド孔内面との間に隙間ができることとなり、そのためにガイド部材１０の傾斜揺動角度が大きく現れ、ガイドピン１５先端部の傾斜芯ぶれ量が大きくなる。このような狂いによって、ナット１８やボルト３５等の部品と鋼板部品３との相対位置のずれが大きくなる。このような相対位置のずれ量が最少化されるのである。

摺動部材１６の外周面に空気通路２０を形成する場合には、摺動部材１６の外周面に平面部２１を形成したり、凹溝を形成したりするのであるが、このような平面部２１や凹溝を、機械加工で形成することなく、摺動部材１６の射出成型時に一時に求めることができ、製作上、好都合である。また、平面部２１や凹溝の通路空間も、上記のような摺動部材１６の熱伸縮の状況の下で正確に求められるので、安定した冷却空気の通気性が確保できる。

摺動部材１６にインサートされるガイドピン１５の表面に、微細な凹凸形状部１４が形成されている。溶融状態の絶縁性合成樹脂材料が凹凸形状部１４の突部や谷部の隅々まで隙間なく流入するので、ガイドピン１５と摺動部材１６との一体化が強固な状態で確保でき、ガイドピン１５と摺動部材１６の相対位置が円周方向や軸線方向のいずれにおいても容易にずれることがない。そして、凹凸形状部１４が微細なものとされているので、摺動部材１６の合成樹脂部分の厚さが変化することなく、均一な厚さが確保でき、摺動部材１６の熱伸縮が全長にわたって均一になされる。

摺動部材１６の長手方向（中心軸線Ｏ−Ｏ方向）で見て、その上側に凹凸形状部１４が鋳込まれ、下側に開口部２９が形成されているので、摺動部材１６の全長を長く設定することができる。これにより、中心軸線Ｏ−Ｏ方向の摺動部材１６の長さを長くすることができて、摺動部材１６とガイド孔６内面との摺動面積を大きくすることが可能となり、傾斜方向の芯ぶれの少ない滑らかなガイド部材１０の摺動進退がえられる。

上述のように、本発明によれば、電気抵抗溶接電極において、射出成型による合成樹脂製の摺動部材の直径方向の大小差を最少化する。したがって、熱膨張にかかわらず動作信頼性の良好な電気抵抗溶接電極がえられて、自動車の車体溶接工程や、家庭電化製品の板金溶接工程などの広い産業分野で利用できる。

１ 電極本体
６ ガイド孔
９ 空隙
１０ ガイド部材
１４ 凹凸形状部
１５ ガイドピン
１６ 摺動部材
１８ プロジェクションナット、部品
２０ 空気通路
２３ 円筒面
３１ 開閉弁構造部
３２ 内端面
３３ 端面
３５ プロジェクションボルト、部品
３９ 受入孔
Ｏ−Ｏ 中心軸線

Claims (1)

1. 電極本体の端面から突出し鋼板部品の下孔を貫通する断面円形のガイドピンが、金属材料またはセラミック材料などの耐熱硬質材料で構成され、
   電極本体のガイド孔に摺動できる状態で嵌め込まれている断面円形の摺動部材が、絶縁性合成樹脂材料で構成され、
   ガイドピンと摺動部材を一体化してガイド部材が構成され、
   上記一体化は、摺動部材を射出成型する際のインサート成型によって行われ、
   摺動部材にインサートされるガイドピンの表面に、微細な凹凸形状部が形成されており、
   ガイドピンの直径と摺動部材の直径は全長にわたって均一に設定されていることを特徴とする電気抵抗溶接電極におけるガイド部材。

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