JP2020127958A - 抵抗スポット溶接用電極、及び抵抗スポット溶接継手の製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】くぼみ肩部における割れの抑制、及び低電流で大径のナゲットの形成。【解決手段】溶接時に鋼板１Ａ、１Ｂに接触する先端に、下記範囲の一定の曲率半径Ｒ１で湾曲する先端湾曲部２６Ａ、２６Ｂと、先端湾曲部２６Ａ、２６Ｂの外周側に全周にわたって配置され、下記範囲の曲率半径Ｒ２で湾曲する肩部湾曲部２８Ａ、２８Ｂと、を備え、先端湾曲部２６Ａ、２６Ｂの一部の表面において少なくとも先端湾曲部２６Ａ、２６Ｂの中心点を含む領域に配置され、先端湾曲部２６Ａ、２６Ｂよりも小さい直径を有する導電領域と、先端湾曲部２６Ａ、２６Ｂの一部の表面及び肩部湾曲部２８Ａ、２８Ｂの一部又は全部の表面において導電領域の外周に全周にわたって配置された絶縁領域と、を備える円筒状の抵抗スポット溶接用電極。先端湾曲部の曲率半径Ｒ１：４０ｍｍ以上肩部湾曲部の曲率半径Ｒ２：６ｍｍ以上且つ曲率半径Ｒ１未満【選択図】図１

Description

本発明は、抵抗スポット溶接用電極、及び抵抗スポット溶接継手の製造方法に関する。

近年、自動車における車体の組立や部品の取付けに、抵抗溶接の一種であるスポット溶接が用いられており、接合部分の強度の向上が求められており、特に高強度鋼板を溶接する場合には強度向上の要求が高まっている。

例えば、特許文献１には、ワークに接触して通電するための電極芯体と、ワークを押圧するための絶縁部材とを有するスポット溶接用電極であって、前記電極芯体を前記絶縁部材の軸線方向に移動可能に支持する支持手段を備えたスポット溶接用電極が提案されている。

また、特許文献２には、上下一対の電極で被溶接材料を上下から押圧して溶接するスポット溶接装置において、上電極を電極ホルダから下方へ突設し、前記上電極を覆う筒状の絶縁体よりなる電極キャップを、電極ホルダに対し上下動自在に取付け、被溶接材料に対して非押圧状態にある場合に、前記電極キャップの下端が上電極の下端より下方へ突出するように弾性体によって前記電極キャップを下方へ付勢したスポット溶接装置が提案されている。

また、特許文献３には、ロッド状電極体の外周面に、その電極体よりも熱伝導率が高く、且つ電気絶縁性の優れた放熱層を設けたスポット溶接用電極が提案されている。

また、特許文献４には、金属板同士の溶接融着に用いられるスポット溶接電極チップの絶縁処理構造であって、電極チップの銅素地表面に対してさやを被せるアルミフェルール構造の処理を行った後にＡｌ_２Ｏ_３の被膜を形成するアルマイト処理を施して形成される絶縁コーティング構造を有するスポット溶接電極チップの絶縁処理構造が提案されている。

さらに、特許文献５には、絶縁材料で構成された絶縁筒内に断面円形の細長い部材で形成された電極が電極軸線方向に摺動可能な状態で挿入されている電気抵抗溶接用電極が提案されている。

特開平５−５７４５７号公報 特開平６−５５２７９号公報 特開平６−２２６４６５号公報 特開２０００−２４６４５９号公報 特開２０１７−６０９８８号公報

２つ以上重ねた鋼板や鋼部材等の被溶接材に対して電極を接触させて抵抗スポット溶接を行った場合、被溶接材において電極との接触によりくぼみが生じる。そして、このくぼみの淵の傾斜部分（以下、単に「くぼみ肩部」とも称す）において、抵抗スポット溶接による割れが発生することがあった。特に、被溶接材が亜鉛めっき鋼板のように表面に亜鉛めっきを有する場合、溶融した液状の亜鉛によって液体金属脆化割れ（所謂ＬＭＥ割れ）が生じることがあり、この影響によりくぼみ肩部における割れの発生も顕著となる。
なお、前記特許文献１〜５ではこのくぼみ肩部における割れの発生に着目しておらず、この割れを抑制するための構成に関する言及もない。

一方、抵抗スポット溶接においては、溶接部の強度の観点からナゲット径を大きくすることが求められる。例えば、自動車部品を抵抗スポット溶接によって組み立てる場合であれば、継手強度の観点から例えば４√ｔ（ここでｔは鋼板の板厚を表す）以上のナゲット径が求められることがある。さらに、一つの部材に対して多数の個所に抵抗スポット溶接を施すことがあり、例えば自動車１台につき数千点の溶接部が存在することがある。そのため、経済性の観点から、低電流で径の大きなナゲットを形成することが求められている。

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、くぼみ肩部における割れの発生を抑制し、且つ低電流で大径のナゲットを形成することができる抵抗スポット溶接用電極、及びくぼみ肩部における割れの発生を抑制し、且つ低電流で大径のナゲットを形成することができる抵抗スポット溶接継手の製造方法を提供することを目的とする。

上記の課題は、以下の本発明によって解決される。すなわち、本発明の要旨は以下のとおりである。

＜１＞
溶接時に被溶接材に接触する先端に、下記範囲の一定の曲率半径Ｒ１で湾曲する先端湾曲部と、前記先端湾曲部の外周側に全周にわたって配置され、下記範囲の曲率半径Ｒ２で湾曲する肩部湾曲部と、を備え、
前記先端湾曲部の一部の表面において少なくとも前記先端湾曲部の中心点を含む領域に配置され、前記先端湾曲部よりも小さい直径を有する導電領域と、前記先端湾曲部の一部の表面及び前記肩部湾曲部の一部又は全部の表面において前記導電領域の外周に全周にわたって配置された絶縁領域と、を備える、円筒状の抵抗スポット溶接用電極。
前記先端湾曲部の曲率半径Ｒ１：４０ｍｍ以上
前記肩部湾曲部の曲率半径Ｒ２：６ｍｍ以上且つ前記曲率半径Ｒ１未満

本発明者らは、くぼみ肩部における割れの発生を抑制しつつ、低電流で大径のナゲットを形成することができる抵抗スポット溶接について検討した。まず、くぼみ肩部における割れが発生し易い条件について検討したところ、電極が被溶接材に接触する領域の深さが深いほど、つまりくぼみ（所謂インデンテーション）が深くなる程、くぼみ肩部で割れが生じ易くなることが分かった。なお、抵抗スポット溶接によって形成されるナゲットの径を大きくしようとする程、インデンテーション深さも大きくなる傾向にあり、つまり大径のナゲットを形成することと、くぼみ肩部における割れの発生を抑制することは、背反の関係にある。

これに対し、上記＜１＞に記載の抵抗スポット溶接用電極は、４０ｍｍ以上の一定の曲率（曲率半径Ｒ１）で湾曲する先端湾曲部を有する。つまり、抵抗スポット溶接用電極の溶接時に被溶接材に接触する先端に、緩やかな曲率を有する先端湾曲部が設けられる。また、この先端湾曲部には、少なくとも中心点を含む領域に導電領域が配置され、且つ導電領域の外周に全周にわたって絶縁領域が配置される。さらに、この先端湾曲部の外周には全周にわたって、６ｍｍ以上且つ曲率半径Ｒ１未満の曲率（曲率半径Ｒ２）で湾曲する肩部湾曲部を有する。つまり、導電領域と同じ直径を有する電極に比べて、抵抗スポット溶接用電極の溶接時に被溶接材に接触する先端の直径が大きい。このように、緩やかな曲率の先端湾曲部を有し且つ被溶接材に接触する先端の直径が大きいことで、インデンテーションが浅くなり、くぼみ肩部に掛けられる応力が低減され、くぼみ肩部での割れの発生が抑制されるものと推察される。

一方で、上記＜１＞に記載の抵抗スポット溶接用電極は、先端湾曲部の一部の表面において少なくとも先端湾曲部の中心点を含む領域に配置され、先端湾曲部よりも小さい直径を有する導電領域と、先端湾曲部の一部の表面及び肩部湾曲部の一部又は全部の表面において導電領域の外周に全周にわたって配置された絶縁領域と、を備える。つまり、抵抗スポット溶接の際に電流が流れる領域が、先端の一部の領域に限られている。前記の通り、形成されるナゲットの径を大きくしようとする程、インデンテーション深さが大きくなり、それに伴ってインデンテーション径（つまりくぼみの径）が大きくなり、つまりは電極における被溶接材に接触する面積も大きくなる。その際、溶接時に電流が流れる領域が先端の全面である電極では、接触面積の増大に伴って電流密度が必然的に低下し、ナゲット径を大きくするために要する電流値も高くなる。これに対し、導電領域の外周に絶縁領域を有し、電流が流れる領域を先端の一部の領域に限ることで、ナゲットの形成に要する電流密度が確保され、低電流で大径のナゲットを形成することできるものと推察される。
以上より、上記＜１＞に記載の抵抗スポット溶接用電極により、くぼみ肩部における割れの発生を抑制しつつ、低電流で大径のナゲットを形成することができる。

＜２＞
前記先端湾曲部の直径φ１が８ｍｍ以上である＜１＞に記載の抵抗スポット溶接用電極。
＜３＞
前記導電領域の直径φ２が６ｍｍ以上１０ｍｍ以下である＜１＞又は＜２＞に記載の抵抗スポット溶接用電極。
＜４＞
前記抵抗スポット溶接用電極の直径φ３が２０ｍｍ以下である＜１＞〜＜３＞のいずれか１項に記載の抵抗スポット溶接用電極。
＜５＞
前記絶縁領域は、前記先端湾曲部の一部の表面及び前記肩部湾曲部の一部又は全部の表面における前記導電領域の外周に、絶縁被膜が設けられてなる＜１＞〜＜４＞のいずれか１項に記載の抵抗スポット溶接用電極。
＜６＞
導電体で構成される導電軸部材と、前記導電軸部材の外周側に全周にわたって配置され、絶縁体で構成される絶縁外周部材と、を有し、前記導電軸部材における前記先端側の表面が前記導電領域を成し、且つ前記絶縁外周部材における前記先端側の表面が前記絶縁領域を成す＜１＞〜＜４＞のいずれか１項に記載の抵抗スポット溶接用電極。

＜７＞
２つ以上重ねた鋼板又は鋼部材に、＜１＞〜＜６＞のいずれか１項に記載の抵抗スポット溶接用電極を当て、通電して抵抗スポット溶接を行う抵抗スポット溶接継手の製造方法。
＜８＞
前記２つ以上重ねた鋼板又は鋼部材の少なくとも１つは、表面の少なくとも一部に亜鉛系めっきを有する、引張強さ９８０ＭＰａ以上である鋼板又は鋼部材である＜７＞に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。
＜９＞
前記２つ以上重ねた鋼板又は鋼部材の少なくとも１つは、表面の少なくとも一部に亜鉛系めっきを有する、ＨＶ硬さが３００以上である鋼板又は鋼部材である＜７＞又は＜８＞に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。

本発明によれば、くぼみ肩部における割れの発生を抑制し、且つ低電流で大径のナゲットを形成することができる抵抗スポット溶接用電極、及びくぼみ肩部における割れの発生を抑制し、且つ低電流で大径のナゲットを形成することができる抵抗スポット溶接継手の製造方法を提供することができる。

第１実施形態に係る抵抗スポット溶接用電極により２枚の鋼板を抵抗スポット溶接する途中の状態を示す側面断面図である。 図１又は図３に示す抵抗スポット溶接用電極を先端側から見た平面図である。 第２実施形態に係る抵抗スポット溶接用電極により２枚の鋼板を抵抗スポット溶接する途中の状態を示す側面断面図である。 第１実施形態に係る抵抗スポット溶接用電極により２枚の鋼板を抵抗スポット溶接する途中の状態を示す側面断面図である。 抵抗スポット溶接によりくぼみ肩部に割れが生じた状態を示す側面断面図である。 従来の抵抗スポット溶接用電極により２枚の鋼板を抵抗スポット溶接する途中の状態を示す側面断面図である。

以下、本発明に係る抵抗スポット溶接用電極、及び抵抗スポット溶接継手の製造方法の一実施形態について、図を用いて説明する。

なお、以下に示す各図は、模式的に示した図であり、各部の大きさ及び形状は、理解を容易にするために、適宜誇張して示している。また、実質的に同一の機能を有する部材には全図面を通じて同じ符号を付し、重複する説明は省略する場合がある。
また、本明細書中において、「〜」を用いて表される数値範囲は、特に断りの無い限り、「〜」の前後に記載される数値を下限値及び上限値として含む範囲を意味する。

〔抵抗スポット溶接用電極〕
−第１実施形態−
図１は、一対の第１実施形態に係る抵抗スポット溶接用電極（以下単に「電極」とも称す）により２枚の鋼板を抵抗スポット溶接する途中の状態を示す側面断面図である。図２は、図１に示す電極を先端側から見た平面図である。

第１実施形態に係る電極２Ａ、２Ｂは、図１に示すように、抵抗スポット溶接時に鋼板１Ａ、１Ｂ（被溶接材の一種）に接触する先端が、側面から見た場合に湾曲した形状を有する。そして、この先端において、φ１で示される直径を有し一定の曲率（曲率半径Ｒ１）で湾曲する先端湾曲部２６Ａ、２６Ｂを有する。なお、この先端湾曲部２６Ａ、２６Ｂにおける側面から見た際の曲率半径Ｒ１は４０ｍｍ以上である。
また、先端湾曲部２６Ａ、２６Ｂの外周側には、全周にわたって肩部湾曲部２８Ａ、２８Ｂを有する。この肩部湾曲部２８Ａ、２８Ｂにおける側面から見た際の曲率半径Ｒ２は６ｍｍ以上且つ曲率半径Ｒ１未満である。肩部湾曲部２８Ａ、２８Ｂの外周の末端は電極２Ａ、２Ｂにおける外周の末端であり、この電極２Ａ、２Ｂはφ３で示される直径を有する。

電極２Ａ、２Ｂは、導電体で構成される導電軸部材２２Ａ、２２Ｂと、導電軸部材２２Ａ、２２Ｂの外周側に全周にわたって配置され、絶縁体で構成される絶縁外周部材２４Ａ、２４Ｂと、を有する。導電軸部材２２Ａ、２２Ｂと絶縁外周部材２４Ａ、２４Ｂは、一体となっている。導電軸部材２２Ａ、２２Ｂにおける先端側（つまり鋼板１Ａ、１Ｂと接触する側）の表面が導電領域を成し、且つ絶縁外周部材２４Ａ、２４Ｂにおける先端側の表面が絶縁領域を成す。
導電領域はφ２で示される直径を有し、この直径φ２は先端湾曲部２６Ａ、２６Ｂの直径φ１よりも小さい。導電領域は、先端湾曲部２６Ａ、２６Ｂの一部の表面において少なくとも先端湾曲部２６Ａ、２６Ｂの中心点を含む領域に配置される。絶縁領域は、先端湾曲部２６Ａ、２６Ｂにおける一部の領域であって導電領域の外周の領域と、肩部湾曲部２８Ａ、２８Ｂの全部の領域に配置される。
なお、電極２Ａ、２Ｂでは、電極２Ａ、２Ｂの中心軸、先端湾曲部２６Ａ、２６Ｂの中心点、肩部湾曲部２８Ａ、２８Ｂの中心点、導電領域の中心点、及び絶縁領域の中心点は、すべて同軸上に形成されている。

ここで、本明細書中において、「導電」とは室温から５００℃の温度範囲における電気抵抗率（Ω・ｍ）が１０^−５Ω・ｍ以下であることを意味し、一方「絶縁」とは室温から５００℃の温度範囲における電気抵抗率が１０^５Ω・ｍ以上であることを意味する。
なお、本実施形態において、導電領域及び導電体の電気抵抗率は、さらに１０^−６Ω・ｍ以下であることが好ましく、１０^−７Ω・ｍ以下であることがより好ましい。また、絶縁領域、絶縁体及び絶縁被膜の電気抵抗率は、さらに１０^８Ω・ｍ以上であることが好ましく、１０^１０Ω・ｍ以上であることがより好ましい。

なお、上記電気抵抗率は、以下の方法により測定する。
すなわち、計測レンジが１０^７Ω未満の低抵抗領域の場合、測定対象に電極を接触させた状態で一定の電流を流し、そのときの電圧を検出することによって電気抵抗率を測定する４探針法を用いる。具体的には、測定装置（三菱ケミカルアナリテック社製、ロレスタ−ＧＸ ＭＣＰ−Ｔ７００）により、印加電流を計測レンジに応じて適宜選択（１０^−１Ω以下の計測レンジでは１Ａ、１０^０Ω〜１０^２の計測レンジでは１ｍＡ、１０^３〜１０^６Ωの計測レンジでは１μＡ）して測定する。
一方、計測レンジが１０^７Ω以上の高抵抗領域の場合、測定対象に電極を接触させた状態で一定の電圧を印加することによって電気抵抗率を測定する（２重リング電極法）。具体的には、測定装置（三菱ケミカルアナリテック社製、ハイレスタ−ＵＸ ＭＣＰ−ＨＴ８００）により、印加電圧を計測レンジに応じて適宜選択（１０^７〜１０^１２Ωの計測レンジでは５００Ｖ、１０^１３〜１０^１４Ωの計測レンジでは１０００Ｖ）して測定する。

・変形例
図１及び図２に第１実施形態に係る電極２Ａ、２Ｂを示したが、本実施形態はこれに限定されるものではない。
例えば、第１実施形態では肩部湾曲部２８Ａ、２８Ｂの外周の末端が電極２Ａ、２Ｂにおける外周の末端となる態様を示したが、肩部湾曲部２８Ａ、２８Ｂのさらに外周側に曲率半径が６ｍｍ未満となる湾曲部を有していてもよい。
また、第１実施形態では絶縁領域が肩部湾曲部２８Ａ、２８Ｂの全部の領域に配置される態様を示したが、肩部湾曲部２８Ａ、２８Ｂの一部の領域に配置されていてもよい。ただし、肩部湾曲部２８Ａ、２８Ｂのうち溶接時に被溶接材（つまり鋼板１Ａ、１Ｂ）に接触する領域のすべてが絶縁領域であることが好ましい。

−第２実施形態−
図３は、一対の第２実施形態に係る電極により２枚の鋼板を抵抗スポット溶接する途中の状態を示す側面断面図である。図２は、図３に示す電極を先端側から見た平面図である。

第２実施形態に係る電極１２Ａ、１２Ｂは、図３に示すように、抵抗スポット溶接時に鋼板１Ａ、１Ｂ（被溶接材の一種）に接触する先端が、側面から見た場合に湾曲した形状を有する。そして、この先端において、φ１で示される直径を有し一定の曲率（曲率半径Ｒ１）で湾曲する先端湾曲部１２６Ａ、１２６Ｂを有する。なお、この先端湾曲部１２６Ａ、１２６Ｂにおける側面から見た際の曲率半径Ｒ１は４０ｍｍ以上である。
また、先端湾曲部１２６Ａ、１２６Ｂの外周側には、全周にわたって肩部湾曲部１２８Ａ、１２８Ｂを有する。この肩部湾曲部１２８Ａ、１２８Ｂにおける側面から見た際の曲率半径Ｒ２は６ｍｍ以上且つ曲率半径Ｒ１未満である。肩部湾曲部１２８Ａ、１２８Ｂの外周の末端は電極１２Ａ、１２Ｂにおける外周の末端であり、この電極１２Ａ、１２Ｂはφ３で示される直径を有する。

電極１２Ａ、１２Ｂは、導電体で構成される導電基材１２２Ａ、１２２Ｂを有する。この導電基材１２２Ａ、１２２Ｂにおける先端側（つまり鋼板１Ａ、１Ｂと接触する側）のうち、先端湾曲部１２６Ａ、１２６Ｂの中心点を含む一部の領域が露出しており、この露出する領域が導電領域を成す。また、電極１２Ａ、１２Ｂの先端側の表面であって導電基材１２２Ａ、１２２Ｂが露出していない領域には、絶縁被膜１２４Ａ、１２４Ｂが設けられ、この絶縁被膜１２４Ａ、１２４Ｂの表面が絶縁領域を成す。導電基材１２２Ａ、１２２Ｂと、先端側の表面の一部に設けられる絶縁被膜１２４Ａ、１２４Ｂとは、一体となっている。
導電領域はφ２で示される直径を有し、この直径φ２は先端湾曲部１２６Ａ、１２６Ｂの直径φ１よりも小さい。絶縁領域は、先端湾曲部１２６Ａ、１２６Ｂにおける一部の領域であって導電領域の外周の領域と、肩部湾曲部１２８Ａ、１２８Ｂの全部の領域に配置される。
なお、電極１２Ａ、１２Ｂでは、電極１２Ａ、１２Ｂの中心軸、先端湾曲部１２６Ａ、１２６Ｂの中心点、肩部湾曲部１２８Ａ、１２８Ｂの中心点、導電領域の中心点、及び絶縁領域の中心点は、すべて同軸上に形成されている。

・変形例
図３及び図２に第２実施形態に係る電極１２Ａ、１２Ｂを示したが、本実施形態はこれに限定されるものではない。
例えば、第２実施形態では肩部湾曲部１２８Ａ、１２８Ｂの外周の末端が電極１２Ａ、１２Ｂにおける外周の末端となる態様を示したが、肩部湾曲部１２８Ａ、１２８Ｂのさらに外周側に曲率半径が６ｍｍ未満となる湾曲部を有していてもよい。
また、第２実施形態では絶縁領域が肩部湾曲部１２８Ａ、１２８Ｂの全部の領域に配置される態様を示したが、肩部湾曲部１２８Ａ、１２８Ｂの一部の領域に配置されていてもよい。ただし、肩部湾曲部１２８Ａ、１２８Ｂのうち溶接時に被溶接材（つまり鋼板１Ａ、１Ｂ）に接触する領域のすべてが絶縁領域であることが好ましい。

・特性
ここで、第１及び第２実施形態に係る電極の特性値について説明する。
電極２Ａ、２Ｂ及び１２Ａ、１２Ｂの先端湾曲部の曲率半径Ｒ１は、４０ｍｍ以上であり、６０ｍｍ以上であることが好ましく、８０ｍｍ以上であることがより好ましい。曲率半径Ｒ１が４０ｍｍ以上であることで、くぼみ肩部での割れの発生が抑制される。
なお、曲率半径Ｒ１の上限値としては、電極が傾いた場合における鋼板との接触状態の悪化を抑制する観点から、２００ｍｍ以下であることが好ましく、１５０ｍｍ以下であることがより好ましい。

電極２Ａ、２Ｂ及び１２Ａ、１２Ｂの肩部湾曲部の曲率半径Ｒ２は、６ｍｍ以上且つ曲率半径Ｒ１未満であり、８ｍｍ以上Ｒ１未満であることが好ましい。曲率半径Ｒ２が６ｍｍ以上であることで、くぼみ肩部での割れの発生が抑制される。

電極２Ａ、２Ｂ及び１２Ａ、１２Ｂの先端湾曲部の直径φ１は、８ｍｍ以上であることが好ましく、１０ｍｍ以上であることがより好ましい。直径φ１が８ｍｍ以上であることで、くぼみ肩部での割れの発生が抑制される。
なお、直径φ１の上限値としては、電極が傾いた場合における鋼板との接触状態の悪化を抑制する観点から、１４ｍｍ以下であることが好ましい。

電極２Ａ、２Ｂ及び１２Ａ、１２Ｂの導電領域の直径φ２は、６ｍｍ以上１０ｍｍ以下であることが好ましく、６ｍｍ以上８ｍｍ以下であることがより好ましい。直径φ２が６ｍｍ以上であることで、大径のナゲットを形成することできる。一方、直径φ２が１０ｍｍ以下であることで、大径のナゲットを低電流で形成することできる。

電極２Ａ、２Ｂ及び１２Ａ、１２Ｂの直径φ３は、２０ｍｍ以下であることが好ましく、１６ｍｍ以下であることがより好ましい。直径φ３が２０ｍｍ以下であることで、フランジ部が狭い部品であっても、電極と部品が干渉することなくフランジ部を溶接できる点で好ましい。

・組成
第１及び第２実施形態に係る電極２Ａ、２Ｂ及び１２Ａ、１２Ｂにおいて、導電体の材質としては、例えば銅、銅合金（例えばクロム銅、アルミナ分散強化銅）等が挙げられる。
また、絶縁体及び絶縁被膜の材質としては、例えばセラミックス（アルミナ、ジルコニア、窒化ケイ素、窒化アルミ等）、ベークライト等が挙げられる。

〔抵抗スポット溶接継手の製造方法〕
次いで、本実施形態に係る抵抗スポット溶接継手（以下単に「継手」とも称す）の製造方法を説明するにあたり、前述の第１実施形態に係る電極２Ａ、２Ｂを用いた製造方法を例に挙げて説明する。

図１に示すように、まず２枚の鋼板１Ａ、１Ｂの溶接する箇所を重ね合せる。スポット溶接工程では、鋼板１Ａ、１Ｂの重ね合わせた部分を両側から電極２Ａ、２Ｂで挟み込む。次いで、電極２Ａ、２Ｂにより加圧しながら通電してスポット溶接を行う。なお、電極２Ａ、２Ｂによる圧力の付与は、一方の電極（例えば下側の電極２Ｂ）を固定した状態でもう一方の電極（例えば上側の電極２Ａ）から圧力を掛けてもよい。そして、この電極２Ａ、２Ｂに通電を行い、スポット溶接を実施することで、図４に示すように、内部にナゲット３が形成された、継手となるスポット溶接部４を形成する。

なお、重ねた鋼板１Ａ、１Ｂ（つまり被溶接材）の少なくとも１つ（好ましくはすべて）は、得られる継手の強度の観点から、引張強さ９８０ＭＰａ以上の部材であることが好ましい。
また、重ねた鋼板１Ａ、１Ｂ（つまり被溶接材）の少なくとも１つ（好ましくはすべて）は、得られる継手の強度の観点から、ＨＶ硬さが３００以上の部材であることが好ましい。
さらに、重ねた鋼板１Ａ、１Ｂ（つまり被溶接材）の少なくとも１つ（好ましくはすべて）は、表面の少なくとも一部（又は全部）に亜鉛系めっき（例えば溶融亜鉛（ＧＩ）めっき、合金化溶融亜鉛（ＧＡ）めっき、亜鉛ニッケルめっき等）を有していてもよい。

なお、引張強さは、引張試験をＪＩＳ−Ｚ２２４１（２０１１年）に準拠して行うことで測定される。
ＨＶ硬さとは、ＪＩＳ−Ｚ２２４４（２００９年）で指定されるビッカース硬さを指し、本明細書においてはビッカース硬さ試験方法において試験荷重０．２４５２Ｎによる硬さ値である。マイクロビッカース試験機には、株式会社ミツトヨ製ＨＭ−１１５を用いる。

〔作用〕
従来においては、図５に示すように、２つ重ねた鋼板１０１Ａ、１０１Ｂに対して電極を接触させて抵抗スポット溶接を行った場合、鋼板１０１Ａ、１０１Ｂのくぼみ（所謂インデンテーション）１０６Ａ及び１０６Ｂの肩部（くぼみの淵の傾斜部分）において、抵抗スポット溶接による割れ１１０が発生することがあった。なお、鋼板１０１Ａ、１０１Ｂの少なくとも１つが、表面の少なくとも一部（又は全部）に亜鉛系めっきを有している場合、溶融した液状の亜鉛によって液体金属脆化割れ（所謂ＬＭＥ割れ）が生じるため、この影響によりくぼみ肩部における割れ１１０の発生も顕著となる。

これに対し、前述の第１及び第２実施形態に係る電極を用いることで、４０ｍｍ以上の一定の曲率（曲率半径Ｒ１）で湾曲する先端湾曲部を有する。つまり、抵抗スポット溶接用電極の溶接時に被溶接材に接触する先端に、緩やかな曲率を有する先端湾曲部が設けられる。また、この先端湾曲部には、少なくとも中心点を含む領域に導電領域が配置され、且つ導電領域の外周に全周にわたって絶縁領域が配置される。さらに、この先端湾曲部の外周には全周にわたって、６ｍｍ以上且つ曲率半径Ｒ１未満の曲率（曲率半径Ｒ２）で湾曲する肩部湾曲部を有する。つまり、導電領域と同じ直径を有する電極に比べて、抵抗スポット溶接用電極の溶接時に被溶接材に接触する先端の直径が大きい。このように、緩やかな曲率の先端湾曲部を有し且つ被溶接材に接触する先端の直径が大きいことで、インデンテーションが浅くなり、くぼみ肩部に掛けられる応力が低減され、くぼみ肩部での割れの発生が抑制されるものと推察される。

また、抵抗スポット溶接においては、溶接部の強度の観点からナゲット径を大きくすることが求められ、且つ経済性の観点から、低電流で径の大きなナゲットを形成することが求められる。しかし、形成されるナゲット３の径を大きくしようとする程、インデンテーション深さが大きくなり、それに伴ってインデンテーション径（つまりくぼみの径）が大きくなり、つまりは電極における被溶接材に接触する面積も大きくなる。その際、図６に示すような、従来から用いられている、先端側（つまり鋼板１Ａ、１Ｂと接触する側）の全面が導電領域である電極２０２Ａ、２０２Ｂでは、接触面積の増大に伴って電流密度が必然的に低下し、ナゲット径を大きくするために要する電流値も高くなる。

これに対し、前述の第１及び第２実施形態に係る電極を用いることで、先端湾曲部の一部の表面において少なくとも先端湾曲部の中心点を含む領域に配置され、先端湾曲部よりも小さい直径を有する導電領域と、先端湾曲部の一部の表面及び肩部湾曲部の一部又は全部の表面において導電領域の外周に全周にわたって配置された絶縁領域と、を備える。つまり、抵抗スポット溶接の際に電流が流れる領域が、先端の一部の領域に限られている。導電領域の外周に絶縁領域を有し、電流が流れる領域を先端の一部の領域に限ることで、ナゲットの形成に要する電流密度が確保され、低電流で大径のナゲットを形成することできるものと推察される。

以下、実施例によって本発明をより具体的に説明するが、本発明はこれらの実施例に限定されるものではない。

下記に電極形状および溶接条件を示す。
表１より、比較例１ではチリ発生までの電流範囲においてくぼみ肩部に割れが観察された。
比較例２ではチリ発生までの電流範囲においてくぼみ肩部に割れは観察されなかった。しかしながら、４√ｔ（ｔは板厚）以上のナゲット径を得るのに１０ｋＡ以上の電流値を要した。
実施例１では、比較例２と同様にくぼみ肩部の割れは観察されなかった。また、４√ｔ以上のナゲット径は比較例２よりも低い８ｋＡ以上で得られている。
すなわち、実施例の電極を用いることで、くぼみ肩部の割れを抑制しつつ、低電流で４√ｔ以上のナゲットを形成することができた。
なお、ナゲット径は、インデンテーションの中心を通る線に沿って、鋼板の表面に対し、垂直に切断し、切断面を研磨し、エッチング液に浸漬し、拡大鏡で観察して測定した。

・電極形状
比較例１：Ｒ１＝３０ｍｍ，Ｒ２＝６ｍｍ，φ１＝６ｍｍ，φ２＝１６ｍｍ，φ３＝１６ｍｍ，絶縁被膜無し（つまり図６に示す態様）
比較例２：Ｒ１＝２００ｍｍ，Ｒ２＝８ｍｍ，φ１＝１２ｍｍ，φ２＝１６ｍｍ，φ３＝１６ｍｍ，絶縁被膜無し（つまり図６に示す態様）
実施例１：Ｒ１＝２００ｍｍ，Ｒ２＝８ｍｍ，φ１＝１２ｍｍ，φ２＝６ｍｍ，φ３＝１６ｍｍ，絶縁被膜有り（Ａｌ_２Ｏ_３）（つまり図３及び図２に示す態様）
・鋼板：引張強さ９８０ＭＰａ級且つＨＶ硬さ３１０のＧＡめっき鋼板，板厚１．６ｍｍ（つまり４√ｔ≒５．１ｍｍ）
・板組：同一鋼種２枚の重ね合わせ
・加圧力：４００ｋｇｆ
・通電時間：０．３６ｓ
・電流値：５〜１５ｋＡ（１ｋＡ刻みで変更）

１Ａ、１Ｂ、１０１Ａ、１０１Ｂ 鋼板（被溶接材の一例）
２Ａ、２Ｂ、１２Ａ、１２Ｂ、２０２Ａ、２０２Ｂ 電極（抵抗スポット溶接用電極）
３、１０３ ナゲット
４、１０４ スポット溶接部
２２Ａ、２２Ｂ 導電軸部材
２４Ａ、２４Ｂ 絶縁外周部材
２６Ａ、２６Ｂ、１２６Ａ、１２６Ｂ 先端湾曲部
２８Ａ、２８Ｂ、１２８Ａ、１２８Ｂ 肩部湾曲部
１０６Ａ、１０６Ｂ くぼみ
１１０ 割れ
１２２Ａ、１２２Ｂ 導電基材
１２４Ａ、１２４Ｂ 絶縁被膜

Claims (9)

1. 溶接時に被溶接材に接触する先端に、下記範囲の一定の曲率半径Ｒ１で湾曲する先端湾曲部と、前記先端湾曲部の外周側に全周にわたって配置され、下記範囲の曲率半径Ｒ２で湾曲する肩部湾曲部と、を備え、
   前記先端湾曲部の一部の表面において少なくとも前記先端湾曲部の中心点を含む領域に配置され、前記先端湾曲部よりも小さい直径を有する導電領域と、前記先端湾曲部の一部の表面及び前記肩部湾曲部の一部又は全部の表面において前記導電領域の外周に全周にわたって配置された絶縁領域と、を備える、円筒状の抵抗スポット溶接用電極。
   前記先端湾曲部の曲率半径Ｒ１：４０ｍｍ以上
   前記肩部湾曲部の曲率半径Ｒ２：６ｍｍ以上且つ前記曲率半径Ｒ１未満
2. 前記先端湾曲部の直径φ１が８ｍｍ以上である請求項１に記載の抵抗スポット溶接用電極。
3. 前記導電領域の直径φ２が６ｍｍ以上１０ｍｍ以下である請求項１又は請求項２に記載の抵抗スポット溶接用電極。
4. 前記抵抗スポット溶接用電極の直径φ３が２０ｍｍ以下である請求項１〜請求項３のいずれか１項に記載の抵抗スポット溶接用電極。
5. 前記絶縁領域は、前記先端湾曲部の一部の表面及び前記肩部湾曲部の一部又は全部の表面における前記導電領域の外周に、絶縁被膜が設けられてなる請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の抵抗スポット溶接用電極。
6. 導電体で構成される導電軸部材と、前記導電軸部材の外周側に全周にわたって配置され、絶縁体で構成される絶縁外周部材と、を有し、前記導電軸部材における前記先端側の表面が前記導電領域を成し、且つ前記絶縁外周部材における前記先端側の表面が前記絶縁領域を成す請求項１〜請求項４のいずれか１項に記載の抵抗スポット溶接用電極。
7. ２つ以上重ねた鋼板又は鋼部材に、請求項１〜請求項６のいずれか１項に記載の抵抗スポット溶接用電極を当て、通電して抵抗スポット溶接を行う抵抗スポット溶接継手の製造方法。
8. 前記２つ以上重ねた鋼板又は鋼部材の少なくとも１つは、表面の少なくとも一部に亜鉛系めっきを有する、引張強さ９８０ＭＰａ以上である鋼板又は鋼部材である請求項７に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。
9. 前記２つ以上重ねた鋼板又は鋼部材の少なくとも１つは、表面の少なくとも一部に亜鉛系めっきを有する、ＨＶ硬さが３００以上である鋼板又は鋼部材である請求項７又は請求項８に記載の抵抗スポット溶接継手の製造方法。