JP2798825B2 - 抵抗溶接用電極 - Google Patents

抵抗溶接用電極

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Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【産業上の利用分野】本発明は、アルミニウム合金板な
どの金属板の抵抗溶接に用いられる電極に関するもので
ある。
【0002】
【従来の技術】従来、アルミニウム合金板などの抵抗溶
接に使用される電極は、先端部が凸状球面に整形されて
いることが一般的である。
【0003】前記抵抗溶接は、溶接装置に相対向して備
えられた電極間に金属板(工作部材)の溶接しようとす
る部分を重ね合わせて挿入し、前記溶接しようとする部
分に前記電極を圧接した状態で給電して、前記金属板の
抵抗により前記部分を発熱させ溶着することにより溶接
を行う方法であるが、アルミニウム合金など比較的柔ら
かい材料に適用すると金属板の溶接部位の周囲に変形及
びクラックを生じることがある。そこで、前記形状の電
極は、前記金属板の変形及びクラックの発生を避けるた
めに使用される。
【0004】ところが、前記形状の電極を使用する場合
には、溶接時に電極の金属板に当接する面内の極く一部
に電流が集中する傾向があり、電流が集中した部分では
電極上に電極と金属板との融着物が付着したり、逆に電
極が著しく摩耗し欠損したりして、電極の寿命が短縮さ
れるという問題がある。さらに、前記形状の電極を使用
する場合には、前記融着物が打痕部に付着し、張り付き
が生じ、ナゲットが電極の中心部に形成されないことが
あり、所望の溶接品質が得られず、連続打点性が低く改
善が望まれる。
【0005】前記問題の原因は次のように考えられてい
る。
【0006】その一つは、アルミニウム合金板などの金
属板の表面に形成されている不均一な酸化被膜によるも
のである。即ち、表面に不均一な酸化被膜が形成されて
いる金属板に前記電極を圧接して給電しようとすると、
金属の酸化被膜は一般に通電時の抵抗体として作用する
ので、電流は酸化被膜の抵抗値の弱い部分を通じてのみ
金属板に流れ、前記酸化被膜の電気抵抗の弱い部分に電
流が集中する。この結果、前記電流の集中する部分では
温度が過度に上昇し、電極の加圧面にアルミニウム合金
が拡散し、該電極と該アルミニウム合金とが合金化し、
打点数の増加に伴いMgOやAl2 3 等の絶縁物質が
付着し、電極と金属板との張り付きが生じるものと考え
られる。
【0007】また、他の考えは、電極と金属板とがその
いずれかの表面に存在する微小突起を介して当接するた
めとするものである。即ち、電極または金属板の表面を
微視的に観察すると微小突起が存在し、金属板に電極を
圧接すると、電極と金属板とは溶接の初期の段階では前
記微小突起を介して当接される。このような状態では、
電極と金属板との当接部分が微小であるので、この部分
に中心荷重がかかり、大電流が集中する。この結果、電
極と金属板との融着物が生成し、電極上または打痕部に
付着するものと考えられる。また、前記微小な当接部分
に中心荷重がかかるために、その近傍から金属板の融化
が始まり、漸次通電面積が拡大してナゲットが形成され
ると考えられる。このように考えると、前記のようにし
て形成されたナゲットは、前記微小突起の位置を中心と
するものになるので、必ずしも電極の中心とは一致しな
いことが説明される。
【0008】前記問題を解決するために、溶接用電極の
金属板に当接する面を加工して、前記電極が当接する部
分で前記酸化被膜を均質に破壊できるようにした電極が
提案されている。このような電極によれば、前記電極を
溶接のために金属板に圧接すると、前記電極が当接する
部分全体で酸化被膜が破壊され、前記電極が金属板の未
酸化部分と接触する部分が増大する。その結果、電流が
電極上の広い範囲から均一に供給され局部的に集中する
ことが避けられるので、電極の寿命延長が期待できると
ともに溶接品質の向上が図られる。
【0009】このような電極として、例えば、特開昭5
8─159986号公報には、電極の金属板に当接する
面に三角形または台形の断面形状を有する溝を複数の環
状溝からなる同心円状または螺旋状に形成した電極が提
案されている。前記電極では、溝と溝とに挟まれた部分
の頂部が鋭角になった環状または螺旋状の稜部を形成し
ている。前記公報の記載によれば、金属板に当接する面
に前記形状の溝が形成された電極を使用することによ
り、前記電極を溶接のために金属板に圧接させた際に、
前記稜部が金属板表面の酸化被膜を破壊するので、電極
が金属板の未酸化部分と接触する部分を増大することが
でき、有利に溶接を行うことができるとされている。
【0010】しかしながら、前記公報に開示されている
電極では、溶接の際に凸状球面に整形されている電極表
面に形成された溝のうち電極中心部に電流負荷が集中す
る傾向があり、前記従来技術の問題を十分に解決するも
のとは言えない。
【0011】しかも、凸状球面に整形された電極中心部
に電流が集中すると、この部分全体に溶接時の電極と金
属板との張り付きにより生じた生成物が付着して、被溶
接物の外観品質が悪化したり、通電経路の不安定に伴い
溶接強度のバラツキが大きくなるとの不都合がある。
【0012】また、特開昭62─156085号公報に
は、電極表面をショットブラスト処理して凹凸を形成し
た電極が提案されている。前記公報の記載によれば、電
極表面に凹凸を形成することにより電極の有効寿命が延
長され、同一の電極により多数回連続して溶接を行うこ
とができるとされている。しかしながら、前記公報に開
示されている電極は、電極表面の凹凸形成をショットブ
ラスト処理により行うので、均一な大きさの突起を形成
することが難しく、かつ、形成される凹凸が小さいので
アルミニウム合金板等の金属板の溶接に用いると溶接時
の不純物が短期間の内に前記凹部に堆積し、これにより
張り付きが生じ易くなり期待されるほど有効寿命が延長
されないとの不都合がある。
【0013】
【発明が解決しようとする課題】本発明はかかる不都合
を解消するためになされたものであって、長い寿命を有
するとともに、優れた溶接品質を得ることができ耐久性
と連続打点性を満足する抵抗溶接用電極を提供すること
を目的とする。
【0014】
【課題を解決するための手段】かかる目的を達成するた
めに、本発明の抵抗溶接用電極は、電極先端部に互いに
独立でその先端が基部よりも細くなっている複数の突起
が形成されている抵抗溶接用電極であって、該電極先端
部の中心は凹部となっており、該突起は該電極先端部の
中心に近い部分ほど高く外周方向に進むに従って低く形
成されていることを特徴とする。
【0015】
【作用】本発明の抵抗溶接用電極によれば、溶接装置の
電極間にアルミニウム合金板などの工作部材の溶接しよ
うとする部分を重ね合わせて挿入し、この部分に抵抗溶
接用電極を圧接すると、まず、電極先端部の中心に近い
部分に形成された複数の突起が酸化皮膜を破壊して、前
記工作部材に接触し、電流が供給される。前記突起は、
電極先端部の周辺部に形成されている突起よりも高く形
成されているので、溶接の初期の段階に工作部材に接触
する。また、前記突起は、互いに独立でその先端が基部
よりも細くなっているので、工作部材表面の酸化皮膜が
容易に破壊される。
【0016】従って、本発明の抵抗溶接用電極によれ
ば、電流が電極先端の複数の部位から分散して供給さ
れ、従来の如く一点集中が避けられる。
【0017】このとき、電極先端部の中心は凹部となっ
ていて突起が形成されていないのでナゲットは形成され
ず、前記電極先端部の中心に近い部分に形成された突起
に対応する複数のナゲットが形成される。次いで溶接が
進行すると、前記複数のナゲットを中心として前記工作
部材が抵抗熱により温度が上昇して軟化し、電極先端部
がさらに強く圧接されて工作部材内部に侵入し、電極先
端部と工作部材との接触面積が増大する。電極先端部と
工作部材との接触面積が増大するにつれて通電面積も増
大し、前記複数のナゲットが成長して、中心部で一体に
融合する。この結果、中心が電極先端部の中心と一致す
る単一の円形状のナゲットが形成される。前記単一の円
形状のナゲットは、さらに溶接が進行して、電極先端部
の周辺部に形成されているより低い突起も工作部材に接
触するようになるまで、成長を続ける。
【0018】前述のように、本発明の抵抗溶接用電極に
よれば、電極が工作部材に微小部分で当接することなく
広い加圧面積で均一に当接する。従って、電極が工作部
材に当接する圧力及び、電極から工作部材に供給される
電流分布が約一定になり、深さ方向及び直径が所定の大
きさのナゲットが得られる。更に、MgO、Al2 3
の如き絶縁物質は電極先端部の凹部に堆積し、複数の突
起は常に清浄に保たれる。
【0019】
【実施例1】次に、添付の図面を参照しながら本発明の
抵抗溶接用電極についてさらに詳しく説明する。
【0020】図1は本実施例の抵抗溶接用電極の先端部
を示す説明的断面図、図2は本実施例の抵抗溶接用電極
の先端部を示す平面図、図3乃至図6は本実施例の抵抗
溶接用電極による溶接過程を示す説明的断面図、図7は
他の実施例の抵抗溶接用電極の形状を示す説明的断面図
である。
【0021】本実施例の抵抗溶接用電極1は、図1に示
すように、先端部2に互いに独立でその先端が基部より
細くなっている複数の突起3(3a、3b、3c)が先
端部2の中心部ほど高く(H1 )、即ち突起3aが最も
高く、次いで突起3b、3c(H2 、H3 )の順に外周
方向に進むに従って低くなるように形成されており、突
起3の相互の間は谷部4となっている。先端部2の中心
には突起3a、3a間の谷部4により凹部5が形成され
ている。また、抵抗溶接用電極1の内部には冷却水用の
孔部6が設けられている。
【0022】突起3の先端部は凸状球面の一部をなすよ
うに形成されており、突起3の先端部を結ぶ面は図1に
仮想線で示すように100〜150Rの凸状球面になっ
ていることが好ましく、本実施例では150Rの凸状球
面になっている。また、谷部4の底部を結ぶ面は、図1
に仮想線で示すように抵抗溶接用電極1の中心軸と直交
する平面になっている。
【0023】また、突起3は、図2に示すように、四角
錐台形状を有しており、互いに直交するように形成され
た複数の谷部4により区画されて、格子状に配列されて
いる。そして、谷部4はその一組であるY方向の谷部4
a及びX方向の谷部4bが先端部2の中心で直交するよ
うに形成されている。
【0024】突起3及び谷部4を前述のように形成する
ことにより、谷部4a及び4bの直交する部分が先端部
2の中心の凹部5となり、中心部ほど高い突起3a、3
b、3cが得られる。最も高い突起3aは凹部5を囲む
ように4個形成され、突起3aの周囲に突起3b、3c
が形成される。
【0025】本実施例では、谷部4は底部に丸みを付け
て形成されている。谷部4の底部をこのような形状とし
ておくことにより、谷部4の底部に抵抗溶接用電極1と
溶接される金属板との融着物が生成したときには、この
融着物が前記丸みを付けて形成されている谷部4の底部
に付着するので、この融着物を容易に除去することがで
きる。且つ、張り付き防止に有効に作用する。
【0026】本実施例の抵抗溶接用電極1は、例えば、
略V字型断面を有する複数の凹部が規則的に配列された
電極成形用金型に電極素材の粉粒体を充填し、充填され
た該粉粒体を加圧成形して互いに独立でその先端が基部
よりも細くなっている複数の突起が形成されている電極
の予備成形体を得る成形工程と、前記工程で得られた予
備成形体を焼成して電極の焼結成形体を得る焼成工程と
からなる製造方法、または、電極成形用金型に電極素材
の粉粒体を充填し、充填された該粉粒体を加圧成形して
一端部がほぼ滑らかな凸状球面の整形面になっている電
極の予備成形体を得る予備成形工程と、前記工程で得ら
れた予備成形体を焼成して電極の焼結体を得る焼成工程
と、先端がその基部よりも細くなっている突起を少なく
とも一方の表面で電極に付与する整形器具を前記工程で
得られた電極焼結体の整形面に押圧することにより、該
電極焼結体に互いに独立でその先端が基部よりも細くな
っている複数の突起を成形する成形工程とからなる製造
方法により、有利に製造することができる。
【0027】次に、抵抗溶接における本実施例の抵抗溶
接用電極1の作用について、アルミニウム合金板の抵抗
溶接を例にとって説明する。
【0028】本実施例の抵抗溶接用電極1を用いて抵抗
溶接を行うときには、図3に示すように、アルミニウム
合金板31a、31bの溶接しようとする部分を重ね合
わせて、溶接装置の電極の間に挿入する。このとき、抵
抗溶接用電極1をプラス側電極に、先端部を凸状球面に
整形した電極32をマイナス側に使用する。電極32の
先端部には、本発明に係わる形状を有する突起は形成さ
れていない。また、電極32の内部には、冷却水用の孔
部37が設けられている。このようにすることにより、
マイナス側の電極32が圧接されるアルミニウム合金板
31bでは表面の平滑な溶接痕が得られる。
【0029】電極1及び電極32を前記のように配置し
て、アルミニウム合金板31a、31bの溶接部に圧接
すると、先ず、電極1の最も高い突起3aがアルミニウ
ム合金板31a表面の酸化皮膜(図示せず)を突き破っ
て、アルミニウム合金板31aの未酸化部分と接触す
る。この状態で通電することにより、アルミニウム合金
板31a、31bの境界面の突起3aに対応する部分に
ナゲット33が形成される。突起3aは前述のように、
先端部2の中心の凹部5を囲むように4か所に形成され
ているので、ナゲット33も溶接部の中心を囲む4か所
に形成される。
【0030】溶接が進行すると、ナゲット33の周囲の
アルミニウム合金板31a、31bが抵抗熱により軟化
するので、圧接されている電極1及び電極32はさらに
深く容易にアルミニウム合金板31aの未酸化部分に侵
入する。そして、図4に示すように、突起3aよりも高
さの低い突起3bもアルミニウム合金板31aの未酸化
部分と接触するようになる。この段階では、ナゲット3
3の周囲の突起3bに対応する部分に新しく複数のナゲ
ット34が形成される一方、ナゲット33は成長して溶
接部の中心で一体に融合する。
【0031】さらに溶接が進行すると、電極1とアルミ
ニウム合金板31aの未酸化部分との接触面積が益々増
加し、通電面積もそれにつれて増大する。そして、図5
に示すように、ナゲット33及び34が成長し、溶接部
の中心で融合したナゲット33にナゲット34も融合
し、単一の一体円形状ナゲット35が形成される。
【0032】ナゲット35は、電極1の最も低い突起3
cがアルミニウム合金板31aの未酸化部分と接触する
ようになるまで成長を続け、図6に示すように、中心が
電極1の先端部2の中心と一致するナゲット36を形成
する。
【0033】電極1は連続600打点後まで損傷が少な
く、連続800打点後まで深さ方向及び直径が所定の大
きさとなっている有効なナゲット36が得られた。
【0034】尚、本実施例では抵抗溶接用電極1の形状
を円筒形状として説明しているが、抵抗溶接用電極1の
形状は、用途により適宜選択することができ、例えば、
図7に示すような諸形状が挙げられる。
【0035】図7(a)は、斜め円筒形状の抵抗溶接用
電極1の先端部2を本発明に係わる形状に形成した例で
ある。図7(b)は、円筒形状の本体71の先端をやや
細い円筒形状とした抵抗溶接用電極1の先端部2を本発
明に係わる形状に形成した例である。図7(c)は、円
筒形状の本体71の先端に同径の円筒形状の抵抗溶接用
電極1を屈曲成形し、その先端部2を本発明に係わる形
状に形成した例である。
【0036】本実施例では、突起3を四角錐台形状に形
成し格子状に配列しているが、突起3は互いに独立でそ
の先端が基部よりも細くなっていればよく、三角錐台形
状または円錐台形状など、どのような形状であってもよ
い。
【0037】また、本実施例では凹部5は谷部4の交点
として形成されているが、凹部5は先端部2の中心を他
の部分よりも低く形成されていればよく、谷部4でなく
ともよい。
【0038】
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の抵抗溶接用電極によれば、アルミニウム合金板などの
工作部材の溶接しようとする部分に抵抗溶接用電極を圧
接すると、まず電極先端部の中心に近い部分に形成され
た複数の高い突起により酸化皮膜が破壊され、次いで溶
接の進行に従って、電極先端部に形成された複数の突起
が高いものから順に工作部材に接触する。従って、溶接
電流が電極先端の複数の部位から確実に分散して供給さ
れ、一点集中が避けられるので電極の寿命を延長するこ
とができる。しかも、MgO、Al2 3 等の絶縁物質
は電極先端部の溝部に堆積するので、突起は常に清浄に
保たれる電極先端部の合金化が阻止できる。
【0039】また、本発明の抵抗溶接用電極によれば、
電極先端部に形成された複数の突起により、工作部材の
それぞれの突起に対応する位置にナゲットが形成され、
前記ナゲットが溶接の進行に従って成長し、溶接部の中
央で互いに一体に融合して単一の円形状ナゲットを形成
する。従って、中心が電極先端部の中心と一致するナゲ
ットを得ることができ、勿論外散り、中散り等を防止で
きる。
【0040】さらに、本発明の抵抗溶接用電極によれ
ば、前述のように、電極が工作部材に微小部分で当接す
ることなく広い面積で均一に当接するので、電極が工作
部材に当接する圧力及び、電極から工作部材に供給され
る電流経路が安定することで一定になり、溶け込み及び
直径が所定の大きさでバラツキのないナゲットが得られ
る。
【0041】従って、本発明の抵抗溶接用電極によれ
ば、局部的な負荷が少なく電極の寿命が延長されるとと
もに、優れた溶接品質を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に係わる一実施例の抵抗溶接用電極を示
す説明的断面図。
【図2】本発明に係わる一実施例の抵抗溶接用電極を示
す平面図。
【図3】図1に示す抵抗溶接用電極による溶接過程を示
す説明的断面図。
【図4】図1に示す抵抗溶接用電極による溶接過程を示
す説明的断面図。
【図5】図1に示す抵抗溶接用電極による溶接過程を示
す説明的断面図。
【図6】図1に示す抵抗溶接用電極による溶接過程を示
す説明的断面図。
【図7】本発明に係わる他の実施例の抵抗溶接用電極の
形状を示す説明的断面図。
【符号の説明】
1…抵抗溶接用電極、 2…先端部、 3…突起、 4
…谷部、5…凹部、 33、34、35、36…ナゲッ
ト。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 伊藤 友彦 埼玉県狭山市新狭山1丁目10番地1 ホ ンダエンジニアリング株式会社内 (72)発明者 矢口 幸宏 埼玉県狭山市新狭山1丁目10番地1 ホ ンダエンジニアリング株式会社内 (58)調査した分野(Int.Cl.6,DB名) B23K 11/30

Claims (1)

    (57)【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】電極先端部に互いに独立でその先端が基部
    よりも細くなっている複数の突起が形成されている抵抗
    溶接用電極であって、該電極先端部の中心は凹部となっ
    ており、該突起は該電極先端部の中心に近い部分ほど高
    く外周方向に進むに従って低く形成されていることを特
    徴とする抵抗溶接用電極。
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