JP6395068B1 - 電気抵抗溶接用電極および気密維持方法 - Google Patents

Abstract

【課題】合成樹脂材料製の摺動部の可動端面の面圧を高めて、金属片介入の弊害をなくし、摺動部の摺動状態を選定してガイドピンの芯ずれや傾きを消去すること。
【解決手段】ガイド孔６に嵌め込まれている摺動部１３が合成樹脂材料で構成され、ガイド孔６は大径孔７と中径孔８と小径孔９によって構成され、摺動部１３の大径部２４が摺動できる状態で大径孔７に嵌め込まれ、中径部２５が摺動できる状態で中径孔８に嵌め込まれ、ガイド孔６の静止内端面３２に対して、摺動部１３の可動端面３３が密着するように構成され、可動端面の幅寸法Ｗ１は、大径部２４の厚さ寸法Ｗ３の半分未満とされ、可動端面３３の加圧力を高めて、微小な金属片３４が可動端面３３から摺動部１３の母材内に押し込まれるように構成し、中径部２５の厚さ寸法を大きく設定した。
【選択図】図３

Description

この発明は、電極本体内に形成した内端面に合成樹脂材料製の摺動部の端面が、密着したり離れたりして冷却空気の通気と遮断を行う、電気抵抗溶接用電極および気密維持方法に関している。

特開２００２−２４８５７８号公報、特開２０１７−００６９８２号公報、特開２０１７−０４７４６９号公報、特開２０１７−１３６６３９号公報に記載されている電気抵抗溶接用電極は、電極本体内に大径孔、中径孔、小径孔からなるガイド孔が形成され、ガイドピン付きの合成樹脂材料製の摺動部がガイド孔に嵌め込まれており、ガイド孔の一部に形成した内端面に摺動部に形成した端面が密着して冷却空気の流通を遮断し、また、上記内端面から上記端面が離れて冷却空気の流通を行う。

特開２００２−２４８５７８号公報 特開２０１７−００６９８２号公報 特開２０１７−０４７４６９号公報 特開２０１７−１３６６３９号公報

上記特許文献に記載されている技術においては、合成樹脂材料製の摺動部に形成した端面の密着面積について、その面積の大きさや密着箇所に入ってきた微小な金属片の処理に関する考察がなされていない。また、摺動部の摺動状態によってガイドピンの芯ずれや傾きを最少化することに関しても、何ら考察がなされていない。これらの事項が原因になって、上記特許文献に記載されている電極においては、冷却空気の気密性を確実に維持できる耐用期間が短くなっている。

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、合成樹脂材料製の摺動部に形成された可動端面の面圧を高めて、微小な金属片の介入にともなう弊害をなくすとともに、摺動部の摺動状態を選定してガイドピンの芯ずれや傾きを実質的に消去することを目的とする。

請求項１記載の発明は、
断面円形の電極本体が金属材料を用いて構成され、
鋼板部品が載置される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の耐熱硬質材料で構成され、
電極本体に形成されているガイド孔に摺動できる状態で嵌め込まれているとともに、中心部にガイドピンが差し込まれている断面円形の摺動部が合成樹脂材料で構成され、
ガイド孔は大径孔と中径孔と小径孔によって構成され、
摺動部に形成した大径部が、摺動部に電極本体の直径方向の力を作用させても、大径部が直径方向に変位することなく、しかも中心軸線方向の摺動が可能な状態で大径孔に嵌め込まれ、
摺動部に形成した中径部が、摺動部に電極本体の直径方向の力を作用させても、中径部が直径方向に変位することなく、しかも中心軸線方向の摺動が可能な状態で中径孔に嵌め込まれ、
小径孔を貫通したガイドピンによって、ガイドピンが押し下げられたとき冷却空気が通過する通気隙間を小径孔とガイドピンの間に形成し、
ガイド孔の中径孔と大径孔の境界部に形成された静止内端面に対して、摺動部の中径部と大径部の境界部に形成された可動端面が密着するように構成されているとともに、静止内端面と可動端面は電極本体の中心軸線が垂直に交わる仮想平面上に配置してあり、
中径部が中径孔に嵌まり込んでいる電極本体の中心軸線方向の長さは、溶接時にガイドピンが後退する長さよりも短く設定してあり、
可動端面を静止内端面に押し付ける加圧手段がガイド孔内に配置され、
ガイドピンが差し込まれている箇所の大径部の厚さ寸法に対する電極本体の直径方向で見た可動端面の幅寸法の比が０．３以上０．５未満とされることにより、可動端面の面積を小さくして静止内端面に対する可動端面の加圧力を高めて、可動端面と静止内端面の密着箇所に進入してきた微小な金属片が可動端面から摺動部の母材内に押し込まれるように構成し、
ガイドピンが差し込まれている箇所の大径部の厚さ寸法に対する電極本体の直径方向で見た可動端面の幅寸法の比が０．３以上０．５未満とされることにより、中径部の厚さ寸法を大きく設定して、電極本体の直径方向にガイドピンに対して作用する外力を受け止めるように構成し、鋼板部品にプロジェクションナットまたはプロジェクションボルトを溶接する電極であることを特徴とする電気抵抗溶接用電極である。

ガイドピンが差し込まれている箇所の大径部の厚さ寸法に対する電極本体の直径方向で見た可動端面の幅寸法の比が０．３以上０．５未満とされている。このため、可動端面の面積を小さくして静止内端面に対する可動端面の加圧力を高めて、可動端面と静止内端面の密着箇所に進入してきた微小な金属片が可動端面から摺動部の母材内に押し込まれる。

静止内端面に対する可動端面の密着面積が小さくなるので、単位面積あたりの加圧力、すなわち面圧が大きくなる。したがって、密着箇所に到達した微小な金属片は、金属表面である静止内端面と合成樹脂材料製表面である可動端面の間で挟み付けられ、金属片は軟らかい摺動部の母材中に埋め込まれた状態になり、静止内端面と可動端面の間に空隙が形成されることがない。

ガイドピンが押し下げられて、可動端面が静止内端面から離隔して両端面間に空隙が形成されると、冷却空気が勢いよく流通し、微小な金属片や炭化物などは気流で溶融局部から電極外へ発散される。通常はこのような発散であるが、金属溶融の際に、急激な空気膨張で溶融部から勢いよく飛散した微小な金属片がガイドピンの外周面に衝突して跳ね返されたりして空気流に逆らって移動し、可動端面に到達することがある。このような現象は、金属片が微小であると金属片に作用する空気流の動圧が低くなるために、空気流に逆らって移動することが可能になるものと考えられる。このような金属片が可動端面の表面に付着していると、ガイドピンが待機位置に戻ったときに、静止内端面と可動端面の間に空隙が形成され、冷却空気の流通を封止することができなくなる。上述のような金属片の異常な挙動は、冷却空気の流通が健全に維持されていれば、通常は発生しないのであるが、上述のような何らかの原因により、低い確率で発生することがある。

しかしながら、本願発明においては上述のように、金属片は軟らかい摺動部の母材中に埋め込まれた状態になり、静止内端面と可動端面の間に空隙が形成されることがないため、完全な気密維持が確保でき、空気漏洩による経済的損失が回避できる。さらに、空気漏れが継続していると、空気噴出に伴う騒音が発生し、作業者の就労環境が悪化するのであるが、上記のような気密維持によって、環境改善がなされる。

つまり、合成樹脂材料製可動端面の面積を小さくして面圧を高めることと、微小金属片を強く可動端面に押し付けることを相乗させて、金属片が可動端面から摺動部の母材へめり込むのである。

ガイドピンが差し込まれている箇所の大径部の厚さ寸法に対する電極本体の直径方向で見た可動端面の幅寸法の比が０．３以上０．５未満とされている。このため、中径部の厚さ寸法を大きく設定して、電極本体の直径方向にガイドピンに対して作用する外力を受け止めるように作用する。

摺動部は、大径部と中径部の２箇所が大径孔や中径孔に摺動しているので、ガイドピンが一体化されている摺動部は、２点支持の状態になっている。したがって、鋼板部品の衝突などによって、電極本体の端面から突き出ているガイドピンに対して、電極本体の直径方向に外力が作用しても、ガイドピンや摺動部の傾き変位量は実質的に問題にはならない。したがって、静止内端面と可動端面との密着が損なわれるようなことがなく、確実な気密維持が確保できる。

さらに、中径部の直径が大径部の直径に近づき、それによって中径部の直径を大きく設定できる。同時に、中径部の肉厚もできるだけ大きくすることができる。したがって、大径化されるとともに肉厚が増大した中径部によって直径方向の外力を受けるので、中径部における弾性変形を少なくすることができて、ガイドピンや摺動部の傾き変位量を実質的に問題がないレベルにすることができる。とくに、大径化による弾性変形量の低減が効果的である。このような中径部の肉厚拡大や直径の拡大は、可動端面の幅寸法を小さくすることに相関して実現している。つまり、中径部の肉厚拡大や直径の拡大と、可動端面の面圧増大が両立している。

可動端面の表面には切削仕上げ加工やインジェクション成型などによって微細な凹凸が残存しているが、上記の面圧向上によって、静止内端面に押し付けられた凹凸部分の凸部が押し潰された状態になって、合成樹脂端面と金属端面の密着性向上が確保できる。

ガイドピンが差し込まれている箇所の大径部の厚さ寸法に対する電極本体の直径方向で見た可動端面の幅寸法の比が０．３以上０．５未満とされている。

可動端面の幅寸法が、ガイドピンが差し込まれている箇所の大径部の厚さ寸法の半分以上、すなわち上記比が０．５以上になると、環状の可動端面の密着面積が過大となり、上述のような面圧増大と金属片の押し込みが満足に達成されない。上限側は、０．５未満が良好である。一方、上記比が０．３を下回ると、可動端面の密着面積が過小となり、冷却空気の封止面積が不足して封止作用が緩慢になり、気密性維持の面で好ましくない。下限側は、０．３以上が良好である。

請求項２記載の発明は、
断面円形の電極本体が金属材料を用いて構成され、
鋼板部品が載置される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の耐熱硬質材料で構成され、
電極本体に形成されているガイド孔に摺動できる状態で嵌め込まれているとともに、中心部にガイドピンが差し込まれている断面円形の摺動部が合成樹脂材料で構成され、
ガイド孔は大径孔と中径孔と小径孔によって構成され、
摺動部に形成した大径部が、摺動部に電極本体の直径方向の力を作用させても、大径部が直径方向に変位することなく、しかも中心軸線方向の摺動が可能な状態で大径孔に嵌め込まれ、
摺動部に形成した中径部が、摺動部に電極本体の直径方向の力を作用させても、中径部が直径方向に変位することなく、しかも中心軸線方向の摺動が可能な状態で中径孔に嵌め込まれ、
小径孔を貫通したガイドピンによって、ガイドピンが押し下げられたとき冷却空気が通過する通気隙間を小径孔とガイドピンの間に形成し、
ガイド孔の中径孔と大径孔の境界部に形成された静止内端面に対して、摺動部の中径部と大径部の境界部に形成された可動端面が密着するように構成されているとともに、静止内端面と可動端面は電極本体の中心軸線が垂直に交わる仮想平面上に配置してあり、
中径部が中径孔に嵌まり込んでいる電極本体の中心軸線方向の長さは、溶接時にガイドピンが後退する長さよりも短く設定してあり、
可動端面を静止内端面に押し付ける加圧手段がガイド孔内に配置され、
ガイドピンが差し込まれている箇所の大径部の厚さ寸法に対する電極本体の直径方向で見た可動端面の幅寸法の比が０．３以上０．５未満とされることにより、可動端面の面積を小さくして静止内端面に対する可動端面の加圧力を高めて、可動端面と静止内端面の密着箇所に進入してきた微小な金属片を、可動端面から摺動部の母材内に押し込み、
ガイドピンが差し込まれている箇所の大径部の厚さ寸法に対する電極本体の直径方向で見た可動端面の幅寸法の比が０．３以上０．５未満とされることにより、中径部の厚さ寸法を大きく設定して、電極本体の直径方向にガイドピンに対して作用する外力を、中径部において受け止め、鋼板部品にプロジェクションナットまたはプロジェクションボルトを溶接することを特徴とする電気抵抗溶接用電極の気密維持方法である。

気密維持方法の発明の効果は、上記電気抵抗溶接用電極の効果と同じである。

電極全体の各部断面図である。 密着箇所の平面図と断面図である。 金属片の押し込み状態示す断面図である。 プロジェクションボルトの場合の断面図である。

つぎに、本発明に係る電気抵抗溶接用電極および気密維持方法を実施するための形態を説明する。

図１〜図４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。

クロム銅のような銅合金製導電性金属材料で作られた電極本体１は、円筒状の形状であり、断面円形とされ、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、断面円形の電極本体１が形成されている。電極本体１には断面円形のガイド孔６が形成され、このガイド孔６は、固定部２に形成された大径孔７と、この大径孔７よりも小径でキャップ部４に形成された中径孔８、この中径孔８よりも小径の小径孔９が形成され、大径孔７、中径孔８、小径孔９は、電極本体１の中心軸線Ｏ−Ｏ上に整列した同軸状態で配置されている。この中径孔８よりもさらに小径な小径孔９が中心軸線Ｏ−Ｏ上に設けてある。

鋼板部品３が載置される電極本体１の端面から突出し、鋼板部品３の下孔１０を貫通する断面円形のガイドピン１２が、ステンレス鋼のような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ている。

また、後述のように、ガイド孔６に対して摺動状態で進退する断面円形の摺動部１３が耐熱性に優れた絶縁性合成樹脂材料、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。別の材料として、ポリアミド樹脂の中から、耐熱性、耐摩耗性にすぐれた樹脂を採用することも可能である。

つぎに、ガイドピンと摺動部の一体化部品を説明する。

摺動部１３の中心部にガイドピン１２を差し込んで、ガイドピン１２と摺動部１３の一体化が図られている。ガイドピン１２を摺動部１３に一体化する構造としては、摺動部１３のインジェクション成型時に、ガイドピン１２を一緒にモールドインする方法や、ガイドピン１２に結合ボルト構造部を設ける方法など、種々なものが採用できる。

ここでは、後者の結合ボルト構造部のタイプである。

すなわち、ガイドピン１２の下端部にこれと一体的にボルト１４が形成され、摺動部１３の底部材１５にボルト１４を貫通し、ワッシャ１６を組み付けてロックナット１７で締め付けてある。摺動部１３は、電極本体１と対をなす可動電極１８が動作して溶接電流が通電されたときに、電流がナット１９の溶着用突起２０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。

なお、ナット１９はプロジェクション溶接用であり、四角い本体の中央にねじ孔２８が形成され、四隅に溶着用突起２０が設けてある。ねじ孔２８の開口端がガイドピン１２のテーパ部２１に係合している。このようにナット１９が鋼板部品３から浮上した状態になっているので、可動電極１８が進出する溶接時に、ガイドピン１２が後退する長さＬ１が存置してある。

圧縮コイルスプリング２２は、ワッシャ１６とガイド孔６の内底面の間に嵌め込まれており、その張力が摺動部１３に作用している。なお、符号２３は、ガイド孔６の内底面に嵌め込んだ絶縁シートを示している。圧縮コイルスプリング２２の張力が、後述の静止内端面に対する可動端面の加圧密着を成立させている。圧縮コイルスプリング２２は、加圧手段であり、これに換えて圧縮空気の圧力を利用することも可能である。

つぎに、摺動部各部とガイド孔各部の嵌め合い対応関係を説明する。

摺動部１３には、大径部２４と中径部２５が形成され、中径部２５よりも小径のガイドピン１２が一体化されている。大径部２４が、大径孔７の内面との間に実質的に隙間がなくて摺動できる状態で大径孔７に嵌め込んであり、中径部２５が、中径孔８の内面との間に実質的に隙間がなくて摺動できる状態で大径孔８に嵌め込んである。このような「・・実質的に隙間がなくて摺動できる状態・・」いうのは、摺動部１３に電極本体１の直径方向の力を作用させても、隙間間隔のあるカタカタといったがたつき感触がなく、しかも中心軸線Ｏ−Ｏ方向の摺動が可能な状態を意味している。小径孔９を貫通して電極本体１の端面から突き出ているガイドピン１２によって、ガイドピン１２が押し下げられたとき冷却空気が通過する通気隙間２６が、小径孔９とガイドピン１２の間に形成してある。

中径部２５が中径孔８に嵌まり込んでいる電極本体の中心軸線Ｏ−Ｏ方向の長さは、溶接時にガイドピン１２が後退する長さよりも短く設定してある。この実施例では、中径部２５の上部にテーパ部２７が形成され、中径部２５が中径孔８に嵌まり込んでいる中心軸線Ｏ−Ｏ方向の長さは、テーパ部２７を含まない長さＬ２である。したがって、中径部２５が中径孔８に嵌まり込んでいる電極本体の中心軸線Ｏ−Ｏ方向の長さＬ２は、溶接時にガイドピン１２が後退する長さＬ１よりも短く設定してある。ガイドピン１２が押し下げられると、最初に、テーパ部２７と中径孔８の間に通気隙間が形成される。

つぎに、冷却空気の断続構造を説明する。

冷却空気をガイド孔６に導く通気口２９が形成してある。大径部２４と大径孔７の摺動箇所の空気通路を確保するために、大径部２４の外周面に中心軸線Ｏ−Ｏ方向の凹溝を形成することもできるが、ここでは大径部２４の外周面に中心軸線Ｏ−Ｏ方向の平面部３０を形成して、平面部３０と大径孔７の円弧型内面で構成された空気通路３１が形成されている。このような平面部３０を９０度間隔で形成して、４箇所に空気通路を設けている。

ガイド孔６の中径孔８と大径孔７の境界部に環状の静止内端面３２が形成されている。また、摺動部１３の中径部２５と大径部２４の境界部に環状の可動端面３３が形成されている。静止内端面３２と可動端面３３は電極本体１の中心軸線Ｏ−Ｏが垂直に交わる仮想平面上に配置してあり、圧縮コイルスプリング２２の張力によって可動端面３３が静止内端面３２に対して環状状態で密着し、この密着によって冷却空気の封止がなされている。

図２（Ｂ）に示すように、電極本体１の直径方向で見た静止内端面３２の幅は大きいのであるが、可動端面３３が密着している箇所の幅は狭くなっており、可動端面３３の密着面積は小さなものとされている。この密着幅が、後述のＷ１である。

つぎに、可動端面の幅寸法について説明する。

電極本体１の直径方向で見た可動端面３３の幅寸法Ｗ１は、図２（Ａ）に見られるように、大径部２４の肉厚寸法Ｗ３から、中径部２５の肉厚寸法Ｗ２を引いた寸法値である。ガイドピン１２が差し込まれている箇所の大径部２４の厚さ寸法がＷ３である。そして、ガイドピン１２が差し込まれている箇所の中径部２５の厚さ寸法がＷ２である。摺動部１３は、大径孔７と中径孔８に嵌まり込んでいるので、摺動部１３の肉厚は、ガイドピン１２が差し込まれている箇所の大径部２４の厚さ寸法Ｗ３と、電極本体１の直径方向で見た中径部２５の厚さ寸法Ｗ２に区分される。

なお、可動端面３３の密着面積は、図２（Ａ）などから明らかなように、空気通路３１の断面積の分が少なくなっている。この空気通路３１の形成によって発生する可動端面３３の幅寸法Ｗ１の減少は、冷却空気の封止を損なわないように定めてある。さらに、図２（Ａ）においては、見やすくするために、金属断面部のハッチングや合成樹脂製部の梨地の記載を行っていない。

つぎに、各部の寸法について説明する。

各部の寸法は、電極の大きさ規模によって様々である。ここでは、縦・横各１２ｍｍ、厚さ７．２ｍｍの四角いプロジェクションナット１９を厚さ０．７ｍｍの鋼板部品３に電気抵抗溶接をするものである。

このようなプロジェクションナット１９を溶接する電極の各部寸法の一例は、つぎのとおりである。
・ガイドピン１２の直径寸法＝９．４ｍｍ
・大径部２４の外形寸法 ＝１７．８ｍｍ
・ガイドピン差し込み箇所の大径部の厚さ寸法Ｗ３＝４．２ｍｍ
・中径部２５の外形寸法 ＝１４．３ｍｍ
・電極本体の直径方向で見た可動端面の幅寸法Ｗ１＝１．８ｍｍ
・大径部の厚さ寸法Ｗ３に対する可動端面の幅寸法Ｗ１の比＝０．４３
・中径部２５が中径孔８に嵌まり込んでいる長さＬ２＝２．４ｍｍ
・溶接時にガイドピンが後退する長さＬ１＝４．４ｍｍ

電極本体１の直径方向で見た可動端面３３の幅寸法Ｗ１は、ガイドピン１２が差し込まれている箇所の大径部２４の厚さ寸法Ｗ３の半分未満とされており、ここではＷ３に対するＷ１の比が０．４３である。

つぎに、微小な金属片の挙動について説明する。

ガイドピン１２が押し下げられて、可動端面３３が静止内端面３２から離隔して両端面間に空隙が形成されると、冷却空気が勢いよく流通し、微小な金属片や炭化物などは気流で溶融局部から電極外へ発散される。通常はこのような発散であるが、金属溶融の際に、急激な空気膨張で溶融部から勢いよく飛散した微小な金属片がガイドピン１２の外周面に衝突して跳ね返されたりして空気流に逆らって移動し、可動端面３３に到達することがある。このような現象は、金属片が微小であると金属片に作用する空気流の動圧が低くなるために、空気流に逆らって移動することが可能になるものと考えられる。このような金属片が可動端面３３の表面に付着していると、ガイドピンが待機位置に戻ったときに、静止内端面３２と可動端面３３の間に空隙が形成され、冷却空気の流通を封止することができなくなる。上述のような金属片の異常な挙動は、冷却空気の流通が健全に維持されていれば、通常は発生しないのであるが、上述のような何らかの原因により、低い確率で発生することがある。

溶融部から飛散した微小な金属片３４は、通常、直径０．１〜０．２ｍｍ程度の丸みのある粒状や角張った部分を有する粒状であったりする。このような金属片３４が前述のような何らかの原因で可動端面３３に到達すると、可動端面３３の表面に付着したような状態で停止する。この停止時においても冷却空気の気流が継続しているが、金属片３４が可動端面３３の表面に停止しているのは、図３（Ｃ）に示すように、金属片３４が合成樹脂材料製の可動端面３３に部分的に埋没したり、突き刺さって突き出ていたりするため、と考えられる。

このような図３（Ｃ）の状態で摺動部１３が押し上げられると、可動端面３３が金属製表面を有する静止内端面３２に押し付けられ、可動端面３３から突き出ている金属片３４は、可動端面３３の母材内へ押し込まれる。すなわち、可動端面３３側は合成樹脂製であるから、金属片３４は相対的に摺動部１３の母材内へ埋没させられるのである。このような埋没状態が図３（Ｄ）に示してある。

可動端面３３の着座面積は、静止内端面３２に対する密着面積であるが、この面積は、電極本体１の直径方向で見た可動端面３３の幅寸法が、ガイドピン１２が差し込まれている箇所の大径部２４の厚さ寸法の半分未満であり、本実施例における具体的数値としては、Ｗ１／Ｗ３が０．４３とされている。このような０．４３とすることにより、可動端面３３の幅寸法が小さくなり、可動端面３３の密着総面積が小さく設定される。これにともなって、単位面積あたりの加圧力、すなわち面圧が大きくなり、密着箇所に到達した微小な金属片３４は、金属表面である静止内端面３２と合成樹脂材料製表面である可動端面３３の間で挟み付けられ、金属片３４は軟らかい摺動部１３の母材中に埋め込まれた状態になり、静止内端面３２と可動端面３３の間に空隙が形成されることがなく、確実な気密維持がなされ、冷却空気の空気漏れが防止される。

Ｗ１／Ｗ３を０．４３に設定して、鋼板部品３にナットを溶接するテストを行った結果、１０万回の溶接、すなわちナット１０万個の溶接を行っても空気漏れが発生しなかったので、自動車の車体組み立て工程等での使用に耐えられるものと、判断される。また、Ｗ１／Ｗ３を０．４５や０．４８に設定した場合も、同様なテスト結果がえられた。

Ｗ１／Ｗ３が０．５以上になると、可動端面３３の密着面積が過大になり、それに伴う面圧低下によって、金属片３４を可動端面３３の表面から、摺動部１３の母材中に押し込む力が不足する。このような不足が発生すると、ガイドピン１２が突き出た状態にあるとき、可動端面３３と静止内端面３２との間に空隙が形成され、空気漏れが発生した。したがって、Ｗ１／Ｗ３は０．５未満に設定するのが適切である。

逆に、下限側の値としてＷ１／Ｗ３を０．２６とすることにより、可動端面３３の幅寸法が著しく小さくなり、可動端面３３の密着総面積が大幅に小さく設定される。これにともなって、単位面積あたりの加圧力、すなわち面圧が大きくなり、密着箇所に到達した微小な金属片３４は、金属表面である静止内端面３２と合成樹脂材料製表面である可動端面３３の間で挟み付けられ、金属片３４は軟らかい摺動部１３の母材中に埋め込まれた状態となる。

しかしながら、可動端面３３の幅方向寸法が短くなるので、可動端面３３の密着幅Ｗ１が過短となって、十分な封止作用の確保が困難になる。また、可動端面３３の幅方向寸法が短くなると、大きな金属片３４が可動端面３３の幅Ｗ１を横断した状態で付着したりする現象が発生したときには、金属片３４が可動端面３３の表面に完全に埋没しないものが見られた。また、埋没しても、埋没時の合成樹脂材料の変形により可動端面３３の幅方向に溝状の空隙が形成される状態が確認された。これらの現象により、静止内端面３２に可動端面３３が密着しても、空気漏れが発生し、気密維持が達成できていないことが認められた。

Ｗ１／Ｗ３を０．２６に設定して、上述のようにナット溶接テストを行った結果、２．５万回前後の溶接回数から空気漏れが発生した。この発生原因は、上記のＷ１の過短現象であると考えられる。また、Ｗ１／Ｗ３を０．２８に設定した場合も、好ましくないテスト結果となった。

一方、Ｗ１／Ｗ３が０．３以上であると、可動端面３３の密着面積が適正に小さくなり、それに伴う面圧増加によって、金属片３４を可動端面３３の表面から、摺動部１３の母材中に押し込む力が適正値として十分にえられるものと、判断される。合わせて、上記のＷ１の過短現象に伴う空気漏れは回避できた。したがって、Ｗ１／Ｗ３は０．３以上に設定するのが適切である。

つぎに、中径部の緩衝的機能を説明する。

ガイドピン１２に作用する直径方向の外力を受け止めるためには、中径部２５の直径を少しでも大きくするとともに、肉厚を少しでも大きくすることが有利である。中径部２５の肉厚拡大と直径の拡大は、可動端面３３の幅寸法Ｗ１を大径部２４の厚さ寸法Ｗ３の半分未満とすることにより達成されている。

作業者の手元が狂ったりして、鋼板部品３が電極本体１の直径方向からガイドピン１２に衝突すると、ガイドピン１２が傾こうとするが、中径部２５の直径が大きくなるように可動端面３３の幅寸法Ｗ１が設定されているので、中径部２５の円筒面に作用する単位面積当たりの力が少量化されて、上記傾き角度が実質的に問題にならない程度となる。さらに、上記力の少量化によって、中径部２５の圧縮変形量も少量化され、傾き角度低減にとって有効である。

つぎに、他の事例を説明する。

上記事例はプロジェクションナットの場合であるが、図４に示した事例はプロジェクションボルトの場合である。プロジェクションボルト３６は、雄ねじが形成された軸部３７、軸部３７と一体になっている円形のフランジ３８、フランジ３８の下面に設けた溶着用突起３９によって構成されている。ガイドピン１２は管状の中空形状であり、軸部３７が挿入される受入孔４０が設けてある。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。

つぎに、上記電極の動作について説明する。

図１（Ａ）は、圧縮コイルスプリング２２の張力で可動端面３３が静止内端面３２に密着し、冷却空気の流通を封じている状態である。このときに、万一、微小な金属片３４が可動端面３３と静止内端面３２の間に介在していると、図３において説明した押し込み動作で気密が維持される。

可動電極１８が進出して間隔Ｌ１が消滅すると、中径孔８に入り込んでいる中径部２５が中径孔８から抜け出して、冷却空気の通路が形成される。冷却空気は通気口２９、空気通路３１、中径孔８、通気空隙２６を経て、ナット１９の下面と鋼板部品３との間の空隙を通って外部へ発散する。この空気流によって、スパッタなどの不純物が電極から離隔する方向へ排除される。ガイドピン１２が押し下げられると、最初にテーパ部２７によって空気通路が形成される。テーパ部２７の傾斜によって流路面積の大きな空気通路が初期の段階で形成され、確実な冷却空気の流通にとって好適である。また、ガイドピン１２が戻るときには、テーパ部２７のガイド機能によって中径部２５が円滑に中径孔８に進入する。図４に示したプロジェクションボルト３６の場合も同じ動作である。

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。

電極本体１の直径方向で見た可動端面３３の幅寸法Ｗ１は、ガイドピン１２が差し込まれている箇所の大径部２４の厚さ寸法Ｗ３の０．３以上０．５未満とされている。このため、可動端面３３の面積を小さくして静止内端面３２に対する可動端面３３の加圧力を高めて、可動端面３３と静止内端面３２の密着箇所に進入してきた微小な金属片３４が可動端面３３から摺動部１３の母材内に押し込まれる。

静止内端面３２に対する可動端面３３の密着面積が小さくなるので、単位面積あたりの加圧力、すなわち面圧が大きくなる。したがって、密着箇所に到達した微小な金属片３４は、金属表面である静止内端面３２と合成樹脂材料製表面である可動端面３３の間で挟み付けられ、金属片３４は軟らかい摺動部１３の母材中に埋め込まれた状態になり、静止内端面３２と可動端面３３の間に空隙が形成されることがない。

ガイドピン１２が押し下げられて、可動端面３３が静止内端面３２から離隔して両端面間に空隙が形成されると、冷却空気が勢いよく流通し、微小な金属片３４や炭化物などは気流で溶融局部から電極外へ発散される。通常はこのような発散であるが、金属溶融の際に、急激な空気膨張で溶融部から勢いよく飛散した微小な金属片３４がガイドピン１２の外周面に衝突して跳ね返されたりして空気流に逆らって移動し、可動端面３３に到達することがある。このような現象は、金属片３４が微小であると金属片３４に作用する空気流の動圧が低くなるために、空気流に逆らって移動することが可能になるものと考えられる。このような金属片３４が可動端面３３の表面に付着していると、ガイドピン１２が待機位置に戻ったときに、静止内端面３２と可動端面３３の間に空隙が形成され、冷却空気の流通を封止することができなくなる。上述のような金属片３４の異常な挙動は、冷却空気の流通が健全に維持されていれば、通常は発生しないのであるが、上述のような何らかの原因により、低い確率で発生することがある。

しかしながら、本実施例においては上述のように、金属片３４は軟らかい摺動部１３の母材中に埋め込まれた状態になり、静止内端面３２と可動端面３３の間に空隙が形成されることがないため、完全な気密維持が確保でき、空気漏洩による経済的損失が回避できる。さらに、空気漏れが継続していると、空気噴出に伴う騒音が発生し、作業者の就労環境が悪化するのであるが、上記のような気密維持によって、環境改善がなされる。

つまり、合成樹脂材料製可動端面３３の面積を小さくして面圧を高めることと、微小金属片３４を強く可動端面３３に押し付けることを相乗させて、金属片３４が可動端面３３から摺動部１３の母材へめり込むのである。

電極本体１の直径方向で見た可動端面３３の幅寸法Ｗ１は、ガイドピン１２が差し込まれている箇所の大径部２４の厚さ寸法Ｗ３の０．３以上０．５未満とされている。このため、中径部２５の厚さ寸法を大きく設定して、電極本体１の直径方向にガイドピン１２に対して作用する外力を受け止めるように作用する。

摺動部１３は、大径部２４と中径部２５の２箇所が大径孔７や中径孔８に摺動しているので、ガイドピン１２が一体化されている摺動部１３は、２点支持の状態になっている。したがって、鋼板部品３の衝突などによって、電極本体１の端面から突き出ているガイドピン１２に対して、電極本体１の直径方向に外力が作用しても、ガイドピン１２や摺動部１３の傾き変位量は実質的に問題にはならない。したがって、静止内端面３２と可動端面３３との密着が損なわれるようなことがなく、確実な気密維持が確保できる。

さらに、中径部２５の直径が大径部２４の直径に近づき、それによって中径部２５の直径を大きく設定できる。同時に、中径部２５の肉厚もできるだけ大きくすることができる。したがって、大径化されるとともに肉厚が増大した中径部２５によって直径方向の外力を受けるので、中径部２５における弾性変形を少なくすることができて、ガイドピン１２や摺動部１３の傾き変位量を実質的に問題がないレベルにすることができる。とくに、大径化による弾性変形量の低減が効果的である。このような中径部２５の肉厚拡大や直径の拡大は、可動端面３３の幅寸法Ｗ１を小さくすることに相関して実現している。つまり、中径部２５の肉厚拡大や直径の拡大と、可動端面３３の面圧増大が両立している。

可動端面３３の表面には切削仕上げ加工やインジェクション成型などによって微細な凹凸が残存しているが、上記の面圧向上によって、静止内端面３２に押し付けられた凹凸部分の凸部が押し潰された状態になって、合成樹脂端面と金属端面の密着性向上が確保できる。

ガイドピン１２が差し込まれている箇所の大径部２４の厚さ寸法Ｗ３に対する電極本体１の直径方向で見た可動端面３３の幅寸法Ｗ１の比が０．３以上０．５未満とされている。

可動端面３３の幅寸法Ｗ１が、ガイドピン１２が差し込まれている箇所の大径部２４の厚さ寸法Ｗ３の半分以上、すなわち上記比が０．５以上になると、環状の可動端面３３の密着面積が過大となり、上述のような面圧増大と金属片３４の押し込みが満足に達成されない。上限側は、０．５未満が良好である。一方、上記比が０．３を下回ると、可動端面３３の密着面積が過小となり、冷却空気の封止面積が不足して封止作用が緩慢になり、気密性維持の面で好ましくない。下限側は、０．３以上が良好である。

電気抵抗溶接用電極の気密維持方法は、
断面円形の電極本体が金属材料を用いて構成され、
鋼板部品が載置される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の耐熱硬質材料で構成され、
電極本体に形成されているガイド孔に摺動できる状態で嵌め込まれているとともに、中心部にガイドピンが差し込まれている断面円形の摺動部が合成樹脂材料で構成され、
ガイド孔は大径孔と中径孔と小径孔によって構成され、
摺動部に形成した大径部が、摺動部に電極本体の直径方向の力を作用させても、大径部が直径方向に変位することなく、しかも中心軸線方向の摺動が可能な状態で大径孔に嵌め込まれ、
摺動部に形成した中径部が、摺動部に電極本体の直径方向の力を作用さ せても、中径部が直径方向に変位することなく、しかも中心軸線方向の摺動が可能な状態で中径孔に嵌め込まれ、
小径孔を貫通したガイドピンによって、ガイドピンが押し下げられたとき冷却空気が通過する通気隙間を小径孔とガイドピンの間に形成し、
ガイド孔の中径孔と大径孔の境界部に形成された静止内端面に対して、摺動部の中径部と大径部の境界部に形成された可動端面が密着するように構成されているとともに、静止内端面と可動端面は電極本体の中心軸線が垂直に交わる仮想平面上に配置してあり、
中径部が中径孔に嵌まり込んでいる電極本体の中心軸線方向の長さは、溶接時にガイドピンが後退する長さよりも短く設定してあり、
可動端面を静止内端面に押し付ける加圧手段がガイド孔内に配置され、
ガイドピンが差し込まれている箇所の大径部の厚さ寸法に対する電極本体の直径方向で見た可動端面の幅寸法の比が０．３以上０．５未満とされることにより、可動端面の面積を小さくして静止内端面に対する可動端面の加圧力を高めて、可動端面と静止内端面の密着箇所に進入してきた微小な金属片を、可動端面から摺動部の母材内に押し込み、
ガイドピンが差し込まれている箇所の大径部の厚さ寸法に対する電極本体の直径方向で見た可動端面の幅寸法の比が０．３以上０．５未満とされることにより、中径部の厚さ寸法を大きく設定して、電極本体の直径方向にガイドピンに対して作用する外力を、中径部において受け止め、鋼板部品にプロジェクションナットまたはプロジェクションボルトを溶接するものである。

気密維持方法の実施例の効果は、上記電気抵抗溶接用電極の効果と同じである。

上述のように、本発明の電極や気密維持方法によれば、合成樹脂材料製の摺動部に形成された可動端面の面圧を高めて、微小な金属片の介入にともなう弊害をなくすとともに、摺動部の摺動状態を選定してガイドピンの芯ずれや傾きを実質的に消去する。したがって、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
７ 大径孔
８ 中径孔
９ 小径孔
１２ ガイドピン
１３ 摺動部
１８ 可動電極
１９ プロジェクションナット
２４ 大径部
２５ 中径部
２６ 通気隙間
２９ 通気口
３１ 空気通路
３２ 静止内端面
３３ 可動端面
３４ 金属片
３６ プロジェクションボルト
４０ 受入孔
Ｗ１ 可動端面の幅寸法
Ｗ２ 中径部の厚さ寸法
Ｗ３ 大径部の厚さ寸法
Ｌ１ ガイドピンの後退長さ
Ｌ２ 中径部の挿入長さ

Claims (2)

1. 断面円形の電極本体が金属材料を用いて構成され、
   鋼板部品が載置される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の耐熱硬質材料で構成され、
   電極本体に形成されているガイド孔に摺動できる状態で嵌め込まれているとともに、中心部にガイドピンが差し込まれている断面円形の摺動部が合成樹脂材料で構成され、
   ガイド孔は大径孔と中径孔と小径孔によって構成され、
   摺動部に形成した大径部が、摺動部に電極本体の直径方向の力を作用させても、大径部が直径方向に変位することなく、しかも中心軸線方向の摺動が可能な状態で大径孔に嵌め込まれ、
   摺動部に形成した中径部が、摺動部に電極本体の直径方向の力を作用さ せても、中径部が直径方向に変位することなく、しかも中心軸線方向の摺動が可能な状態で中径孔に嵌め込まれ、
   小径孔を貫通したガイドピンによって、ガイドピンが押し下げられたとき冷却空気が通過する通気隙間を小径孔とガイドピンの間に形成し、
   ガイド孔の中径孔と大径孔の境界部に形成された静止内端面に対して、摺動部の中径部と大径部の境界部に形成された可動端面が密着するように構成されているとともに、静止内端面と可動端面は電極本体の中心軸線が垂直に交わる仮想平面上に配置してあり、
   中径部が中径孔に嵌まり込んでいる電極本体の中心軸線方向の長さは、溶接時にガイドピンが後退する長さよりも短く設定してあり、
   可動端面を静止内端面に押し付ける加圧手段がガイド孔内に配置され、
   ガイドピンが差し込まれている箇所の大径部の厚さ寸法に対する電極本体の直径方向で見た可動端面の幅寸法の比が０．３以上０．５未満とされることにより、可動端面の面積を小さくして静止内端面に対する可動端面の加圧力を高めて、可動端面と静止内端面の密着箇所に進入してきた微小な金属片が可動端面から摺動部の母材内に押し込まれるように構成し、
   ガイドピンが差し込まれている箇所の大径部の厚さ寸法に対する電極本体の直径方向で見た可動端面の幅寸法の比が０．３以上０．５未満とされることにより、中径部の厚さ寸法を大きく設定して、電極本体の直径方向にガイドピンに対して作用する外力を受け止めるように構成し、鋼板部品にプロジェクションナットまたはプロジェクションボルトを溶接する電極であることを特徴とする電気抵抗溶接用電極。
2. 断面円形の電極本体が金属材料を用いて構成され、
   鋼板部品が載置される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の耐熱硬質材料で構成され、
   電極本体に形成されているガイド孔に摺動できる状態で嵌め込まれているとともに、中心部にガイドピンが差し込まれている断面円形の摺動部が合成樹脂材料で構成され、
   ガイド孔は大径孔と中径孔と小径孔によって構成され、
   摺動部に形成した大径部が、摺動部に電極本体の直径方向の力を作用させても、大径部が直径方向に変位することなく、しかも中心軸線方向の摺動が可能な状態で大径孔に嵌め込まれ、
   摺動部に形成した中径部が、摺動部に電極本体の直径方向の力を作用させても、中径部が直径方向に変位することなく、しかも中心軸線方向の摺動が可能な状態で中径孔に嵌め込まれ、
   小径孔を貫通したガイドピンによって、ガイドピンが押し下げられたとき冷却空気が通過する通気隙間を小径孔とガイドピンの間に形成し、
   ガイド孔の中径孔と大径孔の境界部に形成された静止内端面に対して、摺動部の中径部と大径部の境界部に形成された可動端面が密着するように構成されているとともに、静止内端面と可動端面は電極本体の中心軸線が垂直に交わる仮想平面上に配置してあり、
   中径部が中径孔に嵌まり込んでいる電極本体の中心軸線方向の長さは、溶接時にガイドピンが後退する長さよりも短く設定してあり、
   可動端面を静止内端面に押し付ける加圧手段がガイド孔内に配置され、
   ガイドピンが差し込まれている箇所の大径部の厚さ寸法に対する電極本体の直径方向で見た可動端面の幅寸法の比が０．３以上０．５未満とされることにより、可動端面の面積を小さくして静止内端面に対する可動端面の加圧力を高めて、可動端面と静止内端面の密着箇所に進入してきた微小な金属片を、可動端面から摺動部の母材内に押し込み、
   ガイドピンが差し込まれている箇所の大径部の厚さ寸法に対する電極本体の直径方向で見た可動端面の幅寸法の比が０．３以上０．５未満とされることにより、中径部の厚さ寸法を大きく設定して、電極本体の直径方向にガイドピンに対して作用する外力を、中径部において受け止め、鋼板部品にプロジェクションナットまたはプロジェクションボルトを溶接することを特徴とする電気抵抗溶接用電極の気密維持方法。

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