JP6929508B2 - 電気抵抗溶接用電極 - Google Patents

Description

この発明は、電極本体に形成した、大径孔と中径孔と小径孔から成るガイド孔に、大径部と中径部とガイドピンから成る進退部材が挿入されて冷却空気の流通を断続する、電気抵抗溶接用電極に関している。

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。そして、ガイドピンは、導通性のあるステンレス鋼のような金属製とされている。

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

上記特許文献に記載されている技術においては、電極に載置される鋼板部品がガイドピンに突き当たったときの対応策については、何も配慮がなされていない。作業者が差し入れる鋼板部品には、ガイドピンが貫通する下孔が設けられており、下孔の内周部がガイドピンに突き当たったり、鋼板部品の外端部がガイドピンに当たると、ガイドピンには傾斜方向や直径方向の力が作用し、これによって摺動部に弾性変形が発生してガイドピンの中心位置に狂いが発生したり、摺動部の密着性が損なわれて空気漏れが発生したりする。

さらに、ガイドピンが金属製であるために、摺動部は絶縁性のある合成樹脂材料製とされており、摺動部の弾性変形を回避することができない。

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、大径部と中径部が単一の金属材料部材で一体的に形成され、ガイドピンが耐熱硬質絶縁材料で構成され、大径部と中径部に対して、ガイドピンが一体化され、ガイド孔に挿入される進退部材が電極本体に対して、異常変位をしないようにした電気抵抗溶接用電極である。

請求項１記載の発明は、
断面円形の電極本体が銅合金を用いて構成され、
電極本体に大径孔と中径孔と小径孔から成るガイド孔が形成され、
ガイド孔に挿入される断面円形の進退部材が、大径孔に実質的に隙間がなくて摺動できる状態で嵌め込まれる大径部と、中径孔に実質的に隙間がなくて摺動できる状態で嵌め込まれる中径部と、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ガイドピンによって構成され、
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、進退部材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、
大径部と中径部は、単一の金属材料部材から一体的に構成され、
ガイドピンは、耐熱硬質絶縁材料で構成された別部材として形成され、
中径部から大径部にわたって形成された挿入孔にガイドピンを差し込んで大径部と中径部とガイドピンが一体化されていることを特徴とする電気抵抗溶接用電極である。

ガイド孔に挿入される断面円形の進退部材が、大径孔に実質的に隙間がなくて摺動できる状態で嵌め込まれる大径部と、中径孔に実質的に隙間がなくて摺動できる状態で嵌め込まれる中径部と、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ガイドピンによって構成されている。そして、進退部材は、中径部と大径部が単一の金属材料部材から一体的に構成され、また、ガイドピンが、耐熱硬質絶縁材料を用いて、中径部や大径部とは別部材として形成され、上記挿入孔に差し込まれて、大径部と中径部とガイドピンが一体化されている。

作業者が差し入れる鋼板部品には、ガイドピンが貫通する下孔が設けられており、下孔の内周部がガイドピンに突き当たったり、鋼板部品の外端部がガイドピンに突き当たったりすると、ガイドピンには傾斜方向あるいは直径方向の力が作用し、これによって進退部材が直径方向の弾性変形をする。このような弾性変形が発生すると、ガイドピンが電極本体の中心軸線に対して偏心し、この偏心したガイドピンに鋼板部品の下孔が接触したままプロジェクションナットなどの部品が鋼板部品に溶接されてしまう。このようになると、ナットのねじ孔と下孔が同心状態にならず、場合によってはボルトがねじ込めないことが発生する。

本発明においては、進退部材の大径部と中径部の２箇所が大径孔や中径孔に摺動しているので、進退部材は２点支持の状態になっている。また、進退部材の中径部と大径部は、単一の金属材料部材から構成されている。

上記の２点支持状態と、単一の金属材料部材からの構成によって、進退部材に対して、直径方向や傾斜方向の外力が作用しても、進退部材の傾斜方向の変位が実質的に問題にならない程度に少量化される。つまり、中径部と大径部全体が金属材料製とされているので、大径部や中径部の弾性変形が微量なものとなり、ガイドピンの偏心量が実質的に問題にならないレベルとなる。したがって、上記のような偏心に伴う溶接位置の不良問題が解消される。とくに、単一の金属材料部材からの構成によって、進退部材全体の弾性変形が最少化されるので、上記の偏心量を実質的に問題にならないレベルにすることが可能となる。

さらに、進退部材の位置ずれが最少化されるので、静止内端面と可動端面との密着状態が確実に維持され、溶接待機時には冷却空気の流通が確実に遮断され、空気漏れによる経済性の問題や、騒音問題が解消される。

進退部材は、単一の金属材料部材から形成された中径部と大径部に対して、耐熱硬質絶縁材料製のガイドピンが一体化された構成である。したがって、鋼板部品の下孔や外端部がガイドピンに衝突しても、ガイドピンの表面が損傷したりすることがなく、耐久性の優れた電極がえられる。そして、ガイドピンが絶縁機能を確実に果たすので、溶接電流は溶着用突起などの部品の所定箇所を流れて、溶着位置が正確に求められる。

複数部品を組み立てる必要のないワンピース型の中径部と大径部の製作と、ガイドピンの絶縁構造だけでよいので、進退部材の製作が簡素化され、各部の寸法精度向上にとって有利である。とりわけ、ガイドピンが耐熱硬質絶縁材料製であるから、部品が接触する箇所だけの範囲を絶縁構造にすることができるので、絶縁処理の範囲を最小限にとどめることができて、製作容易で原価的にも有効である。

上述の特許文献に記載されている構造は、進退部材の大径部や中径部に相当する箇所が絶縁性合成樹脂で構成されているので、合成樹脂部分と金属製ガイドピンの一体化構造が複雑になる。しかしながら、本発明では上述のようにして、挿入孔へのガイドピン挿入方式であるから、複雑化の問題が解消される。また、ガイドピンだけのいわゆる局部絶縁の構造であるから、絶縁構造の簡素化が図れる。

電極全体の各部断面図と進退部材の断面図である。 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を実施するための形態を説明する。

図１〜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。

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には、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と、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。

つぎに、進退部材について説明する。

進退部材５０がガイド孔６に挿入されている。進退部材５０は、断面円形の部材であり、大径部１３と、この大径部１３よりも小径の中径部１４と、この中径部１４よりも小径のガイドピン１５で構成されている。

大径部１３は、大径孔７に実質的に隙間がなくて摺動できる状態で嵌め込まれている。中径部１４は、中径孔８に実質的に隙間がなくて摺動できる状態で嵌め込まれている。ガイドピン１５は、小径孔９を貫通し、鋼板部品３が載置される電極本体１の端面から突出している。そして、鋼板部品３の下孔１０を貫通し、小径孔９との間に、ガイドピン１５が押し下げられたとき、冷却空気が通過する通気隙間１６が形成されている。

上記の「・・実質的に隙間がなくて摺動できる状態・・」というのは、進退部材５０に電極本体１の直径方向の力を作用させても、隙間感覚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。

図１（Ｃ）に最も分かりやすく示すように、大径部１３と中径部１４は、一体的なワンピース状態で構成されている。このような構成は、単一の金属材料部材を加工する場合や、鋳造と仕上げ加工によって成型する場合などがあり、ここでは、前者の場合が採用されている。なお、上記「単一の」は、大径部１３と中径部１４の全域が一種類の材料で構成されていることを意味している。

すなわち、１本の断面円形のステンレス鋼製素材に切削などの機械加工を施して、大径部１３、中径部１４を形成し、さらに、後述の空気通路を形成する。

ガイドピン１５は、耐摩耗性、耐衝撃性、耐熱性および絶縁性のある材料で構成され、セラミック材料などの耐熱硬質絶縁材料で構成されており、大径部１３や中径部１４とは別部材として形成されている。形状としては、断面円形の丸棒材となっている。

中径部１４から大径部１３にわたって中心軸線Ｏ−Ｏに沿って挿入孔１７が形成され、ここにガイドピン１５を差し込んで、大径部１３と中径部１４とガイドピン１５が一体化されている。一体化させる方法としては、接着など種々なものがある。

図１（Ｃ）および（Ｄ）は、接着剤を用いた一体化の方法である。挿入孔１７の内径よりもガイドピン１５の直径をやや小さく設定してあり、これによって形成される空隙に接着剤１８が充填してある。接着剤としては、一般的に使用されている高耐熱用エポキシ系接着剤や耐熱性無機接着剤が使用される。

また、図１（Ｅ）と（Ｆ）は、金属製Ｃリングを用いた方法である。Ｃリング３５は、断面円形の銅合金製の線材で構成され、リング径を拡大するために、わずかな隙間が設けられてＣ型となっている。ガイドピン１５に円周方向の凹溝３４を形成し、そこにＣリング３５を嵌め込み、その状態で挿入孔１７に圧入してある。Ｃリング３５を凹溝３４に嵌め込むときに、Ｃリング３５の内径が拡大する。図１（Ｆ）に示すように、ガイドピン１５を挿入孔１７に圧入するときに、Ｃリング３５が塑性変形をするので、線材には圧入方向に応じた変形部３６が形成される。このようなＣリング３５の塑性変形によって、ガイドピン１５と大径部１３、中径部１４の強固な一体化がなされる。

つぎに、部品について説明する。

ナット２０はプロジェクション溶接用（プロジェクションナット）であり、四角い本体の中央にねじ孔２１が形成され、四隅に溶着用突起２２が設けてある。ねじ孔２１の開口端がガイドピン１５のテーパ部２３に係合している。このようにナット２０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２４が進出する溶接時に、ガイドピン１５が後退する長さＬ１が存置してある。

プロジェクションナット２０の各部の寸法は、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２０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。

中径部１４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１５が後退する長さＬ１よりも短く設定してある。この実施例では、中径部１４の上部にテーパ部２５が形成され、中径部１４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２５を含まない長さＬ２である。したがって、中径部１４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１５が後退する長さＬ１よりも短く設定してある。ガイドピン１５が押し下げられると、最初に、テーパ部２５と中径孔８の間に通気隙間が形成される。

図１（Ａ）や（Ｃ）に示すように、ガイドピン１５の先端部にナット２０のねじ孔２１に相対的に進入する小径の進入部２６が形成されている。

上記のように、ガイドピン１５が耐熱硬質絶縁材料で構成されているので、可動電極２４が進出して、ナット２０と鋼板部品３が電極本体１との間で挟み付けられ、溶接電流が通電される。このときには、ガイドピン１５への通電が阻止されているので、電流は溶着用突起２２から鋼板部品３へ流れて、良好な溶着がなされる。

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２７が形成してある。大径部１３と大径孔７の摺動箇所に空気通路を確保するために、大径部１３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１３の外周面に中心軸線Ｏ−Ｏ方向の平面部２８を形成して、平面部２８と大径孔７の円弧型内面で構成された空気通路２９が形成されている。このような平面部２８を９０度間隔で形成して、４箇所に空気通路２９を設けている。

圧縮コイルスプリング３１は、進退部材５０とガイド孔６の内底面の間に嵌め込まれており、その張力が進退部材５０に作用している。圧縮コイルスプリング３１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３１は、加圧手段の１つであり、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。

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、進退部材５０の中径部１４と大径部１３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３１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。

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２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３７は、雄ねじが形成された軸部３８、軸部３８と一体になっている円形のフランジ３９、フランジ３９の下面に設けた溶着用突起４０によって構成されている。ガイドピン１５は管状の中空形状であり、軸部３８が挿入される受入孔４１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３１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とともに、ガイドピン１５がキャップ部４の端面から突き出ている状態である。そして、鋼板部品３がキャップ部４上に載せられ、ナット２０がテーパ部２３に係止されている。

可動電極２４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１４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２７、空気通路２９、中径孔８、通気空隙１６を経て、ナット２０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１５が押し下げられると、最初にテーパ部２５によって空気通路が形成される。テーパ部２５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１５が戻るときには、テーパ部２５のガイド機能によって中径部１４が円滑に中径孔８に進入する。図２に示したプロジェクションボルト３７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。

ガイド孔６に挿入される断面円形の進退部材５０が、大径孔７に実質的に隙間がなくて摺動できる状態で嵌め込まれる大径部１３と、中径孔８に実質的に隙間がなくて摺動できる状態で嵌め込まれる中径部１４と、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を貫通するガイドピン１５によって構成されている。そして、進退部材５０は、中径部１４と大径部１３が単一の金属材料部材から一体的に構成され、また、ガイドピン１５が、セラミック材料などの耐熱硬質絶縁材料を用いて、中径部１４や大径部１３とは別部材として形成され、上記挿入孔１７に差し込まれて、大径部１３と中径部１４とガイドピン１５が一体化されている。

作業者が差し入れる鋼板部品３には、ガイドピン１５が貫通する下孔１０が設けられており、下孔１０の内周部がガイドピン１５に突き当たったり、鋼板部品３の外端部がガイドピン１５に突き当たったりすると、ガイドピン１５には傾斜方向あるいは直径方向の力が作用し、これによって進退部材５０が直径方向の弾性変形をする。このような弾性変形が発生すると、ガイドピン１５が電極本体１の中心軸線Ｏ−Ｏに対して偏心し、この偏心したガイドピン１５に鋼板部品３の下孔１０が接触したままプロジェクションナット２０やプロジェクションボルト３７などの部品が鋼板部品３に溶接されてしまう。このようになると、ナット２０のねじ孔２１やボルト３７の軸部３８と下孔１０が同心状態にならず、場合によってはボルトがねじ込めないことが発生する。

本実施例においては、進退部材５０の大径部１３と中径部１４の２箇所が大径孔７や中径孔８に摺動しているので、進退部材５０は２点支持の状態になっている。また、進退部材５０の中径部１４と大径部１３は、単一の金属材料部材から構成されている。

上記の２点支持状態と、単一の金属材料部材からの構成によって、進退部材５０に対して、直径方向や傾斜方向の外力が作用しても、進退部材５０の傾斜方向の変位が実質的に問題にならない程度に少量化される。つまり、中径部１４と大径部１３全体が金属材料製とされているので、大径部１３や中径部１４の弾性変形が微量なものとなり、ガイドピン１５の偏心量が実質的に問題にならないレベルとなる。したがって、上記のような偏心に伴う溶接位置の不良問題が解消される。とくに、単一の金属材料部材からの構成によって、進退部材５０全体の弾性変形が最少化されるので、上記の偏心量を実質的に問題にならないレベルにすることが可能となる。つまり、ガイド孔６に挿入される進退部材５０が電極本体１に対して、異常変位をしないようにして、上記利点が確保される。

さらに、進退部材５０の位置ずれが最少化されるので、静止内端面３２と可動端面３３との密着状態が確実に維持され、溶接待機時には冷却空気の流通が確実に遮断され、空気漏れによる経済性の問題や、騒音問題が解消される。

進退部材５０は、単一の金属材料部材から形成された中径部１４と大径部１３に対して、セラミック材料などの耐熱硬質絶縁材料製のガイドピン１５が一体化された構成である。したがって、鋼板部品３の下孔１０や外端部がガイドピン１５に衝突しても、ガイドピン１５の表面が損傷したりすることがなく、耐久性の優れた電極がえられる。そして、ガイドピン１５が絶縁機能を確実に果たすので、溶接電流は溶着用突起２２、４０などの部品の所定箇所を流れて、溶着位置が正確に求められる。

複数部品を組み立てる必要のないワンピース型の中径部１４と大径部１３の製作と、ガイドピン１５の絶縁構造だけでよいので、進退部材５０の製作が簡素化され、各部の寸法精度向上にとって有利である。とりわけ、ガイドピン１５が耐熱硬質絶縁材料製であるから、ナット２０やボルト３７が接触する箇所だけの範囲を絶縁構造にすることができるので、絶縁処理の範囲を最小限にとどめることができて、製作容易で原価的にも有効である。

上述の特許文献に記載されている構造は、進退部材５０の大径部１３や中径部１４に相当する箇所が絶縁性合成樹脂で構成されているので、合成樹脂部分と金属製ガイドピンの一体化構造が複雑になる。しかしながら、本実施例では上述のようにして、挿入孔１７へのガイドピン挿入方式であるから、複雑化の問題が解消される。また、ガイドピン１５だけのいわゆる局部絶縁の構造であるから、絶縁構造の簡素化が図れる。

上述のように、本発明の電気抵抗溶接用電極によれば、大径部と中径部が単一の金属材料部材で一体的に形成され、ガイドピンが耐熱硬質絶縁材料で構成され、大径部と中径部に対して、ガイドピンが一体化されている。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
３ 鋼板部品
６ ガイド孔
７ 大径孔
８ 中径孔
９ 小径孔
１０ 下孔
１３ 大径部
１４ 中径部
１５ ガイドピン
１６ 通気隙間
１７ 挿入孔
２０ プロジェクションナット
２４ 可動電極
２９ 空気通路
３２ 静止内端面
３３ 可動端面
３７ プロジェクションナット
４１ 受入孔
５０ 進退部材
Ｏ−Ｏ 中心軸線
Ｌ１ ガイドピンの後退長さ
Ｌ２ 中径部の挿入長さ

Claims (1)

1. 断面円形の電極本体が銅合金を用いて構成され、
   電極本体に大径孔と中径孔と小径孔から成るガイド孔が形成され、
   ガイド孔に挿入される断面円形の進退部材が、大径孔に実質的に隙間がなくて摺動できる状態で嵌め込まれる大径部と、中径孔に実質的に隙間がなくて摺動できる状態で嵌め込まれる中径部と、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ガイドピンによって構成され、
   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、進退部材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、
   大径部と中径部は、単一の金属材料部材から一体的に構成され、
   ガイドピンは、耐熱硬質絶縁材料で構成された別部材として形成され、
   中径部から大径部にわたって形成された挿入孔にガイドピンを差し込んで大径部と中径部とガイドピンが一体化されていることを特徴とする電気抵抗溶接用電極。

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