JP7002097B1

JP7002097B1 - 電極チップ

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Publication number: JP7002097B1
Application number: JP2021025575A
Authority: JP
Inventors: 和裕橋爪; 孝治甲斐; 美利甲斐
Original assignee: Koyo Giken Co Ltd
Current assignee: Koyo Giken Co Ltd
Priority date: 2021-02-19
Filing date: 2021-02-19
Publication date: 2022-01-20
Anticipated expiration: 2041-02-19
Also published as: JP2022127424A

Abstract

【課題】溶接時に電極チップの先端部分以外の部分が被溶接物に接触するのを防止できるとともに、電極チップのシャンクに装着する側の部分の機械的強度を鉄やステンレス程度に保つことができる電極チップを提供する。【解決手段】被溶接物の溶接箇所に接触させる先端部２０５１と、先端部２０５１から一方向に延びる円筒形状を成す胴部２０５２と、を有し、胴部２０５２の肉厚が、先端部２０５１から開口端２０５３に向かうに従って徐々に薄くなる電極チップであって、胴部２０５に、胴部２０５の外面から径方向外向きに突出する肉厚を有するとともに、表面が絶縁性を有する金属製の環状体２０５４を設けた。環状体２０５４には、ＫＣＦと呼ばれる表面皮膜処理によって絶縁性を有する特殊ステンレスが好適である。【選択図】図２

Description

本発明は、抵抗溶接装置に用いて好適な電極チップに関する。

抵抗溶接装置には、水平ガンとテーブル電極とを備えたものや、垂直ガンとテーブル電極とを備えたものがある。また、水平ガンと垂直ガンの両方とテーブル電極とを備えたものもある。水平ガン及び垂直ガンのそれぞれの先端には、テーブル電極と対を成す電極チップ（“キャップチップ”とも呼ばれる）が装着される。水平ガンを備えた抵抗溶接装置としては、例えば特許文献１に記載されたものがある。また、垂直ガンを備えた抵抗溶接装置としては、例えば特許文献２に記載されたものがある。これらの文献に記載された技術は、本出願人によって提案されたものである。

図５は、水平ガンの先端部分を示す図である。同図において、水平ガンのシャンクホルダ１０の先端部分にはシャンク１１が装着され、シャンク１１の先端部分には電極チップ１２が装着される。同図に示すシャンク１１は屈曲形状を成しており、オフセットシャンクと呼ばれる。なお、シャンク１１には、直線形状のものもある。電極チップ１２は、先端部分が球形を成しており、先端球型と呼ばれる。なお、電極チップ１２には、先端部分が平坦な先端平型や先端が平坦となった円錐形状の円錐先端平型などもある。電極チップ１２は消耗品であるため、正常使用ができなくなると新品と交換される。

特開２０１８－１１４５４５号（特許第６５０４１８４号）公報特開２０２０－１８５５９２号（特許第６５９０１０７号）公報特開平８－１７４２３５号公報

ところで、被溶接物に対して溶接を行う場合、電極チップ１２の先端部分以外の部分が被溶接物５００に接触してしまうことがある。このとき、電極チップ１２の先端部分が被溶接物５００に接触していると、先端部分を経由した経路と、先端部分以外の部分を経由した経路の２つの経路で電流が流れる、所謂分流が生じることになる。分流が生じると、溶接に必要とする電流が得られなくなって、正常な溶接ができなくなる。

ここで、図６及び図７は、水平ガンによるスポット溶接時の様子を示す図である。図６は、電極チップ１２の先端部分のみ被溶接物５００に接触している場合を示す図である。同図に示すように、電極チップ１２の先端部分のみ被溶接物５００に接触する場合、溶接点Ｐ１を通過する経路Ｒ１のみで電流Ｉ１が流れる。この場合、溶接に必要な電流Ｉ１が得られるので、正常な溶接ができる。一方、図７は、電極チップ１２の先端部分とそれ以外の部分が同時に被溶接物５００に接触している場合を示す図である。同図に示すように、電極チップ１２の先端部分とそれ以外の部分が同時に被溶接物５００に接触する場合、電極チップ１２の先端部分を経由した経路Ｒ１で電流Ｉ２が流れるとともに、先端部分以外の部分を経由した経路Ｒ２で電流Ｉ３が流れる。即ち、分流が生じる。この場合、溶接に必要な電流Ｉ１が得られないので、正常な溶接ができない。なお、被溶接物５００は、２枚の鋼鈑５０１，５０２を重ね合わせてなる板組である。

このような課題に対し、例えば特許文献３には、電極チップの外周面に装着する保護サックが記載されている。この保護サックは、絶縁材料より成り、電極チップの外周面に装着することで、電極チップの先端部分以外の部分が被溶接物に接触しないように保護するものである。

ところで、電極チップは、シャンクの先端部分に嵌着するための空間が形成された胴部を有しており、この胴部は、開口端に近づくに従って肉厚が徐々に薄くなるテーパ状に形成されている。図８は、従来の一般的な電極チップ１２を示す縦断面図である。同図に示すように、胴部１２１には、シャンクに差し込むための空間１２２が形成されている。胴部１２１をテーパ形状とすることで、シャンク１１との接触面を大きくとることができるとともに、シャンク１１から容易に抜けないようにすることができる。なお、図８に示す電極チップ１２は、その先端部１２４が球形を成した先端球型と呼ばれるものである。

しかしながら、電極チップ１２においては、その胴部１２１をテーパ形状としたことで、開口端１２３に近づくに従って機械的強度が低下して行くことになる。特に、電極チップ１２には比較的硬度の低い銅（例えば、クロム銅で硬度（ＨＲ）はＢ７２）が用いられるため、電極チップ１２をシャンク１１に取り付ける毎に開口部分が徐々に広がり、シャンク１１から抜け易くなってしまう。電極チップ１２をシャンク１１に取り付ける頻度が高くなると、電極チップ１２の先端部１２４が摩耗して使用不能になる前に、使用不能になってしまう虞がある。なお、電極チップ１２の硬度を上げるためにベリリウム銅（硬度（ＨＲ）はＢ９２～９６）や銅タングステン（硬度（ＨＲ）はＢ９５～）を用いることもあるが、これらの材料は導電率が低いため、電流値に影響を与える。また、銅タングステンは高価である。クロム銅、ベリリウム銅、銅タングステンの導電率（ＩＡＣＳ％）は、クロム銅で７５、ベリリウム銅で５５、銅タングステンで３０～４８である。

一方、特許文献３に記載された電極チップにおいては、保護サックを有したことで、先端部分以外の部分が被溶接物に接触するのを防止できるが、空間部分の機械的な強度が図られていないため、これにおいても、電極チップの先端部が摩耗して使用不能になる前に、使用不能になってしまう虞がある。

本発明は係る事情に鑑みてなされたものであり、溶接時に電極チップの先端部分以外の部分が被溶接物に接触するのを防止できるとともに、電極チップのシャンクに装着する側の部分の機械的強度を鉄やステンレス程度に保つことができる電極チップを提供することを目的とする。

本発明の電極チップは、被溶接物の溶接箇所に接触させる先端部と、前記先端部から一方向に延びる円筒形状を成す胴部と、を有し、前記胴部の肉厚が、前記先端部から開口端に向かうに従って徐々に薄くなる電極チップであって、前記胴部に設けられ、前記胴部の外面から径方向外向きに突出する肉厚を有するとともに、表面が絶縁性を有する金属製の第１の環状体を備える。

上記構成によれば、電極チップの胴部に設けた金属製の第１の環状体が、電極チップの先端部以外の部分が被溶接物に接触するのを防止するので、電極チップの先端部以外の部分が被溶接物に接触することによる分流が起こらず、常に正常な溶接が可能となる。

また、金属製の第１の環状体が胴部の機械的強度を大きく保つので、電極チップのシャンクに対する交換頻度が高くなっても、電極チップの開口端側が広がるのを防止できる。

また、上記構成において、前記胴部の開口端側の部分の肉厚が、該開口端側が薄くなった階段形状を採り、前記第１の環状体は、前記胴部の開口端側の部分の肉厚の薄い部分の外径と略同程度の内径を有するとともに、前記胴部の開口端側の部分の肉厚の厚い部分の外径より大きな外径を有する。

上記構成によれば、第１の環状体が電極チップの胴部の開口端側に嵌合するので、第１の環状体が電極チップの先端部分側にずれてしまうことがない。

上記構成において、前記第１の環状体は、ＫＣＦと呼ばれる表面皮膜処理によって絶縁性を有する特殊ステンレスからなる。

上記構成によれば、第１の環状体の表面が絶縁性を有するので、第１の環状体の表面上に絶縁性を有する部材を設けることなく、被溶接物との間の絶縁を保つことができる。

本発明の電極チップは、被溶接物の溶接箇所に接触させる先端部と、前記先端部から一方向に延びる円筒形状を成す胴部と、を有し、前記胴部の肉厚が、前記先端部から開口端に向かうに従って徐々に薄くなる電極チップであって、前記胴部の開口端側の外面に設けられ、該外面から径方向外向きに突出する肉厚を有するとともに、外面側に、周方向に沿って延びる溝部を有する金属製の第２の環状体と、前記第２の環状体の前記溝部に装着され、絶縁性を有する環状の弾性部材と、を備える。

上記構成によれば、電極チップの胴部に設けた金属製の第２の環状体と、この第２の環状体の外面側に設けた絶縁性を有する環状の弾性部材とが、電極チップの先端部以外の部分が被溶接物に接触するのを防止するので、電極チップの先端部以外の部分が被溶接物に接触することによる分流が起こらず、常に正常な溶接が可能となる。

また、金属製の第２の環状体が胴部の機械的強度を大きく保つので、電極チップのシャンクに対する交換頻度が高くなっても、電極チップの開口端側が広がるのを防止できる。

また、上記構成において、前記胴部の開口端側の部分の肉厚が、該開口端側が薄くなった階段形状を採り、前記第２の環状体は、前記胴部の開口端側の部分の肉厚の薄い部分の外径と略同程度の内径を有するとともに、前記胴部の開口端側の部分の肉厚の厚い部分の外径より大きな外径を有する。

上記構成によれば、第２の環状体が電極チップの胴部の開口端側に嵌合するので、電極チップの先端部側にずれてしまうことがない。

また、上記構成において、前記弾性部材は、シリコンゴムからなる。

上記構成によれば、弾性部材がシリコンゴムからなるので、第２の環状体が導電性を有する部材であっても、被溶接物との間の絶縁を保つことができる。

本発明によれば、溶接時に電極チップの先端部分以外の部分が被溶接物に接触するのを防止できるとともに、電極チップのシャンクに装着する側の部分の機械的強度を鉄やステンレス程度に保つことができる。

本発明の一実施形態に係る電極チップを備えた抵抗溶接装置の外観を示す側面図図１の電極チップの縦断面を示す図図１の電極チップを使用して溶接している様子を示す図図１の電極チップの変形例の縦断面を示す図抵抗溶接装置の水平ガンの先端部分を示す図従来の電極チップの先端部分のみ被溶接物に接触している場合を示す図従来の電極チップの先端部分とそれ以外の部分が同時に被溶接物に接触している場合を示す図従来の電極チップを示す縦断面図

以下、本発明を実施するための好適な実施形態について、図面を参照して詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る電極チップを備えた抵抗溶接装置１の外観を示す側面図である。同図において、抵抗溶接装置１は、溶接ガンとして水平ガン２０を備えている。水平ガン２０は、ガン本体２０１と、ハンドル２０２と、シャンクホルダ２０３と、シャンク２０４と、電極チップ２０５と、を備える。シャンク２０４は、シャンクホルダ２０３の先端部に装着される。電極チップ２０５は、先端球型と呼ばれるものであり、シャンク２０４の先端部に装着される。また、電極チップ２０５には、例えばクロム銅等の導電率（ＩＡＣＳ％）の高いものを用いている。

ガン本体２０１は、その基端部がガンブラケット３３０によって垂直方向に揺動自在に支持される。ガン本体２０１の基端部は、溶接時に、加圧シリンダ３０１によって上方へ引き上げられる。ガン本体２０１の基端部が上方へ引き上げられることで、ガン本体２０１の先端部側が下方へ回動し、電極チップ２０５が被溶接物５００に当たる。

また、抵抗溶接装置１は、溶接トランス７に水平ガン２０を接続するための給電ケーブル６を備えている。給電ケーブル６は、抵抗溶接装置１の支持アーム５の上面側に持ち上げられるように支持される。給電ケーブル６は、その一端が溶接トランス７の出力端に接続され、他端が水平ガン２０のシャンクホルダ２０３に接続される。被溶接物５００は、テーブル電極９に載置される。水平ガン２０は、溶接トランス７の正側（電源の正側）に接続される。テーブル電極９は、溶接トランス７の負側（電源の負側）に接続される。

電極チップ２０５は、溶接箇所が狭くなった被溶接物に対して溶接を行う場合に、先端部以外の部分が被溶接物に接触するのを防止できる構造を有している。図２は、電極チップ２０５の縦断面を示す図である。同図に示すように、電極チップ２０５は、被溶接物の溶接箇所に接触させる先端部２０５１と、先端部２０５１から一方向（図では、上方向）に延びる円筒形状を成す胴部２０５２と、胴部２０５２に装着する金属製の環状体（第１の環状体）２０５４と、を備えている。なお、先端部２０５１と胴部２０５２は一体化している。

胴部２０５２は、その肉厚が、先端部２０５１から開口端２０５３に向かうに従って徐々に薄くなるテーパ形状を成している。胴部２０５２の開口端２０５３側の部分の肉厚は、開口端２０５３側が薄くなった階段形状を成している。環状体２０５４は、断面が長方形状となった環状に形成されたものである。環状体２０５４は、胴部２０５２の開口端２０５３側の部分の肉厚の薄い部分の外径と略同程度の内径を有し、また胴部２０５２の開口端２０５３側の部分の肉厚の厚い部分の外径より大きな外径を有している。環状体２０５４には、ＫＣＦと呼ばれる表面皮膜処理によって絶縁性を有する特殊ステンレスが用いられている。なお、環状体２０５４における表面皮膜処理は、環状体２０５４の内面を除外しても構わない。

環状体２０５４の表面を表面皮膜処理することで絶縁性を保つことができるので、環状体２０５４が被溶接物５００に接触してもその接触箇所から電流が流れることはない。また、環状体２０５４は、胴部２０５２の外面から径方向外向きに突出する肉厚を有しているので、先端部２０５１以外の部分が被溶接物５００に接触するのを防止できる。即ち、電極チップ２０５の胴部２０５２と被溶接物５００との間の絶縁を保つことができる。

図３は、本実施形態に係る電極チップ２０５を使用して溶接している様子を示す図である。同図に示すように、電極チップ２０５の胴部に設けた環状体２０５４が、電極チップ２０５の胴部２０５２が被溶接物５００に接触するのを防止するので、先端部２０５１以外の部分からの分流が起こらない。即ち、溶接点Ｐ１を通過する経路Ｒ１のみで電流Ｉ１が流れる。

環状体２０５４は、電極チップ２０５の胴部２０５２が被溶接物５００に接触するのを防止する以外に、胴部２０５２の機械的強度を大きく保つことができるので、電極チップ２０５のシャンク２０４に対する交換頻度が高くなっても、電極チップ２０５の開口端側が広がるのを防止できる。

また、環状体２０５４は、胴部２０５２の開口端２０５３側の肉厚の薄い部分に嵌合する形で取り付けられるので、位置がずれることがない。これにより、開口端２０５３側の肉厚の薄い部分の強度向上に寄与する。

本実施形態に係る電極チップ２０５を備えた抵抗溶接装置１は、以下のようにして溶接を行う。
テーブル電極９上に被溶接物５００を載置し、その被溶接物５００の溶接箇所に水平ガン２０の先端部分（電極チップ２０５が装着された部分）を当てる。そして、この状態で溶接を開始する操作を行うことで、加圧シリンダ３０１が作動する。加圧シリンダ３０１が作動することによって、ガン本体２０１の先端部側が下方へ回動し、電極チップ２０５が被溶接物５００に強く当接する。また、加圧シリンダ３０１の作動と同時に通電されて、被溶接物５００の溶接箇所における溶接が行われる。

このように、本実施形態に係る電極チップ２０５によれば、胴部２０５２の開口端２０５３側に、少なくとも外面が絶縁性を有する金属製の環状体２０５４を有するので、先端部２０５１以外の部分が被溶接物５００に接触するのを防止でき、先端部２０５１を経由した経路Ｒ１と、該先端部２０５１以外の部分を経由した経路Ｒ２の、２つの経路で電流が流れる所謂分流が生じることがなく、常に正常な溶接が可能となる。

また、環状体２０５４を有することで、胴部２０５２の機械的強度を大きく保つことができるので、電極チップ２０５のシャンク２０４に対する交換頻度が高くなっても、電極チップ２０５の開口端２０５３側が広がることがなく、シャンク２０４から抜け易くなることを防止できる。

なお、本発明を特定の実施形態を参照して説明したが、本発明の精神と範囲を逸脱することなく様々な変更や修正を加えることができることは当業者にとって明らかである。

例えば、上述した実施形態に係る電極チップ２０５においては、胴部２０５２の開口端２０５３側に、表面皮膜処理によって絶縁性を持たせた特殊ステンレスからなる環状体２０５４を設けたが、図４に示すような環状体２０６４も実現可能である。同図は、その電極チップ２０６の縦断面を示す図である。同図に示すように、電極チップ２０６は、胴部２０６２の開口端２０６３側の外面に設けられ、該外面から径方向外向きに突出する肉厚を有するとともに、外面側に、周方向に沿って延びる溝部２０６４１を有する金属製の環状体（第２の環状体）２０６４と、環状体２０６４の溝部２０６４１に装着され、絶縁性を有する環状の弾性部材２０６５と、を備える。環状体２０６４には、表面皮膜処理を施していない一般的なステンレスを用いる。環状体２０６４と、環状体２０６４に装着する弾性部材２０６５とによって、電極チップ２０６の胴部２０６２と被溶接物５００との間の絶縁を保つことができる。また、環状体２０６４に溝部２０６４１を形成し、その溝部２０６４１に弾性部材２０６７を嵌め込むことによって、弾性部材２０６７の位置ずれを防止できる。弾性部材２０６７には、例えばシリコンゴムが好適である。

なお、弾性部材２０６７を使用せず、環状体２０６４の外面側に耐熱性の優れたフッ素樹脂（例えば、ＰＴＦＥ（ポリテトラフルオロエチレン）、ＰＦＡ（パーフルオロアルコキシアルカン）、ＰＶＤＦ（ポリビニリデンフルオライド）等を被覆するようにすることも可能である。この場合、環状体２０６４には溝部２０６４１を形成する必要はない。このように、弾性部材２０６７を用いたり、フッ素樹脂を被覆したりすることでも、電極チップ２０６の胴部２０６２と被溶接物５００との間の絶縁を保つことができる。

本発明は、抵抗溶接装置への適用が可能である。

１抵抗溶接装置
５支持アーム
６給電ケーブル
７溶接トランス
９テーブル電極
２０水平ガン
２０１ガン本体
２０２ハンドル
２０３シャンクホルダ
２０４シャンク
２０５，２０６電極チップ
３３０ガンブラケット
２０５１先端部
２０５２胴部
２０５３，２０６３開口端
２０５４，２０６４環状体
２０６７弾性部材
２０６４１溝部

Claims

被溶接物の溶接箇所に接触させる先端部と、前記先端部から一方向に延びる円筒形状を成す胴部と、を有し、前記胴部の肉厚が、前記先端部から開口端に向かうに従って徐々に薄くなる電極チップであって、
前記胴部の開口端側に設けられ、前記胴部の外面から径方向外向きに突出する肉厚を有するとともに、表面が絶縁性を有する金属製の第１の環状体を備え、
前記胴部の開口端側の部分の肉厚が、該開口端側が薄くなった階段形状を採り、
前記第１の環状体は、前記胴部の開口端側の部分が肉厚の薄い部分の外径と略同程度の内径を有するとともに、前記胴部の開口端側の部分の肉厚の厚い部分の外径より大きな外径を有する、
電極チップ。
被溶接物の溶接箇所に接触させる先端部と、前記先端部から一方向に延びる円筒形状を成す胴部と、を有し、前記胴部の肉厚が、前記先端部から開口端に向かうに従って徐々に薄くなる電極チップであって、
前記胴部の開口端側の外面に設けられ、該外面から径方向外向きに突出する肉厚を有するとともに、外面側に、周方向に沿って延びる溝部を有する金属製の第２の環状体と、
前記第２の環状体の前記溝部に装着され、絶縁性を有する環状の弾性部材と、
を備える、
電極チップ。
前記胴部の開口端側の部分の肉厚が、該開口端側が薄くなった階段形状を採り、
前記第２の環状体は、前記胴部の開口端側の部分の肉厚の薄い部分の外径と略同程度の内径を有するとともに、前記胴部の開口端側の部分の肉厚の厚い部分の外径より大きな外径を有する、
請求項２に記載の電極チップ。
前記弾性部材は、シリコンゴムからなる、
請求項２又は請求項３に記載の電極チップ。