JP7103922B2 - 抵抗スポット溶接用電極 - Google Patents

Description

本発明は抵抗スポット溶接用電極に係る。特に、本発明は、電極先端部の改良に関する。

従来、金属製板材同士の抵抗スポット溶接に使用される電極（抵抗スポット溶接用電極）として、金属製板材（特にアルミニウム合金製板材）の表面に存在している酸化膜を破壊するための凹凸が電極先端部（電極先端部の表面）に設けられているものが知られている（例えば特許文献１を参照）。

この特許文献１に開示されている電極は、その電極先端部に、目標ナゲット径以下の小さなピッチで周方向に同心波紋状に広がる鋸刃状の凹凸が設けられている。このように電極先端部に凹凸を設けておくことにより、抵抗スポット溶接時（一対の電極によって金属製板材を挟持した際）に、前記酸化膜を広範囲に亘って破壊することができ、金属製板材の一部に電流が集中してしまうこと（酸化膜が破壊されない状態では酸化膜の弱い部分に電流が集中してしまうこと）を回避できる。これにより、局部的な温度上昇を抑制し、金属製板材に電極先端部が溶着してしまうといったことを抑制できる。

特開２０００－２８８７４４号公報

前述したように電極先端部に凹凸を設けた場合、電極と金属製板材との接触面積が小さくなり（電極先端部の全体が平坦面である場合に比べて接触面積が小さくなり）、電極と金属製板材との接触部分に電流が集中することになるが、特許文献１の構成において前記凹凸（周方向に同心波紋状に広がる鋸刃状の凹凸）の径寸法を、目標ナゲット径に応じて設定することで、該目標ナゲット径を得ることが可能である。

しかしながら、この特許文献１の構成は、前記接触面積が小さくなることに起因し、目標ナゲット径を得るための溶接電流値（抵抗スポット溶接に必要なエネルギ量）が大幅に増大してしまうといった新たな課題を生じさせるものとなっていた。つまり、この特許文献１の構成は、金属製板材に電極先端部が溶着してしまうことを抑制できるものの、目標ナゲット径を得るための必要エネルギ量が大幅に増大してしまうものであった。この必要エネルギ量の大幅な増大は、電源装置の大型化や、環境悪化に繋がるため好ましくない。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、電極先端部に凹凸が設けられた抵抗スポット溶接用電極において、目標ナゲット径を得るための必要エネルギ量を抑制することが可能な構成を提供することにある。

前記の目的を達成するための本発明の解決手段は、互いに重ね合わされた複数の金属製板材をその板厚方向に沿って挟持し、通電が行われることで前記金属製板材同士を接合する抵抗スポット溶接用電極を前提とする。そして、この抵抗スポット溶接用電極は、前記金属製板材を挟持する電極先端部に凸部および凹部がそれぞれ設けられており、前記凹部は、互いに独立した複数が前記電極先端部に分散されて設けられており、前記凸部は、前記凹部が設けられている領域以外の領域であり、前記凹部によって分断されることなく、前記複数の凹部同士の間の領域において連続する連続面を備えて構成されており、前記凹部の深さ寸法は３０μｍ以上で１５０μｍ以下の範囲で設定されており、互いに隣り合う前記凹部の中心位置同士の間の間隔寸法は４００μｍ以上で１２００μｍ以下の範囲で設定されており、前記電極先端部における前記凹部の開放端の形状は正方形であって、その開放端の一辺の長さ寸法は８０μｍ以上で３５０μｍ以下の範囲で設定されていることを特徴とする。

この特定事項により、抵抗スポット溶接時には、抵抗スポット溶接用電極によって金属製板材を挟持した際に、電極先端部に設けられている凸部によって、金属製板材の表面に存在している膜（例えば酸化膜）を広範囲に亘って破壊することができ、金属製板材の一部に電流が集中してしまうこと（前記膜が破壊されない状態では当該膜の弱い部分に電流が集中してしまうこと）を回避できて、金属製板材に電極先端部が溶着してしまうことを抑制できる。また、電極先端部に設けられている凹部は互いに独立した複数が電極先端部に分散されているため、この凹部が周方向に亘って連続する構成（特許文献１の構成）に比べて、凸部でのフリンジング現象による電流経路の拡大（金属製板材の板厚方向に対して直交する方向での電流経路の拡大）を抑制することができ、各電流経路での電流密度を高く確保することができる。このため、溶接電流値を低く抑えながらも効率良く金属製板材を溶融させて各金属製板材同士を接合することができる。また、この凸部は、凹部が設けられている領域以外の領域であるため、電極先端部の外縁部にまで達している。一般に電極先端部の外径は目標ナゲット径に応じて設定されている。その結果、電極先端部に凹凸が設けられた抵抗スポット溶接用電極において、目標ナゲット径を得るための必要エネルギ量を抑制することができる。
また、前記凹部の深さ寸法が３０μｍ以上で１５０μｍ以下の範囲で設定されている理由は、凹部の深さ寸法が３０μｍ未満である場合、凸部の突出量が不足して、金属製板材の表面に存在している膜を十分に破壊することができず、前記溶着を招いてしまう可能性があるためである。また、凹部の深さ寸法が１５０μｍを超えている場合、凹部を成形するための加工具（転写プレート）が破損（凹部を成形するための突起が該凹部の成形時に破損）してしまう可能性があるためである。
また、互いに隣り合う前記凹部の中心位置同士の間の間隔寸法が４００μｍ以上で１２００μｍ以下の範囲で設定されている理由は、互いに隣り合う凹部の中心位置同士の間の間隔寸法が４００μｍ未満である場合、前記転写プレートの作製が困難になってしまうためである。また、互いに隣り合う凹部の中心位置同士の間の間隔寸法が１２００μｍを超えている場合、金属製板材との接触面積が大きくなり過ぎることで前記膜を十分に破壊することができず、前記溶着を招いてしまう可能性があるためである。
また、正方形の開放端の一辺の長さ寸法が８０μｍ以上で３５０μｍ以下の範囲で設定されている理由は、凹部の開放端の一辺の長さ寸法が８０μｍ未満である場合、前記転写プレートが破損（凹部を成形するための突起が該凹部の成形時に破損）してしまう可能性があるためである。また、凹部の開放端の一辺の長さ寸法が３５０μｍを超えている場合、金属製板材との接触面積が小さくなり過ぎることで局部的な電流の集中が助長され、前記溶着を招いてしまう可能性があるためである。

また、前記凸部を構成する前記連続面は、電極中心線上の位置が最も膨出された凸状の曲面で形成されている。

これによれば、電極先端部の全体が平坦面であるもの（実際には平坦度が低く、金属製板材に対して片当たりとなっている可能性が高いもの）に比べて、抵抗スポット溶接時に金属製板材を流れる電流を適切に分布させる（電流の分布に片寄りがない状態にする）ことができる。また、電極先端部の中央部から金属製板材に接触していくことになるため、前記膜の破壊を確実に行うことができる。更には、凸部の先端を尖らせる場合に比べて、過剰電流を抑制することができる。これらにより、目標ナゲット径を得るための必要エネルギ量を抑制することの信頼性を高めることができる。

また、前記複数の凹部は、互いに点対称となる位置に分散されていることを特徴とする抵抗スポット溶接用電極。

これによれば、局部的な電流の集中を抑制することができ、異形ナゲットの形成を抑制できて、目標ナゲット径を得ることの信頼性を更に高めることができる。

また、前記複数の凹部は、前記電極先端部において電極中心線上の位置に対して点対称となる位置に分散されている。

これによれば、電極先端部に電流をより一様に分布させることができ、被接合材（金属製板材）へ効率的に通電することができる。

本発明では、電極先端部に凸部および凹部をそれぞれ設け、前記凹部として、互いに独立した複数を電極先端部に分散させ、前記凸部を、前記凹部が設けられている領域以外の領域であり凹部によって分断されることなく複数の凹部同士の間の領域において連続する連続面を備えた構成としている。これにより、凸部でのフリンジング現象による電流経路の拡大を抑制することができ、各電流経路での電流密度を高く確保することができる。このため、溶接電流値を低く抑えながらも効率良く金属製板材を溶融させて各金属製板材同士を接合することができ、目標ナゲット径を得るための必要エネルギ量を抑制することができる。

実施形態に係る抵抗スポット溶接装置の溶接ガンを示す概略構成図である。 溶接ガンの制御装置の概略構成を示す図である。 上部電極を下側から見た斜視図である。 上部電極の下面図である。 図４におけるＶ－Ｖ線に沿った断面図である。 電極先端部の全体が平坦面となっている従来の電極を使用した場合の各金属製板材における電流の流れを示す模式図である。 実施形態に係る電極を使用した場合の各金属製板材における電流の流れを示す模式図である。 特許文献１に係る上部電極を下側から見た斜視図である。 特許文献１に係る電極と金属製板材との接触部分を説明するための図である。 実施形態に係る電極と金属製板材との接触部分を説明するための図である。 電極先端部の全体が平坦面となっている従来の電極、特許文献１に係る電極、および、実施形態に係る電極それぞれによる金属製板材の溶接を行った場合における電流値とナゲット径との関係を計測した実験結果を示す図である。 変形例１における図４相当図である。 変形例２における図４相当図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。本実施形態は、２枚のアルミニウム合金製板材同士を抵抗スポット溶接（以下、単に溶接という場合もある）するための抵抗スポット溶接装置に使用される電極（抵抗スポット溶接用電極）に本発明を適用した場合について説明する。

－抵抗スポット溶接装置の構成－
図１は本実施形態に係る電極２，３が使用された抵抗スポット溶接装置の溶接ガンＧを示す概略構成図である。また、図２は、溶接ガンＧの制御に用いる制御装置１０の概略構成を示す図である。

溶接ガンＧは、ロボットアームＲＡに保持されたガン本体１と、上部電極２と、ガン本体１の下部１ａに立設された下部電極３と、上部電極２を保持して昇降させる電動式の上部電極昇降装置（以下、単に電極昇降装置という）４と、電極位置検出装置５と、上部電極２と下部電極３との間に流す溶接電流値（以下、単に電流値という場合もある）を調整する電流調整装置６とを主要構成要素として構成されている。なお、図１において、Ｗ１，Ｗ２は金属製板材（アルミニウム合金製板材）である。

ガン本体１は、図１に示すように、概略コ字状の部材とされ、その下部１ａの上面に下部電極３が着脱自在に立設されている。また、ガン本体１の上部１ｂの先端には、電極昇降装置４が装着されている。

電極昇降装置４は、ガン本体１の上部１ｂの先端に装着されているサーボモータ４１と、このサーボモータ４１の駆動軸（図示省略）と結合している昇降部材４２とを備えており、この昇降部材４２の下端部４２ａに上部電極２が着脱自在に装着されている。

電極位置検出装置５は、例えばエンコーダによって構成され、前記サーボモータ４１の上端部４１ａに装着されている。そして、その検出値は制御装置１０へ送信される。

電流調整装置６は、制御装置１０から送信される電流指令値に応じて上部電極２と下部電極３との間に流す電流値を調整するものである。この電流調整装置６としては、例えば可変抵抗器を備えたものやコンバータを備えたもの等の周知の装置が適用される。

制御装置１０は、金属製板材Ｗ１，Ｗ２の板厚等を入力する入力装置７（図２を参照）からの情報を取得する入力部１１と、電極位置検出装置５の検出値により電極位置を算出する電極位置算出部１２と、上部電極２と下部電極３との間に通電を行う際の電流値を算出する電流値算出部１３と、溶接に必要な加圧力（上部電極２と下部電極３とによる金属製板材Ｗ１，Ｗ２への加圧力）を設定する加圧力設定部１４と、前記電流値算出部１３で算出された電流値の情報および加圧力設定部１４で設定された加圧力の情報を出力する出力部１５とを主要部として備えている。

この制御装置１０は、ＣＰＵを中心としてＲＯＭ、ＲＡＭ、入出力インターフェース等を備えて成るものに、前記機能に対応したプログラムをＲＯＭに格納することにより実現される。また、ＲＡＭには電極位置検出装置５からの検出値や板厚等の情報が一時的に格納される。なお、制御装置１０のその他の構成は、従来より溶接ガンＧについて用いられているものと同様であるので、その詳細な説明は省略する。

－電極の構成－
次に、本実施形態の特徴である電極２，３の構成について説明する。上部電極２および下部電極３それぞれの構成は互いに同一であるため、ここでは上部電極２を代表して説明する。

図３は上部電極２を下側から見た斜視図である。図４は上部電極２の下面図である。図５は図４におけるＶ－Ｖ線に沿った断面図である。

この上部電極２は、Ｃｕ－Ｃｒ、Ｃｕ－Ｃｒ－Ｚｒ等の銅合金や、Ａｌ２Ｏ３等の硬質物質を分散させた銅材によって構成されている。

図３～図５に示すように、上部電極２は、略円柱形状の部材であって、金属製板材Ｗ１，Ｗ２を挟持するための電極先端部（電極先端部の表面）２０の形状としては所定の曲率半径を有する略球面状の凸形状となっている。また、この上部電極２の外径は溶接時の目標ナゲット径に応じて予め設定されている。

そして、この電極先端部２０には凹部２１，２１，…および凸部２２がそれぞれ設けられている。以下、これら凹部２１，２１，…および凸部２２について説明する。

これら凹部２１，２１，…および凸部２２を成形するための手法としては、図示しない転写プレートを使用した転写加工による成形が行われる。つまり、この転写プレートには、前記凹部２１，２１，…を成形するための複数の突起が設けられており、凹部２１，２１，…が成形されていない状態の上部電極２の電極先端部（前述したように略球面状の凸形状となっている電極先端部）２０、または、抵抗スポット溶接に使用されたことで摩耗した上部電極２の電極先端部２０を、転写プレートに押圧し、該転写プレート上の突起を電極先端部（電極先端部の表面）２０に転写（転写加工）することで前記凹部２１，２１，…が成形され、これら凹部２１，２１，…以外の領域が凸部２２として成形されている。

前記凹部２１，２１，…は、互いに独立した複数が電極先端部２０に分散されて設けられている。これら凹部２１，２１，…は、図４における左右方向（Ｘ方向）および上下方向（Ｙ方向）に亘ってそれぞれ複数列で配設（配列）されている。具体的に、図４における左右方向（Ｘ方向）における右端の第１列には３個の凹部２１，２１，２１が上下方向（Ｙ方向）に沿って配設されている。また、左右方向（Ｘ方向）における左端の第５列にも３個の凹部２１，２１，２１が上下方向（Ｙ方向）に沿って配設されている。左右方向（Ｘ方向）におけるその他の列（第２列～第４列）にはそれぞれ５個の凹部２１，２１，…が上下方向（Ｙ方向）に沿って配設されている。これら凹部２１，２１，…は、電極先端部２０の外縁部よりも内側の領域において分散されて設けられており、第３列の５個の凹部２１，２１，…のうち中央（Ｙ方向で上から３番目）の凹部２１が上部電極２の中心線上（電極先端部２０の中心）に位置している。

各凹部２１，２１，…は、四角錐形状の凹部として成形されており、この凹部２１における上部電極２の中心線（電極中心線）に直交する方向の断面での外縁形状（正方形の外縁形状）は、凹部２１の奥行き方向に向かって面積（正方形の面積）が次第に小さくなる構成となっている。また、各凹部２１，２１，…は、前記正方形の各辺がＸ方向およびＹ方向に沿って延在するように配設されている。更に、各凹部２１，２１，…は、その中心線（四角錐の仮想の底面に対して直交する方向に延在する直線）が上部電極２の中心線に沿う方向（電極昇降装置４による上部電極２の昇降方向）に沿って延在する形状となっている。

また、隣り合う凹部２１，２１同士の間の間隔寸法は、左右方向（Ｘ方向）および上下方向（Ｙ方向）共に同一寸法となっている。例えば、これら間隔寸法は、凹部２１の開放端の一辺の長さ寸法に比べて所定寸法だけ長く設定されている。更に、これら凹部２１，２１，…のうち最も外側に位置する（電極先端部２０の外縁部寄りに位置する）凹部２１，２１，…は、電極先端部２０の外縁部から所定寸法を存した内側に位置しており、この電極先端部２０の外縁部には凹部が設けられていない。

前記凸部２２は、前記凹部２１，２１，…が設けられている領域以外の領域であり、凹部２１，２１，…によって分断されることなく、複数の凹部２１，２１，…同士の間の領域において連続する連続面を備えて構成されている。つまり、電極先端部２０において複数の凹部２１，２１，…が設けられていない領域の全体が凸部２２として構成されている。前述したように電極先端部２０の形状としては所定の曲率半径を有する略球面状の凸形状となっているため、この凸部２２の表面の形状も所定の曲率半径を有する略球面状の凸形状となっている。つまり、上部電極２の中心線上（電極中心線上）の位置が最も膨出（突出）された凸状の曲面で形成されており、外周側に向かってその膨出量（突出量）が徐々に小さくなる形状となっている。

ここで、凹部２１の具体的な寸法の一例について説明する。以下の各寸法は一般的な抵抗スポット溶接用電極（例えば外径が１５ｍｍ程度のもの）に対して適用する場合の寸法である。

凹部２１の深さ寸法は３０μｍ以上で１５０μｍ以下の範囲で設定されている。また、互いに隣り合う（Ｘ方向またはＹ方向で隣り合う）凹部２１，２１の中心位置同士の間の間隔寸法（ピッチ；図４における寸法ｔ１）は４００μｍ以上で１２００μｍ以下の範囲で設定されている。また、凹部２１の開放端の一辺の長さ寸法（図４における寸法ｔ２）は８０μｍ以上で３５０μｍ以下の範囲で設定されている。

このように各寸法が設定されている理由について説明する。凹部２１の深さ寸法が３０μｍ未満である場合、凸部２２の突出量が不足して、金属製板材Ｗ１，Ｗ２の表面に存在している酸化膜を十分に破壊することができず、前記溶着を招いてしまう可能性がある。凹部２１の深さ寸法が１５０μｍを超えている場合、凹部２１を成形するための前記転写プレートが破損（凹部２１を成形するための突起が該凹部２１の成形時に破損）してしまう可能性がある。互いに隣り合う凹部２１，２１の中心位置同士の間の間隔寸法が４００μｍ未満である場合、前記転写プレートの作製が困難になってしまう。互いに隣り合う凹部２１，２１の中心位置同士の間の間隔寸法が１２００μｍを超えている場合、金属製板材Ｗ１，Ｗ２との接触面積が大きくなり過ぎることで前記酸化膜を十分に破壊することができず、前記溶着を招いてしまう可能性がある。凹部２１の開放端の一辺の長さ寸法が８０μｍ未満である場合、前記転写プレートが破損（凹部２１を成形するための突起が該凹部２１の成形時に破損）してしまう可能性がある。凹部２１の開放端の一辺の長さ寸法が３５０μｍを超えている場合、金属製板材Ｗ１，Ｗ２との接触面積が小さくなり過ぎることで局部的な電流の集中が助長され、前記溶着を招いてしまう可能性がある。以上の点を考慮して前記各寸法は設定されている。

－抵抗スポット溶接時－
次に、前述の如く構成された上部電極２、および、この上部電極２と同一構成とされた下部電極３を使用した抵抗スポット溶接時について説明する。

これら電極２，３によって金属製板材Ｗ１，Ｗ２を挟持することによる抵抗スポット溶接時にあっては、これら電極２，３によって金属製板材Ｗ１，Ｗ２を挟持した際に、前記凸部２２によって、金属製板材Ｗ１，Ｗ２の表面に存在している酸化膜が広範囲に亘って破壊される。つまり、電極先端部２０にあっては複数の凹部２１，２１，…が設けられており、部分的に金属製板材Ｗ１，Ｗ２に接触している（凸部２２のみが金属製板材Ｗ１，Ｗ２に接触している）。このため、金属製板材Ｗ１，Ｗ２において凸部２２が接触している部分での応力が高くなり、酸化膜が広範囲に亘って破壊されることになる。

酸化膜が破壊されていない場合、溶接時に該酸化膜の弱い部分に電流が集中してしまい、局部的な温度上昇に起因して金属製板材に電極先端部が溶着してしまう可能性がある。これに対し、本実施形態では、酸化膜が広範囲に亘って破壊されるため、金属製板材Ｗ１，Ｗ２の一部に電流が集中してしまうことを回避できて、金属製板材Ｗ１，Ｗ２に電極先端部が溶着してしまうことを抑制できる。

そして、前述したように電極２，３によって金属製板材Ｗ１，Ｗ２を挟持した状態で、電極２，３間に通電が行われ、金属製板材Ｗ１，Ｗ２が部分的に溶融されてナゲットが形成され、各金属製板材Ｗ１，Ｗ２同士が接合されることになる。この場合、前述したように電極先端部２０に設けられている凹部２１，２１，…は互いに独立した複数が電極先端部２０に分散されているため、凹部が周方向に亘って連続する構成（特許文献１の構成）に比べて、凸部２２でのフリンジング現象による電流経路の拡大（金属製板材Ｗ１，Ｗ２の板厚方向に対して直交する方向での電流経路の拡大）を抑制することができ、各電流経路での電流密度を高く確保することができる。このため、電流値（溶接電流値）を低く抑えながらも効率良く金属製板材Ｗ１，Ｗ２を溶融させて各金属製板材Ｗ１，Ｗ２同士を接合することができる。

図６は、電極先端部の全体が平坦面となっている従来の電極ａを使用した場合の各金属製板材Ｗ１，Ｗ２における電流の流れを示す模式図である。また、図７は、本実施形態に係る電極（上部電極）２を使用した場合の各金属製板材Ｗ１，Ｗ２における電流の流れを示す模式図である。これら図６および図７は共に同一径の電極ａ，２を使用した場合の電流の流れを示している。また、これら図６および図７では電極ａ，２として上部電極のみを示している。

図６に示すように、抵抗スポット溶接においては、各金属製板材Ｗ１，Ｗ２において電流経路が拡大するフリンジング現象が生じる。図６にあっては、このフリンジング現象によって図６中の寸法ｄ１まで電流経路が拡大している。これに対し、図７にあっては、このフリンジング現象による電流経路の拡大は図７中の寸法ｄ２まで抑制されている（この理由については後述する）。

図７に示す上部電極２の断面にあっては凸部２２が各凹部２１，２１，…によって分断されており（図７に示す断面では分断されているが、図４に示すように電極先端部２０の全体においては凸部２２は各凹部２１，２１，…によっては分断されていない）、複数の接触領域（金属製板材Ｗ１に接触する領域）が存在している。これら接触領域それぞれにおいて各金属製板材Ｗ１，Ｗ２に電流が流れることになり（それぞれの電流経路が生じることになり）、隣り合う電流経路同士の間には部分的に電流が流れない領域が存在することになる。また、金属製板材Ｗ１に対して接触する接触領域（電極先端部２０における接触領域）の幅寸法が短いほどフリンジング現象による電流経路の拡大は抑制されるものと推測される。これにより、前述したように凸部２２でのフリンジング現象による電流経路の拡大が寸法ｄ２まで抑制されているものと推測される。このため、各電流経路での電流密度を高く確保することができ、溶接電流値を低く抑えながらも効率良く金属製板材Ｗ１，Ｗ２を溶融させて各金属製板材Ｗ１，Ｗ２同士を接合することができる。また、この凸部２２は、凹部２１，２１，…が設けられている領域以外の領域であるため、電極先端部２０の外縁部にまで達している。つまり、目標ナゲット径を得るのに十分な接触範囲が確保されている。その結果、目標ナゲット径を得るための必要エネルギ量を抑制することができる。

－実施形態の効果－
以上説明したように、本実施形態では、電極先端部２０に凸部２２および凹部２１，２１，…をそれぞれ設け、凹部２１，２１，…として、互いに独立した複数を電極先端部２０に分散させ、凸部２２を、凹部２１，２１，…が設けられている領域以外の領域であり凹部２１，２１，…によって分断されることなく複数の凹部２１，２１，…同士の間の領域において連続する連続面を備えた構成としている。これにより、凸部２２でのフリンジング現象による電流経路の拡大を抑制することができ、各電流経路での電流密度を高く確保することができる。このため、溶接電流値を低く抑えながらも効率良く金属製板材Ｗ１，Ｗ２を溶融させて各金属製板材Ｗ１，Ｗ２同士を接合することができ、目標ナゲット径を得るための必要エネルギ量を抑制することができる。

また、本実施形態では、凸部２２を構成する連続面を、電極中心線上の位置が最も膨出された凸状の曲面で形成している。このため、電極先端部の全体が平坦面であるものに比べて、抵抗スポット溶接時に金属製板材Ｗ１，Ｗ２を流れる電流を適切に分布させる（電流の分布に片寄りがない状態にする）ことができる。また、電極先端部２０の中央部から金属製板材Ｗ１，Ｗ２に接触していくことになるため、酸化膜の破壊を確実に行うことができる。更には、凸部の先端を尖らせる場合に比べて、過剰電流を抑制することができる。これらにより、目標ナゲット径を得るための必要エネルギ量を抑制することの信頼性を高めることができる。

また、本実施形態では、複数の凹部２１，２１，…を、電極先端部２０において電極中心線上の位置に対して点対称となる位置に分散させている。これにより、抵抗スポット溶接時に金属製板材Ｗ１，Ｗ２を流れる電流の分布を一様にすることができるため、局部的な電流の集中を抑制することができ、金属製板材Ｗ１，Ｗ２へ効率的に通電することができる。その結果、異形ナゲットの形成を抑制できて、目標ナゲット径を得ることの信頼性を更に高めることができる。なお、本発明の技術的思想としては、複数の凹部２１，２１，…が、電極先端部２０において電極中心線上の位置に対して点対称となる位置に分散されているものに限らず、複数の凹部２１，２１，…が、互いに点対称となる位置に分散されているもの（電極中心線上の位置に対して点対称とはなっていないもの）も含まれる。これは、仮に前記転写プレートの中心位置と電極先端部２０の電極中心線上の位置との間にズレが生じた場合には、複数の凹部２１，２１，…が、電極先端部２０において電極中心線上の位置に対して点対称となる位置に分散されず、複数の凹部２１，２１，…が、互いに点対称となる位置に分散される状態となるためである。

－実験例１－
次に、前述した効果を確認するために行った実験例１について説明する。この実験例では、前記特許文献１に係る電極、および、本実施形態に係る電極２，３それぞれによる金属製板材（アルミニウム合金製板材）Ｗ１，Ｗ２の溶接を行った場合に、目標ナゲット径を得るための必要エネルギ量を計測することにより行った。

図８は、特許文献１に係る上部電極（以下、単に電極という場合もある）ｂを下側から見た斜視図である。この図８に示すように、特許文献１に係る電極ｂは、電極先端部ｃに、同心波紋状に広がる凹凸ｄ，ｅが設けられている。また、図９は、この特許文献１に係る電極ｂと金属製板材Ｗ１との接触部分を説明するための図である。また、図１０は、本実施形態に係る上部電極（以下、単に電極という場合もある）２と金属製板材Ｗ１との接触部分を説明するための図である。これら図９および図１０では、電極ｂ，２と金属製板材Ｗ１との接触部分にドットを付している。

これらを比較した場合、本実施形態に係る電極２を使用して溶接を行った場合に比べて特許文献１に係る電極ｂを使用して溶接を行った場合の方が、目標ナゲット径を得るための必要エネルギ量は増大していた。これは、前述したフリンジング現象による電流経路の拡大が、本実施形態に係る電極２を使用した場合の方が抑制されたためであると考えられる。加えて、特許文献１に係る電極ｂを使用した場合、凹部ｄおよび凸部ｅがそれぞれ同心円状となっており、電流密度の分布も同様に同心円状となって、連続的に濃淡が発生していることに起因して必要エネルギ量が増大したものと考えられる。これに対し、本実施形態に係る電極２を使用した場合、凹部２１，２１，…が電極先端部２０に電流を一様に分布させることで、電極先端部２０全域を通じて被接合材へ効率的に通電することができるために必要エネルギ量の増大が抑制されたものと推測される。

－実験例２－
次に、実験例２について説明する。この実験例では、電極先端部の全体が平坦面である電極（以下、従来電極と呼ぶ）、前記特許文献１に係る電極（以下、特許文献電極と呼ぶ）、および、本実施形態に係る電極（以下、本発明電極と呼ぶ）それぞれによる金属製板材（アルミニウム合金製板材）の溶接を行った場合における電流値（溶接電流値）とナゲット径との関係を計測することにより行った。

図１１はその実験結果を示す図である。この図１１における△は従来電極を使用した場合であり、□は特許文献電極を使用した場合であり、○は本発明電極を使用した場合である。

この図１１から明らかなように、同一電流値の場合、特許文献電極、本発明電極、従来電極の順でナゲット径は大きくなっている。言い替えると、同一ナゲット径を得るための電流値としては、特許文献電極、本発明電極、従来電極の順で小さくなっている。しかしながら、従来電極の場合、前述したように酸化膜が破壊されないため前記溶着を招いてしまう虞がある。例えば連続的に溶接を行った場合に、２０回程度で（約２０回目の溶接時に）溶着を招いてしまう虞がある。これに対し、特許文献電極および本発明電極の場合、連続的に溶接を数十回行っても溶着は生じない。

以上のことから、本発明電極を使用した場合、前記溶着を招くことなく、特許文献電極を使用した場合に比べて、目標ナゲット径を得るための必要エネルギ量を抑制できることが確認された。

－変形例１－
次に、変形例１について説明する。本変形例は、電極先端部２０に設けられている凹部２１，２１，…の配置形態が前記実施形態のものと異なっている。従って、ここでは、凹部２１，２１，…の配置形態についてのみ説明する。

図１２は、本変形例における図４相当図である。この図１２に示すように、本変形例に係る上部電極２にあっても、凹部２１，２１，…は、互いに独立した複数が電極先端部２０に分散されて設けられている。

そして、本変形例のものは、図１２における左右方向（Ｘ方向）における右端の第１列には３個の凹部２１，２１，２１が上下方向（Ｙ方向）に沿って配設されている。また、左右方向（Ｘ方向）における左端の第７列にも３個の凹部２１，２１，２１が上下方向（Ｙ方向）に沿って配設されている。また、左右方向（Ｘ方向）における右端から２番目の第２列には５個の凹部２１，２１，…が上下方向（Ｙ方向）に沿って配設されている。また、左右方向（Ｘ方向）における左端から２番目の第６列にも５個の凹部２１，２１，…が上下方向（Ｙ方向）に沿って配設されている。そして、左右方向（Ｘ方向）におけるその他の列（第３列～第５列）にはそれぞれ７個の凹部２１，２１，…が上下方向（Ｙ方向）に沿って配設されている。また、第４列の７個の凹部２１，２１，…のうち中央（Ｙ方向で上から４番目）の凹部２１が上部電極２の中心線上（電極先端部２０の中心）に位置している。その他の構成は前述した実施形態のものと同様である。

本変形例における上部電極２にあっても、前記実施形態のものと同様の効果を奏することができる。また、本変形例では、前記実施形態のものに比べて凹部２１，２１，…の数が多いため、隣り合う凹部２１，２１同士の間の凸部２２の寸法（Ｘ方向の寸法およびＹ方向の寸法）を短くすることができ、前記フリンジング現象による電流経路の拡大（金属製板材Ｗ１，Ｗ２の板厚方向に対して直交する方向での電流経路の拡大）を抑制し、電極先端部２０全域を通して、被接合材へ効率的に通電することができる。これにより、目標ナゲット径を得るための必要エネルギ量をいっそう抑制することができる。

－変形例２－
次に、変形例２について説明する。本変形例も、電極先端部２０に設けられている凹部２１，２１，…の配置形態が前記実施形態のものと異なっている。従って、ここでも、凹部２１，２１，…の配置形態についてのみ説明する。

図１３は、本変形例における図４相当図である。この図１３に示すように、本変形例に係る上部電極２では、各凹部２１，２１，…を同心円上の複数の仮想の円形の軌跡上に並べて配設した構成となっている。また、中央側に位置する凹部２１，２１，…ほど、互いに隣り合う凹部２１，２１同士の間の間隔寸法が短くなるように配設されている。

本変形例における上部電極２にあっても、前記実施形態のものと同様の効果を奏することができる。

－他の実施形態－
なお、本発明は、前記実施形態および前記各変形例に限定されるものではなく、特許請求の範囲および該範囲と均等の範囲で包含される全ての変形や応用が可能である。

例えば、前記実施形態および前記各変形例では、２枚のアルミニウム合金製板材Ｗ１，Ｗ２同士を溶接するための抵抗スポット溶接装置に使用される電極２，３に本発明を適用した場合について説明した。本発明はこれに限らず、その他の金属製板材同士を溶接するための抵抗スポット溶接装置に使用される電極２，３に対しても適用が可能である。例えば、鋼板を加熱しながら特殊加工（プレス加工等）を行って作製される超高張力鋼板（ホットスタンプ材）同士を溶接するための抵抗スポット溶接装置に使用される電極２，３に対して適用が可能である。また、３枚以上の金属製板材同士を溶接するための抵抗スポット溶接装置に使用される電極２，３に対しても本発明は適用が可能である。

また、前記実施形態および前記各変形例では、酸化膜を破壊することを目的として電極先端部２０に凹部２１，２１，…および凸部２２を設けていた。本発明はこれに限らず、酸化膜が存在していない金属製板材に適用し、該金属製板材の表面に存在する金型離型剤や油膜による影響を排除することを目的として電極先端部２０に凹部２１，２１，…および凸部２２を設けたものとしてもよい。

また、前記実施形態および前記各変形例では、電極先端部２０に設けられる凹部２１，２１，…および凸部２２を、転写プレートを使用した転写加工によって成形するようにしていた。本発明はこれに限らず、他の加工方法（例えば切削加工等）によって凹部２１，２１，…および凸部２２を成形するようにしてもよい。

また、前記実施形態および前記変形例１では、複数の凹部２１，２１，…を、Ｘ方向およびＹ方向に配列させて分散させていた。また、前記変形例２では、複数の凹部２１，２１，…を、電極先端部２０において同心円上の複数の仮想の円形の軌跡上に並べて配設するようにしていた。本発明はこれらに限定されるものではなく、電極先端部２０において電極中心線上の位置に対して非対称となる位置に分散させる等、ランダムに分散させるようにしてもよい。

また、前記実施形態および前記各変形例では、電極先端部２０の形状として、所定の曲率半径を有する略球面状の凸形状としていた。本発明はこれに限らず、電極先端部２０が平坦面となっていてもよい。つまり、平坦面上に前記凹部２１，２１，…および凸部２２それぞれを設けた構成としてもよい。

本発明は、アルミニウム合金製板材同士を溶接するための抵抗スポット溶接用電極に適用可能である。

２ 上部電極（抵抗スポット溶接用電極）
２０ 電極先端部
２１ 凹部
２２ 凸部
３ 下部電極（抵抗スポット溶接用電極）
Ｗ１，Ｗ２ 金属製板材

Claims (4)

1. 互いに重ね合わされた複数の金属製板材をその板厚方向に沿って挟持し、通電が行われることで前記金属製板材同士を接合する抵抗スポット溶接用電極において、
   前記金属製板材を挟持する電極先端部には凸部および凹部がそれぞれ設けられており、
   前記凹部は、互いに独立した複数が前記電極先端部に分散されて設けられており、
   前記凸部は、前記凹部が設けられている領域以外の領域であり、前記凹部によって分断されることなく、前記複数の凹部同士の間の領域において連続する連続面を備えて構成されており、
   前記凹部の深さ寸法は３０μｍ以上で１５０μｍ以下の範囲で設定されており、
   互いに隣り合う前記凹部の中心位置同士の間の間隔寸法は４００μｍ以上で１２００μｍ以下の範囲で設定されており、
   前記電極先端部における前記凹部の開放端の形状は正方形であって、その開放端の一辺の長さ寸法は８０μｍ以上で３５０μｍ以下の範囲で設定されていることを特徴とする抵抗スポット溶接用電極。
2. 請求項１記載の抵抗スポット溶接用電極において、
   前記凸部を構成する前記連続面は、電極中心線上の位置が最も膨出された凸状の曲面で形成されていることを特徴とする抵抗スポット溶接用電極。
3. 請求項１または２記載の抵抗スポット溶接用電極において、
   前記複数の凹部は、互いに点対称となる位置に分散されていることを特徴とする抵抗スポット溶接用電極。
4. 請求項３記載の抵抗スポット溶接用電極において、
   前記複数の凹部は、前記電極先端部において電極中心線上の位置に対して点対称となる位置に分散されていることを特徴とする抵抗スポット溶接用電極。

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